JP2023529454A - チャンバ洗浄方法 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】１または複数のサイクルを備えた、プラズマ処理チャンバを洗浄するための方法が提供されている。各サイクルは、酸素含有プラズマ洗浄段階を実行する工程と、揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階を実行する工程と、フッ素含有プラズマ洗浄段階を実行する工程と、を備える。【選択図】図５

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０２０年６月１５日出願の米国特許出願第６３／０３９，３０３号に基づく優先権の利益を主張し、その出願は、参照によってすべての目的に対して本明細書に組み込まれる。
本明細書で提供されている背景技術の記載は、本開示の背景を概略的に提示するためのものである。ここに名を挙げられている発明者の業績は、この背景技術に記載された範囲において、出願時に従来技術として通常見なされえない記載の態様と共に、明示的にも黙示的にも本開示に対する従来技術として認められない。
本開示は、半導体デバイスの製造方法に関する。より具体的には、本開示は、半導体デバイス製造用のプラズマ処理チャンバを洗浄するための方法に関する。
金属導電経路が、広くビアホールおよびトレンチに存在し、そこで、金属エッチングが、回路パターンを露出させるために、複数のタイプの活性金属または不活性金属を除去する。相互接続以外にも、金属エッチングは、先進メモリデバイスにおいて重要な用途を有する。例えば、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）スタックにおける様々な磁気材料のパターニングは、いまだ困難である。かかるスタックは、様々な金属含有層を含んでいる。かかるスタックのエッチングの結果として、様々な金属残留物が、処理後にプラズマ処理チャンバのプラズマ対向面上に残る。
プラズマエッチング処理は、プラズマ処理チャンバのプラズマ対向面上に金属残留物の蓄積を引き起こす。金属形態および化合物形態の両方の金属を含む複数のエッチング種と、ウエハまたはマスク材料からのシリコン種とを洗浄するための効果的な金属洗浄手順が、必要とされる。チャンバ壁表面上の汚染物質が、深刻な製造上の問題を引き起こすことになる。
したがって、効果的なチャンバ洗浄処理が、生産性を向上させるために重要になる。現行の順次洗浄処理は、チャンバ洗浄の有効性を妨げる依然として重大な複数の課題を有する。
上記を達成するために、本開示の目的に従って、１または複数のサイクルを備えた、プラズマ処理チャンバを洗浄するための方法が提供されている。各サイクルは、酸素含有プラズマ洗浄段階を実行する工程と、揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階を実行する工程と、フッ素含有プラズマ洗浄段階を実行する工程と、を備える。
別の実施形態において、複数のサイクルを備えた、プラズマ処理チャンバ内で複数の処理ウエハを処理するための方法が提供されている。各サイクルは、プラズマ処理チャンバ内で複数の処理ウエハの内の１つの処理ウエハを処理する工程と、プラズマ処理チャンバを洗浄する工程であって、酸素含有プラズマ段階、揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階、および、フッ素含有プラズマ段階を備える、工程と、を備える。
添付の図面を参照しつつ行う本開示の詳細な説明において、本開示の上述の特徴およびその他の特徴を詳述する。
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本開示を図示する。なお、これらの添付図面においては、同様の構成要素には同様の符号が付されている。
一実施形態の概略フローチャート。
一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略断面図。 一実施形態に従って処理されたスタックを示す概略断面図。
一実施形態で利用できるプラズマ処理チャンバを示す概略図。
プラズマ処理チャンバの一部を示す拡大概略断面図。 プラズマ処理チャンバの一部を示す拡大概略断面図。 プラズマ処理チャンバの一部を示す拡大概略断面図。 プラズマ処理チャンバの一部を示す拡大概略断面図。 プラズマ処理チャンバの一部を示す拡大概略断面図。 プラズマ処理チャンバの一部を示す拡大概略断面図。
一実施形態で用いられる洗浄工程のより詳細なフローチャート。
一実施形態で利用できるコンピュータシステムを示す図。
以下では、添付図面に例示されたいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本開示の詳細な説明を行う。以下の説明では、本開示の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本開示は、これらの具体的な詳細事項の一部または全てがなくとも実施することが可能である。また、本開示が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造については、詳細な説明を省略した。
金属導電経路が、広くビアホールおよびトレンチに存在し、そこで、金属エッチングが、回路パターンを露出させるために、複数のタイプの活性金属または不活性金属を除去する。相互接続以外にも、金属エッチングは、先進メモリデバイスにおいて重要な用途を有する。例えば、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）スタック内に様々な磁気材料をパターニングすることは、かかるスタックが、窒化チタン（ＴｉＮ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銅－鉄－ホウ素の合金（ＣｏＦｅＢ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、コバルト白金（ＣｏＰｔ）、マンガン白金（ＰｔＭｎ）、および、おそらくはその他の金属含有層を含む場合、いまだ困難なままである。様々な処理の後にチャンバ壁上に残る金属残留物は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ホウ素（Ｂ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、および、アルミニウム（Ａｌ）、などを含む。
金属プラズマエッチングの後、処理チャンバ壁は、金属形態および化合物形態の両方の金属を含む複数エッチング種と、処理ウエハまたはマスク材料からのシリコン種とによって汚染される。チャンバ壁上の汚染物質は、チャンバプラズマ条件ひいてはウエハ間の再現性に影響することによって、ＩＣ製造に深刻な問題を引き起こす。ＭＲＡＭ磁気トンネル接合（ＭＴＪ）におけるほとんどの金属をエッチングするために、ハロゲン化学が、エッチングの有効性を評価するために適用される。金属は、ウエハ処理中にチャンバ壁上に再蒸着される。チャンバ壁面のＸ線光電子分光分析により、金属は、金属フッ化物（ＭＦｘ、Ｍは金属）など、ほとんどが化合物の形態であることが明らかになる。さらに、チャンバ壁の表面は、処理ウエハ、ハードマスク材料、または、エッチング剤からの酸化シリコン層で覆われる。金属／金属化合物と酸化シリコンとの混合物は、チャンバ内部に汚染物質層を形成する。この汚染物質は、ウエハ処理中にチャンバ壁から複数の原子を放出することによって、ウエハ上への金属粒子の薄片状剥離およびプロセスドリフトなど、深刻な問題をもたらす。
したがって、効果的なチャンバ洗浄処理が、生産性を向上させるために重要になる。現在、一連の金属洗浄化学が、Ｒｕ除去のための酸素（Ｏ２）プラズマ、二酸化白金（ＰｔＯ２）除去のための水素ガス（Ｈ２）プラズマ、ならびに、ＣｏおよびＦｅ除去のためのＣｌ２／Ｈ２化学物質などを用いて、特定の金属種を除去するために開発されている。汚染除去のためのより包括的な戦略は、カバーウエハ自動洗浄（ＣＷＡＣ）エッチング後ウエハ処理をインタイムチャンバ洗浄に適用することである。このＣＷＡＣ処理は、塩素ガス（Ｃｌ２）、水素ガス（Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、および、Ｏ２などの順次の工程を含む。Ｃｌ２プラズマは、ＭＣｌｘ（Ｍ：金属）を形成することによって金属元素または金属酸化物を除去するために適用される。Ｈ２は、ハロゲン残留物を取り除き、ＭＦｘおよびＭＣｌｘの除去を支援しうる。ＮＦ３は、酸化シリコンと反応して被覆材料を減少させ、金属は、粒子の薄片状剥離を防ぐために、金属酸化物へ酸化されうる。しかしながら、現在の順次ＣＷＡＣ処理では、複数の課題が依然として重大であり、チャンバ洗浄の有効性を妨げる：（ｉ）Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、銅（Ｃｕ）など、現在のＩＣデバイスにおける多様な金属は、Ｃｌ２化学物質と揮発種を形成できない、（ｉｉ）金属汚染物質が、酸化シリコン被覆層に埋め込まれる。酸化シリコン被覆層の引き起こす金属除去化学物質との反応物質は限られている、（ｉｉｉ）ＮＦ３燃焼は、酸化シリコン被覆を除去することによって新たな金属汚染物質を露出させる利点を持つが、揮発性金属種の形成では有効性が低い。誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰＭＳ）により、かかる順次ＣＷＡＣ処理後に高い金属汚染レベルが示された。
理解を促すために、図１は、一実施形態で利用される処理の概略フローチャートを示す。スタックを備えた処理ウエハが、プラズマ処理チャンバ内に配置される（工程１０４）。図２Ａは、一実施形態で処理される処理ウエハ上のスタック２００を示す概略断面図である。スタック２００は、シリコンまたは酸化シリコン（Ｓｉ／ＳｉＯ２）の層２０４を備えた基板上にある。第１タンタル（Ｔａ）層２０８が、Ｓｉ／ＳｉＯ２層２０４上にある。白金（Ｐｔ）層２１２が、第１タンタル（Ｔａ）層２０８上にある。コバルト白金合金（ＣｏＰｔ）層２１６が、Ｐｔ層２１２上にある。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層２２０が、ＣｏＰｔ層２１６上にある。コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）層２２４が、ＭｇＯ層２２０上にある。第２Ｔａ層２２８が、ＣｏＦｅＢ層２２４上にある。ルテニウム（Ｒｕ）層２３２が、第２Ｔａ層２２８上にある。パターニングされたマスクが、スタック２００の上に形成されている。この実施形態において、パターニングされたマスクは、窒化チタン層２３６と、その上のＳｉＯ２層２４０と、その上のＲｕ層２４４と、を備える。
スタック２００は、処理される（工程１０８）。この例において、スタックは、スタックをエッチングするための１または複数のエッチング処理を受ける。図２Ｂは、スタック２００の処理が完了した後のスタック２００を示す概略断面図である。スタックの処理は、第１Ｔａ層２０８、Ｐｔ層２１２、ＣｏＰｔ層２１６、ＭｇＯ層２２０、ＣｏＦｅｂ層２２４、第２Ｔａ層２２８、および、Ｒｕ層２３２をエッチングした。パターニングされたマスクの一部も、エッチングされてよい。スタック２００の処理の結果として、Ｒｕ、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、ＣｏＦｅＢ、ＭｇＯ、ＣｏＰｔ、Ｐｔ、および、Ｔａは、プラズマ処理チャンバのプラズマ対向面の上に蒸着される。
スタック２００は、プラズマ処理チャンバから取り出される（工程１１２）。カバーが、プラズマ処理チャンバ内に配置される（工程１１６）。図３は、一実施形態で利用できるプラズマ処理チャンバシステム３００の一例を示す概略図である。プラズマ処理チャンバシステム３００は、プラズマ処理チャンバ３０４を中に有するプラズマリアクタ３０２を備える。プラズマ電源３０６が、電力整合回路網３０８によって調整されており、誘導結合電力を供給することによってプラズマ処理チャンバ３０４内でプラズマ３１４を生成するために、誘電体誘導電力窓３１２の近くに配置されたトランス結合プラズマ（ＴＣＰ）コイル３１０に電力を供給する。ピナクル（登録商標）３７２が、プラズマ処理チャンバ３０４のチャンバ壁３７６から誘電体誘導電力窓３１２まで伸びて、ピナクルリングを形成している。ピナクル３７２は、チャンバ壁３７６および誘電体誘導電力窓３１２に対して角度が付けられている。例えば、ピナクル３７２とチャンバ壁３７６との間の内角、および、ピナクル３７２と誘電体誘導電力窓３１２との間の内角は各々、９０°より大きく１８０°より小さくてよい。ピナクル３７２は、図に示すように、プラズマ処理チャンバ３０４の上部の近くに、傾斜したリングを提供する。ＴＣＰコイル（上側電力源）３１０は、プラズマ処理チャンバ３０４内で均一な拡散プロファイルを生み出すよう構成されていてよい。例えば、ＴＣＰコイル３１０は、プラズマ３１４内にトロイダル電力分布を生成するよう構成されていてよい。誘電体誘導電力窓３１２は、ＴＣＰコイル３１０をプラズマ処理チャンバ３０４から隔離しつつ、エネルギがＴＣＰコイル３１０からプラズマ処理チャンバ３０４に通過することを可能にするために設けられている。スタックが電極３２０上に配置された時にバイアス電圧を設定するために、バイアス整合回路網３１８によって調整されたウエハバイアス電圧電源３１６が、電極３２０に電力を供給する。カバー３６６が、電極３２０の上に配置されている。この実施形態において、カバー３６６は、ベアシリコンウエハである。コントローラ３２４が、プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６を制御する。
プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６は、特定の高周波（例えば、１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）、２７ＭＨｚ、２ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、４００キロヘルツ（ｋＨｚ）、２．５４ギガヘルツ（ＧＨｚ）、または、これらの組み合わせなど）で動作するよう構成されていてよい。プラズマ電源３０６およびウエハバイアス電圧電源３１６は、所望の処理性能を達成するために、或る範囲の電力を供給するのに適切なサイズを有してよい。例えば、一実施形態において、プラズマ電源３０６は、５０～５０００ワットの範囲の電力を供給してよく、ウエハバイアス電圧電源３１６は、２０～２０００ボルト（Ｖ）のバイアス電圧を供給してよい。さらに、ＴＣＰコイル３１０および／または電極３２０は、２以上のサブコイルまたはサブ電極で構成されていてよい。サブコイルおよびサブ電極は、単一の電源によって給電されても、複数の電源によって給電されてもよい。
図３に示すように、プラズマ処理チャンバシステム３００は、さらに、ガス源／ガス供給メカニズム３３０を備える。ガス源３３０は、ガス流入口（ガスインジェクタ３４０など）を通してプラズマ処理チャンバ３０４と流体連通している。ガスインジェクタ３４０は、プラズマ処理チャンバ３０４内の任意の有利な位置に配置されてよく、ガスを注入するために任意の形態を取ってよい。ただし、好ましくは、ガス流入口は、「調整可能な」ガス圧入プロファイルを生み出すよう構成されてよい。調整可能なガス圧入プロファイルは、プラズマ処理チャンバ３０４内の複数の区画へのそれぞれの流量の独立的な調節を可能にする。より好ましくは、ガスインジェクタは、誘電体誘導電力窓３１２に取り付けられている。ガスインジェクタは、電力窓の上に取り付けられ、電力窓の中に取り付けられ、または、電力窓の一部を形成してよい。処理ガスおよび副生成物は、圧力制御バルブ３４２およびポンプ３４４を介してプラズマ処理チャンバ３０４から除去される。圧力制御バルブ３４２およびポンプ３４４は、プラズマ処理チャンバ３０４内で特定の圧力を維持するようにも機能する。圧力制御バルブ３４２は、処理中に１Ｔｏｒｒ未満の圧力を維持できる。エッジリング３６０が、電極３２０の上部の周りに配置されている。ガス源／ガス供給メカニズム３３０は、コントローラ３２４によって制御される。カリフォルニア州フレモントのラムリサーチ社製のＫｉｙｏが、一実施形態を実施するために用いられてよい。
図４Ａは、プラズマ処理チャンバ３０４の一部を示す拡大断面図である。この実施形態において、スタック２００の処理により、酸化シリコン（ＳｉＯ２）含有残留物層４０８が、プラズマ処理チャンバ３０４の表面側部分の上に蒸着される。この実施形態において、Ｒｕ含有残留物４１２、揮発性化学物質タイプの残留物４１６（鉄および／またはコバルト含有残留物など）、金属ハロゲン化物タイプの残留物４２０（チタンおよび／またはスズ含有残留物など）が、ＳｉＯ２含有残留物層４０８に蒸着され埋め込まれている。
カバー３６６が、プラズマ処理チャンバ３０４内に配置された後（工程１１６）、プラズマ処理チャンバ３０４は洗浄される（工程１２０）。図５は、この実施形態において、プラズマ処理チャンバ３０４を洗浄するための循環プロセス（工程１２０）の処理を示すより詳細なフローチャートである。最初に、酸素含有プラズマ段階が提供される（工程５０４）。この実施形態において、酸素含有ガスは、純酸素ガス（Ｏ２）を含む。他の実施形態において、酸素含有ガスは、Ｏ２、オゾン（Ｏ３）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および、水（Ｈ２Ｏ）、の内の１または複数を含んでもよい。酸素含有ガスは、プラズマに変換される。この実施形態において、ＲＦ発生器電力は、１３．５メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数で約５００ワット（Ｗ）より高い。プラズマは、いくつかの金属に金属酸化物を形成させる。例えば、酸化ルテニウム、酸化鉄、および、酸化コバルトが形成されてよい。酸化ルテニウムは、酸化ルテニウム（ＩＶ）または酸化ルテニウム（ＶＩＩＩ）であってよい。これらの酸化物の例を形成するための化学反応は、それぞれ、Ｒｕ＋Ｏ２→ＲｕＯｘ、Ｃｏ＋Ｏ２→ＣｏＯｘ、Ｆｅ＋Ｏ２→ＦｅＯｘ、でありうる。酸化ルテニウムの一部は、酸素含有プラズマ段階中に揮発性になり、除去される。いくつかの金属を変換する（鉄を酸化鉄に、コバルトを酸化コバルトに変換する、など）ことで、後の工程で鉄およびコバルトをより容易に除去できるようになる。酸素含有ガスの流れが停止され、酸素含有プラズマ段階（工程５０４）が終了する。
図４Ｂは、酸素含有プラズマ段階（工程５０４）が完了した後のプラズマ処理チャンバ３０４の一部を示す拡大断面図である。Ｒｕ含有残留物４１２の一部は、酸化ルテニウムに変換されて、除去される。Ｒｕ含有残留物４１２の一部は、ＳｉＯ２含有残留物４０８に深く埋まりすぎているため、除去されない。
酸素含有プラズマ段階（工程５０４）が完了した後、揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階が提供される（工程５０８）。この実施形態において、塩素含有ガスが、プラズマ処理チャンバ３０４内に流される。この実施形態において、塩素含有ガスは、Ｃｌ２ガスおよび三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを含む。塩素含有ガスは、プラズマに変換される。この実施形態において、ＲＦ電力は、１３．５ＭＨｚの周波数で５００Ｗより高い。プラズマは、いくつかの金属に金属塩化物を形成させる。この実施形態において、ＦｅおよびＣｏが、揮発性塩化物に変換される。次いで、塩素含有ガスの流れは停止される。
他の実施形態において、揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階（工程５０８）を提供する他の方法が提供されてもよい。他のハロゲン含有ガスは、三フッ化リン（ＰＦ３）、三塩化リン（ＰＣｌ３）、ＢＣｌ３、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、および、Ｃｌ２、の内の少なくとも１つを含んでよい。別の実施形態において、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、アンモニア（ＮＨ３）、メタノール（ＭｅＯＨ）、および、ギ酸、の内の少なくとも１つを含む揮発性化学物質ガスが提供される。揮発性化学物質ガスは、プラズマ化される。揮発性化学物質ガスの流れは停止される。プラズマへの暴露の結果として起きるいくつかの化学反応は、以下を含みうる：Ｃｏ／ＣｏＯｘ／ＣｏＦｘ＋ＰＣｌ３／ＰＦ３→Ｃｏ（ＰＣｌ３）ｘ／Ｃｏ（ＰＦ３）ｘ、Ｆｅ／ＦｅＯｘ＋ＳｉＣｌ４→Ｆｅ（ＳｉＣｌｘ）ｙ、Ｍｏ＋Ｃｌ２→ＭｏＣｌｘ、ＦｅＯｘ／ＣｏＯｘ＋ＭｅＯＨ→Ｆｅ（ＣＨ２Ｏ）ｘ／Ｃｏ（ＣＨ２Ｏ）ｘ、Ｆｅ／Ｃｏ＋ＣＯ→Ｆｅ（ＣＯ）ｘ／Ｃｏ（ＣＯ）ｘ。
揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階（工程５０８）の別の実施形態において、プラズマレス熱エッチングが提供されてもよい。熱エッチング中、プラズマ処理チャンバ３０４は、１００℃より高い温度に加熱される。他の実施形態において、プラズマ処理チャンバ３０４は、２００℃より高い温度に加熱される。リガンド蒸気が搬送ガスと共に、プラズマ処理チャンバへ流され、そこで、リガンド蒸気は、金属含有残留物（鉄またはコバルトまたはそれら両方など）の少なくとも１つと共にリガンド錯体を形成する。リガンド錯体は、少なくとも１００℃の温度で揮発する。例えば、アセチルアセトン（ａｃａｃ）およびヘクサフルオロアセチルアセトン（ｈｆａｃ）の少なくとも一方を含む蒸気が、プラズマ処理チャンバ３０４内へ流される。ａｃａｃおよびｈｆａｃは、金属（ＣｏおよびＦｅなど）と結合して、Ｆｅ（ａｃａｃ）ｘ、Ｆｅ（ｈｆａｃ）ｘ、Ｃｏ（ａｃａｃ）ｘ、および、Ｃｏ（ｈｆａｃ）ｘなどの化合物を形成する。加熱されたプラズマ処理チャンバ３０４は、それらの化合物の少なくとも１つの金属含有残留物を揮発させる。他の実施形態において、リガンド蒸気は、金属アセチルアセトネートまたはアミジンのリガンドを含んでもよい。金属アセチルアセトネートは、Ｓｎ（ａｃａｃ）２、ＴｉＣｌ２（ａｃａｃ）２、Ｈｆ（ａｃａｃ）４、Ｚｎ（ａｃａｃ）２の内の少なくとも１つを含んでよい。アミジンは、ブチルアセトアミジン、グアニジン、および、ホルムアミジンの内の少なくとも１つを含んでよい。次いで、リガンド蒸気の流れは停止される。
揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階（工程５０８）が完了した後、揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階が提供される（工程５１２）。揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階は、不活性ガス（アルゴンなど）を提供し、揮発した残留物と共に不活性ガスをポンプアウトしてよい。この実施形態において、揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階は、プラズマレスであり、鉄含有残留物、コバルト含有残留物、および、その他の遊離した粒子をポンプアウトするために用いられてよい。図４Ｃは、揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階（工程５１２）が完了した後のプラズマ処理チャンバ３０４の一部を示す拡大断面図である。揮発性化学物質タイプ残留物４１６の一部は、塩化物に変換されて、除去される。この実施形態において、揮発性化学物質タイプ残留物４１６は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、および、Ｆｅ含有残留物である。酸化鉄および酸化コバルトは、天然金属の鉄およびコバルトよりも容易に塩素と反応する。したがって、鉄およびコバルトを酸化させることが、鉄およびコバルトをより容易に除去するのに役立つ。さらに、その他のタイプの残留物の遊離した粒子が、揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階中に除去されてもよい。
揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階（工程５１２）が完了した後、フッ素含有プラズマ段階が提供される（工程５１６）。この実施形態において、フッ素含有プラズマ段階（工程５１６）は、最初にフッ素含有ガスをプラズマ処理チャンバ３０４内に流す工程を含む。この実施形態において、フッ素含有ガスは、ＮＦ３を含む。他の実施形態において、フッ素含有ガスは、ＮＦ３、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、および、四フッ化炭素（ＣＦ４）の内の１または複数を含んでもよい。フッ素含有ガスは、プラズマに変換される。この実施形態において、ＲＦ電力は、１３．５ＭＨｚの周波数で５００Ｗより高い。プラズマは、ＳｉＯ２含有残留物の一部を揮発させる。フッ素含有ガスの流れが停止され、フッ素含有プラズマ段階（工程５１６）が終了する。
フッ素含有プラズマ段階（工程５１６）が完了した後、フッ素残留物ポンプアウト段階が提供される（工程５２０）。フッ素含有ポンプアウト段階は、不活性ガス（アルゴンなど）を提供し、揮発した残留物と共に不活性ガスをポンプアウトしてよい。図４Ｄは、フッ素含有ポンプアウト段階（工程５２０）が完了した後のプラズマ処理チャンバ３０４の一部を示す拡大断面図である。ＳｉＯ２含有残留物４０８の一部が除去される。ＳｉＯ２含有残留物４０８の一部の除去およびポンプアウトは、Ｒｕ含有残留物４１２、揮発性化学物質タイプ残留物４１６、および、金属ハロゲン化物タイプ残留物４２０の一部をおそらく除去する。
フッ素含有ポンプアウト段階（工程５２０）が完了した後、金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階が提供される（工程５２４）。金属ハロゲン化物タイプ残留物４２０は、揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階（工程５０８）およびフッ素含有プラズマ段階（工程５１６）中にハロゲン化物に変換された金属から形成される。この実施形態において、金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階（工程５２４）は、最初にプラズマ処理チャンバ３０４に水素含有ガスを流す工程を含む。この実施形態において、水素含有ガスは純粋なＨ２を含む。他の実施形態において、水素含有ガスは、Ｈ２、メタン（ＣＨ４）、および、ＮＨ３、の内の１または複数を含んでよい。水素含有ガスは、プラズマに変換される。この実施形態において、ＲＦ電力は、１３．５ＭＨｚの周波数で５００Ｗより高い。プラズマは、金属ハロゲン化物タイプ残留物４２０の一部を揮発させる。水素含有ガスの流れが停止され、金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階（工程５２４）が終了する。
金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階（工程５２４）が完了した後、金属ハロゲン化物ポンプアウト段階が提供される（工程５２８）。金属ハロゲン化物ポンプアウト段階は、不活性ガス（アルゴンなど）を提供し、揮発した残留物と共に不活性ガスをポンプアウトしてよい。図４Ｅは、金属ハロゲン化物ポンプアウト段階（工程５２８）が完了した後のプラズマ処理チャンバ３０４の一部を示す拡大断面図である。金属ハロゲン化物タイプ残留物４２０の一部が除去される。この工程中に除去される残留物の一部は、鉄、コバルト、チタン、スズ、および、Ｓｉ含有残留物などの金属含有残留物である。
処理をもう１サイクル継続するか否かが判定される（工程５３２）。サイクルは、プラズマ処理チャンバ３０４が十分に洗浄されるまで（例えば、何らかの汚染閾値レベルを満たすまで）繰り返されてよい。プラズマ処理チャンバ３０４が十分に洗浄された時を決定するために、その場エンドポイントセンサまたは何らかの他のセンサが用いられてよい。この例では、残留物がプラズマ処理チャンバ３０４上に残っているので、処理は、酸素含有プラズマ段階（工程５０４）に戻って、１回以上繰り返される。図４Ｆは、プラズマ処理チャンバ３０４の洗浄（工程１２０）が完了した後のプラズマ処理チャンバ３０４の一部を示す拡大断面図である。
プラズマ処理チャンバ３０４が洗浄された後（工程１２０）、別のスタック２００を処理するか否かが決定される（工程１２４）。別のスタック２００が処理される場合、処理は、プラズマ処理チャンバ３０４内に別のスタック２００を配置する工程に戻る。サイクルは、すべてのスタック２００が処理されるまで繰り返されてよい。複数のスタックが処理される場合に、１または複数のサイクルが実行されてよい。例えば、サイクルは、各スタックが処理された後に繰り返されてよく、または、所定の数のスタックが処理された後に繰り返されてよく、または、所定の期間の後に繰り返されてよい、などである。しかしながら、１つだけのスタック２００が処理される場合であっても、図５に示した洗浄は、処理チャンバを洗浄するため（例えば、処理チャンバを良好な状態に維持するため）に実行されてよい。
様々な洗浄工程を備えた循環プロセスを提供することにより、多くの異なる金属含有残留物およびＳｉＯ２残留物の混合物が、プラズマ処理チャンバ３０４から洗浄されるため、プラズマ処理チャンバ３０４は、より少ない汚染かつより小さいスタック間のばらつきで、各後続スタック２００を処理できるようになる。
この実施形態において、カバー３６６は、電極３２０への残留物の再蒸着を防ぐ。洗浄処理は、誘電体誘導電力窓３１２から落ちる粒子を生み出しうる。カバー３６６がなければ、粒子は、電極３２０上に落ちることになる。カバー３６６を用いることにより、誘電体誘導電力窓３１２からの粒子は、カバー３６６上に落下し、カバー３６６が取り外される時に除去される。スタック２００を備えた基板が、電極３２０によって支持され、電極３２０へ静電的にチャックされる。残留物が電極３２０上に蒸着された場合、または、電極３２０の表面が洗浄によって損傷された場合、基板は、適切にチャックされえないため、処理中にデチャックしうる。この実施形態は、誘電体誘導電力窓３１２を通したＲＦ電力の伝送を最適化するように、誘電体誘導電力窓３１２を洗浄することがわかった。誘電体誘導電力窓３１２が十分に洗浄されなければ、誘電体誘導電力窓３１２を含むプラズマ処理チャンバ３０４の部品上の蓄積物は、不十分はＲＦ電力が誘電体誘導電力窓３１２を通して伝送され、プラズマの発火に失敗する状態に到達しうる。
様々な実施形態が、図５に示した洗浄処理の内の１または複数を除外してもよく、もしくは、順序を変えてそれらの処理を実行してもよく、ならびに／もしくは、さらなる工程または処理を含んでもよい。様々な洗浄工程の特定の順序は、より効率的な洗浄処理を提供するのに役立つ。例えば、金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階（工程５２４）が省略されてもよい。別の実施形態において、様々なポンプアウトが省略されてもよい。しかしながら、様々なポンプアウトは、粒子がプラズマ処理チャンバ３０４のより低い位置の部品へ落下する前に粒子を除去するのに役立つ。特定の工程中に、粒子が揮発される前に、アンダーカットされ遊離しうる。かかる遊離した粒子は、プラズマ処理チャンバ３０４のより低い位置の部品へ落下しうる。様々なポンプアウトは、かかる粒子をポンプアウトしうる。この実施形態において、プラズマ処理チャンバ３０４を洗浄した（工程１２０）後で、プラズマ処理チャンバ３０４内に別のスタックを配置する（工程１０４）前に、プレコートは塗布されない。時間と共に、プラズマ処理チャンバ３０４を開いて修理しなければならないように、残留物が蓄積しうる。様々な実施形態は、かかる修理の間の時間を大幅に延ばし、結果として、ダウンタイムを削減する。
様々な実施形態において、塩素含有ガスは、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、クロロシラン（ＳｉＨ３Ｃｌ）、および、三フッ化リン（ＰＦ３）と共に三塩化リン（ＰＣｌ３）、の内の１または複数を含んでよい。様々な実施形態において、リガンド蒸気は、ａｃａｃ、ｈｆａｃ、金属アセチルアセトネート、および、アミジン、の内の少なくとも１つを含んでよい。
図６は、実施形態で用いられるコントローラ３２４を実装するのに適切なコンピュータシステム６００を示す概略ブロック図である。コンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および、小型携帯デバイスから、大型スーパコンピュータまで、多くの物理的形態を有してよい。コンピュータシステム６００は、１または複数のプロセッサ６０２を備えており、さらに、電子ディスプレイデバイス６０４（画像、テキスト、および、その他のデータを表示するためのもの）と、メインメモリ６０６（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））と、ストレージデバイス６０８（例えば、ハードディスクドライブ）と、リムーバブルストレージデバイス６１０（例えば、光学ディスクドライブ）と、ユーザインターフェースデバイス６１２（例えば、キーボード、タッチスクリーン、キーパッド、マウス、または、その他のポインティングデバイスなど）と、通信インターフェース６１４（例えば、無線ネットワークインターフェース）と、を備えてよい。通信インターフェース６１４は、リンクを介してコンピュータシステム６００および外部デバイスの間でソフトウェアおよびデータを転送することを可能にする。システムは、さらに、上述のデバイス／モジュールが接続される通信インフラ６１６（例えば、通信バス、クロスオーバーバー、または、ネットワーク）を備えてもよい。
通信インターフェース６１４を介して転送される情報は、電子信号、電磁信号、光信号、または、信号を搬送する通信リンクを介して通信インターフェース６１４によって受信できるその他の信号など、信号の形態であってよく、電線すなわちケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯電話リンク、無線周波リンク、および／または、通信チャネルを用いて実施されてよい。かかる通信インターフェースを用いて、１または複数のプロセッサ６０２は、上述の方法の工程を実行する際に、ネットワークから情報を受信、または、ネットワークに情報を出力しうることが想定される。さらに、方法の実施形態は、プロセッサだけで実行されてもよいし、インターネットなどのネットワークを介して、処理の一部を分担する遠隔プロセッサと協働で実行されてもよい。
「非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体」という用語は、一般に、メインメモリ、二次メモリ、リムーバブルストレージ、および、ストレージデバイスなどのメディア（ハードディスク、フラッシュメモリ、ディスクドライブメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、および、その他の形態の持続性メモリなど）を指すために用いられ、搬送波または信号など、一時的な対象を網羅すると解釈されるべきではない。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成されたコードなどのマシンコードや、インタープリタを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードを含むファイルが挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、搬送波で具現化されたコンピュータデータ信号によって転送されると共にプロセッサが実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。
以上、いくつかの好ましい実施形態を参照しつつ本開示について説明したが、本開示の範囲内で、代替物、置換物、変形物、および、様々な代替等価物が存在する。また、本開示の方法および装置を実施する別の態様が数多く存在することにも注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨および範囲内に含まれる全てのかかる代替物、置換物、および、様々な代替等価物を含むものとして解釈される。本明細書で用いられているように、「Ａ、Ｂ、または、Ｃ」という表現は、非排他的な論理和ＯＲを用いて、論理（ＡまたはＢまたはＣ）を意味すると解釈されるべきであり、「ＡまたはＢまたはＣの内の１つのみ」という意味であると解釈されるべきではない。

Claims (23)

  1. プラズマ処理チャンバを洗浄するための方法であって、１または複数のサイクルを備え、各サイクルは、
    ｉ）酸素含有プラズマ洗浄段階を実行する工程と、
    ｉｉ）揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階を実行する工程と、
    ｉｉｉ）フッ素含有プラズマ洗浄段階を実行する工程と、
    を備える、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、前記洗浄は、前記プラズマ処理チャンバ内で第１ウエハを処理した後で、前記プラズマ処理チャンバ内で第２ウエハを処理する前に実行される、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、カバーが、前記洗浄前に前記プラズマ処理チャンバ内に配置される、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、前記酸素含有プラズマ洗浄段階は、酸素含有ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、前記酸素含有ガスをプラズマ化する工程と、を備える、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、前記フッ素含有プラズマ洗浄段階は、フッ素含有ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、前記フッ素含有ガスをプラズマ化する工程と、を備える、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、前記プラズマ処理チャンバの前記洗浄は、さらに、前記フッ素含有プラズマ段階の後に、金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階を備える、方法。
  7. 請求項６に記載の方法であって、前記金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階は、
    水素含有ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、
    前記水素含有ガスをプラズマ化する工程と、
    を備える、方法。
  8. 請求項６に記載の方法であって、前記金属ハロゲン化物タイプ残留物洗浄段階は、さらに、金属ハロゲン化物ポンプアウトを備える、方法。
  9. 請求項１に記載の方法であって、前記プラズマ処理チャンバの前記洗浄は、さらに、前記フッ素含有プラズマ段階の後に、フッ素残留物ポンプアウト段階を備える、方法。
  10. 請求項１に記載の方法であって、さらに、前記揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階の後に、揮発性化学物質タイプ残留物ポンプアウト段階を備える、方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、前記酸素含有プラズマ段階は、ルテニウム含有残留物を揮発させ、金属含有残留物（鉄またはコバルトなど）を酸化させる、方法。
  12. 請求項１に記載の方法であって、前記揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階は、
    塩素含有ガスを前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、
    前記塩素含有ガスをプラズマ化する工程と、
    を備える、方法。
  13. 請求項１２に記載の方法であって、前記塩素含有ガスは、（ｉ）Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ３Ｃｌ、または、ＰＦ３、もしくは、それらの任意の組み合わせと、（ｉｉ）ＰＣｌ３と、を含む、方法。
  14. 請求項１に記載の方法であって、前記揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階は、
    前記プラズマ処理チャンバを少なくとも１００℃の温度に加熱する工程と、
    リガンド蒸気を前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、
    を備え、
    前記リガンド蒸気は、少なくとも１つの金属含有残留物とリガンド錯体を形成し、前記リガンド錯体は、少なくとも１００℃の温度で揮発する、方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、前記リガンド蒸気は、ａｃａｃ、ｈｆａｃ、金属アセチルアセトネート、および、アミジン、の内の少なくとも１つを含む、方法。
  16. 請求項１に記載の方法であって、前記揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階は、
    ＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＭｅＯＨ、または、ギ酸、もしくは、それらの任意の組み合わせを含む揮発性化学物質ガスを、前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、
    前記揮発性化学物質ガスをプラズマ化する工程と、
    を備える、方法。
  17. 請求項１に記載の方法であって、前記揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階は、
    ＣＯ、Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、メタノール（ＭｅＯＨ）、または、ギ酸、もしくは、それらの任意の組み合わせを含む揮発性化学物質ガスを、前記プラズマ処理チャンバ内に流す工程と、
    前記揮発性化学物質ガスをプラズマ化する工程と、
    を備える、方法。
  18. 請求項１に記載の方法であって、前記酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、または、Ｈ２Ｏ、もしくは、それらの任意の組み合わせを含む、方法。
  19. 請求項１に記載の方法であって、前記揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階は、少なくとも１つの金属含有残留物を揮発させる、方法。
  20. 請求項１に記載の方法であって、前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３、ＳＦ６、または、ＣＦ４、もしくは、それらの任意の組み合わせを含む、方法。
  21. プラズマ処理チャンバ内で複数の処理ウエハを処理するための方法であって、複数のサイクルを備え、各サイクルは、
    ａ）前記プラズマ処理チャンバ内で前記複数の処理ウエハの内の１つの処理ウエハを処理する工程と、
    ｂ）前記プラズマ処理チャンバを洗浄する工程であって、
    ｉ）酸素含有プラズマ段階、
    ｉｉ）揮発性化学物質タイプ残留物洗浄段階、および、
    ｉｉｉ）フッ素含有プラズマ段階を備える、工程と、
    を備える、方法。
  22. 請求項２１に記載の方法であって、さらに、前記プラズマ処理チャンバから前記処理ウエハを取り出す工程を備える、方法。
  23. 請求項２１に記載の方法であって、さらに、前記プラズマ処理チャンバ内にカバーを配置する工程を備える、方法。
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