JP2004111731A

JP2004111731A - プラズマ処理装置のクリーニング方法

Info

Publication number: JP2004111731A
Application number: JP2002273527A
Authority: JP
Inventors: Toru Kuzuhara; 葛原　徹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】プラズマエッチング処理後に、反応室内の反応物を容易に除去できるプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供すること。
【解決手段】反応室１１内に配置された被エッチング部材１７に対し、ＳｉＣｌ_４またはＢＣｌ_３を用いてプラズマエッチング処理する第１工程と、この第１工程の後、反応室１１内に、少なくとも酸素を含むガスのプラズマを導入する第２工程とからなっている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置を微細加工するエッチング処理では、異方性エッチングや選択性エッチングが可能な、プラズマガスを用いるプラズマエッチングが広く利用されている。しかし、プラズマエッチングの場合、良好な再現性を得るためには、プラズマエッチングを行う反応室の状態を一定に保つ必要がある。
【０００３】
たとえば、プラズマエッチングを行った場合、反応室内に反応物が生成し、その反応物が反応室の壁面などに付着あるいは堆積して、反応室の状態を変化させる。特に、ダメージフリーエッチングのように印加する高周波電力が小さい場合は、プラズマが反応室の変化の影響を受けやすい。そのため、反応物の堆積量が増えると、プラズマが変化し異常エッチングを発生させる原因になる。また、加工寸法がサブミクロン程度になると、エッチング中に生成する微細物の影響も無視できなくなる。
【０００４】
したがって、プラズマエッチングでは、反応物の堆積を最小限に抑えないと、製品歩留まりや信頼性の確保が困難になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、プラズマエッチングによって生成する反応物を少なくし、反応室の状態を一定に保つ方法として、拭き取り処理による機械的クリーニング、あるいは、プラズマを用いたプラズマケミカルクリーニングなどが採用されている。
【０００６】
機械的クリーニングは、反応室を大気開放し、純水やＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を含ませた綿などを用いて、反応室内部を機械的に拭き取って反応物を除去する方法である。
【０００７】
この方法は、反応室を大気開放した際に水分が残っていると、エッチングが安定しないため、水分の除去に時間がかかりメンテナンス時間が長くなるという問題がある。また、半導体装置をエッチングする場合、塩素（Ｃｌ）などの腐蝕性の強いプロセスガスが使われるため、大気開放を頻繁に行うと、真空装置内部にダメージを与えるという問題がある。
【０００８】
もう１つのプラズマケミカルクリーニングは、ＳＦ_６やＮＦ_３、ＣｒＦ_３、Ｃｌ_２、ＨＣｌなどのプラズマを用いて、ドライクリーニングにより反応室内の反応物を除去する方法である。
【０００９】
この方法は、大気開放を伴わないため、メンテナンスに要する時間が短く、簡便に行えるという利点がある。しかし、除去できる反応物の種類が限られるという問題、あるいは、クリーニングの際に生成したプラズマが反応室内に付着し、反応室の状態を変化させるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記した欠点を解決し、プラズマエッチング処理後に、反応室内の反応物を容易に除去できるプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、反応室内に配置された半導体装置に対し、ＳｉＣｌ_４またはＢＣｌ_３を用いてプラズマエッチング処理する第１工程と、この第１工程の後、前記反応室内に、少なくとも酸素を含むガスのプラズマを導入する第２工程とからなっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、プラズマエッチング装置の概略の構造を示し、反応室１１に、たとえば１つのガス導入口１２および２つの排気口１３ａ、１３ｂが設けられ、その内部に、第１高周波電極板１４ａおよび第２の高周波電極板１４ｂが対向して配置されている。第１高周波電極板１４ａはマッチング回路１５を経て高周波電源１６に接続され、第２高周波電極板１４ｂは接地されている。第１高周波電極板１４ａには被エッチング部材１７たとえば半導体装置が搭載されている。
【００１３】
上記した構成において、ガス導入口１２からＳｉＣｌ_４が導入され、また高周波電源１６から第１高周波電極板１４ａに高周波信号が供給される。このとき、反応室１１内部にプラズマが生成され、ラジカルの作用で被エッチング部材１７がエッチングされる。
【００１４】
ここで、被エッチング部材１７の一例を図２の断面図で説明する。ＧａＡｓ基板２１上に、バッファ層２２およびｎ−ＧａＡｓ層２３、Ａｌ０．２　Ｇａ０．８　Ａｓ層２４、ＧａＡｓキャップ層２５からなるヘテロ構造がＭＢＥ法などの結晶成長法によって形成されている。また、ＧａＡｓキャップ層２５の所定位置を選択除去するために、ＧａＡｓキャップ層２５上にレジストマスク２６が形成されている。
【００１５】
上記した被エッチング部材１７に対し、ＳｉＣｌ_４とフロン系ガスたとえばＳＦ_６との混合ガスを用いて、ＧａＡｓ層２５／Ａｌ０．２　Ｇａ０．８　Ａｓ層２４の選択エッチングを行い、ＧａＡｓキャップ層２５の一部を選択的に除去する。
【００１６】
この場合のエッチング条件は、たとえば圧力＝２Ｐａ、高周波の周波数＝１３．５６ＭＨｚ、高周波の電力密度＝０．０７５Ｗ／ｃｍ^２、ＳｉＣｌ_４の導入量＝５０ｓｃｃｍ、ＳＦ６　の導入量＝５ｓｃｃｍとなっている。
【００１７】
上記の条件で、Ａｌ０．２　Ｇａ０．８　Ａｓ層２４上のＧａＡｓキャップ層２５（厚さ：１２０ｎｍ）を選択的に除去するエッチング処理を、２５％オーバーエッチングで繰り返し行った。この処理で、反応室１１内部に、ＳｉＣｌ_４やＳＦ_６、ＧａＡｓ、レジストを主成分とする反応物が生じた。これらの反応物の堆積が過度に進行すると、高周波電極板１４ａ、１４ｂや反応室１１内壁が茶色に変化し、反応物が目視で認識できる程度になる。
【００１８】
この程度では、逆スパッタで微細物が生成して被エッチング部材に付着し、エッチング不良が発生する。また、ダメージフリーエッチングのように印加する高周波電力が小さい場合は、プラズマの再現性が低下する。
【００１９】
そこで、エッチング不良やプラズマの再現性低下を防止するために、上記したエッチング処理後に、クリーニング処理が行われる。たとえばガス導入口１２から反応室１１内に酸素ガスのプラズマを導入し、反応物と酸素プラズマを反応させ、高周波電極板１４ａ、１４ｂや反応室１１内に堆積した反応物や残留ガスを反応室１１から除去する。このとき、ＳｉＣｌ_４と酸素ラジカルが激しく反応し、ＳｉＣｌ_ｘを含んだ物質やガスが効果的に除去される。
【００２０】
このクリーニング処理の条件は、たとえば、圧力＝１Ｐａ、高周波の周波数＝１３．５６ＭＨｚ、高周波の電力密度＝０．５／ｃｍ^２、Ｏ_２の導入量＝５０ｓｃｃｍとなっている。
【００２１】
次に、エッチング処理を連続して行った場合のエッチングレートの変化について図３を参照して説明する。図３の横軸はエッチング回数、縦軸はＧａＡｓのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を示し、ここでは、１回の処理で４インチウエハを一枚ずつ１２枚連続して処理し、その処理を繰り返し行った場合のＧａＡｓエッチングレートの変化を示している。なお、エッチングレートが２００ｎｍ／ｍｉｎを超えた段階で反応室を大気開放し、純水を含ませた綿で反応室内部を拭き取り処理している。
【００２２】
酸素ガスによるプラズマクリーニング処理を行わなかった場合（◆印）は、３回程度でエッチングレートが上昇を始め、７回目前後で２倍程度に達している。エッチングレートが２００ｎｍ／ｍｉｎを超えた段階で、反応室内部を綿で拭き取り処理すると、綿は茶色に着色した。またリトマス試験紙による判定では弱酸性を示した。その後、繰り返し拭き取り処理を行い、反応物を十分に除去し、エッチング処理を再開すると、エッチングレートは１００ｎｍ／ｍｉｎ前後に復帰した。
【００２３】
一方、酸素ガスによるプラズマクリーニング処理を行った場合（■印）は、２０回以上行ってもエッチングレートの変動は２０％以下と小さく、大気開放によるメンテナンスが不要になっている。たとえば、２１回目のエッチングが終了した時点で、反応室を大気開放して内部を検査し、純水を含ませた綿で拭き取り処理をしても、目視で観察できるような汚れはなく、また、リトマス試験紙による判定でも変化が見られなかった。
【００２４】
上記の実施形態はＳｉＣｌ４　を用いてプラズマエッチングする場合である。しかし、ＢＣｌ_３も酸素プラズマと高い反応性をもつため、ＢＣｌ_３を用いたプラズマエッチングの場合も、ＳｉＣｌ_４の場合と同様の効果が得られる。
【００２５】
また、クリーニング処理に用いた酸素ラジカルは、その後、ＳｉＣｌ_４やＢＣｌ_３のガスによるクリーニング処理を行えば効果的に除去できる。
【００２６】
なお、酸素プラズマクリーニング処理の際に酸素が残っても、その後のエッチング処理に使用されるプロセスガスたとえばＳｉＣｌ_４やＢＣｌ_３で容易に除去される。したがって、残留する酸素がエッチング処理に影響するようなことはない。また、大気開放しないため、大気中の水分の影響を受けることがなく、エッチング不良や装置の腐蝕が防止される。
【００２７】
上記した方法は、ＳＦ_６を用いたプラズマ処理などに比較すると、反応室の状態変化が小さい。したがって、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓＰなどのように、少なくともＧａＡｓおよびＩｎＰのいずれかが含まれる半導体層をもつヘテロ構造を、比較的小さな高周波電力を用いて選択リセスエッチングする場合などに有効である。
【００２８】
また、選択エッチングでは、比較的蒸気圧の低い化合物たとえば弗化物を生成させる関係から、プロセスガスとしてフロン系ガスを用いることが多い。酸素プラズマはフロン系ガスの除去にも有効で、この発明の方法はフロン系ガスが含まれる選択エッチングに対しても適用できる。
【００２９】
上記した方法によれば、ＳｉＣｌ_４あるいはＢＣｌ_３とフロン系ガスなどを用いてプラズマエッチング処理した後に、酸素ガスによるプラズマクリーニング処理を行い、反応室内で生成される反応物や反応室内に残留するプロセスガスを除去している。したがって、反応室の状態を一定に維持することが容易になる。
【００３０】
その結果、大気開放を伴う拭き取り洗浄などが不要となり、あるいは、拭き取り洗浄の間隔を伸ばすことができ、さらにメンテナンス時間が短縮し、製品歩留まりや信頼性の向上した半導体装置を提供できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマエッチング処理後に、反応室内の反応物を容易に除去できるプラズマ処理装置のクリーニング方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するためのエッチング装置の断面図である。
【図２】本発明が適用される被エッチング試料の断面図である。
【図３】本発明によるエッチング回数とＧａＡｓエッチングレートの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…反応室
１２…ガス導入口
１３ａ、１３ｂ…排気口
１４ａ、１４ｂ…高周波電極板
１５…マッチング回路
１６…高周波電源
１７…被エッチング部材

Claims

反応室内に配置された半導体装置に対し、ＳｉＣｌ_４またはＢＣｌ_３を用いてプラズマエッチング処理する第１工程と、この第１工程の後、前記反応室内に、少なくとも酸素を含むガスのプラズマを導入する第２工程とからなることを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
第１工程のプラズマエッチング処理に、フロン系ガスが含まれている請求項１記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法。
半導体装置が、少なくともＧａＡｓおよびＩｎＰのいずれかを含む半導体層を有する請求項１記載のプラズマ処理装置のクリーニング方法。