JP3488734B2 - プラズマ処理反応器内の導電性の面を保護するための方法及び装置 - Google Patents

プラズマ処理反応器内の導電性の面を保護するための方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスプラズマエッチ
ング手順を用いて清掃されうる材料を有するガスプラズ
マプロセスチャンバの、導電性の、典型的には金属の部
分を保護するための方法及び装置に適する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業は、熱化学気相成長（ＣＶ
Ｄ）、プラズマ強化型（plasma-enhanced ）ＣＶＤ（Ｐ
ＥＣＶＤ）、プラズマ補助型（plasma-assisted ）エッ
チング、及びスパッタリングによる蒸着微細構成変態
（deposition topography modification by sputterin
g）のような種々の異なるプロセスに使用しうる、高い
スループットの単一基板用（枚葉式）処理反応器に依存
している。人手を集中的に投入しなければならない人手
による清掃、及び反応器を清掃のために開けなければな
らないときに生じる生産性の低下を回避するためには、
プラズマエッチング技術を用いて人手によらずに清掃可
能な（self cleaning ）処理反応器のようなものを持つ
のが好ましい。
【０００３】減圧され制御されたガス状の環境を備えた
ＰＥＣＶＤ処理反応器チャンバは、一般にアルミニウム
から作られているが、石英のような特別な合金や材料を
ときに用いることもある。半導体産業でのアルミニウム
反応チャンバについての広い経験によって、反応器で生
産される製品へのアルミニウムの存在の影響がわかって
きた。従って、この産業におけるそのような仕事は、ア
ルミニウム反応チャンバの使用によって快適になってい
る。しかし、シャーマン（Sherman ）への米国特許第4,
563,367 号に記載されているように、プラズマ補助型化
学気相成長プロセスにおいては、反応チャンバの内面に
堆積物が形成しやすく、アルミニウムの反応チャンバの
面は定期的に清掃されなければならない。
【０００４】この定期的な清掃はチャンバを分解するこ
となく行うことができ、チャンバの部品を湿式の化学エ
ッチング液（wet chemical etchant）に浸すことによっ
て、またはチャンバ部品を機械的に清掃することによっ
て行うことができる。しかし、これらの方法には時間が
かかり、生産性を低下させる粒子や汚染物を生じさせ
る。これらの方法にとって代わるものは、人手に頼らず
に清掃可能な反応器システムであり、このシステムにお
いては反応器システムのプラズマ電極またはコイルが、
清掃をするエッチングプラズマを生成するために用いら
れている。典型的に、ＣＦ4 やＯ2 から生成されるエッ
チングプラズマは、反応チャンバを清掃するために用い
られる。しかし、プラズマ清掃を数回行った後に、反応
器システムの性能はしばしば半導体ウエハ上の蒸着が不
均一になるほど低下することが発見された。この性能低
下の原因を追及することによって、三フッ化アルミニウ
ム（Ａl Ｆ3 ）が標準的なプラズマ自己清掃（self-cle
aning ）の際に反応器システムの上部電極のむきだしの
（bare）アルミニウム上で結晶化していることが発見さ
れた。この原因に対する一つの理論は、堆積物が、プラ
ズマ自己清掃プロセスの間に電極間に付与される高周波
場内の活性フッ素種（species ）によるイオン衝突の結
果によるものであるとする。フッ素が上部電極のむきだ
しのアルミニウムの自然酸化物の保護コーティングを破
壊し、プラズマ自己清掃サイクルの間にＡl Ｆ3 の堆積
物が形成されることが、さらに理論付けられている。シ
ャーマンは、従来の半導体処理真空チャンバ内において
小型で閉じられたプラズマ発生チャンバの使用すること
は、その発生チャンバ内のある高い活性の種を制御し、
従来の半導体処理真空チャンバに損害を与えることな
く、高められた高周波電源（より高いプラズマエッチン
グ速度）の使用を可能にすると結論付けている。従っ
て、従来の処理真空チャンバの湿式の化学清掃（wet ch
emical cleaning ）の周波数を高くすることなく、高い
半導体処理のエッチング速度が可能となる。小型の閉じ
られたプラズマ発生チャンバは、酸化アルミニウムのよ
うなセラミック材料から作られる。彼は、従来の処理真
空チャンバは金属壁からでもセラミック壁からでも作り
うると言っているが、どちらがいいかとは述べていな
い。ＣＶＤ反応チャンバ壁への堆積物の形成を減少させ
る別の試みが、デービス（Devis ）らへの米国特許第4,
875,989 号に記載されている。デービスらは、活性種の
流れを方向付けするための、ウエハ面に近接した円錐形
の隔壁の使用について記述している。この円錐形の隔壁
は、底面以外の全体が陽極酸化された（anodized）アル
ミニウムから作られている。
【０００５】１９９０年１０月２日のロー（Law ）らへ
の米国特許第4,960,488 号は、高周波電極に部分的に隣
接して、またチャンバ及び排気システムを通して、反応
チャンバを清掃するプロセスについて記述している。好
ましくは、第１ステップが比較的高圧、狭い電極空間及
びフッ化炭素（fluorocarbon）ガスの化学的性質を用い
るものである２ステップの連続したエッチング行程（se
quence）が使用される。第２ステップは比較的低圧、大
きな電極空間及びフッ素ガスの化学的性質を用いる。典
型的にはＣ2 Ｆ6 及びＯ2 のエッチガス混合物が第１の
清掃ステップに用いられ、ＮＦ3 が第２の清掃ステップ
のエッチガスとして用いられる。エッチ清掃の間にハロ
ゲン含有プラズマがアルミニウムの反応チャンバ壁に接
触するときに生じる汚染化合物の形成を防止するため、
及び必要なエッチング清掃量を減らすために、反応チャ
ンバは構成要素間に空間を有し、ウエハ以外のチャンバ
壁に活性のＣＶＤ種が堆積する機会が減少するように設
計される。それに加えて、プロセスチャンバ内の特定の
面は、チャンバ壁上のガス分解または凝結を減らすため
に温度が制御され、反応器は、ウエハ領域以外へのＣＶ
Ｄ材料の堆積を防止するためのパージガス流れ（purgin
g gas flow）を有するように設計される。
【０００６】フッ素含有ガスによる浸食からアルミニウ
ム反応チャンバを保護するためのさらなる試みとして、
ロリマー（Lorimer ）らは、米国特許第5,069,938 号公
報に記載されているように、アルミニウム基板への腐食
に耐える保護コーティングの形成方法を開発した。保護
コーティングは、まずアルミニウム基板上に高純度酸化
アルミニウム層を形成し、さらに高温において酸化アル
ミニウム層を１またはそれ以上の高純度フッ素含有ガス
に接触させることにより形成される。酸化アルミニウム
層は、熱形成層であってもよいし、陽極酸化によって形
成された層であってもよく、少なくとも約0.1 マイクロ
メートルから約２０マイクロメートルの厚さを有してい
る。好ましいフッ素含有ガスは、酸の蒸気を含んでい
る。例えば、フッ素含有ガスはＨＦ、Ｆ2 、ＮＦ3 、Ｃ
Ｆ4 、ＣＨＦ3 及びＣ2 Ｆ6 を含んでいる。完了したコ
ーティングのプロセス及び記述から証明されるように、
酸化アルミニウムを貫通した（おそらく下層のアルミニ
ウム面まで）フッ素含有ガスは、内部でフッ素含有化合
物を形成する。ロリマーらの保護コーティングは、処理
装置のチャンバ壁を化学気相成長及びエッチングプロセ
スにおいて使用される化学物質から保護することを企図
している。しかし、熱または陽極酸化による、アルミニ
ウム面上の２０マイクロメートルまたはそれ未満の酸化
アルミニウムコーティングは、三フッ化アルミニウム
（Ａl Ｆ3 ）、フッ化アンモニウム（ＮＨ4 Ｆ）、及び
酸化フッ化アンモニウム（Ａl Ｏx Ｆy ）のようなフッ
素含有化合物がコーティングの外表面に徐々に形成され
ることを防止しないことを発明者は決定した。これらの
化合物は、最終的にコーティング面から剥がれ落ち、汚
染粒子源となる。
【０００７】上記からわかるように、半導体産業は、ア
ルミニウムのプロセス反応チャンバ上の堆積物の形成を
防止する手段を有することが非常に好ましいことだと見
ている。この形成は、プロセス反応チャンバがプラズマ
操作領域を、活性ＣＶＤ種がウエハ領域以外のチャンバ
壁に堆積する機会を減少させる、反応器の要素間の空間
を有するような反応器内で可能な最小空間に制限するよ
うに設計されているときにも防止されなければならな
い。
【０００８】近年、液晶ディスプレイ、特にコンピュー
タディスプレイのスクリーン、直接見る方式か投影式の
テレビジョンスクリーン、並びにナビゲーション及び通
信装置のようなフラットパネルディスプレイへの関心が
高まってきた。このような液晶フラットパネルディスプ
レイは、半導体デバイスに一般に用いられている種類の
材料及び物理構造を利用している。液晶ディスプレイを
作るのに必要なプロセスの多くは、半導体デバイスを生
産するのに用いられるものと同じプロセスである。従っ
て、半導体処理装置は、現在、そのようなフラットパネ
ルディスプレイの生産に用いるべく改良されている。処
理ステップの多くに、プラズマ補助型（plasma-assiste
d ）ＣＶＤやプラズマエッチングが用いられている。典
型的に、処理される基板は、高周波電力が上部電極に付
加される間、下部の接地されたプラテン（platen）電極
の上に配置される。反応ガスが上部電極領域に放たれ、
２つの電極の間にプラズマが形成される。矩形のフラッ
トパネルディスプレイ基板はシリコンウエハに比べて非
常に大きい（シリコンウエハが最大２００ｍｍの直径で
あるのに対し、フラットパネルは３６０×４５０ｍｍま
である）ため、プロセス反応チャンバをプラズマ領域よ
りも非常に大きくすることは実際的ではない。反応チャ
ンバ壁をプラズマ領域に近づけることは、チャンバ壁へ
の堆積物の量を増加させ、プラテン電極とチャンバ壁と
の間のアークの可能性を増加させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】サブミクロン単位で配
置された半導体デバイスを含むフラットパネルディスプ
レイは、汚染粒子に敏感であるため、反応チャンバ壁上
の堆積物の形成は重大な問題である。フラットパネルの
設計配置、すなわち横方向寸法は典型的に大きく、５か
ら２０μｍの範囲である。しかし、デバイス層、すなわ
ち縦方向寸法は薄く、０．０３から０．３μｍの範囲に
ある。このため、小さな粒子の存在は、ピクセル（pixe
l ）またはピクセル列の不良をもたらす漏れ電流の原因
となりうる。また、ディスプレイが1,000 ×1,000 個の
ラインを有することを考慮すると、動的な半導体トラン
ジスタによって制御される百万ものピクセルがあること
になる。
【００１０】さらに、液晶ディスプレイパネルの基板が
典型的にガラスすなわち絶縁材料であるため、プラズマ
はチャンバ壁に向かって伸びやすく、ガラス基板を支持
するプラテン電極（サセプタ）とプロセス反応チャンバ
のアルミニウム壁との間でアークが発生しやすい。
【００１１】従って、半導体基板、特にフラットパネル
液晶ディスプレイの製造にあっては、以下の手段を開発
することが重要である。１）プラズマにさらされる境界
を制限することにより、反応チャンバ壁への堆積物の形
成を減少させること。２）反応器壁に汚染物が徐々に形
成される原因とならないような反応器壁の清掃。及び、
３）プラズマ発生電極から導電性の反応チャンバ面への
アークを防止すること。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に従って、セラ
ミック障壁材料が、導電性の、典型的には金属のプロセ
ス反応チャンバ面を保護するために用いられる。この面
は、プラズマ処理の間に汚染される可能性がある。セラ
ミック障壁材料は良好な絶縁体であるものが選択され、
このためセラミック障壁材料の表面には電荷が溜まる。
この電荷形成は、典型的に例えば２０ボルト未満である
プラズマ電位にほぼ等しい。この電化形成はプラズマが
セラミック障壁材料の面から反発するのに寄与し、これ
によりプラズマを制限し、反応チャンバ壁上に形成され
る堆積物を大きく減少させる。これに加えて、このよう
なセラミック障壁材料はフッ素含有エッチガスを用い
て、セラミック上に汚染物が形成されることなく清掃さ
れうることも発見されている。この汚染物は後に汚染粒
子源となりうる。
【００１３】セラミック障壁材料は、プロセス反応チャ
ンバの内面全体をシールドする必要はないが、プラズマ
が発生する領域を取り囲む反応チャンバ面を保護しなけ
ればならない。これに加えて、セラミックライナーが、
エッチング清掃処理プラズマにさらされる可能性のある
反応チャンバ面を保護することが好ましい。
【００１４】さらに、圧力を変化させるのに必要な時間
を最小にし、これにより生産性を最大にするためには、
プロセスチャンバは体積においてできるだけ小さくなけ
ればならないこともわかっている。それゆえ、チャンバ
壁は電極にできるだけ近くなければならない。チャンバ
はサセプタより少しだけ大きいだけであるから、セラミ
ック障壁材料は、サセプタとその近くの反応チャンバの
導電面との間のアーク（または激しい放電）を防止す
る。
【００１５】セラミック障壁材料は、プロセス反応チャ
ンバの内面全体をシールドする必要はないが、プラズマ
が発生する領域を取り囲む反応チャンバ面を保護しなけ
ればならない。これに加えて、セラミックライナーが、
エッチング清掃処理プラズマにさらされる可能性のある
反応チャンバ面を保護することが好ましい。
【００１６】セラミック障壁材料は、典型的に酸化アル
ミニウムを含んでいる。これが比較的安価で使用しやす
いからである。酸化アルミニウムは、”ガスを放出”す
るようなものでなく、プロセス操作の間に基板上にスパ
ッタリングされうる汚染物を含まないような、十分に純
度が高いものでなければならず、またそれは、特定のエ
ッチングプロセスにさらされたときに化学的に安定なも
のでなければならない。酸化アルミニウムまたは他の酸
化金属セラミックは、単結晶酸化物（single crystal o
xide）、多結晶酸化物（polycrystalline oxide ）また
はアモルファス酸化物（amorphous oxide ）でよい。炎
を吹き付けられた（flame sprayed ）、またはプラズマ
を吹き付けられた（plasma sprayed）アルミニウム酸化
物もまた、セラミック障壁を形成するのに使用しうる。
【００１７】セラミックライナーを形成するのに使用し
うる他の材料は、図示により、しかしこれには限定され
ないが、アルミニウム、マグネシウム及びタンタルの酸
化物及びフッ化物を含む。
【００１８】セラミック障壁材料の厚さは、典型的に少
なくとも約0.005 インチ（130 マイクロメートル）であ
り、好ましくは約0.01インチ（250 マイクロメートル）
から約0.25インチ（6.4 ミリメータ）の範囲にある。
【００１９】
【実施例】この発明に従って、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ及び
他のタイプの処理チャンバで使用される方法及び装置が
提供される。これらの処理チャンバは、 １） プラズマにさらされる領域を制限している。これ
により、処理チャンバ壁上の堆積物の形成が減少する。
【００２０】２） 処理チャンバ壁に汚染物質（contam
inants）が徐々に形成されることがないような方法で、
反応器壁のエッチ清掃（etch cleaning ）を可能にす
る。
【００２１】３） ＣＶＤ処理チャンバ内のプラズマ発
生電極から導電性の反応チャンバ面へのアークが生じる
のを防止する。
【００２２】特に、この方法及び装置は、反応チャンバ
内において反応チャンバ壁への薄膜の蒸着を減少させつ
つ、プラズマ強化型化学気相成長処理（plasma-enhance
d chemical vapor deposition processes ）の動作を可
能にする。さらに、反応チャンバは、ハロゲン含有（典
型的にはフッ素含有）ガス及びプラズマエッチング技術
を用いて、反応チャンバ壁上に薄膜の残渣（residue ）
が形成されることなく、定期的に清掃されうる。
【００２３】この発明に従って、プラズマ処理または清
掃動作の間、活性の核種（active species）に顕著にさ
らされるＣＶＤ及び／またはＰＥＣＶＤ処理チャンバ壁
は、比較的厚い、電気絶縁性のセラミック障壁材料で裏
打ちされている。
【００２４】ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ半導体処理反応器と
組み合わされた先行技術が、図３及び４に示されてい
る。処理反応器の垂直断面図が図３に示され、上面図が
図４に示されている。上面図はカバーが開かれた状態で
示されている。反応器システム１０はハウジング１
２（”チャンバ”とも呼ばれる）を含み、ハウジング１
２は典型的にはアルミニウムから作られ、プラズマ処理
領域１４を有する内側の真空チャンバ１３を構成する。
【００２５】反応器システム１０は、ウエハを保持する
サセプタ（susceptor ）１６、ウエハ支持用指状部２
０、及び外部のロボットブレード２４と協力するウエハ
移送システム１８を含む。反応器システム１０は、ガス
マニホールド（図示せず）をさらに含み、ガスマニホー
ルドは、ハウジングカバー８０内に存在する分散システ
ム３２からのプロセスガス及び浄化（purging ）ガスを
供給する。高周波電源（RF power supply ）及び整合ネ
ットワーク（matching network）２８は、ランプ加熱シ
ステム３０が石英窓（quartz window ）７０を通して放
射線を通過させてサセプタ１６及びその上に置かれたウ
エハ１５を加熱する間、導入ガスからプロセスガスプラ
ズマを創製し維持し、この結果、ウエハ１５上にプラズ
マからの活性の核種（active species）が堆積される。
【００２６】プラズマ処理領域１４は、空間的に有意義
に限定される。好ましくはこれに加えて、サセプタ１６
の底部を横切ってから上方に向かう浄化ガスの流れ１０
３を提供するために、第２の浄化ガスマニホールド１１
２がウエハ処理領域の下に配置されている。このような
浄化ガス流１０３は、分散システム３２（開口部が形成
されたマニホールド前面板（face plate）９２を含む）
からのガス流１０５と組み合って、プラズマからの堆積
物が一般に反応チャンバ１３の内面、特にサセプタ１６
の下の面への蓄積の防止に役立つ。
【００２７】処理反応器のチャンバ壁上へのＣＶＤ蓄積
物の防止策が取られるにもかかわらず、このような堆積
の問題は除去できず、反応器の清掃が定期的に行われな
ければならない。プラズマ補助によるエッチング（plas
ma-assisted etching ）は、これによれば粒子が反応器
を汚染するおそれが減少するため、好ましい清掃方法で
ある。反応チャンバ壁は典型的にはプラズマが含む塩素
ガスによって直接侵されるアルミニウムであるため、プ
ラズマ補助によるエッチングにはフッ素ガスプラズマが
通常使用される。しかし、前述のように、この結果とし
てアルミニウム壁上には三フッ化アルミニウム（alumin
um trifluoride）の堆積物が徐々に形成され、これがは
がれ落ちて処理反応チャンバ内に汚染粒子を提供するこ
とになる。
【００２８】液晶のフラットパネルディスプレイの製造
に用いられる処理反応器は、上記の半導体処理反応器に
対して多くの共通点を有している。しかし、フラットパ
ネルディスプレイは一般に矩形であるため、カバーを開
いたときの反応器の上面図は図２に示すようになる。反
応器システム２００を示す図１及び２のように、矩形の
フラットパネルディスプレイのガラス基板２１５は、矩
形のサセプタ２１６の高くされた段部の上に載ってい
る。ディスプレイパネル基板の移送システム２１８は、
通常は外部にあるロボットアーム２２４と協力して、ガ
ラス基板２１５を反応器２００の内部真空チャンバ２１
３内に移動させるとともに、この内部真空チャンバ２１
３から移動させる。内部真空チャンバ２１３は、ヒンジ
によって取り付けられたふたを含む反応器ハウジング
（すなわちチャンバ）２１２によって取り囲まれてい
る。反応器システム２００は、基板２１５の上の分散シ
ステム２３２からのプロセスガス及び浄化ガスを供給す
る、ふた内のガスマニホールドをさらに含む。数百個の
オリフィス２９３を有する矩形の前面板２９２は、プロ
セスガス及び浄化ガスを基板２１５に供給する。高周波
電源及び整合ネットワーク２２８は、前面板２９２から
発せられた導入ガスからプロセスガスプラズマを生成し
維持する。このプロセスガスプラズマは、主に、基板２
１５上のプラズマ処理領域２１４内に包含される。しか
し、絶縁性のガラス基板２１５の反応器ハウジング２１
２に対する大きさのために、この発明の助けもなく、プ
ラズマは反応器ハウジング２１２の方に移動する傾向が
ある。プラズマにはサセプタ２１６の下の空間に形成さ
れる傾向もあり、またアークはサセプタ２１６と反応器
ハウジング２１２の下部側壁との間で発生する傾向があ
る。最後に記載されたこれらの効果は、サセプタ２１６
がその滑動（sliding ）シャフト２３０を通して反応器
ハウジング２１２に不完全に接地されているために起こ
る。
【００２９】この発明の方法及び装置なしでは、プラズ
マ処理領域２１４内に形成されたプラズマはアルミニウ
ムの反応器ハウジング２１２に向かって移動して、この
処理／反応器チャンバの壁上の堆積物を残す。この壁
は、他の方法でフッ素ガスプラズマエッチングを用いて
定期的に清掃される必要がある。既に述べたように、こ
の結果として反応器チャンバ壁にフッ化アルミニウムや
他の化合物から成る薄膜の残渣が生じることになり、こ
れが形成された後にはがれ落ちて反応器チャンバ内の汚
染粒子となる。
【００３０】当業者は、半導体処理反応器内の個々の要
素として何年もの間セラミック化合物を用いてきた。セ
ラミックは、典型的には電気絶縁性であってそれの結晶
化度が材料及びその処理によらずにアモルファス、ガラ
ス質（glassy）、微晶質（microcrystalline）、及び単
結晶質（singly crystalline）の間で変動する金属酸化
物である。発明者は、例えば、プラズマ補助によるＣＶ
Ｄ反応器（plasma-assisted CVD reactor ）の電極板か
ら活性の核種（active species）をそらせるためにアル
ミナのバッフル（buffle）を用いてきており、電極板上
の堆積物形成の防止を企図してきた。シャーマン（Sher
man ）は、前述のように、アルミニウム酸化物の、小さ
な閉じたプラズマ発生チャンバを用いてきた。
【００３１】陽極酸化されたアルミニウムが、プラズマ
発生器の電極領域内のバッフル及び構成要素として広く
用いられてきた。しかし、陽極酸化されたアルミニウム
表面は電気が漏りやすく、下層の導電性のアルミニウム
に電流が漏れ、それゆえ、プラズマは陽極酸化されたア
ルミニウム表面に向かって吸引される。従って、陽極酸
化されたアルミニウムはプラズマを制限するのに著しく
機能せず、プラズマ発生電極から陽極酸化されたアルミ
ニウム表面に向かうアークの減少のために十分には役立
たない。すべての公知技術の場合には、形成された堆積
物を反応器チャンバのアルミニウム壁から除去すること
がなお必要であり、このような除去によってアルミニウ
ムを含有する堆積物が形成され、この堆積物は最終的に
反応チャンバの粒子の源となる。
【００３２】陽極酸化されたアルミニウムをここで適用
されるセラミックアルミナ（ceramic alumina ）と区別
する特性は、バルク（bulk）または堆積されたアルミナ
が均質構造に近いのに比較して、陽極酸化されたアルミ
ニウムが２層構造を有していることである。陽極酸化さ
れたアルミニウムの上層は、多孔性（porous）であって
電気絶縁特性が悪い。この層は、陽極酸化処理による高
濃度の汚染物（Ｈ2 Ｏ、ＳＯ3 、Ｃｒまたは他の種類の
もの（species ））を有しており、純粋な物質に比べて
化学的に異なった反応を示す。チャネル（channels）が
上層を通って垂直に下層のアルミニウムの数百オングス
トロームの範囲まで伸びており、導電性のプラズマに対
する通路となるため、下層の２００オングストローム程
度の部分のみがプラズマに対する電気的障壁として機能
する。下層は、良好な電気絶縁体であってもっと緻密で
純粋な酸化アルミニウムの障壁層である。典型的に陽極
酸化されたアルミニウムのトータルの厚さは、0.005 イ
ンチ（約130 マイクロメートル）未満に制限され、その
うちの数百オングストローム（１マイクロメートルの10
0 分の１の数倍）の部分のみが障壁層となる。
【００３３】この発明のセラミック材料は、多孔性では
なく、均質な材料である。それは良好な電気絶縁体であ
り、比較的純粋な形態（約９９％またはもっと良好）に
作りうるため、プラズマ環境下において低い化学反応性
を呈する。バルクで自立した（free standing ）セラミ
ック材料は、典型的には少なくとも0.005 インチ（約13
0 マイクロメートル）の厚さを有しており、好ましくは
0.01インチ（約250 マイクロメートル）及び0.25インチ
（6350マイクロメートル）の間の厚さ範囲にある。
【００３４】発明者は、酸化アルミニウムのようなセラ
ミックがフッ素含有ガスから形成されるエッチプラズマ
によって除去されるときには、三フッ化アルミニウムが
生じないことを発見した。従って、酸化アルミニウムの
反応器は、標準的なエッチプラズマ技術を用いて粒子が
形成されることなく清掃することができる。しかし、酸
化アルミニウムは反応器製造材料自体としては実際的で
はなく、発明者はこの材料を障壁材料、典型的には金属
の反応器壁を保護する裏打ち材として用いることを選択
した。発明者は、堆積用プラズマ（deposition plasma
）を制限し、フッ素含有プラズマエッチガスがセラミ
ック障壁を貫通して保護すべき下層のアルミニウム表面
に達するのを防ぐためには、酸化アルミニウムの厚さは
少なくとも0.005 インチ（＝約130 マイクロメートル）
であることが好ましいことを発見した。従って、もっと
薄い厚さのコーティングでは、知られているプラズマエ
ッチング手法を用いてプラズマ処理チャンバを十分に清
掃することはできない。
【００３５】図１の実施例に示すように、一組のセラミ
ックライナー２２０、２２１及び２２２がアルミニウム
ハウジング２１２に隣接して配置されている。これらの
ライナー２２０、２２１及び２２２は高純度（９９％）
の固体のアルミナから機械加工され、それゆえＤＣ、高
周波（ＲＦ）においても、またプラズマ存在下において
も高い絶縁性を有している。高純度の酸化アルミニウム
の重要性は、ロリマ（Lorimer ）らによって検討されて
いる。それらは、自立体（free standing form）に機械
加工されるため、最小でも130 マイクロメートル（0.00
5 インチ）の厚さを有していなければならない。そのよ
うな適当なもの以上の厚さは、望ましい抵抗を提供す
る。同様の大きさで絶縁性のセラミック環状体２２３
が、前面板２９２の周囲に取り付けられている。そのよ
うな環状体２２３は、高周波電源２２８に電気的に接続
された前面板２９２を電気的に絶縁し支持するため、及
びその背後にあるテフロン絶縁体２９４を保護するため
に以前から用いられていた。しかし、それは、セラミッ
ク製のライナー２２０、２２１及び２２２と同じ利点の
多くを付加的に提供する。前面板２９２の底面は典型的
に陽極酸化されている。
【００３６】絶縁性の上部セラミックライナー２２１及
び２２２並びにセラミック環状体２２３は、プラズマを
はね返し、こうして処理プラズマを基板２１５により近
くに隣接した処理領域に閉じ込め、これによりチャンバ
ハウジング２１２の壁上の堆積物を減少させ、また処理
効率を高める。下部セラミックライナー２２０は、部分
的に電気的に浮いているサセプタ２１６を、接地された
チャンバハウジング２１２から電気的に絶縁する。これ
によりサセプタ２１６の周囲とチャンバハウジング２１
２との間のアークが防止され、サセプタ２１６の下方で
プラズマが形成されることも防止される。内部真空チャ
ンバ２１３の底部を別のアルミナライナーで付加的にカ
バーすることが好ましいのかもしれないが、これは、移
送システム２１８の大部分を形成するディスクがバルク
のセラミックであり、主としてアルミニウムから成るサ
セプタ２１６がその底部を別のセラミックディスクによ
って支持されているため、必要ではないであろう。
【００３７】セラミックライナー２２０、２２１及び２
２２並びにセラミック環状体２２３は、一般的なＰＥＣ
ＶＤ処理の間、チャンバハウジング２１２の表面上の堆
積物の形成を防止する。これらのセラミック部品２２０
〜２２２上、及び前面板２９２の陽極酸化された底面上
に形成される堆積物は、標準的なプラズマエッチング技
術を用いて、湿式化学クリーニング（wet chemical cle
aning ）を必要とせずに除去されうる。湿式化学クリー
ニングは、粒子となって内部真空チャンバ２１３を汚染
する化合物を形成させる元となる。
【００３８】自立する（free-standing ）ライナーは上
記のようであるが、下層のアルミニウムを消費すること
なく堆積されるセラミック層は、陽極酸化されたアルミ
ニウム表面の短所を伴うことなくバルクのアルミナの利
点を提供するよう、十分な厚さと抵抗を有するように作
りうる。例えば、炎を吹きかけられた、またはプラズマ
を吹きかけられた酸化アルミニウムは、130 マイクロメ
ートルより薄いが、例えば１マイクロメートル程度であ
る陽極酸化されたアルミニウムに対する、数百オングス
トロームである効果的な障壁厚さよりも実質的に厚い、
良好な絶縁層を形成する。２０マイクロメートルより厚
いことが好ましく、バルクのセラミックスに対応する厚
さであることはもっと好ましいであろう。
【００３９】アルミナ（Ａl 2 Ｏ3 ）が、上記実施例で
用いた酸化アルミニウムの形態であるが、他の絶縁材料
も同様の効果を奏しうる。例えば、アルミニウム、マグ
ネシウムやタンタルの酸化物やフッ化物である。これら
の中には、結晶質または多結晶質の絶縁材料や、ガラス
質のセラミックスがある。これらの材料はすべて電気的
絶縁体であり、プラズマエッチング環境下において一般
に耐久力があり、プラズマ存在下において望ましくない
粒子を創製してはならない。あるいは、他の材料も使用
しうる。
【００４０】この発明は部分的にはアルミニウムチャン
バにとって有益であるが、ステンレス鋼のような他のチ
ャンバ材料も使用しうる。
【００４１】以上のように説明され図に示されたこの発
明の好ましい実施例は、請求の範囲によって示されるこ
の発明の範囲を制限することを意図するものではない。
なぜなら、当業者は、最小の実験によって、請求の範囲
に一致するように実施例の範囲を広げることができるか
らである。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、プラ
ズマにさらされる領域を制限することにより、処理チャ
ンバ壁上の堆積物の形成を減少させることができる。ま
た、処理チャンバ壁に汚染物質が徐々に形成されること
がないような方法で、反応器壁のエッチ清掃を可能にす
ることができる。さらに、ＣＶＤ処理チャンバ内のプラ
ズマ発生電極から導電性の反応チャンバ面へのアークが
生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ半導体処理反応
器に採用された、この発明の好ましい実施例を示してい
る。フラットパネル液晶ディスプレイを形成するために
使用されるような種類の、結合されたＣＶＤ／ＰＥＣＶ
Ｄ反応器の垂直断面の簡略図を示している。
【図２】図２は、ＣＶＤ及びＰＥＣＶＤ半導体処理反応
器に採用された、この発明の好ましい実施例を示してい
る。結合されたＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ反応器の上面図を示
している。反応器はカバーを開けた状態で示されてい
る。
【図３】図３は広く用いられている、ＣＶＤ及びプラズ
マ強化型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）の半導体処理反応器と結
合された先行技術を図示している。反応器の垂直断面を
部分的に概略的に示している。この断面図は、種々の反
応器要素の相対的な構成配置を明確にしている。この図
は、ロー（Law ）らへの米国特許第4,960,488 号に記載
されたものであり、反応器のプラズマ処理領域とプラズ
マからの活性種によって汚染されうる反応チャンバ壁と
の間の構成関係のより深い理解を提供するために提示さ
れている。
【図４】図４は広く用いられている、ＣＶＤ及びプラズ
マ強化型ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）の半導体処理反応器と結
合された先行技術を図示している。図３は同じ反応器
の、カバーが開かれた状態の上面図を示している。この
図は、ロー（Law ）らへの米国特許第4,960,488 号に記
載されたものであり、反応器のプラズマ処理領域とプラ
ズマからの活性種によって汚染されうる反応チャンバ壁
との間の構成関係のより深い理解を提供するために提示
されている。
【符号の説明】
２１２…チャンバハウジング（金属壁）、２２０〜２２
３…ライナー、障壁材料、２１５…基板、２１６…サセ
プタ（基板ホルダ）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ロバートソン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94301， パロ アルト， ウエブスタ ー ストリート 916 (72)発明者 カム エス． ロウ アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94587， ユニオン シティ， リビエ ラ ドライヴ 461 (72)発明者 ジョン マックネイル ホワイト アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94541， ヘイワード， コロニー ヴ ュー プレイス 2811 (56)参考文献 特開 平４−367946（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−140821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−138737（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−231322（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ処理チャンバの導電性の部分を
    保護する方法であって、 ２００オングストロームよりも厚い有効プラズマ電気障
    壁厚さ（effective plasma electrical barrier thickn
    ess ）を有する絶縁性の障壁材料を、前記障壁材料がな
    ければプラズマイオンにさらされるべき前記処理チャン
    バの導電性の部分の上に、提供するステップと、 処理される基板を含む前記処理チャンバの領域内で前記
    プラズマを発生させるステップとを有し、 前記提供するステップは、前記絶縁性の障壁材料を前記
    導電性の部分の上に、実質的にそれらの部分を消費する
    ことなく堆積させ、前記障壁材料は２００オングストロ
    ームよりも厚い有効プラズマ電気障壁厚さ を有するプラ
    ズマ処理チャンバの導電性の部分を保護する方法。
  2. 【請求項２】 プラズマ処理チャンバの導電性の部分を
    保護する方法であって、 ２００オングストロームよりも厚い有効プラズマ電気障
    壁厚さ（ effective plasma electrical barrier thickn
    ess ）を有する絶縁性の障壁材料を、前記障壁材料がな
    ければプラズマイオンにさらされるべき前記処理チャン
    バの導電性の部分の上に、提供するステップと、 処理される基板を含む前記処理チャンバの領域内で前記
    プラズマを発生させるステップと、 前記絶縁性の障壁材料を清掃するために、前記基板が前
    記チャンバから取り出される間に、ハロゲン含有ガスプ
    ラズマを前記処理チャンバ内で発生させるステップとを
    有するプラズマ処理チャンバの導電性の部分を保護する
    方法。
  3. 【請求項３】 前記障壁材料は、自立している請求項２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記障壁材料は、少なくとも１２７マイ
    クロメートルの厚さを有するセラミックを含む請求項１
    〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記障壁材料は、２５０マイクロメート
    ルから６，３５０マイクロメートルの範囲の厚さを有す
    るセラミックを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 前記障壁材料は、アルミニウム、マグネ
    シウム及びタンタルの酸化物及びフッ化物から成るグル
    ープから選択される請求項１〜５のいずれか１項に記載
    の方法。
  7. 【請求項７】 前記障壁材料は、火炎溶射またはプラズ
    マ溶射技術を用いて堆積される請求項１〜６のいずれか
    １項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記障壁材料は、ライナーの形態で存在
    する請求項２に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ライナーは、自立している請求項８
    に記載の方法。
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