JP6924775B2 - 排気堆積物の除去のための温度制御された遠隔プラズマ洗浄 - Google Patents
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Description
本開示の態様は概して、エピタキシャルシリコンを形成するためのプロセスチャンバと共に使用される排気システムといった排気システムを洗浄するための、方法及び装置に関する。
関連技術の説明
エピタキシャルシリコンは、ケイ素含有前駆体ガスを使用して、プロセスチャンバ内で堆積される。プロセスチャンバ内での所定の回数の堆積サイクルの後に、プロセスチャンバは、塩素含有ガスを使用して洗浄される。塩素含有ガスからの塩素ラジカルは、ケイ素と反応してクロロシランを形成し、このクロロシランはプロセスチャンバから排気される。クロロシランは、排気システムの内表面に堆積する可燃性物質であり、定期的に除去される必要がある。クロロシランを除去するための洗浄時間は、必要とされる除去の度合いに応じて、半日から最大１か月までの期間にわたりうる。加えて、クロロシランは、排気システムの解体時に周囲環境の酸素と反応することによって、接触爆発性のクロロシロキサンを形成しうる。クロロシロキサンの形成により、担当者が一層の注意を払うことになるため、洗浄及びメンテナンスに必要な時間は更に長くなる。
エピタキシャルシリコンは、ケイ素含有前駆体ガスを使用して、プロセスチャンバ内で堆積される。プロセスチャンバ内での所定の回数の堆積サイクルの後に、プロセスチャンバは、塩素含有ガスを使用して洗浄される。塩素含有ガスからの塩素ラジカルは、ケイ素と反応してクロロシランを形成し、このクロロシランはプロセスチャンバから排気される。クロロシランは、排気システムの内表面に堆積する可燃性物質であり、定期的に除去される必要がある。クロロシランを除去するための洗浄時間は、必要とされる除去の度合いに応じて、半日から最大１か月までの期間にわたりうる。加えて、クロロシランは、排気システムの解体時に周囲環境の酸素と反応することによって、接触爆発性のクロロシロキサンを形成しうる。クロロシロキサンの形成により、担当者が一層の注意を払うことになるため、洗浄及びメンテナンスに必要な時間は更に長くなる。
したがって、排気システムを洗浄するための、改良型の方法及び装置が必要とされている。
一態様では、処理システムは、プロセスチャンバと、プロセスチャンバに連結された排気システムとを備える。排気システムは、プロセスチャンバの下流で排気システムにイオン化洗浄ガスを供給するための、遠隔プラズマ源と、排気システムの一又は複数の場所において排気システムの温度を測定するための、一又は複数のセンサとを備える。
別の態様では、処理システムは、プロセスチャンバと、プロセスチャンバに連結された排気システムとを備える。排気システムは、プロセスチャンバの下流で排気システムにイオン化洗浄ガスを供給するための、遠隔プラズマ源と、排気システムの一又は複数の場所において排気システムの温度を測定するための、遠隔プラズマ源の下流にある一又は複数のセンサと、一又は複数のセンサの下流にある終点検出システムと、終点検出システムの下流にある真空ポンプとを、備える。
別の実施形態では、排気システムを洗浄するためのプロセスは、プロセスチャンバの下流で排気システムに一又は複数のイオン化ガスを導入することと、排気システムの中の温度をモニタすることと、モニタされた温度に基づいて、一又は複数のイオン化ガスの流量を調整することとを、含む。
本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、態様を参照することによって得られる。一部の態様は、付随する図面に示されている。しかし、付随する図面は例示的な態様のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な態様も許容しうることに、留意されたい。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一態様の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の態様に有益に組み込まれうると想定される。
本開示の態様は概して、エピタキシャルシリコンを形成するためのプロセスチャンバと共に使用される排気システムといった排気システムを洗浄するための、方法及び装置に関する。排気システムは、排気システムを通るイオン化ガスを供給するための遠隔プラズマ源と、遠隔プラズマ源の下流に配置された一又は複数の温度センサとを含む。本書に記載の方法及び装置の使用は、その他のエッチングなどのプロセス、又は、エピタキシャルシリコン以外の物質の堆積のためのものでもあると想定されることに、留意されたい。
図１は、本開示の一態様による処理システム１００の概略図である。処理システム１００は、排気システム１０２に連結されたプロセスチャンバ１０１（エピタキシャル堆積リアクタなど）を含む。排気システム１０２は、排気システム１０２の下流に配置されたスクラバー１２２に排出物を流すことを容易にするために、排気システム１０２の下流側端部で真空ポンプ１０３に連結される。排気システム１０２は、ベローズ１０５を介して排気システム１０２に連結された、終点検出システム１０４を含みうる。排気システム１０２及びベローズ１０５は、洗浄工程の終点の判定を容易にするために、真空ポンプ１０３の上流に配置されうる。
洗浄ガス、パージガス、キャリアガス、又はその他のプロセスガスをイオン化するため、及び、排気システム１０２にイオン化ガスを提供するために、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）１０６が、排気システム１０２に連結される。例えば、アルゴンなどの不活性ガス又は非反応性ガスを提供するために、第１ガス供給源１０７が、ＲＰＳ１０６に、そしてこれを通じて排気システム１０２に、連結されうる。加えて、ＮＦ３などの洗浄ガスを提供するために、第２ガス供給源１０８が、ＲＰＳ１０６に、そしてこれを通じて排気システム１０２に、連結されうる。これ以外の想定される洗浄ガスは、ＮＦ２Ｈ、ＣＨＦ３、ＣＦ４などを含む。その他の洗浄ガス及び非反応性ガスも想定されることに、留意されたい。イオン化ガスにより、排気システム１０２の内部からの蓄積堆積物の除去が容易になり、ひいては、洗浄のために排気システム１０２を解体する必要性が減少するか、又はなくなる。
排気システム１０２は、プロセスチャンバ１０１内への排気の逆流を防止する、第１分離バルブ１０９を含む。プロセスチャンバ１０１は、壁１２０によって真空ポンプ１０３から分離されうる。ＲＰＳ１０６は、ガス通路１１０を介して、第１分離バルブ１０９の下流で排気システム１０２に連結される。ガス通路１１０は、ガス通路１１０を通るガス流を制御するための、ひいては、ＲＰＳ１０６から排気システム１０２へのガス流を制御するための、ガス通路１１０に配置された第２分離バルブ１１１を含む。分離バルブ１０９及び１１１は、コントローラ（図示せず）によって制御されうる。
排気システム１０２は、温度を検知するための一又は複数のセンサ１１２ａ〜１１２ｇ（７つを図示している）も含む。第１温度センサ１１２ａは、分離バルブ１０９及び１１１の下流の、圧力制御バルブ１１３の上流に配置されている。残りのセンサ１１２ｂ〜１１２ｇは、圧力制御バルブ１１３の下流の、ベローズ１０５の上流に配置されている。センサ１１２ａ〜１１２ｇにより、排気システム１０２の種々の場所における排気温度のモニタリングが容易になる。一態様では、センサ１１２ａ〜１１２ｇは、排気システム１０２内の排出物質の堆積が増大しやすい場所に配置される。例えば、バルブ、肘状部、Ｔ型部品などでは、物質の堆積が増大しやすい。一例では、センサ１１２ａ〜１１２ｇは熱電対でありうる。一例では、温度センサ１１２ｅ及び１１２ｆは床１２１の下に配置される。
温度センサ１１２ａ〜１１２ｇにより、排気システム１０２における洗浄工程のモニタリングが容易になる。洗浄ガスからのフッ素ラジカルとクロロシラン堆積物との反応は、発熱性である。ゆえに、温度測定を通じて、反応の度合いが概括的に認定されうる。例えば、排気システム１０２内の温度を追跡することによって、洗浄工程の終点検出がモニタされうる。センサ１１２ａ〜１１２ｇにおいて高温であることは、洗浄ガスと堆積物質とが反応していることを示す一方、温度が、周囲温度（又は、ＲＰＳ１０６から出る洗浄ガスの温度）とほぼ等しいこと、又はかかる温度に接近していることは、反応／堆積物質の除去が完了したことにより、洗浄工程が実質的に完了したことを示す。
追加的又は代替的には、センサ１１２ａ〜１１２ｇは、洗浄工程のモニタリング及び制御を容易にするために利用されうる。例えば、排気システム内での発熱性暴走反応を防止するために、センサ１１２ａ〜１１２ｇが温度をモニタしうる。ある特定のセンサ１１２ａ〜１１２ｇで測定された温度が所定の限界値に接近すると、信号がコントローラに中継されうる。コントローラは次いで、ＲＰＳ１０６から出る洗浄ガスの流量を調整し（かつ／又は、流量を停止させ）うる。洗浄ガスの量を減少させることで、排気システム１０２内での反応の度合いが制限され、ひいては、温度が望ましいレベルに維持される。
センサ１１２ａ〜１１２ｇの各々には同一の又は別々の温度限界値がプログラムされうると、想定される。例えば、圧力制御バルブ１１３は温度による影響を受けやすいことがあり、ゆえに、圧力制御バルブ１１３に隣接したセンサ１１２ａ及び１１２ｂは、相対的に低い温度（例えば、摂氏約７０度〜摂氏約８０度）に制限されうる。センサ１１２ｃ〜１１２ｇは、温度による影響を受けにくい、Ｔ型部品や肘状部などの構成要素に隣接して配置されうる。かかる例では、センサ１１２ｃ〜１１２ｇのフィードバック信号は、相対的に高い温度（例えば、摂氏約１１０度〜摂氏約１３０度）に設定されうる。
コントローラが、温度センサ１１２ａ〜１１２ｇうちの２つ以上のものの測定値に基づいて応答しうるということも、想定される。例えば、コントローラは、温度センサ１１２ａ〜１１２ｇのうちの１つだけが高い温度を記録しても、一又は複数の追加の温度センサ１１２ａ〜１１２ｇが高い温度を記録するまでは応答しないよう、設定されうる。
別の例では、センサ１１２ａ〜１１２ｇの各々は二段階の限界値を含みうる。例えば、第１限界値に到達すると、洗浄ガスの流れを減少させるよう信号が中継されうる。より高温の第２限界値に到達すると、排気システム１０２内のあらゆる反応を抑制するために、洗浄ガスの流れが完全に停止しうる。情報の伝達又はガス流の制御を容易にするために、センサ１１２ａ〜１１２ｇは任意の好適な中継回線又は通信回線に連結されうると、想定される。一例では、排気システム１０２内でガス流を制御するために、スナップスイッチ及び／又は連動スイッチが利用されうる。スナップスイッチ及び／又は連動スイッチは、センサ１１２ａ〜１１２ｇのそれぞれに隣接して配置されうるか、又は、センサ１１２ａ〜１１２ｇのそれぞれに連結されうる。
別の例では、コントローラは、センサ１１２ａ〜１１２ｇのうちの一又は複数における温度上昇の速度が限界値を上回った場合に応答するよう、設定されうる。コントローラは、設定された時間間隔でセンサ１１２ａ〜１１２ｇからの温度測定値をサンプリングし、温度変化を確認するためにセンサ１１２ａ〜１１２ｇの次回測定値を比較し、かつ、この温度変化と限界値とを比較しうる。限界値は、センサ１１２ａ〜１１２ｇの全てで同じでありうるか、又は、センサ１１２ａ〜１１２ｇの一部若しくは全てで異なっていることもある。温度変化の一部又は全てがそれぞれの限界値を上回った場合には、コントローラが洗浄ガスの流れを調整しうる。
洗浄工程は、所定の時間間隔を置いて（例えば、プロセスチャンバ１０１内で特定の数の基板を処理した後に）、排気システム内で実施されうる。洗浄プロセスにおいては、プロセスチャンバ内への洗浄ガスの逆流を防止するために、分離バルブ１０９は閉ざされる。分離バルブに漏れがないこと、ゆえに、プロセスチャンバへの洗浄ガスの望ましくない進入が不可能であることを確実にするために、プロセスチャンバ１０１の中の圧力はモニタされうる。その後、ＲＰＳ１０６によってイオン化されたガスが排気システム１０２を通って移動することを可能にするために、第２分離バルブ１１１が開放され、それに加えて、圧力制御バルブ１１３が、プラズマストライクに適した圧力（例えば、約０．５ｔｏｒｒ〜約１．５ｔｏｒｒ）を付与する位置に設定される。次いで、アルゴンが、約５００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）〜約３０００ｓｃｃｍの範囲内の流量で、ＲＰＳ１０６を通って流れることが可能になる。次いでプラズマは、ＲＰＳ１０６内で着火され、例えば約５秒〜約１０秒間にわたり安定化することが可能になる。
プラズマが安定化すると、ＮＦ３などの洗浄ガスは、１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲内の流量でＲＰＳ１０６に提供され、かつ、排気システム１０２を通って流れて、排気システム１０２の内部から蓄積物質を除去することが可能になる。一又は複数のセンサ１１２ａ〜１１２ｇに連結された制御システムが、排気構成要素の温度をモニタする。排気構成要素が所定の閾値に到達すると、排気システム１０２の冷却を可能にするよう、洗浄ガスの流れは減少するか、又は停止される。温度が所定の設定点まで下降すると、洗浄ガス流は再開されるか、又は増大する。このプロセスは、排気システム１０２が十分に洗浄されるまで反復されうる。温度を継続的にモニタすることで、洗浄終点の特定が容易になる。構成要素の温度が周囲温度に接近することにより、洗浄終点が示される。あるいは、洗浄プロセスの終点検出は、例えば非分散型赤外線センサでありうる、終点検出システム１０４を使用して判定されうる。
洗浄工程において、排気システム内の温度は、洗浄ガスに対するキャリアガスの可変流量比率を使用して制御されうる。例えば、洗浄工程の開始時に、ＲＰＳ１０６内で、アルゴンとＮＦ３が、約２：１〜約４：１という流量比率を使用してイオン化されうる。具体的な一態様では、約１標準リットル／分（ｓｌｍ）のアルゴンがＲＰＳ１０６に提供されると共に、２５０ｓｃｃｍのＮＦ３もこのＲＰＳに提供される。洗浄工程が継続するにつれ、ＮＦ３の流量は、ＮＦ３に対するアルゴンの比率が１：１になるまで（温度に照らしてそれが可能であれば）増大しうる。流量比率の変化により、プロセスパラメータに照らして可能な限り安全に、洗浄プロセスが促進されることが可能になる。
別の代替例では、ＮＦ３ガスの流れは、望ましいデューティサイクルにしたがってパルス化されうる。ＮＦ３ガスをパルス化することで、排気システム１０２内での温度上昇の速度が緩和されうると、想定される。別の代替例としては、温度閾値に到達した場合に、洗浄ガスの流れを減少又は停止させるのではなく、ＲＰＳ１０６内のプラズマが消火され（ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ）うることが、想定される。かかる態様では、洗浄ガス流の反応性がＲＰＳ１０６によってイオン化されていない時には低いため、洗浄ガス流が継続的に流れることが可能になりうる。あるいは、プラズマが消火されると、ＮＦ３ガスの流れも停止されうる。
図２は、洗浄サイクル中の排気システムの温度応答を示すグラフである。センサ１１２ｂ〜１１２ｇの各々（例えば、圧力制御バルブ１１３の下流にあるセンサ）において測定された温度が示されている。温度の相対スパイクは、イオン化洗浄ガスが堆積物質と反応する際の発熱性反応による温度の上昇、及び、閾値温度に到達したことに応じて洗浄ガスの流れが低減又は停止された際の温度の下降を、示している。温度が所定の設定点まで下降すると、後続の温度上昇によって示されているように、洗浄ガスの流れは再開する。図２に示しているように、約５００秒のところで、センサ１１２ｃにおいて摂氏約１００度という閾値温度に到達したことにより、洗浄ガス流量の低減が開始される。洗浄ガスの流量は、センサ１１２ｃにおける温度が摂氏３０度に接近すると再開される。その後、およそ１１００秒のところで、センサ１１２ｄにおいて約１２０度という閾値温度に到達したことにより、洗浄ガス流の低減が開始される。類似したピークイベントが、およそ１９００秒、２５００秒、３２００秒、４０００秒、５０００秒、及び６０００秒のところに図示されている。
上述のように、洗浄ガス流のサイクルは、排気システムが十分に洗浄されるまで継続する。ピーク振幅の継続的な低減は、排気システム内の堆積物質の減少（例えば、クロロシランなどの反応体の減少）を示している。図示しているように、約７０００秒のところで、全てのセンサの排気システム内温度が周囲温度に接近しており、このことはプロセス終点を示す。
排気システム１０２が上述のように洗浄された後、洗浄ガスや反応副生成物を排気システム１０２から全て除去するために、排気システム１０２はパージされうる。一例では、排気システム１０２は、洗浄プロセスのキャリアガス（アルゴンなど）を使用して、フラッシュ洗浄されうる。別の態様では、排気システム１０２は、分離バルブ１０９及び１１１が閉鎖位置にある状態で、窒素で再充填（ｂａｃｋｆｉｌｌ）され、かつフラッシュ洗浄されうる。排気システム１０２は、複数回（例えばおよそ５〜１０回）にわたり、再充填され、フラッシュ洗浄されうる。
図３は、本書に記載の態様による、洗浄後の排気システムの諸セクションの内部図を示す。詳細には、図３は、圧力制御バルブ１１３の内部図を示している。図示しているように、本書に記載の態様により、圧力制御バルブ１１３は十分に洗浄されており、堆積物は見当たらない。洗浄は、圧力制御バルブ１１３に熱損傷を与えることなく行われている。
本書に記載の態様の利点は、排気システムをより安全かつ迅速に洗浄することを含む。本書に記載の態様により、洗浄時間は、最大１か月から１００分以下程度まで低減されうる。加えて、時間も費用もかかる予防保守の間の期間が延長されうる。更に、本書に記載の態様により、排気システムを解体する必要性が低減するか、又はなくなる（もし解体すれば、クロロシランが周囲酸素に暴露され、クロロシロキサンを形成することになる）。たとえ解体が必要になっても、この開示の態様によって洗浄された後であれば、露出される構成要素に存在するクロロシランは大幅に少なくなる。
一例では、排気システムは、本書に記載の態様により洗浄される。解体時に、周囲環境において、１．５ｐｐｍという濃度の塩酸（クロロシランが周囲酸素と反応する際にガス放出される）が測定されるが、これは、５ｐｐｍという閾値よりも低い。対照的に、洗浄のために解体される従来型の排気システムは、周囲環境に暴露されると、５ｐｐｍというＨＣＩ濃度を超過することが多い。
以上の説明は本開示の態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱しなければ、本開示の他の態様及び更なる態様が考案されてよく、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決まる。
Claims (9)
- 内部で基板を処理するプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバに連結された排気システムと、を備える処理システムであって、前記排気システムが、
前記プロセスチャンバの下流で前記排気システムにイオン化洗浄ガスを供給するための遠隔プラズマ源、ここで前記遠隔プラズマ源は、洗浄ガスを前記遠隔プラズマ源へと流す入口を備える、
前記プロセスチャンバの下流にある第１分離バルブ、
前記遠隔プラズマ源の下流にある第２分離バルブ、
前記第１分離バルブ及び前記第２分離バルブの下流にある、圧力制御バルブ、
前記第１分離バルブ及び前記第２分離バルブの下流、及び前記圧力制御バルブの上流において前記排気システムの温度を測定するように構成された第１のセンサ、
前記圧力制御バルブの下流において前記排気システムの温度を測定するように構成された第２のセンサ、並びに
前記第１のセンサと前記第２のセンサから温度データを受け取り、前記排気システムの温度が所定の限界値を超えたとコントローラが判定したときに、前記遠隔プラズマ源から出るイオン化洗浄ガスの流量を低減するように構成されたコントローラ、を備える、処理システム。 - 前記第２のセンサの下流に配置された終点検出システムを更に備える、請求項１に記載の処理システム。
- 前記終点検出システムの下流に配置された真空ポンプを更に備える、請求項２に記載の処理システム。
- 前記第２のセンサが前記排気システムのＴ型部品に連結される、請求項１に記載の処理システム。
- 前記コントローラが、
前記排気システムの測定された温度が第１の温度を超え、且つ第２の温度を下回ったときに、イオン化洗浄ガスの前記排気システムへの流れが減り、
前記排気システムの測定された温度が前記第２の温度を超えたときに、前記イオン化洗浄ガスの前記排気システムへの流れを止める
ように前記遠隔プラズマ源から出るイオン化洗浄ガスの流量を制御するように構成されている、請求項１に記載の処理システム。 - 内部で基板を処理するプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバに連結された排気システムと、を備える処理システムであって、前記排気システムが、
前記プロセスチャンバの下流で前記排気システムにイオン化洗浄ガスを供給するための、遠隔プラズマ源、ここで前記遠隔プラズマ源は、洗浄ガスを前記遠隔プラズマ源へと流す入口を備える、
前記プロセスチャンバの下流にある第１分離バルブ、
前記遠隔プラズマ源の下流にある第２分離バルブ、
前記第１分離バルブ及び前記第２分離バルブの下流にある、圧力制御バルブ、
前記第１分離バルブ及び前記第２分離バルブの下流、及び前記圧力制御バルブの上流において前記排気システムの温度を測定するように構成された第１のセンサ、
前記圧力制御バルブの下流において前記排気システムの温度を測定するように構成された第２のセンサ、
前記第１のセンサと前記第２のセンサから温度データを受け取り、前記排気システムの温度が所定の限界値を超えたとコントローラが判定したときに、前記遠隔プラズマ源から出るイオン化洗浄ガスの流量を低減するように構成されたコントローラ、
前記圧力制御バルブの下流にある終点検出システム、並びに
前記終点検出システムの下流にある真空ポンプ、を備える、処理システム。 - 前記第２のセンサが前記終点検出システムの上流にある、請求項６に記載の処理システム。
- 前記第２のセンサが前記排気システムのＴ型部品に連結される、請求項７に記載の処理システム。
- 前記コントローラが、
前記排気システムの測定された温度が第１の温度を超え、且つ第２の温度を下回ったときに、イオン化洗浄ガスの前記排気システムへの流れが減り、
前記排気システムの測定された温度が前記第２の温度を超えたときに、前記イオン化洗浄ガスの前記排気システムへの流れを止める
ように前記遠隔プラズマ源から出るイオン化洗浄ガスの流量を制御するように構成されている、請求項６に記載の処理システム。
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