JPH09330885A - プロセスチャンバクリーニング中にセラミックウエハを用いてサセプタを保護する方法及び装置 - Google Patents

プロセスチャンバクリーニング中にセラミックウエハを用いてサセプタを保護する方法及び装置

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JPH09330885A
JPH09330885A JP5925997A JP5925997A JPH09330885A JP H09330885 A JPH09330885 A JP H09330885A JP 5925997 A JP5925997 A JP 5925997A JP 5925997 A JP5925997 A JP 5925997A JP H09330885 A JPH09330885 A JP H09330885A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバにクリーニング剤を導入する前にサ
セプタ上にセラミックウエハを搬入することにより、サ
セプタを保護するための方法及び装置を提供する。 【解決手段】 クリーニング操作中に電磁界を変化させ
プラズマをサセプタから離れるように広げて、プラズマ
が更にチャンバ壁の方へと再び向けるよう、十分高い誘
電率の値を有するようにセラミックウエハを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学気相堆積（Ｃ
ＶＤ：chemical vapor deposition）チャンバのクリー
ニングのための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤ処理中は、反応性ガスが、チャン
バの内面上に堆積する組成物を生成することがある。こ
のような堆積が蓄積すれば、この残留物が薄片化して剥
離し、その後の処理のステップで汚染を生じさせる。ま
た、このような残留物が堆積することにより、その他の
処理条件、例えば堆積均一性、堆積速度や膜強度等に悪
影響を及ぼす。
【０００３】従って、通常はプロセスチャンバを定期的
にクリーニングして残留物質を取り除いてやる。代表的
には、チャンバ内でプロセスを行う度に、あるいは２〜
３のプロセスを行った後に、エッチングガスを用いてチ
ャンバのクリーニングを行う。長時間の後、典型的には
ウエハ１０００〜２０００枚の後、チャンバを開けて、
リンス水とクリーニングワイプを用いて手作業によりチ
ャンバを洗浄する。処理チャンバにおけるウエハのスル
ープットを向上するためには、要するクリーニング時間
を最小にすることが望ましいことは明らかである。
【０００４】クリーニングガスを用いたクリーニング
は、典型的には、プラズマ励起ドライクリーニングの技
術を用いている。このような技術は、クリーニングガス
を導入する操作と、クリーニングガスからプラズマを発
生させる操作と、プラズマを用いて汚染残留物を除去す
る操作とを必要とする別個のプロセスステップが必要と
なる。クリーニングガス種には、典型的には弗素を用い
る。このようなクリーニングのプロセスは、例えば本願
出願人の米国特許第４，９６０，４８８号や第５，１２
４，９５８号に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ドライクリーニングの
操作で不利益となるのは、これが、アルミニウム製であ
ることが多いサセプタの劣化の一因となることである。
いくらかの保護を与えるため、サセプタは典型的にはそ
の表面に陽極酸化層を有している。しかし、プラズマク
リーニングプロセス中は、プロセスの弗素化学反応が陽
極酸化層に浸透してアルミニウム弗化物を生成するだろ
う。このことは、サセプタ上の陽極酸化層内の点欠陥の
サイトで通常生ずる。アルミニウム弗化物が形成されれ
ば、小節、クラックや剥離が生じ、これらが、その後サ
セプタ上にウエハを置いたときに均一性や粒子の問題を
生じさせる。
【０００６】上記のサセプタの劣化を解決する方法の１
つに、本願出願人の米国特許第５，１５８，６４４号に
記載されるように、２ステップのクリーニングプロセス
を用いる方法がある。この２ステップのプロセスにおい
ては、先ず、チャンバを長い時間クリーニングするが、
このときサセプタを下げてガス流出マニホールドから十
分な間隔をおくようにして、サセプタとガス流出ヘッド
の間の距離によってプラズマを低減し、サセプタに到達
するプラズマの量を制限している。この構成では、プラ
ズマの一部はチャンバのアース壁に向けられ、その場所
のクリーニングが行われる。第２番目のステップでは、
サセプタ自身をクリーニングするため、サセプタをガス
流出ヘッドに近接するように戻してやる。この２ステッ
プのプロセスにより、サセプタが高強度のプラズマに曝
露される時間が低減する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、チャンバにク
リーニング剤を導入する前にサセプタ上にセラミックウ
エハを搬入することにより、サセプタを保護するための
方法及び装置を提供する。特に、クリーニング操作中に
電磁界を変化させプラズマをサセプタから離れるように
広げて、プラズマが更にチャンバ壁の方へと再び向ける
よう、十分高い誘電率の値を有するように、セラミック
ウエハを選択する。また、セラミックウエハはＡｌ2Ｏ3
で形成されていてもよい。
【０００８】セラミックウエハをチャンバに導入するこ
とは、セラミックウエハの導入及びクリーニングプロセ
ス終了後の搬出に要する時間を加えるため、ウエハのス
ループットに悪影響を与える。しかし、プラズマをセラ
ミックウエハに再び向けることにより、セラミックウエ
ハのハンドリングに要する時間以上にクリーニング時間
自体を低減する。本発明を用いることによりサセプタの
寿命が延び、また、サセプタの交換の頻度が減るためチ
ャンバの中断時間が低減しウエハスループットが向上す
る。
【０００９】本発明の目的及び利点を十分に理解するた
めには、以下の詳細な説明を図面と共に参照するべきで
ある。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の方法を遂行することがで
きる適切なＣＶＤ装置の１つが、図１に示されており、
これは真空チャンバ１５を有する簡単な平行板化学気相
堆積リアクタ１０の縦断面図である。リアクタ１０は、
サセプタ１２上に置かれているウエハにガスを散布する
ためのガス流入マニホールド１１を有している。サセプ
タ１２は熱応答性が高く、また、サセプタ１２（及びサ
セプタ１２の上面に支持されるウエハ）が下側の搬入出
のポジションとマニホールド１１に近接する上側の処理
のポジション１４の間で制御下で移動できるよう、支持
フィンガ１３に載置されている。
【００１１】サセプタ１２及びウエハが処理のポジショ
ン１４にあるときは、これらは、環状の真空マニホール
ド２４へ排気する複数の穴２３を有するバッフル板に包
囲されている。処理中は、マニホールド１１へのガス流
入は、矢２１で示されるようにウエハの表面半径方向全
体に均一に分散される。次いで、ガスは真空ポンプ（図
示せず）によってポート２３を介して円形の真空マニホ
ールド２４へと排気される。マニホールドに到達する前
に、堆積ガスとキャリアガスとがライン１８を介して混
合チャンバ１９の中へと流入し、そこでこれらは混合さ
れた後マニホールド１１へと送られる。
【００１２】リアクタ１０内で行われる堆積プロセス
は、熱プロセスであってもよく、あるいはプラズマ励起
プロセスであってもよい。プラズマプロセスでは、ＲＦ
電源２５からＲＦエネルギーを流入マニホールド１１へ
印加することにより制御下でプラズマが生成される。チ
ャンバ１５内に導入された反応性種を励起するため、Ｒ
Ｆ電源２５は、単一の周波数のＲＦ電力又は２つの周波
数のＲＦ電力をマニホールド１１に与えることが可能で
ある。
【００１３】外部のランプモジュール２６により、クオ
ーツウインドウを介してサセプタ１２の環状外側周縁部
上にコリメート環状パターンの光２７が与えられる。こ
のように熱分布を与えることにより、サセプタの自然に
生じる熱損失のパターンを補填し、堆積操作のためにサ
セプタ及びウエハを急速かつ均一に加熱する。
【００１４】代表的には、チャンバライニングの一部又
は全部、ガス流入マニホールドフェース板、支持フィン
ガ１３及びその他のリアクタのハードウェアは、陽極酸
化アルミニウム等の材料製である。このようなＣＶＤ装
置の一例は、本願出願人の米国特許第５，０００，１１
３号、発明者 Cheng ら、表題”Thermal CVD/PECVD Rea
ctor and Use for Thermal Chemical Vapor Deposition
of Silicon Dioxideand In-situ Multi-step Planariz
ed process"に記載されている。
【００１５】図示のように、セラミックウエハ４０がサ
セプタ１２の上に置かれている。これにより、クリーニ
ング操作中にガスミキサ１９からチャンバ内に注入され
る弗素ガスから、サセプタ１２を保護する。このセラミ
ックウエハは、誘電体として機能し、マニホールド１１
とサセプタ１２の間のＲＦ電界を制限するため、プラズ
マを広げ、チャンバ壁その他のクリーニングが必要なチ
ャンバ部材の方へとプラズマを再指向させる。この広げ
る効果により、必要なクリーニング時間が５０％減少し
たことが実験結果より観測された。
【００１６】メモリ４５に格納されたプログラムを受け
るプロセッサ４３により、ＲＦ電源２５、ガス混合シス
テム１９や、サセプタ１２の昇降を含めた図１のチャン
バの動作を制御する。また、このプロセッサは、図２に
示される装置を介して、挿入及び取り出しを制御するこ
ともできる。
【００１７】図２は、本発明のセラミックウエハを搬送
しまた使用と使用の間これを保管するための装置の線図
である。図２は、図１に一例を示したようなプロセスチ
ャンバ５２を有する処理システム５０を示している。ロ
ボットアーム５４を用いて保管エレベータ５６からセラ
ミックウエハを搬送する。保管エレベータ５６は、プロ
セスステップの合間にウエハ数枚を保持し、また、本発
明のセラミックウエハの保持に用いることができる。ウ
エハは、プロセスチャンバ５２と保管エレベータ５６の
間をロボットアーム５４により移送される。
【００１８】図３は、本発明に従ったクリーニングの操
作のステップを例示するフローチャートである。これら
ステップを、メモリ４５内のプログラムに従ってプロセ
ッサ４３により制御することができる。処理するウエハ
への最後の処理のステップが終了しプロセッサ４３から
ＲＦ電源２５への命令によりＲＦ電力がオフにされた後
（ステップＡ）、窒素等のパージガスによりチャンバを
パージし、このときプロセッサ４３からの命令に応じて
ガス混合システムのバルブを適切に制御することにより
これが行われる（ステップＢ）。真空ポンプにより最後
のパージガスを取り除いた後、プロセッサ４３により真
空バルブを制御して真空をオフにし（ステップＣ）、プ
ロセッサからの命令に対応してロボット５４によりウエ
ハをチャンバから取り除き（ステップＤ）、保管エレベ
ータ５６に配置させる。
【００１９】その後、セラミックウエハがロボットアー
ム５４によって保管エレベータ５６から取り出され、チ
ャンバ５２内に配置される（ステップＥ）。ウエハは、
図１のチャンバの側部のスロット４２の中を通って挿入
される。次いで、プロセッサで制御したモータによっ
て、クリーニングプラズマに対して望ましい高さまでサ
セプタを持ち上げ（ステップＦ）、クリーニング剤、典
型的には弗素を含有するものをチャンバに導入し（ステ
ップＧ）、これは、プロセッサからガス混合システム、
真空絞り弁及びサセプタヒータへの命令により達せられ
る適切な圧力及び温度条件下で行われる。
【００２０】弗素ガスからの光の放出を検出する終点検
出器を用いて、クリーニング操作の終点を検出する（ス
テップＨ）。あるいは、時間クリーニングを用いてもよ
い。クリーニングが終了しＲＦ電源をオフにした後、再
び窒素等の不活性なガスを用いてチャンバをパージする
（ステップＩ）。真空をオフにし（ステップＪ）た後、
セラミックウエハをチャンバから取り出す（ステップ
Ｋ）。
【００２１】本発明の内容を用いつつもこのクリーニン
グプロセスを変更する方法は数多くある。例えば、本願
出願人の米国特許第５，１５８，６４４号に記載される
ように、２ステップのプロセスを用いてもよい。このよ
うな２ステップのプロセスでは、サセプタがセラミック
ウエハと共に下側のポジションにして、第１のクリーニ
ングの操作を行う。続いて、セラミックウエハを取り除
き、第２の局所的なクリーニングの操作のため、サセプ
タをガス排気ヘッドに近くに上昇させる。具体例の１つ
では、２ステップのクリーニングプロセスは定期的なク
リーニングにのみ用いられほとんどのクリーニングには
単一ステップのプロセスを用い、あるいは、その逆の場
合もある。
【００２２】セラミックウエハの厚さ及び誘電定数は、
クリーニングしようとするチャンバに従って変えること
ができる。特に、米国特許５，３６６，５８５号に記載
されるような、チャンバ壁がセラミックライナで覆われ
ている場合は、ライニングなしのチャンバの場合に比べ
てセラミック壁を更にもっと厚くし、あるいは誘電定数
を低くする必要があるだろう。これは、このようなライ
ナ付きチャンバではセラミックライナがプラズマを壁か
ら離れる方へと指向させ、その結果、プラズマを壁の方
へと再指向させてセラミックライナの絶縁性能を克服す
るためには、セラミックウエハが更に厚くし、又は、更
に低い誘電定数を有する必要があるからである。
【００２３】好ましい具体例では、セラミックウエハの
厚さは４０ｍｉｌｓ（約１．０２ｍｍ）で、直径は処理
しようとするウエハと同じである。例えば、８インチの
ウエハを処理しようとする場合は、８インチのウエハが
用いられる。
【００２４】好ましくは、本発明のセラミックウエハは
それ自身定期的に交換されあるいはクリーニングを受け
て、クリーニングプロセス中にセラミックウエハに蓄積
した残留物によるチャンバ内への汚染の導入を防止す
る。しかし、このようなウエハクリーニングや交換を必
要とせずに、数千回ものクリーニング操作を行うことが
可能である。
【００２５】当業者には理解されるように、本発明の範
囲や不可欠な要素から離れることなく本発明を別の態様
に具体化することもできる。例えば、ウエハのいセラミ
ックは部分的であるが、セラミックコーティングを有し
ていてもよく、あるいは、その他の合金を有していても
よく、または、使用できるセラミックの誘電率と同様の
誘電率を有する残留物を有していてもよい。セラミック
ウエハの誘電定数とその厚さを変化させる場合は、チャ
ンバ特性に従って行うだけでなく、プラズマクリーニン
グプロセス中に用いるサセプタの高さに従って行っても
よい。また、ここでの好ましい具体例がＣＶＤチャンバ
であるが、本発明は、エッチングチャンバ等、堆積物が
蓄積するチャンバであれば、これに適用することができ
る。従って、上記の具体例は本発明を例示するものと考
えるべきである。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明を用
いることによりサセプタの寿命が延び、また、サセプタ
の交換の頻度が減るためチャンバの中断時間が低減しウ
エハスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックウエハを有する処理チャン
バの断面図である。
【図２】本発明のセラミックウエハのハンドリングのた
めのロボット及びウエハ保管エレベータを例示する線図
である。
【図３】本発明のクリーニングプロセスを例示するフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
１０…リアクタ、１１…ガス流入マニホールド、１２…
サセプタ、１３…支持フィンガ、１４…処理のポジショ
ン、１５…真空チャンバ、１９…混合チャンバ、２１…
矢、２３…穴、２４…真空マニホールド、２６…ランプ
モジュール、２７…光、４２…スロット、４３…プロセ
ッサ、４５…メモリ、５０…処理システム、５２…プロ
セスチャンバ、５４…ロボットアーム、５６…保管エレ
ベータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スリハリ ポンネカンティ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， グラナダ アヴェニュ ー 3480， ナンバー142 (72)発明者 ガナ エー． リンプル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， ブラウン コート 2039 (72)発明者 ラクスマン ムルゲシュ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フレモント， オリーヴ アヴェニュー 2085

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウエハを支持するためのサセプタ
    を有する半導体処理チャンバをクリーニングするための
    方法であって、 セラミックの誘電定数と同様の誘電定数を有するウエハ
    を前記サセプタ上に搬入するステップと、 前記チャンバ内にクリーニング剤を導入するステップ
    と、 前記ウエハを取り除くステップとを有する方法。
  2. 【請求項２】 前記ウエハが、クリーニングプロセス中
    に前記チャンバ内に形成されたプラズマの電磁界を変化
    させて、前記プラズマの一部を前記サセプタから離れる
    ように指向させ前記チャンバの壁に向かうように指向さ
    せるに十分な、誘電率の値を有する請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記チャンバがセラミックライナでライ
    ニングされる壁を有し、更に、前記セラミックライナの
    誘電定数よりも低い誘電定数を有するように前記ウエハ
    を選択するステップを有する請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記チャンバが更にセラミックシールド
    を前記サセプタの上方に有し、更に、前記セラミックシ
    ールドの誘電定数と組み合わせたとき前記セラミックラ
    イナの誘電定数よりも低くなるような誘電定数を有する
    ように前記ウエハを選択するステップを有する請求項３
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記サセプタがアルミニウムを有し、前
    記クリーニング剤が弗素含有化合物を有する請求項１に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 更に、 前記ウエハを前記サセプタ上へ搬入出するに要する時間
    よりも長い時間を前記チャンバをクリーニングするに要
    する時間で減じるに十分低い誘電定数を有するように、
    ウエハを選択するステップを有する請求項１に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記ウエハがＡｌ2Ｏ3で形成されている
    請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 処理しようとするウエハを格納するため
    に用いるための、前記チャンバに隣接するウエハエレベ
    ータに、アクセスの準備ができている前記ウエハを格納
    するステップを、前記チャンバをクリーニングする前後
    に更に有する請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 更に、 第１の長時間のクリーニングのため、前記サセプタとガ
    ス流出ヘッドとの間に、前記サセプタ上の前記ウエハに
    対する第１の距離で空間を設定するステップと、 前記ウエハが取り除かれた後、局所的なエッチングのた
    めに、前記空間を短く設定するステップとを有する請求
    項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 半導体ウエハを支持するためのサセプ
    タを有し、アルミニウム壁を有するプラズマ励起化学気
    相堆積チャンバをクリーニングするための方法であっ
    て、 クリーニングプロセス中に前記チャンバ内に形成された
    プラズマの電磁界を変化させて、前記プラズマの一部を
    前記サセプタから離れるように指向させるに十分で且つ
    前記ウエハを前記サセプタ上へ搬入出するに要する時間
    よりも長い時間を前記チャンバをクリーニングするに要
    する時間で減じるに十分な誘電率の値を有するように、
    前記ウエハを選択するステップと、 前記サセプタ上に前記ウエハを搬入するステップと、 弗素含有化合物を有するクリーニング剤を前記チャンバ
    内に導入するステップと、 ガス流出ヘッドと前記サセプタの間にと前記チャンバの
    壁にＲＦ電位を印加するステップと、 前記チャンバから前記ウエハを取り除くステップとを有
    する方法。
  11. 【請求項１１】 化学堆積システムであって、 化学堆積チャンバと、 前記チャンバ内に配置され半導体ウエハを支持するため
    のサセプタと、 クリーニング剤を前記チャンバ内に導入するためのガス
    流出ヘッドと、 前記サセプタ上に搬送され、セラミックと同様の誘電定
    数を有するウエハとを備える化学堆積システム。
  12. 【請求項１２】 前記ウエハが、クリーニングプロセス
    中に前記チャンバ内に形成されたプラズマの電磁界を変
    化させて、前記プラズマの一部を前記サセプタから離れ
    るように指向させ前記チャンバの壁に向かうように指向
    させるに十分な、誘電率の値を有する請求項１１に記載
    の化学堆積システム。
  13. 【請求項１３】 前記チャンバがセラミックライナでラ
    イニングされる壁を有し、前記ウエハが前記セラミック
    ライナの誘電定数よりも低い誘電定数を有する請求項１
    １に記載の化学堆積システム。
  14. 【請求項１４】 前記チャンバが更にセラミックシール
    ドを前記サセプタの上方に有し、前記ウエハが前記セラ
    ミックシールドの誘電定数と組み合わせたとき前記セラ
    ミックライナの誘電定数よりも低くなるような誘電定数
    を有する請求項１１に記載の化学堆積システム。
  15. 【請求項１５】 前記サセプタがアルミニウムを有する
    請求項１１に記載の化学堆積システム。
  16. 【請求項１６】 前記サセプタ上へ搬入出するに要する
    時間よりも長い時間を前記チャンバをクリーニングする
    に要する時間で減じるに十分低い誘電定数を前記ウエハ
    が有する請求項１１に記載の化学堆積システム。
  17. 【請求項１７】 前記ウエハがＡｌ2Ｏ3で形成されてい
    る請求項１１に記載の化学堆積システム。
  18. 【請求項１８】 更に、 前記ウエハを含むウエハを保持するための複数のスロッ
    トを有するウエハエレベータと、 前記サセプタと前記ウエハエレベータの間で前記ウエハ
    を移動させるためおロボットアームとを有する請求項１
    １に記載の化学堆積システム。
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