JP2011530170A - チャンバのプラズマ洗浄プロセス方法 - Google Patents

Abstract

プロセスツール内のチャンバをプラズマ洗浄する方法が説明される。基板は、内部に一連の汚染物質を有するプロセスチャンバ内のチャック上に配置される。プラズマプロセスが、一連の汚染物質を基板の上面へ移動させるためにプロセスチャンバ内で実行される。上面に一連の汚染物質を有する基板は、プロセスチャンバから取り除かれる。

Description

背景

１）分野
本発明の実施形態は半導体処理の分野に属し、特に、半導体処理装置の洗浄方法の分野に属する。

２）関連技術の説明
過去数十年の間、集積回路のフィーチャー（構造）のスケーリングは、今でも成長し続けている半導体産業の陰の原動力となっている。ますます小さなフィーチャーのスケーリングによって、半導体チップの限られた実面積上に機能的なユニットの密度を増加させることを可能にする。例えば、トランジスタサイズを縮小することによって、数を増加させたメモリ又はロジックデバイスをチップ上に組み込むことができ、容量が増加した製品の製造を助ける。しかしながら、いつまでもより多くの容量を追い求めることに、問題が無いわけではない。１つのデバイスから別のデバイスまでのクリティカルディメンジョンのばらつき（変化）の許容範囲が、とても厳しくなってきている。したがって、デバイスを製造する際に使用されるプロセスステップにおけるいかなる欠陥をも、デバイス性能の妥協をもたらすことは受け入れられないかもしれない。

プロセス変動を低く抑えることに対する厳しい要求は、装置メーカーにかなりの負担を掛けてきた。高いスループットの要求へ注意を向けるのに加えて、プロセスツールは、製品ウェハのバッチの動作から動作への一貫性のみならず、高いイントラウェハの均一性も示さなければならない。したがって、通常、装置メーカーは、顧客に対して、ウェハからウェハへの及び動作から動作への均一性及び一貫性を確保するために、非常に詳細で時間の掛かる予防的メンテナンス（ＰＭ）方法を実行することを要求する。しかしながら、長い周期のツールのアイドリング時間を必要とするならば、そのようなＰＭ方法は実質的にプロセスツールのスループットに影響を与える可能性がある。これは半導体製造生産ラインの容認できない遅延につながるかもしれない。

概要

本発明の実施形態は、プロセスツール内でチャンバをプラズマ洗浄するための方法を含む。一実施形態では、基板（例えば、ウェハ）は、内部に一連の汚染物質を有するプロセスチャンバ内のチャック上に置かれる。そして、プラズマプロセスが、一連の汚染物質を基板の上面へ移動させるためにプロセスチャンバ内で実行される。上面に一連の汚染物質を有する基板は、プロセスチャンバから取り除かれる。特定の一実施形態では、一連の汚染物質は、金属粒子及び誘電体粒子などの、しかしながらそれらに限定されない粒子を含む。別の特定の一実施形態では、プラズマプロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスである。

別の一実施形態では、内部に一連の汚染物質を有するプロセスチャンバ内におけるチャックの上面を覆うために、基板が配置される。第１プラズマプロセスは、一連の汚染物質を基板の上面へ移動させるためにプロセスチャンバ内で実行される。そして、上面に一連の汚染物質を有する基板を、プロセスチャンバから取り除く。基板がプロセスチャンバ内に位置している間、第２プラズマプロセスはプロセスチャンバを慣らし運転（前処理、シーズニング）するためにプロセスチャンバ内で実行される。チャックの上面が露出している間、第３プラズマプロセスがプロセスチャンバ内で実行される。

別の一実施形態は、エッチングプロセスツールを操作（運転）する方法を含む。プロセスチャンバ内のチャック上に第１基板が提供される。第１基板は、プロセスチャンバ内で第１プラズマプロセスによってエッチングされる。エッチングは、一連の汚染物質をプロセスチャンバ内に供給する。そして、第１基板はプロセスチャンバから取り除かれる。そして、第２基板が、プロセスチャンバ内においてチャックの上面を覆うために配置される。第２プラズマプロセスは、第２基板の上面に一連の汚染物質を移動するためにプロセスチャンバ内で実行される。そして、上面に一連の汚染物質を有する第２基板は、プロセスチャンバから取り除かれる。チャックの上面が露出している間、第３プラズマプロセスがプロセスチャンバ内で実行される。

本発明の一実施形態に係るプラズマプロセスチャンバの断面図を示す。 本発明の一実施形態に係るエッチングプロセスのクリティカルディメンジョン（ＣＤ）をチャンバ稼働時間の関数としてプロットしている。 本発明の一実施形態に係るプロセスツール内でチャンバをプラズマ洗浄する方法の一連の操作を表すフローチャートを示す。 第１プラズマプロセスで第１基板（例えば、ウェハ）を内部でエッチングし、エッチングによって一連の汚染物質がプロセスチャンバ内に供給される、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセスチャンバの断面図を示す。 第２プラズマプロセスに第２基板（例えば、ウェハ）を内部で曝露し、プラズマプロセスによって一連の汚染物質が第２基板の上面に移動する、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセスチャンバの断面図を示す。 内部に基板を有さず、第３プラズマプロセスがプラズマプロセスチャンバ内で実行される、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセスチャンバの断面図を示す。 本発明の一実施形態に係るエッチングプロセスツールを操作する方法の一連の操作を表すフローチャートを示す。 チャンバのプラズマ洗浄プロセスを実行できる本発明の一実施形態に係る例示的マルチ周波数エッチングシステムの断面図を示す。

詳細な説明

プロセスツール内のチャンバをプラズマ洗浄する方法を説明する。以下の説明では、本発明の徹底的な理解を提供するために、プラズマ条件や材料様式等の多数の特定な詳細を示す。本発明がこれらの特定な詳細無しに実施可能であることは、当業者にとって明白であろう。他の例では、半導体基板製造技術などのよく知られた構成は、本発明を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されない。更に、図に示されている様々な実施形態は、説明的な表示であり、必ずしも比例して描かれてはいないことを理解すべきである。

本明細書で開示されているのは、プロセスツール内のチャンバをプラズマ洗浄する方法である。この方法は、一連の汚染物質を中に有するプロセスチャンバ内のチャックの上にウェハなどの基板を配置することを含んでもよい。一実施形態では、その後、一連の汚染物質を基板の上面へ移動させるためにプロセスチャンバ内でプラズマプロセスが実行される。そして、上面に一連の汚染物質を有する基板をプロセスチャンバから取り除いてもよい。特定の一実施形態では、一連の汚染物質は、金属粒子及び誘電体粒子などの、しかしながらこれらに限定されない粒子を含む。別の特定の一実施形態では、プラズマプロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスである。

基板がチャックの上面に位置している間にチャンバのプラズマ洗浄プロセスを実行することによって、チャンバの稼動寿命を通してクリティカルディメンジョン（ＣＤ）のばらつきを削減することができるかもしれない。例えば、本発明の実施形態において、基板がプロセスチャンバ内でチャックの上面の上にある及び効果的にチャックの上面を遮っている間に、プラズマ洗浄プロセスがプロセスチャンバ内で行われる。チャックを覆う基板がないとき、チャンバ壁又はシャワーヘッドに付着している汚染物質は、プラズマ洗浄プロセスの間、そうではなくチャックの上面に着地するかもしれない。製品基板が続いてチャンバ内で処理される、例えばエッチングされるとき、チャック上のそのような汚染物質の存在は、それがチャック上にあるので、製品基板にホットスポットをもたらす可能性がある。これらのホットスポットは、エッチング特性に影響する可能性があり、製品基板内にエッチングされた望ましくないＣＤばらつきをもたらす可能性がある。その代わりに、一実施形態では、ダミー又は慣らし運転用基板が、プラズマ洗浄プロセスの間、チャックを覆うのに使用される。その実施形態では、プラズマ洗浄プロセスの間、プロセスチャンバ内に位置する汚染物質をチャックの上面の代わりにダミー又は慣らし運転用基板へ移動させる。したがって、一実施形態では、ダミー又は慣らし運転用基板をプロセスチャンバから取り除くときに、汚染物質はプロセスチャンバから取り除かれる。

本発明の一態様では、プロセスツール内のプロセスチャンバ（例えば、エッチングチャンバ）は、プロセスチャンバ内で製品基板の処理の間、汚染されるかもしれない。図１は、本発明の実施形態に係るプラズマプロセスチャンバの断面図を示す。

図１を参照すると、プロセスチャンバ１００は、チャック１０２及びシャワーヘッド１０４を含む。典型的な処理条件の下では、サンプル（例えば、製品基板又は製品ウェハ）は、チャック１０２の上面１０３の上に配置される。次に、プラズマソースガスがシャワーヘッド１０４を通ってプロセスチャンバ１００内へ均等に流れ、分散する。そして、プラズマ１０６が、シャワーヘッド１０４とチャック１０２の間で打ち出される。プラズマ１０６は、製品基板内の構造をエッチングするために使用してもよい。

プラズマ１０６による製品基板のエッチングの間、汚染物質は製品基板から発生するかもしれず、シャワーヘッド１０４及びプロセスチャンバ１００のチャンバ壁１０８にさえ付着するかもしれない。製品基板のバッチがエッチング用プロセスチャンバを通って循環する際に形成された汚染物質の蓄積は、時間が経つにつれて、エッチングプロセスの質及び再現性に影響を与えるかもしれない。例えば、一実施形態では、シャワーヘッド１０４上への汚染物質の蓄積は、ある製品基板の１つの領域から同じ製品基板の別の領域までの、又は１つの製品基板から次の製品基板までのエッチング速度のばらつきにつながる。このばらつきは、汚染物質によって妨げられるシャワーヘッド１０４部分の結果であり、シャワーヘッド１０４を通るプロセスガスの流れを妨げるかもしれない。別の一実施形態では、チャンバ壁１０８への汚染物質の蓄積は、最終的に、製品基板上への汚染物質の塊の望ましくない剥離をもたらす可能性がある。汚染物質を取り除くために、プロセスチャンバの湿式洗浄を実行することは可能であるが、製造ラインで数日毎よりも多い頻度でそのような湿式洗浄を実行するのは非効率的であるかもしれない。

したがって、ある数の製品基板がプロセスチャンバ１００内でエッチングされた後に、基板無しのチャンバプラズマ洗浄プロセスを実行するのが望ましいかもしれない。典型的な基板無しのプラズマ洗浄プロセスは、チャック１０４上に基板が無いときに、チャンバ１００内で実行される高圧プラズマプロセスの使用を含む。そのような基板無しのプラズマ洗浄プロセスは、製造ラインのタイミングに影響を与えずに、各製品基板のエッチングの間など、チャンバ１００の湿式洗浄よりもより頻繁に実行してもよい。しかしながら、本発明の一実施形態では、そのような基板無しのプラズマ洗浄プロセスは、シャワーヘッド１０４又はチャンバ壁１０８からチャック１０２の上面１０３の上に汚染物質を移動させることができる。更に、特定の一実施形態では、高圧の基板無しのプラズマ洗浄プロセスは、シャワーヘッド１０４又はチャンバ壁１０８から完全には汚染物質を取り除かないかもしれない。

基板無しのチャンバプラズマ洗浄プロセスの間におけるチャック１０２の上面１０３上への汚染物質の移動は、チャンバのプラズマ洗浄プロセスの実行に続いて製品基板に適用されるエッチングプロセスに不利益な影響を与えるかもしれない。例えば、一実施形態では、チャック１０２の上面１０３上への汚染物質の蓄積は、１つの製品基板から次の製品基板までのＣＤのばらつきにつながる。図２は、本発明の実施形態に係るエッチングプロセスのクリティカルディメンジョン（ＣＤ）のプロット２００をチャンバ稼働時間の関数として示す。

図２を参照すると、カーブ２０２は、ＣＤとチャンバ稼働時間との関係を表す。チャンバ稼動時間は、プロセスチャンバの湿式洗浄に続いて処理される製品基板の時間蓄積である。基板無しのプラズマ洗浄は、例えば、製品基板の１バッチ内の各製品基板のエッチングの間に実行される。一実施形態では、より多くの製品基板が処理されるとき、図２に示されるように、基板のＣＤは増加し始める。一実施形態では、ＣＤの増加は、基板無しのプラズマ洗浄プロセスの間における、チャック１０２の上面１０３への汚染物質の移動に起因している。汚染物質は、製品基板がチャンバ１００内でエッチングされるのと同時に、チャック１０２上にホットスポットの形成を引き起こす。これらのホットスポットは、製品基板のＣＤばらつきへとつながる、サンプル表面でプラズマの局所的エッチング特性を変化させるかもしれない。

したがって、本発明の一態様は、プロセスツール内でチャンバをプラズマ洗浄する方法を含む。図３は、本発明の一実施形態に係るプロセスツール内でチャンバをプラズマ洗浄する方法における一連の操作を表すフローチャート３００を示す。

フローチャート３００の操作３０２を参照すると、基板（例えば、ウェハ）は、一連の汚染物質を中に有するプロセスチャンバ内のチャック上に配置される。一実施形態では、基板は、ベア（無垢の）シリコンウェハ又は熱成長した酸化物でコーティングされたウェハなどの、しかしながらこれらに限定されないダミーウェハ又は慣らし運転用ウェハである。特定の一実施形態では、ウェハは３００ｍｍウェハであり、プロセスチャンバは３００ｍｍウェハの処理に適したツール内に格納されている。一実施形態では、一連の汚染物質は、金属粒子又は誘電体粒子などの、しかしながらこれらに限定されない粒子を含む。

フローチャート３００の操作３０４を参照すると、プラズマプロセスは、その後、一連の汚染物質を基板の上面へ移動させるためにプロセスチャンバ内で実行される。本発明の一実施形態によると、プラズマプロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスである。特定の一実施形態では、プラズマプロセスは約１０ｍＴｏｒｒの圧力で実行される。この操作で低圧プラズマプロセスを使用することによって、高圧プラズマプロセスの使用よりも、シャワーヘッドやチャンバ壁などのプロセスチャンバの部分のより徹底的な洗浄を可能にするかもしれない。例えば、一実施形態では、洗浄パターンは、プロセスチャンバの天井の中心から始まり、プロセスチャンバの壁まで徹底的に移動する。

操作３０４のプラズマ洗浄プロセスで使用するプラズマは、前述のように、プロセスチャンバの様々な部分に位置する汚染物質を叩き出し、ダミー又は慣らし運転用ウェハであり得る基板の上面に汚染物質を移動させるのに適したガスに基づいていてもよい。例えば、一実施形態では、プラズマ洗浄プロセス用のプラズマは、酸素又はアルゴンガスなどの、しかしながらこれらに限定されないガスに基づいていてもよい。一実施形態では、プラズマプロセスは、標準状態で毎分約５００〜２０００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲の流速を有する酸素ガスに基づいており、約６０〜２００秒間の範囲の持続時間で実行される。特定の一実施形態では、プラズマプロセスは、約１５００ｓｃｃｍの流速を有する酸素ガスに基づいており、約１８０秒間の持続時間で実行される。一実施形態では、プロセスチャンバは、上部電極及び底部電極を有し、プラズマプロセスの間、上部電極は約５００〜２０００ワットの範囲のソース（プラズマ源、電源）電力を有し、同時に底部電極は約０ワット（バイアス無し）のソース電力を有する。特定の一実施形態では、プラズマプロセスの間、上部電極は約１０００ワットのソース電力を有し、同時に底部電極は約０ワットのソース電力を有する。

フローチャート３００の操作３０６を参照すると、基板上に一連の汚染物質を有する基板は、その後、プロセスチャンバから取り除かれる。したがって、一連の汚染物質は、チャック表面に位置すること無しに、プロセスチャンバから取り除かれる。例えば、本発明の一実施形態によると、プラズマ洗浄プロセスを実行する前に、一連の汚染物質はプロセスチャンバ内に格納されているシャワーヘッドに位置している。低圧プラズマ洗浄プロセスを使用することにより、一連の汚染物質はチャックの上面の代わりに基板表面へ移動するので、一連の汚染物質はツールから取り除かれる。

本発明の付加的な一態様では、フローチャート３００の操作３０２、３０４、３０６と関連して説明されたプラズマ洗浄プロセスに続いて、第２プラズマ洗浄プロセス操作を実行してよい。フローチャート３００の操作３０８を参照すると、チャックの上面が露出している間に、第２プラズマプロセスをプロセスチャンバ内で実行してもよい。

第２プラズマプロセスは、操作３０２、３０４、３０６からの低圧プラズマ洗浄プロセス方法に従って、プロセスチャンバから容易に移動されない他の汚染物質又は不純物を取り除くのに使用してもよい。例えば、一実施形態では、第２プラズマプロセスはプロセスチャンバ内に位置する有機不純物を消費する本発明の一実施形態によると、第２プラズマ洗浄プロセスは、汚染物質又は不純物（有機汚染物又は不純物など）をプロセスチャンバからポンプで送出可能な揮発性の種に変化させるために高圧プラズマに頼っている。したがって、第２プラズマは、残留する汚染物質又は不純物を、叩き出して移動させるのとは対照的に揮発させるので、基板（例えば、ウェハ）は、この操作でチャックを覆うために使用される必要はない。第２プラズマプロセスでチャックの上面を洗浄できるように、チャックの上面を露出させることは、更に望ましいかもしれない。

操作３０８の第２プラズマ洗浄プロセスで使用するプラズマは、プロセスチャンバの様々な部分に位置する汚染物質を揮発させるのに適したガスに基づいていてもよい。例えば、本発明の実施形態によると、第２プラズマ洗浄プロセスは、第１プラズマ洗浄プロセスよりも実質的に高い圧力で実行される。一実施形態では、第１プラズマ洗浄プロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスであり、第２プラズマ洗浄プロセスは、約２００〜６００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される高圧プラズマプロセスである。特定の一実施形態では、第１プラズマ洗浄プロセスは約１０ｍＴｏｒｒの圧力で実行される低圧プラズマプロセスであり、第２プラズマ洗浄プロセスは、約３００ｍＴｏｒｒの圧力で実行される高圧プラズマプロセスである。一実施形態では、第２プラズマプロセスは、約５００〜４０００ｓｃｃｍの範囲の流速を有する酸素ガスに基づいており、約１０〜６０秒間の範囲の持続時間で実行される。特定の一実施形態では、第２プラズマプロセスは、約３０秒間の持続時間で実行される。一実施形態では、プロセスチャンバは、上部電極及び底部電極を有し、第２プラズマプロセスの間、上部電極は約０〜１００ワットの範囲のソース電力を有し、同時に底部電極は約０ワット（バイアス無し）のソース電力を有する。特定の一実施形態では、プラズマプロセスの間、上部電極は約１０００ワットのソース電力を有し、同時に底部電極は約０ワットのソース電力を有する。

本発明の一態様では、一連の汚染物質によるプロセスチャンバの汚染に続いて、チャンバのプラズマ洗浄プロセスが実行される。図４Ａ〜４Ｃは、本発明の実施形態に係るプラズマ洗浄プロセス方法が実行されるプラズマプロセスチャンバの断面図を示す。

図４Ａは、第１プラズマプロセス４０６によって、一実施形態では製品ウェハである製品基板４０８を中でエッチングし、エッチングによって一連の汚染物質がプロセスチャンバ内に供給される、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセスチャンバ４００の断面図を示す。製品基板４０８は、チャック４０２の上面の一部の上方に位置し、それを覆い、プラズマプロセスチャンバ４００内に格納されているシャワーヘッド４０４の下方に位置する。製品基板４０８は、半導体産業で通常使用される材料でできた多様なブランケット又はパターニングされたスタックを含んでもよい。例えば、一実施形態では、製品基板４０８は、図４Ａの拡大部に示されるように、基板４１０と、パターニングされた誘電体層４１２と、金属構造４１４とを含む。本発明の一実施形態によると、矢印４７０で示されるように、エッチングプロセスが製品基板４０８上で実行されている間、一連の汚染物質は、プラズマプロセスチャンバ４００で発生し、分散する。一実施形態では、一連の汚染物質は、シャワーヘッド４０４の部分の上に分散し、シャワーヘッド４０４の部分をふさぐ。一実施形態では、製品基板４０８は、金属層及び誘電体層を含み、一連の汚染物質は、金属粒子又は誘電体粒子などの、しかしながらそれらに限定されない粒子を含む。付加的な一実施形態では、有機残留物などの他の汚染物質がプラズマプロセスチャンバ４００内に分散される。特定の一実施形態では、有機残留物は、製品基板４０８上のフォトレジスト４１６の層から発生する。第１プラズマプロセスによる製品基板４０８のエッチングに続いて、製品基板４０８がプラズマプロセスチャンバ４００から取り除かれる。

図４Ｂは、一実施形態ではダミー又は慣らし運転用ウェハであるダミー又は慣らし運転用基板４２０を第２プラズマプロセスに中で曝露し、プラズマプロセスによって一連の汚染物質がダミー又は慣らし運転用基板４２０の上面に移動する、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセスチャンバ４００の断面図を示す。図４Ｂを参照すると、ダミー又は慣らし運転用基板４２０は、プラズマプロセスチャンバ４００内でチャック４０２の上面の一部を覆うために配置されている。矢印４８０によって示されるように、第２プラズマプロセスは、ダミー又は慣らし運転用基板４２０の上面に一連の汚染物質を移動させるために、プラズマプロセスチャンバ４００内で実行される。一実施形態では、一連の汚染物質は、製品基板４０８のエッチングの間に発生する金属粒子又は誘電体粒子を含む。本発明の一実施形態によると、第２プラズマプロセスは、フローチャート３００の操作３０４と関連して説明された低圧プラズマプロセスなどの低圧プラズマプロセスである。一実施形態では、第３プラズマプロセスは、プラズマプロセスチャンバ４００を慣らし運転するために、ダミー又は慣らし運転用基板４２０がプラズマプロセスチャンバ４００内に位置している間に、プラズマプロセスチャンバ４００内で実行される。第２又は第３プラズマプロセスのいずれかの実行に続いて、基板上に一連の汚染物質を有するダミー又は慣らし運転用基板４２０は、プラズマプロセスチャンバ４００から取り除かれる。

図４Ｃは、基板無し又はウェハ無しのプラズマプロセスがプラズマプロセスチャンバ４００内で行われている間、中に基板を持たない本発明の実施形態に係るプラズマプロセスチャンバ４００の断面図を示す。図４Ｃを参照すると、基板無しのプラズマプロセスは、チャック４０２の上面が露出している間、プラズマプロセスチャンバ４００内で実行される。一実施形態では、基板無しのプラズマプロセスは、フローチャート３００の操作３０８と関連して説明された高圧プラズマプロセスなどの高圧プラズマプロセスである。一実施形態では、基板無しのプラズマプロセスは、波形の矢印４９０によって示されるように、プラズマプロセスチャンバ４００内に残っている有機残留物を揮発させるために使用される。

本発明の一態様では、チャンバのプラズマ洗浄プロセス方法は、製造ラインの統合方法に組み込まれてもよい。例えば、図５は、本発明の実施形態に係るエッチングプロセスツールを操作する方法における一連の操作を表すフローチャート５００を示す。

フローチャート５００の操作５０２を参照すると、慣らし運転用基板は、中に一連の汚染物質を有するプロセスチャンバ内のチャック上に配置される。慣らし運転用基板及び一連の汚染物質は、フローチャート３００の操作３０２と関連して説明された慣らし運転用ウェハ及び一連の汚染物質であってもよい。本発明の一実施形態によると、慣らし運転用基板は、実際の製品ウェハ上で製品用エッチングレシピを動作させる前に、プロセスチャンバ内で製品用エッチングレシピが適用されるウェハである。

フローチャート５００の操作５０４を参照すると、プラズマ洗浄プロセスは、慣らし運転用基板又は慣らし運転用ウェハがチャック上に位置している間、プロセスチャンバ内でプラズマプロセスを実行することによって行われる。この操作は、一連の汚染物質を、例えば、プロセスチャンバ壁又はプロセスチャンバシャワーヘッドから慣らし運転用基板の上面へ移動させるために行われる。一実施形態では、プラズマ洗浄プロセスは、フローチャート３００の操作３０４と関連して説明された低圧プラズマプロセスなどの低圧プラズマプロセスである。

フローチャート５００の操作５０６を参照すると、慣らし運転レシピは、慣らし運転用基板がプロセスチャンバ内のチャック上に存在している間、プロセスチャンバを慣らし運転するためにプロセスチャンバ内で実行される。本発明の一実施形態によると、慣らし運転レシピは、プロセスチャンバ内で次に製品基板をエッチングするのに使用されるエッチングレシピと同じである。付加的な一実施形態では、慣らし運転用基板がプロセスチャンバ内のチャック上に依然として位置している間、慣らし運転レシピに続いて、燃焼（灰、アッシュ）レシピが実行される。一実施形態では、使用される燃焼レシピは、次に処理される製品基板で行われる燃焼レシピと同様又は同一である。そのような慣らし運転（すなわち、エッチング）及び燃焼レシピは、既知の技術のようないくつかのプラズマガス及び様々なプロセス条件での使用を含んでもよい。

フローチャート５００の操作５０８を参照すると、上面に一連の汚染物質を有する慣らし運転用基板が、プロセスチャンバから取り除かれる。そして、フローチャート５００の操作５１０を参照すると、基板無し又はウェハ無しのプラズマ洗浄レシピが、プロセスチャンバ内で行われる。一実施形態では、基板無しのプラズマ洗浄プロセスは、フローチャート３００の操作３０８と関連して説明された高圧プラズマプロセスなどの高圧プラズマプロセスである。

この点において、プロセスチャンバのプラズマ洗浄及び慣らし運転操作は、完全であるかもしれず、製品基板又は製品基板のバッチは、プロセスチャンバ内で処理されるかもしれない。フローチャート５００の操作５１２を参照すると、製品基板はプロセスチャンバ内に挿入され、製品用レシピが製品基板に実行される。例えば、本発明の実施形態において、製品基板は、操作５０６と関連して説明された慣らし運転レシピと同一又は同様のレシピでエッチングされる。燃焼レシピもまた、操作５０６と関連して説明されたプロセスシーケンスを反映して、エッチングレシピの実行に続いて製品基板に実行してもよい。

フローチャート５００の操作５１４を参照すると、製品基板又は製品ウェハは、プロセスチャンバから取り除かれ、基板無し又はウェハ無しのプラズマ洗浄レシピがプロセスチャンバ内で実行される。一実施形態では、基板無しのプラズマ洗浄プロセスは、フローチャート３００の操作３０８又は上記操作５０８と関連して説明された高圧プラズマプロセスなどの高圧プラズマプロセスである。製造ラインの要件によって、操作５１２及び５１４は、循環矢印５１６によって示されるように、複数回を通して循環してもよい。例えば、一実施形態では、操作５１２及び５１４は、２５の製品基板の単一バッチに適応させるために２５回を通して循環される。

循環矢印５１８を参照すると、操作５１２／５１４サイクルが一旦所望の回数完了すると、製品基板又は製品ウェハの別のバッチを処理する前に、プラズマ洗浄プロセス５０２から５１０を実行してもよい。次に、湿式洗浄などの予防的メンテナンス（ＰＭ）プロセスをプロセスチャンバで実行することが必要となるまで、５１６及び５１８の２つのサイクルを繰り返してもよい。本発明の一実施形態によると、プロセスチャンバの製造シーケンス内に低圧プラズマ洗浄プロセスを取り入れることによって、ＰＭプロセスが必要とされる前に処理可能な製品基板数は、もしも低圧プラズマ洗浄プロセスが使用されない場合に処理可能な製品基板数の約３倍である。一実施形態では、プロセスチャンバの製造シーケンス内に低圧プラズマ洗浄プロセスを取り入れることによって、プロセスチャンバはＰＭプロセス間において約１０００プロセス時間に対して使用可能となる。

上述の方法などのチャンバプラズマ洗浄プロセス方法を、多様なエッチング又は反応チャンバ内で使用してもよい。例えば、一実施形態では、チャンバプラズマ洗浄プロセスは、米国カリフォルニア州のアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）によって製造されるＥｎａｂｌｅｒ（商標名）エッチングチャンバなどの、エッチングガス混合物を多重ＲＦ周波数で励起可能なプラズマエッチングチャンバ内で実行される。別の一実施形態では、チャンバプラズマ洗浄プロセスは、これらも米国カリフォルニア州のアプライドマテリアルズ社によって製造されるＭｘＰ（商標名）、ＭｘＰ＋（商標名）、Ｓｕｐｅｒ−Ｅ（商標名）、又はＥ−ＭＡＸ（商標名）チャンバなどの磁気強化反応性イオンエッチャー（ＭＥＲＩＥ）エッチングチャンバ内で実行される。また、チャンバプラズマ洗浄プロセスは、誘導技術を用いてプラズマが形成されるチャンバなどの、技術的に知られた他の高性能タイプのエッチングチャンバ内で実行されてもよい。

Ｅｎａｂｌｅｒ（商標名）エッチングチャンバなどの、チャンバプラズマ洗浄プロセスを実行できる例示的マルチ周波数エッチングシステム６００の断面図が図６に示される。システム６００は、接地されたチャンバ６０５を含む。一実施形態では、ダミー又は慣らし運転用ウェハであるダミー又は慣らし運転用基板６１０は、開口６１５を通してロードされ、温度制御されたカソード６２０にクランプされる。特定の実施形態では、温度制御されたカソード６２０は、複数のゾーンを含んでおり、基板６１０の中心近傍の第１熱ゾーン６２２及び基板６１０の周縁近傍の第２熱ゾーンなど、各ゾーンを独立して設定温度に制御できる。プロセスガスは、ガス源６４５、６４６、６４７、６４８から、夫々のマスフローコントローラ（質量流量制御装置）６４９を通って、チャンバ６０５の内部へ供給される。ある実施形態では、ＮＳＴＵ６５０は、制御可能な内側・外側直径ガス流量比を提供し、それによってプロセスガスは、基板６１０の中心近傍又は基板６１０の周縁近傍において、基板６１０の直径全域に亘る中性種濃度の調整のために、より高い流速で供給してもよい。チャンバ６０５は、ターボ分子ポンプを含む大容量真空ポンプスタック６５５に接続される排気弁６５１を介して減圧するために排気される。

ＲＦ電力が印加されると、基板６１０上方のチャンバ処理領域にプラズマが形成される。バイアス電力ＲＦジェネレータ６２５は、カソード６２０に結合される。バイアス電力ＲＦジェネレータ６２５は、更にプラズマを励起するバイアス電力を提供する。バイアス電力ＲＦジェネレータ６２５は、典型的には約２ＭＨｚから６０ＭＨｚまでの間の低い周波数を有し、特定の一実施形態では１３．５６ＭＨｚの帯域にある。ある実施形態では、プラズマエッチングシステム６００は、バイアス電力ＲＦジェネレータ６２５と同じＲＦ整合器６２７に接続される約２ＭＨｚ帯域の周波数の追加バイアス電力ＲＦジェネレータ６２６を含む。ソース電力ＲＦジェネレータ６３０は、整合器（図示せず）を通って、プラズマを励起するための高周波ソース電力を提供するためにカソード６２０に対してアノードであるかもしれないシャワーヘッド６３５に結合される。ソースＲＦジェネレータ６３０は、典型的には、１００〜１８０ＭＨｚの間などの、特定の実施形態では１６２ＭＨｚ帯域の、バイアスＲＦジェネレータ６２５より高い周波数を有している。バイアス電力は、基板６１０のバイアス電圧に影響し、基板６１０のイオン衝撃を制御すると共に、ソース電力は、基板６１０のバイアスと比較的独立してプラズマ密度に影響を与える。プラズマが生成されるある入力ガスセットのエッチング性能は、プラズマ密度及び基板バイアスでかなり異なり、その結果、プラズマを励起する電力の量と周波数の両方が重要であることに留意すべきである。基板直径は、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ等と時間とともに進歩しているので、プラズマエッチングシステムの基板領域へのソース及びバイアス電力を標準化（正規化）するのが技術的には一般的である。

特定の実施形態では、プラズマエッチングチャンバは、基板６１０の直径全域に亘ってプラズマ内の荷電種の密度を制御するために、内側と外の直径磁場強度比を制御するためのＣＳＴＵを含む。１つの例示的なＣＳＴＵは、チャンバ６０５の内側ゾーン及び外側ゾーンのいずれか又は両方に０Ｇと約２５Ｇの間の磁場を提供するために、基板６１０の周縁近傍の磁気コイル６４０及び基板６１０の中心近傍に磁場コイル６４１を含む。

本発明の一実施形態では、システム６００は、低周波バイアス電力、高周波ソース電力、ＣＳＴＵ内側・外側磁場比、エッチングガスの流れ比及びＮＳＴＵ内側・外側流れ比、プロセス圧力、カソード温度、及び他のプロセスパラメータを制御するためのコントローラ６７０によってコンピュータ制御される。コントローラ６７０は、様々なサブプロセッサ及びサブコントローラを制御する工業環境で使用可能ないかなる形態の汎用データ処理システムのうちの１つであってもよい。一般に、コントローラ６７０は、他の共通部品の中で、メモリ６７３及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路６７４と通信する中央演算処理装置（ＣＰＵ）６７２を含む。ＣＰＵ６７２によって実行されるソフトウェア命令によって、システム６００は、例えば、基板をチャンバ６０５内へロードしたり、Ｏ_２などのプラズマ洗浄プロセスガスをチャンバ６０５内へ導入したり、汚染物質を基板の上面へ移動させる。製品基板における金属層上の無機誘電体キャップ層をエッチングすることなどの本発明に係る他のプロセスも、コントローラ６７０によって実行されてもよい。本発明の態様は、本発明の一実施形態に係る、ダミー又は慣らし運転用基板をチャンバ６０５内にロードする及びＯ_２などのプラズマ洗浄ガスをチャンバ６０５に導入するために、コンピュータ（又は他の電子機器）をプログラミングするために使用されるかもしれない命令を中に格納したコンピュータで読み出し可能な媒体を含むかもしれないコンピュータプログラム製品として提供されてもよい。コンピュータで読み出し可能な媒体は、フロッピー（商標名）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスクリードオンリーメモリ）、光磁気ディスク、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なプログラム可能なリードオンリーメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なプログラム可能なリードオンリーメモリ）、磁気又は光カード、フラッシュメモリ、又は電子命令を格納するのに適した他の一般的に知られているタイプのコンピュータで読み出し可能な記憶媒体を含んでもよいが、これらに限定されない。また更に、本発明はコンピュータプログラム製品を含むプログラムファイルとしてダウンロードしてもよく、その場合、リモートコンピュータからリクエストを行っているコンピュータまでプログラムファイルを転送してもよい。

このように、プロセスツールのチャンバをプラズマ洗浄する方法が開示された。本発明の一実施形態によると、基板は、一連の汚染物質を中に有するプロセスチャンバ内のチャック上に配置される。そして、プラズマプロセスは、一連の汚染物質を基板の上面へ移動させるためにプロセスチャンバ内で実行される。そして、基板上に一連の汚染物質を有する基板が、プロセスチャンバから取り除かれる。一実施形態では、一連の汚染物質は、金属粒子及び誘電体粒子などの、しかしながらそれらに限定されない粒子を含む。別の実施形態では、プラズマプロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスである。

Claims (15)

1. プロセスツール内のチャンバをプラズマ洗浄する方法であって、
   一連の汚染物質を中に有するプロセスチャンバ内のチャック上に基板を配置するステップと、
   前記一連の汚染物質を前記基板の上面へ移動させるために、前記プロセスチャンバ内でプラズマプロセスを実行するステップと、
   前記基板上に前記一連の汚染物質を有する前記基板を前記プロセスチャンバから取り除くステップとを含む方法。
2. 前記一連の汚染物質は、金属粒子及び誘電体粒子から成る群から選択される粒子を含む請求項１記載の方法。
3. 前記プラズマプロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスである請求項１記載の方法。
4. 前記プラズマプロセスは、標準状態で毎分約５００〜２０００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲の流速を有する酸素ガスに基づいており、約６０〜２００秒間の範囲の持続時間で実行される請求項３記載の方法。
5. 前記プロセスチャンバは、上部電極と底部電極を有し、前記プラズマプロセスの間、前記上部電極は約５００〜２０００ワットの範囲のソース電力を有し、前記底部電極は約０ワットのソース電力を有する請求項１記載の方法。
6. 前記プラズマプロセスを実行する前に、前記一連の汚染物質は前記プロセスチャンバ内に格納されているシャワーヘッドに位置している請求項１記載の方法。
7. プロセスツール内のチャンバをプラズマ洗浄する方法であって、
   一連の汚染物質を中に有するプロセスチャンバ内のチャックの上面を覆う基板を配置するステップと、
   前記一連の汚染物質を前記基板の上面へ移動させるために、前記プロセスチャンバ内で第１プラズマプロセスを実行するステップと、
   前記基板が前記プロセスチャンバ内に位置する間、前記プロセスチャンバを慣らし運転するために前記プロセスチャンバ内で第２プラズマプロセスを実行するステップと、
   前記基板上に前記一連の汚染物質を有する前記基板を前記プロセスチャンバから取り除くステップと、
   前記チャックの前記上面が露出している間、前記プロセスチャンバ内で第３プラズマプロセスを実行するステップとを含む方法。
8. 前記一連の汚染物質は、金属粒子及び誘電体粒子から成る群から選択される粒子を含む請求項７記載の方法。
9. 前記第３プラズマプロセスは、前記プロセスチャンバ内に位置する有機不純物を消費する請求項８記載の方法。
10. 前記第１プラズマプロセスは、約５〜５０ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される低圧プラズマプロセスであり、前記第３プラズマプロセスは、約２００〜６００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で実行される高圧プラズマプロセスである請求項７記載の方法。
11. 前記第１プラズマプロセスは、標準状態で毎分約５００〜２０００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）の範囲の流速を有する酸素ガスに基づいており、約６０〜２００秒間の範囲の持続時間で実行され、前記第３プラズマプロセスは、約５００〜４０００ｓｃｃｍの範囲の流速を有する酸素ガスに基づいており、約１０〜６０秒間の範囲の持続時間で実行される請求項１０記載の方法。
12. 前記プロセスチャンバは、上部電極と底部電極を有し、前記第１プラズマプロセスの間、前記上部電極は約５００〜２０００ワットの範囲のソース電力を有し、前記底部電極は約０ワットのソース電力を有し、前記第３プラズマプロセスの間、前記上部電極は約０〜１００ワットの範囲のソース電力を有し、前記底部電極は約０ワットのソース電力を有する請求項７記載の方法。
13. 前記第１プラズマプロセスを実行する前に、前記一連の汚染物質は前記プロセスチャンバ内に格納されているシャワーヘッドに位置している請求項７記載の方法。
14. エッチングプロセスツールを操作する方法であって、
    プロセスチャンバ内のチャック上に第１基板を提供するステップと、
    前記プロセスチャンバ内において第１プラズマプロセスによって前記第１基板をエッチングするステップとを含み、前記エッチングは前記プロセスチャンバ内に一連の汚染物質を提供し、
    前記方法は、前記第１基板を前記プロセスチャンバから取り除くステップと、
    前記プロセスチャンバ内において前記チャックの上面を覆うために第２基板を配置するステップと、
    前記一連の汚染物質を前記第２基板の上面へ移動させるために、前記プロセスチャンバ内で第２プラズマプロセスを実行するステップと、
    前記第２基板上に前記一連の汚染物質を有する前記第２基板を前記プロセスチャンバから取り除くステップと、
    前記チャックの前記上面が露出している間、前記プロセスチャンバ内で第３プラズマプロセスを実行するステップとを更に含む方法。
15. 前記第１基板は、金属層及び誘電体層を含み、一連の汚染物質は、金属粒子及び誘電体粒子を含む群から選択される粒子を含む請求項１４記載の方法。

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