JP2007531288A - Remote chamber method for removing surface deposits - Google Patents

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Abstract

本発明は、電子デバイスを製造する際に使用される堆積チャンバの内部などの表面から表面堆積物を除去するための改良されたリモートプラズマクリーニング方法に関する。改良は、少なくとも約3,000Kの高中性温度で活性化ガスを使用することを伴う。改良は、より良好なエッチング速度および放出ガス制御のために酸素対フルオロカーボン比を最適化することも伴う。  The present invention relates to an improved remote plasma cleaning method for removing surface deposits from surfaces such as the interior of a deposition chamber used in the manufacture of electronic devices. The improvement involves using an activated gas at a high neutral temperature of at least about 3,000K. Improvements also involve optimizing the oxygen to fluorocarbon ratio for better etch rate and emission control.

Description

本発明は、酸素とフルオロカーボンとを含むガス混合物を遠隔活性化することによって生じた活性化ガスを使用することによって、表面堆積物を除去するための方法に関する。より特定的には、本発明は、酸素とペルフルオロカーボンとを含むガス混合物を遠隔活性化することによって生じた活性化ガスを使用して、化学蒸着チャンバの内部から表面堆積物を除去するための方法に関する。   The present invention relates to a method for removing surface deposits by using an activated gas produced by remotely activating a gas mixture comprising oxygen and a fluorocarbon. More specifically, the present invention is for removing surface deposits from the interior of a chemical vapor deposition chamber using an activation gas generated by remotely activating a gas mixture comprising oxygen and perfluorocarbon. Regarding the method.

原子フッ素の生成のためのリモートプラズマ源が、半導体処理産業におけるチャンバクリーニングのために、特に化学蒸着(Chemical Vapor Deposition)(CVD)およびプラズマ強化化学蒸着(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)(PECVD)のために使用されるチャンバのクリーニングにおいて広く使用される。リモートプラズマ源の使用は、PECVDチャンバ内にプラズマ放電を生じさせることによってクリーニングが行われる現場チャンバクリーンで発生する内部チャンバ材料の侵食のいくらかを回避する。容量結合および誘導結合RFならびにマイクロ波遠隔源が、これらの種類の用途のために開発されているが、半導体処理産業は、プラズマがトロイダル(torroidal)構成を有しかつ変圧器の二次的なものとして作用する変圧器結合誘導結合源の方に急速に移動している。より低い周波数のRF電力の使用は、磁気コアの使用を可能にし、これは、容量結合に対して誘導結合を向上させ、それにより、リモートプラズマ源チャンバ内部の寿命を制限する過度のイオン衝撃を伴わずに、エネルギーの、プラズマへのより効率的な移行を可能にする。   A remote plasma source for the generation of atomic fluorine is used for chamber cleaning in the semiconductor processing industry, especially for chemical vapor deposition (CVD) and plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Widely used in the cleaning of chambers used. The use of a remote plasma source avoids some of the erosion of the internal chamber material that occurs in an in-situ chamber clean where cleaning is performed by creating a plasma discharge in the PECVD chamber. Although capacitively coupled and inductively coupled RF and microwave remote sources have been developed for these types of applications, the semiconductor processing industry has found that the plasma has a toroidal configuration and secondary transformers. The transformer coupled inductive coupling source acting as a thing is moving rapidly. The use of lower frequency RF power allows the use of a magnetic core, which improves inductive coupling relative to capacitive coupling, thereby reducing excessive ion bombardment limiting the lifetime inside the remote plasma source chamber. Without it, it allows a more efficient transfer of energy to the plasma.

半導体産業は、いくつかの理由で、最初は現場チャンバクリーニングのために使用される主要なガスであった、チャンバクリーニングのためのフルオロカーボンと酸素との混合物から離れてシフトしている。第1に、そのようなプロセスからの地球温暖化ガスの放出が、通常、三フッ化窒素(NF)プロセスのものよりはるかに高かった。NFは、放電においてより容易に解離し、かつ生成物種の再結合によって著しく形成されない。したがって、低レベルの地球温暖化放出をより容易に達成することができる。対照的に、フルオロカーボンは、放電において分解することがより困難であり、かつ、再結合して、他のフルオロカーボンより分解することがさらに困難であるテトラフルオロメタン(CF)などの種を形成する。 The semiconductor industry is shifting away from the mixture of fluorocarbon and oxygen for chamber cleaning, which was primarily the primary gas used for in-situ chamber cleaning for several reasons. First, global warming gas emissions from such processes were typically much higher than those of the nitrogen trifluoride (NF 3 ) process. NF 3 dissociates more easily in the discharge and is not significantly formed by recombination of product species. Thus, a low level of global warming emissions can be achieved more easily. In contrast, fluorocarbons are more difficult to decompose in electrical discharges and recombine to form species such as tetrafluoromethane (CF 4 ) that are more difficult to decompose than other fluorocarbons. .

第2に、フルオロカーボン放電が、繰返しのドライクリーン後蓄積する「ポリマー」堆積物を除去するためにより頻繁なウェットクリーンを必要とする「ポリマー」堆積物を生じさせることが一般にわかった。「ポリマー」を堆積させるフルオロカーボンクリーンの傾向は、クリーニングの間イオン衝撃が発生しない遠隔クリーンにおいてより大きい程度に発生する。これらの観察は、半導体産業が、フルオロカーボン供給ガスに基いた産業プロセスを開発するのを制止した。実際に、PECVD設備製造業者は、フルオロカーボン放電に基いた遠隔クリーンをテストしたが、現在まで、プロセスチャンバ内のポリマー堆積のため不成功であった。   Second, it has generally been found that fluorocarbon discharges produce “polymer” deposits that require more frequent wet cleans to remove accumulated “polymer” deposits after repeated dry cleans. The tendency of fluorocarbon cleans to deposit “polymer” occurs to a greater extent in remote cleans where ion bombardment does not occur during cleaning. These observations have restrained the semiconductor industry from developing industrial processes based on fluorocarbon feed gas. In fact, PECVD equipment manufacturers have tested remote cleans based on fluorocarbon discharges, but to date have been unsuccessful due to polymer deposition in the process chamber.

ビー・バイ(B. Bai)およびエイチ・ソーイン(H. Sawin)、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス&テクノロジー(Journal of Vacuum Science & Technology)A 22(5)、2014(2004)B. Bai and H. Sawin, Journal of Vacuum Science & Technology A 22 (5), 2014 (2004)

しかし、上述されたような2つの欠点を解決することができる場合、フルオロカーボンガスがそれらの低コストおよび低毒性のために望ましい。   However, fluorocarbon gases are desirable because of their low cost and low toxicity where the two drawbacks as described above can be solved.

本発明は、表面堆積物を除去するための方法であって、(a)酸素とフルオロカーボンとのモル比が少なくとも1:4である、酸素とフルオロカーボンとを含むガス混合物を、前記ガス混合物が少なくとも約3,000Kの中性温度に達するように十分な時間の間十分な電力を使用して、遠隔チャンバ内で活性化して、活性化ガス混合物を形成する工程と、その後、(b)前記活性化ガス混合物を前記表面堆積物と接触させ、それにより、前記表面堆積物の少なくともいくつかを除去する工程とを含むことを特徴とする方法に関する。   The present invention is a method for removing surface deposits comprising: (a) a gas mixture comprising oxygen and fluorocarbon, wherein the molar ratio of oxygen to fluorocarbon is at least 1: 4, wherein the gas mixture comprises at least Activating in a remote chamber to form an activated gas mixture using sufficient power for a sufficient amount of time to reach a neutral temperature of about 3,000 K, and thereafter (b) said activity Contacting the gasified gas mixture with the surface deposit, thereby removing at least some of the surface deposit.

本発明において除去される表面堆積物は、化学蒸着またはプラズマ強化化学蒸着または同様のプロセスによって通常堆積される材料を含む。そのような材料としては、シリコン、ドープされたシリコン、窒化ケイ素、タングステン、二酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、炭化ケイ素、および低K材料と呼ばれるさまざまなケイ素酸素化合物、たとえば、ブラック・ダイヤモンド(Black Diamond)(アプライド・マテリアルズ(Applied Materials))、コーラル(Coral)(ノベラスシステムズ(Novellus Systems))、およびオーロラ(Aurora)(ASMインターナショナル(ASM International))を含む、PECVD OSGまたはSiCOHおよびFSG(フルオロシリケートガラス)などが挙げられる。   The surface deposits removed in the present invention include materials that are normally deposited by chemical vapor deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition or similar processes. Such materials include silicon, doped silicon, silicon nitride, tungsten, silicon dioxide, silicon oxynitride, silicon carbide, and various silicon oxygen compounds referred to as low-K materials such as black diamond (Black Diamond). PECVD OSG or SiCOH and FSG (Fluorosilicate), including (Applied Materials), Coral (Novellus Systems), and Aurora (ASM International) Glass).

本発明の一実施形態は、電子デバイスを製造する際に使用されるプロセスチャンバの内部から表面堆積物を除去することである。そのようなプロセスチャンバは、化学蒸着(CVD)チャンバまたはプラズマ強化化学蒸着(PECVD)チャンバであることができる。   One embodiment of the present invention is to remove surface deposits from the interior of a process chamber used in manufacturing electronic devices. Such a process chamber can be a chemical vapor deposition (CVD) chamber or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) chamber.

本発明のプロセスは、十分な電力を使用して、中性温度が少なくとも約3,000Kである活性化ガス混合物を形成する活性化工程を伴う。活性化は、RFエネルギー、DCエネルギー、レーザ照明、およびマイクロ波エネルギーなどの、大部分の供給ガスの解離の達成を考慮する任意の手段によって達成することができる。結果として生じるプラズマの中性温度は、電力、および遠隔チャンバ内のガス混合物の滞留時間に依存する。特定の電力入力および条件下では、滞留時間が長いと、中性温度は高くなる。ここで、好ましい中性温度は、約3,000Kを超える。適切な条件(電力、ガス組成、ガス圧力、およびガス滞留時間を考慮する)下で、少なくとも約6000Kの中性温度を、たとえばオクタフルオロシクロブタンで、達成することができる。   The process of the present invention involves an activation step that uses sufficient power to form an activated gas mixture having a neutral temperature of at least about 3000K. Activation can be accomplished by any means that considers achieving dissociation of most feed gases, such as RF energy, DC energy, laser illumination, and microwave energy. The neutral temperature of the resulting plasma depends on the power and residence time of the gas mixture in the remote chamber. Under certain power inputs and conditions, the longer the residence time, the higher the neutral temperature. Here, the preferred neutral temperature is greater than about 3,000K. Under appropriate conditions (considering power, gas composition, gas pressure, and gas residence time), a neutral temperature of at least about 6000 K can be achieved, for example, with octafluorocyclobutane.

活性化ガスは、プロセスチャンバの外側であるがプロセスチャンバに密に近接した遠隔チャンバ内で形成される。遠隔チャンバは、遠隔チャンバからプロセスチャンバへの活性化ガスの移送を考慮する任意の手段によって、プロセスチャンバに連結される。遠隔チャンバ、および遠隔チャンバをプロセスチャンバと連結するための手段は、活性化ガス混合物を含有することができることがこの分野において知られている材料から構成される。たとえば、アルミニウムおよびステンレス鋼が、通常、チャンバ構成要素のために使用される。時には、表面再結合を低減するためにAlが内面上にコーティングされる。 The activation gas is formed outside the process chamber but in a remote chamber in close proximity to the process chamber. The remote chamber is coupled to the process chamber by any means that allows for transfer of the activated gas from the remote chamber to the process chamber. The remote chamber and the means for coupling the remote chamber with the process chamber are constructed from materials known in the art that can contain an activated gas mixture. For example, aluminum and stainless steel are typically used for chamber components. Sometimes Al 2 O 3 is coated on the inner surface to reduce surface recombination.

活性化されて活性化ガスを形成するガス混合物は、酸素と、フルオロカーボンとを含む。本発明のフルオロカーボンは、ここで、CとFとを含む化合物と呼ばれる。本発明における好ましいフルオロカーボンはペルフルオロカーボン化合物である。本発明におけるペルフルオロカーボン化合物は、ここで、Cと、Fと、任意に酸素とからなる化合物と呼ばれる。そのようなペルフルオロカーボン化合物としては、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパン、ヘキサフルオロシクロプロパン デカフルオロブタン、オクタフルオロシクロブタン、フッ化カルボニル、およびオクタフルオロテトラヒドロフランが挙げられるが、これらに限定されない。ペルフルオロカーボンの好ましいものはオクタフルオロシクロブタンである。   The gas mixture that is activated to form an activated gas includes oxygen and a fluorocarbon. The fluorocarbon of the present invention is herein referred to as a compound containing C and F. A preferred fluorocarbon in the present invention is a perfluorocarbon compound. The perfluorocarbon compound in the present invention is referred to herein as a compound comprising C, F, and optionally oxygen. Such perfluorocarbon compounds include, but are not limited to, tetrafluoromethane, hexafluoroethane, octafluoropropane, hexafluorocyclopropane decafluorobutane, octafluorocyclobutane, carbonyl fluoride, and octafluorotetrahydrofuran. . A preferred perfluorocarbon is octafluorocyclobutane.

活性化されて活性化ガスを形成するガス混合物は、窒素、アルゴン、およびヘリウムなどのキャリヤガスをさらに含むことができる。   The gas mixture that is activated to form the activated gas can further include a carrier gas such as nitrogen, argon, and helium.

活性化工程の間の遠隔チャンバ内の総圧力は、約0.5トルから約20トルであることができる。   The total pressure in the remote chamber during the activation process can be about 0.5 torr to about 20 torr.

ガス混合物は、少なくとも約1:4のモル比で酸素とフルオロカーボンとを含む。本発明に用いられる高中性温度条件下で、化学量論要件の10モルパーセントを超える酸素(すなわち、フルオロカーボン中のすべての炭素をCOに変えるために必要な酸素の量)が、驚くべき良好な堆積チャンバクリーニング速度をもたらし、COF以外のフルオロカーボン放出をなくし、堆積表面上のフルオロカーボンポリマー堆積を防止する。 The gas mixture includes oxygen and fluorocarbon in a molar ratio of at least about 1: 4. Under the high neutral temperature conditions used in the present invention, oxygen exceeding 10 mole percent of the stoichiometric requirement (ie, the amount of oxygen required to convert all the carbon in the fluorocarbon to CO 2 ) is surprisingly good It resulted Do deposition chamber cleaning rates, eliminate fluorocarbon emissions than COF 2, to prevent the fluorocarbon polymer deposited on the deposition surface.

前記ガス混合物を、前記ガス混合物が少なくとも約3,000Kの中性温度に達するように十分な時間の間十分な電力を使用して活性化して、活性化ガス混合物を形成する。たとえば、0.25リットル遠隔チャンバ内の約3,000〜15,000ワットの電力範囲は、約12,000〜60,000ワット/リットルの電力密度に相当する。これらの値は、異なったサイズの遠隔チャンバのために拡大縮小する。そのような電力入力下での遠隔チャンバ内のガス混合物の滞留時間は、ガス混合物が少なくとも約3,000Kの中性温度を達成するのに十分でなければならない。適切な条件(電力、ガス組成、ガス圧力、およびガス滞留時間を考慮する)の場合、少なくとも約6000Kの中性温度を、たとえばオクタフルオロシクロブタンで、達成することができる。本発明の好ましい実施形態は、電子デバイスを製造する際に使用されるプロセスチャンバの内部から表面堆積物を除去するための方法であって、(a)少なくとも約2:1から約20:1のモル比で酸素とペルフルオロシクロブタンとを含むガス混合物を、前記ガス混合物が少なくとも約3,000Kの中性温度に達するように十分な時間の間少なくとも約3,000ワットの電力を使用して、遠隔チャンバ内で活性化して、活性化ガス混合物を形成する工程と、その後、(b)前記活性化ガス混合物を前記堆積チャンバの内部と接触させ、それにより、前記表面堆積物の少なくともいくつかを除去する工程とを含むことを特徴とする方法である。   The gas mixture is activated using sufficient power for a sufficient time such that the gas mixture reaches a neutral temperature of at least about 3,000 K to form an activated gas mixture. For example, a power range of about 3,000 to 15,000 watts in a 0.25 liter remote chamber corresponds to a power density of about 12,000 to 60,000 watts / liter. These values scale for different sized remote chambers. The residence time of the gas mixture in the remote chamber under such power input must be sufficient for the gas mixture to achieve a neutral temperature of at least about 3,000K. Under appropriate conditions (considering power, gas composition, gas pressure, and gas residence time), a neutral temperature of at least about 6000 K can be achieved, for example, with octafluorocyclobutane. A preferred embodiment of the present invention is a method for removing surface deposits from the interior of a process chamber used in manufacturing electronic devices, comprising: (a) at least about 2: 1 to about 20: 1. A gas mixture comprising oxygen and perfluorocyclobutane in a molar ratio can be remoted using a power of at least about 3,000 watts for a sufficient time such that the gas mixture reaches a neutral temperature of at least about 3,000 K. Activating in the chamber to form an activated gas mixture, and then (b) contacting the activated gas mixture with the interior of the deposition chamber, thereby removing at least some of the surface deposits. A process comprising the steps of:

本発明の同様の条件において、ペルフルオロカーボン化合物の欠点、すなわち、地球温暖化ガス放出およびポリマー堆積を克服することができることもわかった。本発明の実験において、チャンバの内面上の著しいポリマー堆積が見出されなかった。図6a、図6b、および図6cも参照されたい。図3a、図3b、図3c、および図3dに示されているように、地球温暖化ガス放出も非常に低かった。   It has also been found that under similar conditions of the invention, the disadvantages of perfluorocarbon compounds can be overcome, namely global warming gas emissions and polymer deposition. In the experiments of the present invention, no significant polymer deposition was found on the inner surface of the chamber. See also FIGS. 6a, 6b, and 6c. As shown in FIGS. 3a, 3b, 3c, and 3d, the greenhouse gas emissions were also very low.

あるいは、このシステムを使用して、遠隔チャンバ内に配置された表面を、この源から来るフッ素原子および他の成分との接触によって変更することができる。   Alternatively, the system can be used to change the surface located in the remote chamber by contact with fluorine atoms and other components coming from this source.

次の実施例は、本発明を例示することが意図され、限定することは意図されない。   The following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to be limiting.

図1は、エッチング速度、プラズマ中性温度、および排気放出を測定するために使用されるリモートプラズマ源および装置の概略図を示す。リモートプラズマ源は、米国マサチューセッツ州アンドーバーのMKSインスツルメンツ(MKS Instruments, Andover, MA, USA)によって製造された市販のトロイダルタイプMKSアストロン(ASTRON)(登録商標)ex反応性ガス発生器ユニットである。供給ガス(たとえば、酸素、フルオロカーボン、アルゴン)を左からリモートプラズマ源に導入し、トロイダル放電に通過させ、そこで、それらを400KHzの無線周波数電力によって放電して、活性化ガス混合物を形成した。酸素は、99.999%の純度でエアガス(Airgas)によって製造される。フルオロカーボンは、最小99.9vol%のオクタフルオロシクロブタンで本願特許出願人によって製造されたザイロン(Zyron)(登録商標)8020である。アルゴンは、5.0のグレードでエアガスによって製造される。次に、活性化ガスは、アルミニウム水冷熱交換器を通過して、アルミニウムプロセスチャンバの熱ローディングを低減した。表面堆積物で被覆されたウェーハを、プロセスチャンバ内の温度制御取付台上に配置した。中性温度は、発光分光法(Optical Emission Spectroscopy)(OES)によって測定し、CおよびNのような二原子種の回転振動遷移帯(rovibrational transition bands)が、中性温度を生じさせるために理論的には適合される。また、引用としてここに援用する、(非特許文献1)を参照されたい。活性化ガスによる表面堆積物のエッチング速度は、プロセスチャンバ内の干渉計法設備によって測定する。Nガスをポンプの入口で加えて、生成物をFTIR測定のための適切な濃度に希釈し、かつポンプ内の生成物のハングアップ(hang−up)を低減する。FTIRを用いて、ポンプ排気中の種の濃度を測定した。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a remote plasma source and apparatus used to measure etch rate, plasma neutral temperature, and exhaust emissions. The remote plasma source is a commercially available toroidal type MKS Astron® ex reactive gas generator unit manufactured by MKS Instruments, Andover, MA, USA, Andover, Massachusetts. A feed gas (eg, oxygen, fluorocarbon, argon) was introduced into the remote plasma source from the left and passed through a toroidal discharge where they were discharged with 400 KHz radio frequency power to form an activated gas mixture. Oxygen is produced by Airgas with a purity of 99.999%. The fluorocarbon is Zyron (R) 8020 manufactured by the present applicant with a minimum of 99.9 vol% octafluorocyclobutane. Argon is produced by air gas with a grade of 5.0. The activated gas then passed through an aluminum water cooled heat exchanger to reduce the heat loading of the aluminum process chamber. The wafer coated with the surface deposit was placed on a temperature control mount in the process chamber. Neutral temperatures are measured by Optical Emission Spectroscopy (OES), because the rotational transition bands of diatomic species such as C 2 and N 2 produce neutral temperatures. Theoretically adapted to. See also (Non-Patent Document 1), which is incorporated herein by reference. The etch rate of the surface deposit with the activated gas is measured by an interferometric instrument in the process chamber. N 2 gas is added at the inlet of the pump to dilute the product to an appropriate concentration for FTIR measurement and reduce product hang-up in the pump. The concentration of species in the pump exhaust was measured using FTIR.

(実施例1)
供給ガスは、Oと、ペルフルオロカーボンと、Arとを含み、ペルフルオロカーボンは、ザイロン(登録商標)8020(C)、C、C、またはCFである。この実施例におけるペルフルオロカーボンの流量を、遠隔チャンバ内への元素フッ素のモル流量がすべての混合物について同じであるように調整した。この実施例において、C、C、C、およびCFの流量は、それぞれ、250、250、333、および500sccmであり、これらは、すべて、元素フッ素の2000sccmに等しい。Oおよびペルフルオロカーボンの合計に対するOのパーセンテージ流量を変更して、Oパーセンテージへのエッチング速度依存を検出した。図2を参照されたい。アルゴン流を調整することによって、総供給ガス流量を4000sccmに固定した。窒素を、20,000sccmの流量で、プロセスチャンバとポンプとの間に加えた。チャンバ圧力は2トルである。供給ガスを、400KHz RF電力によって活性化して、5000Kを超える中性温度にした。次に、活性化ガスは、温度が100℃に制御された状態でプロセスチャンバに入り取付台上のSiO表面堆積物をエッチングした。結果は図2に示されている。
Example 1
The feed gas includes O 2 , perfluorocarbon, and Ar, and the perfluorocarbon is Zylon® 8020 (C 4 F 8 ), C 3 F 8 , C 2 F 6 , or CF 4 . The perfluorocarbon flow rate in this example was adjusted so that the molar flow rate of elemental fluorine into the remote chamber was the same for all mixtures. In this example, the flow rates of C 4 F 8 , C 3 F 8 , C 2 F 6 , and CF 4 are 250, 250, 333, and 500 sccm, respectively, which are all at 2000 sccm of elemental fluorine. equal. The percentage flow rate of O 2 relative to the sum of O 2 and perfluorocarbon was varied to detect the etch rate dependence on O 2 percentage. Please refer to FIG. The total feed gas flow rate was fixed at 4000 sccm by adjusting the argon flow. Nitrogen was added between the process chamber and the pump at a flow rate of 20,000 sccm. The chamber pressure is 2 torr. The feed gas was activated by 400 KHz RF power to a neutral temperature above 5000K. Next, the activation gas entered the process chamber with the temperature controlled at 100 ° C. to etch the SiO 2 surface deposit on the mount. The result is shown in FIG.

参照として、NF+Arプラズマのエッチング速度が図2に示されており、というのは、それが、遠隔チャンバクリーニングのために使用される標準ガスであるからである。NFのための条件はすべて、NF流量が、元素フッ素の2000sccmに等しい667sccmである以外は、ペルフルオロカーボンについて上述されたのと同じであった。図2に示されているように、O(O/(C+O))のパーセンテージは、ペルフルオロカーボンのエッチング速度に重要である。最適なOパーセンテージは、ペルフルオロカーボンエッチング速度がNFエッチング速度に近いことを可能にする。 As a reference, the etch rate of NF 3 + Ar plasma is shown in FIG. 2 because it is the standard gas used for remote chamber cleaning. Conditions all, NF 3 flow rate for the NF 3 is, except a 667sccm equal to 2000sccm elemental fluorine was the same as for perfluorocarbon was described above. As shown in FIG. 2, the percentage of O 2 (O 2 / (C x F y + O 2 )) is critical to the perfluorocarbon etch rate. The optimal O 2 percentage allows the perfluorocarbon etch rate to be close to the NF 3 etch rate.

CF、C、C、およびCの最大エッチング速度に対応するOパーセンテージは、それぞれ、55%、77%、80%、および87%であった。最適なOパーセンテージは、ペルフルオロカーボンガスでのまたは遠隔マイクロ波源での現場チャンバクリーニングのものと異なる。これらは、また、フルオロカーボン中のすべての炭素をCOに変えるために必要な酸素の予期された化学量論量を超える。 The O 2 percentages corresponding to the maximum etch rates of CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , and C 4 F 8 were 55%, 77%, 80%, and 87%, respectively. The optimal O 2 percentage differs from that for in-situ chamber cleaning with perfluorocarbon gas or with a remote microwave source. It is also more than expected stoichiometric amount of oxygen required to change all the carbon in the fluorocarbon CO 2.

(実施例2)
図3a、図3b、図3c、および図3dの共通実験条件を、以下の次の段落で説明する。
(Example 2)
The common experimental conditions of FIGS. 3a, 3b, 3c, and 3d are described in the following paragraphs.

チャンバ圧力は2トルであった。供給ガスを、400KHz RF電力によって活性化して、NFガス混合物の場合3000Kを超える中性温度に、ペルフルオロカーボンガス混合物の場合5000Kを超える中性温度にした。次に、活性化ガスは、温度が100℃に制御された状態でプロセスチャンバに入り取付台上のSiO表面堆積物をエッチングした。FTIRを用いて、ポンプ排気中の放出種の濃度を測定した。 The chamber pressure was 2 torr. The feed gas was activated by 400 KHz RF power to a neutral temperature above 3000 K for the NF 3 gas mixture and above 5000 K for the perfluorocarbon gas mixture. Next, the activation gas entered the process chamber with the temperature controlled at 100 ° C. to etch the SiO 2 surface deposit on the mount. The concentration of released species in the pump exhaust was measured using FTIR.

図3aに関しては、供給ガスは、NFと、アルゴンとを含み、流量は、それぞれ、333sccmおよび3667sccmであった。 For FIG. 3a, the feed gas included NF 3 and argon, and the flow rates were 333 sccm and 3667 sccm, respectively.

図3bに関しては、供給ガスは、125sccmのCと、500sccmのOと、3375sccmのアルゴンとを含んだ。 For FIG. 3b, the feed gas included 125 sccm C 3 F 8 , 500 sccm O 2 , and 3375 sccm argon.

図3cに関しては、供給ガスは、125sccmのCと、1125sccmのOと、2750sccmのアルゴンとを含んだ。 With respect to FIG. 3c, the feed gas included 125 sccm C 4 F 8 , 1125 sccm O 2 , and 2750 sccm argon.

図3dに関しては、供給ガスは、250sccmのCFと、306sccmのOと、3444sccmのアルゴンとを含んだ。 With respect to FIG. 3d, the feed gas included 250 sccm of CF 4 , 306 sccm of O 2 and 3444 sccm of argon.

図3a、図3b、図3c、および図3dは、FTIRによって測定されるようなポンプ排気中の放出種の濃度を示す。図3aは、NFがアストロン(登録商標)exプラズマによってほぼ完全に分解されたことを示す。同様に、C、CF、およびCは、それらのそれぞれの最適な酸素混合物においてほぼ完全に破壊され、測定できるペルフルオロカーボンがポンプ排気中に観察されなかった。しかし、大量のCOFがポンプ排出物中に存在した。 Figures 3a, 3b, 3c, and 3d show the concentration of released species in the pump exhaust as measured by FTIR. FIG. 3a shows that NF 3 was almost completely decomposed by Astron® ex plasma. Similarly, C 3 F 8 , CF 4 , and C 4 F 8 were almost completely destroyed in their respective optimal oxygen mixtures, and no measurable perfluorocarbon was observed in the pump exhaust. However, a large amount of COF 2 was present in the pump effluent.

からの結果は、同様であり、ここに示されていない。明らかに、本発明の条件下で、ペルフルオロカーボン含有混合排出物のCOF以外は、ペルフルオロカーボン放出がない。これは、ペルフルオロカーボン放出が著しいペルフルオロカーボンガスでの現場チャンバクリーニングの結果とまったく異なる。 The results from C 2 F 6 are similar and are not shown here. Clearly, under the conditions of the present invention, there is no perfluorocarbon emission other than COF 2 in the perfluorocarbon containing mixed effluent. This is quite different from the results of in-situ chamber cleaning with perfluorocarbon gas with significant perfluorocarbon emissions.

(実施例3)
図4aおよび図4bは、ペルフルオロカーボン流量およびOパーセンテージ(O/(C+O))の、放出ガスの濃度への影響を示す。両方の図について、左から右に、各グループの棒は、C、C、C、CF、およびCOFの放出濃度を示す。図4aの実験について、C流量は、図の軸Xにおいて示されているように、93.75sccm、125sccm、187.5sccm、または250sccmであった。対応するO流量は、それぞれ、656、875、1313、および1750sccmである。アルゴン流を調整することによって、総供給ガス流量を4000sccmに固定した。チャンバ圧力は2トルであった。供給ガスを、400KHz RF電力によって活性化して、5000Kを超える中性温度にした。次に、活性化ガスは、温度が100℃に制御された状態でプロセスチャンバに入り取付台上のSiO表面堆積物をエッチングした。FTIRを用いて、ポンプ排気中の放出種の濃度を測定した。
(Example 3)
4a and 4b show the effect of perfluorocarbon flow rate and O 2 percentage (O 2 / (C x F y + O 2 )) on the concentration of the emitted gas. For both figures, from left to right, each group of bars indicates the release concentration of C 4 F 8 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CF 4 , and COF 2 . For the experiment of FIG. 4a, the C 4 F 8 flow rate was 93.75 sccm, 125 sccm, 187.5 sccm, or 250 sccm, as shown in axis X of the figure. Corresponding flow rate of O 2, respectively, 656,875,1313, and 1750Sccm. The total feed gas flow rate was fixed at 4000 sccm by adjusting the argon flow. The chamber pressure was 2 torr. The feed gas was activated by 400 KHz RF power to a neutral temperature above 5000K. Next, the activation gas entered the process chamber with the temperature controlled at 100 ° C. to etch the SiO 2 surface deposit on the mount. The concentration of released species in the pump exhaust was measured using FTIR.

図4bの実験について、C流量は、250sccmであった。O流量は、図の軸XにおいてOパーセンテージとして示された、250、375、750、1000、1417、2250、および2875sccmであった。アルゴン流を調整することによって、総供給ガス流量を4000sccmに固定した。チャンバ圧力は2トルであった。供給ガスを、400KHz RF電力によって活性化して、5000Kを超える中性温度にした。次に、活性化ガスは、温度が100℃に制御された状態でプロセスチャンバに入り取付台上のSiO表面堆積物をエッチングした。FTIRを用いて、ポンプ排気中の放出種の濃度を測定した。 For the experiment of FIG. 4b, the C 4 F 8 flow rate was 250 sccm. The O 2 flow rates were 250, 375, 750, 1000, 1417, 2250, and 2875 sccm, shown as O 2 percentage on the axis X in the figure. The total feed gas flow rate was fixed at 4000 sccm by adjusting the argon flow. The chamber pressure was 2 torr. The feed gas was activated by 400 KHz RF power to a neutral temperature above 5000K. Next, the activation gas entered the process chamber with the temperature controlled at 100 ° C. to etch the SiO 2 surface deposit on the mount. The concentration of released species in the pump exhaust was measured using FTIR.

図4aにおいて、Oパーセンテージを最適条件に保ちながら、C流量を変えた場合に、ペルフルオロカーボン放出を測定した。測定できるペルフルオロカーボン放出は検出されなかった。 In FIG. 4a, perfluorocarbon release was measured when the C 4 F 8 flow rate was varied while maintaining the O 2 percentage at the optimum condition. No measurable perfluorocarbon release was detected.

図4bは、Oパーセンテージが最適値に近いか最適値より高い場合、本発明の条件下で測定できるペルフルオロカーボン放出が検出されなかったことを示す。しかし、Oパーセンテージが最適値よりはるかに低い場合、ペルフルオロカーボン放出が現れ始めた。これらの結果は、ペルフルオロカーボンプラズマに加えられたOの量が、ペルフルオロカーボンガスの完全な解離、およびペルフルオロカーボン放出の低減に重要であることを示唆する。 FIG. 4b shows that when the O 2 percentage is close to or higher than the optimum value, no perfluorocarbon release was detected that could be measured under the conditions of the present invention. However, perfluorocarbon emission began to appear when the O 2 percentage was much lower than the optimum value. These results suggest that the amount of O 2 added to the perfluorocarbon plasma is important for complete dissociation of the perfluorocarbon gas and reduction of perfluorocarbon emissions.

(実施例4)
この実験において、プロセスチャンバ内の活性化ガスに曝す前および後、サファイアサンプルの表面組成を測定した。図5aおよび図5bは、サファイア表面のX線光電子分光法(X−ray Photoelectron Spectroscopy)(XPS)である。図6a、図6b、および図6cは、サファイア表面の原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)(AFM)測定である。
Example 4
In this experiment, the surface composition of the sapphire sample was measured before and after exposure to the activated gas in the process chamber. Figures 5a and 5b are X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) of the sapphire surface. 6a, 6b, and 6c are atomic force microscope (AFM) measurements of the sapphire surface.

図5aおよび図6bの実験について、供給ガスは、2233sccmのOと、667sccmのCと、1100sccmのArとを含んだ。チャンバ圧力は2トルである。供給ガスを、400KHz RF電力によって活性化して、5000Kを超える中性温度にした。次に、活性化ガスは、サファイアサンプルが取付台上にあり、温度が25℃に制御された状態で、プロセスチャンバに入った。 For the experiment of FIG. 5a and 6b, the feed gas is contained and O 2 of 2233Sccm, and C 2 F 6 of 667, and Ar of 1100Sccm. The chamber pressure is 2 torr. The feed gas was activated by 400 KHz RF power to a neutral temperature above 5000K. The activation gas then entered the process chamber with the sapphire sample on the mount and the temperature controlled at 25 ° C.

図5bおよび図6cの実験について、供給ガスは、667sccmのCと、1100sccmのArとを含んだ。他の条件は、図5aおよび図6bの実験について上述されたものと同じであった。 For the experiments of FIGS. 5b and 6c, the feed gas included 667 sccm C 2 F 6 and 1100 sccm Ar. Other conditions were the same as those described above for the experiments of FIGS. 5a and 6b.

図5aは、活性化ガスに10分曝した後のサファイア表面の測定であった。酸素、アルミニウム、およびフッ素のしるしが表面上に存在したが、炭素は観察されなかった。同様の結果が、CおよびCF放電について観察された。これは、最適化されたOパーセンテージで、ペルフルオロカーボンガスを、ペルフルオロカーボン堆積を少しも伴わずにチャンバクリーニングのために使用することができることを示唆する。AFM測定はこの結論を確認した。図6aは、曝す前のサファイア表面の測定であり、図6bは、10分曝した後のサファイア表面の測定であった。図6aおよび図6bは、測定できる変化がないことを示し、サファイア表面上の著しいペルフルオロカーボンポリマー堆積がないことを示す。 FIG. 5a was a measurement of the sapphire surface after 10 minutes exposure to the activation gas. Oxygen, aluminum, and fluorine indicia were present on the surface, but no carbon was observed. Similar results were observed for C 4 F 8 and CF 4 discharges. This suggests that with an optimized O 2 percentage, perfluorocarbon gas can be used for chamber cleaning without any perfluorocarbon deposition. AFM measurements confirmed this conclusion. FIG. 6a was a measurement of the sapphire surface before exposure, and FIG. 6b was a measurement of the sapphire surface after exposure for 10 minutes. FIGS. 6a and 6b show no measurable changes and no significant perfluorocarbon polymer deposition on the sapphire surface.

図5bは、酸素のない活性化ガスに10分曝した後のサファイア表面の測定であった。Oが供給ガス中にない状態で、図5bにおいて炭素およびフッ素のしるしのみが観察され、基材を見ることができないほど十分にサファイアを被覆したペルフルオロカーボンポリマーフィルムの堆積を示した。この結果は、図6cのAFM測定によって確認され、滑らかな表面は、表面上のペルフルオロカーボンポリマーフィルムの堆積を示唆した。 FIG. 5b was a measurement of the sapphire surface after 10 minutes exposure to an oxygen-free activated gas. In the absence of O 2 in the feed gas, only carbon and fluorine indicia were observed in FIG. 5b, indicating deposition of a perfluorocarbon polymer film sufficiently coated with sapphire that the substrate could not be seen. This result was confirmed by the AFM measurement of FIG. 6c, where the smooth surface suggested the deposition of a perfluorocarbon polymer film on the surface.

本プロセスを行うのに有用な装置の概略図である。1 is a schematic diagram of an apparatus useful for performing the process. FIG. ペルフルオロカーボンおよびO混合物中のOパーセンテージの関数としての100℃における二酸化ケイ素のエッチ速度のプロットである。FIG. 6 is a plot of silicon dioxide etch rate at 100 ° C. as a function of O 2 percentage in a perfluorocarbon and O 2 mixture. NF+Ar放電のポンプからの放出ガスの濃度のフーリエ変換赤外分光法(Fourier Transformed Infrared Spectroscopy)(FTIR)測定のプロットである。FIG. 4 is a plot of Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) measurement of the concentration of gas emitted from a pump with NF 3 + Ar discharge. +O+Ar放電のポンプからの放出ガスの濃度のフーリエ変換赤外分光法(Fourier Transformed Infrared Spectroscopy)(FTIR)測定のプロットである。FIG. 2 is a plot of Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) measurements of the concentration of gas emitted from a pump with a C 3 F 8 + O 2 + Ar discharge. +O+Ar放電のポンプからの放出ガスの濃度のフーリエ変換赤外分光法(Fourier Transformed Infrared Spectroscopy)(FTIR)測定のプロットである。FIG. 4 is a plot of Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) measurements of the concentration of gas released from a pump with a C 4 F 8 + O 2 + Ar discharge. CF+O+Ar放電のポンプからの放出ガスの濃度のフーリエ変換赤外分光法(Fourier Transformed Infrared Spectroscopy)(FTIR)測定のプロットである。FIG. 5 is a plot of Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) measurement of the concentration of gas released from a pump of CF 4 + O 2 + Ar discharge. 異なったC流量での、C放電のポンプからの放出ガスの濃度のFTIR測定の棒グラフである。 4 is a bar graph of FTIR measurement of the concentration of gas released from a pump with a C 4 F 8 discharge at different C 4 F 8 flow rates. 異なったOパーセンテージでの、C放電のポンプからの放出ガスの濃度のFTIR測定の棒グラフである。 4 is a bar graph of FTIR measurements of the concentration of gas released from a pump with a C 4 F 8 discharge at different O 2 percentages. 追加を伴うC活性化ガスに曝された平坦なサファイアウェーハ表面に対するX線光電子分光法(XPS)測定。X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements on a flat sapphire wafer surface exposed to C 2 F 6 activated gas with O 2 addition. 追加を伴わないC活性化ガスに曝された平坦なサファイアウェーハ表面に対するX線光電子分光法(XPS)測定。X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement on a flat sapphire wafer surface exposed to C 2 F 6 activated gas without O 2 addition. 活性化ガスに曝す前の、サファイアウェーハ表面の原子間力顕微鏡(AFM)顕微鏡写真。An atomic force microscope (AFM) micrograph of the surface of a sapphire wafer before exposure to a C 2 F 6 activated gas. 追加を伴うC活性化ガスに曝した後の、サファイアウェーハ表面の原子間力顕微鏡(AFM)顕微鏡写真。An atomic force microscope (AFM) photomicrograph of the surface of a sapphire wafer after exposure to a C 2 F 6 activation gas with O 2 addition. 追加を伴わないC活性化ガスに曝した後の、サファイアウェーハ表面の原子間力顕微鏡(AFM)顕微鏡写真。An atomic force microscope (AFM) photomicrograph of the surface of a sapphire wafer after exposure to a C 2 F 6 activated gas without O 2 addition.

Claims (11)

表面堆積物を除去するための方法であって、
(a)酸素とフルオロカーボンとのモル比が少なくとも1:4である、酸素とフルオロカーボンとを含むガス混合物を、前記ガス混合物が少なくとも約3,000Kの中性温度に達するように十分な時間の間十分な電力を使用して、遠隔チャンバ内で活性化して、活性化ガス混合物を形成する工程と、その後、
(b)前記活性化ガス混合物を前記表面堆積物と接触させ、それにより、前記表面堆積物の少なくともいくつかを除去する工程と
を含むことを特徴とする方法。
A method for removing surface deposits, comprising:
(A) a gas mixture comprising oxygen and fluorocarbon, wherein the molar ratio of oxygen to fluorocarbon is at least 1: 4, for a time sufficient for said gas mixture to reach a neutral temperature of at least about 3,000 K; Using sufficient power to activate in a remote chamber to form an activated gas mixture;
(B) contacting the activated gas mixture with the surface deposit, thereby removing at least some of the surface deposit.
前記表面堆積物が、電子デバイスを製造する際に使用される堆積チャンバの内部から除去されることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the surface deposit is removed from within a deposition chamber used in manufacturing an electronic device. 前記電力が、RF源、DC源、またはマイクロ波源によって発生されることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the power is generated by an RF source, a DC source, or a microwave source. 前記フルオロカーボンがペルフルオロカーボン化合物であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the fluorocarbon is a perfluorocarbon compound. 前記ペルフルオロカーボンが、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエタン、オクタフルオロプロパン、オクタフルオロシクロブタン、フッ化カルボニル、ペルフルオロテトラヒドロフランからなる群から選択されることを特徴とする請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the perfluorocarbon is selected from the group consisting of tetrafluoromethane, hexafluoroethane, octafluoropropane, octafluorocyclobutane, carbonyl fluoride, and perfluorotetrahydrofuran. 前記ガス混合物がキャリヤガスをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the gas mixture further comprises a carrier gas. 前記キャリヤガスが、窒素、アルゴン、およびヘリウムからなるガスの群から選択される少なくとも1つのガスであることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the carrier gas is at least one gas selected from the group of gases consisting of nitrogen, argon, and helium. 前記遠隔チャンバ内の圧力が0.5トルから20トルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the pressure in the remote chamber is between 0.5 and 20 torr. 前記表面堆積物が、シリコン、ドープされたシリコン、窒化ケイ素、タングステン、二酸化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、炭化ケイ素、および低K材料と呼ばれるさまざまなケイ素酸素化合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The surface deposit is selected from the group consisting of silicon, doped silicon, silicon nitride, tungsten, silicon dioxide, silicon oxynitride, silicon carbide, and various silicon oxygen compounds referred to as low K materials. The method according to claim 1. 酸素とフルオロカーボンとのモル比が少なくとも約2:1から約20:1であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the molar ratio of oxygen to fluorocarbon is at least about 2: 1 to about 20: 1. 電子デバイスを製造する際に使用される堆積チャンバの内部から表面堆積物を除去するための方法であって、
(a)少なくとも約2:1から約20:1のモル比で酸素とペルフルオロシクロブタンとを含むガス混合物を、前記ガス混合物が少なくとも約3,000Kの中性温度に達するように十分な時間の間少なくとも約3,000ワットの電力を使用して、遠隔チャンバ内で活性化して、活性化ガス混合物を形成する工程と、その後、
(b)前記活性化ガス混合物を前記堆積チャンバの内部と接触させ、それにより、前記表面堆積物の少なくともいくつかを除去する工程と
を含むことを特徴とする方法。
A method for removing surface deposits from within a deposition chamber used in manufacturing an electronic device comprising:
(A) a gas mixture comprising oxygen and perfluorocyclobutane in a molar ratio of at least about 2: 1 to about 20: 1 for a time sufficient for the gas mixture to reach a neutral temperature of at least about 3,000 K; Using a power of at least about 3,000 watts to activate in a remote chamber to form an activated gas mixture;
(B) contacting the activated gas mixture with the interior of the deposition chamber, thereby removing at least some of the surface deposits.
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