JP2003197605A - ドライエッチング装置およびそのドライクリーニング方法 - Google Patents

ドライエッチング装置およびそのドライクリーニング方法

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dry
alumina discharge
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Kimihiko Yonemoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミナ放電管を用いたプラズマ生成部を備
えるドライエッチング装置に適用するドライクリーニン
グ方法において、反応ガスの流路を分解することなくア
ルミナ放電管内面に付着するAlFを効率良く除去し、
装置の稼働率を上げる。 【解決手段】 反応ガスとしてO2ガスを用いてプラズ
マ生成部を作動させる。ドライエッチング処理を中止し
てドライクリーニングを行う場合には、反応ガスとして
2ガスのみを圧力20〜200Paで流しながらプラ
ズマ生成部を作動させる。ドライエッチング処理に反応
ガスとしてCF4ガスを用いたり、NF3およびArガス
を用いる場合には、これらの反応ガスにO2ガスを付加
してドライエッチング処理を行ってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、アルミナ放電管を用
いたプラズマ生成部で生成したプラズマガスを真空容器
に導く放電分離型のドライエッチング装置と、この装置
に適用するドライクリーニング方法とに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】真空容器から離れたプラズマ生成部で生
成したプラズマガスを真空容器に導き、真空容器内でエ
ッチングなどの処理を行う放電分離型(リモートプラズ
マ型)のドライエッチング装置が知られている。
【0003】ここで用いるプラズマ生成部としては、高
温に耐える材料、例えばアルミナで作った放電管(アル
ミナ放電管)に反応ガスを流す一方、この放電管の外側
から加えたマイクロ波により反応ガスを励起(活性化)
して反応ガスをプラズマ化するものである。このプラズ
マ化したガス(プラズマガス)はガス導入管によって真
空容器に導かれ、被処理物を処理するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここにエッチング処理
では、反応ガスとして通常CF4、NF3などのF系(フ
ッ素系)のガスを用いている。これらの反応ガスがアル
ミナ放電管内で活性化されると、フッ素(F)のラジカ
ル(F*)が生成される。
【0005】一方放電管の材料であるアルミナ(Al2
3)はAl(アルミニウム)を含んでいる。このAl
はフッ素のラジカル(F*)と結合してAlF(フッ化
アルミ)になる。このAlFは黒色であってアルミナ放
電管の内面に黒く堆積することになり、プラズマガスの
生成の障害になる。すなわちAlFが堆積すると、エッ
チャント(反応種であるラジカルF*やイオン)の活性
が失われ(失活)、エッチングレート(エッチング速
度)の低下を招いたりする原因となる。
【0006】またこの堆積物のパーティクル(微粒子)
が放電管の内面から剥離して反応ガスと共に真空容器に
入ると、被処理物の表面に付着することがあり得る。こ
の被処理物に付着したパーティクルは製品歩留まりを低
下させる原因となる。このためアルミナ放電管では、そ
の内面に付着したAlFを定期的にクリーニングするこ
とが必要になる。
【0007】従来のクリーニング法は、アルミナ放電管
の内面を液状の薬品(洗浄液)で洗浄するウェットクリ
ーニング法であった。この方法では、クリーニング時に
アルミナ放電管を取外したり反応ガスの流路を分解する
ことが必要である。このためクリーニングのためにエッ
チング装置を長時間停止させなければならず、装置の稼
働率が低下するという問題があった。
【0008】この発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、反応ガスの流路を分解することなくアルミ
ナ放電管内面に付着するAlFを効率良く除去し、装置
の稼働率を上げることができるドライエッチング装置の
ドライクリーニング方法を提供することを第1の目的と
する。またこの方法の実施に直接使用するドライエッチ
ング装置を提供することを第2の目的とする。
【0009】
【発明の構成】この発明によれば第1の目的は、アルミ
ナ放電管を用いたプラズマ生成部を備えるドライエッチ
ング装置に適用するドライクリーニング方法において、
反応ガスとしてO2ガスを用いてプラズマ生成部を作動
させることを特徴とするドライクリーニング方法、によ
り達成される。
【0010】ドライエッチング処理を中止してドライク
リーニングを行う場合には、反応ガスとしてO2ガスの
みを圧力20〜200Paで流しながらプラズマ生成部
を作動させる。ドライエッチング処理に反応ガスとして
CF4ガスを用いたり、NF3およびArガスを用いる場
合には、これらの反応ガスにO2ガスを付加してドライ
エッチング処理を行ってもよい。この場合にはAlFの
発生を抑制しその堆積を防ぐ効果が得られる。従ってこ
の方法をO2ガスのみを用いたドライクリーニング法と
併用することにより、本発明の効果は一層大きくなる。
【0011】この発明によれば第2の目的は、アルミナ
放電管を用いたプラズマ生成部を備えるドライエッチン
グ装置において、真空処理室を形成する真空容器と、前
記アルミナ放電管の一端からO2ガスおよびフッ素系ガ
スを含む反応ガスの少なくとも一方を供給する反応ガス
供給部と、アルミナ放電管内で生成したプラズマガスを
前記真空容器に導くガス導入管と、アルミナ放電管にO
2ガスを供給してドライクリーニングを行うコントロー
ラと、を備えることを特徴とするドライエッチング装
置、により達成される。
【0012】プラズマ生成部としては、アルミナ放電管
の一部を囲む導波管にマイクロ波を導入し、このマイク
ロ波によってアルミナ放電管内を流れる反応ガスを励起
するマイクロ波励起プラズマ源を用いることができる。
コントローラは、反応ガスとしてO2ガスを流しながら
プラズマ生成部を作動させるように制御することにより
ドライクリーニングを行うことができる。しかしコント
ローラは、NF3およびArガスを用いてドライエッチ
ングする場合に、反応ガスにO2を添加してドライエッ
チングを行ってもよい。
【0013】
【作用】この発明によるドライクリーニング機構は次の
ように考えられる。すなわち[AlF+O→AlO+
F]のような機構によりO(酸素原子)とF(フッ素原
子)との置換が行われると考えられる。
【0014】
【実施態様】図1は本発明に係る装置の一実施態様を示
す概念図である。この図において符号10は真空容器で
ある。この真空容器10内にはヒータ付きの保持台12
が昇降可能に設けられ、その上面には被処理物としての
ウェハ14が保持されている。
【0015】真空容器10の底には、圧力制御器(Air
Pressure Controller,APC)16を介してターボ分
子ポンプ(TMP)などのドライポンプ18が接続され
ている。圧力制御器16は、真空容器10の内圧を検出
する真空計(図示せず)の出力に基づいて、真空容器1
6の内圧を所定圧に制御する。
【0016】20はプラズマ生成部であり、マイクロ波
により反応ガスを励起し、プラズマ化して真空容器10
に導く。プラズマ生成部20は、アルミナ(Al23
で作られた放電管22と、この放電管22にその中央付
近で交叉する導波管24と、この導波管24の一端から
マイクロ波を供給するマイクロ波電源26と、導波管2
4の他端に取付けられた終端整合器28とを持つ。
【0017】アルミナ放電管22の一端には反応ガス供
給部30から反応ガスが供給される。アルミナ放電管2
2の他端はガス導入管32によって真空容器10に接続
されている。ここにガス導入管32はプラズマガスによ
る腐蝕に耐える材料、例えば石英、ステンレス鋼、セラ
ミックス、一部のフッ素ベース材料などのチューブで作
られている。
【0018】マイクロ波電源26が供給する所定周波数
のマイクロ波は、導波管24を通り、アルミナ放電管2
2を透過してアルミナ放電管22内を流れる反応ガスを
励起する。ここに終端整合器28は、マイクロ波がアル
ミナ放電管22を効率良く透過するようにインピーダン
スを整合させるため、その位置を調整することができる
ようにしている。
【0019】反応ガス供給部30は、種々のガスを選択
的にまたは組合せて同時に供給する。例えば、CF4
NF3,Ar,O2のガスがそれぞれ流量制御弁(Mass F
low Controller,MFC)34を介し、アルミナ放電管
22の一端に取付けた端板36を通してアルミナ放電管
22内に供給可能である。各ガスの供給量はコントロー
ラ38によって制御される。
【0020】このコントローラ38はまた、APC16
により真空容器10の内部の真空度を制御したり、マイ
クロ波電源26やドライポンプ18などを制御する。す
なわちこの制御はその全体の動作がコントローラ38に
より制御されるものである。
【0021】次にこの装置の動作を説明する。通常のド
ライエッチング処理では、コントローラ38はドライポ
ンプ18を作動させ、APC16を制御することによっ
て真空容器10内を一定の真空度に保つ。一方反応ガス
供給部30からは、CF4またはNF3とArの混合ガス
をアルミナ放電管22に供給する。この時の各ガスの流
量は、MFC34によりコントローラ38が制御する。
【0022】この状態でコントローラ38がマイクロ波
電源26を作動させれば、反応ガスは励起されてプラズ
マ化される。このプラズマガスはガス導入管32によっ
て真空容器10に導かれ、保持台12に保持されたウェ
ハ14をエッチングする。
【0023】このエッチング時には、アルミナ放電管2
2のアルミ成分とプラズマガスとが反応してAlFが生
成され、このAlFがアルミナ放電管22の内面などに
黒く堆積する。この付着したAlFを除去するために、
コントローラ38はドライクリーニングの処理を行う。
【0024】このドライクリーニングでは、コントロー
ラ38はまずウェハ14を真空容器10から搬出し、真
空容器10内圧を一定にする。例えば20Pa〜200
Paの間の一定圧に保つ。一方反応ガス供給部30から
はO2ガスのみを供給する。O2ガスを供給してアルミナ
放電管22内に流しつつ、コントローラ38はマイクロ
波電源26からマイクロ波を出力させる。
【0025】このマイクロ波によりアルミナ放電管22
内を流れるO2ガスが励起される。この結果アルミナ放
電管22の内面に付着したAlFが除去され、AlOや
Fなどの気体となってO2ガスと共に真空容器10に流
れ、ドライポンプ18により排出される。
【0026】コントローラ38は、反応ガスとしてCF
4や、NF3とArの混合ガスを用いてエッチングを行う
際に微量のO2ガスを添加してもよい。例えば12イン
チのウェハをエッチング処理する装置において、約5s
ccm(Standard Cubic Centimeter)を添加する。こ
のO2の添加によりAlFの発生を抑制し、ドライクリ
ーニングを行う際の処理所要時間を少なくすることがで
きる。
【0027】図2はこのように、CF4やNF3にArを
加えた反応ガスに微量のO2(約5sccm)を添加し
て直径12インチのウェハの表面に形成したSiO
2(酸化シリコン)膜をエッチングした場合の効果を示
す図である。この図で横軸はTotal放電時間(ho
ur)を、縦軸はSiO2のエッチングレートE/R
(nm/min)を示す。またA、Bは、それぞれ反応
ガスCF4およびNF3+ArにO2を添加した場合の実
験結果を示す。
【0028】この実験結果から、O2を添加しない場合
(a、b)にはエッチングレートE/Rは放電時間と共
に急激に低下するのに対し、O2を添加した場合には長
時間(100時間以上)にわたってエッチングレートE
/Rの低下はほとんど起こらないことが解った。
【0029】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、O2ガスを流
してプラズマ生成部を作動させるから、アルミナ放電管
の内面に堆積するAlFを活性化したO(酸素)によっ
て気体にしO2ガスと共に排出することができる。この
ためアルミナ放電管の内面をドライクリーニングするこ
とができる。
【0030】この時に用いる反応ガスはO2ガスのみで
あればクリーニング効果は大きくなる(請求項2)。O
2ガスはエッチングガスに混合してもよい(請求項
3)。この場合には、アルミナ放電管へのAlFの堆積
量を減らし、またO2ガスのみによるドライクリーニン
グ処理を容易にすることができる。
【0031】請求項4〜7の発明によれば、請求項1の
方法の実施に直接使用するケミカルエッチング装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るドライエッチング装置の概念図
【図2】本発明の効果を示す図
【符号の説明】
10 真空容器 14 ウェハ(被処理物) 16 圧力制御器(APC) 18 ドライポンプ 20 プラズマ生成部 22 アルミナ放電管 24 導波管 26 マイクロ波電源 30 反応ガス供給部 38 コントローラ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ放電管を用いたプラズマ生成部
    を備えるドライエッチング装置に適用するドライクリー
    ニング方法において、 反応ガスとしてO2ガスを用いてプラズマ生成部を作動
    させることを特徴とするドライクリーニング方法。
  2. 【請求項2】 反応ガスとして、O2ガスのみを圧力2
    0〜200Paで流す請求項1のドライクリーニング方
    法。
  3. 【請求項3】 反応ガスとしてNF3ガスおよびArガ
    スを用いる場合にO2ガスを添加してドライエッチング
    を行う請求項1のドライエッチング方法。
  4. 【請求項4】 アルミナ放電管を用いたプラズマ生成部
    を備えるドライエッチング装置において、 真空処理室を形成する真空容器と、前記アルミナ放電管
    の一端からO2ガスおよびフッ素系ガスを含む反応ガス
    の少なくとも一方を供給する反応ガス供給部と、 アルミナ放電管内で生成したプラズマガスを前記真空容
    器に導くガス導入管と、 アルミナ放電管にO2ガスを供給してドライクリーニン
    グを行うコントローラと、を備えることを特徴とするド
    ライエッチング装置。
  5. 【請求項5】 プラズマ生成部は、アルミナ放電管の一
    部を囲む導波管と、この導波管の一端からマイクロ波を
    供給するマイクロ波電源とを備え、マイクロ波によって
    アルミナ放電管内を流れる反応ガスをプラズマ化する請
    求項4のドライエッチング装置。
  6. 【請求項6】 コントローラはO2ガスのみを供給して
    プラズマ生成部を作動させる請求項4または5のドライ
    エッチング装置。
  7. 【請求項7】 コントローラは、NF3ガスおよびAr
    ガスを供給しつつ真空容器内に置いた被処理物をエッチ
    ング処理する場合に、反応ガスにO2ガスを添加してエ
    ッチング処理を行う請求項4または5のドライエッチン
    グ装置。
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