JP2008506530A - プラズマ処理チャンバ用の構成要素の石英表面をウェット洗浄する方法 - Google Patents

Abstract

エッチングチャンバ、レジスト剥離チャンバ等の、半導体基板が処理されるプラズマ処理チャンバ用の構成要素の石英表面のウェット洗浄方法は、石英表面を、少なくとも一つの有機溶媒、塩基溶液及び複数の異なる酸溶液と接触させて、石英表面から有機汚染物質及び金属汚染物質を除去する工程を含む。石英表面は、好ましくは、少なくとも２回酸溶液の一つと接触させられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ処理チャンバ用の構成要素の石英表面をウェット洗浄する方法に関する。

シリコンウエハ等の半導体基板材料は、蒸着、乾式エッチング及びレジスト剥離プロセス等の技術によって、プラズマ処理チャンバ内で処理される。そのようなチャンバの構成要素の表面は、プラズマ及び腐食性ガスにさらされ、また継続的にそれらによる作用を受ける。そのさらされることにより、これらの構成要素は腐食され、副産物の付着が堆積して、交換又は徹底的な洗浄を必要とする。最終的に、構成要素は摩耗して、チャンバ内で使用不可能になる。これらの構成要素は「消耗品」と呼ばれる。したがって、部品の寿命が短ければ、消耗品のコストは高い（すなわち、部品コスト／部品寿命）。

半導体基板がその中で処理される、プラズマ処理チャンバ用の構成要素の石英表面をウェット洗浄する方法が提供される。好ましい一実施形態は、ａ）構成要素の少なくとも一つの石英表面を、石英表面から有機汚染物質を脱脂し除去するのに有効な少なくとも一つの有機溶媒と接触させる工程と、ｂ）工程ａ）の後、石英表面を、石英表面から有機汚染物質及び金属汚染物質を除去するのに有効な弱い塩基溶液と接触させる工程と、ｃ）工程ｂ）の後、石英表面を、石英表面から金属汚染物質を除去するのに有効な第１の酸溶液と接触させる工程と、ｄ）工程ｃ）の後、石英表面をフッ化水素酸及び硝酸を含む第２の酸溶液と接触させて、石英表面から金属汚染物質を除去する工程と、ｅ）任意に工程ｄ）を少なくとも１回繰り返す工程とを含む。

半導体基板が処理されるプラズマ処理チャンバ用の構成要素の好ましい一実施形態は、少なくとも一つの石英表面を含み、その表面上のＡｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ及びＭｏの量（×１０^１０原子／ｃｍ^２）は、Ａｌ≦３００、Ｃａ≦９５、Ｃｒ≦５０、Ｃｕ≦５０、Ｆｅ≦６５、Ｌｉ≦５０、Ｍｇ≦５０、Ｎｉ≦５０、Ｋ≦１００、Ｎａ≦１００、Ｔｉ≦６０、Ｚｎ≦５０、Ｃｏ≦３０、及びＭｏ≦３０である。

レジスト剥離装置の好ましい一実施形態が提供され、その装置は、レジスト剥離チャンバと、プラズマを生成しかつ反応種をレジスト剥離チャンバに導入するように動作可能な遠隔プラズマ源と、ウェット洗浄された少なくとも一つの石英表面を含むバッフルとを備える。
プラズマ処理チャンバの好ましい一実施形態が提供され、そのチャンバは洗浄された少なくとも一つの石英表面を含む少なくとも一つの構成要素を備え、その石英表面は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ及び／又はプロセスガスに暴露される。

プラズマ処理チャンバ内の半導体基板を処理する方法の好ましい一実施形態は、少なくとも一つの構成要素の少なくとも一つの石英表面を洗浄する工程と、洗浄されたままの構成要素を、構成要素がプラズマ及び／又はプロセスガスにさらされるように、半導体基板を収容するプラズマ処理チャンバ内に設置する工程と、プラズマ処理チャンバから離れて又はその中でプロセスガスをプラズマ状態に励起して、基板を処理する工程とを含む。

プラズマ処理作業では、シリコンウエハ等の半導体基板は、基板から材料を除去するプラズマエッチングプロセスを施され、及び／又は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ促進化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）等の、基板上に材料を蒸着する蒸着プロセスを施される。エッチングプロセスは、金属材料、半導体及び／又は絶縁体材料、例えば誘電材料を、基板から除去する。蒸着プロセスは、例えば、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の様々な金属、及び、二酸化シリコン、窒化シリコン等の誘電材料を、基板上に蒸着することができる。

レジスト剥離チャンバは、半導体デバイス製造プロセスにおいて、レジスト材料、例えば有機フォトレジスト、等の保護マスクを半導体基板から除去するのに使用される。「アッシング」とも呼ばれる乾式剥離は、レジストを半導体構造から除去するためにレジスト剥離チャンバ内で実施されるプラズマエッチング技術である。

プラズマエッチング、蒸着、及び／又はレジスト剥離プロセスにより、プラズマチャンバ内で、無機汚染物質及び有機汚染物質が、構成要素の石英（ＳｉＯ_２）表面上に、すなわち、石英で作られた構成要素（例えば、モノリシック構成要素）の表面上に、又は、少なくとも一つの他の材料に加えて石英を含む構成要素、例えば下にある基板の外層として形成された石英コーティングを含む構成要素、の石英表面上に蓄積することが分かっている。本明細書で使用されるとき、用語「外側表面」は、構成要素の外側表面全体を意味し、一つ又は複数の石英表面を含んでもよい。外側表面は、石英ではない少なくとも一つの表面、例えば非コート面を含んでもよい。

石英表面を有するプラズマ処理装置用の構成要素としては、例えば、誘電体窓、プロセスガス噴射器、及び／又は噴射リング、ビューポート（view ports）、プラズマ閉じ込めリング、フォーカスリング、及び基板支持体上の基板を取り囲むエッジリング、ならびにプロセスガスを分配するためのガス分配プレート及びバッフルが挙げられる。構成要素は、平板状、リング状、ディスク状、円筒状、及び、これらの形状と他の形状との組み合わせ等、様々な形状を有することができる。

プラズマエッチング、蒸着、及びレジスト剥離プロセスの間、エッチング副生物、蒸着材料、剥離副生物及び他の材料が、プラズマチャンバ内の構成要素の石英表面上に堆積することがある。レジスト剥離チャンバ内では、有機汚染物質及び無機汚染物質を含む剥離副生物が、ガス分配プレート及びバッフルの底面上に蓄積し、剥離速度の低下を引き起こすことがある。特定の理論に限定されるものではないが、剥離速度の低下のメカニズムは、清浄なＳｉＯ_２表面で生じる再結合と比較して、例えばＡｌ_ｘＯ_ｙ及びＴｉＯ_ｙの堆積物上での表面再結合の発生が増加することによって引き起こされる、下流の原子酸素フラックスの損失であると考えられる。

プラズマ処理装置用の構成要素の石英表面の汚染に関連した上述の問題の観点から、そのような石英表面を洗浄する方法が提供される。石英表面は、好ましくは、プラズマ処理チャンバ内でプラズマ及び／又は腐食性プロセスガスにさらされる表面である。これらの方法の好ましい実施形態は、石英で作られた構成要素（例えば、モノリシック構成要素）、及び、一つ又は複数の石英表面を有する構成要素、例えば石英コーティングされた構成要素を洗浄するために実行することができる。これらの方法は、有機汚染物質及び無機汚染物質を、プラズマ処理チャンバ内でプラズマにさらされていた構成要素、すなわち使用済みの構成要素の石英表面から除去することによって、使用済みの部品を修復して、石英表面上の少なくとも選択された金属汚染物質の望ましい低レベルを達成することができる。

プラズマ処理装置用の構成要素の石英表面を洗浄する方法の好ましい一実施形態は、前洗浄又は「粗洗浄」手順である、任意の第１工程を含む。前洗浄手順は、好ましくは、構成要素の石英表面が非常に汚染されていると判断される場合、例えば、石英表面上の汚染レベルが十分目に見える程度深刻な場合に実施される。前洗浄手順は、脱イオン（ＤＩ）水の高圧（例えば、約２０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）噴霧を使用して、構成要素の外側表面に吹き付けを行うことを含む。外側表面には、遊離した表面蒸着が除去されるまで、例えば約５分間〜約１５分間、噴霧が施される。外側表面を水で洗浄した後に、構成要素は乾燥される。乾燥工程は、好ましくは、清潔な乾燥空気等を使用する。

この実施形態では、構成要素の一つ又は複数の石英表面をマスキングして、洗浄化学物質との接触を防ぐことができる。例えば、石英窓の場合、気密面を、「ＴＥＦＬＯＮ」取付具若しくは石英リングを使用して、又は汚染物質を含まないテープ等でマスキングすることができる。目に見える堆積物は、好ましくは、濾過され加圧されたＣＯ_２等を使用して、構成要素の外側表面のマスキングされていない部分から除去される。

この実施形態では、構成要素の外側表面は、次に、約５分間〜約１５分間等の適切な時間、ＤＩ水で濯がれて、外側表面から遊離した粒子が除去され、第１工程が完了する。

構成要素は、以下に記載する向上したウェット洗浄手順を使用して、洗浄することができる状態にある。この実施形態では、向上したウェット洗浄手順は、好ましくは、３工程、すなわちこの方法の第２〜第４工程を含む。この実施形態では、第２工程は、好ましくは、構成要素の石英表面を脱脂して、指油、グリース、粒子及び有機化合物等の有機汚染物質を除去する。有機汚染物質は、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４等のプロセスガスを使用する金属エッチングプロセスを含む様々なプラズマプロセスの間、又は、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６等を使用するレジスト剥離プロセスの間に、石英表面上に堆積することがある。この実施形態では、第３工程は、第１工程の後に構成要素の石英表面上に残っている有機汚染物質を除去し、かつ無機汚染物質を除去するために実施される。この実施形態では、第４工程は最終洗浄及びパッケージング手順である。

この実施形態では、第２工程は、最初にＤＩ水を使用して、通常約５分間〜約１５分間構成要素を濯いで石英表面から遊離した粒子を除去し、次に構成要素を乾燥させることを含む。

この実施形態では、第２工程は、次に外側表面を適切な第１の溶媒と接触させることを含む。本明細書で使用するとき、用語「接触させる」は、外側表面上に存在する望ましくない物質を除去するのに有効な任意の適切な技術によって、構成要素の外側表面に液体を適用することを意味する。例えば、洗浄すべき構成要素は、液体中に漬ける又は浸漬させるか、又は、液体を噴霧する又は跳ね掛けることができる。第１の溶媒は、有機溶媒、好ましくはイソプロピルアルコールである。構成要素は、約２０℃〜約２５℃の温度で約１５分間〜約３０分間、第１の溶媒に浸漬され、次に、目に見える残留物が石英表面から拭き取り布に移らなくなるまで、非汚染拭き取り布で拭かれるのが好ましい。次に、構成要素は、ＤＩ水を使用して一般的に約５分間〜約１５分間濯がれて、残存する第１の溶媒及び遊離した表面粒子が除去され、その後、構成要素は窒素等で乾燥される。

この実施形態では、第２工程は、次に構成要素を適切な第２の溶媒と接触させることを含む。第２の溶媒は、有機溶媒、好ましくはアセトンである。構成要素は、約２０℃〜約２５℃の温度で約１５分間〜約３０分間、第２の溶媒に浸漬され、次に、目に見える残留物が石英表面から拭き取り布に移らなくなるまで、非汚染拭き取り布で拭かれるのが好ましい。アセトンは、有機汚染物質を構成要素の石英表面から有機汚染物質を除去するのに有効である。次に、構成要素は、好ましくは、ＤＩ水を使用して通常約５分間〜約１５分間濯がれて残存する溶媒及び遊離した表面粒子が外側表面から除去され、その後、構成要素は窒素等で乾燥される。

この実施形態では、第２工程は、次に、（ほぼ周囲温度で少なくとも約１５ＭΩ・ｃｍの抵抗を有する）超純水中で構成要素を約２０分間〜約４０分間超音波洗浄し、その後、構成要素を濾過された窒素等の適切なガスで乾燥することを含むのが好ましい。

この実施形態では、第３工程は、第２工程の完了後に、構成要素の石英表面上に残っている有機汚染物質を、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎａ、Ｋ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＴｉＦ_４、ＡｌＦ_３、ＡｌＯ_ｘＦ_ｙ及びＡｌ_２Ｏ_３を含むがこれらに限定されない無機汚染物質とともに除去するのが好ましい。

この実施形態では、第３工程は、好ましくは、最初に、金属汚染物質及び有機汚染物質を構成要素の石英表面から除去するのに有効な、弱い混合塩基溶液で構成要素を処理することを含む。塩基溶液は、好ましくは、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）及び過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）を含む。水酸化アンモニウムは、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ等の重金属と錯イオンを形成する。過酸化水素は、強い酸化剤であり、また、有機結合を破壊し、金属及び金属イオンと反応させるのに有効である。塩基溶液は、例えば、約１：１：２〜８又は１：ｘ：８（ｘ＝２〜７）、好ましくは約１：１：２の、ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２（好ましくは３０％）：Ｈ_２Ｏの体積比を有することができる。好ましくは、構成要素は、約２０℃〜約２５℃の温度で約２０分間〜約３０分間、塩基溶液に浸漬される。次に、構成要素はＤＩ水で濯がれて、残存する溶液及び汚染物質が除去され、その後、窒素等で乾燥される。

この実施形態では、第３工程は、次に、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ等の重金属、好ましくは少なくともＣａ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋ及びＡｌを石英表面から除去するのに有効な第１の酸溶液で、構成要素を処理することを含む。第１の酸溶液は、好ましくは塩酸（ＨＣｌ）を含む。使用することができる代表的な第１の酸溶液は、６重量％のＨＣｌの水性溶液である。好ましくは、構成要素は、約２０℃〜約２５℃の温度で約１０分間〜約２０分間、第１の酸液に浸漬される。次に、構成要素はＤＩ水で濯がれて、残存する第１の酸溶液及び汚染物質が除去され、その後、窒素等で乾燥される。

この実施形態では、第３工程は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ及びＡｌをＳｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏとともに石英表面から除去するのに有効な第２の酸溶液で、構成要素を処理することを含むのが好ましい。第２の酸処理は、少なくとも１回、例えば２回、より好ましくは３回実施される。第２の酸溶液は、好ましくは、フッ化水素酸（ＨＦ）及び硝酸（ＨＮＯ_３）の混合物を含有する。フッ化水素酸は、シリコン及びＳｉＯ_２ベースの材料を溶解する。硝酸は、金属イオン、酸化物、及び石英表面からの無機エッチング副生物を溶解する。第２の酸溶液は、好ましくは約１重量％〜約５重量％のフッ化水素酸及び約５重量％〜約２０重量％の硝酸、より好ましくは約１重量％のフッ化水素酸及び約１０重量％の硝酸、並びに水を含有する。

構成要素は、好ましくは、約２０℃〜約２５℃の温度で約１０分間〜約２０分間、第２の酸溶液に浸漬される。第２の酸溶液中にそれぞれ浸漬させた後、構成要素はＤＩ水で濯がれて、残存する第２の酸溶液及び表面の粒子が除去され、その後、窒素等で乾燥される。第２の酸洗浄手順は、少なくとも１回、好ましくは２回繰り返される。

フッ化水素酸は、約２３００Å／日又はそれ以上の速度で、シリコンを石英構成要素から積極的に除去することができる。そのため、石英構成要素が第２の酸溶液と接触する時間の総量は、好ましくは最大約３０〜約６０分間、より好ましくは最大約３０分間である。第２の酸処理それぞれについて、石英構成要素が第２の酸溶液と接触するのは約２０分以下であるのが好ましい。石英構成要素が約２０分よりも長く第２の酸溶液中で維持される場合、第２の酸溶液は、構成要素からのさらなる金属の除去が停止するがシリコンを構成要素から溶解し続ける平衡状態に達する傾向があることが分かっている。その結果、望ましくない高い量のシリコン除去が生じる。第２の酸処理それぞれに対して、約２０分以下の第２の酸洗浄を実施することにより、溶液によって構成要素表面から除去されるシリコンの総量が容認可能な程度低いまま、有機汚染物質及び金属汚染物質が石英表面から有効に除去される。

この実施形態では、第４工程は、第３工程の完了後に実施されて、構成要素の洗浄を終了させる。第４工程は、好ましくはクラス１００のクリーンルーム内で、より好ましくはクラス１０のクリーンルーム内で実施される。これらの等級を有するクリーンルームは、０．０２８ｍ^３（１立方フィート）当たり、サイズが０．５ミクロンの粒子を１００個まで、及び１０個までそれぞれ含有し得る。第４工程は、最初に、構成要素を約１０分間〜約２０分間タンク内の超純粋なＤＩ水に浸漬させることを含むのが好ましい。次に、構成要素は、好ましくは超純水中で約４０分間〜約８０分間超音波処理を施されるのが好ましい。次に、構成要素は、約１０〜約２０分間超純粋なＤＩ水に完全に浸漬されるのが好ましい。構成要素は、次に、約１１０℃〜１３０℃の温度で、構成要素を乾燥させるのに十分な時間加熱することにより、乾燥されるのが好ましい。構成要素のサイズによって乾燥時間は変化し得る。例えば、乾燥時間は、大きな構成要素、例えば大きな誘電体窓、ガス分配プレート又はバッフルの場合、通常約２時間であり、また、フォーカスリング、エッジリング等のより小さな構成要素の場合、約１時間である。乾燥後、構成要素は、クラス１００の包装袋で二重に包装されるのが好ましい。

プラズマ処理装置の構成要素の石英表面を洗浄する方法は、好ましくは、洗浄された状態の石英表面上において次の金属汚染物質の量（×１０^１０原子／ｃｍ^２）を達成することができる。Ａｌ≦３００、Ｃａ≦９５、Ｃｒ≦５０、Ｃｕ≦５０、Ｆｅ≦６５、Ｌｉ≦５０、Ｍｇ≦５０、Ｎｉ≦５０、Ｋ≦１００、Ｎａ≦１００、Ｔｉ≦６０、Ｚｎ≦５０、Ｃｏ≦３０、及びＭｏ≦３０。これらの金属は半導体装置の望ましくない汚染物質である。表面の金属レベルは、誘導結合プラズマ／質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）を使用して決定することができる。石英表面を洗浄してそのような低い金属汚染レベルを達成することによって、これらの汚染物質粒子の生成によって引き起こされる粒子の問題を回避できることが分かっている。好ましくは、洗浄方法は、構成要素の石英表面の表面仕上げに不利益な影響を及ぼさない。

上述したように、洗浄したままの構成要素は、様々なプラズマ処理装置に導入することができる。例えば、図１は、好ましい一実施形態の石英バッフル５０が載置されるレジスト剥離チャンバ１０の一実施形態を示す。レジスト剥離チャンバ１０は、側壁１２、底壁１４及びカバー１６を含む。壁１２，１４及びカバー１６は、陽極処理アルミニウム等の任意の適切な材料であることができる。カバー１６は、洗浄又は他の目的のために石英バッフル５０を除去するため、開くことができる。レジスト剥離チャンバ１０は、底壁１４に真空ポート１８を含む。

レジスト剥離チャンバ１０は、レジスト剥離の間にシリコンウエハ等半導体基板２２が載置される基板支持体２０をさらに含む。基板２２は、初期のエッチング工程の間、基板２２の下層を保護するためのマスキング層を提供するレジストを含む。下層は、導電体、絶縁体、及び／又は半導体材料であることができる。基板支持体２０は、好ましくは、基板２２をクランプするように構成された静電チャックを備える。基板支持体２０は、レジスト剥離プロセスの間、好ましくは約２００℃〜約３００℃、より好ましくは約２５０℃〜約３００℃の適切な温度で基板２２を維持するように適合されたヒーターをさらに含むことが好ましい。基板２２は、側壁１２に設けられた基板入口ポート２６を介して、レジスト剥離チャンバ１０内に導入され、またそこから除去されることができる。例えば、基板２２は、レジスト剥離チャンバに近接して配置されたエッチングチャンバから、レジスト剥離チャンバ１０内部に、真空下で移送することができる。

この実施形態では、遠隔プラズマ源３０は、レジスト剥離チャンバ１０と流体連通している。プラズマ源３０は、プラズマを生成し、かつレジスト剥離チャンバ１０に接続された通路３２を介してレジスト剥離チャンバ１０内部に反応種を供給するように動作可能である。反応種は、基板支持体２０上に支持された基板２２からレジストを除去する。図示された実施形態のプラズマ源３０は、遠隔エネルギー源３４及び剥離ガス源３６を含む。エネルギー源３４は、好ましくはマイクロ波発生装置である。好ましい一実施形態では、マイクロ波発生装置は、２．４５ＧＨｚの周波数で動作し、好ましくは約５００〜約１５００Ｗ、より好ましくは約１０００〜約１５００Ｗの電力を有する。矢印３８で表わされるマイクロ波は、マイクロ波発生装置３４によって生成され、導波路４０を介して通路３２内に伝搬される。

ガス源３６は、矢印４２で表される酸素等のプロセスガスを、ガスがその中でマイクロ波３８によってプラズマ状態に励起される通路３２に供給するように構成される。反応種は開口部４４を通り抜けて、レジスト剥離チャンバ１０の内部に達する。

反応種は、カバー１６と基板支持体２０の間に配置された石英バッフル５０によって、レジスト剥離チャンバ１０内で分配され、その後、反応種が基板２２上に流れ、レジストを剥離する。基板２２は、レジスト剥離の間加熱されるのが好ましい。レジスト剥離中に生成された廃棄物は、排出ポート１８を介してレジスト剥離チャンバ１０の外にポンプ送出される。

石英バッフル５０は、石英のディスク状物体であるのが好ましい。レジスト剥離チャンバ１０は、単一ウエハ処理の場合、円筒状であるのが好ましい。円筒状のレジスト剥離チャンバ１０に導入されるように構成されると、石英バッフル５０は、レジスト剥離チャンバ１０内部の幅、例えば直径よりも僅かに小さい直径を有する。バッフル５０は、好ましくは、底壁１４から突出する３つ以上の支持体５１（２つが図示される）で支持される。石英バッフル５０は、上側表面５４及び貫通路５６を備えた、隆起した中央部分５２を有する内側部分を含む。石英バッフル５０の図示された実施形態では、中央部分５２は、６つの円周に沿って離間した貫通路５６を含む。貫通路５６の数は、他の実施形態では６つよりも多くても少なくてもよい。この実施形態では、石英バッフル５０の中央部分５２は不透明である。貫通路５６は、好ましくは、上側表面５４に対して鋭角で配向されるので、ＵＶ放射が石英バッフル５０を通り抜け、かつ基板２２を損傷する直接の見通し線はない。

石英バッフル５０は、さらに、中央部分５２と周縁部分６０の間に配置された貫通路５８を含む。貫通路５８は、反応種を所望のフローパターンでレジスト剥離チャンバ１０内部の中に分配するように構成される。貫通路５８は、好ましくは同心列の穴で配置される。貫通路５８は、好ましくは円形断面を有し、また、石英バッフル５０の半径方向外向きに、中央部分５２から周縁部分６０に向かって断面サイズ（例えば、直径）が増加するのが好ましい。

ライナー７０は、レジスト剥離プロセスの間、カバー１６の底面上への材料の堆積を最小限に抑えるため、石英バッフル５０の上側表面７２上で支持されるように構成される。リング６３は上側表面７２上に設けられる。円周に沿って離間したスペーサー６５がリング６３上に設けられて、ライナー７０を支持し、かつそれらの間にプレナム７４を形成する（図１）。リング６３は、例えば陽極処理アルミニウムであり得る。スペーサー６５は、任意の適切な材料であることができ、好ましくは「テフロン（登録商標）」である。ライナー７０は、反応種がそこを通って通路３２からプレナム７４に抜ける、中心に配置された通路４４を含む。ライナー７０は、陽極処理アルミニウム等の任意の適切な材料であり得る。

図２は、基板２２の代表的な一実施形態を示す。基板２２は、通常シリコンのベース基板１０１と、基板１０１上に形成されたＳｉＯ_２等の酸化物層１０３と、酸化物層１０３及び上にある金属層１０７の間に形成された、例えばＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ等の一つ又は複数のバリヤ層１０５とを含む。金属層１０７は、例えば、タングステン、アルミニウム、又は、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ若しくはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等のアルミニウム合金を含むことができる。金属エッチングスタックにはハードマスク開口部がある。ハードマスクは、ＳｉＯＮ等の任意の適切な材料であることができ、それは、ＣＨＦ_３又はＣＦ_４を含むガス混合物を使用してエッチングすることができる。基板２２は、ＴｉＮ又はＴｉＷ等の任意の適切な材料の反射防止膜（ＡＲＣ）層１０９を含むことができる。パターニングされたレジスト層１１１（例えば、有機フォトレジスト）は、ＡＲＣ層１０９の上に形成される。処理副生物１１９は壁上にあるのが示される。

遠隔プラズマを形成するのに使用されるプロセスガスは、酸素を含み、それはプラズマ状態に励起されて酸素ラジカル及びイオン種を生成し、それらは、レジスト剥離チャンバ１０内部に流入され、レジスト層１１１と反応（すなわち、酸化又は「灰化」）する。レジストが剥離プロセスによって基板２２から除去される速度は、「剥離速度」と呼ばれる。

レジスト剥離プロセスガスは、Ｏ_２／Ｎ_２、Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２／Ｎ_２／ＣＦ_４又はＯ_２／Ｎ_２／Ｈ_２Ｏのガス混合物等、任意の適切な組成を有することができる。ガス混合物は、Ｏ_２、Ｎ_２、及び、ＣＦ_４又はＣ_２Ｆ_６等のフッ素含有成分を含むのが好ましい。Ｎ_２は、バリヤ及び／又は下にある材料等の第２の材料と比べて、レジスト材料に関する選択性を向上させるために、ガス混合物に加えることができる。代表的なガス混合物は、例えば、ガスの総体積の約４０％〜約９９％、好ましくは約６０％〜約９５％、より好ましくは約７０％〜約９０％のＯ_２と、約０．５％〜約３０％、好ましくは約２．５％〜約２０％、より好ましくは約５％〜約１５％のフッ素含有ガスと、約０．５％〜約３０％、好ましくは約２．５％〜約２０％、より好ましくは約５〜１５％のＮ_２とを含有することができる。剥離の間、ウエハサイズ（２００ｍｍ又は３００ｍｍ）を含む要因に応じて、プロセスガスの総流量速度は、好ましくは約５００〜約６０００ｓｃｃｍ、より好ましくは約２０００〜約５０００ｓｃｃｍであり、また、レジスト剥離チャンバ１０内の圧力は、好ましくは約２００ｍＴｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒである。

図３は、本明細書に記載の方法の好ましい一実施形態で洗浄できる、一つ又は複数の石英表面を有することができる、代表的な構成要素を含むプラズマ処理チャンバ１００を示す。プラズマ処理チャンバ１００は、基板１１６にクランプ力を供給するように動作可能な静電チャック１２０を備えた基板ホルダ１１８を含む。フォーカスリング１２２は、基板１１６の上でプラズマを閉じ込める。例えば、フォーカスリング１２２は一つ又は複数の石英表面を含むことができる。ＲＦ源１１２によって電力が供給されるアンテナ１１４等の、チャンバ内でプラズマを維持するためのエネルギー源は、誘電体窓１１０の上に配置される。誘電体窓１１０は、プラズマ処理チャンバの頂壁を形成し、一つ又は複数の石英表面を含むことができる。プラズマ処理チャンバ１００は、プラズマ処理の間所望の真空圧を維持するための真空ポンプ装置を含む。

ガス分配プレート１２４は、誘電体窓１１０の下に設けられ、そこを通ってガス供給源１０６からプラズマ処理チャンバ１１０内部にプロセスガスが送達されるガス通路を含む。任意のライナー１２６は、ガス分配プレート１２４から下向きに延び、基板ホルダ１１８を取り囲む。ライナー１２６はもう一つの石英表面を含むことができる。

作動中、シリコンウエハ等の基板１１６は、基板ホルダ１１８上に位置し、静電チャック１２０によって静電気的にクランプされる。プロセスガスは、誘電体窓１１０とガス分配プレート１２４の間の隙間にプロセスガスを通過させることによって、真空処理チャンバ１００に供給される。プロセスガスは、エネルギー源１１２，１１４によって励起されて、プラズマ処理チャンバ１００内部でプラズマを生成する。

構成要素の石英表面を洗浄する方法は、２００及び３００ｍｍのウエハから、シリコン、例えば金属及びポリシリコン等の導体、及び、誘電材料をエッチングするように構成された、様々なプラズマエッチングリアクタで使用される、石英構成要素を洗浄するのに使用することができる。代表的なプラズマエッチングリアクタとしては、ラム リサーチ コーポレイション（カリフォルニア州フリーモント）から入手可能な、２３００「ＥＸＥＬＡＮ」及び「ＥＸＥＬＡＮ」ＨＰＴ誘電体エッチングシステム、２３００「ＶＥＲＳＹＳ」導体エッチングシステム、２３００「ＶＥＲＳＹＳ ＳＴＡＲ」シリコンエッチングシステム、及び、「ＴＣＰ」９６００ＤＦＭ導体エッチングシステムが挙げられる。
［実施例］
プラズマ処理装置内のプラズマ環境にさらされていた石英で作られた構成要素を、上述した洗浄方法の一実施形態によって洗浄した。具体的には、構成要素に、以下の手順を含む向上したウェット洗浄を施した。構成要素を、ＤＩ水を使用して約５分間濯ぎ、次に送風乾燥させた。次に、構成要素を、周囲温度で約２０分間イソプロピルアルコール中に浸漬させ、その後、目に見える残存物が石英表面から拭き取り布に移らなくなるまで、非汚染拭き取り布で拭いた。次に、構成要素を、ＤＩ水を使用して約１０分間濯ぎ、その後構成要素を乾燥させた。次に、構成要素を、周囲温度で約２０分間アセトン中に浸漬させ、次に、目に見える残存物が石英表面から拭き取り布に移らなくなるまで、非汚染拭き取り布で拭いた。次に、構成要素を、ＤＩ水を使用して約１０分間濯ぎ、その後乾燥させた。次に、構成要素を、超純水中で約３０分間超音波洗浄し、その後、濾過した窒素で乾燥させた。

次に、構成要素を、周囲温度で約３０分間、１：１：２の体積比を有する水酸化アンモニウム−過酸化水素−水の溶液中に浸漬させた。次に、構成要素をＤＩ水で約１０分間濯ぎ、窒素で送風乾燥させた。

次に、構成要素を、周囲温度で約１０分間、６重量％のＨＣｌの水性溶液中に浸漬させた。次に、構成要素をＤＩ水で濯ぎ、窒素で送風乾燥させた。

次に、構成要素を、周囲温度で約１０分間、約１重量％のフッ化水素酸と約１０重量％の硝酸とを含有する混合酸溶液中に約１０分間浸漬させた。構成要素をＤＩ水で約１０分間濯ぎ、窒素で送風乾燥させた。この手順を２回繰り返したので、構成要素は合計約３０分間混合酸溶液に浸漬された。

次に、構成要素に、クラス１００のクリーンルーム内で最終洗浄を施した。構成要素を、約１０分間タンク内の超純粋なＤＩ水中に完全に浸漬させた。次に、構成要素を約６０分間超純水中で超音波洗浄した。次に、構成要素を、約１０分間タンク内の超純粋なＤＩ水中に完全に浸漬させた。次に、構成要素を、約１２０℃の温度で約１時間加熱することによって乾燥させた。最後に、構成要素を、クラス１００の包装袋で二重包装した。

構成要素の石英表面上の、様々な金属の洗浄前及び洗浄後の表面汚染レベルを、ＩＣＰ−ＭＳを使用して測定した。結果を以下の表に示す。実施例１では、次の金属汚染物質の量（単位：×１０^１０原子／ｃｍ^２）が、ウェット洗浄プロセスによって石英表面上で得られた（それぞれの元素の好ましい最大レベルを、かっこ内に示す）。Ａｌ：３００（≦３００）、Ｃａ：１９（≦９５）、Ｃｒ：＜５（≦５０）、Ｃｕ：＜２（≦５０）、Ｆｅ：１７（≦６５）、Ｌｉ：＜３（≦５０）、Ｍｇ：＜１０（≦５０）、Ｎｉ：３．５（≦５０）、Ｋ：＜１０（≦１００）、Ｎａ：＜１０（≦１００）、Ｔｉ：１１（≦６０）、Ｚｎ：＜３（≦５０）、Ｃｏ：＜１（≦３０）及びＭｏ：＜０．３（≦３０）。実施例２では、次の金属汚染物質の量がウェット洗浄プロセスによって石英表面上で得られた。Ａｌ：２８０（≦３００）、Ｃａ：４１（≦９５）、Ｃｒ：＜５（≦５０）、Ｃｕ：＜２（≦５０）、Ｆｅ：３１（≦６５）、Ｌｉ：１５（≦５０）、Ｍｇ：３７（≦５０）、Ｎｉ：＜２（≦５０）、Ｋ：１２（≦１００）、Ｎａ：２６（≦１００）、Ｔｉ：１５（≦６０）、Ｚｎ：２５（≦５０）、Ｃｏ：＜１（≦３０）及びＭｏ：＜０．３（≦３０）。実施例３では、次の金属汚染物質の量がウェット洗浄プロセスによって石英表面上で得られた。Ａｌ：２８０（≦３００）、Ｃａ：４３（≦９５）、Ｃｒ：＜５（≦５０）、Ｃｕ：＜２（≦５０）、Ｆｅ：１６（≦６５）、Ｌｉ：２２（≦５０）、Ｍｇ：２１（≦５０）、Ｎｉ：＜２（≦５０）、Ｋ：１９（≦１００）、Ｎａ：５６（≦１００）、Ｔｉ：＜５（≦６０）、Ｚｎ：３．１（≦５０）、Ｃｏ：＜１（≦３０）及びＭｏ：＜０．３（≦３０）。したがって、試験結果は、プラズマ処理装置用の構成要素の石英表面を洗浄するためにウェット洗浄方法を使用して、半導体装置において不利益な金属汚染物質を含む、金属汚染物質の量を低くできることを実証している。

好ましい実施形態を参照して本発明を記載してきた。しかし、本発明の趣旨から逸脱することなく、上述した以外の特定の形態で本発明を実現できることは、当業者にとって容易に明らかであろう。好ましい実施形態は説明目的のものであり、いかなる形でも限定するものと見なされるべきでない。本発明の範囲は、上述の記載ではなく添付の特許請求の範囲によって与えられ、特許請求の範囲内にあるすべての変形例及び等価物は、その範囲内に包含されるものとする。

石英バッフルを含むレジスト剥離チャンバの例示的な一実施形態の図である。 図１に示されるレジスト剥離チャンバ内で処理することができるレジストを含む基板の一実施形態の図である。 一つ又は複数の石英表面を含む構成要素を含むプラズマ処理チャンバの図である。

Claims (25)

1. 半導体基板がその中で処理されるプラズマ処理チャンバ用の構成要素の少なくとも一つの石英表面をウェット洗浄する方法であって、
   ａ）前記構成要素の前記少なくとも一つの石英表面を、前記石英表面から有機汚染物質を脱脂し除去するのに有効な少なくとも一つの有機溶媒と接触させる工程と、
   ｂ）工程ａ）の後、前記石英表面を、前記石英表面から有機汚染物質及び金属汚染物質を除去するのに有効な弱塩基溶液と接触させる工程と、
   ｃ）工程ｂ）の後、前記石英表面を、前記石英表面から金属汚染物質を除去するのに有効な第１の酸溶液と接触させる工程と、
   ｄ）工程ｃ）の後、前記石英表面をフッ化水素酸及び硝酸を含む第２の酸溶液と接触させて、前記石英表面から金属汚染物質を除去する工程と、
   ｅ）任意に、工程ｄ）を少なくとも１回繰り返す工程と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 工程ａ）が、
   拭き取り（wiping）又は浸漬によって前記石英表面をイソプロピルアルコールと接触させることと、
   次に前記石英表面を濯ぐことと、
   次に拭き取り（wiping）又は浸漬によって前記石英表面をアセトンと接触させることと、
   次に前記構成要素を脱イオン水中で超音波洗浄することと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記塩基溶液が、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水をそれぞれ約１：１：２〜８又は１：２〜７：８の体積比で含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の酸溶液が塩酸を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記第２の酸溶液が、約１重量％〜約５重量％のフッ化水素酸及び約５重量％〜約２０重量％の硝酸、又は、約１重量％のフッ化水素酸及び約１０重量％の硝酸を含み、
   工程ｄ）が、前記構成要素を前記第２の酸溶液中に約１０分〜約２０分間浸漬させることを含み、
   工程ｅ）が、工程ｄ）を２回繰り返して、前記構成要素が前記第２の酸溶液中に合計で約３０〜約６０分間浸漬されるようにすることを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 工程ｅ）の後に、
   前記構成要素を超純水で濯ぐ工程と、
   次に前記構成要素を超純水で超音波洗浄する工程と、
   次に構成要素を超純水で濯ぐ工程と、
   次に前記構成要素を高温で乾燥させる工程と、
   次に前記構成要素をパッケージングする工程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 工程ａ）の前に、
   前記構成要素に高圧の脱イオン水を噴霧し、かつ、前記構成要素を乾燥させることによって、前記構成要素を前洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 洗浄されたままの前記石英表面上で次の元素の量（単位：×１０^１０原子／ｃｍ^２）が、Ａｌ≦３００、Ｃａ≦９５、Ｃｒ≦５０、Ｃｕ≦５０、Ｆｅ≦６５、Ｌｉ≦５０、Ｍｇ≦５０、Ｎｉ≦５０、Ｋ≦１００、Ｎａ≦１００、Ｔｉ≦６０、Ｚｎ≦５０、Ｃｏ≦３０及びＭｏ≦３０であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記構成要素が、誘電体窓、ガス噴射器、ビューポート、プラズマ閉じ込めリング、フォーカスリング、エッジリング、ガス分配プレート及びバッフル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。
10. 請求項１に記載の方法によってウェット洗浄された少なくとも一つの石英表面を備えることを特徴とする構成要素。
11. 半導体基板がその中で処理されるプラズマ処理チャンバ用の構成要素の少なくとも一つの石英表面をウェット洗浄する方法であって、
    ａ）前記構成要素の前記少なくとも一つの石英表面をイソプロピルアルコールと、次にアセトンと接触させて、前記石英表面を脱脂し前記石英表面から有機汚染物質を除去する工程と、
    ｂ）工程ａ）の後、前記石英表面を水酸化アンモニウム及び過酸化水素を含む溶液と接触させて、前記石英表面から有機汚染物質及び金属汚染物質を除去する工程と、
    ｃ）工程ｂ）の後、前記石英表面を塩酸を含む第１の酸溶液と接触させて、前記石英表面から金属汚染物質を除去する工程と、
    ｄ）工程ｃ）の後、前記石英表面をフッ化水素酸及び硝酸を含む第２の酸混合溶液と接触させて、前記石英表面から金属汚染物質を除去する工程と、
    ｅ）任意に、工程ｄ）を少なくとも１回繰り返す工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
12. 前記第２の酸溶液が、約１重量％〜約５重量％のフッ化水素酸及び約５重量％〜約２０重量％の硝酸、又は、約１重量％のフッ化水素酸及び約１０重量％の硝酸を含み、
    工程ｄ）が、前記構成要素を前記第２の酸溶液中に約１０分間〜約２０分間浸漬させることを含み、
    工程ｅ）が、工程ｄ）を２回繰り返す工程を含み、前記構成要素が前記第２の酸溶液中に、３回の浸漬で合計約３０〜約６０分間浸漬されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 工程ｅ）の後に、
    前記構成要素を超純水で濯ぐ工程と、
    次に前記構成要素を超純水で超音波洗浄する工程と、
    次に構成要素を超純水で濯ぐ工程と、
    次に前記構成要素を高温で乾燥させる工程と、
    次に前記構成要素をパッケージングする工程と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 工程ａ）の前に、
    前記構成要素に高圧の脱イオン水を噴霧し、かつ、前記構成要素を乾燥させることによって、前記構成要素を前洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記構成要素が、誘電体窓、ガス噴射器、ビューポート、プラズマ閉じ込めリング、フォーカスリング、エッジリング、ガス分配プレート及びバッフルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 洗浄されたままの前記石英表面上で次の元素の量（単位：×１０^１０原子／ｃｍ^２）が、Ａｌ≦３００、Ｃａ≦９５、Ｃｒ≦５０、Ｃｕ≦５０、Ｆｅ≦６５、Ｌｉ≦５０、Ｍｇ≦５０、Ｎｉ≦５０、Ｋ≦１００、Ｎａ≦１００、Ｔｉ≦６０、Ｚｎ≦５０、Ｃｏ≦３０及びＭｏ≦３０であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
17. 請求項１１に記載の方法によってウェット洗浄された少なくとも一つの石英表面を備えることを特徴とする構成要素。
18. 半導体基板がその中で処理されるプラズマ処理チャンバ用の構成要素であって、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｏ及びＭｏの量（×１０^１０原子／ｃｍ^２）が、Ａｌ≦３００、Ｃａ≦９５、Ｃｒ≦５０、Ｃｕ≦５０、Ｆｅ≦６５、Ｌｉ≦５０、Ｍｇ≦５０、Ｎｉ≦５０、Ｋ≦１００、Ｎａ≦１００、Ｔｉ≦６０、Ｚｎ≦５０、Ｃｏ≦３０及びＭｏ≦３０である、少なくとも一つの石英表面を備えることを特徴とする構成要素。
19. 前記構成要素がレジスト剥離チャンバ用のバッフルであって、前記バッフルが内側部分及び周縁部分を含み、前記内側部分が不透明な中央突出部と前記中央突出部を取り囲む複数の同心列のガス通路とを含み、前記中央突出部が、上側表面と、前記周縁部分に向かって半径方向外向きに延びるように、前記上側表面に対して鋭角で配向された複数の貫通路とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の構成要素。
20. 前記レジスト剥離チャンバのカバーに隣接して前記バッフルの上側表面上で複数のライナー支持体によって支持されるように構成されたライナーをさらに備えて、前記バッフルが前記レジスト剥離チャンバ内に配置されたとき、プレナムが前記ライナーの底面と前記バッフルの上側表面との間で画定され、前記プレナムは、前記遠隔プラズマ源及び前記レジスト剥離チャンバと流体連通していることを特徴とする請求項１９に記載の構成要素。
21. 前記構成要素が、誘電体窓、ガス噴射器、ガス噴射リング、ビューポート、プラズマ閉じ込めリング、フォーカスリング、エッジリング、ガス分配プレート及びバッフルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１８に記載の構成要素。
22. レジスト剥離チャンバと、
    プラズマを生成し、反応種を前記レジスト剥離チャンバに導入するように動作可能な遠隔プラズマ源と、
    前記レジスト剥離チャンバ内に配置された、請求項１９に記載のバッフルと、を備えることを特徴とするレジスト剥離装置。
23. 請求項１に記載の方法で洗浄された少なくとも一つの石英表面を含む少なくとも一つの構成要素を備えるプラズマ処理チャンバであって、前記石英表面が、前記プラズマ処理チャンバ内でプラズマ及び／又はプロセスガスにさらされることを特徴とするプラズマ処理チャンバ。
24. 前記構成要素が、誘電体窓、ガス噴射器、ビューポート、プラズマ閉じ込めリング、フォーカスリング、エッジリング、ガス分配プレート及びバッフルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
25. プラズマ処理チャンバ内で半導体基板を処理する方法であって、
    少なくとも一つの石英表面を有する少なくとも一つの構成要素を請求項１に記載の方法によって洗浄する工程と、
    前記少なくとも一つの洗浄されたままの構成要素を、前記構成要素がプラズマ及び／又はプロセスガスにさらされるように、半導体基板を収容する前記プラズマ処理チャンバ内に設置する工程と、
    前記プラズマ処理チャンバから離れて、又は、その中でプロセスガスをプラズマ状態に励起し、かつ、前記半導体基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。

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