JP3594759B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体装置の製造工程において，基板上に微細加工，もしくは成膜を施すのに使用される半導体製造装置内のドライクリーニングするプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において，塵埃（異物）が基板に付着すると，目的のデバイスのパターン欠陥を引き起こし，製造工程における歩留まりを低下させる。
【０００３】
これに対して，近年の製造工程においては，プラズマを利用するドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスが重要になっている。すなわち，各種ガスを装置内に導入し，導入したガスのプラズマの反応を利用して，成膜，エッチング等の微細加工を行うものである。これらのプロセスでは，微細加工を施そうとする基板以外にも，すなわち，製造装置内壁にも堆積膜が付着する。例えばドライエッチングおいてはエッチングガスがプラズマ中で分解や結合されること，また，エッチングにより生成されるエッチング副生成物により装置内壁に堆積膜が付着する。このような堆積膜は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃となり，デバイスのパターン欠陥の原因となる。したがって，これらの付着堆積物を定期的に除去する必要がある。
【０００４】
従来，このような付着堆積物の除去方法としては，装置を大気開放してアルコールや純水等の溶媒を用いて拭き取る，いわゆるウェットクリーニングと，例えば，特開平３−６２５２０に開示されている塩素系ガスとフッ素系ガスの組み合わせによるものや，特開平７−５０８３１３に開示されている酸素ガスと塩素ガスの混合ガスのプラズマによるドライクリーニングが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のクリーニング方法は以下に示す問題がある。
【０００６】
まず，ウェットクリーニングに関しては，定期的に装置を大気開放し，分解する必要があり，さらにはウェットクリーニング後の真空排気も必要となる。したがって，クリーニング毎に長時間装置を停止させることとなり，著しい装置稼働率の低下，スループットの低下を引き起こす。
【０００７】
次に，特開平３−６２５２０開示例では，被エッチング材がＡｌ，およびＷを含む合金であり，Ａｌのエッチング生成物，Ｗのエッチング生成物を除去するために，すなわち複数のエッチング対象物に対するクリーニングが組み合わされていることが特徴となっている。また，特開平７−５０８３１３開示例に代表される従来のドライクリーニングは，被エッチング材料とエッチングガス，もしくはエッチングの際のマスク材料であるフォトレジスト（カーボン）とエッチングガス，もしくはエッチングガスの重合体によるいわゆる反応生成物を除去するが特徴である。
【０００８】
これら従来の開示例では，被エッチング材料やマスク材料等のウエハ基板上の材料とエッチングガスとの生成物に関するクリーニングについては考慮されているものの，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物に対するクリーニングに関しては，全く考慮されていない。
【０００９】
エッチング装置においては，エッチングガスによるプラズマが被エッチング対象である基板表面をエッチングする他，装置内部材料をも叩き，その結果，エッチング反応生成物ばかりではなく，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を装置内壁に付着，堆積させる。
【００１０】
すなわち従来のドライクリーニング方法では，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物が除去しきれずに堆積し，異物を発生させてしまうという大きな問題があった。
【００１１】
本発明の目的は，これらの問題を解決することにあり，製造装置内壁に付着した堆積膜を効果的に除去できる，すなわち，塵埃の発生源を取り去ることのできるドライクリーニング方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去する工程と、処理装置内部の材料のイオンスパッタ物，もしくは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を除去する工程とを有することにより達成される。
【００１３】
また上記目的は，ドライクリーニングを施す工程に，エッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素に対する原子間結合エネルギーの値が，被エッチング材料を構成する元素とエッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素の原子間結合エネルギーの値よりも，大きな値である物質を含むガスを用いることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は，ドライクリーニングを施す工程に，エッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素に対する原子間結合エネルギーの値が，装置内部材材料を構成する元素とエッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素の原子間結合エネルギーの値よりも，大きな値を持つ物質を含むガスを用いることにより達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明のドライクリーニング方法の実施例について図に従って詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明に係るドライクリーニング方法に使用されたマイクロ波エッチング装置の構成図を示す。図において１は，微細加工を施すシリコンウエハ（基板），３，４は各々，石英ベルジャー，メインチャンバーであり，真空雰囲気を作る。１０は真空排気のための排気口，１５はエッチング，あるいはドライクリーニングのためのガス導入部である。９は，ウエハを固定保持する基板ステージであり，８はウエハをクランプするクランパーである。このクランパーは一般的に，例えばアルミナセラミックス等のセラミックスで製作されることが多い。ウエハを基板ステージ９に固定保持する方式として静電吸着力を利用した方式を使っても良い。７はアース板であり，１１はアース７とウエハステージ９との間にＲＦバイアスを印加するための高周波電源である。
【００１７】
マイクロ波エッチング装置は，まず，高真空排気後プラズマを生成するためのガスを導入する。そして，マイクロ波１４をマグネトロン（図示しない）から発振，導波管５を通して石英ベルジャ３（処理室）内に導入して，処理室周囲に配置されたソレノイドコイル６により形成する磁場との共鳴（ＥＣＲ）により，処理室のガスをプラズマ化し，そのプラズマを利用してエッチングを行う。アース７とウエハステージ９間には，イオンを引き込むことにより異方性エッチングを行う目的で，高周波電源１１によりＲＦバイアスが印加される。
【００１８】
この際，エッチング処理の副産物としてできる反応生成物が，石英ベルジャ３，メインチャンバー４，ガス導入部の出口１５，クランパー８等の処理室の構成部品に付着，堆積膜１３を形成する。このような堆積膜は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃となり，デバイスのパターン欠陥の原因となる。
【００１９】
ここでは一例として，図２に示すような絶縁膜に用いられるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）１７をフルオロカーボン系ガス，例えばここではＣＦ４ガスのプラズマと添加ガスＡｒ， Ｏ２ガスのプラズマによりエッチングする場合を挙げて説明する。この図のように，例えば基板１６上にＳｉＯ２膜１７が形成され，その上にフォトレジストからなるマスクパターン１８が形成され，これを図１に示したようなエッチング装置でエッチング処理を施す。このときエッチングガスはプラズマ中で解離し，ウエハを叩くことによってエッチングを進行させる。この際に，エッチング対象物が原因で装置内壁に付着する不要堆積物は，シリコンを含む酸化物，有機物を含む化合物となる。
【００２０】
ところで，ドライクリーニングの際のガスは，除去対象である堆積物に対して，堆積物と反応して蒸気圧の高い化合物になる狙いで行われ，結果的には蒸発・真空排気して除去する。例えば堆積物が炭素化合物であれば，Ｏ２ガスのプラズマを当て，気体であるＣＯ，ＣＯ２にして除去するというように行われる。前記特開平７−５０８３１３に開示した例では，塩素系ガスに酸素系ガスを混合したクリーニングガスのを用いている。酸素を混合することにより，金属，塩素，有機物を含む化合物から炭素を切り放し，同時に塩素により金属をクリーニングすることにより，全体としての効果を向上を狙いとている。
【００２１】
本実施例に挙げたようなＳｉＯ２膜をエッチングする場合には，フッ素系ガスと酸素系ガスの混合，あるいは組み合わせによるクリーニングが一般的である。しかし，すでに述べたようにエッチングガスによるプラズマは被エッチング対象である基板表面１７，１８をエッチングする他，装置内部材料，例えばクランパ８，アース７等をも叩き，その結果，被エッチング材料に対する反応生成物ばかりではなく，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物もエッチング処理の副産物として堆積膜１３の構成元素となる。
【００２２】
一般的に，エッチング装置等のプラズマ応用半導体製造装置にはアルミナ部品が良く用いられる。本実施例（図２の例）においては，装置内壁に付着する不要堆積物は，まずエッチング対象物が原因である，被エッチング材のＳｉＯ２，レジスト材の有機化合物の他，装置内のアルミナ部品であるクランパ８がプラズマに叩かれ，イオンスパッタされてアルミナの形で装置内壁に付着・堆積している。この一部はエッチングの際にフッ素によってフッ化アルミの形で付着・堆積する。従来のドライクリーニングでは，ＳｉＯ２，レジスト材の有機化合物に対するクリーニングしか行われていない。すなわち，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物が堆積するということが考慮に入れられておらず，したがってこれらのに対するクリーニングも考えられていない。よって，これらが最終的に異物の発生原因として残ることになる。
【００２３】
本発明によれば，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去する工程に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物，および装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を除去する工程が付加されるために，従来のドライクリーニングでは見逃されてきた装置内部材材料の化合物からなる堆積物も除去でき，クリーニング効果の向上，異物の発生の抑制効果の向上を図ることが可能である。
【００２４】
本実施例では，具体的にＢｃｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングを，装置内部材料のクリーニングとして付加した。アルミニウムの付着物に対しては，Ｃｌ２ガスプラズマにより蒸気圧の高いＡｌＣｌ３を生成して除去することが有効である。しかし，アルミニウムが酸化物，もしくはフッ化物になっている場合には，Ａｌ−Ｃｌの原子間結合エネルギーよりもＡｌ−Ｏ，Ａｌ−Ｆの原子間結合エネルギーの方が大きいために，Ｃｌ２単独のプラズマではＡｌＣｌ３が生成できずクリーニングによる除去はできない。そこで，Ａｌ−Ｏ，及びＡｌ−Ｆの原子間結合エネルギーよりも，フッ素，酸素に対する原子間結合エネルギーが大きいＢを含むガス，Ｂｃｌ３をＣｌ２ガスに混ぜることにより，Ａｌ−Ｏ，およびＡｌ−ＦからＯ，Ｆを引き抜き，Ｃｌ２によるクリーニングを有効にする。これにより，エッチング反応生成物に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物をも除去可能となる。
【００２５】
ここでは，Ｏ２と六フッ化硫黄（ＳＦ６）のクリーニング，ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングを順番に行うことにより，装置内のクリーニング効果，および異物の抑制効果を著しく向上することができる。
【００２６】
このように，被エッチング材料に対する反応生成物を除去するドライクリーニングに加えて装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を除去するためのドライクリーニングを行うことにより装置内のクリーニング効果を著しく向上させることができる。ここでは，エッチング反応生成物に対するドライクリーニングと装置内部材材料に対するクリーニングを順番に行ったが，両者のクリーニングガスを混合しても良い。
【００２７】
次に，タングステン配線に適用した例について，図３を用いて説明する。図３のように，例えば基板１６上にタングステン配線１９が形成され，その上にフォトレジストからなるマスクパターン１８が形成され，これを図１に示したようなエッチング装置でエッチング処理を施す。タングステンに対してはＳＦ６ガスのプラズマによりエッチングを進行させる。
【００２８】
この際に，装置内壁に付着する不要堆積物は，タングステン，フッ素，有機物を含む化合物と，装置内のアルミナ部品であるクランパ８がプラズマに叩かれ，イオンスパッタされてアルミ酸化物の形で装置内壁に付着・堆積している。この一部はエッチングの際のＳＦ６ガスのプラズマによりフッ化アルミの形になっている。ここでは，ＳＦ６によるクリーニング，とＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングを順番に行った。ＳＦ６は，タングステン，および有機化合物に関してもクリーニング効果がある。ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングは第一の実施例で説明した通り，アルミ酸化物，アルミフッ化物に対してクリーニング効果を発揮する。このクリーニングにより，異物の抑制効果を著しく向上した。第一の実施例と同様，このようにエッチング材料に対する反応生成物を除去するドライクリーニングと，装置内部材材料に対するドライクリーニングを行うこれにより，クリーニング効果が著しく向上する。
【００２９】
次に本発明を利用した別の実施例について説明する。ここでは，図３に示すようなアルミ積層配線をエッチングする場合に本発明を適用した場合について説明する。
【００３０】
最近のメタル配線は，アルミ単層膜ではなく図３に示すようなバリアメタル２１を伴った積層膜となっており，複数のエッチングガスがエッチング工程に用いられる。耐エレクトロマイグレーション性や拡散バリア性を得ることが目的である。ここでは，アルミ配線２０，チタンタングステン（ＴｉＷ）バリアメタル２１の積層膜をエッチングする例を挙げる。すでに述べたように，エッチングを行う場合，被エッチング材料に対して蒸気圧の高い化合物を形成してエッチングを進行させる。この場合，第一層目のアルミ２０はＣｌ２ガスを用いて蒸気圧の高いＡｌＣｌ３にしてエッチングを進行させる。このとき，装置内壁，例えば石英ベルジャ３，メインチャンバー４，ガス導入口１５，クランパー８等の処理室の構成部品にＡｌ，もしくはＡｌＣｌｘが付着，堆積する。この後，第二層目のＴｉＷ２０はＳＦ６プラズマにより行われ，このとき装置内壁や処理室の構成部品にＴｉ，もしくはタングステン（Ｗ）が付着，堆積する。
【００３１】
通常，Ａｌ，もしくはＡｌＣｌｘをクリーニングする場合，Ｔｉをクリーニングする場合には，Ｃｌ２プラズマにより蒸気圧の高いＡｌＣｌ３，ＴｉＣｌにして除去する。また，Ｗをクリーニングする場合にはフッ素系ガス，例えばＳＦ６のプラズマにより蒸気圧の高いＷＦ６にして除去を行う。
【００３２】
しかし，配線を構成する膜が単層膜でなく積層膜の場合は，複数のエッチングガスのプラズマを使用するために，また，複数のクリーニングガスを使用するために，装置内壁や処理室の構成部品に付着している堆積膜は単純な形ではなく，これらのガスとの化合物の形となる。
【００３３】
すなわち，付着物は，
１）第一層目のエッチングの際にＡｌ，もしくはＡｌＣｌｘが付着，堆積する。その堆積物が第二層目のＴｉＷエッチングの際に，ＳＦ６プラズマによりアルミフッ化物になる。この後，第二層目のＴｉＷ２０はＳＦ６プラズマにより行われ，このとき装置内壁や処理室の構成部品にＴｉ，もしくはＷが付着，堆積する。
【００３４】
２）第一層目のエッチングの際に堆積するＡｌ，ＡｌＣｌｘは，第二層目のＴｉＷエッチングの際の堆積物であるＷを除去するクリーニング工程，ＳＦ６プラズマによりさらにアルミフッ化物が促進される。
【００３５】
３）エッチングガス，もしくはクリーニングガスによるプラズマは，装置内部材料，一般的に装置内部品に使用されているアルミナ部品を叩き，イオンスパッタ作用によりアルミ酸化物の形で装置内壁に付着・堆積する。
【００３６】
４）プラズマのイオンスパッタ作用により装置内壁に付着・堆積したアルミ酸化物は，第二層目のＴｉＷエッチングの際のＳＦ６プラズマにより一部アルミフッ化物となる。
【００３７】
５）プラズマのイオンスパッタ作用により装置内壁に付着・堆積したアルミ酸化物は，Ｗクリーニングの際のＳＦ６プラズマにより一部アルミフッ化物となる。
【００３８】
このように，多層配線をエッチングする場合には，ある配線層をエッチングしている間にエッチング用ガスのプラズマが，別の配線層をエッチングした際に装置内に付着した堆積物を除去しずらい化合物にする。さらに，ある元素の堆積物をクリーニングしている間にクリーニングガスのプラズマが，別の元素の堆積物を除去しずらい化合物にする。これらにより，目的としたクリーニングを阻害することが起こる。
【００３９】
さらには，エッチングガス，クリーニングガスによるプラズマは，装置内部材料も叩き，その結果，装置内部材材料のイオンスパッタ物を装置内に付着させる。また，これらはエッチングガス，クリーニングガスとの化合物にもなる。これらにより，目的としたクリーニングを阻害することが起こる。
【００４０】
本発明によれば，ドライクリーニングの工程の中に，被エッチング材料とエッチングガスを構成する元素との原子間結合エネルギーよりも，エッチングガス元素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質を含むガスによるクリーニングを付加する。これにより，前記１）の堆積物が除去可能となる。すなわち，第一層目のエッチングの際に堆積したＡｌが第二層目のＴｉＷエッチングの際のＳＦ６プラズマによりアルミフッ化物になったものを除去可能となる。
【００４１】
また本発明によれば，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去する工程に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物を除去する工程が付加されるために，前記３）の堆積物が除去可能となる。すなわち，装置内部品に使用されているアルミナ部品のイオンスパッタ物が除去可能となる。
【００４２】
さらに，ドライクリーニングの工程の中に，被エッチング材料，および装置構成材料と他の工程のクリーニングガスを構成する元素との原子間結合エネルギーよりも，上記クリーニング工程のガス元素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質を含むガスによるクリーニングを付加する。これにより，前記２），４），５）の堆積物が除去可能となる。すなわち，Ｗクリーニングの際のＳＦ６プラズマによりアルミフッ化物となった堆積物が除去可能となる。
【００４３】
具体的には，エッチング，およびクリーニング時に用いられるＳＦ６プラズマにより，アルミニウムがフッ化物になっているために，Ｃｌ２単独のプラズマではクリーニングによる除去はできない。ドライクリーニングを施す工程の中に，エッチング，およびクリーニング時に用いられるフッ素と被エッチング材料であるアルミとの原子間結合エネルギーの値よりも，フッ素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質Ｂを含むガス，Ｂｃｌ３をＣｌ２ガスに混ぜるてクリーニングガスとすることにより，Ａｌ−ＦからＦを引き抜き，Ｃｌ２によるクリーニングを有効にすることができる。
【００４４】
またＢは，装置内部材材料のイオンスパッタ物でるアルミ酸化物Ａｌ−Ｏに対して，Ｂ−Ｏの原子間結合エネルギーの方が大きい。したがって，Ｂを含むガス，Ｂｃｌ３をＣｌ２ガスに混ぜることにより，Ａｌ−ＯからＯを引き抜き，Ｃｌ２によるクリーニングを有効にする。すなわち，装置内部材材料のイオンスパッタ物をも除去可能である。
【００４５】
このような，積層膜であるがために次工程のエッチングガスやクリーニングガスと反応して堆積した膜に対するクリーニング行程は，エッチング反応生成物単独のクリーニング工程の後，もしくは前，もしくは両方に入れてよい。
【００４６】
なお，本発明の実施例は，マイクロ波エッチング装置に適用した例で説明したが，これに限定されるものではなく，平行平板型のエッチング装置，誘導結合型のエッチング装置，またＣＶＤ装置であっても，プラズマにより装置内壁の堆積物をクリーニングする装置であれば効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，製造装置内壁に付着した堆積膜を効率的に除去することができる。これにより，堆積膜厚の増加（処理枚数の増加）にともなう，堆積膜の剥離，これによる塵埃の発生を防止することが可能となり，製造工程における歩留まりの向上，製造装置の稼働率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した半導体製造製造装置を示す図。
【図２】本発明の第一の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【図３】本発明の第二の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【図４】本発明の第三の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…プラズマ、３…石英ベルジャー、４…、メインチャンバー、５…導波管、６…ソレノイドコイル、７，１２…アース、８…ウエハクランパ、９…ウエハステージ、１０…真空排気口、１１…高周波電源、１３…堆積物、１４…マイクロ波、１５…ガス導入口、１６…半導体基板、１８…フォトレジストマスクパターン、１９…タングステン配線、２０…アルミ配線膜、２１…ＴｉＷバリアメタル。
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体装置の製造工程において，基板上に微細加工，もしくは成膜を施すのに使用される半導体製造装置内のドライクリーニングするプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において，塵埃（異物）が基板に付着すると，目的のデバイスのパターン欠陥を引き起こし，製造工程における歩留まりを低下させる。
【０００３】
これに対して，近年の製造工程においては，プラズマを利用するドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスが重要になっている。すなわち，各種ガスを装置内に導入し，導入したガスのプラズマの反応を利用して，成膜，エッチング等の微細加工を行うものである。これらのプロセスでは，微細加工を施そうとする基板以外にも，すなわち，製造装置内壁にも堆積膜が付着する。例えばドライエッチングおいてはエッチングガスがプラズマ中で分解や結合されること，また，エッチングにより生成されるエッチング副生成物により装置内壁に堆積膜が付着する。このような堆積膜は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃となり，デバイスのパターン欠陥の原因となる。したがって，これらの付着堆積物を定期的に除去する必要がある。
【０００４】
従来，このような付着堆積物の除去方法としては，装置を大気開放してアルコールや純水等の溶媒を用いて拭き取る，いわゆるウェットクリーニングと，例えば，特開平３−６２５２０に開示されている塩素系ガスとフッ素系ガスの組み合わせによるものや，特開平７−５０８３１３に開示されている酸素ガスと塩素ガスの混合ガスのプラズマによるドライクリーニングが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のクリーニング方法は以下に示す問題がある。
【０００６】
まず，ウェットクリーニングに関しては，定期的に装置を大気開放し，分解する必要があり，さらにはウェットクリーニング後の真空排気も必要となる。したがって，クリーニング毎に長時間装置を停止させることとなり，著しい装置稼働率の低下，スループットの低下を引き起こす。
【０００７】
次に，特開平３−６２５２０開示例では，被エッチング材がＡｌ，およびＷを含む合金であり，Ａｌのエッチング生成物，Ｗのエッチング生成物を除去するために，すなわち複数のエッチング対象物に対するクリーニングが組み合わされていることが特徴となっている。また，特開平７−５０８３１３開示例に代表される従来のドライクリーニングは，被エッチング材料とエッチングガス，もしくはエッチングの際のマスク材料であるフォトレジスト（カーボン）とエッチングガス，もしくはエッチングガスの重合体によるいわゆる反応生成物を除去するが特徴である。
【０００８】
これら従来の開示例では，被エッチング材料やマスク材料等のウエハ基板上の材料とエッチングガスとの生成物に関するクリーニングについては考慮されているものの，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物に対するクリーニングに関しては，全く考慮されていない。
【０００９】
エッチング装置においては，エッチングガスによるプラズマが被エッチング対象である基板表面をエッチングする他，装置内部材料をも叩き，その結果，エッチング反応生成物ばかりではなく，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を装置内壁に付着，堆積させる。
【００１０】
すなわち従来のドライクリーニング方法では，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物が除去しきれずに堆積し，異物を発生させてしまうという大きな問題があった。
【００１１】
本発明の目的は，これらの問題を解決することにあり，製造装置内壁に付着した堆積膜を効果的に除去できる，すなわち，塵埃の発生源を取り去ることのできるドライクリーニング方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去する工程と、処理装置内部の材料のイオンスパッタ物，もしくは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を除去する工程とを有することにより達成される。
【００１３】
また上記目的は，ドライクリーニングを施す工程に，エッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素に対する原子間結合エネルギーの値が，被エッチング材料を構成する元素とエッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素の原子間結合エネルギーの値よりも，大きな値である物質を含むガスを用いることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は，ドライクリーニングを施す工程に，エッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素に対する原子間結合エネルギーの値が，装置内部材材料を構成する元素とエッチング，及びクリーニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素の原子間結合エネルギーの値よりも，大きな値を持つ物質を含むガスを用いることにより達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明のドライクリーニング方法の実施例について図に従って詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明に係るドライクリーニング方法に使用されたマイクロ波エッチング装置の構成図を示す。図において１は，微細加工を施すシリコンウエハ（基板），３，４は各々，石英ベルジャー，メインチャンバーであり，真空雰囲気を作る。１０は真空排気のための排気口，１５はエッチング，あるいはドライクリーニングのためのガス導入部である。９は，ウエハを固定保持する基板ステージであり，８はウエハをクランプするクランパーである。このクランパーは一般的に，例えばアルミナセラミックス等のセラミックスで製作されることが多い。ウエハを基板ステージ９に固定保持する方式として静電吸着力を利用した方式を使っても良い。７はアース板であり，１１はアース７とウエハステージ９との間にＲＦバイアスを印加するための高周波電源である。
【００１７】
マイクロ波エッチング装置は，まず，高真空排気後プラズマを生成するためのガスを導入する。そして，マイクロ波１４をマグネトロン（図示しない）から発振，導波管５を通して石英ベルジャ３（処理室）内に導入して，処理室周囲に配置されたソレノイドコイル６により形成する磁場との共鳴（ＥＣＲ）により，処理室のガスをプラズマ化し，そのプラズマを利用してエッチングを行う。アース７とウエハステージ９間には，イオンを引き込むことにより異方性エッチングを行う目的で，高周波電源１１によりＲＦバイアスが印加される。
【００１８】
この際，エッチング処理の副産物としてできる反応生成物が，石英ベルジャ３，メインチャンバー４，ガス導入部の出口１５，クランパー８等の処理室の構成部品に付着，堆積膜１３を形成する。このような堆積膜は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃となり，デバイスのパターン欠陥の原因となる。
【００１９】
ここでは一例として，図２に示すような絶縁膜に用いられるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）１７をフルオロカーボン系ガス，例えばここではＣＦ４ガスのプラズマと添加ガスＡｒ， Ｏ２ガスのプラズマによりエッチングする場合を挙げて説明する。この図のように，例えば基板１６上にＳｉＯ２膜１７が形成され，その上にフォトレジストからなるマスクパターン１８が形成され，これを図１に示したようなエッチング装置でエッチング処理を施す。このときエッチングガスはプラズマ中で解離し，ウエハを叩くことによってエッチングを進行させる。この際に，エッチング対象物が原因で装置内壁に付着する不要堆積物は，シリコンを含む酸化物，有機物を含む化合物となる。
【００２０】
ところで，ドライクリーニングの際のガスは，除去対象である堆積物に対して，堆積物と反応して蒸気圧の高い化合物になる狙いで行われ，結果的には蒸発・真空排気して除去する。例えば堆積物が炭素化合物であれば，Ｏ２ガスのプラズマを当て，気体であるＣＯ，ＣＯ２にして除去するというように行われる。前記特開平７−５０８３１３に開示した例では，塩素系ガスに酸素系ガスを混合したクリーニングガスのを用いている。酸素を混合することにより，金属，塩素，有機物を含む化合物から炭素を切り放し，同時に塩素により金属をクリーニングすることにより，全体としての効果を向上を狙いとている。
【００２１】
本実施例に挙げたようなＳｉＯ２膜をエッチングする場合には，フッ素系ガスと酸素系ガスの混合，あるいは組み合わせによるクリーニングが一般的である。しかし，すでに述べたようにエッチングガスによるプラズマは被エッチング対象である基板表面１７，１８をエッチングする他，装置内部材料，例えばクランパ８，アース７等をも叩き，その結果，被エッチング材料に対する反応生成物ばかりではなく，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物もエッチング処理の副産物として堆積膜１３の構成元素となる。
【００２２】
一般的に，エッチング装置等のプラズマ応用半導体製造装置にはアルミナ部品が良く用いられる。本実施例（図２の例）においては，装置内壁に付着する不要堆積物は，まずエッチング対象物が原因である，被エッチング材のＳｉＯ２，レジスト材の有機化合物の他，装置内のアルミナ部品であるクランパ８がプラズマに叩かれ，イオンスパッタされてアルミナの形で装置内壁に付着・堆積している。この一部はエッチングの際にフッ素によってフッ化アルミの形で付着・堆積する。従来のドライクリーニングでは，ＳｉＯ２，レジスト材の有機化合物に対するクリーニングしか行われていない。すなわち，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物が堆積するということが考慮に入れられておらず，したがってこれらのに対するクリーニングも考えられていない。よって，これらが最終的に異物の発生原因として残ることになる。
【００２３】
本発明によれば，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去する工程に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物，および装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を除去する工程が付加されるために，従来のドライクリーニングでは見逃されてきた装置内部材材料の化合物からなる堆積物も除去でき，クリーニング効果の向上，異物の発生の抑制効果の向上を図ることが可能である。
【００２４】
本実施例では，具体的にＢｃｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングを，装置内部材料のクリーニングとして付加した。アルミニウムの付着物に対しては，Ｃｌ２ガスプラズマにより蒸気圧の高いＡｌＣｌ３を生成して除去することが有効である。しかし，アルミニウムが酸化物，もしくはフッ化物になっている場合には，Ａｌ−Ｃｌの原子間結合エネルギーよりもＡｌ−Ｏ，Ａｌ−Ｆの原子間結合エネルギーの方が大きいために，Ｃｌ２単独のプラズマではＡｌＣｌ３が生成できずクリーニングによる除去はできない。そこで，Ａｌ−Ｏ，及びＡｌ−Ｆの原子間結合エネルギーよりも，フッ素，酸素に対する原子間結合エネルギーが大きいＢを含むガス，Ｂｃｌ３をＣｌ２ガスに混ぜることにより，Ａｌ−Ｏ，およびＡｌ−ＦからＯ，Ｆを引き抜き，Ｃｌ２によるクリーニングを有効にする。これにより，エッチング反応生成物に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物をも除去可能となる。
【００２５】
ここでは，Ｏ２と六フッ化硫黄（ＳＦ６）のクリーニング，ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングを順番に行うことにより，装置内のクリーニング効果，および異物の抑制効果を著しく向上することができる。
【００２６】
このように，被エッチング材料に対する反応生成物を除去するドライクリーニングに加えて装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を除去するためのドライクリーニングを行うことにより装置内のクリーニング効果を著しく向上させることができる。ここでは，エッチング反応生成物に対するドライクリーニングと装置内部材材料に対するクリーニングを順番に行ったが，両者のクリーニングガスを混合しても良い。
【００２７】
次に，タングステン配線に適用した例について，図３を用いて説明する。図３のように，例えば基板１６上にタングステン配線１９が形成され，その上にフォトレジストからなるマスクパターン１８が形成され，これを図１に示したようなエッチング装置でエッチング処理を施す。タングステンに対してはＳＦ６ガスのプラズマによりエッチングを進行させる。
【００２８】
この際に，装置内壁に付着する不要堆積物は，タングステン，フッ素，有機物を含む化合物と，装置内のアルミナ部品であるクランパ８がプラズマに叩かれ，イオンスパッタされてアルミ酸化物の形で装置内壁に付着・堆積している。この一部はエッチングの際のＳＦ６ガスのプラズマによりフッ化アルミの形になっている。ここでは，ＳＦ６によるクリーニング，とＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングを順番に行った。ＳＦ６は，タングステン，および有機化合物に関してもクリーニング効果がある。ＢＣｌ３とＣｌ２の混合ガスによるクリーニングは第一の実施例で説明した通り，アルミ酸化物，アルミフッ化物に対してクリーニング効果を発揮する。このクリーニングにより，異物の抑制効果を著しく向上した。第一の実施例と同様，このようにエッチング材料に対する反応生成物を除去するドライクリーニングと，装置内部材材料に対するドライクリーニングを行うこれにより，クリーニング効果が著しく向上する。
【００２９】
次に本発明を利用した別の実施例について説明する。ここでは，図３に示すようなアルミ積層配線をエッチングする場合に本発明を適用した場合について説明する。
【００３０】
最近のメタル配線は，アルミ単層膜ではなく図３に示すようなバリアメタル２１を伴った積層膜となっており，複数のエッチングガスがエッチング工程に用いられる。耐エレクトロマイグレーション性や拡散バリア性を得ることが目的である。ここでは，アルミ配線２０，チタンタングステン（ＴｉＷ）バリアメタル２１の積層膜をエッチングする例を挙げる。すでに述べたように，エッチングを行う場合，被エッチング材料に対して蒸気圧の高い化合物を形成してエッチングを進行させる。この場合，第一層目のアルミ２０はＣｌ２ガスを用いて蒸気圧の高いＡｌＣｌ３にしてエッチングを進行させる。このとき，装置内壁，例えば石英ベルジャ３，メインチャンバー４，ガス導入口１５，クランパー８等の処理室の構成部品にＡｌ，もしくはＡｌＣｌｘが付着，堆積する。この後，第二層目のＴｉＷ２０はＳＦ６プラズマにより行われ，このとき装置内壁や処理室の構成部品にＴｉ，もしくはタングステン（Ｗ）が付着，堆積する。
【００３１】
通常，Ａｌ，もしくはＡｌＣｌｘをクリーニングする場合，Ｔｉをクリーニングする場合には，Ｃｌ２プラズマにより蒸気圧の高いＡｌＣｌ３，ＴｉＣｌにして除去する。また，Ｗをクリーニングする場合にはフッ素系ガス，例えばＳＦ６のプラズマにより蒸気圧の高いＷＦ６にして除去を行う。
【００３２】
しかし，配線を構成する膜が単層膜でなく積層膜の場合は，複数のエッチングガスのプラズマを使用するために，また，複数のクリーニングガスを使用するために，装置内壁や処理室の構成部品に付着している堆積膜は単純な形ではなく，これらのガスとの化合物の形となる。
【００３３】
すなわち，付着物は，
１）第一層目のエッチングの際にＡｌ，もしくはＡｌＣｌｘが付着，堆積する。その堆積物が第二層目のＴｉＷエッチングの際に，ＳＦ６プラズマによりアルミフッ化物になる。この後，第二層目のＴｉＷ２０はＳＦ６プラズマにより行われ，このとき装置内壁や処理室の構成部品にＴｉ，もしくはＷが付着，堆積する。
【００３４】
２）第一層目のエッチングの際に堆積するＡｌ，ＡｌＣｌｘは，第二層目のＴｉＷエッチングの際の堆積物であるＷを除去するクリーニング工程，ＳＦ６プラズマによりさらにアルミフッ化物が促進される。
【００３５】
３）エッチングガス，もしくはクリーニングガスによるプラズマは，装置内部材料，一般的に装置内部品に使用されているアルミナ部品を叩き，イオンスパッタ作用によりアルミ酸化物の形で装置内壁に付着・堆積する。
【００３６】
４）プラズマのイオンスパッタ作用により装置内壁に付着・堆積したアルミ酸化物は，第二層目のＴｉＷエッチングの際のＳＦ６プラズマにより一部アルミフッ化物となる。
【００３７】
５）プラズマのイオンスパッタ作用により装置内壁に付着・堆積したアルミ酸化物は，Ｗクリーニングの際のＳＦ６プラズマにより一部アルミフッ化物となる。
【００３８】
このように，多層配線をエッチングする場合には，ある配線層をエッチングしている間にエッチング用ガスのプラズマが，別の配線層をエッチングした際に装置内に付着した堆積物を除去しずらい化合物にする。さらに，ある元素の堆積物をクリーニングしている間にクリーニングガスのプラズマが，別の元素の堆積物を除去しずらい化合物にする。これらにより，目的としたクリーニングを阻害することが起こる。
【００３９】
さらには，エッチングガス，クリーニングガスによるプラズマは，装置内部材料も叩き，その結果，装置内部材材料のイオンスパッタ物を装置内に付着させる。また，これらはエッチングガス，クリーニングガスとの化合物にもなる。これらにより，目的としたクリーニングを阻害することが起こる。
【００４０】
本発明によれば，ドライクリーニングの工程の中に，被エッチング材料とエッチングガスを構成する元素との原子間結合エネルギーよりも，エッチングガス元素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質を含むガスによるクリーニングを付加する。これにより，前記１）の堆積物が除去可能となる。すなわち，第一層目のエッチングの際に堆積したＡｌが第二層目のＴｉＷエッチングの際のＳＦ６プラズマによりアルミフッ化物になったものを除去可能となる。
【００４１】
また本発明によれば，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去する工程に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物を除去する工程が付加されるために，前記３）の堆積物が除去可能となる。すなわち，装置内部品に使用されているアルミナ部品のイオンスパッタ物が除去可能となる。
【００４２】
さらに，ドライクリーニングの工程の中に，被エッチング材料，および装置構成材料と他の工程のクリーニングガスを構成する元素との原子間結合エネルギーよりも，上記クリーニング工程のガス元素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質を含むガスによるクリーニングを付加する。これにより，前記２），４），５）の堆積物が除去可能となる。すなわち，Ｗクリーニングの際のＳＦ６プラズマによりアルミフッ化物となった堆積物が除去可能となる。
【００４３】
具体的には，エッチング，およびクリーニング時に用いられるＳＦ６プラズマにより，アルミニウムがフッ化物になっているために，Ｃｌ２単独のプラズマではクリーニングによる除去はできない。ドライクリーニングを施す工程の中に，エッチング，およびクリーニング時に用いられるフッ素と被エッチング材料であるアルミとの原子間結合エネルギーの値よりも，フッ素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質Ｂを含むガス，Ｂｃｌ３をＣｌ２ガスに混ぜるてクリーニングガスとすることにより，Ａｌ−ＦからＦを引き抜き，Ｃｌ２によるクリーニングを有効にすることができる。
【００４４】
またＢは，装置内部材材料のイオンスパッタ物でるアルミ酸化物Ａｌ−Ｏに対して，Ｂ−Ｏの原子間結合エネルギーの方が大きい。したがって，Ｂを含むガス，Ｂｃｌ３をＣｌ２ガスに混ぜることにより，Ａｌ−ＯからＯを引き抜き，Ｃｌ２によるクリーニングを有効にする。すなわち，装置内部材材料のイオンスパッタ物をも除去可能である。
【００４５】
このような，積層膜であるがために次工程のエッチングガスやクリーニングガスと反応して堆積した膜に対するクリーニング行程は，エッチング反応生成物単独のクリーニング工程の後，もしくは前，もしくは両方に入れてよい。
【００４６】
なお，本発明の実施例は，マイクロ波エッチング装置に適用した例で説明したが，これに限定されるものではなく，平行平板型のエッチング装置，誘導結合型のエッチング装置，またＣＶＤ装置であっても，プラズマにより装置内壁の堆積物をクリーニングする装置であれば効果が得られる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，製造装置内壁に付着した堆積膜を効率的に除去することができる。これにより，堆積膜厚の増加（処理枚数の増加）にともなう，堆積膜の剥離，これによる塵埃の発生を防止することが可能となり，製造工程における歩留まりの向上，製造装置の稼働率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した半導体製造製造装置を示す図。
【図２】本発明の第一の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【図３】本発明の第二の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【図４】本発明の第三の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…プラズマ、３…石英ベルジャー、４…、メインチャンバー、５…導波管、６…ソレノイドコイル、７，１２…アース、８…ウエハクランパ、９…ウエハステージ、１０…真空排気口、１１…高周波電源、１３…堆積物、１４…マイクロ波、１５…ガス導入口、１６…半導体基板、１８…フォトレジストマスクパターン、１９…タングステン配線、２０…アルミ配線膜、２１…ＴｉＷバリアメタル。
Claims (4)
- プラズマエッチング装置を用いてウエハのエッチング処理及び前記エッチング装置内部のドライクリーニング処理を行うプラズマ処理方法において、
前記ドライクリーニング処理は、前記エッチング装置の内部構成材料表面に付着したエッチング反応生成物を除去する第１クリーニング工程、及び前記エッチング装置の内部構成材料表面に付着した、該内部構成材料のイオンスパッタ物を除去する第２クリーニング工程を備え、
前記エッチング処理用のガスはフッ素（Ｆ）を含むガスであり、第２クリーニング工程用の処理ガスはホウ素（Ｂ）を含むガスであり、被エッチング材料はアルミニウム（Ａｌ）またはチタンタングステン（ＴｉＷ）であることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項１記載のプラズマ処理方法において、
前記エッチング装置の内部構成材料はアルミニウム（Ａｌ）であることを特徴とするプラズマ処理方法。 - プラズマエッチング装置を用いてウエハのエッチング処理及び前記エッチング装置内部のドライクリーニング処理を行うプラズマ処理方法において、
前記ドライクリーニング処理は、前記エッチング装置の内部構成材料表面に付着したエッチング反応生成物を除去する第１クリーニング工程、及び前記エッチング装置の内部構成材料表面に付着した、該内部構成材料のイオンスパッタ物を除去する第２クリーニング工程を備え、
前記第１クリーニング工程用の処理ガスはフッ素（Ｆ）を含むガスであり、第２クリーニング工程用の処理ガスはホウ素（Ｂ）を含むガスであり、被エッチング材料はアルミニウム（Ａｌ）またはチタンタングステン（ＴｉＷ）であることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 請求項３記載のプラズマ処理方法において、
前記エッチング装置の内部構成材料はアルミニウム（Ａｌ）であることを特徴とするプラズマ処理方法。
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