JPH0831451B2 - プラズマ反応容器のクリーニング方法 - Google Patents

プラズマ反応容器のクリーニング方法

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JPH0831451B2 JP5167347A JP16734793A JPH0831451B2 JP H0831451 B2 JPH0831451 B2 JP H0831451B2 JP 5167347 A JP5167347 A JP 5167347A JP 16734793 A JP16734793 A JP 16734793A JP H0831451 B2 JPH0831451 B2 JP H0831451B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の保守、特に
真空容器から炭素系ポリマー残留物を除去することによ
る装置のクリーニングに関する。本発明は他のタイプの
真空容器および炭素系ポリマー残留物が付着しやすい他
の装置に使用できる。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】プラ
ズマドライエッチング装置または反応容器はその中で電
気的プラズマが半導体ウエハーをエッチングするめに発
生される真空容器である。エッチングは通常フォトレジ
ストマスクによって行なわれる。しばしばウエハーのよ
うに、隣にあるポリシリコン上の酸化膜層を優先的にエ
ッチングすることが望まれる。
【０００３】半導体製造に使用される所定の膜（例えば
二酸化シリコン）のドライエッチングは、製造プロセス
に典型的に使用されるシリコンまたは窒化シリコン基板
に良好な選択性をもたらすフルオロカーボン含有ガスの
使用を含む。ドライエッチングの最も有名な例の１つは
高アスペクト比の二酸化シリコンコンタクトエッチング
である。
【０００４】ドライエッチングプロセスにおいてウエハ
ーは金属の陰極板上に置かれ、そしてプラズマは放電し
て陰極から陽極板へ流れ、そこでウエハーは陰極として
機能する。
【０００５】高アスペクト比のコンタクトのプロセス中
に（ＣＦ4 ＋ＣＨＦ3 ）化学物質が高いエッチング速度
をもたらすために使用され、同時にシリコン基板に対し
て十分な選択性を維持している。コンタクトエッチング
はエッチングされていない表面上に炭素／フッ化物系フ
ルオロカーボンポリマーを選択的に蒸着させることによ
り達成される。このプロセスの結果として、フルオロカ
ーボンポリマーは反応容器表面の接地された部分に付着
する。同様に、他のエッチングプロセスにおいてフルオ
ロカーボンポリマーがシリコン上の二酸化シリコンの優
先的なエッチングをもたらすためにウエハーに塗付され
る。例えば、プレーナシステムにおける二酸化シリコン
のエッチングはＣ2 Ｆ6 により行なわれ、シリコン基板
上の二酸化シリコンのエッチング時に良好な選択性を与
える。選択性はプラズマエッチングプロセスの最大の要
件である。
【０００６】所望のコンタクト分布および基板選択性を
得るために炭素／フッ化物比を最適化しなければならな
い。大部分の場合においてコンタクトエッチングのため
の最適な炭素／フッ化物比により陽極に接地されたドラ
イエッチング反応容器に関して大量のフルオロカーボン
ポリマーの付着プロセスがもたらされる。得られる厚い
ポリマーは直接プロセスの実施に部分的に影響を及ぼ
し、その結果プロセスの安定化に時間がかかり過ぎる。
【０００７】ポリマーの堆積はウエハーが置かれている
領域外の陽極の外側周辺に起こりがちであり、この堆積
はエッチングプロセスを妨害する。フルオロポリマーは
陽極板のようなより低温の表面、および接地されたまた
は電力の供給されていない表面に付着しがちである。
【０００８】容器中においてフルオロカーボンが大量に
堆積すると、ウエハーを汚染する可能性が大きい。その
付着は、所定の数のウエハー、典型的には５００〜８０
０ウエハーの後にクリーニングのため陽極の取り外しを
必要とする。陽極を取り外すことまたは置き換えること
は困難であるため、クリーニングのための取り外しはプ
ラズマドライエッチング装置の停止時間をもたらす。結
果として手作業のクリーニングは非常に時間がかかり、
製造プロセスを大きく妨害する。ポリマー膜付着の問題
は最も選択的な酸化膜エッチングに対して容器クリーニ
ング当りのウエハースループットの最大の制限要因であ
る。「半導体をエッチングするプラズマドライエッチン
グのための温度制御された陽極」という名称の米国特許
第４，８５９，３０４号にはフルオロポリマー残留物と
関連するいくつかの問題が記載されている。
【０００９】現在は酸素を使用するドライエッチングク
リーニング法がフルオロカーボン残留物の除去の問題の
解決に利用されている。酸素は一般にプラズマドライク
リーニングに使用されている。フルオロカーボンポリマ
ーの除去はプラズマイオン化で生成される元素状酸素に
よって行われる。生成する元素状酸素の量はプラズマ源
のイオン化効率に比例する。典型的なエッチング装置の
大部分において、イオン化効率は０．０１〜０．１％の
オーダーである。
【００１０】本発明は酸素の代わりにオゾンを使用する
クリーニングプロセス中に発生する元素状酸素の量を増
加する。オゾンは一般にドライ容器クリーニングへのオ
ゾンの使用とは全く異なったプラズマ酸化膜蒸着および
ウェットクリーニングプロセスに使用される。十分に加
熱すると、オゾンは分解して酸素および遊離基を生成す
る。オゾンの分解はプラズマの励起によって引き起こさ
れる。オゾン発生器から反応容器に注入されるオゾンの
実際の重量百分率は約４．２％である。この数字に基づ
いて、酸素の代わりにオゾンを使用することはフルオロ
カーボンポリマー残留物との反応に２〜３オーダー以上
の大きさの元素状酸素をもたらす。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、オゾン
は容器内から炭素系ポリマー残留物を除去することによ
りドライエッチングまたは他の容器をクリーニングする
ために使用される。炭素系残留物の除去は容器のクリー
ニングを行うために現在使用されている方法の速度より
も有意に大きい速度で行なわれる。
【００１２】本発明の１つの利点は、エッチング容器内
で炭素系ポリマー残留物のドライエッチングクリーニン
グを行なうためより効果的に元素状酸素が発生すること
である。その結果、容器のクリーニングに要する時間が
短縮され、すぐに再び製造を続行することができる。本
発明の別の利点は、高アスペクト比のコンタクトエッチ
ングプロセスの製造価値に大きな影響を与えるドライク
リーニング作業を向上することである。本発明は製造プ
ロセスの停止時間を最小限にする。
【００１３】本発明は添付図面を参照して次の非限定的
な態様の記載を読むことにより良く理解されよう。
【００１４】図１に言及すると、例えばシリコンまたは
窒化シリコンに対する二酸化シリコンの選択的なエッチ
ングを行なうためフルオロカーボンガスを使用すること
のできるプラズマドライエッチング容器が示されてい
る。図１は一般に数字の１０で表示される典型的なプラ
ズマエッチング容器の部分的断面図である。容器１０は
上部端板１２および下部端板１３を有する中空円筒部材
１１で構成される。１対の円筒状でディスク形の上部電
極１６および下部電極１７が容器１０内に間隔を置いて
配置される。アルミニウムなどから作ることのできる下
部電極１７は中央に開口部を有し、中空金属パイプ２７
に固定して接続され、そしてこのパイプは気密ブッシュ
２８により下部端板１３から絶縁されている。パイプ２
７の下端は高周波（ＲＦ）電源２５に接続される。真空
ポンプ２９は容器１０内の真空を維持するように、また
その中で消費したガスを除去するように働く。ポリマー
残留物は数字の３０で表示される。存在する膜３０の量
は図解しやすいように誇張されている。
【００１５】本発明の目的のために、また議論を簡単に
するために、電極１６を陽極、そして電極１７を陰極と
称する。当業者ならば陽極は上部電極である必要はな
く、そして逆もまた同じであることを理解しえよう。
【００１６】好ましい態様には容器１０内に発生したプ
ラズマ電界により活性化される容器１０内のエッチング
ガスを使用する現場クリーニング法が含まれる。プラズ
マ電界は２５で高周波（Ｒ）電界により発生する。この
タイプのクリーニングは反応により生成した粒子の付着
が酸化プロセスよりも多い化学蒸着プロセス、並びにプ
ラズマエッチングおよびプラズマ化学蒸着プロセスに使
用されるチューブ炉に応用できる。
【００１７】別法にはポータブルプラズマ発生器を用い
た現場容器クリーニングが含まれる。プラズマ発生器は
容器の内側に配置され、そこで容器内に流し込まれるエ
ッチングガスを活性化する。ガスは汚染物をエッチング
して取り除く。
【００１８】ポリマー膜３０が容器器材上で規定標準を
越えて粒子汚染をもたらすのに十分な厚さになると、す
べてのウエハーがシステムから取り出される。プロセス
容器１０から容器内の標準プロセスガスが排気される。
ダミーウエハー１４がクリーニングサイクルの間デリケ
ートな器材（例えば冷却装置の裏側）を保護するため反
応容器内に配置される。
【００１９】次に、クリーニングサイクルに伴うプロセ
スガスが陽極１６を通して反応容器１０に流し込まれ
る。ガスの流れの方向は矢印で表示される。高周波（Ｒ
Ｆ）電圧２５が容器に加えられ、オゾン含有反応性種
（すなわちクリーニングガス）が励起される。オゾンプ
ラズマは容器表面１１，１２，１３，１６，１７上のフ
ルオロカーボンポリマー３０と反応して揮発性の残留物
を生成する。次に、反応性ガスおよび揮発性残留物はメ
カニカルポンプ２９を通して反応容器から排気される。
【００２０】クリーニングプロセスの時間は容器１０内
に存在する残留物３０の量と関係があり、通常は１５〜
３０分である。クリーニングの間隔は粒子規格値に基づ
いて設定され、その規格値は当業者ならば知っていよ
う。
【００２１】好ましい態様において、２段階プロセスが
利用される。第１段階は１００〜５００ミリトルの圧力
を用いた低圧段階である。この段階は電力の供給された
電極（すなわち陰極１７）上のクリーニングに専念する
ために使用される。
【００２２】第２プロセス段階は側壁および陽極のよう
な接地された反応容器構成部分のクリーニングを効果的
に行うための高圧段階である。好ましい圧力の範囲は５
００ミリトル〜１０トルであり、そして１０００ミリト
ルが特に好ましい。
【００２３】他のプロセスパラメーターは実質的に低圧
および高圧段階と同じである。オゾン流量は通常５０〜
５００ｓｃｃｍであり、この範囲はオゾン発生器から一
般に得られるオゾンの量に基づくものである。取り入れ
るオゾンの好ましい濃度は反応容器１０を通過する全ガ
ス流の分子量の約１〜４％である。勿論、本プロセスの
ためには得られるオゾンは最高濃度であることが望まし
い。ＮＦ3 またはＣＦ4 のようなフッ素含有種の添加は
炭素系残留物の除去を向上することがわかった。このよ
うなフッ素系添加剤の好ましい範囲は１０〜１００ｓｃ
ｃｍである。システムに加える電力は好ましくは１３．
５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）で１〜５Ｗ／ｃｍ2 であ
る。
【００２４】両方の態様において、オゾンガスは容器１
０内にプラズマの形態で導入され、その後元素状酸素が
フルオロポリマー残留物と反応する。次に、最終生成物
はメカニカルポンプ装置２９を通して容器１０から排気
される。図２は残留物３０が除去された後の容器１０の
外観を示す。
【００２５】化学反応は下記のように表される： （Ａ） Ｏ2 ・・・→ Ｏ＋Ｏ （Ｂ） Ｏ3 ・・・→ Ｏ2 ＋Ｏ （Ｃ）Ｏ＋炭素系ポリマー・・・→ ＣＯ＋ＣＯ2 ＋他
の揮発性最終生成物
【００２６】反応（Ａ）は酸素分子の２個の酸素原子
（元素状酸素とも称する）への分解を示す。酸素原子は
非常に反応性であり、酸素原子が再結合するのを防止す
ることは困難である。生成する元素状酸素の量はプラズ
マ源のイオン化効率に比例する。典型的なエッチング装
置の殆どは、イオン化効率が０．０１％〜０．１％のオ
ーダーである。
【００２７】反応（Ｂ）はオゾン分子の１個の酸素分子
および１個の酸素遊離基への分解を示す。十分に加熱す
ると、オゾンは分解して酸素分子および遊離基を生成す
る。オゾンの分解はプラズマ励起により行なうことがで
きる。オゾン発生器から反応容器に注入されるオゾンの
実際の重量百分率は約４．２％である。
【００２８】反応（Ｃ）はクリーニングプロセス中に生
じる酸素遊離基と炭素系ポリマーとの間の化学反応を示
す。
【００２９】これまで引用したすべての米国特許および
特許出願は参考文献として本明細書に組み込まれる。
【００３０】本明細書で図示され、詳細に開示されたよ
うなフルオロカーボンポリマー残留物のための特定の方
法は前述した目的および利点を完全に達成することがで
きるが、これは本発明の好ましい態様の単なる実例であ
り、また本発明は特許請求の範囲に記載された、および
本明細書で明らかにされた構造または設計の詳細に限定
されるものではないことは理解されよう。例えば、好ま
しい態様は二酸化シリコンエッチングにおけるフルオロ
カーボンに関して記載されているが、当業者ならば本発
明をクロロ−炭素残留物のような炭素系ポリマー残留物
が付着する他の容器に応用できることを理解するであろ
う。さらに、プラズマ反応容器に使用することのできる
構造要素に関して幅広い選択の自由がある。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オゾンを用いて容器内の炭素系ポリマー残留物を除去す
ることによるプラズマ反応容器のクリーニング法が提供
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】容器のクリーニング前の平面ドライエッチング
装置の部分的断面図。
【図２】本発明のプロセスに従った容器のクリーニング
後の平面ドライエッチング装置の部分的断面図。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−4530（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−225321（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−156634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−250185（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−244719（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−102824（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応容器１０にオゾンガスを導入する工
    程； 前記反応容器１０に第１プラズマを励起する工程、前記
    第１プラズマにあるオゾンは炭素系残留物３０と反応し
    流動性残留物を生成する； 前記第１プラズマにおいて圧力を増加させることにより
    第２プラズマを生成する工程、前記第２プラズマにある
    オゾンガスは前記炭素系残留物３０とさらに反応しより
    多くの流動性残留物を生成する；及び 前記反応容器１０から前記流動性残留物を除去する工
    程； とを含む反応容器１０のクリーニング方法 。
  2. 【請求項２】 前記第１プラズマは約１００〜５００ミ
    リトルの圧力で、約１〜５Ｗ／ｃｍ 2 のパワー密度を有
    し、そして前記第２プラズマは約５００ミリトル〜１０
    トルの圧力で、約１〜５Ｗ／ｃｍ 2 のパワー密度を有す
    る請求項１記載のクリーニング方法。
  3. 【請求項３】 前記反応容器１０はパワー電極１７およ
    び接地された構成部分１１，１２，１３を有し、前記第
    １プラズマは前記パワー電極１７をクリーニングし、そ
    して前記第２プラズマは前記接地された構成部分１１，
    １２，１３をクリーニングする請求項１または２記載の
    クリーニング方法。
  4. 【請求項４】 前記オゾンが約５０〜５００ｓｃｃｍで
    前記反応容器１０に供給される請求項１〜３いずれか１
    項記載のクリーニング方法。
  5. 【請求項５】 前記オゾンは酸素から生成され、前記オ
    ゾンは前記反応容器１０を通過する全ガス流の分子量の
    約１〜４％であり、また前記オゾンはイオン化されてＯ
    2 およびＯ - となり、前記Ｏ - は前記炭素系残留物と反
    応して前記流動性残留物を生成する請求項１〜４いずれ
    か１項記載のクリーニング方法。
  6. 【請求項６】 前記炭素系残留物３０がフルオロカーボ
    ン残留物である請求項１〜５いずれか１項記載のクリー
    ニング方法。
  7. 【請求項７】 フッ素含有ガスでさらに前記第一及び第
    二プラズマを増強することをさらに含む請求項１〜６い
    ずれか１項記載のクリーニング方法。
  8. 【請求項８】 前記フッ素含有ガスは約１０〜１００ｓ
    ｃｃｍで前記反応容器中に流し込まれ、前記フッ素含有
    ガスはＮＦ 3 およびＣＦ 4 の少なくとも１つ を含む請求
    項７記載のクリーニング方法。
  9. 【請求項９】 前記第一及び第二プラズマは高周波電界
    によって励起され、前記高周波電界は１３．５６ＭＨｚ
    であり、前記第一及び第二プラズマは約１５〜３０分間
    発生される請求項１〜８いずれか１項記載のクリーニン
    グ方法。
JP5167347A 1992-06-15 1993-06-15 プラズマ反応容器のクリーニング方法 Expired - Fee Related JPH0831451B2 (ja)

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