JPH07508313A - プラズマ処理装置内の残留物を除去するためのプラズマクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 プラズマ処理装置内の残留物を除去するためのプラズマクリーニング方法本発明 は、真空処理装置の内部表面に付着した残留物を取り除くための、その真空処理 装置のクリーニング方法に関する。例えば、この方法は、プラズマチャンバ内で 一層以上からなるシリコンウェーファーなどの標本をドライエツチングするため の、プラズマチャンバの表面をクリーニングするために使用することができる。

特に、本発明は、プラズマ処理チャンバ内にある電極、内部壁などの部品に着い た残留物を除去するためのプラズマエツチングに関する。

従来の技術の説明 従来から、積層状の薄膜をドライエッチすることは周知であり、この薄膜層には 、フォトレジスト（それら下層をパターンニングするための）、反射防止コーテ ィング（ＡＲＣ層としても知られ、下層部の表面をコーティングするために用い られる）、アルミニウム（又は、アルミニウム合金）、保護素材（金属、合金、 ケイ化物等）が含まれる。例えば、米国特許第４９８６８７７号は、Ｃ１２によ るアルミニウムの、　ＳＦ６によるポリシリコンの、フルオロ炭素による５１０ ２とＳｉ３Ｎ４の、また、ｏ２によるフォトレジストのドライエツチングを開示 している。また、米国特許第５０２２９５８によれば、ＣＨＦ３＋Ａｒにより絶 縁体をドライエツチングし、純酸素でポリマーを取り除き、ＣＨＦ３＋Ａｒ＋Ｃ Ｆ４で更に絶縁体をドライエツチングする方法がある。しかし、このような工７ チングを行なうことにより、プラズマチャンバの内側表面に残留物や堆積物が溜 まってしまう。

膜を、塩素基（ｃｈｌｏｒｉｎｅ−ｂａｓｅｄｌプラズマの中でドライエツチン グする（または、塩素基ドライエツチングとフッ素基（ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｂａ ｓｅｄｌドライエツチングとを連続して処理する）と、反応残留物（以下「残留 物」と呼ぶ。）がプラズマ処理チャンバ内の表面に付着する。これらの残留物は 、金属（又は、ドライエツチングの種類によってはケイ素）、塩素、有機物（又 は上記素材の混合物）を含む。

「残留物が付着した表面」とは、上部と下部に分かれた電極表面、プラズマチャ ンバの壁、クランプの表面、又は、プラズマやその副産物が接触するその他の部 品等が含まれる。これらの残留物が成長すると、ドライエツチングによるエツチ ング効果を低下させることになる。従って、このような残留物の存在は好ましい ものではない。

日本特許出願公開第６１−２５０１２８５号に、プラズマエツチング装置の部品 についた５ｉｘＣ１ｙ等の付着物を取り除く方法が開示されている。その部品に は、高周波電極とプラズマ反応チャンバの内側表面が含まれる。このような付着 物は、ウェファ−上のアルミニウムが５ｉＣ１４のプラズマによりドライエツチ ングされたときに形成される。その付着物は、チャンバの内部表面に酸化ガスに 触れさせることにより酸化され、５ｉ０２を形成して取り除かれる。このとき、 プラズマが、フッ素を含むガスから発生し、５ｉ０２は除去される。例えば、水 分、または過酸化水素、オゾン等を含むガスは次のような反応を促進するために プラズマの形態で導入してもよい。

５ｉＸＣ１ｔ、　＋　８２０　＝　ｍＨｃｌ　（ガス）↑　＋５ｉ０２次に、チ ャンバを真空にした後、ＣＦ４又はＮＦ３、ＳＦ６又はＮＦ３＋０２又はＳＦ６ ＋０２等のフッ素を含むガスが、次に示す反応を促進するためにプラズマの形態 で導入される。

５ｉ０２　＋　ＣＦ４　＋　ｅ　−ＳｉＦ４　（ガス）↑　＋Ｃ○２　↑＋ｅ日 本特許出願公開第３−６２５２０号は、塩素とフッ素から形成されたプラズマを 利用して、アルミ合金膜や保護金属のエツチングの後に残されるところの反応残 留物を除去する方法を開示する。例えば、Ａｌ−９ｉ−Ｃｕ、　Ａｌ−５ｉ、　 Ａｌ−Ｃｕ膜等の上層のアルミニウム層が塩素でエツチングされ、ＴｉＷ、　Ｍ ｏＳｉ、　ＷＳｉ、　Ｔｉ、　ＴｉＮ。

ａ−Ｓｉ等の下層の保護居がフッ素でエツチングされる場合において、１０枚の ウェーハーがエツチングされた後においては、電極などのプラズマ処理チャンバ 内の部品に反応残留物が付着堆積する。この付着物を取り除くために、Ｃ１２や 、Ｃ１２＋ＢＣｌ３．　Ｃ１２＋ＨＣ１等の物質を含むガスからプラズマが形成 され、５分間にわたってクリーニングが行なわれる。そして、ｓｒ６．又はＳＦ ’、　Ｃ２Ｆ５を含むガスがプラズマに変換され、５分間のクリーニングが行な われる。その結果、Ａｌ化合物やＴｉ化合物がＣ１２プラズマクリーニング中に 除去されてＡｌＣｌ２．　ＴｉＣｌ２を形成する、またＷ化合物がＳＦ６プラズ マクリーニング中に除去されるＮＦ５を形成する。

米国特許第４，７８６，３５２号によれば、低圧化学的気相成長（ＬＰＧＶＤ） チャンバ内で、エツチング液ａ（ｅｔｃｈａｎｔ　５ｐｅｃｉｅｓｌを造るため にプラズマ中で分解されたクリーニングガスを使用してシリコン酸化物をクリー ニングする方法が開示されている。そのクリーニングガスはＣＦ４ｒ　ＣＦ４＋ ０２．　Ｃ２Ｆ６．　ＳＦ６．　又は、ＮＦ３を含む。他のクリーニングガスは 、ＣＦ３Ｃｌ、　ＣＦ３Ｂｒ、　ＣＣｌ４．　ＢＣｌ３．　Ｃ１２゜ＨＣＩ、　 ０２及びこれらの混合物、又は、不活性ガスとの混合物等を含む。

米国特許第４，５７６．６９８号は、クリーニングガスがＰ、Ｄ、１００である 沈着チャンバ内に成長する堆積物質のプラズマクリーニングを開示している。ま た、石英板上の酸化物をクリーニングする方法が米国特許第４，７４９，４４０ 号に示されている。また、酸素プラズマを利用してチャンバの内部の炭化堆積物 を除去する方法が米国特許第４，８１６，１１３号に示されている。

会盟二楼票 本発明は、プラズマ処理チャンバ内のアルミニウムを含む残留物を除去するプラ ズマクリーニング方法を提供するものである。この方法は、酸化ガスと塩素含有 ガスを含む混合クリーニングガスをチャンバ内に引き入れ、その混合クリーニン グガスを活性化し、クリーニングガスを含むプラズマを生成し、チャンバの内部 表面にプラズマクリーニングガスを触れさせ、内部表面のアルミニウムを含む残 留物を除去するプラズマクリーニング過程を含む。また、このクリーニングガス をフッ素基（ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｂａｓｅｄ）ガスで構成してもよい。

塩素基（ｃｈｒｏｌｉｎｅ−ｂａｓｅｄ）ガスはそのクリーニングガスの体積の １０−２５％を占めるようにすることができる。フッ石基ガスはクリーニングガ スの体積の２−１０％を占めるようにすることができる。塩素基ガスはＣ２、Ｃ Ｃｌ４、ＭＣＩ、又はそれらの混合物で構成してもよい。フッ石基ガスはＮＦＳ 、　ＳＦ、、フルオロ炭素、もしくはそれらの混合物で構成することができる。

フルオロ炭素は、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ、、もしくはそれらの混合物で構成することが できる。酸化ガスは、ｑであることが望ましν）が、Ｈρ、Ｈρ１．０．、もし くはそれらの混合物を含んでもよい。塩素基ガスとフ・ノ石基ガスは、塩化フル オロ炭素ガスで構成することもできる。

プラズマクリーニングガスは、有機残留物の炭素、金属、酸化金属を、気体状の 副産物として取り除くことができる。例えば、残留物中のアルミニウムと銅を、 プラズマクリーニングガス中の塩素との反応により気体の状態に変換することが できる。残留物中の酸化物とタングステンはプラズマクリーニングガス中のフ・ ノ素との反応により、気体の状態に変換することができる。

処理過程は、チャンバをクリーニングする前記プラズマを発生させる間に「高」 「低」圧を交互に発生するステップを含む。この、圧力を交互に変えるステ・ノ ブは、クリーニングの効果を更に高めるために続けて繰り返し行なわれる。例え 番ｆ、「高」圧（チャンバ内で通常行なわれる過程に比べて比較的に高＋７１） は２５ｍＴｏｒｒより高く、　「低」圧は２５ｍＴｏｒｒより低い。具体的な例 では、高圧は４０ｍＴｏｒｒで、低圧は１０ｍＴｏｒｒである。

このプラズマクリーニング過程の結果、プラズマ処理チャツノくを開けることな く、残留物を除去することができる。例えば、クリーニングステップ（よ、フォ トレジスト、金属膜、酸化膜をふくむウェーッ＼−の多重層のドライエ・クラン プと、プラズマ処理チャンバの内部表面に沈着する残留物を産出するドライエ・ クランプのステップに追随して行なわれる。特に、クリーニングステ・ノブ【よ 数百枚のウェーハーをエツチングした後に行なう。例えば、プラズマクリーニン グガスを使用することにより、次のドライエツチングの妨げになる可能性のある 副産物を残したすすることなく、また次のドライエツチングの効果を低減する可 能性のある粒子を生成することなく、塩素基ドライエツチングの残留物を除去す ることができる。

実際、プラズマクリーニングステップが実施された後、プラズマ処理チャンバ内 に副産物を残すことなく、プラズマ処理チャンバの内部表面から残留物を完全に 取り除くことができる。例えば、Ａ１０．、■、■１．０２、ＣｕＣ１，ＮＦ３ 等のクリーニングプラズマの使用によりもたらされる副産物は、チャンバの内部 表面がプラズマと接触したときに、プラズマ処理チャンバから取り除かれる。

々　な−恒例の３細な晋 本発明によれば、プラズマ処理チャンバの内部表面から残留物を取り除くための 、新規な方法を提供することができる。これらの残留物は、プラズマ処理チャン バ内で多層重１り造がプラズマ（塩素基プラズマｆｃｈｌｏｒｉｎｅ−ｂａｓｅ ｄｌ及び／又はフッ素基（ｆｌｕｏｒ工ｎｅ−ｂａｓｅｄｌプラズマなどにより ）によりドライエツチングされるときに、生じるものである。このような残留物 は、金属、ケイ酸塩、塩素、有機物、及び／又はそれらの混合物を含む。本発明 による方法は、一般に知られる米国特許第４９４８４５８号（「オグル」）に開 示されている装置をクリーニングするのに、特に効果的である。この特許におけ る主題は参ｐ徂エリ本明細書に取り込まれる。

また、本発明によれば、プラズマ処理チャンバの内部表面から残留物を取り除く ために、塩素と酸化ガスから形成されたプラズマが使用される。固形残留物を完 全に気体の状態に変換するため、プラズマ処理チャンバを完全にクリーニングす ることが可能であり、チャンバ内に副産物が残・らない。

本発明によれば、プラズマクリーニングガスの夫々を連続的に使用するのに比べ て、チャンバ内の残留物を良好にクリーニングする方法を提供することができる 。例えば、塩素基ガスのみを含むプラズマは、半導体装置等を製造する工程など で使われる多層薄膜をドライエツチングするときに残される残留物を完全に除去 することはできない。そのような層は、典型的には、フッ石基ガスを追加するこ とによりエツチングすることのできる保護金属を含む。なお、ドライエツチング の残留物とは、多種類の金属層等からなる多重金属層の連続エツチングの産物で あったり、フォトレジストのような他の物質の定量エツチング等の産物である。

このように、残留物は材料の複雑な混合物であるので、選択された塩素基エツチ ングを取り除くことは出来ない。

酸化ガスのみを含むプラズマは、アルミニウムのような金属やケイ酸塩を含む残 留物を除去するうえで、効果的ではない。フッ石基ガスのみを含むプラズマは、 ＡｌＦ３のような固形副産物を残す結果となる。このｍｌｌ産物は、ドライエツ チング中に放出されるフッ素のために、次回からのドライエツチングを妨げ続け る。加えて、これらの副産物はドライエツチングの生産高の低減をもたらす粒子 を助長する。

塩素とフッ素を含むガスを含む（もしくは含まない）酸化ガスとから形成された プラズマが、プラズマ処理チャンバ内の残留物を完全に除去するのに効果的であ ることが、偶然に発見された。一方、酸化プラズマを使用して連続してクリーニ ングを行なうと、塩素基プラズマとその後のフッ石基プラズマは、それぞれ反応 する物質が限られているので、結果的に金属、塩素、及び／又は有機物の複雑な 混合物を含む残留物を除去することができない。酸化ガス、塩素基ガス、フッ石 基ガスを使用し異なる順番によりクリーニングを行っても、同様のことが言える 。また、酸化ガス、塩素基ガス、フッ石基ガスによる連続エンチングを行なうこ とにより、他の副産物が形成され、それがドライエンチングを妨げ続け、ドライ エツチングの生産高を低減させるような粒子を生成することさえある。しかしな がら本発明によれば、プラズマ処理チャンバをプラズマクリーニングすることが でき、前回までのドライエツチングで残された残留物を、ドライエツチングの生 産高を低減させるような粒子を生成することなく、完全に除去することができる 。

本発明によれば、プラズマ（又は、その反応性副産物）が、真空のプラズマ処理 チャンバ（以前に塩素基ドライエツチング、もしくは塩素基ドライエツチングと フッ石基ドライエツチングとに用いられたチャンバ）に導入され、そのチャンバ 内部表面に接触させられ、このプラズマが残留物と反応してできた物質は排気さ れる。プラズマ処理チャンバをクリーニングするプラズマには、酸化ガス（例え ばｏ２）と塩素基ガス（例えばＣｌ２）を含むもの、若しくは酸化ガス、塩素基 ガス、そしてフッ石基ガスの混合ガスが含まれる。結果として、プラズマは有機 物中の炭素を切り離し、Ａ１やＣｕ等の金属は、塩素との反応により気体の状態 で放出される。酸化物とＷ等のいくつかの金属はフッ素と反応して他の気体状の 副産物を形成する。塩素とフッ素は酸素に対して（スパッタリングを介して）触 媒の促進として作用し有機物の炭素を分離する。これら全ての反応が、同時に起 こり、互いに助長し合うので、残留物内の全ての素材は消耗する。従って、前回 までの塩素基ドライエツチングによる残留物は除去され、次回からのドライエツ チングを妨げる物質はなくなり、また、ドライエツチングの生産高を低減させる 粒子を産出することもない。

次に示す例は、本発明の側面を更に説明する為のものである。

獅 多層スタック（パターニングのためのフォトレジスト層の上層、ＡＲＣのための 且、銅とＴｉＷを含むアルミニウム等）をエツチング処理するために、従来は少 なくとも２つのエツチングステノブ処理を行っていた。特に、ＴｉとＡ１が塩素 基ドライエツチングによりエツチングされた後に、ＴｉＷがフッ石基ドライエツ チングによりエツチングされていた。数百枚のウェーハーがドライエツチングさ れると、これらのエツチングにより発生する残留物がチャンバの表面を覆い、こ のようなウェーハーの次からのドライエツチングに悪影響を及ぼすほどの厚さに 堆積してしまう。

本発明によれば、これらの堆積物は次に示す混合ガスを使うことにより除去する ことができる。

ｆｌ）　ｏ２　＋　Ｃ１２（ガス体積比　２０：４）（２）０２　＋　Ｃ１２＋ 　ＣＦ４　（ガ人体積比　２０：４：１）本発明によるクリーニング処理は高圧 下（例えば、２５ｍＴｏｒｒ以上、４０ｍＴｏｒｒ等）で行なわれ、その後に低 圧下（例えば、２５ｍＴｏｒｒ以下、１０ｍＴｏｒｒ等）で行なわれる。それぞ れのステップは、１５分間行なわれる。これらの「高」　「低」圧は、チャンバ 内で行なわれる通常のドライエツチングの操作範囲に比したものである。このよ うに、金属、塩素、フッ素、有機物を含む残留物はＡｌＣｌ３．　Ｃｏ。

ＣＯ２，Ｃ１２，ＣｕＣ１，ＷＦ５等の副産物を経て、取り除かれる。固形残留 物を反応させて気体状に変換し、完全に取り除くことができるため、クリーニン グステップ後にチャンバに副産物が残ることはない。

クリーニングプラズマが酸化ガスと塩素基ガスを含む場合、その塩素基ガスは体 積の１０−２５％を占めることができる。クリーニングプラズマが酸化ガス、塩 素基ガス、フッ石基ガスを含む場合、塩素基ガスは体積の１０−２５％を占め、 フッ石基ガスは体積の２−１０％を占めることができる。酸化ガスは、１（２０ ，８２０２、Ｏ訃及び／又はそれらの混合物を含有していてもよい。塩素基ガス は、Ｃ１２、ＣＣｌ４、）ＩｃＩ、及び／又はそれらの混合物を含有していてイ ）よい。フッ石基ガスは、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣＦ４若しくはＣ２Ｃ６等のフルオ ロ炭素、及び／又はそれらの混合物を含有してイ〕よい。いずれの場合において も、分子自体、化合物、又はそれらの解離したイＡンや遊離物（ｒａｄｉｃａｌ ｓ）は、酸化物、塩素基ガス及び／又はフッ石基ガスど組み合わさることイ〕あ る。塩素基ガス及びフン石基ガスをクロロ炭化ガス（別名ＣＦＣとして知られて いる）で刀き換えても、追加しても第４わない。

本発明は、ｊＺ記実施例に説明されているが、本願発明の趣旨及びその範囲から 逸脱しないしない限りは、本願発明の実施例に対して様々な変更及び改良が可能 である。

フロントページの続き （７２）発明者　リウ、　ディピッド アメリカ合衆国　カリフォルニア州 ９５１２９　サン　ホセ、　フリークラッドドライブ　１１７０

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．プラズマ処理チャンバ内のアルミニウムを含む残留物を除去するためのプラ ズマクリーニング方法であって、 酸化ガスと塩素ガスとを含む混合クリーニングガスをプラズマ処理チャンバ内に 注入し、 前記混合クリーニングガスを活性化してそのクリーニングガスでプラズマを形成 し、プラズマ処理チャンバの内部表面に前記プラズマクリーニングガスを接触さ せ、該内部表面のアルミニウムを含む残留物を除去するクリーニング工程を実行 することを特徴とする方法。
2. ２．前記混合クリーニングガスはフッ素基ガスを含むことを特徴とする請求項１ に記載のプラズマクリーニング方法。
3. ３．前記塩素基ガスは前記クリーニングガスの体積の１０−２５％を有すること を特徴とする請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
4. ４．前記フッ素基ガスは前記クリーニングガスの体積の２−１０％を有すること を特徴とする請求項２に記載のプラズマクリーニング方法。
5. ５．前記塩素基ガスはＣ１２，ＣＣ１４，ＨＣ１又はこれらの混合物を含むこと を特徴とする請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
6. ６．前記フッ素基ガスはＮＦ３，ＳＦ６、フルオロ炭素又はこれらの混合物を含 むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマクリーニング方法。
7. ７．前記フルオロ炭素はＣＦ４，Ｃ２Ｆ６又はこれらの混合物を含むことを特徴 とする請求項６に記載のプラズマクリーニング方法。
8. ８．酸化ガスはＨ２Ｏ，Ｈ２Ｏ２，Ｏ３又はこれらの混合物を含むことを特徴と する請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
9. ９．前記塩素基ガスと前記フッ素基ガスは塩化フルオロ炭素（ｃｈｌｏｒｏｆｌ ｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）を含むことを特徴とする請求項２に記載のプラズマクリ ーニング方法。
10. １０．前記プラズマクリーニングガスは、有機残留物の炭素、金属、酸化金属を 、気体状の副産物として除去することを特徴とする請求項１に記載のプラズマク リーニング方法。
11. １１．前記残留物中のアルミニウムか銅の少なくともどちらか一方がプラズマク リーニングガスの塩素との反応により気体状に変換されることを特徴とする請求 項１に記載のプラズマクリーニング方法。
12. １２．前記残留物中の酸化物かタングステンの少なくともどちらか一方がプラズ マクリーニングガスのフッ素との反応により気体状に変換されることを特徴とす る請求項２に記載のプラズマクリーニング方法。
13. １３．前記プラズマ処理チャンバはクリーニングステップ中に真空になることを 特徴とする請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
14. １４．前記クリーニング工程中、前記プラズマ処理チャンバ内部は始めは２５ｍ Ｔｏｒｒ以上の高圧に、後に２５ｍＴｏｒｒ以下の低圧になることを特徴とする 請求項１３に記載のプラズマクリーニング方法。
15. １５．高圧状態の時は４０ｍＴｏｒｒ位に、低圧状態の時は１０ｍＴｏｒｒ位に なることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマクリーニング方法。
16. １６．前記プラズマ処理チャンバの内部表面が前記プラズマクリーニングガスに 接触したとき、Ａ１Ｃ１３，ＣＯ，ＣＯ２，ＣｕＣ１，ＷＦ５から構成されるグ ループから選択された少なくとも一つの副産物が、該チャンバの内部から除去さ れることを特徴とする請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
17. １７．前記プラズマ処理チャンバを開けることなく、残留物を除去することを特 徴とする請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
18. １８．前記プラズマクリーニング工程の少なくとも一回前において、ウェーバー 上の１つ以上の、フォトレジスト、金属膜、酸化腹の少なくとも一つで構成され た層にドライエッチングをする工程を更に具備し、このドライエッチング工程は 前記プラズマ処理チャンバの内部表面に残留物の沈着を引き起こすことを特徴と する請求項１に記載のプラズマクリーニング方法。
19. １９．前記ドライエッチングは塩素基ドライエッチングを有し、該塩素基ドライ エッチングの残留物は前記クリーニングガスによって除去されることにより、前 記プラズマクリーニング工程の後に実行されるドライエッチングに悪影響を与え る副産物を残すことなく、また、次からのドライエッチングの生産高を低減させ る粒子を産出することなくなることを特徴とする請求項１８に記載のプラズマク リーニング方法。
20. ２０．前記プラズマクリーニング工程が実行された後、前記プラズマ処理チャン バ内部に副産物が残ることなく、該プラズマ処理チャンバの内部表面から残留物 を完全に除去することを特徴とする請求項１に記載のプラズマクリーニング方法 。