JP2005354048A

JP2005354048A - アルゴン希釈剤と一緒に高圧ｆ２プラズマを用いる高速エッチング

Info

Publication number: JP2005354048A
Application number: JP2005139393A
Authority: JP
Inventors: Graham Mcfarlane; グラハム・マクファーレイン; Richard Hogle; リチャード・ホグル; Christopher Bailey; クリストファー・ベイリー
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2005-12-22
Also published as: SG117585A1; TW200609986A; EP1596419A3; US20060016459A1; EP1596419A2

Abstract

【課題】高圧条件下で行われる場合に特に有効である堆積チャンバ洗浄プロセスにおけるF₂の使用を提供する。高速エッチング速度における基板エッチング又はウェハ薄層化処置を行うために、高圧下でのF₂の使用を提供する。
【解決手段】アルゴン源２０１、F₂源２０２、真空ポンプ２０５、バルブ２０６及び圧力トランスデューサー２０７を用いて制御されるプロセスチャンバ２０４に接続されている装置本体の圧力を、最初に約０．５〜３Ｔｏｒｒに設定し、アルゴンプラズマ放電を開始する。次いでF₂源２０２F₂を導入、F₂フローをプロセスチャンバ２０４の寸法に基づいて増加させる。アルゴンフローはF₂流量の３〜１０倍に維持し、プロセスチャンバ２０４の圧力を３０〜３００Ｔｏｒｒの間まで増加させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルゴン希釈剤と一緒に高圧F₂プラズマを用いる高速エッチングに関する。

半導体製品は、一般に、真空チャンバ内で半導体層を基板上に堆積又は選択的にエッチングするためにガスを用いる、バッチ処理工程により製造される。これら堆積及びエッチングプロセスからの化学副産物及び未使用の試薬のほとんどは、真空ポンプによってチャンバから排出される。しかし、いくらかの残渣は不可避的に、真空チャンバの内壁に沈着し、堆積する。装置の歩留まり及び品質を高めるために、残渣を定期的にチャンバから取り除かなければならない。通常、残渣は、フッ素含有洗浄ガスを含有するガス混合物を用いて取り除かれる。通常、洗浄ガスはアルゴン又はヘリウムで希釈されている。

真空蒸着チャンバ洗浄の公知の一方法は、NF₃プラズマで作用するリモートプラズマ源（RPS）技術を利用することである。標準RPS装置及び方法は、図１に示す。図１において、NF₃及び希釈剤ガス（図においてはAr）のフロー10は、RPS20（NF₃流入ガスを効率的に解離させて原子状フッ素を製造するためにローフィールドトロイダルプラズマ技術（low-field-toroidal plasma technology）を用いるMKS Instruments AstronRシリーズなど）に入る。原子状フッ素30は、真空チャンバ40に移され、ここで、真空チャンバの内壁上の望ましくない残渣と化学的に反応して、揮発性化合物50を形成し、揮発性化合物50はポンプ60及び排気流70を含む真空系を介してチャンバから取り除かれる。

図１に示す装置を用いる場合、プラズマは最初に純アルゴンで点火され、次いで、NF₃が1〜10slpmのフロー範囲で添加される。圧力は一定に維持され、洗浄は、NF₃フローと種々のレベルのアルゴンとを含む一定フロー条件にて行われる。通常、アルゴン流量はNF₃流量よりも少ない。

NF₃を用いる一つの欠点は、典型的な10kw RPSシステム内で約20Torrよりも高い圧力ではNF₃プラズマを点火することができないことである。文献では最大10Torrの圧力を用いることができることが示唆されているが、RPSシステムは、NF₃を用いる商業的用途において、通常は5Torr未満で作用し、通常は0.5〜3Torrの範囲で作用する。したがって、上述の商業的運転に対するエッチング速度は、比較的低レベルに限定される（詳細は後述する）。

さらに、NF₃は費用がかかる。したがって、特に、300mmウェハ処理又はフラットパネルディスプレイ製造用に用いられる大きな成膜システムは、NF₃の多量の消費を必要とし、洗浄プロセスは、最終デバイスの費用の大きな割合を占めるであろう。

当該技術分野には、PECVDチャンバ洗浄分野での改良に対する必要性が残っている。

本発明は、堆積チャンバ洗浄のプロセスにおいてF₂を用いることを提供する。
本発明は、さらに、高圧下で且つ希釈ガスの存在下で、F₂を用いて堆積チャンバを洗浄する方法を提供する。

本発明は、さらに、高圧下でF₂を用いて、高いエッチング速度にて基板エッチング又はウェハ薄層化処置を行う方法を提供する。
本発明は、高圧条件下で運転する場合に特に有効な堆積チャンバ洗浄プロセスにおいてF₂を用いる方法を提供する。電解発生装置（BOC Edwards Generation-Fシリーズなど）からのF₂は、特に堆積チャンバ洗浄用途に用いる場合に、NF₃に対する低コスト代替品である。本発明によれば、高圧下でF₂を用いることによって、非常に高いエッチング速度が達成され得る。さらに、本発明は、多量のアルゴンで希釈されたF₂を用いることによって、なお一層高いエッチング速度を達成することができることを開示する。本発明によるいくつかの試験の結果を下記Table 1及びTable 2に示す。

本発明によれば、F₂は、典型的なRPSシステムにおいて、NF₃よりももっと広いオペレーティングウィンドウ（operating window）を有することが開示される。例えば、MKS Astronex RPSは、8kW以下のパワードロー（power draw）規定限界を有する。この限界には、6slm及び17.5TorrでNF₃を用いる場合に到達する。対比して、F₂を用いると、この限界には18slm及び100Torrで運転する場合であっても到達しない。化学量論的に等しい流量、同様のシステム圧力を用いて、Ar希釈剤を用いないエッチング速度試験において、NF₃又はF₂を用いる場合にエッチング速度における統計学的に有意な差はなかった。このことは、下記Table 1にまとめた実験データに示されている。

本発明では、チャンバ圧力が上昇すると、F₂及びNF₃の両者に対するエッチング速度は早くなったが、F₂に対するエッチング速度はNF₃に対するエッチング速度よりも大幅に高かったことがわかった。特に、NF₃を用いる場合には、約80 nm/secの最大エッチング速度が観察され、一方、最大約170 Torrの圧力でF₂を用いることにより、250 nm/secよりも早いエッチング速度を達成することが可能である。

さらに、異なるアルゴン希釈度でF₂を用いる効果を試験した。本発明によれば、アルゴン含量を増加させることにより、より早いエッチング速度が可能であることがわかった。下記Table 2は、実験結果のいくつかを含む。

さらに、正確な手順に従う場合には、F₂は170 Torrまでプラズマを維持できることを開示し、もっと高い圧力でさえも可能であり得ることは明らかである。本発明により規定されるようにF₂を用いることにより増加した有効性は、干渉計での試験を行うことにより示された。ウェハから335nmの物質を除去するためにかかった時間の長さは、３種の異なる条件で測定した。最初に、NF₃を2 slpmでアルゴン希釈剤を用いずに、約3 Torrで行う標準プロセスは、約11 nm/secのエッチング速度であった。次に、NF₃を2 slpmで20 Torrの高められた圧力で6 slpmアルゴンのアルゴンフローで行うプロセスは、約78 nm/secのエッチング速度であった。最後に、本発明により達成することができたもっと早いエッチング速度は、F₂を3 slpmで170 Torrで20 slpmのアルゴンフロー（例えば、アルゴン中約13% F₂）でのプロセスを行うことで、約288 nm/secのエッチング速度を得られたことがわかった。

上記は、堆積洗浄操作中にF₂を用いることで効率が増加したことを明らかに示すが、本発明は、さらに、高速エッチング速度で基板エッチング又はウェハ薄層化処置を行うために高圧下でF₂を用いる方法を提供する。

エッチングチャンバへのF₂の導入方法は、重要な検討事項である。特に、加熱されたチャンバへのF₂の直接導入は、F₂ガスの反応性ゆえに、チャンバ構成要素に損傷を引き起こしかねない。したがって、F₂の導入前にチャンバを冷却することが必要である。これは処理時間を遅延させ、全体の製造コストを上昇させる。

これらの問題を解決する一つの方法は、下記工程を含むF₂を熱的に活性化させるプロセスを行うことである。（a）F₂ガスと予熱した不活性ガスとを反応させてガス状混合物を形成させる工程；及び（b）ガス状混合物をエッチングチャンバに通過させて所望のエッチングを行う工程。反応工程は、混合チャンバ内で行うことができ、ガス状混合物を創製し、次いで、さらに反応チャンバ内で、F₂ガスと予熱された不活性ガスとの間の適切な接触を確実に行わせる。不活性ガスは、好ましくはアルゴンであるが、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物などの他のガスでもよい。

上述のプロセスを行うシステムは、F₂ガスと予熱された不活性ガスとの反応を行わせてガス状混合物を形成することができる混合チャンバと；F₂ガスと加熱された不活性ガスとの間の適切な接触を確実にするため混合チャンバと気体連通する反応チャンバと、を具備し、このようなシステムはプロセスチャンバと気体連通している。

運転時に、予熱された不活性ガスは、典型的には、例えばニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせなどの微細分割された金属である熱伝導性物質の充填床を含む任意の不活性ガス供給配管を介して混合チャンバに供給される。特定のプロセスの汚染を考慮しない場合には、銅やアルミニウムの合金もまた用いることができる。不活性ガス供給配管は、不活性ガスを搬送することができる適宜の物質、例えば、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせから製造することができる。不活性ガス供給配管は、約1/2インチ（1.27cm）〜約2インチ（5.08cm）の直径、好ましくは約1/2インチ（1.27cm）〜約1インチ（2.54cm）の直径、より好ましくは約3/4インチ（1.91cm）の直径を有するものでよい。不活性ガスの流量は、約1 slpm〜約20 slpmであり、好ましくは1 slpm〜約10 slpmであり、より好ましくは約2 slpm〜約6 slpmである。不活性ガス供給配管は、不活性ガスを所望の温度、典型的には約400℃〜約650℃の温度まで予熱するヒータで包囲されていてもよい。ヒータは、適宜のヒータ、例えば、電気抵抗ヒータ、輻射ヒータ、ガス燃料燃焼ヒータ及び任意のこれらの組み合わせでよい。

F₂ガスはF₂入口配管を通して混合チャンバに導入される。F₂入口配管は、F₂ガスを搬送することができる適宜の物質、例えば、サファイア、濃密酸化アルミニウム、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）及びこれらの組み合わせから製造することができる。F₂入口配管は、約1/4インチ（0.64cm）〜約3/4インチ（1.91cm）の直径、好ましくは約1/4インチ（0.64cm）〜約1/2インチ（1.27cm）の直径を有する。F₂ガスの流量は約1 slpm〜約20 slpmであり、好ましくは約2 slpm〜約6 slpmである。

加熱された不活性ガス及びF₂ガスは、混合チャンバに流入して、ガス状混合物を形成する。この混合ガス流は、次いで、ニッケル、濃密酸化アルミニウム、サファイア、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム又はこれらの組み合わせなどのより高度に不活性である物質から構成される反応チャンバに流入する。好ましくは、反応チャンバは、フッ化アルミニウム不動態化層を形成する結晶酸化アルミニウム物質であるサファイアから構成される。F₂の反応性ゆえに有害性を回避するべく、反応チャンバを構成するために不活性物質を用いることは重要である。一実施形態において、サファイア内部配管はニッケル外部配管にシールされており、F₂ガスによる損傷のリスクなしにViton又はKlarezシールなどの通常のエラストマーシールを用いることが可能である。反応チャンバは、F₂ガスと加熱された不活性ガスとの間の適切な接触を確実にするような寸法とされており、例えば、反応チャンバは約1/2インチ（1.27cm）〜約1と1/2インチ（3.81cm）の直径を有し、好ましくは約1/2インチ（1.27cm）〜約1インチ（2.54cm）の直径を有する。

F₂と高温不活性ガスとの混合物は、次いで、洗浄剤又はエッチング剤として用いるために、プロセスチャンバへの出口配管を通して搬送される。出口配管は、熱的に活性化されたF₂ガスとの反応を避けるために不活性物質から構成されるべきである。出口配管として適切な不活性物質としては、反応チャンバを構成するために用いられる物質と同じ物質を挙げることができ、好ましくは内部がサファイアであるニッケル管である。

図２は、堆積チャンバのリモートプラズマ洗浄のためのフロースキーム及び手順を示す。このような洗浄は、SiO₂、窒化ケイ素、タングステン、窒化タングステン、ケイ化タングステン、ポリシリコンなどに対する実施の間に行うことができる。同様に、図３は、堆積チャンバのその場（in-situ）プラズマ洗浄のためのフロースキーム及び手順を示す。図４は、高圧でアルゴンを用いる高希釈条件下でF₂を用いることにより利益を享受する高速ウェハエッチング用のフロースキーム及び手順を示す。

より詳細には、図２に示したシステムは、アルゴン源201、F₂源202及び真空ポンプ205、バルブ206及び圧力トランスデューサー207を用いて制御されるプロセスチャンバ204に接続されているRPS203を含む。本発明により図２に示したシステムを運転する一つの方法は、以下のとおりである：
最初に、RPS203をトランスデューサー207で約0.5〜3 Torrに設定し、真空ポンプ205でバルブ206を制御して、アルゴン源201からのアルゴンフローを1〜2 slpmとする。

次いで、純アルゴンを用いてRPS203によりプラズマを開始させる。
次いで、F₂源202からF₂を導入して、流量ゼロから５秒間で1 slpmの増加以下の流量までゆっくりと増加させる（すなわち、2 slpmまでの増加のために少なくとも１０秒間を要するべきである）。これは、フッ素を添加しながらプラズマを発光状態にとどめることを補助する。

次いで、アルゴン流量を10〜20 slpmまで増加させるか、又は特定のプロセスに対する最終的なF₂ フローの3〜10倍の間まで増加させる。
アルゴンフローの上昇中又は後に、トランスデューサー207を用いて真空ポンプ205のバルブ206を制御することによって、プラズマを維持しながら、プロセスチャンバ204の圧力を30〜300 Torrの間まで増加させる。

F₂ フローをプロセスチャンバ204の寸法に基づいて全流量まで増加させる（例えば2〜200 slpm）。
アルゴンフローをF₂ 流量の3〜10倍に維持する。

上述の手順を用いて、プロセスチャンバ204は表面堆積物の汚れを落とすであろう。サイクルの最後に、F₂ フローは止められ、次いでRPS 203のプラズマ電流が止められ、最後にアルゴンフローが止められる。製造プロセスは続けられる。

図３は、図２に示したよりも非常に小さなシステムを表す。しかし、図２はリモートプラズマ源を用いるシステムを図示し、図３はその場（in-situ）洗浄用のシステムを図示する。特に、図３のシステムは、電極310及び320を有するプロセスチャンバ304に連結されているアルゴン源301及びF₂ 源を含み、プロセスチャンバは真空ポンプ305、バルブ306及び圧力トランスデューサー307を用いて制御されている。図３に示すシステムの本発明による運転方法の一つは、以下のとおりである：
最初に、アルゴン源301からのアルゴンフローを1〜2 slpmとして、真空ポンプ305のバルブ306を制御するトランスデューサー307で、プロセスチャンバ304を約0.5〜3 Torrに設定する。

次いで、純アルゴンを用いて電極310及び320によりプラズマを開始させる。
次いで、F₂ 源302からのF₂ を導入して、ゆっくりとフローがない状態から5秒ごとに1 slpm増加以下の速度で増加させる。（すなわち、2 slpmまでの上昇は少なくとも10秒でなされるべきである）。これは、フッ素を添加しながらプラズマを発光状態にしておくことを補助する。

次いで、アルゴン流量を10〜20 slpmまで増加させるか、又は特定のプロセスに対する最終的なF₂ フローの3〜10倍まで増加させる。
アルゴンフローの上昇中又は後で、トランスデューサー307を用いて真空ポンプ305のバルブ306を制御することによって、プラズマを維持しながら、プロセスチャンバ304の圧力を30〜300 Torrまで増加させる。

F₂ フローをプロセスチャンバ304の寸法に基づいて全流量まで増加させる（例えば2〜200 slpm）。
アルゴンフローをF₂ 流量の3〜10倍に維持する。

上述の手順を用いることにより、プロセスチャンバ304は表面堆積物の汚れを落とすであろう。サイクルの最後に、F₂ フローを止めて、次いで電極310及び320のプラズマ電流を止めて、最後にアルゴンフローを止める。製造プロセスは続けることができる。

図４は、高速ウェハエッチングを実施するためのシステムを示す。より詳細には、図４に示すシステムは、アルゴン源401、F₂ 源402、及び真空ポンプ405、バルブ406及び圧力トランスデューサー407を用いて制御されるプロセスチャンバ404に連結されているRPS403を含む。図４に示すシステムの本発明による運転方法の一つは、以下のとおりである：
最初に、アルゴン源401からのアルゴンフローを1〜2 slpmとして、真空ポンプ405のバルブ406を制御するトランスデューサー407でRPS403を約0.5〜3 Torrに設定する。

次いで、純アルゴンを用いてRPS403によりプラズマを開始する。
次いで、F₂ 源402からのF₂を導入し、フローのない状態から5秒ごとに1 slpm増加以下の速度でゆっくりと上昇させる（すなわち、2 slpmまでの上昇は少なくとも10秒かかる）。これは、フッ素を添加しながら、プラズマを発光状態にしておくことを補助する。

次いで、アルゴン流量を10〜20 slpmまで増加させるか、又は特定のプロセスに対する最終的なF₂ フローの3〜10倍まで増加させる。
アルゴンフローの上昇中又は後に、トランスデューサー407を用いて真空ポンプ405のバルブ406を制御することにより、プラズマを維持しながら、プロセスチャンバ404の圧力を30〜300 Torrまで増加させる。

F₂ フローをプロセスチャンバ 404の寸法に基づいて全流量まで増加させる（例えば2〜200 slpm）。
アルゴンフローをF₂ 流量の3〜10倍に維持する。

上述の手順を用いることにより、プロセスチャンバ404内で温度制御されたヒーター／クーラー420上に支持されているシリコンウェハ410は、所望の厚さに達するまでもしくは層除去が達成されるまでエッチングされるであろう。サイクルの最後に、F₂ フローを止めて、次にRPS 403上のプラズマ電流を止めて、最後にアルゴンフローを止める。製造プロセスは続けることができる。

本発明は、種々のプロセスにいくつかの利点を与え、種々の設備で実施することができる。本発明の一つの利点は、現存するハードウェア（設備）を上述の手順において使用することができるが、より高速の洗浄又はエッチング速度で用いることができることである。これは、堆積チャンバ洗浄のために、製造サイクルの非製造部分である洗浄時間を大幅に短縮することができ、したがって、装置全体のスループット（生産量）を増加させることができることを意味する。同様に、ウェハエッチングプロセスにとって、本発明により達成された高速のエッチング速度は、単位時間当たりに処理することができるウェハの数を増やし、したがって、処理及び設備の全体の費用を削減する。
［実験データ］
［実験1］−RPS運転限界
ニッケルで充填されているNW 100スプールピースに底部が連結されているNW40 ４方向管継手（クロス）、真空制御バルブ、NW100フレキシブルスプールピース及びBOCE Edwards QDP 80/500ドライポンプからなる真空系を組み立てた。４方向クロスの左側入口に連結されているのは、MKS Astronex リモートプラズマ源の出口であった。Astronexの入口側には、MFC制御されたAr及びNF₃ 又はF₂源のいずれかがあった。４方向クロスの頂部に組み込まれているのは、圧力トランスデューサーであり、左手側に表示域（viewpoint）がある。

Arの制御されたフローが確立され、プラズマが点火した。源ガス（NF₃ 又はF₂）の設定流量が確立され、Arフローを断続させた。システム内の圧力を真空制御バルブで、ベース（基準）からある最大値まで設定した。規則的な間隔及び計画された圧力にて、RPSから取り出された電力（kW）をFluke Model 41B 電力分析器で測定し記録した。圧力がRPS（10 kw）の最大電力を超過したとき、プラズマを消滅させた。このプロセスを数種の流量で繰り返して、データを集めた。

F₂用のRPSオペレーティングウィンドウ（operating window）（圧力、フロー）は、NF₃用のRPSオペレーティングウィンドウよりも非常に大きいことがわかった。F₂ についてでは18 slm及び100 Torrまで、8 kWのRPSパワードロー限界（power draw limit）は破られなかった。一方、NF₃ を用いると6 slm及び17.5 Torrでこの限界に達した。F₂ についてのこのデータは、現行のチャンバ洗浄の実際よりもより高い圧力及びフロー条件を表すが、さらに後述するように、これらの洗浄及びエッチング速度に与える影響について広いパラメータを調べた。
［実験2］−エッチング速度比較
４方向クロスを６方向クロスに置き換えた以外は実験１に記載した装置を用いた。取り外し可能な水冷ウェハ把持具を１個のポートに組み込んだ。把持具は、2μmのSiO₂で被覆されたウェハの小サンプルを保持するように設計されたものであった。反対側のポートには表示域（viewpoint）を組み入れた。簡易レーザー干渉計をこのポートを通して向けてエッチング速度を計測した。フロー及び圧力を以下に概略を説明するように操作して、エッチング速度を以下の態様で測定し記録した。波長670 nmのレーザーはSiO₂ 層に衝突し、層の頂部及び底部から反射した。反射した光の相によって、２個のビームが互いに強め合うか打ち消し合うであろう。エッチングプロセスは SiO₂ 層をより薄くするので、検出器からの信号はピークと谷を通って進むであろう。ピーク間又は谷間の時間を計測することで、エッチング速度（nm/s）を得る。各波長は、335 nm以下の厚みの変化を表す。この実験の結果は上記Table 1に示されている。

上記したように、この実験は、化学量論的に等しい流量、同様なシステム圧力を用いてAr希釈剤を用いなかった場合に、NF₃ 又はF₂ を用いた場合のエッチング速度に統計学的に有意な差がないことを示す。
［実験3］−最適化
最適化の間、エッチング速度を各項目において比較した。100%に対応するエッチング速度をすべての実験で観察された最も遅いエッチング速度として設定した。これは、圧力を5.5Torrに設定し、Ar / NF₃ 比を3に設定した場合のNF₃ に対する標準運転#2に対応する。最適化実験の結果をTables 3、4及び5に示す。

NF₃ に対する２種の結果は、Table 5に示した。なぜならNF₃ についての最適な結果はRPSがその規定限界以下で運転するポイントにて得られたからである。最適化中、統計学的DOEプロセスは以下のとおりであった。一定の化学量論的に等しい流量にて、システム圧力及びAr希釈剤の比率をTableに示すよう操作した。F₂ 用の広いオペレーティングウィンドウを利用して、NF₃について用いられる最適化変数の限界（limits of the optimization variables）を超えて、F₂ について、最適化変数の限界を拡大させた。Table 4に示されているように、最適エッチング速度は、NF₃ 及びF₂ の両者とも、比較的高圧で高いAr希釈剤比のときに見られる。しかし、F₂に対する最適エッチング速度は、NF₃に対する最適エッチング速度よりも少なくとも46%高い。 RPSの規定限界にて、F₂ の最適エッチング速度は、NF₃の最適エッチング速度よりも少なくとも78%高かった。

上記実験は、範囲が比較的狭いものであった。上述した他の実験において、170 Torr以下の圧力がF₂について可能であることが示された。300 Torr以下又は以上に高い圧力であっても可能であろうし、エッチング速度をさらに増加させることができると思われる。上記したように、アルゴンとF₂ との比は3：1〜10：1の範囲であってもよい。より好ましくは、4：1〜8：1 のAr：F₂ 比を本発明に従って用いることができる。より高い比率もまた可能であり、有用であろう。本発明にとって最も好ましいパラメータは、20 Torrを超える圧力及び4：1を超えるAr：F₂ 比であると現在のところ考えられる。

本発明は、堆積チャンバ洗浄の目的に対する高圧下でArなどのガスによる高い希釈率におけるF₂の使用を提供する。さらに、本発明により達成され得る非常に高いエッチング速度は、表面エッチング操作に用いることができる。

本明細書の記載及び実施例から、本発明の他の実施形態及び変形例は、当業者に容易に理解できることであるし、このような実施形態及び変形例も同様に本発明の範囲に含まれる。

図１は、従来技術において知られているRFP洗浄プロセス及び装置の概略代表図である。図２は、本発明による堆積チャンバのリモートプラズマ洗浄についてのスキーム及び手順を概略示すフロー図である。図３は、本発明による堆積チャンバのその場（in-situ）プラズマ洗浄のスキーム及び手順を示すフロー図である。図４は、本発明による高速ウェハエッチングのスキーム及び手順を示すフロー図である。

Claims

20 Torrよりも高い圧力にてF₂ プラズマを利用する堆積真空チャンバの洗浄方法。
前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項１に記載の方法。
アルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される希釈剤ガスを利用する、請求項１に記載の方法。
希釈剤ガス：F₂ の比は3：1〜10：1の範囲にある、請求項３に記載の方法。
希釈剤ガス：F₂ の比は4：1〜8：1の範囲にある、請求項４に記載の方法。
希釈剤ガス：F₂ の比は4：1であり、前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項５に記載の方法。
20 Torrよりも高い圧力にて、F₂ プラズマを利用して真空チャンバ内で基板をエッチングする方法。
前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項７に記載の方法。
アルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される希釈剤ガスを利用する、請求項７に記載の方法。
希釈剤ガス：F₂ の比は3：1〜10：1の範囲にある、請求項９に記載の方法。
希釈剤ガス：F₂ の比は4：1〜8：1の範囲にある、請求項１０に記載の方法。
希釈剤ガス：F₂ の比は4：1であり、前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項１１に記載の方法。
下記工程を含む堆積真空チャンバの洗浄方法：
第１の流量にて不活性ガスを混合領域に提供する工程；
前記不活性ガスを用いてプラズマを開始する工程；
F₂ ガスを第１流量にて前記混合領域に提供して、混合プラズマを発生させる工程；
前記不活性ガスの流量を第２流量まで増加させる工程；
前記混合プラズマを前記真空チャンバに導入する工程；
前記混合プラズマを維持しながら、前記真空チャンバの圧力を増加させる工程；
前記不活性ガスの前記流量を前記F₂の前記第２流量の3〜10倍の比率に維持しながら、前記F₂ の前記流量を第２流量まで増加させる工程；及び
前記真空チャンバを洗浄する工程。
前記混合領域はリモートプラズマ源である、請求項１３に記載の方法。
前記混合領域は前記真空チャンバ内にある、請求項１３に記載の方法。
前記不活性ガスはアルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１３に記載の方法。
前記F₂ の前記流量を増加させる工程は、前記流量を5秒ごとに1 slpm以下の速度で上昇させることを含む、請求項１３に記載の方法。
前記F₂ の前記第２流量は2〜200 slpmの範囲にある、請求項１３に記載の方法。
前記不活性ガスフローは、F₂ 流量の4〜8倍に維持される、請求項１３に記載の方法。
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜20 slpmの範囲にある、請求項１３に記載の方法。
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜10 slpmの範囲にある、請求項２０に記載の方法。
前記不活性ガスの前記流量は2 slpm〜6 slpmの範囲にある、請求項２１に記載の方法。
下記工程を含む真空チャンバ内で基板をエッチングする方法：
第１流量にて不活性ガスを混合領域に提供する工程；
前記不活性ガスを用いてプラズマを開始する工程；
第１流量にてF₂ ガスを前記混合領域に提供して、混合プラズマを発生させる工程；
前記不活性ガスの流量を第２流量まで増加させる工程；
前記混合プラズマを前記真空チャンバに導入する工程；
前記混合プラズマを維持しながら、前記真空チャンバの圧力を増加させる工程；
不活性ガスの前記流量を前記F₂の前記第２流量の3〜10倍の比率に維持しながら、前記F₂ の前記流量を第２流量まで増加させる工程；及び
前記基板をエッチングする工程。
前記混合領域はリモートプラズマ源である、請求項２３に記載の方法。
前記混合領域は前記真空チャンバ内にある、請求項２３に記載の方法。
前記不活性ガスは、アルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項２３に記載の方法。
前記F₂ の前記流量を増加させる工程は、前記流量を5秒ごとに1 slpm以下の速度で上昇させることを含む、請求項２３に記載の方法。
前記F₂ の前記第２流量は2〜200 slpmの範囲にある、請求項２３に記載の方法。
前記アルゴンフローは、F₂ 流量の4〜8倍に維持される、請求項２３に記載の方法。
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜20 slpmの範囲にある、請求項２３に記載の方法。
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜10 slpmの範囲にある、請求項３０に記載の方法。
前記不活性ガスの前記流量は2 slpm〜6 slpm の範囲にある、請求項３１に記載の方法。
下記を含む堆積真空チャンバを洗浄するシステム：
F₂ ガス源；
不活性ガス源；
前記F₂ ガス源及び前記不活性ガス源に連結されている混合チャンバであって、前記F₂ ガス及び前記不活性ガスが反応してガス状混合物を形成する混合チャンバ；
前記混合チャンバに連結されていて、前記ガス状混合物を受け入れるように構成されている真空チャンバ。
さらに、前記不活性ガス源と前記混合チャンバとの間に連結されている不活性ガス入口配管であって、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されている不活性ガス入口配管を具備する、請求項３３に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金及びこれらの組み合わせからなる群より選択される熱伝導性物質の充填床を含む、請求項３４に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜2インチ（5.08cm）の範囲にある直径を有する、請求項３４に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜1インチ（2.54cm）の範囲にある直径を有する、請求項３６に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項３７に記載のシステム。
さらに前記不活性ガス入口配管と連通しているヒータであって、電気抵抗ヒータ群、輻射ヒータ群、ガス燃焼ヒータ群及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるタイプであるヒータを具備する、請求項３４に記載のシステム。
さらに、前記F₂ ガス源及び前記混合チャンバの間に連結されているF₂ 入口配管であって、サファイア、濃密酸化アルミニウム、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されたF₂ 入口配管を具備する、請求項３３に記載のシステム。
前記 F₂ 入口配管は、1/4インチ（0.64cm）〜3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項４０に記載のシステム。
前記F₂ 入口配管は1/4インチ（0.64cm）〜1/2インチ（1.27cm）の範囲の直径を有する、請求項４１に記載のシステム。
さらに、前記混合チャンバ及び前記真空チャンバの間に連結されている出口配管を具備する、請求項３３に記載のシステム。
下記を含む真空チャンバ内で基板をエッチングするシステム：
F₂ ガス源；
不活性ガス源；
前記F₂ ガス源と前記不活性ガス源との間に連結されていて、前記F₂ ガス及び前記不活性ガスが反応してガス状混合物を形成する混合チャンバ；及び
前記混合チャンバに連結されていて、前記ガス状混合物を受け入れるように構成されている真空チャンバ。
さらに、前記不活性ガス源と前記混合チャンバとの間に連結されている不活性ガス入口配管であって、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されている不活性ガス入口配管を具備する、請求項４４に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金及びこれらの組み合わせからなる群より選択される熱伝導性物質の充填床を含む、請求項４５に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜2インチ（5.08cm）の範囲にある直径を有する、請求項４５に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜1インチ（2.54cm）の範囲にある直径を有する、請求項４６に記載のシステム。
前記不活性ガス入口配管は、3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項４７に記載のシステム。
さらに、前記不活性ガス入口配管と連通しているヒータであって、電気抵抗ヒータ群、輻射ヒータ群、ガス燃焼ヒータ群及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるタイプのヒーターを具備する、請求項４５に記載のシステム。
さらに、前記F₂ ガス源と前記混合チャンバとの間に連結されているF₂ 入口配管であって、サファイア、濃密酸化アルミニウム、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されたF₂ 入口配管を具備する、請求項４４に記載のシステム。
前記F₂ 入口配管は、1/4インチ（0.64cm）〜3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項５１に記載のシステム。
前記F₂ 入口配管は、1/4インチ（0.64cm）〜1/2インチ（1.27cm）の直径を有する、請求項５２に記載のシステム。
さらに、前記混合チャンバと前記真空チャンバとの間に連結されている出口配管を具備する、請求項４４に記載のシステム。