JP4801045B2 - ドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去する方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理に関連があり、特にドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去することに関連する。

プラズマ処理システムは、半導体、集積回路、ディスプレイ、および、他のデバイスの製造およびプロセスにおいて、半導体ウェハのような基板上の材料を除去、および、堆積の両方を行うように使用される。フォトリソグラフィのマスクから基板へ集積回路のパターンを転写し、または、基板上に誘電体または導電体膜を堆積する半導体基板のプラズマ処理は、産業における標準の方法になっている。

ハロゲン含有ガス、および、カーボン含有ガスは、誘電体層、例えば酸化物、および、より新しい低い誘電率（ｋ）材料をエッチングするために共通して使用される。これらのガスは、フルオロカーボン高分子反応生成物を生成し、それは、チャンバコンポーネント、および、チャンバ壁を含む処理チャンバの内部表面上に堆積することができることは知られている。時間とともに、これらの残渣は、処理チャンバ内に累積することができ、そして、結局剥がれ落ちることができる。そして、このことにより処理チャンバの、および、被処理基板上の粒子汚染を生成する。さらにまた、プロセス環境のこれらの残渣、および、弗素ラジカルは、エッチング速度、エッチング形状、限界寸法制御、ウェハ均一性、および、選択性に影響を及ぼし得る方法でエッチングプロセスにおいて関係し始める。これは、弗素／高分子メモリー効果と一般に称する。

チャンバ残渣の量を制御するために、プラズマ処理システムは定期的に予定の運転停止をされなければならず、そして、しばしば予定外の、湿式のチャンバクリーニングが行われる。湿式のクリーニングは、システム稼動率を下げ、生産性を減らし、および、コストにチャンバ調節のための非製造（ダミー）ウェハの費用を加え、その全てがシステムコストオブオーナーシップを増加させることとなる。湿式クリーニング間の平均時間（ｍｅａｎ ｔｉｍｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｅｔ ｃｌｅａｎｓ：ＭＴＢＷＣ）は、処理されるウェハの数によって累積的なエッチング時間として測定され、もし処理チャンバがインシトゥープラズマクリーニングプロセスによってドライでクリーニングされならば、延長され得る。しかしながら、従来のドライクリーニングプロセスは、チャンバ内部から残渣を除去することに必ずしも効果的ではなかった。さらに、従来のドライクリーニングプロセスは、積極的な化学反応を含み、基板ホルダのセンシティブな材料を「保護する」ために、ドライクリーニングプロセスによるダメージからチャンバの基板ホルダにウェハを配する必要がある。ドライクリーニングを実行するために、チャンバ内にシールド基板がロードされ、そしてチャンバから取り除かれなければならないので、ドライクリーニングの間の基板のこの使用は、チャンバのスループットを減少させる。シールド基板は、またドライクリーニングプロセスの基板ホルダからの効果的な残渣クリーニングを妨げる。本発明の発明者は、基板ホルダから残渣を除去するこの不良は、上記の如く粒子汚染に関与するだけでなくて、静電チャックのアーク発生が生じることにもなり得ると認識し、そうでないと、この種の基板ホルダの正確な動作が妨げられる。

したがって、本発明の目的は、インシトゥチャンバドライクリーニングプロセスと関連している上記の問題を解決することまたは低減することである。

別の本発明の目的は、改良されたドライクリーニングプロセスを提供することである。

別の本発明の目的は、処理チャンバに存在するウェハを有さずに、実行されることができる効果的ドライクリーニングプロセスを提供することである。

これらおよび／または他の目的は、方法によって提供されることができ、ドライクリーニングプロセスのプラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去することである。ドライクリーニングプロセスは、プラズマ処理システムの処理チャンバにカーボンおよび酸素を含むガスを含んでいるプロセスガスを導入することと、プロセスガスからプラズマを生成することと、揮発性の反応生成物を形成するためにチャンバ残渣をドライクリーニングプロセスのプラズマにさらすことと、処理チャンバから反応生成物を排気することとを含む。

本発明の１つの実施形態では、プラズマ処理システムはドライクリーニングプロセスの状態を決定するためにモニタされることができ、および、モニタリングからの状態に基づいて、当該方法は、継続して曝露しモニタリングするか、または、ドライクリーニングプロセスを止めるかを含む。

本発明の１つの実施形態では、ドライクリーニングプロセスは、ウェハのないドライクリーニング（ＷＤＣ）プロセスであり得る。本発明の別の実施形態では、基板は、ドライクリーニングプロセスの間、処理チャンバの基板ホルダに、存在することができる。

図１〜４は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す。図１は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理システムを示す。プラズマ処理システム１は、基板２５を支持するための基板ホルダ２０をマウントするための台５を有する処理チャンバ１０と、処理チャンバ１０にプロセスガス１５を導入するガス注入システム４０と、チャンバモニタリングシステム１００と、真空排気システム５０とを具備する。チャンバモニタリングシステム１００は、例えば、処理チャンバ１０のプラズマからの光発光をモニタリングするための光学的モニタリングシステム、処理チャンバ１０のパーティクルレベルをモニタリングするためのパーティクルモニタリングシステム、または処理チャンバ１０のガスの環境をモニタリングするためのマスセンサであり得る。

プロセスガス１５は、例えば、マイクロエレクトロニクス素子が形成される製造工程における基板２５のエッチングを行うための、またはプラズマドライクリーニングプロセスの処理チャンバ１０からチャンバ残渣を除去するためのハロゲン含有、および、カーボン含有エッチングガスであり得る。本発明に係るチャンバ残渣を除去するためのプロセスガスは、カーボンおよび酸素を含むガスを含んでいることができる。ガス注入システム４０は、ｅｘ―ｓｉｔｕガス供給源から処理チャンバ１０までプロセスガス１５の送出の独立した制御を可能にする。プロセスガス１５は、ガス注入プレナム（図示せず）、一連のバッフル板（図示せず）、および、マルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート６５を介してプロセス領域６０に導入されることができ、処理チャンバの圧力調整され得る。例えば、コントローラ５５が、真空排気システム５０およびガス注入システム４０の制御に用いられる。

基板２５は、ロボット基板移送システムを介してスロットバルブ、および、チャンバフィードスルーを通ってチャンバ１０との間で移送され、基板ホルダ２０内に収容された基板リフトピンによって受けられ、そして、収容されているデバイスによって、機械的に移動される。一旦、基板２５が基板移送システムから受けられると、それは基板ホルダ２０の上面まで降ろされる。基板２５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）および化合物半導体（例えばガリウム砒素）のような半導体基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）基板、ガラス製基板、および窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、およびアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）のようなセラミック材料を含むことができる。、プラズマ処理システム１は、さまざまなサイズの基板、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはより大きい基板の処理を行うように構成されることができる。

基板２５は、静電クランプまたは機械的なクランプを介して基板ホルダ２０に固定されることができる。さらにまた、基板ホルダ２０は、基板ホルダ２０から熱を受け、および、熱交換器システムに熱を移送する再循環クーラント流量を含んでいる冷却システムを更に含むことができる。代わりとして、基板ホルダ２０は、熱交換器システムから基板ホルダ２０まで熱を供給する再循環している流体流動を含むことができる。さらに、ガスは、基板２５と、基板ホルダ２０との間のガスギャップ熱伝導を改良するために、基板の裏面に供給されることができる。基板の温度コントロールが上昇するか低下された温度で必要なときに、このようなシステムは利用される。

基板ホルダ２０は、加熱部材３０を含むことができる。加熱部材３０は、例えば、抵抗加熱部材であり得る。真空ポンプシステム５０は、１秒あたり５，０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）、および、チャンバ圧力を抑えるためのゲートバルブを含むことができる。ＴＭＰは、低圧プロセス（一般的に８００ｍＴｏｒｒ未満の）に対して有効である。高圧プロセス（すなわち約８００ｍＴｏｒｒを超える）に対して、メカニカルブースターポンプ、および、ドライ荒引きポンプが、用いられることができる。

プラズマ処理システム１は、処理チャンバ１０内にプラズマを形成し、および、維持することが可能である。プラズマ処理システム１は、例えば、プラズマ増強化学蒸着プロセス（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ：ＰＥＣＶＤ）またはプラズマエッチングプロセスを実行するために利用されることができる。基板ホルダ２０は、更に、ラジオ周波数（ＲＦ）パワーが通ってプロセス領域６０のプラズマに結合される電極としての機能を果たすことができる。例えば、基板ホルダ２０の金属電極は、基板ホルダ２０にＲＦ発振器４５からインピーダンスマッチングネットワーク３５を介してＲＦ電力の伝達を通じて、ＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけられることができる。ＲＦバイアスは、電子を励起し、これにより、プラズマを形成し、維持するために役立つ。この構成において、プラズマは、基板２５に材料を堆積させる（すなわち、処理システム１は、ＰＥＣＶＤリアクタの働きをすることができる）、または基板２５の露出表面から材料を除去する（すなわち、処理システム１は、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）リアクタの働きをすることができる）ことのどちらかに利用される。ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、約０．５ＭＨｚと、約２００ＭＨｚとの間であり得て、および、２ＭＨｚであり得る。

インピーダンスマッチングネットワーク３５は、反射パワーを最小にすることによって処理チャンバ１０のプラズマにＲＦ電力の伝送を最大にするために役に立つ。マッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ−タイプ）および自動制御方法は、従来技術において周知である。代わりの実施形態では、ＲＦ電力は、複数の周波数で基板ホルダ２０に印加されることができる。

図１において、コントローラ５５は、マイクロプロセッサと、メモリと、プラズマ処理システム１と通信し、プラズマ処理システム１への入力をアクティブにし、同じくプラズマ処理システム１からの出力をモニタするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートとを含む。さらにまた、コントローラ５５は、処理チャンバ１０、ＲＦ発振器４５、インピーダンスマッチングネットワーク３５、ガス注入システム４０、チャンバモニタリングシステム１００、および真空ポンプシステム５０に組み合わせられ、並びに、それらと情報を交換する。例えば、メモリに格納されたプログラムは、保存されたプロセスレシピに係る処理システム１の前述のコンポーネントの制御に利用されることができる。コントローラ５５の１つの実施例は、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）；テキサスインスツルメンツ、ダラス、テキサスから入手可能なモデル番号ＴＭＳ３２０である。

図２は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理システムを示す。図２のプラズマ処理システム１は、図１に関して記載したそれらのコンポーネントに加えて、潜在的にプラズマ密度を増加させ、および／またはプラズマ処理均一性を改良するために、機械的にまたは電気的に回転させるＤＣ磁界システム７０を更に含む。さらに、コントローラ５５は、回転速度、および、磁界の強さを調整するために、回転磁界システム７０に組み合わせられる。

図３は、本発明の一実施例に係るプラズマ処理システムを示す。図３のプラズマ処理システム１は、また、ＲＦ電力がインピーダンスマッチングネットワーク７５を介してＲＦ発振器８０から結合される上部平面電極としての機能を果たすことができるマルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート６５を含む。上部電極に対するＲＦ電力のアプリケーションのための典型的な周波数は、約１０ＭＨｚと、約２００ＭＨｚとの間であり得て、および、６０ＭＨｚであり得る。加えて、下部電極に対する電力供給のための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚと、約３０ＭＨｚとの間であり得て、および、２ＭＨｚであり得る。さらに、コントローラ５５は、上部電極６５に対するＲＦ電力の印加を制御するために、ＲＦ発振器８０、および、インピーダンスマッチングネットワーク７５に結合される。

本発明の１つの実施形態では、図３の基板ホルダ２０は、電気的に接地されることができる。代わりの実施形態では、直流バイアスが、基板ホルダ２０に印加されることができる。さらに他の実施例では、基板ホルダ２０は、プラズマ処理システム１から電気的に絶縁されることができ、および、電離気体が接触するときに、浮動電位が基板ホルダ２０に、および、基板２５に形成されることができる。

図４は、本発明の１つの実施形態に係るプラズマ処理システムを示す。図２のプラズマ処理システムが、ＲＦ電力がインピーダンスマッチングネットワーク９０を介してＲＦ発振器８５を通じて結合される誘導コイル９５を更に含めるために変更される。ＲＦ電力は、プロセス領域６０に誘電体窓を介して誘導コイル９５から誘導的に結合される。誘導コイル８０にＲＦ電力を印加するための典型的な周波数は、約１０ＭＨｚと、約１００ＭＨｚとの間であり得て、および、１３．５６ＭＨｚであり得る。同様に、基板ホルダ２０に対する電力供給のための典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚと、約３０ＭＨｚとのの間であり得て、および、１３．５６ＭＨｚであり得る。加えて、スロット付きファラデーシールドは、誘導コイル９５と、プラズマとの間の容量結合を減らすために使用されることができる。さらに、コントローラ５５は、誘導コイル９５に対する電力供給を制御するために、ＲＦ発振器８５、および、インピーダンスマッチングネットワーク９０に結合される。

本発明の１つの実施形態では、図４の基板ホルダ２０は、電気的に接地されることができる。代わりの実施形態では、直流バイアスが、基板ホルダ２０に印加されることができる。さらに他の実施例では、基板ホルダ２０はプラズマ処理システム１から電気的に絶縁されることができ、電離気体が接触するときに、浮動電位が基板ホルダ２０に、および、基板２５に形成されることができる。

本発明の他の実施例において、プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を使用して形成される。さらに別の実施形態では、プラズマは、ヘリコン波のラウンチングから形成される。さらに他の実施例では、プラズマは、伝搬性表面波から形成される。

図１〜図４のプラズマ処理システムが典型的な用途だけのためにあると理解されることになっており、特定のハードウェアおよびソフトウェアの多くの変化が本発明が実施されることができるシステムを実施するために用いることができるとき、これらの変化は、当業者に直ちに明らかである。

上記のように、従来のドライクリーニングプロセスは、チャンバ内部から残渣を除去することに効果的であるとは限られず、一般に、ドライクリーニングプロセスの基板ホルダへのダメージを防ぐためにシールド基板の使用することを必要とする。本発明の発明者は、処理チャンバからクリーニング残渣に効果的であるドライクリーニングプロセスを見いだした。そして、プロセスがシールド基板なしで実行されることができるために、いままでより基板ホルダに害とはならなかった。シールド基板のないドライクリーニングを実行するこの能力は、静電チャックタイプ基板ホルダの改良された動作を提供することができる基板ホルダのより効果的クリーニングを可能とする。本発明のドライクリーニングプロセスは、図１〜図４に関して記載されているプラズマ処理システムのどれにでもクリーニングするのに使われることができる。

本発明の一実施態様において、方法は、プラズマ、並びに、カーボンおよび酸素を含むガスを含んでいるプロセスガスを利用して、プラズマ処理システムからチャンバ残渣を除去するために提供される。ドライクリーニングプロセスは、少なくとも１枚の生産基板（ウェハ）をプロセスした後に実行され得て、ドライクリーニングプロセスは、基板ホルダ（ウェーハチャック）上の基板なしで実行されることができる。これはウェハのないドライクリーニング（ｗａｆｅｒｌｅｓｓ ｄｒｙ ｃｌｅａｎｉｎｇ：ＷＤＣ）プロセスと呼ばれる。ＷＤＣプロセスは、基板ホルダ、同じく他のチャンバコンポーネント、および、チャンバ壁から残渣を効果的に除去することができる。さらに、ＷＤＣプロセスを利用するときに、クリーニングプロセスの間のウェハロードおよびアンロード時間がないことは、クリーニング時間を減らすことができ、および、製造スループットを増加させることができる。（非生産品）基板が、更に以下に記載されるように、プラズマ環境から基板ホルダを保護するために、ドライクリーニングプロセスの間、基板ホルダに存在することができるときでも、本発明は、また従来のドライクリーニングプロセスを超えた改良されたチャンバクリーニングを提供する。

本発明に係るドライクリーニングプロセスは、処理チャンバ内で、各々の製造工程の後で実行されることができ、または、代わりとして、複数の製造工程の後で実行される。ドライクリーニングプロセスの後、次の製造基板が処理チャンバへ移送され、そして、処理されるときに、以前の製造基板がされたのと同様のチャンバ条件と基板が向かい合うことができる。したがって、基板に対する基板変動は、最小にされることができる。

カーボンおよび酸素を含んでいるガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、アルコール（ＲＯＨ）、アルデヒド（ＲＣＨＯ）、および、ケトン（Ｒ_１ＣＯＲ_２）。を含む多種多様なガスから選ばれることができる。アルコールは、線形の炭素鎖、例えば、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）、エタノール（ＣＨ_３ＣＨ_２ＯＨ）、プロパノール（ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）、および、分岐炭素鎖、例えば２―プロパノール（（ＣＨ_３）_２ＣＨＯＨ）、および、テトラ―ブチルアルコール（（ＣＨ_３）_３ＣＯＨ）を含むことができる。プロセスガスは、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、水（Ｈ_２Ｏ）、窒素（Ｎ_２）、および、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）またはキセノン（Ｘｅ）のような不活性ガスのうちの少なくとも１つを更に含むことができる。ここで使用しているように語「ａ，ｂ、ｃ．．．またはｘの少なくとも１つ」は、記載されたエレメントのどの１つでも、または複数の記載されたエレメントの何らかの組合せのどれでも参照する。

本発明の一実施例に係るドライクリーニングプロセスは、クリーンなチャンバをもたらすと判っている所定の時間の間、実行され得て、または、代わりとして、ドライクリーニングプロセスの終点は終点検出方法を使用して決定されることができる。この点に関しては、クリーン度の許容可能なレベルは、処理チャンバ内で実行される製造工程に従って変化するものであると理解される。終点検出の１つの可能な方法は、プラズマ領域からの放出光スペクトルの一部をモニタする光学的モニタリングシステムを使用することであり、それは、ドライクリーニングプロセスの状態に関する情報を、それによって提供され、チャンバ残渣の全て（または実質的に全て）が処理チャンバから除去されたときかどうかを示す。

例えば、スペクトルの一部である、４８２．５ｎｍ（一酸化炭素、ＣＯ）、７７５．５ｎｍ（弗素、Ｆ）、および、４４０ｎｍ（四フッ化ケイ素、ＳｉＦ_４）の波長をもって、このような除去を示し、および、光学発光分光法（ＯＥＳ）を使用して測定されることができる。７７５．５ｎｍの弗素発光は、プラズマ環境中の（すなわち弗素メモリー効果）、および、処理チャンバの弗素を含有するチャンバ残渣の量を、弗素ラジカルの相対的な量として示す。４８２．５ｎｍの一酸化炭素発光は、処理チャンバのチャンバコンポーネント、および、他の表面からの高分子残渣の離脱に関連があることがあり得る。それらの周波数に対応する発光レベルが指定された閾値（例えば、実質的にゼロに落ちるかまたは特定のレベル以下まで減少する）を横切ったあと、ドライクリーニングプロセスは完了すると考えられることができる。

終点検出の別の方法は、処理チャンバのガスの環境をモニタするためのマスセンサを使用することを含む。終点検出のさらに別の方法は、プラズマ処理システムの作動パラメータをモニタすることであって、それは、ＲＦ発振器ピーク間電圧、および、インピーダンスマッチングネットワークにおけるコンデンサポジションを含む。終点検出のさらにもう一つの方法は、パーティクルモニタリングシステムを使用して処理チャンバのパーティクルレベルをモニタすることである。

図５〜図７は、本発明の実施形態に係る、プラズマ処理システムの実行しているＷＤＣプロセスからの光発光の変化を示す。これらの図は、チャンバ内部から残渣を除去する際の本発明の効果を示す。図５〜図７のデータを生成するために使用するプラズマ処理システムは、上記の図３に概略的に示される。プラズマ条件は、１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力、６０ＭＨｚの７５０Ｗの上部電極ＲＦ電力、および２ＭＨｚの２５０Ｗの下部電極ＲＦ電力を含んでいた。プラズマ発光は、異なるプロセスガス、および、プロセスガス混合物に対するＷＤＣプロセスを評価するために、プロセス領域からモニタされた。、図５〜図７の各々のカーブは、チャンバの初期の光発光測定と、エッチングおよびドライクリーニングプロセスの３サイクルが実行されたあとにとられた光発光測定との間の違いを示す。具体的には、Ａｒ＋Ｏ_２プロセスガス（基板ホルダ上のクリーンなＳｉウェハがある場合）を含んでいるプラズマから、初期の光発光は、３分のＯＥＳ走査を使用して検出された。それで、次の処理手順は、３回実行された：ａ）基板ホルダ上のＳｉ基板（ウェハ）がある場合には、ｌｏｗ−ｋ材料または平坦化材料のために開発されたプラズマエッチングプロセスを実行すること、ｂ）３０秒のＷＤＣプラズマプロセスを実行すること。プラズマエッチングプロセスは、チャンバ内部に堆積しているチャンバ残渣をもたらす。それで、エッチング、および、クリーニングサイクルの後、チャンバの残渣の量を決定するためにＡｒ＋Ｏ_２プロセスガス（基板ホルダ上のクリーンなＳｉウェハがある場合）を含んでいるプラズマから、別の光発光測定は、３分のＯＥＳ走査を使用して検出された。図５〜図７において各々の５つのカーブとして、初期測定と、後処理測定との間の違いは、示される。これらのカーブの水平軸は、３分のＯＥＳ走査を表す。

図５は、本発明の実施形態に係る７７５．５ｎｍで弗素信号の変化を示す。図５のカーブは、毎分標準状態での５００立方センチメートルの一酸化炭素ガス流量（ｓｃｃｍ）、および、０ｓｃｃｍのＡｒガス流量、２５０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、および、１０００ｓｃｃｍを使用してＷＤＣプロセスに対応する。７５０ｓｃｃｍのＡｒガス流量、および、７５０ｓｃｃｍのＯ_２ガス流量を有するＡｒ＋Ｏ_２プラズマクリーニングプロセスを利用してＷＤＣプロセスは、また、示される。図５の結果は、純粋なＣＯガスまたはＣＯ＋Ａｒガスを利用したＷＤＣプロセスが、従来のＡｒ＋Ｏ２ドライクリーニングプラズマプロセスと比較した場合に、減少された弗素信号を示し、したがって、処理チャンバ内のチャンバ堆積物は、減少された。ＡｒがＣＯとともに用いられるときに、一酸化炭素、および、Ａｒの等しいガス流れ（それぞれ５００ｓｃｃｍ）は、最も低い弗素信号をもたらした。

図６は、本発明の実施形態に係る７７５．５ｎｍでの弗素信号の変化を示す。図６のカーブは、５００ｓｃｃｍのＣＯガス流量および０ｓｃｃｍ、２５０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、および、７５０ｓｃｃｍのＯ_２ガス流量を利用したＷＤＣプロセスに対応する。図６の結果は、何らかの付加的なＯ_２のない純粋な一酸化炭素を利用して１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力のＷＤＣプロセスが処理チャンバの弗素信号を減らすことに最も効果的だったことを示す。図６は、６００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力で実行され、５００ｓｃｃｍのＣＯガス流量、および、７５０ｓｃｃｍのＯ_２ガス流量を利用したＷＤＣプロセスを示し、１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力で純粋なＣＯとして同様の弗素信号を得られたことを示す。さらにまた、図６の結果は、弗素信号の減少がＯ_２ガス流量の線形関数でなかったことを示す。

図７は、本発明の実施形態に係る４８２．５ｎｍでＣＯ信号の変化を示す。図７の結果は、純粋なＣＯガスを利用したＷＤＣプロセスが従来のＡｒ＋Ｏ_２ドライクリーニングプラズマプロセスと同等であるＣＯ発光を得ることを示す。さらにまた、図７は、ＷＤＣプロセス（放電でない）を実行しない影響、および、純粋なＨ_２ガスを用いたＷＤＣプロセスを実行する影響を示す。

本発明に係るドライクリーニングプロセスのためのプロセスパラメータ空間は、例えば、約１０ｍＴｏｒｒと、約５Ｔｏｒｒとの間のチャンバ圧力を利用することができる。本発明の別の実施形態では、チャンバ圧力は、約２０ｍＴｏｒｒと、約１Ｔｏｒｒとの間であり得て、および、約１００のｍＴｏｒｒであり得る。図３の上下の電極へのＲＦ電力に対する典型的な周波数は、約１ＭＨｚと、約１００ＭＨｚとの間であり得る。例えば、上部電極ＲＦ電力は、約１００Ｗと、約４，０００Ｗとの間であり得て、好ましくは６０ＭＨｚの約７５０Ｗである。さらにまた、下部電極ＲＦ電力は、約０Ｗと、約４，０００Ｗとの間であり得て、２ＭＨｚの約２５０Ｗであり得る。約１００ｓｃｃｍと、約５，０００ｓｃｃｍとの間のプロセスガス流量が使われることができる。さらにまた、約１００ｓｃｃｍと、約２，０００ｓｃｃｍとの間のガス流量が、カーボンおよび酸素を含むガスに対して使われることができ、約２０ｓｃｃｍと、約１，０００ｓｃｃｍと間のガス流量が、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ、ＮＨ_３、および、Ｎ_２に対して使われることができ、および、約２，０００ｓｃｃｍ未満のガス流量が、不活性ガスに対して使われることができる。

さらにまた、チャンバ圧力、および、プロセスガスの組成は、プラズマクリーニングプロセスの間、変化されることができる。プラズマクリーニングのための時間期間は、実質的に処理チャンバのフルオロカーボンチャンバ残渣の量を減らすために、十分に長くされるべきである。クリーニングプロセスのための時間期間は、例えば、約２秒と、約２４０秒との間であり得る。代わりとして、時間期間は、約１５秒と、約４０秒との間であり得る。

図８は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムの処理チャンバからチャンバ残渣を除去する方法を示しているフローチャートである。８０２で、クリーニングプロセス８００は、始まった。８０４で、カーボンおよび酸素を含むガスを含んでいるプロセスガスは、プラズマ処理システムの処理チャンバ内に導入される。８０６で、プラズマは、プロセスガスから生成される。８０８で、チャンバ残渣は、揮発性の反応生成物を形成するように、ドライ洗浄工程のプラズマに曝される。８１０で、反応生成物は、処理システムから排気され、そして、８１２で、プロセスはストップされる。

図９は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムのモニタリング、および、制御する方法を示しているフローチャートである。プロセス９００は、上記のドライクリーニングプロセス８００のモニタリング、および、制御である得る。９０２で、プロセスは、始まられる。９０４で、プラズマ処理システムは、チャンバモニタリングシステムによってモニタされる。モニタリングは、例えば、プロセス環境、クリーニングガス、および／または揮発性の反応生成物からのマス信号、パーティクルレベル、またはプロセスパラメータのガスからの発光信号または光吸収信号に基づくことがあり得る。クリーニングプロセスの間、チャンバ残渣は、処理チャンバ（処理チャンバ内のチャンバコンポーネント、および、他の表面からを含む）から除去される。プロセスが処理チャンバ内の継続するときに、これは、モニタされた信号を変更することができる。信号のこの変化は、モニタリングシステムによって検出されることができ、および、処理チャンバの状態と相関していることができる。９０６で、もし検出信号強度が閾値に到達しなかったならば、プロセス９００は９０４で継続され、または、もし９０６で信号が閾値に到達したならば、決定は９０８においてされ、プロセス８００を続けるか、または９１０のプロセスをストップするかがされる。

信号強度は、クリーニングプロセスの終点を決定するためにモニタされることができる。ドライクリーニングプロセスの終点に対する信号強度の相関は、信号強度を検出し、処理チャンバの状態をモニタリングする間に実行されるテストプロセスによって、実施されることができる。処理チャンバの状態は、例えば、テストプロセスの間、チャンバコンポーネントを検査し、および、検査された結果をドライクリーニングプロセスの所望の終点が観測されるときに、強度が記録された検出閾値に関連させることによって評価されることができる。閾値は、強度が固定された強度値、または測定された信号強度と、初期の信号強度（プロセスの開始時に測定された）との比率であることができる。

図１０は、本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムのモニタリング状態のための処理時間の関数としてのグラフを示している信号強度である。信号は、例えば、発光信号（例えば４８２．５ｎｍの弗素信号、７７５．５ｎｍのＣＯ信号または４４０ｎｍの四フッ化ケイ素信号）、クリーニングガス、および／または反応生成物（例えばＳｉＦ_４）からのマス信号、プラズマパラメータ、またはパーティクルレベルであり得る。カーブ１０７０によって示されるように、処理チャンバからチャンバ残渣の除去、および、処理チャンバのチャンバ残渣の減少する量のために、ドライクリーニングプロセスが行われるとき、検出信号強度は一般に減少する。図１０のカーブ１０７０が信号強度の実質的な線形の減少を示すのに対して、信号強度カーブがクリーニングプロセスの特性に依存し、および、非線形であることができると理解される。また、図１０に示すとき、チャンバコンポーネントが所望のプロセスのための許容できるクリーンなレベルにあると判るときに、閾値強度１０８０は時間１０９０にて検出される。許容できるクリーンなレベルがチャンバにおいて実行される工程に従い変化することができると理解される。

図９に一旦戻って、信号強度がドライクリーニングプロセスの間、９０４で検出されるとき、コントローラは、検出信号強度を従来の保存された信号強度と９０６で比較し、そして、検出信号強度が所定の閾値強度に到達したかどうかを決定する。信号閾値強度がまだ検出されないときに、モニタリングは９０４に戻り、そして、プロセスは継続する。閾値信号強度が検出されるときに、決定は、９０４でのプロセスを続けるべきであるか、または９０８でのプロセスを止めるべきか９０８においてなされる。代わりとして、９０８でのプロセスを続けるかの決定は、プロセスの第２のフェーズを入力するためにプロセスパラメータの調整を含むことができ、第２の閾値が到達されるまで、それは、モニタされる。例えば、温度および／またはクリーニングガス濃度は、よりゆるやかなクリーニング環境に影響するまで低下させた。

本発明の多数の修正変更は、上記の教示を考慮して可能である。それは、従って、添付の請求の範囲で、ここで特に記載されているより、別な方法で本発明が実施されることができると理解されるものである。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムを示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムで実行しているＷＤＣプロセスからの光発光の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムで実行しているＷＤＣプロセスからの光発光の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムで実行しているＷＤＣプロセスからの光発光の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムの処理チャンバからチャンバ残渣を除去する方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムのモニタリングおよび制御の方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るプラズマ処理システムの状態をモニタリングに対して、処理時間の関数としての信号強度のグラフを示している。

Claims (24)

1. プラズマ処理システムからフルオロカーボン高分子チャンバ残渣を除去する方法であって、
   プラズマ処理システムの処理チャンバに、ＣＯ、ＣＯ_２、またはこれらの分子の少なくとも１つとＨ_２，ＮＨ_３、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２、若しくは不活性ガスの１つ以上との組み合わせからなるプロセスガスを導入することと；
   前記プロセスガスからプラズマを生成することと；
   前記残渣から揮発性の反応生成物を形成するために、前記フルオロカーボン高分子チャンバ残渣を、基板ホルダがウェハのないドライクリーニングプロセスによってクリーニングされるように前記プラズマ処理システムの前記基板ホルダにシールドウェハが提供されていない前記ウェハのないドライクリーニングプロセスの前記プラズマにさらすことと；
   前記処理チャンバから前記反応生成物を排気することとを具備する方法。
2. 前記さらすことは、前記処理チャンバの基板ホルダ上に基板を提供することを更に備えている請求項１に記載の方法。
3. 前記導入すること、前記生成すること、前記さらすこと、および前記排気することを繰り返す前に、前記処理チャンバ内で少なくとも１つの製造工程を実行することを更に具備する請求項１に記載の方法。
4. 前記プロセスガスを導入することは、Ａｒ、Ｈｅ，またはＸｅのうちの少なくとも１つを含む不活性ガスを導入することを備えている請求項１に記載の方法。
5. 前記導入することは、１００ｓｃｃｍから５，０００ｓｃｃｍまでの間のガス流量で前記プロセスガスを流すことを備えている請求項１に記載の方法。
6. 前記導入することは、１００ｓｃｃｍから２，０００ｓｃｃｍまでの間のガス流量で、ＣＯ又はＣＯ_２のうちの少なくとも１つを流すことを備えている請求項１に記載の方法。
7. 前記導入することは、２０ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍまでの間のガス流量で、Ｈ_２、ＮＨ_３、Ｈ_２Ｏ、またはＮ_２のうちの少なくとも１つを流すことを備えている請求項１に記載の方法。
8. 前記導入することは、２，０００ｓｃｃｍ未満のガス流量で、前記不活性ガスを流すことを備えている請求項１に記載の方法。
9. 前記導入することは、１０ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒまでの間に前記処理チャンバの圧力を維持することを更に備えている請求項１に記載の方法。
10. 前記導入することは、２０ｍＴｏｒｒから１Ｔｏｒｒまでの間に前記処理チャンバの圧力を維持することを更に備えている請求項１に記載の方法。
11. 前記プラズマ処理システムは、上部電極および下部電極を備えており、
    前記生成することは、前記電極へ、１ＭＨｚから１００ＭＨｚまでの間のＲＦ周波数、および１００Ｗから４，０００Ｗまでの間のＲＦ電力を印加することを備えている請求項１に記載の方法。
12. 前記上部電極に印加される前記ＲＦ周波数は、４０ＭＨｚから８０ＭＨｚまでの間であり、
    前記上部電極に印加される前記ＲＦ電力は、６００Ｗから９００Ｗまでの間であり、
    前記下部電極に印加される前記ＲＦ周波数は、１ＭＨｚから３ＭＨｚまでの間であり、
    前記下部電極に印加される前記ＲＦ電力は、１００Ｗから４００Ｗまでの間である請求項１１に記載の方法。
13. 前記さらすことは、２秒から２４０秒までの間の時間、実行される請求項１に記載の方法。
14. 前記さらすことは、１５秒から４０秒までの間の時間、実行される請求項１に記載の方法。
15. 前記プラズマ処理システムからの前記ドライクリーニングの方法の進行を表す信号をモニタすることと、
    前記信号に基づき、次の１つを実行することとを更に具備する請求項１に記載の方法。
    （ａ）前記ドライクリーニングプロセスを実行することを継続し、モニタリングすることを継続する。
    または
    （ｂ）前記クリーニングプロセスをストップさせる。
16. 前記モニタリングすることは、もし前記信号の強さのレベルが閾値に到達したならば、決定することを更に備えている請求項１５に記載の方法。
17. 前記閾値に到達されたと前記決定することがされたあとに、前記（ｂ）の実行をする請求項１６に記載の方法。
18. 前記モニタリングすることは、前記処理チャンバからの光発光を検出するために光学的モニタリングシステムを使用することを備えている請求項１５に記載の方法。
19. 前記モニタリングすることは、一酸化炭素、弗素、または四フッ化ケイ素のうちの少なくとも１つから生じる光の放射をモニタリングすることである請求項１８に記載の方法。
20. 前記モニタリングすることは、前記処理チャンバのガスのマス信号を検出するためにマスセンサを使用することを備えている請求項１５に記載の方法。
21. 前記モニタリングすることは、前記処理チャンバのパーティクルレベルを検出するためにパーティクルモニタリングシステムを使用することを備えている請求項１５に記載の方法。
22. 前記モニタリングは、前記処理チャンバのプラズマ条件を検出するために、ＲＦ発振器ピーク間電圧またはインピーダンスマッチングネットワークのコンデンサポジションのうちの一方を含むプロセスパラメータを使用することを備えている請求項１５に記載の方法。
23. 前記プロセスガスは、ＣＯ，ＣＯ_２、またはこれらの分子のうちの少なくとも１つと不活性ガスとの組み合わせからなる請求項１に記載の方法。
24. 前記プロセスガスは、純粋なＣＯ，ＣＯ_２、またはＣＯとＡｒとの組み合わせからなる請求項２３に記載の方法。

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