JP3582502B2 - ドライエッチング装置のメンテナンス方法 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等に用いられるドライエッチング装置のメンテナンス方法に関する。
【従来の技術】
半導体集積回路等の製造工程において、ドライエッチング装置は必要不可欠な装置である。アルミニウム系金属のドライエッチング装置の場合、エッチングガスとしては通常塩素系のガスが用いられている。尚、本発明においてアルミニウムという時は、アルミニウムの他、アルミニウムを主成分とするアルミニウム合金をも意味するものとする。
塩素系ガスを用いてアルミニウムをドライエッチングすると、ドライエッチング装置の内部やドライポンプの排気用配管等の内部には析出物が付着することが知られている。
このような析出物がドライエッチング装置内に付着すると、ウエハー上に付着し、ウエハーの汚染、半導体デバイスの不良、歩留まりの低下、ドライエッチング装置の反応室内壁の腐食によるメンテナンス周期の短期化、設備稼働率の低下等の問題が生じる。
また、ドライエッチングの排気用のドライポンプ内部や配管等の排気経路にも、同様の析出物が付着する。ドライエッチング装置の使用時間と共にこれらの配管の析出物は増大し、配管を腐食したり配管を詰まらせる等の原因となるが、配管が詰まると反応容器内の真空度が低下するため好ましくない。
このため、これら析出物は、定期的に洗浄除去するメンテナンス作業が必要とされる。従来は、析出物の除去作業は純水によって析出物をふき取ることによって行われていた。
例えば、ドライエッチング装置の反応室内に設置した取り外し可能なライナーと呼ばれる覆いに付着した析出物は、作業者が手作業で粒径の大きなものを除去した後、残りを純水でふき取ったり、あらかじめ純水を満たした洗浄槽にライナーをつけて、析出物を洗浄するといった方法により行われていた。
【発明が解決しようとする課題】
シリコン酸化膜等のようにアルミニウムとは異なる物質のエッチングにおいては、反応室内壁等にポリマー膜等の付着物が発生した場合、溶液などで洗浄するのではなく、酸素プラズマによるアッシングといったプラズマ処理によってこれらを除去するのが通常である。これは、プラズマドライエッチング装置は反応室内を高真空にする必要があるところ、溶液や純水などを用いて異物を除去すると真空度が低下するために、メンテナンス後、反応室内部の水分を除去するためのベーキングを行う必要があるためである。ベーキングには長時間を要するためにそのような工程を行うことは実際上避けたいという要請があるためである。
これに対し、アルミニウムのドライエッチング装置内部等に析出物が発生した場合には、析出物の除去に際し、純水を使用する。上述のように、高真空装置において水分は好ましくないが、アルミニウムの析出物の除去作業においては、あえて純水を使用するのは、
（１）析出物が水溶性であるために除去が容易であること
（２）通常の半導体製造プロセスを行う工場やクリーンルーム内で純水は容易に使用することができること
（３）純水を用いれば汚染などの心配は皆無であること
等がその理由であると考えられる。
（４）エタノール・アセトンでは除去作業が困難であること
等がその理由として挙げられる。
しかし、従来の方法によりメンテナンス作業を行うと、析出物が純水と反応する際に人体に有害な塩化水素ガスや塩素ガスが大量に発生する。このため、作業者は防毒マスクを装着したり、クリーンベンチ等のように局所的な排気機構を設けた作業台等で、この除去作業を行っていた。
本件発明者たちは、アルミニウムのドライエッチング装置のドライポンプの配管内析出物を、ＥＤＸ（走査電子顕微鏡）及びＸ線回折法により分析評価した。また、この析出物を純水洗浄した際に発生した白煙を純水中にバブリングしイオンクロマトグラフ分析による方法と、ＮＨ_４ＯＨ（０．５Ｎ）に溶解する方法により、それぞれ分析評価した。これら結果を表１に示す。
【表１】

析出物は無水塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３ ）を主成分とするものであり、白煙は、塩素を主成分としさらに猛毒のシアン（ＣＮ）が含まれていることが分かった。尚、シアンに含まれる窒素成分はエッチングガスやエッチングマスクに使用されるレジスト材料などに含まれていたものと考えられる。
したがって、防毒マスクや局所排気によって対処する従来の方法では、マスクの使用限界や排気装置の排気能力の限界・排気装置の故障等により、作業者が誤って発生したガスを吸引してしまうことも予想され、安全性の上で極めて問題であった。従来はガス中にシアンが含まれているということが明らかではなかったため、その対策も十分になされていなかったものと考えられる。
本発明は、アルミニウムのドライエッチング装置の反応室内部及びその排気系配管内に析出する析出物の洗浄除去を、有毒ガスの発生を防止しつつ行うことを第１の目的とし、また、析出物の発生を抑えることを第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の方法は、塩化アルミニウムを主成分とする析出物の洗浄除去において、純水ではなく弱アリカリ性溶液で洗浄除去するというものである。
これにより、塩素ガス、塩化水素ガス、シアンガスの発生も抑えられる。
弱アルカリ性溶液は、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）溶液を用いることが望ましい。これにより、析出物はこの溶液中で水酸化アルミニウムとなり沈殿する。アルミニウムは両性化合物であり、配管を取り出した後、中和槽で強酸もしくは強アルカリ性溶液に溶解させて処理することができる。
本発明に係る第２の方法は、テープヒーターを用いて配管を加温し、除害装置へ導入するというものである。配管への析出は温度が急に低下する箇所においてみられるので、析出物の発生を防止するためである。
すなわち、本発明に係るドライエッチング装置のメンテナンス方法は、プラズマドライエッチング装置内又はプラズマドライエッチング装置の排気用ドライポンプ配管内部に付着した、塩化アルミニウムを主成分とする析出物を除去するドライエッチング装置のメンテナンス方法であって、
前記析出物の除去は、弱アルカリ性水溶液により前記析出物を洗浄除去することを特徴とする。
前記弱アルカリ性水溶液は、２．５％濃度以上のアンモニア水溶液であることが好ましい。
また、前記弱アルカリ性水溶液は、モノエタノールアミンやトリエタノールアミンであることが好ましい。
本発明に係るプラズマドライエッチング装置は反応室とプラズマ発生装置と塩素系ガスを導入する導入部と排気用ガス配管を有するアルミニウム系材料のドライエッチング装置において、
前記排気用ガス配管に、テープ状のヒーターを巻き付けられていることを特徴とする。
また、本発明に係るプラズマドライエッチング装置は、反応室とプラズマ発生装置と塩素系ガスを導入する導入部と排気用ガス配管を有するアルミニウム系材料のドライエッチング装置において、前記排気用のガス配管内に酸素系ガスを供給する酸素供給源を備えている。
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明のドライエッチング装置のメンテナンス方法に係る第１の実施形態を、図１を用いて説明する。
図１は高密度プラズマドライエッチング装置である。
この装置を用いてアルミニウムを主成分としシリコンと銅を含有するアルミニウム合金配線を、フォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行った。
具体的には、エッチングチャンバー１にアルミニウム合金薄膜上の配線形成領域にレジストパターンの形成された基板４を設置する。チャンバー内部には、取り外し可能なライナー２が設置されている。このライナー２は、析出物がチャンバー内に付着することを最小限度に抑えるために、被エッチング物を取り囲むように設置するものであり、プラスチックの一種であり弱アルカリ性に耐性を有するポリエーテルイミド、アルマイト、セラミックなどで構成されている。
次に、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ_２）と塩化臭素（ＢＣｌ_３）と窒素（Ｎ_２）とを流量比５：４：１で導入し、圧力制御装置１１によって所定の圧力（０．８Ｐａ）に保って、高周波電源３により容量結合されたカソード電極に周波数１３．５６ＭＨｚ、１０００Ｗの電力を印加する。このような条件で、累積時間で３０時間程度使用すると、エッチングチャンバーのライナー内壁には塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３ ）を主成分とする、析出物が付着する。
これを、２８重量％濃度のアンモニア（ＮＨ_３）と純水（Ｈ_２Ｏ）を１：１０で混合したアンモニア水溶液で洗浄した。洗浄槽にライナーを沈めると、化学反応によって、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）_３）が沈殿し、従来のように塩素ガスは全く発生しなかった。この沈殿物は、塩酸（ＨＣｌ）等の強酸や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等の強アルカリ性水溶液で処理することができる。
尚、この実施形態ではライナーの洗浄を例示したが、排気用配管付着物などでも全く同様である。また、洗浄槽での洗浄のみならず、チャンバーや配管内部の付着物を、上述のアンモニア水溶液を含ませた布等でふき取ってもよい。この場合も、塩素ガスの発生を防止することが可能となる。
また、弱アルカリ性水溶液としてアンモニア水溶液を使用したが、モノエタノールアミンやトリエタノールアミン等のエタノール系アミンや、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなどを用いても同様の効果が得られる。
ただし、炭酸ナトリウム等を使用する場合には、炭酸ガスが発生するが、炭酸ガスは塩素ガスの発生と比べれば毒性はないが窒息の問題などがあり、十分な排気が必要である等、現実の使用を考えると、上述したアンモニア系ガスから作られる弱アルカリ性水溶液もしくはエタノールアミン系溶液が好ましい。
第１の実施形態によると、メンテナンス作業が容易となるため、高い頻度でメンテナンス作業が行えるのでチャンバーや配管などの耐久性が向上し、大幅なコスト削減が可能となる。
（第２の実施形態）
上述の排気用の配管のうち、特に析出物が大量に発生する箇所は、配管が折れ曲がっている箇所や、急激に温度が低下する箇所、急激に圧力が常圧化する箇所などであり、テープヒーター５で加温しつつ除害装置へ導入すれば、析出物の発生を極力抑えることができ、メンテナンス周期の長期化が可能となる。
ここで、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）の蒸気圧曲線を図２に示す。同図によれば、塩化アルミニウムは高温・低圧下においては固化せず、すなわち析出せず、逆に、低温・常圧下においては固化する（析出する）ことがわかる。
固体の主成分はＡｌＣｌ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２などであり、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２系に着目すればＯ２がなければＢ２Ｏ３やＴｉＯ２は発生しないものと考えられる。逆に、配管の途中で積極的にＯ２系ガスを導入することによる析出物のトラップが可能となる。尚、配管が折れ曲がっている箇所で析出量が多いのは、ガスの流速が急激に低下するためと考えられる。
析出物トラップ７は比較的容易にとりはずすことが可能で、大口径、大容量のものが好ましい。析出物トラップ７内では、Ｏ２ガスの導入により、急激な圧力の常圧下が行われることにより、ＡｌＣｌ３、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２系の析出物が捕獲される。これらの実施形態により、テープヒーター５で加温している部分の排気配管には析出物が少なく、析出物トラップ７の部分のみのメンテナンスで連続運転が可能となる。
【発明の効果】
本発明に係るドライエッチング装置のメンテナンス方法によると、塩素ガスやシアンガス等の有毒ガスの発生を防止して安全にメンテナンス作業が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２の実施形態で使用した高密度プラズマドライエッチング装置を示す図
【図２】塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）の蒸気圧曲線を示す図
【符号の説明】
１ エッチングチャンバー
２ ライナー
３ 高周波電源
４ 基板
５ テープヒーター
６ ドライポンプ
７ 析出物トラップ

Claims (2)

1. プラズマドライエッチング装置内又はプラズマドライエッチング装置の排気用配管内部に付着した、塩化アルミニウムを主成分とする析出物を除去するドライエッチング装置のメンテナンス方法であって、
   前記析出物の除去は、２．５％濃度以上のアンモニア水溶液により前記析出物を洗浄除去することを特徴とするドライエッチング装置のメンテナンス方法。
2. プラズマドライエッチング装置内又はプラズマドライエッチング装置の排気用配管内部に付着した、塩化アルミニウムを主成分とする析出物を除去するドライエッチング装置のメンテナンス方法であって、
   前記析出物の除去は、モノエタノールアミン水溶液またはトリエタノールアミン水溶液により前記析出物を洗浄除去する事を特徴とするドライエッチング装置のメンテナンス方法。

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