JP2007535169A - 処理チャンバを乾式洗浄する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

プラズマ処理システムを乾式洗浄する方法が説明されるが、そこでは乾式洗浄時に微粒子の形成が実質的に最小化される。一実施形態では、乾式洗浄処理が、プラズマ処理システム内部における乾式洗浄率の空間的なばらつきを実質的に低減するために調整される。別の実施形態では、処理チャンバ基底構成要素の過剰なイオン・スパッタリングを回避するために、終点検出を利用して乾式洗浄処理の終了を決定する。

Description

本国際出願は、２００４年４月２９日出願の米国特許非仮出願第１０／８３４３７０号明細書に基づきかつそれに優先権を依拠するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、処理チャンバを乾式洗浄する方法およびシステムに関し、さらに詳細には、実質的に微粒子汚染を低減しながら、処理チャンバを乾式洗浄する方法およびシステムに関する。

ドライ・プラズマ・エッチングが、シリコン・ウエハのような半導体基板の上に超小型電子回路を製造する際に不可欠の工程になってきた。回路の臨界寸法（ＣＤ）がより小さくなるにつれて、デバイスの収率が、製造サイクル時にウエハ表面上に蓄積される微粒子欠陥に対してより敏感になる。プラズマ・エッチングを原因とするウエハ欠陥密度は、露出されたエッチング反応器の表面上に重合体堆積物の形態で濃縮する処理副産物の蓄積を制御することによって最小化され得る。

例えば、従来の誘電エッチング用途では、重合体堆積物が、基板に面するエッチング反応器の上表面の上で、かつ基板保持器表面の上で最も顕著であり、反応器の外壁は重合体の堆積物の蓄積が目に見えてより少ないことが観察されてきた。その結果として、エッチング反応器の内部表面上における重合体堆積物の分布は一般に非均一である。

重合体堆積物は、ある一定の期間にわたって蓄積するに任せると、ウエハ欠陥密度の原因を増大させる微粒子および重合体薄片の源になる恐れがある。一般に乾式洗浄（ＤＣ）と呼ばれる定期的な酸素プラズマ洗浄を利用して、蓄積された副産物の堆積物をチャンバ表面から除去し、許容可能なウエハ欠陥密度を維持する役割を果たし、次の湿式洗浄（ＷＣ）までの動作時間を引き延ばす。典型的には、重合体堆積物は有機系または炭素系の膜であり、したがって、それは酸素プラズマによって効果的に蒸発させられかつ除去されることが認識されている。

従来の方策は、酸素プラズマによってレジスト灰化と同様のＤＣ用途を処理するものであり、それによって高い圧力、電力、およびガス流量で最大の灰化率が実現される。このような処理条件はチャンバ堆積物を除去するにはそれなりの効果があるけれども、望ましくない一定量の他の微粒子副産物を反応器およびその被覆物の化学的組成物の形態で生成することが証明されている。例えば、反応器壁は一般にアルミニウムから製作され、かつアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／またはフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）を含む被覆を有し得る。したがって、セラミック反応器表面の過剰なイオン・スパッタリングの結果として、処理システム中にＡｌ_２Ｏ_３およびＡｌＦのような微粒子の存在が観察されてきた。これらの微粒子は蓄積して、最終的には基板上で測定される微粒子数を増やす原因になる。

これらおよび他の理由のために、本明細書で具体化されかつ広く説明される本発明の原理は、従来技術における上記問題のいずれかもしくはすべて、または他の問題を解決もしくは軽減することに向けられ、プラズマ処理システムにおける微粒子形成の実質的な低減および／または乾式洗浄時に、プラズマ処理システムにおける微粒子形成の実質的な低減を包含するものである。

一実施形態によれば、プラズマ処理システムを乾式洗浄する方法が提示されており、本方法は、プラズマ処理システムの乾式洗浄時に微粒子汚染を実質的に低減するための乾式洗浄処理レシピを選択するステップを含み、前記乾式洗浄処理レシピは、処理ガスの質量流量、乾式洗浄処理のための圧力、および処理ガスからプラズマを形成するための電力の少なくとも１つを設定するステップを含んでおり；さらに、乾式洗浄を容易にするために乾式洗浄処理レシピをプラズマ処理システムで実行するステップを含む。

別の実施形態によれば、基板を処理するためのプラズマ処理システムが提供されており、本システムは、処理チャンバと、この処理チャンバに結合され、かつ基板を支持するように構成された基板保持器と、処理チャンバに結合され、かつ洗浄ガスを導入するように構成されたガス注入システムと、処理チャンバに結合され、かつ洗浄ガスからプラズマを形成するように構成されたプラズマ源と、処理チャンバに結合され、かつ処理システムを定期的に乾式洗浄するための処理レシピを実行するように構成された制御装置とを含み、この処理レシピは乾式洗浄時に微粒子形成を実質的に最小化する。

別の実施形態によれば、プラズマ処理システムにおける乾式洗浄処理を最適化する方法が提示されており、本方法は、プラズマ処理システムで、酸素（Ｏ_２）を含有する処理ガスを導入するステップ、プラズマ処理システム中の圧力を設定するステップ、および処理ガスからプラズマを点火するステップを含む乾式洗浄処理を実施するステップと、第１の洗浄率を第１の箇所で求めるステップと、第２の洗浄率を第２の箇所で求めるステップと、第１の洗浄率と第２の洗浄率との間の差を最小化するために乾式洗浄処理を調整するステップとを含む。

ここで、対応する参照符号が対応する部分を示す添付の模式図を参照して、本発明の実施形態が例示としてのみ説明される。

集積回路（ＩＣ）の形成時に、物理的および化学的処理を使用して材料を基板から除去するために、材料エッチングが利用されてきた。例えば、プラズマ処理システムは、この目的を実現するために、ドライ・プラズマ・エッチングを容易にすることができる。このようなシステムでの処理時に、残留物が、エッチング処理に曝される内部表面の上に蓄積する。最適の収率を実現するために、これらの表面には湿式洗浄のような定期的な洗浄が必要である。しかし、湿式洗浄は時間の掛かる工程であり、したがって従来の実施では、次の湿式洗浄サイクルまでの時間を引き延ばすために、プラズマ処理システムをイン・サイチューで乾式洗浄することが含まれてきた。

一実施形態によれば、図１に、プラズマ処理チャンバ１０と、このプラズマ処理チャンバ１０に結合された診断システム１２と、診断システム１２およびプラズマ処理チャンバ１０に結合された制御装置１４とを含むプラズマ処理システム１が示されている。制御装置１４は、基板上の薄膜、または薄膜内部の形状構成をエッチングするための少なくとも１つの処理レシピと、プラズマ処理システム１を乾式洗浄するための少なくとも１つの乾式洗浄処理レシピとを実行するように構成されている。さらには、制御装置１４は、エッチング処理に関する終点および乾式洗浄処理に関する終点の少なくとも一方を正確に求めるために、少なくとも１つの終点信号を診断システム１２から受け取り、かつ受け取った終点信号を後処理するように構成されている。

例示の実施形態では、図１に示されているように、プラズマ処理システム１が、材料処理のためにプラズマを利用する。このプラズマ処理システム１は、エッチング・チャンバおよび灰化チャンバ、またはこれらの組合せを含み得る。

図２に示された実施形態によれば、プラズマ処理システム１ａが、プラズマ処理チャンバ１０と、処理されるべき基板２５が上に保持されている基板保持器２０と、真空ポンプ・システム３０とを含み得る。基板２５は、例えば、半導体基板、ウエハ、または液晶パネルであり得る。プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、基板２５の表面に隣接する処理領域１５においてプラズマの発生を促進するように構成され得る。イオン性ガスまたはガス混合物がガス注入システム（図示せず）を介して導入され、処理圧力が調整される。例えば、制御機構（図示せず）を使用して真空ポンプ・システム３０を絞ることができる。プラズマを利用して所定の材料処理に特定的な材料を創出し、および／または基板２５の露出表面から材料を除去するのを助けることができる。プラズマ処理システム１ａは、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはそれよりも大きい基板を処理するように構成され得る。

基板２５は、例えば、静電固締システムを使って基板保持器２０に保持または固着され得る。さらには、基板保持器２０は、例えば、熱を基板保持器２０から受け取って、熱を熱交換器システム（図示せず）に移転するか、または加熱時に、この熱交換器システムから熱を移転する再循環冷媒流を収容する冷却システムをさらに含む。

さらには、ガスが、例えば、基板２５と基板保持器２０との間のガス・ギャップ熱伝導を向上させるために、背面ガス・システムによって基板２５の背面に送達され得る。このようなシステムは、高い温度または低い温度で基板の温度制御が必要なときに利用可能である。例えば、背面ガス・システムは二域ガス分配システムを含むことが可能であり、そこではヘリウム・ガス・ギャップ圧が基板２５の中心と縁部との間で別々に変更され得る。他の実施形態では、抵抗性加熱要素のような加熱／冷却要素、または熱電加熱器／冷却器が、基板保持器２０の中ばかりでなく、プラズマ処理チャンバ１０のチャンバ壁およびプラズマ処理システム１ａ内部の他の任意の構成要素の中に含まれ得る。

図２に示された実施形態では、基板保持器２０が処理空間１５の中に電極を含み、それによってＲＦ電力が処理プラズマに結合される。すなわち、基板保持器２０は、ＲＦ発生器４０からインピーダンス整合回路網５０を介して基板保持器２０までＲＦ電力を伝達することによって、ＲＦ電圧で電気的にバイアスされてもよい。ＲＦバイアスは、電子を加熱してプラズマを形成しかつ維持する役割を果たし得る。このような構成では、本システムは反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）反応器として動作し、そこではチャンバおよび上部ガス注入電極が接地表面としての役割を果たす。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲にわたり得る。プラズマ処理用のＲＦシステムが当業者によく知られている。

別法として、ＲＦ電力が多周波数で基板保持器電極に印加されてもよい。さらには、インピーダンス整合回路５０が、反射電力を低減することによって、プラズマ処理チャンバ１０におけるＲＦ電力のプラズマへの変換を向上させる役割を果たしてもよい。整合回路網配置（例えば、Ｌ型、□型、Ｔ型など）および自動制御方法が当業者によく知られている。

真空ポンプ・システム３０は、例えば、毎秒５０００リットル（およびそれよりも大きい）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧を絞るためのゲート弁とを含む。ドライ・プラズマ・エッチングに利用される従来のプラズマ処理装置では、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰが一般に使用される。ＴＭＰは、低圧の、典型的には５０ミリトール未満の処理に有用である。高圧処理（例えば、１００ミリトールよりも大きい）には、機械式ブースタ・ポンプおよび乾式粗挽きポンプが使用され得る。さらには、チャンバ圧を監視するための装置（図示せず）がプラズマ処理チャンバ１０に結合され得る。圧力測定装置は、例えば、ＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）（米国マサチューセッツ州アンドーバ（Ａｎｄｏｖｅｒ）市）から市販されているＴｙｐｅ ６２８Ｂ Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対静電容量液柱計であり得る。

制御装置１４は、マイクロプロセッサと、メモリと、プラズマ処理システム１ａへの入力を接続しかつ励起するばかりでなく、プラズマ処理システム１ａからの出力を監視するのに十分な制御電圧を生成し得るデジタルＩ／Ｏポートとを含む。さらには、制御装置１４は、ＲＦ発生器４０、インピーダンス整合回路網５０、ガス注入システム（図示せず）、真空ポンプ・システム３０ばかりでなく、背面ガス送達システム（図示せず）、基板／基板保持器温度測定システム（図示せず）、および／または静電固締システム（図示せず）にも結合可能であり、かつこれらと情報を交換することが可能である。例えば、基板からフォトレジストを除去する方法を実行するために、メモリ中に格納されたプログラムを利用して、処理レシピにしたがってプラズマ処理システム１ａの前述の構成要素に対する入力を励起してもよい。制御装置１４の１つの実施例が、米国テキサス州オースティン（Ａｕｓｔｉｎ）市のデル社（Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０（登録商標）である。

制御装置１４は、プラズマ処理システム１ａに対して現場にまたは遠隔地に配置され得る。例えば、制御装置１４は、直接接続、イントラネット、インターネット、またはこれらの組合せを使用してプラズマ処理システム１ａとデータを交換することが可能である。制御装置１４は、例えば、消費者の現場（すなわち、デバイス市場など）におけるイントラネットに結合可能であるし、またはそれは、例えば、供給業者の現場（すなわち、機器製造業者）におけるイントラネットに結合可能でもある。さらには、例えば、制御装置１４はインターネットに結合され得る。しかも、別のコンピュータ（例えば、制御装置、サーバなど）が、データを交換するために、例えば、直接接続、イントラネット、およびインターネット、またはこれらの組合せの少なくとも１つを経由して制御装置１４にアクセスすることも可能である。

診断システム１２は、光学的診断サブシステム（図示せず）を含み得る。この光学的診断サブシステムは、（シリコン）フォトダイオードまたは光電子倍増管（ＰＭＴ）のような、プラズマから放出された光強度を測定するための検出器を含み得る。診断システム１２は、狭帯域干渉フィルタのような光学フィルタをさらに含み得る。別法の実施形態では、診断システム１２が、ラインＣＣＤ（電荷結合素子）、ＣＩＤ（電荷注入デバイス）アレイ、および格子またはプリズムのような光分散素子の少なくとも１つを含み得る。さらには、診断システム１２は、所与の波長にある光を測定するためにモノクロメータ（例えば、格子／検出器システム）、または、例えば、米国特許第５８８８３３７号明細書に説明されている装置のような、光スペクトルを測定するための分光計（例えば、回転格子）を含み得る。

診断システム１２は、ピーク センサ システムズ社（Ｐｅａｋ Ｓｅｎｓｏｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ）またはベリティ インスツルメンツ社（Ｖｅｒｉｔｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）製のような高分解能の光放射分光計（ＯＥＳ）を含み得る。このようなＯＥＳセンサは、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、および近赤外（ＮＩＲ）光スペクトルにわたる広いスペクトルを有する。その分解能は約１．４オングストロームであり、すなわち、このセンサは２４０から１０００ｎｍまでの５５５０個の波長を収集することが可能である。例えば、ＯＥＳセンサには高感度の小型光ファイバＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ分光計が装備可能であり、これらは次に２０４８画素の線形ＣＣＤアレイと一体化される。

分光計は、一本に束ねられた光ファイバを介して伝搬された光を受け取り、その場合に光ファイバからの光出力は、固定格子を使用して、ラインＣＣＤアレイ全体にわたって分散される。上で説明された構成と同様に、光学真空窓を介して放出された光が、凸面半球レンズによって光ファイバの入力端上に合焦される。３つの分光計は、それぞれが所与のスペクトル範囲（ＵＶ、ＶＩＳ、およびＮＩＲ）に特定的に同調され、処理チャンバ用のセンサを形成する。各分光計は別個のＡ／Ｄ変換器を含む。そして最後に、センサの利用に応じて、完全な放射スペクトルが０．１から１．０秒ごとに記録され得る。

診断システム１２は、光学的に粒子濃度を監視するためのプラズマ診断システムをさらに含み得る。これ以上の詳細に関しては、粒子濃度を監視するための光学的診断システムが、２００２年１１月２６日出願の「Ｐｌａｓｍａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ」と題し、その内容全体が本明細書にすべて組み込まれる、係属の米国特許仮出願第６０／４２９０６７号明細書に説明されている。

診断システム１２は、薄膜干渉法を使用して処理チャンバ構成要素上の薄膜の厚みを光学的に測定するための薄膜診断システムをさらに含み得る。この薄膜測定技法は、例えば、分光光度計、すなわち楕円偏光計を利用することができる。

図３に示されている実施形態では、プラズマ処理システム１ｂが、例えば、図１または２の実施形態と同様であり得るが、図２および図３を参照して説明されている当該構成要素に加えて、プラズマ密度を潜在的に増大させるために、および／またはプラズマ処理の均一性を向上させるために、固定式の、または機械的もしくは電気的回転式の磁場システム６０をさらに含む。さらには、制御装置１４が、回転速度および磁場強度を調整するために磁場システム６０に結合され得る。回転式磁場の設計および実施様態は当業者によく知られている。

図４に示されている実施形態では、プラズマ処理システム１ｃは、図１または図２と同様であり得るが、ＲＦ電力がＲＦ発生器７２からインピーダンス整合回路網７４を介して結合され得る上部電極７０をさらに含む。ＲＦ電力を上部電極に印加するための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲にわたり得る。さらには、電力を下部電極に印加するための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲にわたり得る。しかも、制御装置１４が、上部電極７０に対するＲＦ電力の印加を制御するために、ＲＦ発生器７２およびインピーダンス整合回路網７４に結合される。上部電極の設計および実施態様は当業者によく知られている。

図５に示されている実施形態では、プラズマ処理システム１ｄが、例えば、図１および２の実施形態と同様であり得るが、ＲＦ電力がインピーダンス整合回路網８４を介してＲＦ発生器８２経由で結合されている誘導コイル８０をさらに含む。ＲＦ電力は誘導コイル８０から誘電窓（図示せず）を介してプラズマ処理領域４５に誘導結合される。ＲＦ電力を誘導コイル８０に印加するための典型的な周波数は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲にわたり得る。同様に、電力をチャック電極に印加するための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲にわたり得る。さらにはスロット付きファラデー遮蔽（図示せず）を使用して誘導コイル８０とプラズマとの間の容量性結合を低減することができる。

さらには、制御装置１４が、誘導コイル８０に対する電力の印加を制御するために、ＲＦ発生器８２およびインピーダンス整合回路網８４に結合される。別法の実施形態では、誘導コイル８０は、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）反応器におけるように、上からプラズマ処理領域１５と連通する「渦巻き」コイルまたは「パンケーキ」コイルであり得る。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、トランス結合プラズマ（ＴＣＰ）源の設計および実施様態は当業者によく知られている。

別法として、プラズマは電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用して形成され得る。さらに別の実施形態では、プラズマはヘリコン波のラウンチング（launching）から形成される。さらに別の実施形態では、プラズマは伝搬する表面波から形成される。上で説明された各プラズマ源は当業者によく知られている。

別の実施形態では、図１から５までに例示されているように、プラズマ処理システムは、例えば、より高価な処理チャンバ構成要素の寿命を延長するように設計された交換可能な構成要素をさらに含む。例えば、図６は、交換可能な電極板２１、堆積遮蔽２２、バッフル板２３、ベロー遮蔽２４、エッジ・リング２５、焦点リング２６をさらに含むプラズマ処理システム１ｅを示す。これらの交換可能な構成要素のそれぞれは、ステンレス鋼、アルミニウム、珪素、炭化珪素、窒化珪素、石英、アルミナなどの少なくとも１つから製造され得る。さらには、これらの構成要素のいずれか１つは、表面陽極酸化、溶射被覆、またはプラズマ電解酸化によって形成された被覆のような被覆をさらに含み得る。被覆は、ＩＩＩ族行の元素およびランタン系列元素の少なくとも１つの層を含み得る。防護壁は、Ａｌ_２Ｏ_３、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｆ_３、ＹＦ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＤｙＯ_３、およびＡｌＦの少なくとも１つを含み得る。アルミニウム製の構成要素を陽極酸化する方法および溶射被覆を施す方法は、表面材料処理の当業者によく知られている。

先に説明されたように、エッチングのようなプラズマ処理は、例えば、被覆された、または被覆されていない交換可能な構成要素の露出表面を含めて、プラズマ処理システムの内部表面上に残留物の蓄積をもたらす。プラズマ処理システムの次の湿式洗浄までの時間を引き延ばすために、イン・サイチューの乾式洗浄が、例えば、基板ロット間にプラズマ処理システムの内側を定期的に洗浄するために取り入れられてきた。典型的には、酸素プラズマを利用してイン・サイチューで乾式洗浄を実行する。

例えば、酸素プラズマを利用する乾式洗浄が、内部表面上に蓄積された残留物（図７Ａ参照）を除去するために、図６に説明されたシステムのようなプラズマ処理システムで実行されてきた。その場合に、高い圧力（＞１００ミリトール）および酸素流量（＞１０００ｓｃｃｍ）が高い洗浄率に関わるものとされてきた。しかし、このような条件は非均一の洗浄率をもたらし、さらにその後のプラズマ処理システムの基底表面のスパッタリングをもたらすことも観察されてきた。被覆された交換可能な構成要素の過剰な酸素イオン・スパッタリングは、より高い微粒子濃度として、さらにベロー遮蔽およびエッジ・リングのような基板保持器の外部表面上の微粒子堆積（図７Ｂ参照）として現出した。

１つの実施形態では、乾式洗浄処理が、プラズマ処理時に実質的に微粒子形成を低減するために、プラズマ処理システムに対して最適化される。別の実施形態では、乾式洗浄処理が、均一な処理速度を実現するために、プラズマ処理システムに対して最適化される。さらに別の実施形態では、乾式洗浄処理が、乾式洗浄処理の終点を決定するために、プラズマ処理システムに対して最適化される。

均一な洗浄率を実現するための第１の実施例では、第１の実験計画法（ＤＯＥ）が、図６に示されたシステムのようなプラズマ処理システムで実施され、それによって洗浄率および洗浄率の均一性に対する幾つかの処理パラメータの効果を測定するために、このような処理パラメータが変更された。処理パラメータには、圧力、洗浄ガス流量、上部電極と下部電極との間の（ギャップ）間隔、およびＲＦ電力（基板保持器に結合された）が含まれた。

プラズマ処理システムの内部表面上の残留物をシミュレートするために、（有機）重合体材料の薄膜を有する複数のテスト試料がプラズマ処理システム内側の範囲内の複数の箇所に配置された。例えば、エッチング残留物をシミュレートするために有用な１つの（有機）重合体材料には、リソグラフィ用フォトレジストが含まれる。図８は、プラズマ処理システム中のテスト試料の典型的な分布を例示する。

ここで、テスト試料群を使用して、プラズマ処理システムにおける乾式洗浄率および乾式洗浄率の均一性を測定するために第１のＤＯＣが実施される。表１はＤＯＣ係数とこの実施例の水準概要を示し、そこではギャップ間隔が上部電極と下部電極との間の距離を表す（４つの係数、２つの水準）。

この実験群に続いて、最小洗浄率と最大洗浄率の箇所とをそれぞれに表すように、上部電極の中心（箇所Ａ）とバッフル板の外縁（箇所Ｂ）とが決定された。これから、チャンバ均一性、すなわち、洗浄率の比（Ａ／Ｂ）を説明するために、大まかな応答が引き出されたが、その場合の望ましい値は１．０である。

低い（１５０ミリトール）圧力水準および高い（８００ミリトール）圧力水準で評価されたチャンバ均一性効果の最小二乗法は、ギャップがチャンバ均一性では（−）効果を有し、最も適切な均一性では最小ギャップを示す。第２に、圧力はチャンバ均一性では（+）効果であり、より高い圧力がチャンバの均一性の向上をもたらすことを示唆する。しかし、高圧処理は、低圧処理に較べると、より低い平均洗浄率（約３０％の低下）を示す。チャンバ均一性の向上に関する他の効果は、（−）流量および（+）ＲＦ電力である。

この最小二乗法の線形モデルを利用して、圧力、電力、ギャップ、および流量の好ましい水準に関する推定応答を例示するための予測子プロフィールを作成する。この場合には、これらの好ましい水準が、乾式洗浄の均一性に対して従来の処理からの向上をもたらすこと、すなわち、０．３６から０．４２までＡ／Ｂの増大をもたらすことが予測される。図９Ａおよび９Ｂは、１５０ミリトールと８００ミリトールとの間の範囲内にある低圧水準および高圧水準（表１参照）に対する乾式洗浄の均一性を例示する。

より低い圧力の効果を調査するために、第２のＤＯＥが実施されたが、そこでは圧力が５０ミリトールから１５０ミリトールまで変更され、ギャップ間隔（２７ｍｍに設定）がこのＤＯＥから排除された。表２は、この実施例に関するＤＯＥ係数および水準の概要を提示する。この結果から、上部電極の中心（箇所Ａ）とバッフル板の外縁（箇所Ｂ）とが、それぞれに最小洗浄率の箇所と最大洗浄率の箇所とを表すように決定された。これから、チャンバ均一性、すなわち、洗浄率の比（Ａ／Ｂ）を説明するために、大まかな応答が引き出されたが、その場合の望ましい値は１．０である。さらには、バッフル板（箇所Ｂ）の外縁とバッフル板の内縁（箇所Ｃ）が、それぞれにバッフル板上における最大および最小洗浄率の箇所を表すように決定された。

プラズマ処理システムの均一性（Ａ／Ｂ）およびバッフル板の均一性（Ｂ／Ｃ）の最小二乗法は、圧力が主要な効果であり、酸素流量が二次的効果であると推定されることを示す。予測プロファイラを利用して、処理システムおよびバッフル板の均一性ならびに均一性傾向が、低い（５０ミリトール）圧力水準および高い（１５０ミリトール）圧力水準で推定される。第２のＤＯＥの結果は、処理システムおよびバッフル板の均一性が、高いＲＦ電力および小さいギャップで動作しながら、圧力を１００ミリトール未満に低減し、かつ酸素流量を低減することによって向上され得ることを示す。例えば、図６に示されたプラズマ処理システムでは、好ましい乾式洗浄処理が５０ミリトールの圧力、４０００Ｗの電力、５００ｓｃｃｍの酸素質量流量であった。

微粒子形成を低減するための第２の実施例では、終点検出を利用して乾式洗浄の終了時を求める。乾式洗浄の終了時を求めるための終点検出方法は、例えば、発光分光法（ＯＥＳ）を使用して、乾式洗浄プラズマからの発光を監視することを含み得る。例えば、ＯＥＳシステムは、ＣＯ（４８２．５または５６１ｎｍ）放射、すなわち、乾式洗浄処理の主要副産物を監視するように構成され得る。酸素プラズマが表面重合体と反応するとき、ＣＯが生成されてＣＯ放射スペクトルが監視され得る。表面重合体が除去されてＣＯ源が消滅するときに、一般にＣＯ放射強度が低下するが、乾式洗浄の終点が画定され得るのは、このような変化からである。異なるエッチング用途が、様々な量の除去されるべき重合体を生成するので、それに要する乾式洗浄時間は、所与のロットの基板数に加えて、前述のエッチング用途に基づいて様々であり得る。終点を利用して、重合体堆積物の除去が不十分な時点、および露出したセラミック表面の過剰なスパッタリングを回避するために乾式洗浄が終了され得る時点を決定することができる。

例えば、図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれにポスト・トレンチ・エッチング乾式洗浄およびポスト・ビア・エッチング乾式洗浄（post via etch dry
cleaning）に関する終点の検出結果を示す。横座標は時間（秒）を表し、縦座標は終点信号（すなわち、ＣＯに関する発光に比例する信号の傾きの絶対値）を表す。終点時間は基板ロットのサイズと共に増加することが理解されよう。例えば、ポスト・トレンチ・エッチング乾式洗浄時には、基板ロットが１２個の基板から２４個の基板に増加するとき、終点は約１２５秒から２１０秒に増加する。

一実施形態では、乾式洗浄処理が終点の検出に続いて終了される。別法の実施形態では、乾式洗浄処理がさらに超過洗浄処理を含み、そこでは超過洗浄処理が終点の検出を過ぎて乾式洗浄時間を延長する。例えば、超過時間は開始から終点検出までの乾式洗浄時間の何分の１かを構成し得る。

図１２を参照すると、プラズマ処理システムを乾式洗浄する方法が説明されている。本方法は、乾式洗浄処理を選択するタスク１１０から始まるフロー・チャート１００で例示されている。乾式洗浄処理は、プラズマ処理システムにおける微粒子形成を実質的に低減するように選択され得る。別法として、乾式洗浄処理は、０．５ミクロンよりも大きな微粒子に関して微粒子形成を実質的に低減するか、０．１６ミクロンよりも大きな微粒子に関して、微粒子形成を基板１個当たりの微粒子が１０個未満の微粒子数まで実質的に低減するか、またはプラズマ処理システムにおける乾式洗浄処理の均一性を実質的に最大化するように選択され得る。別法として、乾式洗浄処理は、特定の構成要素全体にわたって乾式洗浄処理の均一性を実質的に最大化するように選択され得る。微粒子濃度（すなわち微粒子の数）は、上で説明したシステムのような光学的な監視システムを使用してイン・サイチューで、またはレーザ光波散乱計測法のような基板表面上の微粒子を監視するための微粒子検出システムを利用することによってエクス・サイチュー（ex-situ）で測定され得る。

タスク１２０では、選択された乾式洗浄処理がプラズマ処理システムで実行される。乾式洗浄処理は、予め特定された時間に続いて終了され得る。別法として、乾式洗浄処理は、終点の検出に続いて終了され得る。別法として、乾式洗浄処理は終点の検出を過ぎて延長する超過時間に続いて終了され得る。

ここで図１３を参照すると、乾式洗浄処理を最適化する方法が説明されている。本方法は、プラズマ処理システムで乾式洗浄を実施するタスク２１０から始まるフロー・チャート２００で例示されている。乾式洗浄処理は、予め特定された処理レシピ、記録法（ＰＯＲ）などを含み得る。

タスク２２０では、乾式洗浄率がプラズマ処理システムにおける第１の箇所で求められる。乾式洗浄率は、第１の箇所における残留薄膜の厚みの変化、およびこの厚みの変化を得るために乾式洗浄時に要した時間を求めることによって測定され得る。薄膜の厚みは、上で説明された技法を使用してエクス・サイチューで測定され得るし、またはそれは薄膜厚み干渉計のような薄膜厚み監視器を使用してイン・サイチューで測定され得る。

タスク２３０では、乾式洗浄率がプラズマ処理システムにおける第２の箇所で求められる。

タスク２４０では、乾式洗浄処理が、第１の位置における第１の洗浄率と第２の位置における第２の洗浄率との間の差を実質的に低減するために調整される。この乾式洗浄処理の調整は、圧力、電力、流量、およびギャップ間隔の少なくとも１つの調整を含み得る。

以上に本発明の幾つかの例示的な実施形態のみを説明してきたが、本発明の新規の教示および利点から実質的に逸脱することなく、多くの変更が例示的な実施形態において可能であることを当業者は容易に理解しよう。したがって、このような変更はすべて本発明の範囲内に包含されることを企図するものである。

よって、本明細書は本発明を限定するものではなく、本発明の構成、動作、および挙動は、本明細書に存在する細部の水準があれば、本実施形態の変更および変形が可能であるという理解の下に説明されている。したがって以上の詳細な説明は、いずれにしても本発明を限定しようとするものでも、または企図するものでもなく、さらに正確に言えば、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって画定される。

本発明の好ましい実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の追加的な実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の追加的な実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の追加的な実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の追加的な実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の追加的な実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 第１の実験計画法に関するデータを提示する図である。 第１の実験計画法に関するデータを提示する図である。 第２の実験計画法に関するデータを提示する図である。 第２の実験計画法に関するデータを提示する図である。 第１の乾式洗浄処理に関する終点データを示す図である。 第２の乾式洗浄処理に関する終点データを示す図である。 本発明の実施形態に係る、プラズマ処理システムを乾式洗浄する方法を例示する図である。 本発明の別の実施形態に係る、プラズマ処理システムのための乾式洗浄処理を最適化する方法を例示する図である。

Claims (20)

1. プラズマ処理システムを乾式洗浄する方法であって、
   前記プラズマ処理システムの前記乾式洗浄時に微粒子汚染を実質的に低減するための乾式洗浄処理レシピを含み、前記乾式洗浄処理レシピは、処理ガスの質量流量、前記乾式洗浄処理のための圧力、および前記処理ガスからプラズマを形成するための電力の少なくとも１つを設定するステップを含んでおり、さらに、
   前記乾式洗浄を容易にするために前記乾式洗浄処理レシピを前記プラズマ処理システムで実行するステップを含む方法。
2. 前記プラズマ処理システムにおける乾式洗浄率のばらつきを実質的に低減するための乾式処理レシピを選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記乾式洗浄処理の終点の検出に続いて前記乾式洗浄処理を終了するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記乾式洗浄処理の終点の検出を過ぎて延長する超過洗浄時間に続いて前記乾式洗浄処理を終了するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記終点の前記検出に続いて前記乾式洗浄処理を前記終了するステップは、発光分光法を使用するステップを含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記圧力を前記設定するステップは、前記圧力を１００ミリトールよりも低いかまたは等しい値に設定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記処理ガスの前記質量流量を前記設定するステップは、酸素（Ｏ_２）の質量流量を設定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記乾式洗浄処理レシピを前記選択するステップは、実験計画法を実施するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記乾式洗浄処理レシピを前記選択するステップは、０．５ミクロンおよびそれよりも大きい微粒子を実質的に低減するステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. ０．５ミクロンおよびそれよりも大きい微粒子を前記実質的に低減するステップは、前記微粒子の数を基板１個当たり１０個よりも少ないかまたは等しい微粒子に低減するステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記プラズマ処理システムにおける微粒子濃度を監視するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記微粒子濃度にしたがって前記処理レシピを調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記微粒子濃度を前記監視するステップは、レーザ光波散乱計測法を使用するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記プラズマ処理システムにおいて洗浄率の均一性を監視するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記洗浄率の均一性にしたがって前記処理レシピを調整するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 基板を処理するためのプラズマ処理システムであって、
    処理チャンバと、
    前記処理チャンバに結合され、かつ前記基板を支持するように構成された基板保持器と、
    前記処理チャンバに結合され、かつ洗浄ガスを導入するように構成されたガス注入システムと、
    前記処理チャンバに結合され、かつ前記洗浄ガスからプラズマを形成するように構成されたプラズマ源と、
    前記処理チャンバに結合され、かつ前記処理システムを定期的に乾式洗浄するための処理レシピを実行するように構成された制御装置と、を含み、
    前記処理レシピは前記乾式洗浄時に微粒子形成を実質的に最小化する、プラズマ処理システム。
17. 前記プラズマ処理システムは、前記処理チャンバに結合された診断システムをさらに備え、前記制御装置は、前記プラズマ処理システムからの発光の監視、前記プラズマ処理システムにおける微粒子濃度の監視、および前記プラズマ処理システムの内側表面上の膜厚の監視の少なくとも１つを実施するように構成される、請求項１６に記載のプラズマ処理システム。
18. プラズマ処理システムにおける乾式洗浄処理を最適化する方法であって、
    前記プラズマ処理システムで、酸素を含有する処理ガスを導入するステップ、前記プラズマ処理システム中の圧力を設定するステップ、および前記処理ガスからのプラズマを点火するステップを含む乾式洗浄処理を実施するステップと
    第１の洗浄率を第１の箇所で求めるステップと、
    第２の洗浄率を第２の箇所で求めるステップと、
    前記第１の洗浄率と前記第２の洗浄率との間の差を最小化するために前記乾式洗浄処理を調整するステップと、を含む方法。
19. 前記第１の洗浄率および前記第２の洗浄率を前記求めるステップは、前記乾式洗浄処理を実施する前に第１のテスト試料を前記第１の箇所に布置するステップと、前記乾式洗浄処理を実施する前に第２のテスト試料を前記第２の箇所に布置するステップと、前記乾式洗浄処理に続いて前記第１のテスト試料を除去するステップと、前記第１のテスト試料上の膜厚を測定するステップと、前記乾式洗浄処理に続いて前記第２のテスト試料を除去するステップと、前記第２のテスト試料上の膜厚を測定するステップとを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の洗浄率および前記第２の洗浄率を前記求めるステップは、イン・サイチューの薄膜干渉計を利用するステップを含む、請求項１８に記載の方法。

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