JP3801366B2

JP3801366B2 - プラズマエッチング処理装置のクリーニング方法

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Publication number: JP3801366B2
Application number: JP26271998A
Authority: JP
Inventors: 浩之橘内; 雅則勝山; 主人高橋; 俊夫増田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000091327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体装置の製造工程において，基板上に微細加工を施すのに使用される半導体製造装置の処理室内のドライクリーニングをおこなう機能を備えたプラズマ処理装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において，塵埃（異物）が基板に付着すると，目的のデバイスのパターン欠陥を引き起こし，製造工程における歩留まりを低下させる。一方，近年の製造工程の微細加工においては，プラズマを利用するドライエッチングプロセスが重要になっている。すなわち，各種ガスを装置内に導入し，導入したガスのプラズマの反応を利用してエッチングを行うものである。
【０００３】
このようなプロセスでは，エッチングにともなって発生する生成物が装置内壁のいたるところに堆積膜となって付着する。
【０００４】
すなわち、ドライエッチングおいてはエッチングガスがプラズマ中で分解や結合されること，また，エッチングにより生成されるエッチング副生成物により装置内壁に堆積膜が付着する。このような堆積膜は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃となり，デバイスパターンの欠陥となる。そこで，これらの付着堆積物を定期的に除去する必要が生じる。
【０００５】
従来，このような付着堆積物の除去方法としては，装置を大気開放してアルコールや純水等の溶媒を用いて拭き取る，いわゆるウェットクリーニングと，クリーニング用のプラズマを用いて行うプラズマクリーニングが知られている。プラズマクリーニング方法の例としては，例えば、特開平5-144779号公報が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のクリーニング方法は以下に示す課題がある。
【０００７】
まず，ウェットクリーニングに関しては，装置を大気開放し分解する必要があるためウェットクリーニング後の真空排気が必要となる。したがって，クリーニング毎に長時間装置を停止させることとなり，著しい装置稼働率の低下，スループットの低下を引き起こす。
【０００８】
次に，特開平5-144779号公報では，シリコンハロゲン化物を処理室内壁にわざと堆積させて，エッチング反応によりできた堆積膜を，シリコンハロゲン化物で覆い剥離し難くすることが特徴となっている。処理室内壁面に堆積膜は処理条件，すなわちガスの種類や流量，添加ガスの混合否，圧力，プラズマへの入力電力などにより，その膜厚は様々な値となる。また，堆積膜は処理室内に均一に付着するわけではなく，条件によっては処理室内壁がエッチングされる部分がある場合が発生する。
【０００９】
前記従来例では，エッチング反応によりできた堆積膜が比較的薄い場合には有効であるが，基本的に堆積膜を上塗りしているために通常の装置使用状態よりも厚い堆積膜を形成させることになる。堆積膜の持つ内部応力は膜厚とともに増加し，内部応力の増加にともない堆積膜にはき裂が入り易くなるので，短期的には効果があるが飛躍的効果の持続は期待できない。さらに最近主流となりつつある高選択エッチングには非常にデポ性の強いエッチング条件が用いられるため，つまり処理室内壁に堆積膜が厚く堆積し易い条件であるために，通常の装置使用状態よりも厚い堆積膜を形成させる従来方法では異物抑制効果が期待できないといった課題があった。
【００１０】
本発明の目的は，これらの問題を解決することにあり，製造装置内壁に付着した堆積膜を効果的に除去できる，すなわち，塵埃の発生源を取り去ることのできるプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は，プラズマクリーニング処理をエッチング反応生成物を除去するガスのプラズマを用いる第一の工程と，プラズマを発生させることにより導入したガスを分解して処理室内壁面に堆積膜を形成する第二の工程とから構成することにより達成される。
【００１２】
また上記目的は，連続処理工程の中において何枚処理毎にプラズマクリーニング処理を実施するか，またどの程度時間のクリーニング処理を行うかを任意に選択，設定することにより達成される。
【００１３】
また上記目的は，連続処理工程開始前にプラズマクリーニング処理を実施することにより達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の一実施例を，シリコン酸化膜のエッチングを例に図面を参照して説明する。
【００１５】
図1は本発明の一実施例を説明するための，通常良く用いられる平行平板型のプラズマエッチング装置を示したものである。図２，図３にはその時の壁面の状態を示す模式図を示した。図１において，１はエッチング加工を施される基板，ここではシリコンウエハであり，２はエッチングチャンバー，３は上部電極，４は上部電極を固定する絶縁板，５はウエハを積載するための下部電極，６はウエハを所定の位置に置くためのサセプタ，７，８はエッチングチャンバーにエッチングガスを導入するためのガス導入管およびチャンバー内に拡散させるためのシャワー穴，９はエッチングチャンバー内を真空雰囲気に減圧しかつ一定圧力に保つ排気口である。
【００１６】
このように構成されたプラズマエッチング装置において，まず加工を施す基板であるウエハ１を搬入し，発生させるプラズマのガスを導入管７，シャワー穴８を通してチャンバー２内へ導入し，所定の圧力に保つ。その後，高周波電源１０より上部電極３に高周波電力を印加してプラズマ１４を発生させ，ウエハ１上のエッチング加工を行う。最近では異方性エッチングを行う必要性からイオンを引き込む目的で下部の電極にバイアス電圧を印加する高周波電源13を設けてある装置も多い。
【００１７】
エッチングガスとしてC4F8，アルゴン(Ar)の混合ガスを用いた場合，処理室内の部品，例えば，絶縁板４，サセプタ６，処理チャンバの壁２の表面２等に，炭素，フッ素，水素等からなる炭素化合物重合膜が１５が付着する。いわゆる，反応生成物起因の堆積膜と呼ばれるものである。従来からエッチング処理によって処理室内壁に膜が堆積される原因は，このようなエッチングガス，およびエッチング反応による生成物がプラズマ中で分解や結合して形成される重合物であると言われている。
【００１８】
しかし，本願の発明者らが種々エッチング装置の壁の表面上の付着物やウエハ上に付着した異物の組成分析を実施した結果によれば，処理室内に堆積する膜の原因は反応生成物起因の堆積膜だけではなく，処理室内のある部材がブラズマに叩かれイオンスパッタされることによって他の部材に付着して膜を形成するスパッタ起因堆積膜も多く存在することが明らかになった。
【００１９】
すなわち，例えば図１に示した処理チャンバの壁２がアルミ合金でできておりその表面２はアルマイト処理が施されている場合，絶縁板４，サセプタ６，下部電極のカバー１１から，アルミ，酸素，フッ素の組成を持つ付着物が多く検出される部分があり，また表面が荒れておりエッチングされている部分も見られる。そして，ウエハから検出される異物もアルミを含むものが多い。すなわち，異物発生源である処理室内壁の堆積膜が作られる原因は，エッチング反応による反応生成物起因堆積膜と処理室内部材のイオンスパッタによるスパッタ起因堆積物がある。
【００２０】
本発明によれば，エッチング処理後のクリーニング処理が，エッチングによる反応生成物起因堆積膜を除去するプラズマを用いる第一の工程と，導入したガスをプラズマにより分解・重合して処理室内壁面にスパッタに対する保護膜を形成する第二の工程からなる。そのため，まず反応生成物起因堆積膜を第一の工程で除去し，第二の工程で処理室内の部材のスパッタを防止するための保護膜を施すことができ，次のエッチング処理におけるイオンスパッタを防ぐことが，すなわちスパッタ起因堆積膜の発生を防ぐことができる。つまり，反応生成物起因堆積膜の除去を行うとともに，スパッタ起因堆積膜の発生を防止することが可能となる。
【００２１】
本一実施例では，具体的に第一の工程に酸素(O2)ガスによるクリーニングを第二の工程にC4F8，アルゴン(Ar)の混合ガスのプラズマを用いた。第二の工程ではC4F8の流量比をエッチング処理時よりも多めに設定してデポ性を増した条件の設定を行った。
【００２２】
図２に示したようにエッチング処理後の壁面２’には炭素化合物からなる反応生成物起因堆積膜１５が付着する。２”は堆積膜が付着せずにエッチング条件にある部分であり，この状態でエッチングの連続処理を行えば，２”から発生するスパッタ物が他の部分にスパッタ起因堆積膜１６を形成させ，さらに反応生成物起因堆積膜１５の膜厚はどんどん増加して行く。すなわち，反応生成物起因堆積膜１５，スパッタ起因堆積膜１６，ともに異物１７を発生させる原因となる。
【００２３】
ここで本願発明のプラズマクリーニングを行えば，図３に示す反応により異物の発生を抑制することが可能となる。すなわち，エッチング処理後に第一の工程としてO2ガスによるプラズマクリーニングを行えば，壁面２に堆積したエッチング反応による反応生成物起因堆積膜（炭素化合物)１５は，一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO2)，水(H2O)の気体に分解されて真空排気，除去される。次に，第二の工程としてデポ性を増したC4F8，アルゴン(Ar)の混合ガス条件でプラズマを発生させれば，壁面に炭素化合物の薄膜１８が形成される。この薄膜１８は，次に行われるエッチング処理時に壁面２のスパッタを防止するための保護膜として機能するために，スパッタ物起因堆積膜１６の堆積を未然に防止することができる。この保護膜は，基本的にエッチング処理時に付着する反応生成物起因堆積膜と同じ成分であるために，次に行われるクリーニング処理の第一の工程においてエッチング処理時に堆積した反応生成物起因堆積膜１５とともに除去される。したがって，反応生成物起因堆積膜１５，スパッタ起因堆積膜１６，クリーニング処理の第二工程において付着させる保護薄膜１８，いずれの堆積膜厚も連続処理工程のなかで増加して行くことは無く，クリーニング効果の向上，異物発生の抑制効果の向上を図ることが可能となる。
【００２４】
前述したように，エッチング処理にともなうガスの分解・重合や被エッチング物質との重合にる堆積膜は処理室内に均一に膜が堆積するわけではなく，エッチングの条件によっては，堆積しない部分，あるいは返ってエッチングされてしまう部分も出てくる。したがって，本発明を実施する場合には，エッチングを施す連続処理工程の中において何枚エッチング処理を行った後にクリーニング処理を施すかのクリーニング処理間隔，クリーニング処理のうち第一の工程および第二の工程をどの位の時間実施するかを，エッチング装置側で任意に設定できる機能を持たせることにより，より効果的なクリーニング，異物抑制を行うことができる。デポ性が少なくエッチング反応生成物の少ないエッチング処理においてデポ性が多いエッチング処理と同じクリーニングを行えば，壁を叩くだけで返ってスパッタ起因の堆積物を増やすことになる。エッチング処理の条件に対応した，それぞれクリーニング条件を記憶させておき，エッチング条件に応じて自動的にクリーニング処理を行うよう設定できることが望ましい。
【００２５】
ウエハの処理条件によって処理室内の堆積膜状態は，次の三通りの状態に大別できる。
【００２６】
(1)非常にデポ性の強いエッチング条件であり，処理室内壁にフッ化炭素系の膜が厚く堆積する。
【００２７】
(2)デポ性が比較的軽いエッチング条件であり，処理室内壁の一部にフッ化炭素系の膜が堆積しており，所々に処理室内のスパッタ物が付着する。
【００２８】
(3)デポ性が非常に軽いエッチング条件であり，処理室内壁にはほとんどフッ化炭素系の堆積膜は見られないが，処理室内のスパッタ物が所々に堆積している。
【００２９】
図２，図３に示したのは(２）のケースについてのものである。その他，図４に示した(１）のケース，図５に示した(３）のケースがある。
【００３０】
図４に示した（１）のケースでは，反応生成物起因堆積膜１５が非常に厚く付着するので，クリーニング処理の間隔はできるだけ短くし，またクリーニング処理の中の第一の工程は長く，第二の工程は短くするのが良い。極端な場合，第二の工程は０秒でも良い。
【００３１】
図５に示した（３）のケースでは，反応生成物起因堆積膜１５が付着が非常に少なく処理室内部材のスパッタされやすいためスパッタ起因堆積膜が主である。すなわち，エッチング処理中に処理室内壁面もエッチング条件にある部分が多い。したがって，ケース（１）とは逆に，クリーニング処理の中の第一の工程は短くするのが良い，極端な場合第一の工程は０秒でも良い。このケースにおいては，クリーニング処理の第二の工程によってエッチング処理室内壁表面に形成される炭素化合物の薄膜が，エッチング処理時における壁面２のスパッタを防止のための保護膜１８となると同時に，保護膜１８は，エッチング処理中に付着したスパッタ物１７を保護膜１８の中に埋め込んで異物となるのを防止する抑え込み効果もある。またこのケースにおいては，エッチング処理の開始前にクリーニング処理を実施することが異物防止にたいして有効になる。
【００３２】
すなわち，エッチング処理の開始前にクリーニング処理を実施することによって，エッチング開始前からクリーニング処理の第二の工程によってエッチング処理室内壁表面に炭素化合物の薄膜が形成されるために，エッチング処理時における壁面２のスパッタを完全に防止するすることができる。その後のエッチングによって保護膜が，除去されても適当な間隔毎にクリーニング処理を実施することにより保護膜１８は再生されるために，より効果的な異物抑制を行うことができる。
【００３３】
第一の工程，第二の工程からなる一連のクリーニング処理は，時間，流量，圧力などの条件を変えて複数回繰り返すこともクリーニング効果を向上させる一手段となる。
【００３４】
なお，本一実施例は平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明したが，下部電極に高周波電力を印加する反応性イオンエッチング装置や誘導結合型エッチング装置，μ波エッチング装置でも同様である。また，エッチング装置以外でも，例えばプラズマクリーニングを周期的に行うプラズマCVD装置では同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，異物発生源となるエッチング処理室内壁に付着した堆積膜を効果的に除去することができる。。これにより，ウエハ処理枚数の増加にともなう塵埃の発生を抑制することが可能となり，製造工程における歩留まりの向上，製造装置の稼働率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエッチング装置の処理室の横断面図である。
【図２】本発明第一の実施例を示すエッチング装置の処理室内壁面の模式図である。
【図３】本発明第一の実施例を示すエッチング装置の処理室内壁面の模式図である。
【図４】本発明第二の実施例を示すエッチング装置の処理室内壁面の模式図である。
【図５】本発明第三の実施例を示すエッチング装置の処理室内壁面の模式図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、２…エッチングチャンバー、２，２…処理チャンバの壁表面、３…上部電極、４…絶縁板、５…下部電極、６…サセプタ、７…ガス導入管、８…シャワー穴、９…排気口、１０，１３…高周波電源、１１…下部電極のカバー、１２…アース、１４…プラズマ、１５…エッチング反応生成物による堆積膜、１６…イオンスパッタによる堆積物、１７…異物、１８…保護膜。

Claims

処理チャンバ、該処理チャンバ内に処理ガスを導入するガス導入管及び高周波電力を印加して前記処理チャンバ内にプラズマを発生させる上部電極を備えたプラズマエッチング処理装置の前記処理チャンバ内に導入したガスをプラズマ化して、前記チャンバ内壁に堆積した残留物を除去するプラズマエッチング処理装置のクリーニング方法であって、
該クリーニング方法は、前記処理チャンバ内に酸素ガスを導入して該酸素ガスのプラズマを用いて前記堆積した堆積膜を除去する第１の工程と、
Ｃ _４Ｆ _８とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスを導入して、該混合ガスのプラズマを用いて前記処理チャンバ内壁にスパッタに対する保護膜を形成する第２の工程を備え、
該第２の工程における混合ガスに占めるＣ _４Ｆ _８の流量比は、デポ性を増すために、前記第１の工程及び第２の工程の前または後に行うエッチング処理における流量比よりも大に設定すると共に、
前記形成された保護膜を次に行われる前記第１の工程でプラズマ処理時に堆積した堆積膜と共に除去することを特徴とするプラズマエッチング処理装置のクリーニング方法。
請求項１記載のクリーニング方法において、
前記第１工程及び第２工程を含むクリーニング処理は基板の連続処理工程の開始前に実行することを特徴とするプラズマエッチング処理装置のクリーニング方法。