JP2003273077A - ドライクリーニング方法及びドライクリーニング用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パーティクルの発生を十分に抑えることがで
きると共に、より短時間でクリーニングを行うことがで
きるドライクリーニング方法を提供する。 【解決手段】 所定のガス雰囲気にプラズマ生成用高周
波電力とバイアス用電力とを印加してプラズマを生成し
てエッチングを行うタイプのドライエッチング装置のド
ライクリーニング方法であって、少なくともプラズマに
曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイドからな
るドライクリーニング用基板２６ａをドライエッチング
装置のチャンバ内の基板載置部３２ｂ上に載置し、第１
クリーニング用ガスをチャンバに導入し、プラズマ生成
用高周波電力とバイアス用高周波電力とを印加すること
によりプラズマを生成して第１ドライクリーニングを行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドライクリーニング
方法及びドライクリーニング用基板に係り、より詳しく
は、ドライエッチング装置に適用されるドライクリーニ
ング方法及びドライクリーニング用基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では、さまざまな薄膜な
どをエッチングする工程があり、主にドライエッチング
装置が用いられている。このドライエッチング装置は、
不必要な膜を除去するために導入したエッチングガスに
高周波電力を印加してプラズマを発生させることによ
り、エッチングガスを活性な状態にして膜と反応させて
エッチングするものである。

【０００３】エッチングガスと被エッチング物との反応
生成物はその全てが揮発してチャンバ内から排気される
わけではなく、その一部は、チャンバ内の低温部に付着
したり、またはプラズマ中に入って再分解して蒸気圧の
低いものとなってチャンバ内に付着したりして堆積物と
なる。

【０００４】特に、例えば強誘電体キャパシタを用いた
半導体メモリの強誘電体キャパシタを形成する工程で
は、被エッチング物がＰｔ膜、ＰＺＴ膜又はＩｒＯ_X膜
などの膜からなるため、これらの膜とエッチングガスと
の反応生成物は揮発性が低く、主にスパッタ反応によっ
てエッチングを行う必要があることから他のエッチング
工程に比べてチャンバ内に堆積物が付着しやすい。

【０００５】この堆積物の影響でプラズマ生成が不安定
になったり、エッチングレートが変動したりするだけで
はなく、堆積物がチャンバから剥離してパーティクルと
なるため、半導体装置の製造歩留りに大きく影響する。

【０００６】このため、量産プロセスでは、チャンバ内
のパーティクルの数が処理枚数と共に増大することを考
慮して、経験的に設定された処理枚数に達した後に、チ
ャンバを大気に開放することなくＳＦ₆などのクリーニ
ング用ガスのプラズマを生成させて堆積物を除去してい
る。そして、さらに長時間にわたって所定数のロットを
処理した後、チャンバを大気に開放して薬品などを用い
てチャンバをウェットクリーニングする。

【０００７】ところで、近年、ドライエッチング装置
は、平行平板のＲＩＥ装置に代わって、プラズマ生成用
のコイルに高周波電力を印加すると共に、バイアス用電
力を被エッチング基板側に印加してプラズマを生成して
エッチングを行うタイプの装置（例えばＩＣＰなど）が
広く用いられるようになってきている。

【０００８】このタイプのドライエッチング装置では、
ドライクリーニングを行う際、チャンバ内にクリーニン
グ用のプラズマが十分回り込むように、あえてバイアス
用電力を印加せずにプラズマ生成用のコイルに高周波電
力を印加するだけでプラズマを生成してドライクリーニ
ングを行っていた。

【０００９】さらに、被エッチング基板を固定するため
の手段として静電チャックを用いているエッチング装置
では、静電チャックがプラズマに曝されて破壊しないよ
うに、シリコン基板や石英基板などを静電チャック上に
載置して静電チャックをプラズマから防御した状態でド
ライクリーニングを行っていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たシリコン基板や石英基板を静電チャック上に載置して
ドライクリーニングを行うと、シリコンや石英はクリー
ニング用ガス（フッ素系ガスなどのハロゲンガス）のプ
ラズマと容易に反応してエッチングされる特性を有する
ため、その反応生成物がチャンバに堆積して逆にパーテ
ィクルの発生原因になる場合がある。

【００１１】また、クリーニング用ガスがシリコン基板
や石英基板と積極的に反応して消費されるため、チャン
バに付着した堆積物のクリーニングレートが低下し、そ
の結果ドライクリーニングに要する時間が長くなってし
まうという問題がある。

【００１２】これらの問題を解決するため、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）基板などのクリーニング用ガスのプラズマ
で容易にエッチングされない基板を使用してドライクリ
ーニングを行う方法がある。なお、特開平９−３３０８
８５号公報には、アルミナ基板などのセラミック基板を
ＣＶＤ装置のチャンバをクリーニングする際にサセプタ
を保護する目的で使用することが記載されている。

【００１３】しかしながら、アルミナ基板を静電チャッ
ク上に載置してドライクリーニングを行う場合には、シ
リコン基板や石英基板と違って、アルミナ基板とクリー
ニング用ガスとの反応生成物がチャンバ内に新たに堆積
してパーティクル源となる問題は解決されるものの、チ
ャンバ内に付着した除去すべく堆積物がアルミナ基板上
に再付着しやすいという問題がある。この問題は、例え
ば前述した強誘電体キャパシタを形成する工程で特に顕
著となる。

【００１４】このため、ドライクリーニング後にアルミ
ナ基板をチャンバ内からアンロードするときやアルミナ
基板を外部に出すためにロードロック室などを大気に開
放するときに、アルミナ基板上に再付着した堆積物がチ
ャンバ内やロードロック室内などに飛散するなどしてパ
ーティクルの発生原因になる恐れがある。

【００１５】従って、ドライクリーニングを行ったにも
かかわらずカウントされるパーティクル数が規格値以下
にならず、このため再度クリーニングを行うなど効率が
低いものとなり、装置稼働率の低下の一因となる。

【００１６】本発明は以上の問題点を鑑みて創作された
ものであり、パーティクルの発生を十分に抑えることが
できると共に、より短時間でクリーニングを行うことが
できるドライクリーニング方法及びその方法で使用する
ドライクリーニング用基板を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明はドライクリーニング方法に係り、所定のガ
ス雰囲気にプラズマ生成用高周波電力とバイアス用電力
とを印加してプラズマを生成してエッチングを行うタイ
プのドライエッチング装置のドライクリーニング方法で
あって、少なくともプラズマに曝される部分がアルミナ
又はシリコンカーバイドからなるドライクリーニング用
基板を、前記ドライエッチング装置のチャンバ内の基板
載置部上に載置し、第１クリーニング用ガスを前記チャ
ンバに導入し、前記プラズマ生成用高周波電力と前記バ
イアス用高周波電力とを印加することにより前記プラズ
マを生成して第１のドライクリーニングを行うことを特
徴とする。

【００１８】前述したように、アルミナ基板などのハロ
ゲンガスのプラズマで殆どエッチングされない基板を静
電チャックなどの基板載置部上に載置してドライクリー
ニングを行う場合には、チャンバ内に付着した除去すべ
く堆積物がアルミナ基板上に再付着しやすいという問題
がある。従来、ＩＣＰなどのようにプラズマ生成用高周
波電力とバイアス用電力とを両方印加してプラズマを生
成するタイプのドライエッチング装置では、ドライクリ
ニーニングを行う際はバイアス用電力を印加しないでク
リーニングを行っていた。

【００１９】本願発明者は、この点に注目して鋭意研究
した結果、ドライクリーニングを行う際に、プラズマ生
成用の高周波電力を印加してプラズマを生成させるたけ
ではなく、クリーニング用基板側にバイアス用電力を印
加した状態でドライクリーニングを行うことにより、こ
の問題を解決できることを見出した。

【００２０】つまり、ドライクリーニング用基板側にバ
イアス用電力を印加することによりドライクリーニング
用基板側に負のセルフバイアスが形成され、その結果プ
ラズマ中の正イオンがドライクリーニング用基板の表面
に所定のエネルギーで入射される。このため、たとえチ
ャンバ内に付着した堆積物がアルミナ基板上に再付着す
るとしても、イオンのスパッタ作用によって再付着した
堆積物を除去することができる。

【００２１】しかも、ドライクリーニング用基板のプラ
ズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバイド
（ＳｉＣ）のようにドライクリーニング用ガス（ハロゲ
ン原子を含むガス）のプラズマで殆どエッチングされな
い特性を有するものからなるようにしたため、シリコン
基板や石英基板などと違って、その反応生成物がチャン
バ内に堆積してパーティクルの発生原因となる恐れもな
い。また、チャンバ内に付着した堆積物のクリーニング
レートが低下する恐れもなく、短時間で効率よくドライ
クリーニングを行うことができるようになる。

【００２２】このように、ドライクリーニングを行う際
に、ドライクリーニング用基板としてドライクリーニン
グ用ガスのプラズマで殆どエッチングされない基板を用
い、かつプラズマ生成用の高周波電力を印加するだけで
なく、ドライクリーニング用基板側にバイアス用電力を
印加することにより、チャンバ内に付着した堆積物を効
率よく除去してパーティクルを減少させることができ
る。

【００２３】上記したドライクリーニング方法におい
て、前記ドライクリーニング用基板の前記プラズマに曝
される部分以外の主要部は、半導体又は導電体からなる
ことが好ましい。

【００２４】ドライクリーニング用基板が基板全体にわ
たってアルミナなどの絶縁体からなる場合、ドライクリ
ーニング用基板側に印加されるバイアス用電力が基板内
で不均一になりやすいため、ドライクリーニング用基板
上に再付着した堆積物を効率よく除去できない場合が想
定される。

【００２５】このため、プラズマに曝される部分以外の
主要部を半導体又は導電体とすることにより、ドライク
リーニング用基板の全体にわたって均一にバイアス用電
力が印加されるようになり、その結果ドライクリーニン
グ用基板上に再付着する堆積物を効率よく除去できるよ
うになる。

【００２６】上記したドライクリーニング方法におい
て、前記第１のドライクリーニングを行った後に、前記
第１クリーニング用ガスと異なる第２クリーニング用ガ
スのプラズマで第２のドライクリーニングを行うように
してもよい。

【００２７】第１ドライクリーニング用ガスのプラズマ
で第１のドライクリーニングを行っても、チャンバ内の
付着した堆積物を完全に除去できない場合が想定され
る。このため、第１のドライクリーニングを行った後
に、第１クリーニング用ガスと異なる第２クリーニング
用ガスのプラズマで第２のドライクリーニングを行うよ
うにしてもよい。このとき、例えば、第２クリーニング
用ガスとしてエッチングガスに相当するガスを用いるこ
とにより、ドライクリーニングの前後のおけるエッチン
グレートや選択比などのエッチング特性の変動を抑える
という観点からも都合がよい。

【００２８】また、上記課題を解決するため、本発明は
ドライクリーニング用基板に係り、半導体基板、導電性
基板及び絶縁性基板の群から選択される基板と、前記基
板の上に形成されたアルミナ膜又はシリコンカーバイド
膜とを有することを特徴とする。

【００２９】本発明のドライクリーニング用基板では、
半導体基板、導電性基板及び絶縁性基板の群から選択さ
れる基板の上に、ドライクリーニング用ガスのプラズマ
で殆どエッチングされないアルミナ膜又はシリコンカー
バイド膜が形成されている。

【００３０】全体にわたってドライクリーニング用ガス
のプラズマで殆どエッチングされない材料からなる基板
（例えばアルミナ基板やＳｉＣ基板）の他に、本発明の
ドライクリーニング用基板を用いても上記したドライク
リーニング方法を容易に行うことができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。

【００３２】図１は本発明の実施形態のドライクリーニ
ング方法に用いられるドライエッチング装置を示す断面
図、図２は図１のドライエッチング装置を用いてＦｅＲ
ＡＭの強誘電体キャパシタが形成される様子を示す断面
図、図３は本発明のドライクリーニング方法に係る工程
フローチャートを示すものである。

【００３３】最初に、本発明の実施形態のドライクリー
ニング方法に用いられるドライエッチング装置について
説明する。図１に示すように、ドライエッチング装置１
としてＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合
プラズマ）タイプのものを一例として示している。

【００３４】ドライエッチング装置１は反応室３１ａと
排気室３１ｂとからなるチャンバ３１を備え、反応室３
１ａの中にはウェハステージ３２が配置されている。こ
のウェハステージ３２はヒータ３２ａ上に静電チャック
３２ｂ（基板載置部）を配置した構造を有し、この静電
チャック３２ｂ上に被エッチング物となる半導体基板３
０が載置される。この静電チャック３２ｂにはバイアス
用電力を印加するためのバイアス用高周波電源３３が接
続されている。

【００３５】また、チャンバ３１内には、ウェハステー
ジ３２を含む領域を囲む略円筒形の防着板３４が配置さ
れ、その防着板３４の上部は石英板３４ａによって塞が
れている。この防着板３４の内部の空間が反応室３１ａ
となる。また、石英板３４ａ上にはアンテナコイル３６
が取り付けられており、このアンテナコイル３６にはプ
ラズマ生成用の高周波電源３５が接続されている。

【００３６】チャンバ３１の所定部にはガス導入管４０
が接続されており、このガス導入管４０が反応室３１ａ
内に挿入されている。そして、所定のエッチングガスや
クリーニングガスなどが反応室３１ａに導入されると共
に、高周波電源３５からアンテナコイル３６に高周波電
力を印加することにより、電磁誘導結合により反応室３
１ａ内に高周波の電場を誘起させ反応室３１ａにプラズ
マが生成される。

【００３７】さらに、反応室３１ａと防着板３４を介し
て隣接する排気室３１ｂが設けられ、この防着板３４に
は開口部３４ｂが形成されている。この排気室３１ｂの
下部には排気管３１ｘが接続され、エッチングやドライ
クリーニングにより生成した反応生成物などが防着板３
４の開口部３４ｂを通って排気管３１ｘ側に排気される
ようになっている。

【００３８】また、反応室３１ａの排気室３１ｂと反対
側にはゲートバルブ３７を介してロードロック室３８が
隣接して設けられている。そして、ロードロック室３８
側の防着板３４には、シャッタ３４ｃにより開閉される
ウェハ搬送口３４ｄが設けられている。

【００３９】ドライエッチング装置１は以上のように基
本構成されている。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、ア
ンテナコイル３６からの電磁誘導結合により真空に保持
された反応室３１ａに高周波の電場を誘起させ、反応室
３１ａ内に導入された反応ガスなどをプラズマ化するも
のであるから、磁場を必要とせずに高密度プラズマを大
口径で発生させることができる。

【００４０】なお、ドライエッチング装置１としてＩＣ
Ｐタイプのものを例示したが、ＴＣＰ（Transfer Coupl
ed Plasma）タイプ又はＥＣＲ（Electron Cyclotron Re
sonance）タイプなどのものを使用してもよい。

【００４１】次に、図３の工程フローチャートを適宜参
照しながら本発明の実施形態のドライクリーニング方法
を説明する。また、図２のＦｅＲＡＭの強誘電体キャパ
シタを形成する工程を例示しながら説明する。

【００４２】まず、図３のＳ１で、ドライエッチング装
置１を用いて所定数のロット（例えば１ロット２５枚）
をエッチング処理する。

【００４３】ＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタを形成す
るためのエッチング工程に係るロットの各ウェハの構造
は以下のようになっている。すなわち、図２（ａ）に示
すように、半導体基板３０の上方に形成された絶縁膜１
２の上に、下から順にＰｔ膜などからなる第１金属膜１
４、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Pb(Zr,Ti)O₃）膜
などからなる強誘電体膜１６、ＩｒＯ_X膜などからなる
第２金属膜１８及び第２金属膜の上にキャパシタ形状に
形成されたレジストなどからなるマスク２０が形成され
ている。

【００４４】次いで、図１のドライエッチング装置１の
反応室３１ａの静電チャック３２ｂ上に上記した構造を
有する半導体基板３０を搬送して載置する。続いて、ド
ライエッチング装置１のガス導入管４０から例えば塩素
と酸素との混合ガスからなるエッチングガスを供給し、
チャンバ３１内を所定のガス圧力になるように調整す
る。

【００４５】その後、高周波電源３５からアンテナコイ
ル３６に所定の高周波電力を印加してチャンバ３１に誘
導電磁界を発生させると共に、バイアス用高周波電源３
３から静電チャック３２ｂに所定のバイアス用電力を印
加することによりエッチングガスをプラズマ化させる。

【００４６】これにより、図２（ｂ）に示すように、マ
スク２０以外の部分の第２金属膜１８、強誘電体膜１６
及び第１金属膜１４が順にエッチングされる。このエッ
チングにより、キャパシタ２２が形成され、第２金属膜
１８はキャパシタ２２の上部電極１８ａとなり、強誘電
体膜１６はキャパシタ２２の誘電体膜１６ａとなり、ま
た第１金属膜１４はキャパシタ２２の下部電極１４ａと
なる。

【００４７】このとき、被エッチング膜はＩｒＯ_X膜、
ＰＺＴ膜及びＰｔ膜などの構成され、この被エッチング
膜とエッチングガスとの反応生成物は揮発性が低いた
め、主にスパッタ反応によってエッチングが進行する。
このため、ＰｔやＩｒなどを含む反応生成物は、チャン
バ３１の内壁、防着板３４及び石英板３４ａなどに付着
しやすい。

【００４８】図４（ａ）は反応室の防着板や石英板に堆
積物が付着した様子を示す断面図である。図４（ａ）に
示すように、例えば、ＦｅＲＡＭのキャパシタ２２を形
成する工程では、防着板３４や石英板３４ａなどにＰｔ
やＩｒなどを含む堆積物２１が付着する。そして、処理
枚数の増加に伴ってこの堆積物２１が蓄積され、その
後、堆積物２１が剥離することによりパーティクルの発
生原因となる。これを防止するため、ドライエッチング
装置１のチャンバ３１内を定期的にドライクリーニング
して堆積物２１を除去する必要がある。

【００４９】例えば、ドライエッチング装置１をＦｅＲ
ＡＭの強誘電体キャパシタを形成する工程に適用する場
合は、１ロット（２５枚）毎にドライクリーニングを行
うようにすればよい。

【００５０】次に、ドライエッチング装置１のチャンバ
３１内に付着した堆積物２１をドライクリーニングによ
り除去する方法について説明する。最初にドライクリー
ニング用基板について説明する。図５及び図６は本発明
の実施形態のドライクリーニング用基板を示す断面図で
ある。ドライクリーニング用ガスをプラズマ化させてド
ライクリーニングを行う際に、静電チャック３２ｂが露
出した状態で行うと静電チャック３２ｂがプラズマによ
ってダメージを受けて破壊する恐れがある。

【００５１】このため、ドライクリーニングを行う際に
はドライクリーニング用基板を静電チャック３２ｂ上に
載置して静電チャック３２ｂをプラズマから防御する必
要がある。このような目的でドライクリーニングを行う
際にはドライクリーニング用基板が必要となる。

【００５２】前述したように、ドライクリーニング用基
板としてハロゲンガスのプラズマにより殆どエッチング
されないアルミナ基板を用いると、ハロゲンガスのプラ
ズマにより容易にエッチングされるシリコン基板や石英
基板を用いる場合に発生する問題は解決されるが、チャ
ンバ３１内に付着した堆積物２１がアルミナ基板上に再
付着しやすいという問題が残る。

【００５３】ＩＣＰタイプのドライエッチング装置１に
おいて静電チャック３２ｂ側にバイアス用電力を印加す
る目的は、被エッチング物をエッチングするときに、エ
ッチング形状、マスク又は下地膜との選択比などを調整
するためであることから、従来、ドライクリーニングを
行う際にはバイアス用電力を印加する必要性がなかっ
た。

【００５４】本願発明者は、この点に注目して鋭意研究
した結果、ドライクリーニングを行う際に、高周波電源
３５からアンテナコイル３６に高周波電力を印加してプ
ラズマを生成させるたけではなく、静電チャック３２ｂ
にバイアス用電力を印加した状態でドライクリーニング
を行うことにより、上記した問題を解決できることを見
出した。

【００５５】つまり、静電チャック３２ｂにバイアス用
電力を印加することにより静電チャック３２側に負のセ
ルフバイアスが形成され、その結果プラズマ中の正イオ
ンが静電チャック３２ｂ側に加速されて半導体基板３０
の表面に所定のエネルギーで入射される。このため、た
とえチャンバ３１内に付着した堆積物２１がアルミナ基
板上に再付着するとしても、イオンのスパッタ作用によ
って再付着した堆積物を除去することができる。

【００５６】しかも、アルミナはハロゲンガスのプラズ
マで殆どエッチングされない特性を有するため、シリコ
ン基板や石英基板と違って、その反応生成物がチャンバ
３１内に堆積してパーティクルの発生原因となる恐れも
ない。

【００５７】このように、ハロゲンガスのプラズマで殆
どエッチングされないアルミナ基板をドライクリーニン
グ用基板として用い、かつプラズマ生成用の高周波電力
を印加するだけでなく、静電チャック３２ｂ側にバイア
ス用電力を印加することにより、チャンバ３１内に付着
した堆積物２１を効率よく除去してパーティクルを減少
させることができる。

【００５８】なお、ドライクリーニング用基板としてア
ルミナ基板の他に、同様にハロゲンガスのプラズマに殆
どエッチングされない特性を有するシリコンカーバイド
（ＳｉＣ）基板などを用いてもよい。

【００５９】また、アルミナ基板やＳｉＣ基板の他に、
図５に示すように、石英基板などの絶縁性基板２３の上
にハロゲンガスのプラズマに殆どエッチングされないア
ルミナ膜２４（又はＳｉＣ膜）が形成されたドライクリ
ーニング用基板２６を用いることができる。

【００６０】ここで、アルミナ基板、ＳｉＣ基板又は表
面にアルミナ膜２４（又はＳｉＣ膜）が形成された絶縁
性基板２３をドライクリーニング用基板として使用する
場合、静電チャック３２ｂに接触する部分を含む主要部
が絶縁体からなるため、印加されるバイアス用電力がド
ライクリーニング用基板内で不均一になりやすくなるこ
とから、再付着した堆積物を効率よく除去できない場合
が想定される。

【００６１】このため、ドライクリーニング用基板のプ
ラズマに曝される部分以外は半導体又は導電体からなる
ことが好ましい。

【００６２】つまり、図６に示すように、好適には、導
電性基板２５（又は半導体基板）の上にハロゲンガスの
プラズマで殆どエッチングされないアルミナ膜２４（又
はＳｉＣ膜）が形成されたドライエッチング用基板２６
ａを用いればよい。これにより、図６のドライクリーニ
ング用基板２６ａでは、その主要部である導電性基板２
５（又は半導体基板）が静電チャック３２ｂに接触する
ようになるため、ドライクリーニング用基板２６ａの全
体にわたって均一にバイアス用電力が印加されるように
なる。その結果、ドライクリーニング用基板２６ａu上
に再付着した堆積物を効率よく除去できるようになる。

【００６３】なお、静電チャック３２ｂに接触する部分
を含む主要部が半導体又は導電体とすることは、静電チ
ャック３２ｂとドライクリーニング用基板との静電吸着
力を強くするという観点からも都合がよい。

【００６４】アルミナ膜２４は導電性基板２５（又は半
導体基板）の上に溶射、スパッタ又はＣＶＤなどにより
成膜される。また、アルミナ膜２４の代わりにＳｉＣ膜
を形成する場合はスパッタやＣＶＤなどにより成膜され
る。また、半導体基板としてシリコン基板などを使用す
ることができ、また導電性基板としてアルミニウム基板
などの金属基板を使用することができる。また、アルミ
ニウム基板の一方の面を酸化することにより一方の面に
アルミナ膜を有するアルミニウム基板を用いてもよい。

【００６５】以上のように、本実施形態のドライクリー
ニング方法に使用されるドライクリーニング用基板とし
ては、少なくともプラズマに曝される部分がハロゲンガ
スのプラズマに殆どエッチングされない材料（アルミナ
又はＳｉＣ）からなる基板であればよく、主要部が半導
体又は導電体からなる基板が好ましい。

【００６６】次に、図３のＳ２に進み、第１のドライク
リーニングを行う。図４（ｂ）は反応室内がドライクリ
ーニングされる様子を示す断面図である。前述した構成
のドライクリーニング用基板（例えば図６の２６ａ）を
用意し、ドライエッチング装置１内に搬送して静電チャ
ック３１上（基板載置部）に載置する。

【００６７】このとき、ドライクリーニング用基板２６
ａの導電性基板２５の露出面が静電チャック３２ｂ側に
なり、またアルミナ膜２４の露出面がプラズマに曝され
る面となるようにして静電チャック３２ｂ上に載置され
る。なお、図５に示すドライクリーニング用基板２６を
使用してもよいし、またアルミナ基板やＳｉＣ基板を用
いてもよいことはもちろんである。

【００６８】その後、ドライエッチング装置１のガス導
入管４０から例えば六フッ化イオウ（ＳＦ₆）を１００
０ｓｃｃｍの流量で供給し、チャンバ３１内を１２．５
Ｐａのガス圧力になるように調整する。続いて、高周波
電源３５からアンテナコイル３６に２７００Ｗの電力を
供給すると共に、バイアス高周波電源３３から静電チャ
ック３２ｂに３００Ｗの電力を供給してＳＦ₆プラズマ
を生成させて３０分間、第１のドライクリーニングを行
う。

【００６９】これにより、図４（ｂ）に示すように、防
着板３４や石英板３４ａなどに付着した、ＰｔやＩｒな
どを含む堆積物２１がＳＦ₆プラズマ中の活性なフッ素
などと反応して除去される。しかも、静電チャック３２
ｂにはバイアス用電力が印加されているため、堆積物２
１がドライクリーニング用基板上に再付着しても入射す
るイオンにより飛ばされその表面にはパーティクルがな
い状態で第１のドライクリーニングが終了する。

【００７０】さらには、ドライクリーニング用基板のプ
ラズマに曝される部分はアルミナ膜又はＳｉＣ膜からな
るためＳＦ₆プラズマ中の活性なフッ素とは殆ど反応せ
ず、パーティクル源となる反応生成物の発生が極力抑え
られる。これに加えて、ドライクリーニング用ガスの余
分な消費が抑えられることで堆積物２１のエッチングレ
ートが安定するため、ドライクリーニングを短時間で効
率よく行うことができる。

【００７１】なお、第１のドライクリーニングで使用す
るガスとしてＳＦ₆を例示したが、ＮＦ₃、ＣＦ₄又はＣ₂
Ｆ₆などのフッ素系ガスを使用してもよい。また、フッ
素系のガスに不活性ガス、塩素系ガス又は臭素系ガスな
どの他のガスを必要に応じて添加するようにしてもよ
い。すなわち、第１クリーニング用ガスとしては少なく
ともフッ素原子を含むガス雰囲気となるガスを用いれば
よい。

【００７２】次いで、図３のＳ３に進み、第１のドライ
クリーニングの後に、第２のドライクリーニング（シー
ズニング）を行う。第２のドライクリーニングは第１の
ドライクリーニングで除去しきれなかったチャンバ３１
内の堆積物を除去すると共に、Ｓ１に戻ってロット処理
を行う前に、予めチャンバ３１の反応室３１ａ内をエッ
チングのガスプラズマの雰囲気にしておくために行われ
る。これにより、ドライクリーニングの前後において、
エッチングレート、マスクや下地膜との選択比などのエ
ッチング特性の変動が防止される。

【００７３】すなわち、ＳＦ₆の代わりに塩素と酸素と
の混合ガスのプラズマを用いて、第１のドライクリーニ
ングと同様な方法により、ドライクリーニング用基板２
６ａを静電チャック３２ｂ上に載置して第２のドライク
リーニングを行う。第２のドライクリーニングは、例え
ば、塩素（Ｃｌ₂）：１０ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ₂）：４０
ｓｃｃｍ、圧力：０．４Ｐａ、プラズマ生成用高周波電
力：８００Ｗ、バイアス用電力：０Ｗ、処理時間：１０
分の条件で行われる。

【００７４】第２のドライクリーニングでは、第１ドラ
イクリーニング用ガス（例えばＳＦ ₆）と異なった第２
クリーニング用ガス（例えばＣｌ₂とＯ₂）を用いるた
め、第１のドライクリーニングで除去しきれなかったチ
ャンバ３１内の堆積物２１が除去される。また、第１の
ドライクリーニングと同様に、ドライクリーニング用基
板２６ａのプラズマに曝される部分はアルミナ膜又はＳ
ｉＣ膜からなるためＣｌ ₂とＯ₂との混合ガスのプラズマ
とは殆ど反応せず、パーティクル源となる反応生成物の
発生が極力抑えられる。

【００７５】上記した第２のドライクリーニングでは、
バイアス用電力を印加しない条件を例示したが、バイア
ス電力を印加するようにしてもよい。また、第２クリー
ニング用ガスとしてＣｌ₂とＯ₂との混合ガスの代わりに
Ｈｂｒ又はＨＢｒとＯ₂との混合ガスなどを用いてもよ
い。また、必要に応じて不活性ガスやフッ素原子を含む
ガスを添加するようにしてもよい。すなわち、第２クリ
ーニング用ガスとしては少なくとも塩素原子又は臭素原
子を含むガス雰囲気になるガスを用いればよい。

【００７６】なお、ドライクリーニングの前後でのエッ
チング特性の変動を抑制するという観点からは、第２の
ドライクリーニング（シーズニング）に適用するガスは
エッチング条件のガス雰囲気に合わせることが好まし
い。

【００７７】また、第２のドライクリーニング（シーズ
ニング）を省略した形態としてもよいし、逆に、上記し
た第２のドライクリーニング（シーズニング）を繰り返
し行うようにしてもよい。第２のドライクリーニング
（シーズニング）を繰り返し行うことにより、ドライエ
ッチング装置１のパーティクルの発生をさらに減少させ
ることができる。

【００７８】なお、第２のドライクリーニング（シーズ
ニング）においてドライクリーニング用基板としてシリ
コン基板や石英基板を用いるとパーティクルは減少しな
い。これは、シリコン基板や石英基板は塩素系ガスや臭
素系ガスにある程度エッチングされるため、その反応性
物がチャンバ内に付着して逆にパーティクル源となるか
らである。

【００７９】次いで、図３のＳ１に戻って例えば1ロッ
ト処理を行った後、Ｓ２に進んで再度第１のドライクリ
ーニングを行い、続いてＳ３に進んで再度第２のドライ
クリーニングを行う。このようにして、所定数のロット
（例えば２０〜３０ロット）のエッチングを行った後
に、ドライエッチング装置１のチャンバ３１を大気に開
放してチャンバ３１の内壁、防着板３４及び石英板３４
ａなどを薬品によりウェットクリーニングを行うように
すればよい。

【００８０】以上のようにして、本実施形態のドライク
リーニング方法を実施することができる。

【００８１】本願発明者は、前述した実施形態のドライ
クリーニング方法の効果を確認するため、パーティクル
数のウェハ処理枚数依存性を調査した。図７は本発明の
実施形態のドライクリーニング法を行ったときのパーテ
ィクル数のウェハ処理枚数依存性を示すものである。パ
ーティクルチェックの方法は、パーティクルチェック用
のシリコン基板をチャンバ３１の静電チャック３２ｂ上
に搬送し、アルゴンプラズマを生成させ、シリコン基板
をアンロードした後に、パーティクル測定機によりシリ
コン基板上に付着したパーティクル（径が０．２μｍ以
上）の数をカウントした。

【００８２】図７の横軸のウェーハ処理枚数が０枚のデ
ータは、ドライエッチング装置１のチャンバ３１内、防
着板３４及び石英板３４ａなどをウェットクリーニング
した後にパーティクルチェックを行った結果であって、
エッチング処理を行なう前に１６０個のパーティクルが
カウントされた。

【００８３】続いて、所定の被エッチングウェハを所定
のエッチング条件によって２５枚単位で連続してウェハ
をエッチングし、その後に前述した本実施形態の第１及
び第２のドライクリーニング方法を実行した後にパーテ
ィクルチェックを行った。続いて、それをトータル枚数
２７５枚処理するまで繰り返してパーティクル数の推移
を調査した。

【００８４】２５枚処理後から１００枚処理後までは１
００〜２００個のパーティクルがカウントされた。１２
５枚処理後から２７５枚処理後までは２５個から１００
個程度のパーティクルがカウントされた。

【００８５】以上にように、２７５枚のウェハを処理し
てもパーティクル数が２００個以下であり、本実施形態
のドライクリーニング方法がパーティクルの発生を抑制
する効果が高いことが確認された。

【００８６】なお、ドライクリーニング基板としてアル
ミナ基板を使用し、かつバイアス用電力を印加しないで
第１のドライクリーニングを行ったところ、１００００
個以上のパーティクルがカウントされた。

【００８７】次に、ドライクリーニング用基板としてア
ルミナ基板の代わりに石英基板を用いた場合にパーティ
クル数がどのように推移するか確認した。図８はドライ
クリーニング用基板として石英基板を用いた場合のパー
ティクル数のウェハ処理枚数依存性を示すものである。

【００８８】アルミナ基板の代わりに石英基板を用い
て、上記図７におけるパーティクル数のウェハ処理枚数
依存性で行った実験方法と同様な方法により、パーティ
クル数のウェハ処理枚数依存性を調査した。なお、第２
のドライクリーニング（シーズニング）を行わない条件
とした。

【００８９】図８に示すように、全体的にみると、アル
ミナ基板を用いた場合と違って、ウェハの処理枚数が増
加するに従ってパーティクル数が増加する傾向がある。
ウェハを７５枚処理した時点でパーティクル数が１００
０個を超え、続いてウェハを２００枚処理した以降はパ
ーティクル数が１００００個以上にもなる。前述したよ
うに、石英基板はＳＦ₆などのフッ素系ガスに容易にエ
ッチングされるため、その反応生成物がチャンバ内に付
着することに起因してパーティクルが増加するものと推
定される。

【００９０】次に、ＳＦ₆を用いた第１のドライクリー
ニング条件でのシリコン酸化膜のエッチングレートを調
査した。本実施形態では第１のドライクリーニングでバ
イアス電力を印加するようにしたので石英のエッチング
レートが上昇する傾向がある。図１に示すドライエッチ
ング装置１では、チャンバ３１の上部に石英板３４ａが
存在し、またエンドポンイトディテクター（ＥＰＤ）が
プラズマの発光をモニターするためにチャンバ３１の反
応室３１ａの側壁部にはＥＰＤ用窓が設けられ、この窓
には石英ガラスが設置されている。

【００９１】このため、本実施形態のドライクリーニン
グ方法でのこれらの石英の消耗性を予測するため、シリ
コン酸化膜が形成されたシリコン基板をＥＰＤ窓の近傍
部と反応室３１ａの排気室３１ｂ側の領域に設置して各
種のクリーニング条件でのシリコン酸化膜のエッチング
レートを調査した。図９は本発明の実施形態に係る各種
ドライクリーニング条件でのシリコン酸化膜のエッチン
グレートを示すものである。

【００９２】図９に示すように、リファレンス条件（バ
イアス用電力印加なし）では、シリコン酸化膜のエッチ
ングレートは、ＥＰＤ窓の近傍で５０ｎｍ／ｍｉｎ程
度、排気室側で５５ｎｍ／分程度であった。

【００９３】バイアス用電力印加有りの条件１では、Ｅ
ＰＤ窓の近傍で６２ｎｍ／ｍｉｎ程度、排気室側で１１
５ｎｍ／分程度に上昇した。また、条件１に対してＳＦ
₆の流量を５５０ｓｃｃｍに増加させ、圧力を５Ｐａに
上げた条件２では、ＥＰＤ窓の近傍で５０ｎｍ／ｍｉｎ
と変化がなく、また排気室側では９０ｎｍ／ｍｉｎであ
った。

【００９４】さらに、条件２に対してＳＦ₆の流量を８
５０ｓｃｃｍに増加させ、圧力を７Ｐａに上げた条件３
では、ＥＰＤ窓の近傍で８０ｎｍ／ｍｉｎに上昇し、ま
た排気室側で１２２ｎｍ／ｍｉｎ程度に上昇した。

【００９５】また、条件３に対してＳＦ₆の流量を１１
００ｓｃｃｍに増加させ、圧力を１０Ｐａに上げた条件
４では、ＥＰＤ窓の近傍で９４ｎｍ／ｍｉｎ程度にさら
に上昇し、また排気室側では１３２ｎｍ／ｍｉｎ程度に
さらに上昇した。

【００９６】以上にように、バイアス用電力を印加する
とシリコン酸化膜のエッチングレートが上昇する傾向が
あるが、リファレンス条件（バイアス電力印加なし）に
比べて石英の消耗が著しく激しくなるほどの大幅なエッ
チングレートの上昇は起こらないことが分かった。つま
り、本実施形態のドライクリーニング方法を適用するこ
とによってドライエッチング装置１の石英治具の交換頻
度が頻繁になるなどの不具合は発生しない。

【００９７】（付記１） 所定のガス雰囲気にプラズマ
生成用高周波電力とバイアス用電力とを印加してプラズ
マを生成してエッチングを行うタイプのドライエッチン
グ装置のドライクリーニング方法であって、少なくとも
プラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコンカーバ
イドからなるドライクリーニング用基板を、前記ドライ
エッチング装置のチャンバ内の基板載置部上に載置し、
第１クリーニング用ガスを前記チャンバに導入し、前記
プラズマ生成用高周波電力と前記バイアス用高周波電力
とを印加することにより前記プラズマを生成して第１の
ドライクリーニングを行うことを特徴とするドライクリ
ーニング方法。

【００９８】（付記２） 前記ドライクリーニング用基
板は、半導体基板、導電性基板及び絶縁性基板の群から
選択される基板と、前記基板の上に形成されたアルミナ
膜又はシリコンカーバイド（ＳｉＣ）膜とを有すること
を特徴とする請求項１に記載のドライクリーニング方
法。

【００９９】（付記３） 前記ドライクリーニング用基
板の前記プラズマに曝される部分以外の主要部は、半導
体又は導電体からなることを特徴とする付記１に記載の
ドライクリーニング法。

【０１００】（付記４） 前記ドライクリーニング用基
板の前記プラズマに曝される部分以外の主要部は、絶縁
体からなることを特徴とする付記１に記載のドライクリ
ーニング法。

【０１０１】（付記５） 前記第１クリーニング用ガス
は、フッ素原子を含むガスであることを特徴とする付記
１乃至４のいずれか一項に記載のドライクリーニング方
法。

【０１０２】（付記６） 前記第１のドライクリーニン
グを行った後に、前記第１クリーニング用ガスと異なる
第２クリーニング用ガスのプラズマで第２のドライクリ
ーニングを行うことを特徴とする付記１乃至５のいずれ
か一項に記載のドライクリーニング方法。

【０１０３】（付記７） 前記第２クリーニング用ガス
は、塩素原子を含むガス又は臭素原子を含むガスである
ことを特徴とする付記６に記載のドライクリーニング方
法。

【０１０４】（付記８） 半導体基板、導電性基板及び
絶縁性基板の群から選択される基板と、前記基板の上に
形成されたアルミナ膜又はシリコンカーバイド膜とを有
することを特徴とするドライクリーニング用基板。

【０１０５】（付記９） 前記基板は、シリコンからな
る前記半導体基板又は金属からなる前記導電性基板であ
ることを特徴とする付記８に記載のドライクリーニング
用基板。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ドライクリーニングを行う際に、プラズマに曝される部
分がアルミナ又はシリコンカーバイドからなるドライク
リーニング用基板をチャンバ内の基板載置部上に載置し
てプラズマ生成用の高周波電力を印加してプラズマを生
成させるたけではなく、クリーニング用基板側にバイア
ス用電力を印加した状態でドライクリーニングを行うよ
うにしている。

【０１０７】このため、たとえチャンバ内に付着した堆
積物がドライクリーニング用基板上に再付着するとして
も、イオンのスパッタ作用によって再付着した堆積物を
除去することができる。しかも、ドライクリーニング用
基板のプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリコン
カーバイド（ＳｉＣ）のようにドライクリーニング用ガ
スのプラズマで殆どエッチングされない特性を有するも
のからなるようにしたため、シリコン基板や石英基板な
どと違って、その反応生成物がチャンバ内に堆積してパ
ーティクルの発生原因となる恐れもない。

【０１０８】このようにすることにより、ドライエッチ
ング装置のチャンバ内に付着した堆積物を効率よく除去
してパーティクルを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施形態のドライクリーニング
方法に用いられるドライエッチング装置を示す断面図で
ある。

【図２】図２はＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタを形成
する工程に図１のドライエッチング装置を適用した例を
示す断面図である。

【図３】図３は本発明の実施形態のドライクリーニング
方法に係る工程フローチャートを示すものである。

【図４】図４（ａ）は反応室の防着板や石英板に堆積物
が付着した様子を示す断面図、図４（ｂ）は反応室内が
ドライクリーニングされる様子を示す断面図である。

【図５】図５は本発明の実施形態のドライクリーニング
用基板の第１例を示す断面図である。

【図６】図６は本発明の実施形態のドライクリーニング
用基板の第２例を示す断面図である。

【図７】図７は本発明の実施形態のドライクリーニング
方法を行ったときのパーティクル数のウェハ処理枚数依
存性を示すものである。

【図８】図８はドライクリーニング用基板として石英基
板を用いた場合のパーティクル数のウェハ処理枚数依存
性を示すものである。

【図９】図９は本発明の実施形態のドライクリーニング
方法におけるシリコン酸化膜のエッチングレートを示す
ものである。

【符号の説明】

１…ドライエッチング装置、１２…絶縁膜、１４…第１
金属膜、１６…強誘電体膜、１８…第２金属膜、２０…
マスク、２１…堆積物、２３…絶縁性基板、２４…アル
ミナ膜（又はＳｉＣ膜）、２５…導電性基板（又は半導
体基板）、２６，２６ａ…ドライクリーニング用基板、
３０…半導体基板、３１…チャンバ、３１ａ…反応室、
３１ｂ…排気室、３１ｘ…排出管、３２…ウェハステー
ジ、３２ａ…ヒータ、３２ｂ…静電チャック、３３…バ
イアス用高周波電源、３４…防着板、３４ａ…石英板、
３４ｂ…開口部、３４ｃ…シャッタ、３４ｄ…ウェハ搬
送口、３５…高周波電源、３６…アンテナコイル、３７
…ゲートバルブ、３８…ロードロック室、４０…ガス導
入管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小室 玄一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 遠藤 光広 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 株式会社アル バック内 (72)発明者 平井 直樹 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 株式会社アル バック内 Ｆターム(参考） 5F004 AA15 BA14 BA20 DA00 DB13 EB08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のガス雰囲気にプラズマ生成用高周
   波電力とバイアス用電力とを印加してプラズマを生成し
   てエッチングを行うタイプのドライエッチング装置のド
   ライクリーニング方法であって、 少なくともプラズマに曝される部分がアルミナ又はシリ
   コンカーバイドからなるドライクリーニング用基板を、
   前記ドライエッチング装置のチャンバ内の基板載置部上
   に載置し、第１クリーニング用ガスを前記チャンバに導
   入し、前記プラズマ生成用高周波電力と前記バイアス用
   高周波電力とを印加することにより前記プラズマを生成
   して第１のドライクリーニングを行うことを特徴とする
   ドライクリーニング方法。
2. 【請求項２】 前記ドライクリーニング用基板の前記プ
   ラズマに曝される部分以外の主要部は、半導体又は導電
   体からなることを特徴とする請求項１に記載のドライク
   リーニング法。
3. 【請求項３】 前記第１クリーニング用ガスは、フッ素
   原子を含むガスであることを特徴とする請求項１又は２
   に記載のドライクリーニング方法。
4. 【請求項４】 前記第１のドライクリーニングを行った
   後に、前記第１クリーニング用ガスと異なる第２クリー
   ニング用ガスのプラズマで第２のドライクリーニングを
   行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に
   記載のドライクリーニング方法。
5. 【請求項５】 半導体基板、導電性基板及び絶縁性基板
   の群から選択されるいずれかの基板と、 前記基板の上に形成されたアルミナ膜又はシリコンカー
   バイド膜とを有することを特徴とするドライクリーニン
   グ用基板。