JPH1070088A - 化学的気相堆積チャンバ内のガス流路におけるペデスタル周辺の構成要素 - Google Patents

化学的気相堆積チャンバ内のガス流路におけるペデスタル周辺の構成要素

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JPH1070088A
JPH1070088A JP9188357A JP18835797A JPH1070088A JP H1070088 A JPH1070088 A JP H1070088A JP 9188357 A JP9188357 A JP 9188357A JP 18835797 A JP18835797 A JP 18835797A JP H1070088 A JPH1070088 A JP H1070088A
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plasma
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Mei Chang
チャン メイ
Lee Luo
リュオ リー
Alex Schrieber
スクレイバー アレックス
Talex Sajoto
サジョト タレックス
Stefan Wolff
ウルフ ステファン
Charles Dornfest
ドーンフェスト チャールズ
Michael Danek
ダネック マイケル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】、例えば窒化チタンを堆積するチャンバの性能
を改善することによって、チャンバクリーニングから次
のクリーニングまでの間のウェーハの平均処理枚数を増
加すること。 【解決手段】 上記課題は、処理される基板１４２の縁
部を越えて延びるペデスタル１４０の部分に、堆積用の
ガスが過剰な生成物を形成する傾向を削減することによ
って、達成される。本発明は、ペデスタル１４０と処理
される基板１４２とから熱的に絶縁された周辺リング１
４６を含む。この熱絶縁の結果としての周辺リングの温
度低下が、その表面の薄膜堆積の速度の減少をもたら
し、処理チャンバのクリーニングサイクル間のウェーハ
の平均数量を増加させる。その周辺リング１４６は、基
板をペデスタルの表面まで下げたときにそのセンタリン
グを援助するための２００を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置に関
する。より詳細には、本発明は、リアクタチャンバを通
って流出するガス流に関係する化学的気相堆積（ＣＶ
Ｄ）用プラズマリアクタで使用する構成要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】一部がパタン加工された、半導体性、絶
縁性および導体性材料から成る複数の層と、接着、移動
バリヤ、オームコンタクト等の機能を提供する追加層を
持つ半導体集積回路が製作されている。これらの各種材
料から成る薄膜は多くの方法で堆積、形成されるが、現
行の処理工程でその最も重要なものは、スパッタリング
としても知られる物理的気相堆積法（ＰＶＤ）と、化学
的気相堆積法（ＣＶＤ）である。
【０００３】ＣＶＤでは、基板、例えばシリコンウェー
ハ（既に表面にシリコンその他の材料から成るパタン加
工された層が形成されているものもある）が、前駆ガス
に曝され、そのガスが基板の表面で反応して反応生成物
を基板上に堆積させることによって、その上で薄膜を成
長させる。簡単な例は、シリコン（ケイ素）を堆積させ
るためにシラン（ＳｉＨ4 ）を使用するものであり、気
体副産物を生成すめ水素はチャンバから排気される。し
かしながら、本願発明はＴｉＮ等の導電性材料のＣＶＤ
に主として関する。
【０００４】この表面反応は、少なくとも２つの異なる
方法で活性化される。熱プロセスでは、基板に隣接する
前駆ガス分子がそこで反応して基板上に層を堆積するよ
う活性化エネルギーを与えるために、基板を十分な高温
まで加熱する。プラズマ促進式ＣＶＤプロセス（ＰＥＣ
ＶＤ）では、前駆ガスは十分高い電界を受けるので、そ
れがプラズマを形成する。その結果、前駆ガスはイオン
またはラヂカル等の高エネルギー状態に励起され、それ
らが基板表面で容易に反応して希望の層状材料を形成す
る。
【０００５】Ｚｈａｏ等は、１９９４年１１月３０日出
願の米国特許出願番号０８／３４８，２７５の明細書の
中でＣＶＤ堆積チャンバの例を記載している。なお、こ
の米国特許出願明細書の内容は本明細書で援用する。こ
のタイプのＣＶＤチャンバは、ＣＶＤ・ＤｘＺチャンバ
としてカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテ
リアルズインコーポレイテッドから入手できる。
【０００６】前記米国特許種他願明細書に記載されて図
１の側断面図に図示されるように、ＣＶＤリアクタチャ
ンバ３０はペデスタル３２を含んでおり、このヘデスタ
ル３２は、その支持表面上で、ＣＶＤによって材料層を
堆積すべきウェーハ３６を支持する。リフトピン３８は
ペデスタル３２内で摺動可能だが、その上端の円錐ヘッ
ドによって脱落しないようになっている。リフトピン３
８の下端は垂直方向に可動なリフトリング３９と係合可
能なので、ペデスタルの表面３４の上方に持ち上げるこ
とができる。ペデスタル３２も垂直方向に可動で、リフ
トピン３８およびリフトリング３９と共働して、図示し
ないロボットブレードがウェーハをチャンバ３０内に移
動し、リフトピン３８がウェーハ３６をロボットブレー
ドから持ち上げた後、ペデスタルが上昇してウェーハ３
６をリフトピン３８から外し、その支持表面に載せる。
【０００７】次に、ペデスタル３２は、対向するウェー
ハ３６に処理ガスを噴射するための多数の通路４２を含
むガス分配プレート４０（シャワーヘッドとも呼ばれ
る）に近接対向する位置へと更にウェーハを持ち上げ
る。すなわち、通路４２は、処理ガスをウェーハ方向へ
処理空間５６内に案内する。処理ガスは、ガス供給カバ
ープレート４６の中央ガス入口４４を通って第１円板状
マニホルド４８に、そして、そこからバッフル板５２の
通路５０を通ってシャワーヘッド４０の後の第２円板状
マニホルド５４へと流れ、リアクタ３０内に噴射され
る。
【０００８】矢印で示すように、処理ガスは、近接して
離隔配置されたウェーハ３６の表面で反応するように、
シャワーヘッド４０の孔４２からシャワーヘッド４０と
ペデスタル３２の間の処理空間５６に噴出する。未反応
の処理ガスと反応副産物は、ペデスタル３２の上部周辺
を取り囲む環状ポンピング流路（pumping chunnel）６
０へと半径方向外方に流れる。ポンピング流路６０はほ
ぼ閉じているが、受入端に、ポンピング流路６０とウェ
ーハ３６上の処理空間５６の間に環状のチョーク開口部
６２を含む。チョーク開口部６２は、蓋リム６６内にセ
ットされた絶縁部材ないしはアイソレータ６４（後述す
る）と、主チャンバ本体７２の内側の棚部７０に着座す
る絶縁環状チャンバインサート６８との間に形成され
る。完全に環状を成すチョーク開口部６２を得るよう、
チョーク開口部６２は、主チャンバと、そのチャンバに
取り付けられた取外し可能な蓋との間に形成される。チ
ョーク開口部６２は、シャワーヘッド４０とウェーハ３
６との間の処理空間５６の深さよりも相当に幅が狭く、
また環状ポンピング流路６０の横方向最小寸法よりも相
当に小さく、例えば、少なくとも１／５の割合である。
チョーク開口部６２の幅は、運転圧力での十分な空気力
学的抵抗とガス流を生じさせるように十分小さく、かつ
十分な長さに作られるので、チョーク開口部６２に沿っ
ての圧力低下は、ウェーハ３６の半径方向に沿っての圧
力低下や環状ポンピング流路６０の円周まわりの圧力低
下よりも相当に大きい。実際には、チョーク開口部６２
が十分大きな空気力学的インピーダンスを与えるので、
ウェーハ３６の中央部からポンピング流路６０内部まで
の圧力低下が、ポンピング流路６０内の円周方向圧力低
下の１０％しかないことも希ではない。
【０００９】ポンピング流路６０は狭窄した排気開口部
７４を介してポンププレナム７６に連絡し、バルブ７８
は排気ベント８０を介して排気を真空ポンプ８２に排出
する。狭窄した排気開口部７４は、空気力学的インピー
ダンスを与える点でチョーク開口部６２と同じ機能を果
たし、ポンピング流路６０内の圧力はほぼ一定になって
いる。
【００１０】絞られたチョークと排気開口部６２、７４
は環状ポンピング流路６０周りにほぼ均一な圧力を発生
させる。ウェーハ３６を横切る、結果としてのガス分配
流パターンを図２の矢印８４で示す。処理ガスとその反
応副産物は、シャワーヘッド４０の中央部から半径方向
通路８４に沿ってウェーハ３６とペデスタル３２の周辺
部を横切った後、チョーク開口部６２を通ってポンピン
グ流路６０に流れる。ガスはその後、ポンピング流路６
０内の通路８６に沿って排気開口部７４まで円周方向に
流れた後、排気プレナム７６と排気ベント８０を通って
真空ポンプ８２に進む。絞り６２、７４によって、ウェ
ーハを横切る半径方向流れ８４は方位方向（azimuth di
rection）にほぼ均一になる。
【００１１】図１と図３（図３は図１の右上隅の拡大
図）に示すように、チャンバ本体７２の棚部７０は、ポ
ンピング流路６０の底部を形成するチャンバシールドラ
イナ６８を支持する。チャンバ蓋リム６６はチャンバ本
体７２の一部と共に、ポンピング流路６０の上部と外側
壁の一部を形成する。ポンピング流路６０の内側上縁
は、金属製シャワーヘッド４０をチャンバ本体７２から
絶縁するセラミックその他の電気絶縁材料から成るアイ
ソレータリング６４で形成される。
【００１２】図１のＣＶＤリアクタ３０は、熱モードと
プラズマ促進モードの２つのモードで運転される。熱モ
ードで、電源９０は電力をペデスタル３２の上部の抵抗
ヒータ９２に供給することにより、ペデスタル３２、従
ってウェーハ３６を、ＣＶＤ堆積反応を熱的に活性化す
るために十分な高温まで加熱する。プラズマ強化モード
では、ＲＦ電源９４がスイッチ９６によって金属性シャ
ワーヘッド４０に連通するので、シャワーヘッドが電極
として働く。シャワーヘッド４０は、通常、非導電性の
セラミックで形成された環状アイソレータリング６４に
よって、蓋リム６６と主チャンバ本体７２とから電気的
に絶縁されている。ペデスタル３２は、ＲＦ源９４に関
連されるバイアスエレメント９８に接続され、ＲＦ電力
はシャワーヘッド４０とペデスタル３２の間で分割され
る。シャワーヘッド４０とペデスタル３２の間の処理領
域５６内の処理ガスを放電してプラズマを形成させるた
めに、十分な電圧と電力がＲＦ源９４に加えられる。
【００１３】近年、Ｓａｎｄｈｕ等の米国特許出願番号
０７／８９８，０５９の明細書に記載された熱ＴＤＭＡ
Ｔプロセスを使用し、この一般タイプのＣＶＤリアクタ
を使って窒化チタン（ＴｉＮ）等の導電性材料の薄膜を
堆積させる試みが行なわれた。関連するプラズマプロセ
スは、Ｓａｎｄｈｕ等の米国特許第５，２４６，８８１
号明細書に記載されている。このチャンバでの導電性材
料の堆積は、本発明が扱おうとするいくつかの問題を提
起している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】窒化チタンは適度に良
好な導電体だが、半導体処理では、主として、バリヤ層
として機能を果たし接着層（glue layer）としてチタン
を助けるために使用される。このプロセスは、しばしば
図４の断面図に示されるコンタクト構造に適用され、通
常、ＳｉＯ2 の酸化物層１００が、結晶シリコンまたは
ポリシリコンの表面を持つ基板１０２上に厚さ約１μｍ
まで堆積される。酸化物層１００はインターレベル(int
er-level) の誘電体として働くが、レベル間の電気的コ
ンタクトを与えるために、コンタクトホール１０４が酸
化物層１００を貫通してエッチングされてアルミニウム
等の材料で充填される。しかし最新の集積回路では、コ
ンタクトホール１０４は狭く、しばしば０．３５μｍ以
下で、３以上のアスペクト比を持つ。そのようなホール
の埋込みは難しい。しかし、近年、標準プロセスのよう
なものが開発されており、その場合、ホール１０４は先
ず、チタン層１０６で形状追従的に(conformally)被覆
され、そのチタン層１０６は次に窒化チタン層１０８で
形状追従的に被覆される。その後、コンタクトホール１
０４を埋め込むと共に、上部レベルで電気的相互接続ラ
イン(electrical interconnection line)を提供するた
めに、アルミニウム層１１０が、通常、物理的堆積によ
って堆積される。Ｔｉ層１０４は、下層のシリコンと側
壁の酸化物の双方に対する接着層を提供する。また、そ
れを下層のシリコンでシリサイド化して、オームコンタ
クトを形成することができる。ＴｉＮ層１０６はＴｉ層
１０４によく接着し、アルミニウム層１１０はＴｉＮ層
によく馴染むので、アルミニウムは内部ボイドを形成す
ることなく、より良好にコンタクトホール１０４を埋め
込むことができる。また、ＴｉＮ層１０６は、アルミニ
ウム１１０がシリコン１０２に移動してその導電性に影
響するのを防ぐバリヤとして働く。基板１０２がアルミ
ニウム表面特性を含むようなバイア構造では、Ｔｉ層１
０４は必要ないかもしれない。チタンと窒化チタンの電
気伝導率がアルミニウムほど高くなくても、それらは薄
層では十分導電性があり、良好な電気コンタクトを提供
する。
【００１５】チタンと窒化チタンはＣＶＤまたはＰＶＤ
のいずれの方法でも堆積できるが、ＣＶＤの方が、アス
ペクト比が高いホールに形状追従性のある層を容易に形
成するという利点がある。熱ＴＤＭＡＴプロセスは、狭
いホールにＴｉＮを形状追従的に被覆する、そのＣＶＤ
プロセスである。
【００１６】ＴＤＭＡＴプロセスでは、テトラキス・ジ
メチルアミド・チタニウムすなわちＴｉ（Ｎ（Ｃ
Ｈ4）2）4 の前駆ガスが、約１〜９torrの圧力でシャワ
ーヘッド４０を通ってチャンバに噴射され、その間、ペ
デスタル３２が約３６０℃以上の高温で基板３６を保持
する。それにより、導電性で形状追従性のＴｉＮ層がＣ
ＶＤプロセスで基板３６上に堆積される。ＴＤＭＡＴプ
ロセスは、前駆ガスのプラズマ励起に通常は依存しない
熱プロセスである。
【００１７】しかし、ＴＤＭＡＴプロセスによって最初
に形成されたＴｉＮ層は、その導電性を低下させる含有
ポリマの形で過剰量のカーボンを含むことが分かってい
る。従ってＴＤＭＡＴ堆積は、通常、堆積したＴｉＮ層
を処理する第２ステップのプラズマ処理を伴う。チャン
バ内のＴＤＭＡＴガスは、０．５〜１０torrの圧力で約
５０：５０のＨ2 とＮ2 の混合ガスによって置き換えら
れ、Ｈ2 と Ｎ2 ガスを放電しプラズマを形成するのに
十分なシャワーヘッド４０とペデスタル３２間の電界を
形成するために、ＲＦ電源９４のスイッチがＯＮされ
る。プラズマ中の水素と窒素の核種(species) は、炭素
質ポリマを揮発性副産物にしてシステムから排気する。
従って、プラズマ処理は、カーボンを除去してＴｉＮ膜
の質を向上させる。
【００１８】プラズマ処理プロセスを熱ＣＶＤ堆積と同
一チャンバで行なうと、均一性と再現性に関していくつ
かの問題があることが明らかになった。我々はそれらの
問題が、プラズマに影響を与えると共に、チャンバ内に
過剰な微粒子を発生させるリアクタ表面の外来的金属堆
積(extraneous metal deposition) に起因すると考えて
いる。また我々は、その堆積が２つの異なる領域、つま
り基板３６の外側のペデスタル３２の頂部領域と、ポン
ピング流路６０の内部および周辺領域で発生するものと
考えている。
【００１９】第１の問題は、我々の考えでは、ペデスタ
ル３２上の外来的金属堆積に関係する。これは、ペデス
タル３２の露出部分がウェーハ３６に等しいか、しばし
ばそれよりはるかに高い温度になるからである。図３の
断面図に示すように、ウェーハ３６の外縁を超えて延び
るペデスタル３２の部分は、下記のメカニズムから、堆
積材料の生成物１２０を発生し易い。
【００２０】導電性のＴｉＮが堆積されるＴＤＭＡＴプ
ロセスの熱フェーズの間、ペデスタル３２に取り付けら
れた図１に示すヒータ９２がペデスタル３２を加熱し、
その熱はそこからウェーハ３６に移動する。ペデスタル
３２の露出部分がウェーハ３６よりも明らかに高温にな
り易いのは幾つかの理由がある。シャワーヘッド４３
は、対向するエレメントからの熱を手早く下げるため
に、はるかに低い温度の通常、約１００℃で運転され
る。他方、ペデスタル３２の上のウェーハ３６の熱シン
クは不完全で、それに伝えられた熱のペデスタル３２か
らの伝達は、直接放射型の、より高い熱伝導性を持つペ
デスタル３２よりも劣っている。また、チャンバは低温
プラズマ処理フェーズでも使用され、ウェーハのチャン
バへの出入りに余分の時間がかかるので、高温運転の使
用率は比較的低く、従って、必要な高い処理温度までウ
ェーハ３６を加熱しなければならない。ウェーハ３６を
その処理温度まで急速に上げるために、ペデスタル３２
の温度をウェーハ３６よりも高い温度まで上昇させる。
これらのすべての理由から、ウェーハ３６の処理温度は
３６０℃にセットされる一方、ペデスタルの露出部分
は、４２５℃という明らかな高温になる傾向がある。
【００２１】表面への堆積速度は表面温度に比例するの
で（温度が高いほど堆積が早い）、ペデスタル３２の露
出した外縁の高温によって、図３に示すように堆積膜の
急速な蓄積体１２０を生じさせる。堆積膜の厚さは多数
のウェーハ処理サイクルの間に増加するので、有害な影
響が生じる可能性がある。縁部の膜厚の生成は人為的な
周辺リムを形成して、それが、効率的な処理に要求され
るウェーハ３６の、ペデスタル３２の表面との十分なコ
ンタクトを妨げる。同様に、堆積体１２０が薄膜の或る
膜厚を超えて発達すると、それの後の堆積薄膜層は下地
層に完全には固着しない。従って、薄膜の一部分が微粒
子や薄片を形成して、それがペデスタルから分離して処
理中のウェーハ３６上に浮遊する場合がある。その微粒
子が、処理されたウェーハ３６の上に欠陥をもたらすお
それがある。
【００２２】外来的な金属堆積に関する第２の問題は、
導電性のＴｉＮ膜も、低い表面温度のためにわずかなが
ら、処理ガスの通路沿いにシャワーヘッド４０からポン
ピング流路６０までと、その流路を通ってチャンバ真空
装置８２に至る途中の処理ガスに曝される他の表面に堆
積することから生じる。図５は、アイソレータリング６
４上とその周辺の金属膜１２４の蓄積の例を示してお
り、この場合、電気的にバイアスされたシャワーヘッド
４０と、接地された蓋リム６６との間の電気的短絡を生
ずるおそれがある。図５は、単に、チャンバの上部表面
上の蓄積膜１２４の誇張した図である。実際には、膜は
すべての表面に生成するが、明瞭にするために他の蓄積
膜は図示しない。
【００２３】図６に示す外来的薄膜堆積の別の例は、絶
縁アルミナチャンバインサート６８上の導電性薄膜１２
８の蓄積で、これはポンピング流路６０を横切って延在
し、電気的に接地した主チャンバ本体７２に接触する点
に達している。かくして、この外来的堆積１２８は主チ
ャンバ本体７２と蓋リム６６とに関連される接地電位
を、ペデスタル３２の上部周縁に隣接する絶縁環状イン
サート６８の内側上縁まで拡張する。処理スペース５６
内のプラズマの位置と品質は、プラズマ電源電極と周辺
表面の間の距離、およびそれらのそれぞれの電位間の差
に依存する。長時間のプロセス運転中、チャンバインサ
ート６８が、チャンバ本体６８とプラズマの間のインシ
ュレータとして配置される状態から、接地された導体の
状態に実質的に変化すると、プラズマの位置と品質は、
特に基板３６の縁部周辺で影響を受けることになる。隣
接するアースの接近によるプラズマの歪みがプラズマの
不均一をもたらし、これが膜堆積の厚さとその表面特性
に影響を与える。
【００２４】プラズマ処理の間、プラズマの均一性の変
動は、生成した薄膜の表面の均一性に影響する。従っ
て、プラズマ強度の変動は膜特性の均一性に影響する。
プラズマの位置を取り巻くアイソレータの導電性（絶縁
特性の逆数）は、その表面に導電性薄膜が形成されるに
つれて、またその導電性薄膜が、異なる電位の隣接する
導電性エレメントに対して導電性経路を形成するにつれ
て、変化する。外見上は絶縁性のエレメントの導電特性
のこの変動がプラズマの変動をもたらし、これがプロセ
スの再現性を低減する。
【００２５】外来的金属堆積に関係する第３の問題は、
プラズマに曝される、電気的に浮遊する一部のエレメン
トがプラズマから電荷を集積することから起こる。これ
らの帯電部品が、接地されるか電力を与えられた部分に
接近している場合には、浮遊部品と、アースまたは電極
との間でアークが発生する機会が常に存在する。ウェー
ハがペデスタルに支持されている場合、ウェーハは、帯
電してアークを発生し得る浮遊エレメントとして働く可
能性がある。アークは基板の中に微粒子や欠陥を作り出
す。従って、ウェーハへのアークは避けなければなら
ず、基板表面を処理するプラズマのエンベロープの均一
性をできるだけ一様に保持しなければならない。
【００２６】これらの潜在的に有害な影響を避けるため
に、薄膜の蓄積が望ましくない結果をもたらす前に、通
常、ペデスタルの取外しと交換や洗浄を含む、洗浄・メ
ンテナンス計画が実施される。しかしながら、この対策
には問題点がある。ペデスタルが高価であるばかりか、
その交換や洗浄は高価な装置の運転休止と追加のオペレ
ータ作業を必要とする。
【００２７】チャンバ内のサセプタの周辺やアイソレー
タを跨ぐ望ましくない厚さの膜が蓄積すると、それらを
定期的に洗浄して、短絡や、受け入れがたいプラズマ処
理変動の防止が必要になる。望ましくない或る厚さの膜
蓄積は、ガスをプラズマ状態に励起する電界の強さと位
置の変動をもたらす短絡のリスクを発生させる。また、
導電またはアーク発生の危険が高まると、電界の本来の
分布を回復するために洗浄やメンテナンスのサイクルが
開始される。他の消耗部品や保全可能な部品も、一定間
隔での交換や洗浄が必要となる。現在では、導電とアー
ク発生のリスクが洗浄／メンテナンスの間隔を決めてい
る。もし、上記のように、アイソレータを横切って接地
部材に至る膜厚の固着と導電性の問題が削減されるか除
去できるとすれば、洗浄間のウェーハの平均数量を劇的
に増加できるだろう。
【００２８】図７に概略図示するＣＶＤチャンバは、抵
抗的でなく放射的に加熱することを除いて、図１の場合
と同様である。それは導電性材料の堆積に適用され、そ
の場合、一、二種類のプラズマ処理がチャンバ内で行な
われた。このチャンバでは、アルゴン処理スパッタリン
グガスが活性化され、ペデスタル電極１３２と対抗電極
１３４の間でプラズマになった。ＲＦ電源１３６がプラ
ズマにエネルギーを与えるためのＲＦ電力を提供する。
しかしながら、プラズマをウェーハ上方の処理スペース
内に旨く閉じ込めたとしても、ペデスタル電極１３２と
対抗電極１３４の間で電力を選択的に分割する整合回路
１３８にＲＦ電力を供給しなければならない、というこ
とが判明した。このようなＲＦ電力の分割はプラズマを
より良く閉じ込めるものと考えられる。というのは、接
地電極を持つプラズマはウェーハの領域の外側に広がっ
て、外来的な上記堆積金属層によって更に影響を受ける
傾向があるからである。整合回路１３８は、ペデスタル
電極１３２に分割されるＲＦ電力を全電力の３０％、５
０％、または７０％に分断することを可能にした。
【００２９】図１に示すタイプのＣＶＤチャンバは、誘
電体堆積用に設計されたものだが、それらが金属材料を
堆積できるようすることが望ましい。
【００３０】従って、このチャンバを、プラズマの不安
定性とアーク発生の問題を軽減するように改良すること
が望ましい。更には、日常のメンテナンスと洗浄の頻度
を削減することが望ましい。
【００３１】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板処
理チャンバ、例えば窒化チタンを堆積するチャンバの性
能を改善することによって、洗浄間のウェーハの平均数
量を拡大するものである。
【００３２】その性能は、処理される基板の縁部を越え
て延びるサセプタの部分に堆積ガスが過剰な生成物を形
成する傾向を削減することによって、改善される。処理
される基板の外縁を囲む周辺リングの温度の低減がその
生成物を削減する。
【００３３】本発明は、ペデスタルと処理される基板か
ら熱的に絶縁された基板支持ペデスタル上の周辺リング
を含む。その周辺リングは、基板を支持ペデスタルの表
面まで下げたときにそのセンタリングを援助するための
リング上方に延びるセンタリングボスを含む。そのセン
タリングボスは、基板に面するリングの内側周縁から内
方に延びる一連の突起を備えている。これらの突起は、
潜在的可能性として基板とコンタクトする周辺リングの
唯一の部分なので、基板と周辺センタリングリングの間
の最小の表面コンタクト（および熱伝達に対する可能
性）を提供する。
【００３４】周辺センタリングリングは、周辺まわりの
３箇所のピンに支持されることによってペデスタルから
熱的に絶縁されるので、ペデスタルから周辺センタリン
グリングへの熱伝達が削減される。ペデスタルからの熱
的な絶縁は、更に、周辺リングの底面側に取り付けられ
た一連のアイソレータリングまたは放射シールド（例え
ば２個）の設置によって達成される。放射シールドは、
熱放射がペデスタルから周辺センタリングリングに直接
伝達されるのを防ぐバリヤとして働く。この熱絶縁の結
果としての周辺リングの温度低下が、その表面の薄膜堆
積の速度の減少をもたらし、処理チャンバの洗浄サイク
ル間のウェーハの平均数量を増加させる。分離した周辺
リングは、処理チャンバのメンテナンスサイクルの間に
容易に取り外し、交換できる。
【００３５】ペデスタルから熱的に絶縁されている周辺
リングは、ウェーハおよび／または他の隣接表面間のア
ークをもたらす可能性のある静電荷の生成を招きやす
い。本発明は、周辺リングと基板その他の隣接表面間の
アークを除去するための、周辺リングとペデスタルの間
の接地ストラップを含む。接地ストラップはフレキシブ
ルで、接地ストラップがサセプタの正常な公称外周部を
越えて延びる突起を設けないように、サセプタ周辺の凹
状スロット内に取り付けられる。
【００３６】性能は、チャンバ内の絶縁エレメントを横
切って連続的な導電性薄膜が形成される可能性を削減す
ると共にそれをほぼ除去することによって、改善され
る。連続するチョーク間隙が、それを跨いで導電性薄膜
が絶縁特性の変化をもたらす恐れのある、異なる電位を
持つ隣接エレメントの中と、その間に作られる。
【００３７】処理チャンバの蓋の絶縁部材（リング）
は、一連の連続するチョーク間隙表面造作（溝）を含
み、その造作が絶縁部材の表面上の連続的な導電性薄膜
の形成を防止する。表面に形成される薄膜は連続してい
ないので、ガス分配プレート／電極からアースへの導電
路を提供しない。電気伝導または電荷伝導および／また
はアースへの漏洩が、均一なプラズマを形成するため
と、連続処理サイクル全体にわたる基板の均一な処理を
提供するために必要な電界を除去または削減している。
【００３８】プラズマ領域を囲む金属シールドの接地の
可能性を小さくするために、（第２の）連続チョーク間
隙が、処理チャンバ周りの第２シールドエレメントとチ
ャンバ本体との間に作成される。まだ導電性薄膜が内部
に形成される可能性はあるが、間隙の幅と深さは、表面
薄膜による、間隙内や間隙を跨ぐ導体ブリッジまたは接
続部の形成を防止する。
【００３９】性能は、プラズマエンベロープの縁の安定
化のためにプラズマ位置を囲む電気的に浮遊する導体エ
レメントの設置によって更に改善される。一例として、
電気的に浮遊する金属シールドが基板処理チャンバの壁
の一部にライニングされる。そのシールドは堆積中にコ
ーティングされるが、周囲の導体エレメントから電気的
に絶縁されているので、プロセスの安定性は維持され
る。このシールドはプラズマの通過に対するバリヤを提
供する。導体（金属）シールド上の静電荷はそれを横切
って均一に分布しており、その結果、プラズマエンベロ
ープの縁が安定化する。
【００４０】別の改良は、下部電極（サセプタ）を接地
する一方、上部電極（ガス分配プレート）専用に設けら
れたＲＦ電源の使用を含む。この１００％対０％の電力
分割が、ＴｉＮ薄膜堆積を行なうチャンバ内の薄膜の均
一な特性の改良を証明する。
【００４１】本発明は、サセプタの頂部からの一連の支
持点造作物を備えると共に、周辺リングの一部をサセプ
タへの直接的露出からシールドする放射シールドリング
を備えるステップを含めて、基板の縁部を越えて延びる
サセプタ内の周辺リングを絶縁する方法を含む。別の方
法は、周辺リングに電気的に接続された接地ストラップ
を設けると共に、接地ストラップの一部をサセプタに取
り外し可能に取り付けるステップを含む。本発明の別の
方法は、ＲＦ電源電極と、同電極とは異なる電位の導体
エレメントの間に、少なくとも一方の側を処理チャンバ
の雰囲気に露出したアイソレータリングを備えると共
に、処理チャンバの雰囲気に面する絶縁部材の表面に連
続チョーク間隙を設けるるステップを含む。本発明の別
の特徴は、処理チャンバ内に絶縁部材によって支持され
るシールドを備えると共に、表面に形成された薄膜が間
隙を橋絡して伝導性を与えることのないように、内部シ
ールド部材と接地表面の間に隙間を設けるステップを含
む方法を含む。
【００４２】本発明は、また、電極ガス分配プレートを
電源に接続すると共に、電極ガス分配プレートに面する
サセプタを接地電位の電極に接続するステップを含め
て、ＴｉＮ堆積チャンバに電力を提供する方法を含む。
【００４３】本発明は、プラズマが形成される電界所に
隣接する処理チャンバ内の各浮遊帯電エレメント間のア
ーク発生の機会を減少させ、基板の外側のサセプタの部
分への過剰な堆積を避けるために周辺リングの温度を低
下させ、基板を横切る一定電位を提供してその周辺／セ
ンタリングリングとサセプタの間のアーク発生を除去す
ると共に、堆積によってチャンバ壁上に形成された薄膜
がＲＦ電極とチャンバ本体や蓋の間の短絡接続を招く可
能性を減少させる諸改良を提供する。本発明は、また、
プラズマを閉じ込めると共に、ウェーハを跨ぐ比較的一
定のイオン電位によってプラズマの安定化に役立つ、プ
ラズマ領域周辺の金属（均一な電位分配リング）の位置
決めを含む。
【００４４】
【発明の実施の形態】図８は、本発明の第１の側面によ
る処理チャンバの断面を示す。ペデスタル１４０はその
上面１４４でウェーハ１４２を支持する。処理ガス入口
４４から入るガスが下部マニホルド５４内に分配され、
シャワーヘッド４０のノズル４２を通って処理領域チャ
ンバに移動する。処理ガスは、その後、図２に示すよう
にウェーハ１４２の縁を横切って半径方向外方に流れ、
ペデスタル１４０の上部外周に形成された環状棚部１４
８に配置された、図８に示す周辺センタリングリング１
４６を横切る。処理ガスは、そこから、改良型の環状ア
イソレータ１５２の底部と改良型チャンバ壁インサート
１５４の頂部の間に形成されたチョーク開口部１５０を
通って、改良型ポンピング流路１６０に流入する。チャ
ンバ壁インサート１５４は、図示しないロボットブレー
ドがウェーハをリアクタに出し入れするための、内部を
貫通すると共に主チャンバ本体７２を貫通する封止可能
な通路１５６を持つように図示される。
【００４５】ガスは、一旦、ポンピング流路１６０に入
ると、図１および図２に示す従来技術のポンピング流路
６０と同様に、処理チャンバの外周を通って進み、処理
チャンバに接続された真空ポンプ装置８２によって排気
される。
【００４６】同様の一般的なチャンバを図９に示し、本
発明の別の側面が強調されている。図１０の拡大断面は
図８と図９の双方の発明的な側面を含む。
【００４７】全体的に図示したチャンバインサート１５
４は、主チャンバ本体７２の内側棚部７０に着座するＬ
形絶縁セラミックリング１６４を含むと共に、Ｌ形リン
グ１６４の内側棚部１６８に着座してペデスタル１４０
とセンタリングリング１４６とから僅かな隙間を空けて
配置された環状または帯状シールド１６６も含む。例え
ば、Robertson 他の米国特許第５，３６６，５８５号明
細書に記載されるように、それら自身のセラミックチャ
ンバライナは周知である。帯状シールド１６６はアルミ
ニウム等の金属製であることが望ましく、Ｌ形セラミッ
クリング１６４の頂部のほぼ上に垂直に上方に延びると
共に、ペデスタル１４０の支持面１４４より上に僅かに
延在する。
【００４８】環状ポンピング流路１６０は、帯状シール
ド１６６、Ｌ形リング１６４、主チャンバ本体７２と蓋
リム６６の前部に置かれたライナ１７０、１７２、なら
びにアイソレータ１５２によって全体的に画成された側
面を持ち、チョーク開口部１５０がアイソレータ１５２
と帯状シールド１６６の間に形成されている。しかし、
蓋ライナ１７０は、蓋リム６６に面したポンピング流路
１６０の側面に置かれ、その形状に整合している。チャ
ンバライナ１７２は主チャンバ本体７２に面したポンピ
ング流路１６０の側面に置かれている。両ライナ１７
０、１７２はアルミニウム等の金属製であることが望ま
しく、その表面に堆積する薄膜の接着力を増すために、
ビード吹付け（bead blaste）が行なわれる。蓋ライナ
１７０は、多数のピン１７４によって蓋リム６６に取外
し可能に固定され、蓋リム６６に電気的に接地されてい
る。しかしながら、チャンバライナ１７２は、Ｌ形セラ
ミックリング１６４の外側頂部に形成された棚部１７６
の上に支持されると共に、半径方向間隙１７８をチャン
バライナ１７２と主チャンバ本体７２の間に形成する直
径を持つように正確に形成され、また、軸方向間隙１８
０が蓋とチャンバのライナ１７０、１７２の間に形成さ
れる。すなわち、チャンバライナ１７２は電気的に浮遊
している。
【００４９】帯状シールド１６６と、蓋とチャンバのラ
イナ１７０、１７２は、１セットとして寸法決めされ
る。帯状シールド１６６は環状で、ペデスタル１４０を
中心として大直径ｄ1 を持つ。チャンバライナ１７２も
環状で、ペデスタル１４０の中心線に沿って軸方向に延
びる帯の形をなし、ｄ1 よりも大きな大直径ｄ2 を持
つ。蓋ライナ１７０も環状で、ｄ1 からｄ2 まで半径方
向に延びる長い脚と、ｄ2の位置で軸方向に延びる短い
脚とを持つＬ形を呈する。
【００５０】ペデスタル１４０、センタリングリング１
４６、およびポンピング流路１６０を囲むライナ１７
０、１７２とシールド１５２、１６６について、部分断
面斜視図を図１１に示す。この図は、シャワーヘッド４
０のノズル４２から出てウェーハ１４２に向かう処理ガ
スの流れと、それに続く、ウェーハ１４２上とその後の
センタリングリング１４６上の半径方向外方の流れ８４
を明示する。その後、ガス流は帯状シールド１６６の頂
部の上を上方に逸れてポンピング流路１６０に流入し、
ポンピング流路１６０内でガスは円周方向通路８６に沿
って真空ポンプの方向に進む。
【００５１】ポンピング流路の説明はセンタリングリン
グを再度検討する前に行う。
【００５２】図１０で明示するように、ポンピング流路
１６０とその構成要素は、処理スペース５６内およびそ
の近くのプラズマの励起による堆積導電性薄膜の影響を
最小にするように設計されている。
【００５３】帯状シールド１６６は、ウェーハ４６およ
びその上を流れる大部分のガスのレベルより上方に立ち
上がっているので、帯状シールド１６６と交わるＬ形リ
ング１６４の頂部１８６に隣接するポンピング流路１６
０の底部の流れパターンの中にデッドスペース１８４が
形成される。その結果、帯状シールド１６６の上部に金
属が堆積したとしても、デッドスペース１８４によっ
て、帯状シールド１６６の裏側周辺に有意な厚みの金属
が堆積しないことが保証されると共に、特に、帯状シー
ルド１６６とＬ形アイソレータリング１６４の頂部１８
６の間に形成される間隙１８８を橋絡するには不十分な
量の金属の堆積となる。その結果、帯状シールド１６６
は、例え導電性を持つにしても、ペデスタル１４０およ
び主チャンバ本体７２に関して電気的に浮遊な状態を保
つ。帯状シールド１６６はアーク発生の可能性を減少さ
せるように丸み付きの端部１６７を持つ。
【００５４】図１２に示すように、処理ガスがポンピン
グ流路１６０の経路１９０に沿ってチャンバライナ１７
２の頂部の軸方向間隙１８０を通った後、その軸方向間
隙１８０内、およびチャンバライナ１７２の裏側の半径
方向間隙１７８内に、導電性薄膜１９２を堆積すること
はある。しかし、両間隙１７８、１８０はデッドスペー
スなので、十分な厚みが堆積して各間隙１７８、１８０
を橋絡する可能性は少なく、また仮にそうなったとして
も、間隙を跨ぐ短絡はチャンバライナ１７２を接地する
に過ぎないだろう。アースを主チャンバ本体７２から処
理スペース５６の十分近傍まで運んでプラズマ電界に明
らかな影響を与えるためには、ポンピング流路１６０内
に別の外来的な薄膜が必要になるだろう。堆積が発生す
ればチャンバライナ１７２と主チャンバ本体７２間に橋
絡をもたらす恐れのある半径方向間隙１７８の下端まで
は、極めて僅かのガスしか進まないだろう。しかし、チ
ャンバライナ１７２は絶縁Ｌ形リング１６４の外側棚部
１７６に載っているので、主チャンバ本体７２のアース
が帯状シールド９０まで延長するためには、導電性薄膜
はＬ形リング１６４と主チャンバ本体７２の間の間隙を
充填しなければならない。
【００５５】図１３に示すように、絶縁セラミック製の
アイソレータ１５２のポンピング流路１６０の中および
近傍の表面に堆積された外来的導電性薄膜１２０は、蓋
リム６６の接地面を、バイアスされたシャワーヘッド１
４０に隣接する区域まで拡張して、明らかにプラズマ電
界を擾乱すると共に、多分、バイアスされたシャワーヘ
ッド１４０を、アイソレータ１５２からチャンバ蓋リム
６６にわたって短絡する潜在的性質を持つ。しかし、図
１０で更に明示するように、Ｌ形アイソレータ１５２
は、その垂下内側スカート２０３の下部の外側に、堆積
薄膜１２０によって絶対に橋絡しない十分な幅を持つ２
つの深い環状溝２０５、２０７を形成している。また、
溝２０５、２０７はその底にデッドスペースが生じる程
深いので、何らかの堆積が避けられないとしても、それ
が溝２０５、２０７の内面に連続的な薄膜を形成するこ
とはない。その上、ポンピング流路１９０への溝２０
５、２０７の開口部は、通常、丸みが付いているので、
生成した導電性薄膜によるアークの発生を防止する。具
体的な寸法として、アイソレータ１５２がスカート２０
３で２００〜４００ミル（５〜１０ｍｍ）の幅がある場
合、溝２０５、２０７は、幅４０〜８０ミル（１〜２ｍ
ｍ）、深さ１００〜１７５ミル（２．５〜４．６ｍｍ）
である。この構造では、外来的薄膜１２０が図１３で示
すようにアイソレータ１５２上に堆積した場合でも、そ
の堆積は連続的な導電性薄膜を形成しない。従って、シ
ャワーヘッド１４０は短絡しないし、シャワーヘッド１
４０に隣接する外来的接地面も形成されることはない。
【００５６】図１０に示すように、蓋ライナ１７０は金
属性で、熱的にも電気的にも蓋リム６６に接続されて事
実上その延長を形成しており、またその位置が離れてい
るために処理領域５６のプラズマにあまり影響しない。
蓋ライナ１７０に金属が堆積しても、その金属がアイソ
レータリング１５２を覆って延在しない限り、更にプラ
ズマに影響することはない。いずれにしても、蓋ライナ
１７０は、それが過剰にコーティングされたときは締結
手段ないしはファスナ１７４によって簡単に取り外しで
きる。
【００５７】次に、センタリングリングについて説明す
る。
【００５８】センタリングリング１４６は２つの機能を
果たす。それは、図８のアクセス通路１５６を通って移
動するロボットブレードによって、チャンバ内のペデス
タル１４０上に運ばれたウェーハ１４２をペデスタル１
４０上に正確にセンタリングするのに役立つ。この機能
は、周辺リング１４６がその開口部内にウェーハ１４２
を保持する保持リングとして働く保持機能と融合してい
る。更に、センタリングリング１４６は、ウェーハ１４
２の外側に露出されるペデスタル１４０の部分に対する
サーマルブランケットないしは熱被覆の働きをする。具
体的には、その熱特性は、意図する処理を考慮して設計
されるので、センタリングリング１４６は加熱されたペ
デスタル１４０に対して熱的に浮遊しており、ウェーハ
１４２に比べて比較的低温に保たれ、その下にあるペデ
スタル１４０よりも明らかに温度が低く、従って熱ＣＶ
Ｄ処理の間、その上に僅かの材料しか堆積しない。
【００５９】まず、センタリング機能とそれを達成する
ために用いられる構造について説明する。
【００６０】センタリングリング１４６は、図１４の平
面図と図１５の断面斜視図で示すように、平らな環状上
面１９０と、この表面１９０の内側下方の環状棚部１９
２を含み、その寸法は、熱的絶縁を与えるためにウェー
ハ１４２との間に狭い隙間を空けてウェーハ１４２と近
接して対面するが、しかもガス流に対するバリヤになる
ように決められている。図１４に示すウェーハ１４２
は、センタリングリング１４６と同様にほぼ円形であ
る。しかし、ウェーハの片側のエッジに大きな位置決め
平面部が形成されている場合は、センタリングリング１
４６の内側をその平面部に合わせて成形しなければなら
ない。図１５に示すように、段付壁１９４が、センタリ
ングリング１４６の棚部１９２から平らな上面１９０ま
で立ち上がっている。段付壁１９４の高さはウェーハ１
４２の厚みに等しいかそれよりやや大きいので、棚部１
９２の表面に支持されるかそれより僅か上方に片持ちさ
れるウェーハ１４２の上面は、センタリングリングの上
面１９０と面一になる。
【００６１】一連の６個のセンタリングボス２００は、
図１６の拡大平面図にも図示されるように、ペデスタル
１４０（センタリングリング１４６もそれと同心に配置
されている）の中心２０１に関してセンタリングリング
１４６のまわりに６０°の間隔で均等に配置されてい
る。センタリングボス２００は棚部１９２から立ち上が
っているが、段付壁１９４から部分的に突出しているに
過ぎない。ボスは円筒形ベース２００とその上方の円錐
台部２０４を含み、分離線２０３がセンタリングリング
の上部平面１９０より幾分下にあるので、円錐台部２０
４は上部平面１９０よりも上に突き出している。センタ
リングボスはこれらの単純な幾何学的用語で定義される
が、ボス２００の凹凸の両コーナーは、アークの発生や
ウェーハの欠けを削減するために平滑に加工されてい
る。関連するセンタリングピンで、ペデスタルに取り付
けられるものが、Lei 等の米国特許第５，５１６，３６
７号明細書に開示されている。
【００６２】センタリングリング１４６は、後述する機
械的手段によってペデスタル１４０の上に支持されてい
る。ロボットブレードがウェーハ１４２をチャンバ内に
移動すると、図１と図８のペデスタル１４０とリフトリ
ング３９が邪魔にならない位置に下げられる。次に、リ
フトリング３９が上昇して、リフトピン３８を、その円
錐ヘッドがウェーハ１４２をロボットブレードからわず
かに持ち上げる高さまでペデスタル１４０から上昇させ
る。次に、ロボットブレードが退いて、ペデスタル１４
０と、取り付けられたセンタリングリング１４６が上昇
するので、ウェーハ１４２を支持するリフトピン３８は
ペデスタル１４０の支持面１４４の方向に事実上引っ込
む。
【００６３】しかしながら、ウェーハ１４２がペデスタ
ル中心２０１に対して正確にセンタリングされない場
合、ウェーハは、ペデスタル１４０に近付くと、まず一
つか二つのセンタリングボス２００の円錐頂部２０４に
突き当たる。円錐頂部２０４のテーパ面がウェーハ１４
２に十分な横方向力を加えるので、ウェーハはペデスタ
ル１４０の中心２０１の方向にスライドしてウェーハ１
４２がセンタリングされる。ウェーハ１４２は、ペデス
タル１４０に対して更に位置を下げられた後、図１７の
部分断面斜視図に示すように、すべてのセンタリングボ
ス２００の円筒形ベース２０２の内側のセンタリングさ
れた位置に位置決めされる。
【００６４】ウェーハ１４２はセンタリングリング１４
６からできるだけ熱的に絶縁される。ボス２００の円筒
形ベース２０２は棚１９２の区域に部分的に突出してい
るだけなので、図１７に示す間隙２０６は、ウェーハ１
４２の面取りされたエッジとセンタリングリングの段付
壁１９４の間に形成される。また、ボス２００の円筒形
ベース２０２の半径方向最内方位置の軌跡は、ウェーハ
１４２の直径よりわずかに大きくなるように決められて
いるので、小間隙２０８がウェーハエッジと円筒形ベー
ス２０２の間に存在するように設計される。しかしなが
ら、位置決め不良のウェーハに対するセンタリング作用
によって、ウェーハ１４２は一つまたは二つのセンタリ
ングボス２００にコンタクトする可能性がある。にもか
かわらず、結果としてのコンタクトはすべて細い垂直線
となり、その位置で、円筒形のウェーハ１４２は、熱伝
達を最小にするように円筒形ボスベース２０２に接触し
ている。
【００６５】ＣＶＤ処理中のウェーハ１４２は、ペデス
タル１４０の上に重力で支持されているが、センタリン
グリング１４６の棚部１９４の上面の高さは、ペデスタ
ル１４０の有効支持面１４４よりわずかに下になり、か
つウェーハエッジが、棚部１９２の上面の上に、間に僅
かな間隙を空けて片持ちされるように、しっかりコント
ロールされる。ウェーハエッジと棚部１９２の間の間隙
は運転堆積圧力で良好な熱絶縁を与えるだけの大きさだ
が、ウェーハ裏側への堆積ガスの流れを防ぐための十分
な空気力学的抵抗を与えるだけ十分に狭く、かつ長い。
また、その間隙は、プラズマがそこに侵入してアークを
発生しないように十分狭い。
【００６６】下記の構造の結果、センタリングリング１
４６はウェーハ１４２から熱的に絶縁されているばかり
でなく、ペデスタル１４０からも熱的に絶縁される。
【００６７】センタリングリング１４６のペデスタル１
４０からの熱絶縁は２つの方法で達成される。センタリ
ングリングは、アルミニウムかニッケルで被覆された、
ステンレス鋼から構成されることが望ましい。図１８の
斜視図で最もよく示されるように、センタリングリング
１４６は、ペデスタル１４０の棚部１４８に固定される
と共に、そこから或る正確な寸法だけ上方に突き出す３
本の等間隔の支持ピン２１０によって、ペデスタル１４
０の周辺棚部１４８の上方に支持されている。支持ピン
２１０は、それらの断面がセンタリングリング１４６の
面積に比べて非常に小さいので、ペデスタル１４０とセ
ンタリングリング１４６の間で事実上の点接触を呈す
る。支持ピン２１０はステンレス鋼等の、熱伝導率の低
いセラミックか金属製であることが望ましい。支持ピン
２１０の寸法が小さいことと、その低い熱伝導率が、ペ
デスタル１４０とセンタリングリング１４６の間の熱伝
導を最小にする。支持ピン２１０は、センタリングリン
グ１４６の外側環状ベース２１４の底面から延びるそれ
ぞれの半径方向スロット２１２に緩く嵌合して、ペデス
タルの棚１４８の上に正確にセットされた高さでセンタ
リングリング１４６を支持している。スロット２１２の
半径方向に延びる形状はセンタリングリング１４６とペ
デスタル１４０の間の熱膨張差を考慮している。
【００６８】センタリングリング１４６の底面とペデス
タルの間の放射と対流熱伝達は、センタリングリング１
４６の内方に突出するリム２２０の底面とペデスタル１
４０の棚部１４８の間に隙間を空けて配置した熱絶縁リ
ング２１６、２１８の積み重ねによって最小にされる。
熱絶縁リング２１６、２１８は、そこからの熱伝達を削
減するために、ステンレス鋼等の熱伝導率の低いセラミ
ックまたはその他の材料で形成することが望ましい。
【００６９】図１９の破断斜視図で示すように、熱絶縁
リング２１６、２１８は、図１４の平面図に示す、セン
タリングリング１４６上に配置されたねじやリベット等
の一連のファスナ２２４によって、センタリングリング
１４６の突出リム２２０の底部に固定される。ファスナ
２２４は、一対のリング２１６、２１８と、センタリン
グリング１４６のベース２１４とペデスタル１４０の棚
部１４８の両者との間に隙間が形成されるように位置決
めされる。ねじファスナ２２４の円錐ヘッド２２５は滑
らかな表面を呈するように底部リング２１８の底の皿穴
２２６にはめ込まれている。２つのリング２１６、２１
８は、熱絶縁スペーサ２２７によるか、または図２０に
示すスペーシング・バンプ２２８のいずれかによって互
いに分離されると共に、センタリングリング１４６の突
出リム２２０から分離されて、リング２１６、２１８の
間に間隙２２９を形成すると共に、両リングとセンタリ
ングリング１４６の突出部２２０の間に間隙２２９Ａを
形成する。これらの各種間隙は、更に、リング２１６、
２１８を熱的に浮遊させて、センタリングリング１４６
をペデスタル１４０からより効果的に分離する。このよ
うな２つのリングでは、放射熱伝達を６５％だけ削減
し、３つのリングでは７５％だけ削減することが明らか
になった。
【００７０】前述のタイプの正常なＣＶＤ処理時にプロ
トタイプリアクタで、これらの様々な熱絶縁手段がテス
トされた。これらのテストでは、ペデスタル１４０の温
度は４３０℃、ウェーハ１４２の温度は３６０℃と測定
されたが、センタリングリング１４６の温度はわずか２
９０℃であった。３６０℃でウェーハ１４２上にＴｉＮ
の満足すべき熱堆積が達成されるが、２９０℃では、同
材料によるセンタリングリング１４６上の堆積は殆ど発
生しない。これらの温度差は、側面への他の熱漏洩と共
に、約１００℃に維持されたシャワーヘッド４６によっ
てもたらされる。
【００７１】センタリングリング１４６の熱的絶縁に用
いられる多くの方法は、そのリングを電気的に絶縁する
傾向を持つ。その結果、処理スペース５６内のプラズマ
の存在の下でそれを電気的に帯電させる傾向がある。こ
のような帯電は、センタリングリング１４６とウェーハ
１４２の間にアークを発生してウェーハを直接破損させ
る可能性があるので避けなければならない。他の箇所へ
のアークは、ウェーハ上に定着し易い微粒子を発生させ
る。従って、センタリングリング１４６とペデスタル１
４２を同一電位に保つことが望ましい。
【００７２】センタリングリング１４６の電位をペデス
タル電位と同一にするための一つの構造は、図２０の破
断斜視図に示す薄いムク（中実）の、フレキシブルな接
地ストラップ２３０である。接地ストラップ２３０は、
アルミニウム等の、導電性で機械的に軟らかい金属から
成る薄いタブ２３２で構成され、センタリングリング１
４６のベース２１４に溶接で恒久的に結合されている。
金属タブ２３２の厚さは十分に薄いので殆ど熱を伝達せ
ず、センタリングリング１４６を機械的に支持すること
はない。
【００７３】ペデスタル１４０は、その外周に、浅くて
軸方向に延びる、底部に深いスロット部２３８を持つス
ロット２３６を形成している。タブ２３２は、その底部
で、Ｚ形セクション２４０の形に曲げられて、タブ２３
２の上部が浅いスロット２３６に嵌合すると共にＺ形セ
クション２４０が深いスロット部２３８に嵌合するよう
になっている。タブ２３２の最低部に形成された孔２４
２にねじ２４４が通り、そのねじが深いスロット部２３
８内の、ペデスタル１４０の対応する穴にねじ込まれる
ので、電気的な接地が完了する。浅いスロット２３６
は、ペデスタル１４０の公称外周形状２４６を維持する
ように、タブ２３２とねじ２４４のヘッドの両者を取り
囲む。また、浅いスロット２３６と接地ストラップ２３
０は、ペデスタル１４０とセンタリングリング１４６と
の間に温度差による動きの差があっても、部品間の干渉
なしにそれを吸収する一方、センタリングリング１４６
とペデスタル１４０との間の電気的連続性を保つように
構成される。
【００７４】図２１は、図７の構成と対比されるＲＦ電
源の本発明による構成を示す。この場合、ＴｉＮのＴＤ
ＭＡＴ堆積に関して使用されるプラズマ処理時の電力分
割は存在しない。その代わり、ペデスタル電極１３２が
接地電位に保持され、上部電極１３４だけが、固定整合
回路２５２を持つＲＦ発生器２５０によって電力を供給
される。本発明のポンピング流路に使用されるライナと
接地センタリングリングはプラズマ２５４を十分安定化
するので、先に要求された電極１３２、１３４間の電力
分割は最早必要としない。電極を支持するペデスタル１
４０にはバイアスを加えないことが望ましい。というの
は、ＲＦバイアスがあると、ウェーハを電気的に帯電し
て、それを隣接箇所に放電する傾向があり、直接的な破
損や微粒子を発生させるからである。
【００７５】本発明のポンプチャンバライナとセンタリ
ングリングは、薄膜、特に導電性薄膜がその上に不可避
に蓄積したときは、常に、新品または再生されたコンポ
ーネントと容易に交換できる。しかしながら、実際的な
運転環境でのテストでは、３０００個のウェーハの後で
も、新設計のものは、その交換を必要としないと言える
程、堆積を最小にすることが明らかになった。かくし
て、いずれも図１の既存のチャンバの範囲内の、ペデス
タル周辺の装置に対する幾つかの比較的簡単な改良が、
優れたプラズマ状態を提供すると同時に、事実上ＣＶＤ
システムの休止時間を削減する。
【００７６】本発明は、プラズマ処理に伴うＴｉＮの熱
ＣＶＤに関して記述したが、熱金属堆積およびプラズマ
プロセスに関して、同様のチャンバを使用する任意のプ
ロセスに適用できることは明らかである。例えば、チタ
ン層１０４は、Ｔｉｃl4 を前駆ガスとして使用するプ
ラズマプロセスによって堆積できるし、ＴｉＮ層に対し
ては、熱ＴＤＭＡＴプロセスを使用して堆積できる。ま
た、このプロセスは導体金属酸化物、例えば酸化ランタ
ンを含むペロブスカイト(perovslite)のＣＶＤに有利に
適用できる。導電性金属の堆積とプラズマ工程の結合
は、今なお、熱プロセスがプラズマプロセスに影響する
かも知れない外来的金属層を堆積する、という潜在的問
題を呈する。本発明は、言うまでもなく、金属ＣＶＤの
他の多くのタイプに適用できると共に、当然のことなが
ら、誘電体ＣＶＤその他のプラズマ用途にも使用可能で
ある。
【００７７】本発明は、特定の実施形態について説明し
たが、当業者なら本発明の範囲から逸脱することなく、
形態と詳細の諸変更が可能であることをよく理解するで
あろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＣＶＤ処理チャンバの断面図であ
る。
【図２】図１の２−２線に沿っての断面図で、処理され
る基板を横切るガスの流れ分布、およびポンピング流路
内のガス流を示す図である。
【図３】図１に示すチャンバの右上隅の概略拡大図であ
る。
【図４】本発明の装置を使って製作できる集積回路構造
の断面図である。
【図５】チャンバの上面に形成された導電性薄膜を示
す、図３と同様な図である。
【図６】チャンバ内のプラズマに曝された区域に突出し
た、ポンピング流路上に堆積した薄膜を示す、図３と同
様な図である。
【図７】従来技術のＴｉＮチャンバ用の電力分割通電装
置を示す図である。
【図８】本発明による処理チャンバの断面図である。
【図９】図８の処理チャンバの概略断面図であり、本発
明による構造の各電位間の相互関係を示すと共に、その
他の特徴を明示する図である。
【図１０】図８と図９の右上隅の拡大図である。
【図１１】図８の断面の破断斜視図で、本発明の各種構
造の相互関係を示す図である。
【図１２】本発明のポンピング流路ライナ周りの導電性
薄膜の生成を示す、図１０と同様な図である。
【図１３】ガス分配プレートからポンピング流路を通っ
て真空排気装置に移動するガスによって発生すると見ら
れる、本発明の新規なアイソレータリング上の導電性薄
膜の生成を示す、図１０と同様な図である。
【図１４】本発明によるサセプタのセンタリングリング
内に配置された円形基板の上面図である。
【図１５】本発明によるセンタリングリングの一部であ
るセンタリングボスの部分断面斜視図を示す。
【図１６】図１４の１６−１６線部分の拡大図であり、
基板を定位置に置いた状態のセンタリングリングの部分
の拡大平面図である。
【図１７】図１５と同様だが、センタリングリング上の
ボスによってセンタリングされたウェーハを示す図であ
る。
【図１８】図１４におけるセンタリングリング、そのピ
ンサポート、およびその熱絶縁リングを示す部分断面斜
視図である。
【図１９】センタリングリングの部分断面斜視図で（存
在する基板は除く）あり、図１４の１９−１９線に沿っ
て熱絶縁リング用ファスナを示す図である。
【図２０】図１４の２０−２０線に沿っての部分断面分
解斜視図で、センタリングリングの接地ストラップを示
し、センタリングリングはペデスタルから分離した状態
を示す図である。
【図２１】本発明による、処理チャンバ内でプラズマを
発生させるＲＦ電源の概略図である。
【符号の説明】
４０…シャワーヘッド（ガス分配プレート）、１４０…
ペデスタル、１４２…ウェハ（基板）、１４６…周辺セ
ンタリングリング、１５２…アイソレータ、１５４…チ
ャンバインサート、１６０…ポンピング流路、１６４…
セラミックリング、１６６…シールド、１７０…ライ
ナ、２００…センタリングボス。
フロントページの続き (72)発明者 アショック シンハ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， パロ アルト， ハッバート ドライヴ 4176 (72)発明者 アヴィ テップマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， レインボー ドライヴ 21610 (72)発明者 メイ チャン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， コーテ デ アゲエロ 12881 (72)発明者 リー リュオ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， ブルンスウィック プレ イス 222 (72)発明者 アレックス スクレイバー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ボリンガー ロード 5532 (72)発明者 タレックス サジョト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， キャンプベル， ピー． オー． ボック ス 110284 (72)発明者 ステファン ウルフ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， アスター アヴェニュ ー 1035， ナンバー2204 (72)発明者 チャールズ ドーンフェスト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， ホワイトキャップ ウェ イ 39654 (72)発明者 マイケル ダネック アメリカ合衆国， カリフォルニア州， クパティノ， セイラム アヴェニュー 22364

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を支持するペデスタルを含む主処理
    チャンバと、 前記ペデスタルの上方に配置された処理ガス源と、 前記主処理チャンバの外周を取り囲むと共に、通路によ
    って接続され、かつ真空ポンプ装置に接続可能なポンピ
    ング流路と、 前記ポンピング流路の壁に設けられた少なくとも一つの
    取外し可能なライナと、を備えるプラズマリアクタ。
  2. 【請求項２】 前記通路は、当該通路が実質的に連続す
    るように、前記リアクタの主チャンバ本体と前記リアク
    タの蓋との間に形成されたものである、請求項１に記載
    のプラズマリアクタ。
  3. 【請求項３】 前記通路は、前記主処理チャンバから前
    記ポンピング流路に流入する前記処理ガス用のチョーク
    ポイントを有している、請求項２に記載のプラズマリア
    クタ。
  4. 【請求項４】 前記蓋は、前記ペデスタルに対向するバ
    イアス可能な電極を含んでおり、 更に前記バイアス可能な電極を取り囲んでそれを前記主
    チャンバ本体から電気的に絶縁するためのアイソレータ
    部材を備え、 前記アイソレータ部材は前記ポンピング流路の壁の一部
    を形成すると共に、その内部に形成された前記ポンピン
    グ流路に面する溝を含む、請求項２に記載のプラズマリ
    アクタ。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも一つの取外し可能なライ
    ナが電気的に浮遊している、請求項１に記載のプラズマ
    リアクタ。
  6. 【請求項６】 前記少なくとも一つの取外し可能なライ
    ナが金属から成る、請求項１に記載のプラズマリアク
    タ。
  7. 【請求項７】 処理すべき基板を支持するペデスタルを
    内部に含む反応チャンバと、 前記ペデスタルの上方に配置されたガス源と、 前記ペデスタル周りの前記チャンバの側面に配置された
    排気ベントと、 前記ペデスタル上に支持されると共に、前記ペデスタル
    から熱的に浮遊する周辺部材と、を備える基板処理リア
    クタ。
  8. 【請求項８】 前記周辺部材は、前記ペデスタル上に多
    数の点接触部によって支持される、請求項７に記載のリ
    アクタ。
  9. 【請求項９】 前記多数の点接触部は３つの点接触部で
    ある、請求項８に記載のリアクタ。
  10. 【請求項１０】 前記点接触部は、前記ペデスタルに固
    定されて前記周辺部材を浮遊的に支持するピンを有す
    る、請求項８に記載のリアクタ。
  11. 【請求項１１】 前記周辺部材の底部には、前記ピンを
    受けるための半径方向の溝が形成されている、請求項１
    ０に記載のリアクタ。
  12. 【請求項１２】 前記周辺部材は、前記ペデスタルの外
    周凹部に支持される、請求項７に記載のリアクタ。
  13. 【請求項１３】 前記周辺部材と前記ペデスタルとの間
    に配置された少なくとも一つの絶縁部材を更に備える、
    請求項７に記載のリアクタ。
  14. 【請求項１４】 少なくとも２つの前記絶縁部材を備
    え、 これらの絶縁部材間、及び、これらの絶縁部材の最上部
    と前記周辺部材との間に、間隙が形成されている、請求
    項１３に記載のリアクタ。
  15. 【請求項１５】 前記周辺部材は、前記基板を前記ペデ
    スタル上でセンタリングするためのセンタリングボスを
    含む、請求項７に記載のリアクタ。
  16. 【請求項１６】 前記周辺部材と前記ペデスタルとの間
    に電気コネクタを更に備える、請求項７のリアクタ。
  17. 【請求項１７】 前記電気コネクタは、前記周辺部材を
    前記ペデスタル上に事実上支持していない、請求項１６
    に記載のリアクタ。
  18. 【請求項１８】 前記電気コネクタの底部を前記ペデス
    タルに取外し可能に連結する締結手段を更に備える、請
    求項１７に記載のリアクタ。
  19. 【請求項１９】 前記締結手段は、前記ペデスタルの公
    称外周形状を維持するために、前記ペデスタルの軸方向
    の溝に配置される、請求項１８に記載のリアクタ。
  20. 【請求項２０】 反応チャンバ内に配置された基板上に
    ２つのＣＶＤ層を形成する方法であって、 ペデスタルの上部外周に配置されると共に前記ペデスタ
    ルとの間に熱伝導性の低い伝導路を有する周辺リングの
    内側で、前記ペデスタル上に基板を支持するステップ
    と、 第１反応ガスを、前記基板の方向に、前記基板に対向配
    置された有孔プレートから噴射するステップと、 前記第１反応ガスを、前記ペデスタル上方の反応空間か
    ら前記基板の上と前記周辺リングの上を半径方向外方
    に、そして、環状ポンピング流路の方向に排気するステ
    ップと、 前記基板を第１処理温度まで加熱して、前記第１反応ガ
    スをして、前記基板の表面と熱的に反応させて、第１薄
    膜をその上に堆積させるステップと、 第２反応ガスを前記基板の方向に前記有孔プレートから
    噴射するステップと、 前記第２反応ガスを、前記反応空間から前記基板の上と
    前記周辺リングの上を半径方向外方に、そして、前記環
    状ポンピング流路の方向に排気するステップと、 前記反応空間内の前記第２反応ガスをプラズマとなるよ
    う放電して、前記基板の前記表面と反応させ、その上に
    第２薄膜を堆積させるステップと、を備え、 前記第１と第２の薄膜の少なくとも一方が導体である、
    ＣＶＤ層形成方法。
  21. 【請求項２１】 前記基板を前記ペデスタル上に前記周
    辺リングを使ってセンタリングするステップを更に備え
    る、請求項２０に記載のＣＶＤ層形成方法。
  22. 【請求項２２】 薄膜をＣＶＤ堆積する方法であって、 化学的気相堆積プロセスにより、反応チャンバ内のペデ
    スタル電極上に支持された基板上に窒化チタンを含む薄
    膜を堆積するステップと、 プラズマを形成して前記薄膜を処理するために、前記ペ
    デスタル電極を実質的にＲＦ接地している間に、対向電
    極にＲＦ電力を印加する印加ステップと、を有する薄膜
    堆積方法。
  23. 【請求項２３】 前記プロセスが熱プロセスである、請
    求項２２に記載の薄膜堆積方法。
  24. 【請求項２４】 基本的にアルゴンから成るガスで前記
    反応チャンバが充満されている間に、前記印加ステップ
    を実行する、請求項２２に記載の薄膜堆積方法。
  25. 【請求項２５】 電気絶縁性セラミック材料から成り、
    プラズマ反応チャンバ内で使用可能であるアイソレータ
    リングであって、第１リム部分が半径方向外方に延びる
    と共に、第２スカート部分が軸方向下方に延びてその底
    部の半径方向外方に面する表面上に円周方向の溝が形成
    され、軸周りにほぼ円筒形状を成す、アイソレータリン
    グ。
  26. 【請求項２６】 前記溝が、前記外方に面する表面に丸
    コーナーを有する、請求項２５に記載のアイソレータリ
    ング。
  27. 【請求項２７】 前記スカート部分の半径方向厚さは５
    〜１０ｍｍの範囲であり、前記溝の範囲は１〜２ｍｍで
    あり、深さは２．５〜４．６ｍｍの範囲である、請求項
    ２６に記載のアイソレータリング。
  28. 【請求項２８】 金属から成る１組の流路ライナであっ
    て、 帯状を成すと共に、第１の外径を有する第１環状ライナ
    と、 帯状を成すと共に、前記第１の外径よりも大きい第２の
    外径を有する第１環状ライナと、 前記第１の外径と前記第２の外径との間を半径方向に延
    びる部分と、それに結合されると共に前記第２の外径を
    有する軸方向に延びる部分とを有する第３環状ライナ
    と、を備える流路ライナ。
  29. 【請求項２９】 前記第１環状ライナが丸み付きの軸方
    向端部を有する、請求項２８に記載の流路ライナ。
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