JP2013514173A - プラズマチャンバで使用される上方電極から表面金属汚染を洗浄するための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマチャンバで使用される上方電極から金属汚染物質を洗浄するための方法。方法は、濃縮水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、水とからなる洗浄溶液に上方電極を浸す工程を含む。洗浄溶液は、フッ酸及び塩酸を含まない。方法は、更に、上方電極を希硝酸に浸し、洗浄後の上方電極をすすぐ、随意の工程を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本出願は、米国特許法第１１９条に基づいて、２００９年１２月８日出願の「METHODOLOGY FOR CLEANING OF SURFACE METAL CONTAMINATION FROM AN UPPER ELECTRODE USED IN A PLASMA CHAMBER（プラズマチャンバで使用される上方電極から表面金属汚染を洗浄するための方法）」と題された米国仮出願第６１／２８８，０８７号の優先権を主張する。この出願は、参照によってその全内容を本明細書に組み込まれる。
容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバにおいて、集積回路は、ウエハ又は基板の上に、パターン化されたマイクロエレクトロニクス層を形成することによって作成される。基板の処理では、上方電極と下方電極との間にプラズマが生成され、このようなプラズマは、多くの場合、基板の上に膜を蒸着させるために又は膜の対象部分をエッチングするために使用される。電極を使用した多数時間に及ぶ高周波（ＲＦ）運転の後、チャンバは、エッチング速度の降下及びエッチング均一性のズレを見せる。エッチングパフォーマンスの低下は、電極のシリコン表面の形態の変化及び電極のプラズマ暴露表面の汚染によって引き起こされる。したがって、電極が表面汚染の基準を満たし尚且つ製造の歩留まりが向上されるように基板を洗浄するため及び表面粗度を低減させるための、系統的で且つ効果的な方法が必要である。
プラズマチャンバで使用される上方電極から金属汚染物質を洗浄するための方法は、水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、水とで構成され、好ましくは、ＮＨ3基準で２８〜３０重量％の濃縮水酸化アンモニウム水溶液と、２９〜３１重量％の過酸化水素水溶液と、水とで構成され、１〜２：１〜２：２から１〜２：１〜２：２０の体積比で構成される洗浄溶液に、上方電極全体を浸すことを含む。
代表的なＣＣＰチャンバは、チャンバ壁と、プラズマ暴露下面を有する上方電極と、基板サポートと、基板サポートに埋め込まれ、基板の処理中に基板を保持するように動作可能な静電チャックとを含んでよい。チャンバ壁は、基板を移送してチャンバに出し入れするための基板移送用のスロット又はゲートを含むことが好ましい。チャンバ壁は、随意として、適切な耐摩耗性材料でコーティングされてよい。大地への電気路を提供するために、チャンバ壁は、アルミニウムなどの金属で作成されて、電気的に接地されてよい。基板サポートは、下方電極として機能するアルミニウム板を含むことができ、（通常は整合回路を通じて）ＲＦ電源につながれる。上方電極は、（通常は整合回路を通じて）ＲＦ電源及びプロセスガス用の１本又は２本以上のガスラインにつながれてよい。上方電極及び下方電極の通電には、その他のタイプの回路構成が使用されてもよい。例えば、上方電極は、下方電極に供給される電力のための帰還路を提供するために接地されてよい。或いは、下方電極は、異なる周波数を有する２つ又は３つ以上のＲＦ電源につながれてよい。上方電極は、下方電極から隔てられ、プラズマを発生させるための空間を下方電極との間に形成している。動作中、上方電極及び／又は下方電極は、プロセスガスを電気的に励起させてプラズマにする。
上方電極は、単独ピースの電極であってよい、又は複数ピースからなる電極であってよい。例えば、上方電極は、一体構造のシャワーヘッド型電極を含んでよい、又は内側のシャワーヘッド型電極板と、外側の環状電極リングを形成する１つ若しくは２つ以上の部分とを含んでよい。上方電極は、例えばアルミニウム又は黒鉛の裏当て板などの裏当て部材を含むことが好ましい。一体構造のシャワーヘッド型電極、又は内側のシャワーヘッド型電極板と外側の電極リングは、随意として、エラストマ接合材料（エラストマ系結合剤）などの接合材料によって裏当て部材に接合されてよい。上方電極におけるエラストマ接合材料の使用に関する詳細は、同一出願人による米国特許第６，３７６，３８５号、第６，１９４，３２２号、第６，１４８，７６５号、及び第６，０７３，５７７号に開示されている。これらの特許は、全て、参照によってその全体を本明細書に組み込まれる。エラストマ系結合剤は、上方電極の温度循環による熱膨張を補償するために、電極と裏当て部材との間の運動を可能にする。エラストマ系結合剤は、導電性及び／又は熱伝導性の充填剤を含んでよく、高温で安定である触媒硬化ポリマであってよい。例えば、エラストマ系結合剤は、シリコーンポリマで形成されてよく、充填剤は、アルミニウム合金又はシリコン粉末で形成されてよい。低電気抵抗を提供するため及び電極汚染を最小限に抑えるためには、上方電極は、単結晶シリコンで形成されることが好ましい。裏当て部材、エラストマ系結合剤、及びシャワーヘッド型電極は、上方電極をプロセスガスが通り抜けることを可能にする複数の穴、すなわちガス出口を含んでよい。好ましくは、上方電極のなかの穴の直径は、６００μｍから１０００μｍである。
プラズマ処理中に、上方電極は、（例えば上方電極の下で処理された基板からの）Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｔｉ、Ｚｎなどの金属によって汚染されることがある。プラズマ処理中に、このような金属は、上方電極から解放されて、プラズマエッチングなどの処理を経ている基板を汚染することがある。
処理された基板の金属汚染を防ぐために、上方電極は、一定数のＲＦ時間を経た後に、定期的にチャンバから取り出されて洗浄される。或いは、本明細書で説明される洗浄は、新しい上方電極の製造の最終段階として適用されてよい。図１は、１つの実施形態にしたがった、上方電極を洗浄するための代表的な工程を示したフローチャート１００を示している。工程１０１において、上方電極は、上方電極から有機汚染物質を除去するために、１０分から１時間などの、好ましくは約３０分の、適切な時間にわたってイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に浸される。本明細書で使用される「約」という用語は、±１０％を意味する。
工程１０２において、上方電極は、クリーンルームのワイプ（縁を閉じて洗浄を終えた状態の、ポリマを編み上げたものである、ＶＷＲ ＬａｂＳｈｏｐ（イリノイ州バタビア）によって製造されたクラス１００耐酸性クリーンルームワイプなど）で拭き掃除され、１分から１０分などの、好ましくは約２分の、適切な時間にわたって脱イオン水（ＤＩＷ）ですすがれる。図２は、上方電極３００を上に載せて拭き掃除することができる固定具２０８の概略断面図を示している。図３Ａは、上方電極３００を支えている固定具２０８の斜視図を示しており、図３Ｂは、図３Ａの領域Ｂの拡大概略断面図を示している。ワイピングツール２００は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）で形成されることが好ましく、持ち手部分２０２と、切頭円錐部分２０３とを含む。切頭円錐部分２０３は、ワイプ２０６で覆われた平坦面２０４を有し、ワイプ２０６は、拭き掃除中に、ＩＰＡなどの洗浄溶液で湿らすことができる。ワイピングツール２００の人間の作業員は、持ち手部分２０２を持ち、上向きの力２１０を加えてワイピングツール２００の上向きの平坦面２０４を上方電極３００の下向きの表面（例えばプラズマ暴露表面）に接触させることが好ましい。更に、固定具２０８は、拭き掃除中に回転されてよい。
図２、図３Ａ、及び図３Ｂに示されるように、洗浄対象とされる上方電極３００のサイズに合わせた固定具２０８は、頑丈な基部枠と、上方電極３００のプラズマ暴露表面が下を向くように上方電極３００を支える３本又は４本以上の垂直サポート部材とを有する。各サポート部材の頂部は、上方電極３００の縁を載せる内側の段差を有することが好ましい。段差は、プラズマ暴露表面の洗浄中に上方電極３００がサポート部材から滑り落ちるのを防ぐ。サポート部材及び基部は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などの化学的に耐性のある材料でコーティングされる及び／又は作成されることが好ましい。
工程１０３において、上方電極は、好ましくは室温で、１０分から６０分などの適切な時間にわたって洗浄溶液に浸される。洗浄溶液は、水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、水とを、好ましくは、濃縮水酸化アンモニウム水溶液（ＣＡＳ＃ １３３６−２１−６）（ＮＨ3基準で２８〜３０重量％、好ましくは２９重量％）と、過酸化水素水溶液（ＣＡＳ＃ ７７２２−８４−１）（２９〜３１重量％、好ましくは２９重量％）と、水とを、１〜２：１〜２：２から１〜２：１〜２：２０の体積比で、好ましくは１〜２：１〜２：２から１〜２：１〜２：１５の体積比で、更に好ましくは１：１：２から１：１：１０の体積比で、最も好ましくは１：１：１０の体積比で混ぜ合わせることによって作成される。
洗浄溶液中の過酸化水素は、水と原子状酸素とに分解する。原子状酸素は、上方電極上の金属汚染物質を酸化させる。洗浄溶液中のアンモニウムイオンは、酸化された金属汚染物質をキレートし、可溶性の複合体を形成することができる。例えば、Ｃｕ汚染物質は、Ｃｕ＋Ｈ2Ｏ2＝ＣｕＯ＋Ｈ2Ｏ、ＣｕＯ＋４ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＝Ｃｕ（ＮＨ3）4 2+＋２ＯＨ-のように洗浄溶液と反応する。
工程１０４において、上方電極は、残る洗浄溶液を除去するために、約５分などの適切な時間にわたってＤＩＷですすがれる。
工程１０５において、上方電極（表側及び裏側の両方）は、ＤＩＷに浸されたクリーンルームワイプを使用して、１分から１０分などの、好ましくは約２分の、適切な時間にわたって拭き掃除される。
随意の工程１０６において、上方電極は、１分から１０分などの、好ましくは２分から５分の、適切な時間にわたって希硝酸溶液（ＣＡＳ＃ ７６９７−３７−２）（１〜５重量％、好ましくは２重量％）に浸される。希硝酸は、上方電極から更に金属汚染物質を除去するのに効果的である。
もし、随意の工程１０７が実施されるならば、その後には工程１０８が続き、上方電極は、残る希硝酸を除去するために、１分から１０分などの、好ましくは約５分の、適切な時間にわたってＤＩＷですすがれる。
工程１０１から１０８は、１回又は２回以上繰り返すことができる。
工程１０９において、上方電極は、クラス１００又はそれよりも高水準のクリーンルームに移動される。
工程１１０において、上方電極は、１分から３０分などの、好ましくは約１０分の、適切な時間にわたって超純水ですすがれる。
この洗浄プロセスの後には、従来のその他の洗浄工程が続くことができる。
上方電極のこの洗浄プロセスは、フッ酸による機械的研磨又は処理を使用せず、ゆえに、エラストマ系結合剤に対する過剰な摩耗及び損傷を防ぐ。この洗浄プロセスは、容易にアクセス可能な表面、及びネジ穴内やガス通路内の表面などのその他の表面の両方から、銅及びその他の金属汚染を除去するのに効果的である。
表１は、洗浄前及び洗浄後における、シリコンシャワーヘッド型電極のプラズマ暴露表面についての元素分析を示している。
人間の作業員は、人が触れることによる有機汚染を防ぐために、本明細書で説明される洗浄プロセスの実行中及び工程間における上方電極の取り扱い中に、手袋を着用していることが好ましい。また、或る工程で生成された汚染物質又は粒子が後続の工程で上方電極に移ることがないように、人間の作業員は、必要ならばいつでも、新しい手袋を着用することができる。
洗浄方法及び洗浄溶液は、具体的な実施形態を参照にして詳細に説明されてきたが、当業者にならば、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な変更及び修正がなされてよいこと並びに均等物が採用されてよいことが明らかである。
Claims (21)
- プラズマチャンバで使用される上方電極から金属汚染物質を洗浄するための方法であって、
水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、水とで構成される洗浄溶液に前記上方電極全体を浸すことを備える方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記上方電極は、１０分から６０分にわたって前記洗浄溶液に浸される、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、更に、
前記洗浄溶液に浸す前に、
前記上方電極を約３０分にわたってイソプロピルアルコールに浸すことと、
前記上方電極をクリーンルームワイプで拭き掃除し、前記上方電極を約２分にわたって脱イオン水ですすぐことと、
前記洗浄溶液に浸した後に、
前記上方電極を約５分にわたって脱イオン水ですすぐことと、
前記上方電極を約２分にわたって脱イオン水を使用してクリーンルームワイプで拭き掃除することと、
随意として、前記上方電極を２分から５分にわたって２％の硝酸溶液に浸し、前記上方電極を約１分から１０分にわたって脱イオン水ですすぐことと、
を備える方法。 - 請求項３に記載の方法であって、更に、
前記工程を少なくとも１回繰り返し、その後に続いて前記上方電極を約１分から３０分にわたって超純水ですすぐことを備える方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、濃縮水酸化アンモニウム水溶液をＮＨ3基準で２８〜３０重量％と、過酸化水素水溶液を２９〜３１重量％と、水とを、１〜２：１〜２：２から１〜２：１〜２：２０の水酸化アンモニウム：過酸化水素：水の体積比で混ぜ合わせることによって用意される、方法。 - 請求項５に記載の方法であって、
前記体積比は、１：１：２から１：１：１０である、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記上方電極は、単結晶シリコンのシャワーヘッド型電極を含む、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、フッ酸及び塩酸を含まない、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄は、前記上方電極のプラズマ暴露表面を研磨することなく行われる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄は、クラス１００００又はそれよりも高水準のクリーンルームで行われる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記上方電極は、エラストマ系結合剤によってシリコンのシャワーヘッド型電極に接合されたアルミニウム又は黒鉛の裏当て部材を含む、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、更に、
洗浄に先立って前記上方電極をプラズマチャンバから取り出すことと、
洗浄後の前記上方電極を同じ又は異なるチャンバに再び取り付けることと、
を備える方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｃｕ汚染を３０００×１０10原子数／ｃｍ2超えから５０×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｎｉ汚染を２００×１０10原子数／ｃｍ2超えから５０×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｚｎ汚染を２５０×１０10原子数／ｃｍ2超えから７５×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｆｅ汚染を５０×１０10原子数／ｃｍ2超えから５×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｃａ汚染を７００×１０10原子数／ｃｍ2超えから４００×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｍｇ汚染を５０×１０10原子数／ｃｍ2超えから２０×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｋ汚染を４５０×１０10原子数／ｃｍ2超えから５×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｎａ汚染を１５００×１０10原子数／ｃｍ2超えから５０×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記洗浄溶液は、Ｔｉ汚染を２５０×１０10原子数／ｃｍ2超えから７５×１０10原子数／ｃｍ2未満に減少させる、方法。
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