JP2018514087A - チャンバ洗浄終点に対するインシトゥエッチング速度の決定 - Google Patents

Abstract

本明細書に記載の実施形態は、洗浄終点を決定するための方法に関する。第１のプラズマ洗浄処理は、第１の傾きによって定義された洗浄時間関数を決定するために、汚れていないチャンバ環境で実行され得る。第２のプラズマ洗浄処理は、第２の傾きによって定義された洗浄時間関数を決定するために、汚れたチャンバ環境で実行され得る。第１及び第２の傾きが、洗浄終点時間を決定するために比較され得る。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、一般に、処理チャンバ洗浄終点を決定するための方法に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、チャンバ洗浄終点検出に対するインシトゥエッチング速度決定のための方法に関する。

洗浄時間は、半導体製造処理及び機器の生産性における重要な要素であることが多い。洗浄時間は、一般に、１つの製造機器の洗浄に要する時間の量を指す。洗浄処理は、製造設備の耐用年数を増加させるために周期的に実行されることが多い。洗浄処理はまた、製造機器内の準最適な処理環境の結果として、欠陥のあるマイクロデバイスを製造する可能性を低減する。したがって、機器洗浄に関連する洗浄時間は、粒子減少及びスループット効率に比較的大きな影響を及ぼす。

不十分な洗浄時間は、製造機器内の反応生成物及び副生成物の望ましくない蓄積を引き起こし、装置の欠陥及び処理の流れを増やす可能性がある。代替的には、過剰な洗浄時間は、結果的に腐食性環境への長時間の曝露を生じさせ、製造機器の構成要素の早期劣化をもたらす可能性がある。加えて、過剰な洗浄時間は、一般にスループットに負の影響を与える。

洗浄時間を決定するための現在の終点検出方法は、一般に、二次的ラジカル又はプラズマ信号をモニタすることを含む。従来の方法は、終点決定のための残留ガス分析（ＲＧＡ）、発光分光法（ＯＥＳ）、非分散赤外分光法（ＮＤＩＲ）などの使用を含む。しかしながら、これらの方法は、準最適な計測条件の結果として、不正確な終点決定を提供することがある。例えば、ＲＧＡについての二次的プラズマ分離不足により、適切な終点を決定するのに正確でないデータが生じる可能性がある。別の例では、ＯＥＳの検出位置におけるラジカル／プラズマの不足は、終点データに悪影響を及ぼすことがある。加えて、前述の分析を実行するために必要とされる器具は、非常に高価であり、終点検出を行うことが望ましいすべての種類の機器に適合しないことがある。

したがって、本技術に必要とされるものは、終点検出のための改良された方法である。

１つの実施形態では、終点検出の方法が提供される。方法は、汚れていないチャンバ環境で第１のプラズマ洗浄処理を実行することと、第１のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で第１のエッチング速度を決定することとを含む。２以上の時間間隔によって定義された第１の傾きが決定され、第１の傾きが、第１のエッチング速度を時間の関数として定義し得る。第２のプラズマ洗浄処理は、汚れたチャンバ環境で実行され、第２のエッチング速度は、第２のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で決定され得る。２以上の時間間隔によって定義された第２の傾きが決定され、第２の傾きは、第２のエッチング速度を時間の関数として定義し得る。第１の傾き及び第２の傾きが、洗浄終点時間を決定するために比較され得る。

別の実施形態では、終点検出の方法が提供される。方法は、汚れていないチャンバ環境で第１のプラズマ洗浄処理を実行することと、第１のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で第１のエッチング速度を決定することとを含む。２以上の時間間隔によって定義された第１の傾きが決定され、第１の傾きが、第１のエッチング速度を時間の関数として定義し得る。第２のプラズマ洗浄処理は、汚れたチャンバ環境で実行され、第２のエッチング速度は、第２のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で決定され得る。２以上の時間間隔によって定義された第２の傾きが決定され、第２の傾きは、第２のエッチング速度を時間の関数として定義し得る。２以上の時間間隔によって定義された終点時間範囲が決定され、第１の傾きと第２の傾きとが実質的に等しい点で洗浄終点時間を決定するために、第１の傾き及び第２の傾きが終点時間範囲内で比較され得る。

更に別の実施形態では、終点検出の方法が提供される。方法は、汚れていないチャンバ環境で第１の洗浄処理を実行することと、第１の洗浄処理に対する第１のエッチング速度を決定することとを含む。第２の洗浄処理は、洗浄処理環境で実行され、第２の洗浄処理に対する第２のエッチング速度が決定され得る。第１のエッチング速度及び第２のエッチング速度は、第１の傾きを定義し得る。第３の洗浄処理は、汚れたチャンバ環境で実行され、第３の洗浄処理の第３のエッチング速度が決定され得る。第４の洗浄処理は、汚れたチャンバ環境で実行され、第４の洗浄処理に対する第４のエッチング速度が決定され得る。第３のエッチング速度及び第４のエッチング速度は、傾きを第１の傾きの約２％以内に定義し得る。洗浄終点時間は、第１の傾きと第２の傾きとが実質的に等しい場合に決定され得る。

本開示の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で概説した本開示のより具体的な説明が実施形態を参照することにより得られ、それら実施形態の幾つかは添付図面に示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。

本明細書に記載の実施形態による洗浄処理終点時間を決定するための方法の工程を示す。 本明細書に記載の実施形態による汚れていないチャンバ環境及び汚れたチャンバ環境で実行されるプラズマ処理のための洗浄時間の関数としてエッチング速度を図示するグラフを示す。 方法の実施形態が本明細書に記載に実施形態にしたがってその内部で実施され得る処理システムを概略的に示す。 本明細書に記載の実施形態による洗浄処理終点時間を決定するための方法の工程を示す。 本明細書に記載の実施形態による汚れたチャンバ環境で実行されるプラズマ処理のための堆積時間又は堆積厚の関数としてエッチング速度を図示するグラフを示す。

理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると想定されている。

本明細書に記載の実施形態は、洗浄終点を決定するための方法に関する。第１のプラズマ洗浄処理は、第１の傾きによって定義された洗浄時間関数を決定するために、汚れていないチャンバ環境で実行され得る。第２のプラズマ洗浄処理は、第２の傾きによって定義された洗浄時間関数を決定するために、汚れたチャンバ環境で実行され得る。第１及び第２の傾きが、洗浄終点時間を決定するために比較され得る。

図１は、洗浄処理終点時間を決定するための方法１００の工程を示す。工程１１０において、第１のプラズマ洗浄処理が、汚れていないチャンバ環境で実行され得る。汚れていないチャンバ環境は、本明細書に記載されるように、チャンバの処理空間内の様々な構成要素の上に実質的に材料が堆積していないチャンバ環境である。プラズマ洗浄処理は、インシトゥで生成されたプラズマを利用してもよく、又はプラズマが遠隔で生成されてもよい。誘導性結合、容量性結合などの適したプラズマ生成技術、又は熱的プラズマ生成技術が、洗浄プラズマを形成するために利用されてもよい。

様々な洗浄化学物質が、洗浄プラズマを形成するために利用されてもよい。洗浄プラズマを形成するのに適した前駆体材料は、フッ素含有材料、塩素含有材料、酸素含有材料などを含む。チャンバ環境に堆積した材料と反応性がある洗浄プラズマ化学物質が選択され得ると考えられる。１つの実施形態では、第１のプラズマ洗浄処理中に、ＮＦ_３から形成されたフッ素ラジカルが利用され得る。工程１１０は、一般に、工程１４０のプラズマ洗浄処理などのプラズマ洗浄処理の後続の比較用のベースライン基準を定義するために実行される。以下に記載されるように、ベースライン基準が熱的に不安定であり得ることに留意すべきである。

図２は、汚れていないチャンバ環境及び汚れたチャンバ環境で実行されるプラズマ処理のための洗浄時間の関数としてエッチング速度を図示するグラフ２００を示す。曲線２０２は、汚れていないチャンバ環境における時間の関数としてのエッチング速度を表し、曲線２０４は、汚れたチャンバ環境における時間の関数としてのエッチング速度を表している。図示されるように、曲線２０２の傾きは、時間とともにわずかに増加し、その増加は、汚れていないチャンバ環境内の温度が上昇した結果として洗浄ラジカルが再結合したというよりむしろ、汚れていないチャンバ環境内の処理チャンバ構成要素の温度が上昇したことに起因し得ると考えられる。

図１を再び参照すると、方法１００は、第１のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔２０６、２０８（図２を参照）で第１のエッチング速度を決定することにより、工程１２０において継続する。２つの時間間隔が記載されているが、第１のエッチング速度を調査するために、より多くの時間間隔が選択されてもよいと考えられる。２以上の時間間隔２０６、２０８は、洗浄終点範囲２１０を定義し得る。第１のエッチング速度は、例えば、Å／秒などの特定の時間量以内に除去される材料の量を指す。図２に示されるように、第１のエッチング速度は、第１の時間間隔２０６及び第２の時間間隔２０８において決定され得る。１つの実施形態では、第１のエッチング速度は、第１の時間間隔２０６に対応し、第２のエッチング速度は、第２の時間間隔２０８に対応し得る。第１のエッチング速度は、主要な第１のプラズマ洗浄処理において決定され、第２のエッチング速度は、二次的な第１のプラズマ洗浄処理において決定され得る。

工程１３０では、２以上の間隔２０６、２０８によって定義される曲線２０２の第１の傾きが決定され得る。第１の傾きは、洗浄終点範囲２１０内の曲線２０２上の点を選択することによって決定され、第１の傾きは、選択された点における接線となり得る。したがって、第１の傾きは、一般に、汚れていないチャンバ環境の第１のエッチング速度を時間の関数として定義する。

工程１４０において、第２のプラズマ洗浄処理は、汚れたチャンバ環境で実行され得る。汚れたチャンバ環境は、汚れたチャンバ環境内の様々な構成要素の上に材料が堆積している点で、汚れていないチャンバ環境と異なる。１つの実施形態では、第２のプラズマ洗浄処理は、第１のプラズマ洗浄処理と類似していてもよい。したがって、同一又は類似の化学物質及び処理条件が、第１及び第２のプラズマ洗浄処理の両方で利用されてもよい。

工程１５０において、２以上の時間間隔２０６、２０８における第２のエッチング速度が、第２のプラズマ洗浄処理中に決定され得る。曲線２０４は、汚れたチャンバ環境における時間の関数としての第２のエッチング速度を表す。一般に、工程１２０中に利用される時間間隔は、工程１５０中に利用される時間間隔と同一である。第１のエッチング速度と同様に、第２のエッチング速度は、例えば、Å／秒などの特定の時間量以内に除去される材料の量を指す。上述のように、第２のエッチング速度は、第１の時間間隔２０６及び第２の時間間隔２０８において決定され得る。１つの実施形態では、第２のエッチング速度は、熱的酸化物エッチング速度を表す。

１つの実施形態では、第３のエッチング速度は、第１の時間間隔２０６に対応し、第４のエッチング速度は、第２の時間間隔２０８に対応し得る。第３のエッチング速度は、主要な第２のプラズマ洗浄処理（即ち、第３のプラズマ洗浄処理）において決定され、第２のエッチング速度は、二次的な第２のプラズマ洗浄処理（即ち、第４のプラズマ洗浄処理）において決定され得る。１つの実施形態では、第２のエッチング速度（即ち、第３及び第４のエッチング速度）は、例えば、エリプソメータのような光学計測機器などの適した計測機器によって決定され得る。

工程１６０では、２以上の間隔２０６、２０８によって定義された第２の傾きが、曲線２０４に対して決定され得る。工程１３０における第１の傾き決定と同様に、第２の傾きは、洗浄終点範囲２１０内の曲線２０４上の点を選択することによって決定され、第２の傾きは、選択された点における接線となり得る。したがって、第２の傾きは、一般に、汚れたチャンバ環境の第２のエッチング速度を時間の関数として定義する。

第２の曲線２０４は第１の曲線２０２に対して漸近的な関係を有し得ることに留意すべきである。洗浄終点範囲２１０内の第１の曲線２０２と第２の曲線２０４との間の差分２１２は、第１の曲線２０２の熱的不安定性によって引き起こされると考えられる。

工程１７０において、第１の傾き及び第２の傾きは、洗浄終点時間を決定するために比較され得る。一般に、第１の傾き及び第２の傾きは、例えば約２％以内など、約５％未満ほど異なることがある。洗浄終点範囲２１０内の洗浄終点時間は、第１の傾き及び第２の傾きが実質的に等しいときに決定され得る。本明細書で利用されるように、実質的に等しい傾きとは、約２％しか異ならない第１の傾き及び第２の傾きを指す。

オプションで、洗浄時間終点を決定した後に、完全な洗浄を保証するために、ある量の追加的洗浄時間が洗浄時間終点に加えられてもよい。１つの実施形態では、洗浄時間の追加的量は、総洗浄時間の約５％未満であり得る。

図３は、方法１００の実施形態が内部で実施され得る処理システム３００を概略的に示す。本明細書に記載の方法１００は、従来の終点検出処理に関連する外部機器を使用せずに、有利なインシトゥ洗浄終点決定を提供すると考えられる。処理システム３００は、第１の処理チャンバ３０６及び第２の処理チャンバ３０８にそれぞれ連結されている第１の遠隔プラズマ源３０２及び第２の遠隔プラズマ源３０４を含む。第１及び第２の処理チャンバ３０６、３０８は、一般に、洗浄処理実行後にフォアライン３１０を介して排気される。

図４は、洗浄処理終点時間を決定するための方法４００の工程を示す。工程４１０において、プラズマ洗浄処理は、汚れたチャンバ環境で実行され得る。洗浄処理は、ある実施形態において、工程１４０に関して記載された処理と類似であり得る。工程４２０において、エッチング速度データを生成するために、エッチング速度が堆積時間又は堆積厚の関数として決定され得る。工程４３０において、エッチング速度データは、洗浄終点を示すグラフに表示されたデータの傾きにおける変曲点又は変化を決定するために分析され得る。したがって、エッチング速度データは、洗浄終点、及び／又は処理チャンバ又は処理チャンバ構成要素を十分に洗浄するために洗浄処理が実行される時間量を決定するために利用され得る。

図５は、汚れたチャンバ環境で実行されるプラズマ処理のための堆積時間又は堆積厚の関数としてエッチング速度を図示するグラフ５００を示す。グラフ５００は、堆積時間又は堆積厚の関数としてのエッチング速度のデータ５０１を示す。データ５０１は、処理チャンバ環境から材料を能動的に除去するエッチング速度を表示する第１の傾き５０２を含む。データ５０１はまた、材料が能動的に除去されていない又は増加した速度で除去されていない場合に、エッチング速度を表示する第２の傾き５０６を含む。第２の傾き５０６は、汚れていないチャンバ環境と関連するエッチング速度を示すと考えられる。

データ５０１の変曲点５０４は、傾き５０２、５０６が異なる場合の第１の傾き５０２と第２の傾き５０６との間の点に存在する。変曲点５０４は、チャンバ環境が十分に洗浄されているが過度に洗浄されていない場合に、洗浄終点を決定するために利用され得る。方法１００と同様に、変曲点５０４の分析を介して洗浄時間終点を決定した後に、完全な洗浄を保証するために、ある量の追加的洗浄時間が洗浄時間終点に加えられてもよい。１つの実施形態では、洗浄時間の追加的量は、総洗浄時間の約５％未満であり得る。

従来の終点検出方法は、一般に、フォアライン３１０で廃水を分析する。しかしながら、各チャンバ３０６、３０８内の洗浄エッチング速度が異なり、欠陥のある終点は、複数のチャンバからの単一の廃水流のモニタリング結果として示されることがある。本明細書に記載の方法は、チャンバ３０６、３０８の各々に適用され得、終点検出は、分離したチャンバ毎に個別化された終点検出の結果として改良され得ると考えられる。例えば、本開示に記載の方法は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）などの様々な単一又は複数のチャンバ構造上で実施され得る。

要するに、インシトゥの終点検出は、汚れていないチャンバ環境で第１のプラズマ洗浄処理を実行すること、及び汚れたチャンバ環境で第２のプラズマ洗浄処理を実行することによって、決定され得る。第１及び第２のプラズマ洗浄処理に対する洗浄時間関数が導き出され、関数の傾きが、適した洗浄終点を決定するために比較され得る。終点検出はまた、汚れていないチャンバ環境を示すエッチング速度データの変曲点を分析することによって決定されてもよい。本明細書に記載の方法を利用することによって、過度の洗浄によるチャンバ構成要素への損傷を防止しつつ、洗浄終点時間の精度及びスループットが向上し得ると考えられる。

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

1. 終点検出の方法であって、
   汚れていないチャンバ環境で第１のプラズマ洗浄処理を実行することと、
   前記第１のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で第１のエッチング速度を決定することと、
   前記２以上の時間間隔によって定義された第１の傾きを決定することであって、前記第１の傾きが前記第１のエッチング速度を時間の関数として定義する、決定することと、
   汚れたチャンバ環境で第２のプラズマ洗浄処理を実行することと、
   前記第２のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で第２のエッチング速度を決定することと、
   前記２以上の時間間隔によって定義された第２の傾きを決定することであって、前記第２の傾きが前記第２のエッチング速度を時間の関数として定義する、決定することと、
   洗浄終点時間を決定するために前記第１の傾きと前記第２の傾きとを比較することと
   を含む方法。
2. 前記汚れていないチャンバ環境には材料が堆積していない、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のプラズマ洗浄処理及び前記第２のプラズマ洗浄処理が、フッ素系化学物質、塩素系化学物質、酸素系化学物質、又はこれらの組み合わせ及び混合物を利用する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のプラズマ洗浄処理に対する前記２以上の間隔と前記第２のプラズマ洗浄処理に対する前記２以上の間隔とが同一である、請求項１に記載の方法。
5. 前記２以上の時間間隔が、終点時間範囲を定義する、請求項１に記載の方法。
6. 前記終点時間範囲が、前記第１の傾きと前記第２の傾きとを比較することによって決定される、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の傾きと前記第２の傾きとが等しい点で前記終点時間範囲内に前記洗浄終点時間を決定すること
   を更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記洗浄終点時間を決定した後に、総洗浄時間の５％未満の量の洗浄時間を前記洗浄終点時間に加えることを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 終点検出の方法であって、
   汚れていないチャンバ環境で第１のプラズマ洗浄処理を実行することと、
   前記第１のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で第１のエッチング速度を決定することと、
   前記２以上の時間間隔によって定義された第１の傾きを決定することであって、前記第１の傾きが前記第１のエッチング速度を時間の関数として定義する、決定することと、
   汚れたチャンバ環境で第２のプラズマ洗浄処理を実行することと、
   前記第２のプラズマ洗浄処理中に２以上の時間間隔で第２のエッチング速度を決定することと、
   前記２以上の時間間隔によって定義された第２の傾きを決定することであって、前記第２の傾きが前記第２のエッチング速度を時間の関数として定義する、決定することと、
   前記２以上の時間間隔によって定義された終点時間範囲を決定することと、
   前記第１の傾きと前記第２の傾きとが等しい点で洗浄終点時間を決定するために、前記終点時間範囲内の前記第１の傾きと前記第２の傾きとを比較することと
   を含む方法。
10. 前記第１のプラズマ洗浄処理に対する前記２以上の間隔と前記第２のプラズマ洗浄処理に対する前記２以上の間隔とが同一である、請求項９に記載の方法。
11. 終点検出の方法であって、
    汚れていないチャンバ環境で第１の洗浄処理を実行することと、
    前記第１の洗浄処理に対する第１のエッチング速度を決定することと、
    前記汚れていないチャンバ環境で第２の洗浄処理を実行することと、
    前記第２の洗浄処理に対する第２のエッチング速度を決定することであって、前記第１のエッチング速度及び前記第２のエッチング速度が第１の傾きを定義する、決定することと、
    汚れたチャンバ環境で第３の洗浄処理を実行することと、
    前記第３の洗浄処理の第３のエッチング速度を決定することと、
    前記汚れたチャンバ環境で第４の洗浄処理を実行することと、
    前記第４の洗浄処理の第４のエッチング速度を決定することであって、前記第３のエッチング速度及び前記第４のエッチング速度が、第２の傾きを前記第１の傾きの２％以内に定義する、決定することと、
    前記第１の傾きと前記第２の傾きとが等しい洗浄終点時間を決定することと
    を含む方法。
12. 前記第１の傾きが熱的に不安定である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の洗浄処理、前記第２の洗浄処理、前記第３の洗浄処理、及び前記第４の洗浄処理が、フッ素系化学物質、塩素系化学物質、酸素系化学物質、又はこれらの組み合わせ及び混合物を利用する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１の傾きと前記第２の傾きとが等しい間隔にわたって前記第１の傾きと前記第２の傾きとを比較することによって、終点時間範囲を決定すること
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記洗浄終点時間を決定した後に、総洗浄時間の５％未満の量の洗浄時間を前記洗浄終点時間に加えることを更に含む、請求項１１に記載の方法。

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