JP5844722B2 - 基板洗浄チャンバ及び構成部品 - Google Patents

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Description

背景
半導体及びディスプレイ等の基板の処理においては、層を基板上に形成し、次にエッチングにより導電性の相互接続部、コンタクトホール、ビアホール、ゲート及びバリア等の特徴部（ｆｅａｔｕｒｅ）を形成する。例えば、電気的相互接続線のパターンは、金属を含有する導体を基板上に堆積し、導体上にパターン形成された耐エッチング性の材料を形成し、導体をエッチングすることにより相互接続線を形成し、不要なレジストを除去し、エッチングされた特徴部に誘電体を堆積することにより形成することができる。誘導体層を更にエッチングすることにより、その下の金属含有導体材料又はその他の基板層を露出させるコンタクトホール又はビアホールを形成することができる。次に、導電性の材料をエッチングされたホール又はトレンチに堆積することによりその下の導体と電気的に接触させる。例えば、銅含有相互接続部を形成する場合、誘電体層をエッチングすることにより、その下の銅導体材料を露出させるコンタクトホールを形成することができる。銅の薄いシード層を、露出した導体及びコンタクトホール上に堆積することにより、コンタクトホールを充填するための後続の銅の電気めっき処理を促進することができる。
しかしながら、後続の処理工程を実行するに先立って、金属含有導体上の汚染物質及び望ましくない表面材料を、露出した導体表面から洗浄する必要がある。例えば、中間処理工程（例えば、酸素含有ガスプラズマを用いてレジストを剥離するレジスト剥離処理又は異なるチャンバ間での基板搬送時）の間に、酸素種に曝露された導体上には天然の酸化物膜が形成されることが多い。酸化物膜は、導体表面間の接触界面における電気抵抗を増大させる。表面材料には、先行の処理からの残留処理堆積物（例えば、炭素含有、ケイ素含有、フッ素含有及び窒素含有処理残留物等）が含まれることもある。これらの処理堆積物により、露出部と堆積させた材料との界面に空隙又はその他の凸凹が形成されることがある。
プレ洗浄チャンバとしても知られる基板洗浄チャンバを使用することにより、処理前及び処理工程間に、基板表面から酸化物膜及びその他の望ましくない処理堆積物を洗浄する。洗浄処理中、基板を洗浄チャンバ内で支持し、遠隔ガスチャンバ内でエネルギー印加された洗浄ガスを生成し、エネルギー印加された洗浄ガスをチャンバに導入する。洗浄ガスは表面残留物と反応し、残留物を除去する。一部の方法において、基板加熱台座部は、洗浄中に基板の温度を制御するための加熱素子を含む。
しかしながら、このような洗浄過程におけるエネルギー印加された洗浄ガスの使用には、励起させた洗浄ガスのラジカル種及びイオン種のエネルギーの制御が困難であるとの問題がある。洗浄ガスと基板表面との間での高エネルギーの衝突が、その下の基板に損傷を
引き起こす場合がある。洗浄ガス中の軽量のイオン（例えば、Ｈ＋等）もまた、これらが基板表面に浸透してその下の誘電体層を損傷する場合、有害となる可能性がある。従って、処理チャンバに導入されるエネルギー印加種のエネルギー及びタイプを制御することが望ましい。
ガスエナジャイザ（ｇａｓ ｅｎｅｒｇｉｚｅｒ）内の遠隔チャンバの励起領域を取り囲む遠隔チャンバ壁を洗浄ガスがエッチングにより削って侵食することが多く、また洗浄チャンバ内の構成部品をエッチングにより削って侵食する場合さえあることも問題である。このような侵食によりこれらの構成部品は損傷を受け、構成部品がチャンバと一体化した部品の場合は、既定の処理サイクル数の後にその構成部品を再調整する又は交換するためにチャンバを停止させなくてはならず、望ましくない。従来のステンレススチール壁及びライナは特に侵食され易く、頻繁な交換又は再調整を必要とする。
基板と接触する洗浄チャンバ内の基板加熱台座部から基板の背面に汚染物質及び処理残留堆積物が移ってしまう又は基板搬送過程において台座部が基板に傷をつけてしまいさえする場合、更に別の問題が生じる。加熱素子を備えた基板加熱台座部では、基板表面全体を均等に加熱できないこともある。隆起部及び溝から成る基板受け面を有する基板加熱台座部では、基板の裏側を流れる熱伝達ガスにより温度の均一性を改善することができるものの、依然として望ましくない量の処理残留物及び堆積物が基板に移ってしまう。
従って、エネルギー印加されたガス種を選別し、例えば、特定のイオン種を洗浄ガスから除外することができる洗浄チャンバ及びガスエナジャイザを有することが望ましい。また、簡単に交換又は再調整することができるチャンバ構成部品を有することが望ましい。処理堆積物が基板背面に移ることによる基板汚染を最小限に抑える基板加熱台座部を有することが更に望ましい。基板のより均等な加熱を可能にする基板加熱台座部を有することも望ましい。
概要
遠隔チャンバのガス出口チャネルを基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続するための消耗セラミックライナが提供される。ライナは、遠隔チャンバのガス出口チャネルに適合した外径を有する入口シリンダと、基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続され
た出口シリンダと、入口シリンダを出口シリンダに接合する円錐フレア部とを備える。
消耗セラミックライナの幾つかの実施形態が提供される。一実施形態において、ライナの円錐フレア部は、約１０〜約６０°の角度で垂直軸から傾斜した円錐面を備える。一実施形態において、円錐フレア部の長さと出口シリンダの長さとの比は、約１：２〜約１：８である。一実施形態において、ライナの入口シリンダは第１直径を有し、ライナの出口シリンダは、第１直径の少なくとも１．５倍大きい第２直径を有する。更なる実施形態において、第１直径は約１〜約４ｃｍであり、第２直径は約２〜約８ｃｍである。一実施形態において、ライナは、遠隔ガスエナジャイザ内で発生させたエネルギー印加ガスからイオン種を捕捉可能なセラミック材料を含む。一実施形態において、ライナは石英、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムから構成され、約２ｍｍ〜約６ｍｍの厚ささえ有することができる。ライナは、出口シリンダの外径に適合するように寸法設計されたライナ固定シリンダを更に備えることができる。
セラミックライナを上部チャンバ壁に挿入することにより遠隔チャンバのガス出口チャネルを基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続する方法が提供され、セラミックライナは、遠隔チャンバのガス出口チャネルに適合するように寸法設計された入口シリンダと、基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続された出口シリンダと、入口シリンダを出口シリンダに接合するための円錐フレア部とを備える。本方法は、（ａ）ライナ固定シリンダをセラミックライナの出口シリンダ上に設置し、（ｂ）セラミックライナの出口シリンダにライナ保持ツールを摺入し、ここでライナ保持ツールの外径は、出口シリンダの内径を支持するように寸法設計されており、（ｃ）ライナ保持ツールを把持し、セラミック
ライナの入口シリンダを遠隔チャンバのガス出口チャネルに挿入する工程を有する。
一実施形態において、本方法は、（ｄ）ライナ保持ツールを捻ることにより固定シリンダの環状フランジを上部チャンバ壁の対応する環状リップ部にはめこむことを更に含む。
基板洗浄チャンバのための基板加熱台座部が提供される。基板加熱台座部は、（ａ）凹部の配列を備えた基板受け面を有する第１ディスクと、加熱素子を受容するように成形されたチャネルを有する第２ディスクと、第１ディスクと第２ディスクとを接合するロウ付け接着部とを備えた環状プレートと、（ｂ）基板受け面の凹部にそれぞれ位置決めされた複数のセラミックボールと、（ｃ）環状プレートに埋設された加熱素子とを備える。
基板加熱台座部のロウ付け接着部は、アルミニウムロウ付け化合物を含むことができる。台座部の第１ディスク及び第２ディスクは、アルミニウムを含むことができる。台座部のセラミックボールは、アルミナ酸化物、石英、サファイア、窒化ケイ素、合成コランダム、酸化ジルコニウム、Ａｌ２Ｏ３又はこれらの混合物から構成することができる。一実施形態において、台座部のセラミックボールは、約１〜約３ｍｍの直径を有し、基板受け面を環状プレートの上面より約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍ高く維持するに十分な大きさの直径を有することさえできる。
基板処理チャンバのためのガス分散プレートが提供される。ガス分散プレートは、直径ｄをそれぞれ有する第１穴から構成される第１リングと、直径２ｄをそれぞれ有する第２穴から構成され且つ第１リングの半径方向外側に位置する第２リングと、直径３ｄをそれぞれ有する第３穴から構成され且つ第２リングの半径方向外側に位置する第３リングと、直径４ｄをそれぞれ有する第４穴から構成され且つ第３リングの半径方向外側に位置する第４リングとを有する。
ガス分散プレートの一実施形態において、直径ｄは約１〜約５ｍｍである。ガス分散プレートはセラミックから構成することができ、また酸化アルミニウム又は酸化ケイ素を含むことさえできる。
基板加熱台座部に面するガス分散プレートを保持するチャンバ蓋部を有する基板洗浄チャンバのための処理キットが提供される。処理キットは、（ａ）チャンバ蓋部に接触する、処理ガスを通過させるためのオリフィス及び周縁部を有する石英のトッププレートと、（ｂ）石英のトッププレートの周縁部と接触し且つガス分散プレートの上方に位置するトップライナと、（ｃ）ガス分散プレートの下方のボトムライナと、（ｄ）基板加熱台座部の周縁部上に載るフォーカスリングとを有する。
処理キットの一実施形態において、トッププレート、トップライナ、ボトムライナ及びフォーカスリングは全て石英を含む。処理キットのトッププレートは、外周縁部及び処理ガスを通過させるためのオリフィスを有する環状ディスクを含むことができる。トッププレートは、約１ｍｍ〜約５ｍｍの厚さを有することができる。一実施形態において、処理キットのガス分散プレートはセラミックから構成され、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素を含むことさえできる。処理キットのトップライナ及びボトムライナは、シリンダを含むことができる。処理キットのフォーカスリングは、基板加熱台座部の周縁部上に載る内方フランジを有することができ、フランジは、基板の周縁部にて垂直面に接する傾斜上面を含む。更なる実施形態において、処理キットの傾斜上面は、約８５〜約１００°の角度を有する。
本発明のこれらの構成、態様及び利点は、本発明の実施形態について説明している以下の記載、特許請求の範囲及び添付図面との関連でより良く理解することができる。しかしながら、各構成は特定の図面に関連してだけでなく本発明全般について用いることができ、また本発明がこれらの構成のいずれの組み合わせも含むことを理解すべきである。
基板洗浄チャンバを備えた基板処理装置の実施形態の側部断面図である。 ライナ固定シリンダ及びライナ保持ツールを使用して洗浄チャンバのトッププレートに嵌装された消耗セラミックライナの分解斜視図である。 洗浄チャンバのトッププレートに嵌装されたセラミックライナ及びライナ固定シリンダの概略側面図である。 基板受け面に埋設されたセラミックボールを有する基板加熱台座部の斜視図である。 ロウ付け接着部で接着された第１ディスク及び第２ディスク並びに埋設された加熱素子を有する図３Ａの基板加熱台座部の概略断面図である。 処理キット及びガス分散プレートの分解斜視図である。 洗浄チャンバ内の処理キット、ガス分散プレート及び基板加熱台座部の概略部分断面図である。 ガス分散プレートの上面図である。 基板洗浄チャンバを備えた基板処理装置の概略図である。
説明
基板２２の洗浄に適した洗浄チャンバ２４を備える基板装置２０の実施形態が図１に示される。図示されるように、洗浄チャンバ２４は、半導体ウェハ等の基板２２の洗浄に適している。しかしながら、当業者は、洗浄チャンバ２４を、その他の基板２２（フラットパネルディスプレイ、ポリマーパネル又はその他の電気回受容構造体等）の洗浄用に改造することができる。従って、本発明の範囲は、図に示す洗浄チャンバの実施形態例に限定されるべきではない。一般に、洗浄チャンバ２４は、１つ以上の囲壁３０を備え、囲壁には上壁３２、側壁３４及び底壁３６を含むことができ、これらは処理区域３８を取り囲む。エネルギー印加された洗浄ガスは、遠隔チャンバ４２から洗浄チャンバ２４のガス入口チャネル４０に供給される。洗浄ガスは基板２２及びチャンバ２４内のその他の表面と反応する。使用済みのガス及び副生成物は排気システム４４を介してチャンバ２４から排出され、排気システム４４はガスを処理区域３８から受け取る排気ポート４６を含んでいて
よく、またチャンバ２４内のガス圧を制御するための絞り弁４８及び１つ以上の排気ポンプ５０（ターボ分子排出ポンプ等）を含むこともできる。排気システム４４は、チャンバ２４内を大気圧より低い圧力に維持可能である。
洗浄ガスに遠隔的にエネルギー印加するのに適した遠隔チャンバ４２は、エネルギーをガスエナジャイザ区域５４に結合する遠隔ガスエナジャイザ５２を備える。洗浄ガス供給源５６は、洗浄ガスをガスエナジャイザ区域５４に供給する。流量弁５８を設置することにより、遠隔チャンバ４２への洗浄ガスの流量を制御することができる。ガスエナジャイザ５２は、ガスエナジャイザ区域５４内においてエネルギーを洗浄ガスに結合することにより、イオン種及びラジカル種を含むエネルギー印加洗浄ガスを生成する。ガスエナジャイザ５２は、例えば、ＲＦ又はマイクロ波エネルギーを洗浄ガスに結合することができる。ある態様において、遠隔ガスエナジャイザ５２は誘導子アンテナ５７を備え、アンテナ５７は、ガスエナジャイザ区域５４においてＲＦエネルギーを洗浄ガスに例えば約１００ワット〜約１０キロワットの電力レベルで誘導結合する。ガスエナジャイザ５２が、例えばスミスらの米国特許第６１５０６２８号（参照により本願に全て組み込まれる）に記載されるように、遠隔区域５４においてエネルギーを洗浄ガスに結合するための環状ガスエナジャイザの場合もある。環状ガスエナジャイザにより印加する適切なＲＦ電力レベルは、約１０００ワット〜約１００００ワットであってよい。約３００ワット〜約５キロワットのマイクロ波電力レベルを提供するマイクロ波ガス賦活装置を備えた遠隔ガスエナジャイザ５２を使用することもできる。
図２Ａ及び２Ｂに示されるように、消耗セラミックライナ６０は、遠隔ガスエナジャザイザ５２のガス出口チャネル６２をチャンバ２４のガス入口チャネル４０に接続する。ライナ６０は、チャネル４０、６２の内面をライナ６０の表面の少なくとも一部でもって被覆することによりチャネル４０、６２を保護することため、ライナ６０の内面６１はエネルギー印加されたガス種に曝露される。ライナ６０は、遠隔ガスエナジャイザのガス出口チャネル６２に適合した外径を有する入口シリンダ６４を備える。一態様において、入口シリンダ６４は、遠隔チャンバ４２から少なくとも約５０ｍｍ外に延びるに十分な長さの長さＬを有する。長さＬは、チャンバ２４のガス入口４０の端部より少なくとも約１ｍｍ手前で終端するに十分な短さである。一態様において、入口シリンダ６４は、約１００〜約１１０ｍｍの長さＬ及び約１ｃｍ〜約４ｃｍの直径を有する。
円錐フレア部６６は、入口シリンダ６４を出口シリンダ６８に接合する。円錐フレア部６６は、フレア部６６の長さに亘って円錐面に沿って増大する直径を有する管を含む。円錐フレア部６６は、上端部７０及び下端部７２とを有する。円錐フレア部６６の上端部７０の外径は、円錐フレア部６６と入口シリンダ６４との接合部にて入口シリンダ６４の外径に対応するように寸法設計されている。円錐フレア部６６の下端部７２の外径は、円錐フレア部６６と出口シリンダ６８との接合部にて出口シリンダ６８の外径に対応するように寸法設計されている。円錐フレア部６６の下端部７２の直径は、円錐フレア部６６の上端部７０の直径より少なくとも１．５倍大きい。一態様において、入口シリンダ６４、円錐フレア部６６及び出口シリンダ６８は一体に接続される。
円錐フレア部６６は、上端部７０と下端部７２との間でライナ６０の内部容積の直径を徐々に増大させることにより、処理チャンバに進入するエネルギー印加ガス種をより均等に分散させる役割を果たす。直径の突然の変化は、ライナの出口からのガス分散を不均等にすると考えられていた。円錐フレア部６６は、入口シリンダ６４の第１直径から出口シリンダ６８の第２直径へと徐々に末広がりとなり、解離したガス種の流路に沿って容積は徐々に増大する。一態様において、円錐フレア部６６は、円錐フレア部の中央線を通る垂直軸に対して約１０°〜約６０°の角度のついた円錐面を備える。また、円錐フレア部６６の長さの出口シリンダ６８の長さに対する比は約１：２〜約１．８である。円錐フレア部６６の長さに亘って容積の増大を段階的にすることにより、円錐フレア部６６の出口端部７２においてガス種がより良好に分散する。
ライナ６０は、基板洗浄チャンバ２４のガス入口チャネル４０に接続された出口シリンダ６８も有する。一態様において、出口シリンダ６８は、基板洗浄チャンバ２４のガス入口チャネル４０に適合する外径を有する。出口シリンダ６８は、チャンバ環境における侵食を回避するために、洗浄チャンバ２４の処理区域の手前で終端するに十分な短さである長さＬを有する。入口シリンダ６４が第１直径を有する場合、出口シリンダ６８は、第１直径より少なくとも１．５倍大きい第２直径を有する。一態様において、出口シリンダ６８は、約２ｃｍ〜約８ｃｍ、より典型的には約４ｃｍの直径を有する。出口シリンダ６８は、チャンバのガス入口４０の内面をエネルギー印加されたガス種による侵食から保護し、またライナの直径を増大させることにより、遠隔区域５４内で生成されたエネルギー印加されたガス種間での衝突が軽減される。
消耗ライナ６０は、遠隔ガスエナジャイザ内で発生させたエネルギー印加ガスからイオン種を捕捉可能なセラミック材料を含む。例えば、ライナ６０は石英、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムを含むことができる。一態様において、ライナ６０は石英を含み、水素イオンの一部をその内面７４に吸着することによりエネルギー印加ガスから水素イオンを捕捉可能である。石英の内面７４は、水素含有種が吸着できる表面を提供することによりラジカルの再結合を低減するイオンフィルタ７６として作用すると考えられている。また、石英の表面７４に衝突する水素含有種は、吸着された水素含有ラジカルをエネルギー印加ガスに放出することにより遊離の水素ラジカルを再生させると考えられている。しかしながら、石英の表面７４により水素イオンは再生しないことから、石英の表面に衝突する水素イオンは再結合することにより電気的に中性の、非イオン種を生成する。従って、石英の表面７４上を賦活させた又はエネルギー印加された洗浄ガスを通過させることに
より、エネルギー印加された洗浄ガスからイオン種が除去されて、水素ラジカルが保存される。
消耗ライナ６０の厚さは、交換するまでにライナが耐えなくてはならない処理サイクル数に応じて選択される。エネルギー印加されたガスは、ライナ６０のエッチング及び侵食が可能なことから、ライナ６０を、既定の処理サイクル数を経た後に交換しなくてはならない。また、ライナ６０の吸着特性は、セラミックライナの表面にイオンが吸着されればされるほど低下する。ライナ６０が耐え得る処理サイクル数は、ライナ６０の厚さに関係する。一態様において、ライナ６０は、少なくとも約３００００回の処理サイクルに亘ってイオン種を捕捉するに十分な厚さであり、約２ｍｍ〜約６ｍｍの厚さを有する。
ライナ６０は、セラミック粉末を所望の形状に例えば冷間静水圧プレスにより成型することにより形成することができる。例えば、セラミック粉末を、液状の結合剤（有機結合剤ポリビニルアルコール等）と組み合わせる。この混合物を静水圧プレス装置のゴムバッグに入れ、圧力をバッグの壁に均等にかけることにより混合物を圧縮し、所望の管形状を有するセラミック構造体を形成する。圧力は、例えば、水中に可撓性容器を浸漬することにより又はその他の加圧方法により印加することができる。成型されたセラミック予備成型物は、中空の管状鋳型を用いて円筒状又はリング状に形成することができ、得られる成型されたセラミック予備成型物を機械加工により更に成形することができる。次に、成形されたセラミック予備成型物を焼結することにより焼結セラミックを形成する。例えば、酸化アルミニウムを約１３００℃〜約１８００℃で約４８時間〜約９６時間に亘って、典型的には約１ａｔｍの圧力で焼結することができる。焼結したセラミック材料を、例えば、機械加工、研磨、レーザー加工又はその他の方法により更に成形して所望のセラミック構造体を得ることができる。
ライナ６０は、ライナ固定シリンダ７１によりチャンバ内の所定の位置に保持される。図２Ａ及び２Ｂに示されるように、ライナ固定シリンダ７１は、ライナ６０の出口シリンダ６８の外径上に摺嵌するように寸法設計されており、出口シリンダ６８の環状リップ部６９に突き当たる。図１に示されるように、ライナ固定シリンダ７１は、ライナ６０の外側シリンダ６８と開口壁７３との間に嵌合して気密シールを形成し、また金属又はセラミック材料から形成することができる。
有利には、ライナ固定シリンダ７１により、上部チャンバ壁３２へのライナ６０の設置が容易になり、また既定の処理サイクル数を経た後にプラズマに曝露されたライナ６０の再調整又は交換を目的とした取り外しが容易になる。ライナ固定シリンダ７１は、固定シリンダ７１の一端から外方向に延びる円形フランジ７３を備える。円形フランジ７３は、図２Ｂに示されるように、上部チャンバ壁３２から延びる環状リップ部７９上の対応するフラットキー部７７に挿入されるフラットキー７５を有する。ライナ固定シリンダ７１を捻ることにより円形フランジ７３が回転して上部チャンバ壁３２の環状リップ部７９の裏側で摺動し、円形フランジ７３は環状リップ部７９の裏側で固定される。固定ピン等の固定ブロッカ（図示せず）を回転する円形フランジ７３の経路に挿入することにより、フランジのそれ以上の回転を阻止して停止させることができる。
遠隔チャンバ４２のガス出口チャネル６２を洗浄チャンバ２４のガス入口チャネル４０に接続するためにライナ６０をチャンバ蓋部に挿入する方法も、図２Ｂに示される。この方法においては、まずライナ固定シリンダ７１をセラミックライナ６０の出口シリンダ６８に嵌める。次に、ライナ保持ツール８１をセラミックライナ６０の出口シリンダ６８に通すことにより、ライナ保持ツール８１の外径で出口シリンダ６８の内径を支持する。ユーザはライナ保持ツール８１を把持し、次にセラミックライナ６０の入口シリンダ６４を遠隔チャンバ４２のガス出口チャネル６２に挿入する。次に、上述したように、ライナ保持ツール８１を捻ってライナ固定シリンダ７１の円形フランジ７３を上部チャンバ壁３２の対応する環状リップ部７９にはめこむ。
チャンバ２４は、任意で、エネルギーをチャンバ２４の処理区域３８内のガスに結合するチャンバガスエナジャイザ（図示せず）を備えていてよい。例えば、チャンバガスエナジャイザは、１つ以上の電極及びＲＦエネルギーを結合するための誘導子アンテナを備えることができる。
図１、３Ａ、３Ｂ及び４Ｂに示されるように、基板加熱台座部８０が、基板洗浄チャンバ２４の処理区域３８において基板２２を保持するために設置される。台座部８０は、凹部８８の配列を備えた基板受け面８４を有する環状プレート８２及び環状プレート８２に埋設された加熱素子９２を備える。加熱素子９２は、コントローラ７８により制御される。コントローラ７８は、洗浄チャンバ２４若しくは遠隔チャンバ４２内の状態を監視する１つ以上の検出装置１０６からの入力又は装置２０のユーザからの入力の少なくとも一方に応答して、様々なレベルの電力を加熱素子９２に供給可能である。台座部８０は任意で電極（図示せず）を備えることができ、電極にバイアス電圧を印加することにより基板２２を台座部８０に保持する又は処理の特性（基板２２のイオン衝撃の程度等）に影響を与えることができる。電極に印加されるバイアス電圧も、コントローラ７８により制御される。
図３Ａに示されるように、複数のセラミックボール９０が、基板受け面８４上の凹部８８にそれぞれ位置決めされる。セラミックボール９０は、各ボール９０の表面の一部が台座部の表面８４の面より上にくるように台座部８０の表面８４に埋設される。このため、ボール９０の上部領域１４４が、Ｎ不連続領域から成る隆起基板受け面８６を構成する。ここでＮは、台座部８０の表面８４に埋設されたボール９０の数である。隆起基板受け面８６は、台座部の表面８４とは垂直方向に分離している。つまり、隆起基板受け面８６は、環状プレート８２の表面より約０．０ｌｍｍ〜約０．５ｍｍ高い。一連の不連続点でもって基板２２を加熱台座部８０の環状プレート８２の表面から垂直方向に距離を置いて支
持することにより、チャンバ２４内のガスは、加熱中、基板２２と環状プレート８２の表面との間で熱を伝達することができる。基板２２を環状プレート８２の表面の上方に載架することにより、基板２２を環状プレート８２の表面に接触させる場合と比較して、基板２２の加熱がより均等となるが、これは熱的な接触が、プレート８２の熱伝導率及び表面接触特性における局所的なムラに直接的に影響されないからである。
一態様において、セラミックボール９０の形状は球状であり、ボール９０の直径は、基板受け面を環状プレートの上面より約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍ高く維持するに十分な大きさである。典型的には、ボール９０は、約１ｍｍ〜約３ｍｍの直径を有する。一態様において、球体は約２ｍｍの直径を有し、環状プレート８２の上面から約０．０４ｍｍ突出する。セラミックボール９０は、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、サファイア、合成コランダム及びアルミナ酸化物の少なくとも１つを含み、一態様においてアルミナ酸化物を含む。
環状プレート８２は、２枚のディスク９４、９６から構成され、これらのディスクは、ロウ付け接着部により接着される。一態様において、図３Ａ及び３Ｂに示されるように、環状プレート８２は、隆起基板受け面８６を有する第１ディスク９４を備える。第１ディスク９４は、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの厚さ及び約１０ｃｍ〜約７０ｃｍの直径を有する。ディスク９４の直径は、処理対象の基板の寸法に左右される。ディスク９４の受け面は複数の凹部８８を備え、各凹部はセラミックボール９０を受容するに十分な直径及び深さを有する。凹部８８は機械加工により形成することができ、好ましくは、約２〜約２０°内側に傾斜した側部を備えているため、第１ディスクの表面における凹部８８の直径は、
セラミックボール９０の直径より若干小さい。このように機械加工された凹部８８は、挿入されたセラミックボール９０を、挿入後、環状プレート８２の表面に閉じ込めることが可能である。
第１ディスク９４の直径に対応した直径及び約６ｍｍ〜約１５ｍｍの厚さを有する第２ディスク９６が設置される。第２ディスク９６は、加熱素子９２を受容するように成形されたチャネル９８を備え、アルミニウム、銅、チタン、モリブデン、ステンレススチール及びこれらの組み合わせの少なくとも１つから形成される。一態様において、第２ディスクはアルミニウムを含み、ロウ付け接着材料は、アルミニウムロウ付け材料を含む。加熱素子９２は、環状プレート８２の表面８４を室温前後〜約４００℃に維持するに十分な電気抵抗を有する抵抗器アセンブリを含む。加熱素子９２は、ディスクの中心１０２付近にて第２ディスク９６を貫通して延びる端子ポスト１００を介して給電される。
加熱素子９２が埋設された環状プレート８２は、厚さ約５ｍｍを有するアルミニウムシートから第１ディスク９４を機械加工することにより形成され得る。第１ディスク９４の表面８４から約２ｍｍの深さを有する凹部８８は、皿穴に埋め込むセラミックボール９０の望ましい配置に対応してディスク９４の表面８４にドリル加工される。第２ディスク９６は、厚さ約１１．５ｍｍ〜約１２．５ｍｍを有するアルミニウムシートから、第１ディスク９４と同じ直径を有するように機械加工される。蛇行チャネル９８がディスク９６に機械加工され、チャネル９８は、加熱素子９２の寸法に対応した幅及び深さを有する。少なくとも１組の穴（図示せず）が、第２ディスク９６の中心１０２付近にドリル加工される。ドリル加工により形成された穴は、加熱素子９２の端子１００の直径より少なくとも１０％大きい直径を有する。加熱素子９２は、第２ディスク９６の溝が形成された側で素子をチャネル９８に圧入し、ドリル加工により形成された穴に端子１００を通すことにより適用される。ロウ付けホイル又はロウ付け化合物は、第２ディスク９６の表面を被覆するように第２ディスク９６の溝が形成された表面に置かれる。第１ディスク９４の穴が形成されていない面はロウ付け表面に面して保持され、アセンブリは、第１ディスク９４及び第２ディスク９６の周縁部が重なり合うように揃えられる。アセンブリは、加熱プレスの場合のように、アセンブリを炉に入れ、ロウ付け材料の融点より高い温度にまでアセンブリを加熱し、圧力を印加することにより接着される。次に、アセンブリを冷却してロウ付け接着部１０４を形成する。
環状プレート８２の背面には、環状プレート８２を支持するために使用される支持ポスト１１０が取り付けられる。支持ポスト１１０は、環状プレート８２の背面を受容するように構成された受け面を有するロッドを含む。ロッドは、ステンレススチール又はアルミニウム等の金属を含んでいてよく、中実又は中空の構造体であってよい。一態様において、支持ポスト１１０は、台座部８０を基板２２を受け取るための位置、基板２２を処理するための位置、基板２２をチャンバ２４から取り除くための位置へと昇降させるように構成された蛇腹部及び昇降機構（図示せず）も備える。環状プレート８２を支持ポスト１１０に固締する方法は、支持ポスト１１０の環状プレート８２の底面への溶接や、環状プレート８２の底面に螺刻したアダプタを溶接し、次に環状プレート８２を支持ポスト１１０に螺合させることを含むことができる。或いは、環状プレート８２は支持ポスト１１０に、中空の管を環状プレート８２の底面に溶接し、次に中空管を支持ポスト１１０に圧締することにより固締される。
図４Ａ及び４Ｂに示されるように、幾つかの構成部品１１２を含む処理キット１１４が、洗浄チャンバ２４にエネルギー印加ガスを収容し、基板表面全体にガスを分散させるために設置される。処理キット１１４の構成部品１１２は、例えば、トッププレート１１６、トップライナ１１８、ガス分散プレート１２０、ボトムライナ１２２及びフォーカスリング１２４を含むことができる。処理キット１１４の構成部品１１２は、例えば、侵食さ
れた構成部品を交換若しくは修理する又は異なるサイズの基板２２の処理を目的として洗浄チャンバ２４を改造する際に、チャンバ２４から簡単に取り外すことができる。処理キット１１４の構成部品は石英から形成することができるが、これは石英が水素ラジカル等の処理ガスラジカルの再結合速度を低下させるのに効果的だからである。
トッププレート１１６は、図４Ａに示されるように、外周縁部１２８及び処理ガスを通過させるためのオリフィス１３０を有する環状ディスク１２６を含む。トッププレート１１６は、基板洗浄チャンバ２４に納まるように寸法設計されており、オリフィス１３０は、約４０ｍｍ〜約４５ｍｍの直径を有し且つトッププレート１１６のほぼ中心に位置することから、上部チャンバ壁３２のガス入口チャネル４０と実質的に重なる。トッププレート１１６は、チャンバ２４の上部チャンバ壁３２と接触する。トッププレート１１６はトップライナ１１８と接触し且つトップライナ１１８により支持される。トッププレート１１６は、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの厚さを有する。
トップライナ１１８は、トッププレート１１６の外周縁部１２８と接触する。トップライナ１１８は、エネルギー印加された処理ガスを閉じ込め且つ洗浄チャンバ２４の壁３０をエネルギー印加された処理ガスから保護する役割を果たすシリンダを含む。ライナ１１８は、約０．６０ｃｍ〜約０．７０ｃｍの厚さを有する。一態様において、トッププレート１１６の外周縁部１２８は、トップライナ１１８の上端部１３２上に載る。
ガス分散プレート１２０は、トップライナ１１８と接触する上面１３４、底面１３６及びプレートに穿孔された、処理ガスをチャンバ２４内で分散させるための複数の穴１４０を有する。穴１４０は、基板２２の表面への処理ガスの均等な供給を促進するための形状及びサイズを有し、またプレート１２０の表面全体に離間関係でもって分散させられる。一態様において、複数の穴１４０は、図４Ｃに示されるように、それぞれ異なる直径を有する穴１４０ａ〜ｄから構成される４つのリング１３９ａ〜ｄを含む。一態様において、第１穴１４０ａから構成される最内方第１リング１３９ａは直径ｄに寸法設計される。それぞれ直径２ｄを有する第２穴１４０ｂから構成される第２リング１３９ｂは、第１リング１３９ａの半径方向外側に位置している。それぞれ直径３ｄを有する第３穴１４０ｃから構成される第３リング１３９ｃは、第２リング１３９ｂの半径方向外側に位置している。それぞれ直径４ｄを有する第４穴１４０ｄから構成される第４リング１３９ｄは、第３リング１３９ｃの半径方向外側に位置している。穴１４０ａ〜ｄのこのような分散により、基板２２の表面へと処理ガスがより均等に供給される。一態様において、第１穴１４０ａは約１〜約５ｍｍの直径ｄを有し、その他の穴１４０ｂ〜ｄは、それに従った寸法設計をされている。一例として、第１リングの穴１４０ａはそれぞれ直径約１〜約５ｍｍを有し、第２リングの穴１４０ｂはそれぞれ直径約２〜約１０ｍｍを有し、第３リングの穴１４０ｃはそれぞれ直径３〜約１５ｍｍを有し、第４リングの穴１４０ａはそれぞれ直径約４〜約２０ｍｍを有する。一態様において、異なる直径の穴１４０ａ〜ｄは、第４リング１３９ｄ上により多数の穴が含まれるようにと離間されており、第３リング１３９ｃ、第２リング１３９ｂ及び第１リング１３９ａに含まれる穴の数は段階的に少なくなる。ガス分散プレート１２０は、セラミック（例えば、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素等）から構成することができ、酸化ケイ素は石英であってよい。
図４Ａ及び４Ｂに示されるように、ボトムライナ１２２は、ガス分散プレート１２０の底面１３６に接触する。ボトムライナ１２２もシリンダを含み、シリンダはこのシリンダから外方向に延びる環状周縁部１４２を有する。周縁部１４２は、ガス分散プレート１２０の底面１３６及び洗浄チャンバ２４の側壁３４に接触する。
フォーカスリング１２４が、エネルギー印加された処理ガスを基板２２に集束させるために設置される。図３Ｂ及び４Ｂに示されるように、フォーカスリング１２４は、支持台座部８０の周縁部上に載り且つ基板周縁部にて垂直面１５１に接する傾斜上面１５０を有する内方フランジ１４８を備える。傾斜上面１５０は、約８５〜約１００°（例えば、約９５°）の角度を有する。フォーカスリング１２４は、基板加熱台座部８０の外方棚部１５４付近で隆起した脚部１５２も有する。
上記記載の処理キット１１４の構成部品は、エネルギー印加ガスからイオン種を吸着により除外するためのフィルタ材料（例えば、石英等）を含むことができる。一態様において、トッププレート１１６、トップライナ１１８、ガス分散プレート１２０、ボトムライナ１２２及びフォーカスリング１２４の表面の少なくとも一部は、石英、例えば石英のコーティングを含む。石英は、処理キット１１４のこれらの構成部品の表面上に、物理気相蒸着又は熱水堆積（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により堆積させることができる。これらの表面上の石英層に適した厚さは、約０．０１ｍｍ〜約４ｍｍである。一態様において、処理キット１１４の構成部品１１２は、石英から構成される。
石英の表面７４は、エネルギー印加された洗浄ガスから水素イオン種を最適に選別するために配置することができる。一態様において、石英の表面７４は、ガスエナジャイザ区域５４と洗浄チャンバ２４とをつなぐセラミックライナ６０の一部の内面を含む。例えば、セラミックライナ６０は、石英の管を含むことができる。別の態様において、石英の表面７４は、ガス分散装置の１つ以上の表面（例えば、ガス分散プレート１２０の上面等）を含む。石英の表面は、遠隔区域と基板との間（例えば、処理区域の上方）に設置される、賦活させた洗浄ガスを更に選別するためのワイヤグリッドも含んでいてよい。
装置２０の洗浄チャンバ２４において実行するある洗浄処理において、基板２２の温度は、堆積物における酸化物を低減するのに最適な条件をもたらすように設定されており、温度は、水素含有ラジカルと堆積物との間での化学反応を促進するようにさえ設定することができる。例えば、基板２２の温度は、約０〜約５００℃（約１５０℃〜約４５０℃等）に維持され、約２５℃〜約３５０℃（約１５０℃〜約３５０℃等）でさえある。一態様において、洗浄処理中に基板２２に印加されるバイアス電力レベルは望ましくは低く、これはバイアス電力レベルが高いと、エネルギー印加された洗浄ガスの中のイオンの基板２２への衝突が多くなるからである。適切なバイアス電力レベルは約１００ワット未満（例
えば、約０〜約１０ワット等）であってよく、約１〜約１０ワットであってさえよく、また実質的にゼロでさえあってよい。別の態様においては、より高いバイアス電力レベルで印加することにより洗浄速度を上昇させ、バイアス電力レベルは例えば１００ワットより高く、約１００ワット〜約２００ワットでさえある。
基板２２の洗浄は、熱処理工程又はアニーリング工程を実行して基板２２から堆積物を除去することにより改善することができることが更に発見されている。加熱処理工程において、基板２２を、基板２２から材料を気化させるに十分な温度にまで加熱する。加熱処理工程中、還元ガス流も供給することにより、基板２２上での酸化物の生成を阻害してもよい。適切な還元ガスは水素含有ガス（例えば、Ｈ２）を含んでいてよい。加熱処理工程は、エネルギー印加水素ラジカル洗浄工程に先立って基板２２を比較的軽く初期洗浄するために、実質的に還元ガスにエネルギー印加することなく（例えば、ＲＦ又はマイクロ波エネルギーを還元ガスに実質的に結合することなく）行うことができる。
適切な洗浄処理の一態様において、約５０〜約１０００ｓｃｃｍのＨ２（３００ｓｃｃｍのＨ２等）及び約０〜約１０ｓｃｃｍのＨ２Ｏ（３ｓｃｃｍのＨ２Ｏ等）を含む洗浄ガスは、約３００ワット〜約３０００ワット（１０５０ワット等）の電力レベルを印加することにより、遠隔ガスエナジャイザ５２のチャンバ４２内で賦活させられる。遠隔チャンバ４２の圧力は、約１０Ｔｏｒｒ未満（約１Ｔｏｒｒ等）に維持される。約０〜約１００ワット（５０ワット等）のバイアス電力レベルで印加を行って基板２２にバイアスをかけ、基板２２の温度は、約１５０〜約４５０℃（２５０℃等）に維持される。洗浄処理により実質的に堆積物が除去されて、洗浄済みの表面が得られる。
洗浄処理の完了後、チャンバ２４内の圧力を約１０ｍＴｏｒｒ未満にまで下げることにより使用済みの洗浄ガス及び洗浄処理の副生成物を排出し、また洗浄チャンバ２４によるマルチチャンバ装置２６の汚染の可能性を低下させる。次に、基板２２を、搬送ロボット１１９を有する基板搬送チャンバを介して真空下で堆積チャンバ２４ｂに搬送し、第２金属含有導体２１（銅、アルミニウム、タンタル、タングステン、窒化タンタル、窒化タングステンの少なくとも１つ等）を洗浄したての金属含有導体表面上に堆積することができる。
図５に示されるように、基板２２の処理に適したマルチチャンバ装置２０は１つ以上の処理チャンバ２８ａ〜ｄを備え、処理チャンバは洗浄チャンバ２４を含むことができる。チャンバは電気的機能、配管的機能及びその他の支援機能を提供するプラットフォーム上に取り付けられる。プラットフォームは、典型的には、処理対象である基板２２のカセット１５８を受け取るためのロードロック１５６並びに、処理の際に基板２２をカセット１５８から異なるチャンバ２８ａ〜ｄに搬送するため及び処理後に基板を戻すためのロボット１６２が納まった基板搬送チャンバ１５４を支持する。異なるチャンバ２８ａ〜ｄは、例えば、洗浄チャンバ２４、材料をウェハ上に堆積するための堆積チャンバ２８ｂ、任意の加熱処理チャンバ２８ｃ及びその他の処理チャンバを含む。例えば、一態様において、チャンバの１つは基板２２の金属含有導体上に形成された堆積物を除去するための洗浄チャンバ２４を含む。洗浄処理の完了後、基板２２を、ロボット１６２により、洗浄済みの基板２２上に材料（金属含有導体等）を堆積するための堆積チャンバ２８ｄに搬送することができる。基板２２は、ロボット１６２により、第１チャンバ２８ｂにおいて堆積された第１材料上に別の材料（別の金属含有導体等）を堆積可能な第２堆積チャンバ２８ｃに搬送することもできる。チャンバ２８ａ〜ｄは、基板搬送チャンバ１５４の壁１６４内で連続的な真空環境を形成するために相互接続されており、これにより処理は中断されるこ
となく進行し、また基板２２の汚染は軽減される。搬送チャンバ１５４は、ガスを排気する及びチャンバの汚染を軽減するための低圧環境（約１０ｍＴｏｒｒ未満の圧力等）を維持するための排気ポート１６４を有する壁１６０を備える。
マルチチャンバ装置２６は、ハードウェアインターフェースを介してコントローラ１７０により操作することができる。コントローラ１７０は、メモリ及びコンピュータ周辺機器に連結された中央処理装置（ＣＰＵ）を有するコンピュータ（図示せず）を含む。好ましくは、メモリは、取り外し可能な記録媒体（例えば、ＣＤ又はフロッピー（商標名）ドライブ等）、取り外し不可能な記録媒体（例えば、ハードドライブ等）及びランダムアク
セスメモリを含んでいてよい。コントローラ１７０は、例えば、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード及びモータコントローラボードを含む複数のインターフェースカードを更に備えていてよい。一態様において、コントローラ１７０は、メモリ（例えば、取り外し不可能な記録媒体又は取り外し可能な記録媒体）に保存されたコンピュータ可読性プログラムを含む。コンピュータ可読性プログラムは、一般に、例えば、チャンバ２８ａ〜ｄ及びその構成部品並びに搬送チャンバ１５４及びロボット１６２を操作するためのプログラムコードを含む処理制御ソフトウェア、チャンバ内で行われている処理を監視するための処理監視用ソフトウェア、安全システムソフトウェア、その他の制御ソフトウェアを含む。コンピュータ可読性プログラムは、いずれの慣用のコンピュータ可読性プラグラム言語で書かれてもよい。
本発明の例示的な実施形態を図示し説明してきたが、当業者は、本発明を取り入れた、本発明の範囲内でもあるその他の実施形態を考案し得る。例えば、チャンバ２４は、具体的に説明したもの以外の構成部品を備えていてよく、これは当業者に明らかである。更に、下方、上方、底部、上部、上、下、第１、第２及びその他の相対的又は位置的な用語は、図の例示的な実施形態に関して使用したものであり入れ替え可能である。従って、特許請求の範囲は、本発明を説明するための好ましい態様、材料又は本願に記載の空間的な配置についての記載に限定されるべきではない。

Claims (4)

  1. 遠隔チャンバのガス出口チャネルを基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続するための接続消耗セラミックライナであって、
    （ａ）遠隔チャンバのガス出口チャネルに適合するように寸法設計された外径を有する入口シリンダと、
    （ｂ）基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続された出口シリンダであって、入口シリンダの外径よりも少なくとも１．５倍大きな外径を含み、環状リップ部を有する出口シリンダと、
    （ｃ）入口シリンダを出口シリンダに接合する円錐フレア部であって、
    （ｉ）約１０°〜約６０°の角度で円錐フレア部の中央線を通る垂直軸に対して傾斜された円錐面と、
    （ｉｉ）約１：２〜約１：８である円錐フレア部の長さの出口シリンダの長さに対する比を含む円錐フレア部と、
    （ｄ）基板洗浄チャンバ内にライナを保持するためのライナ固定シリンダであって、出口シリンダの外径上に摺嵌するように寸法設計され、出口シリンダの環状リップ部に突き当たるライナ固定シリンダとを備えるライナ。
  2. 遠隔ガスエナジャイザで発生させたエネルギー印加ガスからイオン種を捕捉可能なセラミック材料を含む請求項１記載のライナ。
  3. セラミックライナを上部チャンバ壁に挿入することにより遠隔チャンバのガス出口チャネルを基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続する方法であって、
    セラミックライナは、遠隔チャンバのガス出口チャネルに適合するように寸法設計された入口シリンダと、基板洗浄チャンバのガス入口チャネルに接続された出口シリンダと、入口シリンダを出口シリンダに接合するための円錐フレア部とを備え、
    （ａ）ライナ固定シリンダをセラミックライナの出口シリンダ上に設置し、
    （ｂ）セラミックライナの出口シリンダにライナ保持ツールを摺入し、ここでライナ保持ツールの外径は、出口シリンダの内径を支持するように寸法設計されており、
    （ｃ）ライナ保持ツールを把持し、セラミックライナの入口シリンダを遠隔チャンバのガス出口チャネルに挿入することを含む方法。
  4. （ｄ）ライナ保持ツールを捻ることによりライナ固定シリンダの環状フランジを上部チャンバ壁の対応する環状リップ部にはめこむことを更に含む請求項３記載の方法。
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