JPH09186143A - プラズマチャンバ表面から副生成物をクリーニングするための方法及び装置 - Google Patents

プラズマチャンバ表面から副生成物をクリーニングするための方法及び装置

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JPH09186143A
JPH09186143A JP8327062A JP32706296A JPH09186143A JP H09186143 A JPH09186143 A JP H09186143A JP 8327062 A JP8327062 A JP 8327062A JP 32706296 A JP32706296 A JP 32706296A JP H09186143 A JPH09186143 A JP H09186143A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、 プラズマチャンバ表面から副生
成物をクリーニングするための方法及び装置を提供する
ものである。 【解決手段】 本発明は、酸素又は原子状酸素含有種が
存在しない塩素及びフッ素含有ガスのある種の混合物を
使用して単一のプラズマ活性ドライクリーニングステッ
プを提供することにより必要なチャンバの湿式清浄化の
間隔を拡張するものである。この単一のクリーニングス
テップは、（ａ）等しいか、より多い量のフッ素含有ガ
スと、等しいか、より少ない量の塩素含有ガスからなる
ハロゲン含有プラズマ反応ガス混合物を、原子状酸素含
有種を実質的に含まない真空プラズマプロセスチャンバ
内へ導入することと、（ｂ）前記反応ガスのプラズマを
発生させることと、及び（ｃ）前記プラズマ及び／又は
発生した種を、プラズマガスが選択的に有機残渣及び金
属残渣と反応し、チャンバの出口ポートを通じてチャン
バから除かれるガス種に揮発化させるチャンバの内部表
面に付着している蓄積した残渣に接触させることとを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空処理チャンバ
の内部表面上に蓄積した、先行して堆積した寄生的汚染
物残渣を除去する方法及び装置に関する。より詳細に
は、本発明は、プラズマプロセスチャンバの内部部品及
び表面上に半導体残渣蓄積物を除去するために、ある種
のハロゲン化洗浄化ガスを供するプラズマ装置及びドラ
イークリーンエッチングプロセスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しょうとする課題】半導体
装置の幾何学的サイズがより小さくなるにつれ、限界寸
法の均一性及び正確性の維持可能性はより厳しいものと
なっている。半導体プロセス反応装置で実行されるプロ
セスの多くは、プロセスチャンバ壁上に汚染物堆積を残
留させ、陸積して半導体装置を製作する上で有害となる
パーティクル物質の源となる。半導体基板構造の寸法サ
イズがより小さくなるにつれて、半導体ワークピースの
表面上の汚染パーティクル物質を無くすることは、今ま
で以上により重要な目標となっている。 半導体プロセ
スチャンバ壁上に蓄積した粒子状汚染堆積物は、金属エ
ッチングプロセスがチャンバ内で実施された場合に特に
重要である。特に、アルミニウムパターンのエッチング
は、相対的に大量のそのような蓄積をもたらす。このア
ルミニウム膜は、プラズマ成分としてハロゲン及びハロ
ゲン化炭素ガスを含む何種類かの反応性ガスを用いて一
般的にエッチングされる。より詳しくは、使用されるエ
ッチャントガスは、主に、塩素（Ｃｌ2）及び三塩化ホ
ウ素（ＢＣｌ3）の塩素含有ガスであり、これらはエッ
チング時には揮発性の塩化アルミニウム化合物を形成可
能とするものであり、揮発性物質は真空を使用すること
でエッチングプロセスから除かれることとなる。しかし
ながら、揮発性の塩化アルミニウム化合物とともに、他
の活性塩素、及びホウ素含有種が形成され、これはエッ
チングプロセスチャンバ内に存在する酸素及び水、また
はパターン化ホトレジストからの有機物種と反応可能で
あり、その結果プロセスチャンバの内部壁上及び内部表
面上に非揮発性の汚染堆積物を形成する。時間経過に従
い、この汚染堆積物の厚さが増加し、付着した堆積物は
表面から簡単に剥がれ落ち、小さく砕け、その結果、ワ
ークピース上に落ちて付着し、汚染を引き起こしてウエ
ハワークピースの欠陥となる。これらの条件下でのウエ
ハの重大な欠陥発生を避けるために、チャンバは運転停
止し、主洗浄を実施しなければならない。
【０００３】知られているプラズマチャンバ清浄化方法
は、プラズマエッチングチャンバを開けて、チャンバの
部分を取り外し、物理的又は化学的方法で汚染堆積物を
取り除くものである。例えば、チャンバは、水及びイソ
プロピルアルコールの溶液で濯ぐか、又は、種々の汚染
物を溶解する溶媒を用いて手で洗うかである。エッチン
グチャンバは、又は、水で洗い、アルコールで拭い、乾
燥させることも可能である。すべてのこれらの「湿式(w
et)」清浄化方法は、複雑で、破壊的であり、時間を要
するものであり、これがまたさらなる汚染源ともなる。
さらに、主清浄化プロセスは、大型のプラズマ反応装置
の場合、生産ロスタイムは２４時間になり、この清浄化
による生産上の障害は極めて高価につく。
【０００４】プラズマ励起ドライ−クリーニングプロセ
スは存在し、金属エッチング反応チャンバの内部壁と付
着した汚染物が四塩化炭素及び酸素を用いてプラズマエ
ッチングすることのより取り除かれるものである。しか
し、現在知られているプラズマ励起ドライークリーニン
グシステムは、ドライクリーニング時間間隔が、金属エ
ッチングプロセス自体に必要な時間の約５％から１０％
に等しくなるものである。
【０００５】さらに、従来技術のチャンバドライクリー
ニングプロセスは、Ｃｌ2，ＣＣｌ4，ＨＣｌ，ＣＦ4，
及びＣ2Ｆ6のようなプラズマイエッチングハロゲン化ガ
スを使用するものである一方、一般的には酸素又は過酸
化水素のような酸化剤を使用するものであり、これら酸
素化物は確実に欠点を有するものである。例えば、ハロ
ゲン化化合物と、酸素又は酸素含有ガスを含む金属エッ
チングドライークリーニング処方は、不満足なものであ
ることが見出されている。その理由は、粉状のアルミニ
ウム酸ハロゲン化物の副生成物が形成され、これらは、
もともと除去されるべきものと等しいワークピース汚染
物であるからである。
【０００６】米国特許第５，３５６，４７７号明細書
（Ｃｈｅｎ等、１９９４年、１０月１８日）には、塩素
含有ガスと酸素含有酸化剤の混合物をプラズマプロセス
チャンバに導入し、クリーニングガスプラズマを、チャ
ンバの内部表面上の有機及び金属含有残渣プラズマ取り
除くべく活性化するという単一ステッププラズマ清浄化
方法が開示されている。この特許は、清浄化ガス混合物
としてさらにＣＦ4のようなフッ素化ガスを加えること
もできることを教示する。このクリーニングガス処方と
プロセスは、プラズマチャンバの内部表面から残渣を効
率的に除去する一方、酸素含有ガスの使用は、特許のド
ライクリーニング処方の必要な部分であり、望ましくな
いアルミニウム酸フッ化物であってこの清浄化技術の副
生成物たる固体状粉末汚染物の形成するゆえに本質的に
問題があるものである。
【０００７】米国特許第４、７８６、３５９号明細書
（Ｇａｂｒｉｃ等、１９９４年、１月２５日）には、プ
ラズマクリーニングプロセス及び装置が記載されてお
り、Ｃ2Ｆ6、又はＣＦ4のようなフッ化炭素物と、オゾ
ン／酸素混合のようなエッチングガス処方がＲＦ領域に
おいて励起周波数で真空チャンバ内で活性化され、チャ
ンバクリーニングが高エッチング速度で効率的に実施さ
れる。特許は、ハロゲン化炭素エッチングガスの使用
は、プラズマ反応装置内に重合体膜堆積をもたらすこと
を教示し、また、そのような形成物はそのようなガスの
使用においては負因子となることを示す。酸素／オゾン
混合物の加えることはそのような重合体形成を抑制し、
従って、特許のエッチングガスの必要不可欠の成分であ
る。さらに、上で参照した従来技術のドライクリーニン
グ処方においては、このエッチングガス混合物は、例え
ばアルミニウム酸フッ化物のような、固体の寄生的フッ
化アルミニウム副生成物を生成するものである。
【０００８】参照された全てのドライクリーンの従来技
術は、ハロゲン及び／又はハロゲン化炭素ガスおよび酸
化剤を含むクリーンエッチングガス混合物のプラズマ活
性化を記述している。これらのクリーニングガス処方お
よびプロセスは、効率的にチャンバ内の内部汚染残渣を
取り除く一方、ウエハプラズマプロセスシステムでのワ
ークピース汚染である非揮発性アルミニウム酸ハロゲン
化物を生成する酸素含有ガスを使用するゆえにその技術
は本質的に限定的なものとなるさらに、アルミニウム酸
フッ化物のようなアルミニウム酸ハロゲン化物は、固体
の粉状の形状であり、ガス供給プレートの穴のようなプ
ロセスチャンバ内の小さなオリフィスをつまらせる。そ
れゆえ、ハロゲンガスドライクリーンエッチングにおい
て酸素化種のいかなる使用も、同じく、望ましくないウ
エハ汚染及びプロセスを弱める生成物である粉状のアル
ミニウム酸ハロゲン化物を生成する。
【０００９】プラズマプロセスチャンバ壁上の汚染堆積
は、プラズマ中でのイオン衝撃又は化学反応により取り
除くことが可能である。プラズマチャンバ壁は通常電気
的に接地されているので、チャンバ壁自体へのイオン衝
撃（スパッタリグ効果）は一般的にはそれほど効果的で
ない、また化学反応はチャンバ表面を清浄化するに好ま
しいものである。化学反応を用いて汚染堆積物を取り除
く最も好ましい方法は、プラズマプロセスチャンバから
すん食うポンプにより除かれるようにその堆積物を揮発
性種に変換することである。それゆえ、ドライクリーニ
ングプラズマプロセスチャンバ（特に金属エッチングチ
ャンバ）の方法であって、プロセスチャンバ表面の汚染
堆積物を簡単にプロセスチャンバから取り除かれる揮発
性種に変換し、望ましくない副生成物をそれ以上発生し
ない 方法を提供することは望ましいことであろう。
【００１０】効率的なプラズマチャンバドライクリーニ
ング方法であって、進行中のウエハエッチングプロセス
とは独立して、又はその一部として操作できる方法を持
つことはさらに好ましいことであろう。そのような間欠
的クリーニング技術は、ウエハ処理プロセス能力をそれ
ほど邪魔はしないであろうし、プラズマチャンバの内部
表面上のクレーク状の汚染エッチング副生成物の蓄積を
阻止するであろう。そのようなそのまま（in situ)清浄
化技術の全体としての有利な点は、プロセスされている
ウエハ（よりすくない汚染、又は欠陥のよりすくないワ
ークピース）の改善された品質管理であり、通常の湿式
クリーニングにおいて必要なプラズマチャンバの運転停
止を減らすことである。大型のチャンバにおいてはその
ような運転停止により、２４時間の真空チャンバのコス
ト的に割合わない期間となり、従って、プロセスされた
ワークピースの製造ロスとなる 本発明は、真空プラズマプロセスチャンバの内部表面及
び部材上で既に堆積した寄生的残渣の除去のために、原
子状酸素の全くないプラズマ環境で使用される正確なド
ライクリーニング化学種処方の発見に基づくものであ
る。無機ガスを含む塩素及びフッ素のガス混合物は、プ
ラズマ処理チャンバの内部部材及び表面のプラズマドラ
イクリーニングにおいて効果的であることが見出され
た。清浄化の機構はよく知られていないが、本発明の無
機ガス処方はＮＦ3のようなフッ素含有ガスを含むもの
であり、炭素物質を取り除くプラズマ条件下でおそらく
有機物残渣と反応するものと考えられるであろう。１つ
の可能性のある全反応は次の式で与えられる。
【００１１】４ＮＦ3 ＋ ３Ｃ −−−−−−＞
３ＣＦ4 ＋ ２Ｎ2 塩素含有ガスはおそらく、金属汚染物残渣と反応し、ガ
ス状の金属塩化物ＡｌＣｌx、最もありうるのはＡｌＣ
ｌ3 を生成すると考えられる。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、半導体プロセスチャンバの内
部表面に蓄積された汚染プラズマプロセス副生成物の蓄
積を清浄化し、制御し、それゆえチャンバの主清浄化に
必要な装置の停止時間を大きく減少させる方法を提供す
るものである。本発明は、酸素又は原子状酸素含有種が
存在しない塩素及びフッ素含有ガスのある種の混合物を
使用して単一のプラズマ活性ドライクリーニングステッ
プを提供することにより必要なチャンバの湿式清浄化の
間隔を拡張するものである。この単一のクリーニングス
テップは、（ａ）等しいか、より多い量のフッ素含有ガ
スと、等しいか、より少ない量の塩素含有ガスからなる
ハロゲン含有プラズマ反応ガス混合物を、原子状酸素含
有種を実質的に含まない真空プラズマプロセスチャンバ
内へ導入することと、（ｂ）前記反応ガスのプラズマを
発生させることと、及び（ｃ）前記プラズマ及び／又は
発生した種を、プラズマガスが選択的に有機残渣及び金
属残渣と反応し、チャンバの出口ポートを通じてチャン
バから除かれるガス種に揮発化させるチャンバの内部表
面に付着している蓄積した残渣に接触させることとを有
する。
【００１３】本発明を他と区別するものとしては、ハロ
ゲン含有プラズマ反応ガスのある混合物は、酸素の存在
なしでプラズマ活性となり、その結果プラズマは、チャ
ンバ内部表面に接触し、チャンバから表面付着残渣を効
率的かつ効果的に揮発化することである。本発明の清浄
化技術は半導体の進行中のプラズマプロセスと独立した
プロセスとして、又は副次プロセスとして使用され得
る。このようにして、チャンバの主湿式清浄化に必要な
運転停止間隔はより少ない回数となり、それにより半導
体のプラズマプロセスの全体のコスト効率を改善するも
のである。
【００１４】アルミニウムのプラズマエッチングはプラ
ズマプロセスチャンバ内で実施される場合、チャンバ壁
に見出される非蒸発性汚染堆積物の少なくとも一部は、
ＡｌxＣｌyの重合体形状である。ここでｘおよびｙは約
１から約５の間の数である。
【００１５】一般的には、これらの非蒸発性汚染堆積物
は、プラズマエッチングの間にエッチングチャンバ内
で、炭素、ホウ素、窒素、水素のような種々の元素の存
在により形成される。本発明の無機ハロゲンガス混合物
を実質的に酸素のない環境下で使用する反応チャンバの
プラズマドライクリーニングは、これらの汚染物群のね
らい撃ちを可能としチャンバから揮発化かつ迅速に取り
除くことを可能とする。
【００１６】さらに、本発明のドライクリーニング処方
は、他の金属酸ハロゲン化物のような望ましくない固体
汚染副生成物を形成しない。この金属酸ハロゲン化物
は、蓄積ＡｌxＣｌyで汚染されたチャンバのエッチング
ドライクリーニングにおいて通常予想されるものであ
る。
【００１７】本発明に先行して、ＮＦ3、ＳＦ6、又はＦ
2、およびＣＦ4Ｃ4Ｆ8のようなフッ化物ガスを、酸素Ｏ
2との組合せで使用することは通常によく知られてお
り、そして、蓄積した有機残渣を取り除くたＭねいドラ
イエッチング清浄化において効果的であった。しかし、
これらのプラズマ反応ガスは汚染副生成物である、アル
ミニウム（ＡｌxＯyＦz）を発生する。アルミニウム酸
フッ素化物の形成は、一般的には避けられないものと考
えられていた。清浄化処方には酸素が実際には存在する
からである。本発明のエッチングドライクリーンガス処
方は、等しいかより多い体積量のプラズマ反応無機フッ
化物ガスと、等しいかより少ない体積量の無機塩化物ガ
スの混合物を、酸素種が実質的にないプラズマ環境で使
用することにより望ましくない副生成物が形成するとい
う予想を打ち破るものである。
【００１８】本発明は、プラズマプロセス装置及びその
内部表面を清浄化する方法であって、実質的に原子状酸
素のないプラズマ環境下で本発明のハロゲンエッチング
ガス混合物処方を用いるものを提供する。さらに、副次
プロセスとして本発明のエッチングドライクリーニング
技術を用いることを含む半導体ワークピースのプラズマ
エッチングの方法を提供する。本発明の無機ハロゲンガ
ス混合物の効果及び効率は、進行中のプラズマエッチン
グプロセスにおいて、それを間欠的またはそのままのス
テップとして使用可能とするものである。そのような応
用の有利な点は、主湿式清浄化のためのひんぱんなチャ
ンバ運転停止をすることなく、従ってウエハ処理能力を
損なうことなく、チャンバの内部表面から継続的に汚染
残渣を除去することを含むものである。さらに、本発明
のクリーニング技術は、プラズマエッチングプロセスに
おいては浮遊する粒子状汚染物に必然的になるフレーク
状の蓄積を避けるべくいつでもにまた非破壊的な頻度で
使用され得るものである。
【００１９】本発明の方法は次のステップを有するもの
である、 ａ）等しいか、又はより体積的に多いフッ素含有ガス
と、等しいか、又はとり体積的に少ない塩素含有ガスの
ガス混合物をプラズマプロセスチャンバへ導入するステ
ップと、 ｂ）プラズマ反応ガス混合物を活性化して原子状酸素含
有種が実施的にない環境下でプラズマを形成するステッ
プと、および ｃ）チャンバの内部表面をプラズマの揮発性反応種と接
触させて、蓄積された固体プラズマプロセズ残渣の少な
くとも一部が揮発化されチャンバから除くステップ。
【００２０】本発明は、さらに、ワークピースの残渣制
御プラズマプロセスの方法に関するものであり、 ａ）チャンバとお互いに逆に向けられた一対の電極から
なるプラズマプロセス装置を与えて、 ｂ）チャンバ内で、一方の電極が半導体ワークピースを
保持し、プラズマ放電条件を発生するに十分な電気エネ
ルギーを供給して、 ｃ）電極に供給されている電気エネルギー条件下でプラ
ズマ生成可能な反応ガスをチャンバへ流して、 ｄ）固体残渣が生成され汚染堆積物としてチャンバの内
部壁に付着するところで、ワークピースをプラズマプロ
セスして、 ｅ）ワークピースをチャンバから取りだして、さらに ｆ）次の、 １）等しいか又は体積的により多い量のフッ素含有ガス
と、等しいか又は体積的により少ない量の無機塩素含有
ガスの反応性ハロゲンガス混合物を、原子状酸素種が実
質的にないチャンバの内部空間に導入して、 ２）反応性ハロゲンガス混合物のプラズマを発生し、さ
らに ３）チャンバの内部表面に付着している蓄積した汚染堆
積物をそのプラズマ（及び／又は反応種）と接触させ
て、プラズマが残渣をガス性種に変換し、チャンバから
除く、ことからなるドライクリーニングステップとを有
する方法に関するものである。
【００２１】本発明は、また、ワークピースをプロセス
する、金属チャンバと、プラズマ発生物質と前記エッチ
ングチャンバへそのような物質を導入する手段と、プラ
ズマを発生するための前記チャンバ内の電極に電気的に
結合され電磁気エネルギー源を有するプラズマ装置の改
良であって、その改良は、等しいか又は体積的により多
い量のフッ素含有ガスと、等しいか又は体積的により少
ない量の無機塩素含有ガスの反応性ハロゲンガス混合物
からなるプラズマ発生ガスを、原子状酸素種が実質的に
ないプラズマ環境への導入の調整手段を含むものであ
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明のプラズマプロセス方法に
おいて、あるハロゲンエッチングガスの混合物が、プラ
ズマプロセス装置の内部表面をドライクリーニングする
処方として使用されるものである。本発明のガス混合物
のドライクリーニングへの応用は、実質的に酸素種がな
いプラズマ環境下で実施される。このガス混合物の１つ
は、ＳＦ6ＮＦ3、ＣｌＦ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、およびＣ4
Ｆ8のようなフッ素含有ガスである。
【００２３】他のガスは、Ｃｌ2、ＨＣｌ、ＢＣｌ3、Ｃ
Ｃｌ4、及びＳｉＣｌ4のような無機の塩素含有ガスであ
る。本発明のハロゲン化清浄化ガス混合物は、等しいか
又は体積的により多い量のフッ素含有ガスと、等しいか
又は体積的により少ない量の塩素含有ガスを含む好まし
い混合物を有効とするために別のガス流速度でチャンバ
へ供給される。好ましくは、ハロゲンガス混合物は、体
積の大部分がフッ素含有ガスを含むものであり、より好
ましくは、ガス混合物の体積で５０％より多い（しかし
９０％を越えない）ものである。プラズマプロセスチャ
ンバの内部表面の効果的なドライクリーニングを可能と
するのは、原子状酸素種が実質的にないプラズマ環境で
操作する反応ガス混合物による結合的効果である。
【００２４】本発明は、さらに、本発明のハロゲンガス
混合物によるプラズマドライクリーニングによりプラズ
マ反応チャンバの内部表面から汚染パーティクル除去の
ための方法及び装置、に関する。本発明は、金属製ワー
クピースのプラズマエッチングにおいて発生する寄生的
汚染体積物を取り除くに特に有用である。このプロセス
は次の好ましい実施例において、金属エッチングプロセ
スにおいて発生する有機金属的堆積物、特にアルミニウ
ムを含む有機金属物質及び化合物の蒸発という言葉で説
明されている。しかし、本発明の無機ハロゲンガス混合
物を、プラズマエッチングシステムで、プラズマ発生副
生成物を揮発させ、プラズマチャンバ壁から取り除く目
的のために使用するという考えは、半導体プロセスチャ
ンバに対し一般的に応用可能である。
【００２５】エッチングチャンバのドライクリーニング
で使用されるＳＦ6のようなフッ素含有ガスは、使用さ
れる本発明のハロゲン化エッチングガス混合物の全量の
約５０から９０体積％の範囲となるべきである。従っ
て、塩素含有ガスは、約１０から５０体積％となるべき
である。好ましくは、フッ素含有ガスの量は約５２％か
ら８８体積％の範囲である。そのようにすると例えば、
本発明のエッチャントガス混合物は、９リットルのエッ
チングチャンバへ、約２０標準立方センチメーター毎分
（ｓｃｃｍ）から約６０ｓｃｃｍの流速で流される場
合、フッ素含有ガスの流速は約１０ｓｃｃｍ（２０ｓｃ
ｃｍの５０体積％）から、約５４ｓｃｃｍ（６０ｓｃｃ
ｍの９０体積％）となる。より大型または小型のエッチ
ングチャンバが使用される場合には、流速はそれぞれ、
増加または減少方向へ調節されるが、プロセスで使用さ
れるドライエッチャントガス混合物の全量に対してフッ
素含有ガスの比は同じに保持される。
【００２６】本発明のドライクリーニングエッチングプ
ロセスのためのエッチングチャンバへ流されるエッチャ
ントガスの全量は、チャンバのサイズ及びウエハのサイ
ズにいくぶん依存する。通常、容量結合プラズマエッチ
ングシステムであるAppliedMaterials Precsion 5000 M
ERIE Etch Systemのような約１３リットルのエッチング
チャンバについては、全ガス流は、約２０ｓｃｃｍと約
５００ｓｃｃｍの間にあることが適しており、好ましく
は、約２００ｓｃｃｍ以下に保持されるものである。誘
導結合プラズマエッチング反応装置のような他のエッチ
ングチャンバについては、ガス流速は調整が必要となる
であろう。
【００２７】ドライクリーンプロセスは、プラズマチャ
ンバ壁上に堆積された無機及び有機の寄生的堆積物を揮
発させるために活性種の適当な濃度を達成するための通
常のプラズマグロー放電プロセス条件下で実施され得
る。必要なことは、フッ素含有ガスは、体積的に塩素含
有ガスよりも等しいか又はより多いことである、従っ
て、フッ素含有ガスは、塩素含有ガスよりもより大きな
速度でチャンバへ導入されることである。このガス流差
は特に重要である、塩素含有ガスが多いと効果的なドラ
イクリーニングとならず、フッ素含有ガスの体積で９０
％を越える混合物は、望ましくない汚染物であり、粉状
アルミニウムフッ化物種ＡｌxＦzの形成をもたらす。容
量結合エッチング装置を使用するドライクリーニングエ
ッチングプロセスにおいて、フッ素含有ガスのガス流速
は、一般的には、３０ｓｃｃｍから５０ｓｃｃｍの範囲
である、一方塩素含有ガスのガス流速は１４０から２０
ｓｃｃｍの範囲である。誘導結合エッチング装置を使用
するドライクリーニングエッチングプロセスにおいて、
フッ素含有ガスのガス流速は、一般的には、９０ｓｃｃ
ｍから１５０ｓｃｃｍの範囲である、一方塩素含有ガス
のガス流速は８０から２０ｓｃｃｍの範囲である。
【００２８】（ａ）ガス混合物の成分及び流速、（ｂ）
チャンバ圧力、（ｃ）チャンバ壁温度、（ｄ）ワークピ
ースペディスタル温度、及び（ｅ）供給ＲＦ電力レベ
ル、のプロセス変数は最適のプラズマドライクリーニン
グを達成するために選択され得る。上で示したが、炭素
含有ガスは本発明のプラズマ汚染除去プロセスで操作可
能である、しかし、そのような有機ガスはプラズマ放電
条件下である程度重合するものであることは理解される
べきである。そのような重合体生成およびその後のチャ
ンバ内部状での堆積は、本発明の無機ハロゲンガス処方
のエッチングドライクリーニング使用においては逆効果
である。この理由で、無機フッ素含有ガスが本発明にお
いては実際上好ましいものである。有機フッ素含有エッ
チャントガスは効果的であり、本発明の実施において操
作可能であることはしかし理解されＲべきである。
【００２９】本発明の範囲内のフッ素含有ガスは、ＳＦ
6、ＮＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8及びその混合物を含
む。好ましいフッ素含有ガスはＳＦ6、ＮＦ3を含むガス
の無機物のものである。混合物の第２の成分としてのの
塩素含有ガスは、Ｃｌ2、ＨＣｌ、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4、
ＳｉＣｌ4及びそれらの混合物が含まれる。
【００３０】通常のプラズマ補助アルミニウムエッチン
グは、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、及びオプションとしてＮ2のプ
ロセスガス混合物が使用される。塩素を用いたアルミニ
ウムエッチングプロセスの間、基板上のアルミニウムは
塩素原子と反応し、可能性として、塩素含有分子と反応
し、揮発性塩化アルミニウム種を形成する。このエッチ
ング副生成物のいくらかはチャンバからポンプで除去さ
れる、一方そのいくらかは、プロセスチャンバ内の他の
反応種であるパターン用ホトレジストからの有機種と反
応するかまたは付加して、非揮発性物質を与え、その多
くは、プロセスチャンバ壁表面上に強い汚染として緩く
堆積されるものである。
【００３１】本発明のハロゲンガス混合物を用いる発明
のプラズマエッチングドライクリーニングプロセスは、
従来の容量放電（平行板）プラズマ発生装置との組合
せ、又は誘導結合プラズマ発生装置との組合せで使用可
能である。本発明のエッチングプロセスの間エッチング
チャンバに伴うプラズマは、エッチングチャンバ内で発
生したプラズマ、又はエッチングチャンバ自体に向かっ
て発生したプラズマを含見得るものであり、反応種はプ
ラズマ源からチャンバへ向かって流れ下りる。
【００３２】図１は従来の、閉鎖型金属プラズマエッチ
ングチャンバ１１０を含む平行板エッチング装置１００
を示すものであり、頂部蓋１１２、通常アルミニウム製
の側壁１２２、及び、チャンバの内部空間の部分真空の
ための排気真空ポンプ（図示されず）への結合１１５を
有するチャンバハウジング１１４を有する。エッチャン
ト及び本発明のドライクリーニングガスは、バルブ付き
流入システムを経てガスが供給されるガス供給プレート
１１６を通じてチャンバ１１０へ入る。装置は、さら
に、この装置はＲＦ電力供給源１１７を含み、これはワ
ークピース保持ペディスタル１２０として作用するカソ
ードと、チャンバ壁１２２、チャンバハウジング１１
４、チャンバ蓋１１２、及び接地アノードとして作用す
るガス供給プレート１１６との組合せで作動するもので
ある。ワークピース１２１はペディスタル１２０の上に
保持され、これは接地アノードチャンバ壁１２２からは
シールド（図示されず）され、隔離されている。プラズ
マエッチングシステムは、通常ワークピース１２１の一
般的領域１１８に反応ガスプラズマが集まるように、ガ
ス供給プレート１１６とペディスタル１２０の間にガス
を引き込むように構成されている。しかし、プロセスウ
エハ１２１を取り除き、本発明のガス処方を導入するこ
とにより、進行中のウエハワークピース１２１エッチン
プロセスで形成された蓄積汚染物を内部表面からドライ
エッチングクリーニングすることが可能である。
【００３３】図１において、プラズマがプラズマチャン
バ１１０の領域１１８でペディスタル１２０にＲＦ電源
を供給することにより発生する。プラズマ領域１１８の
外部境界は、エッチングチャンバ１００の操作パラメー
ターに依存する。エッチングガスはプラズマチャンバ１
１０から、供給される真空（図示せず）に応じて管１１
５を通じて出ていく。基板ワークピース１２１の温度
は、ワークピース１２１と保持プラットホーム１２０の
内部ギャップ１２９との間の熱伝達不活性ガスを通じる
ことで、プロセスの間制御可能である。保持プラットホ
ーム１２０の温度を維持するには、冷却水が、保持プラ
ットホーム１２０が取り付けられているカソードを通じ
て循環される。水は、管１３０を通り、管１３１を通じ
て出る。電力供給１１７は、カソードペディスタル１２
０（すなわち保持プラットホーム）に、チャンバ壁と、
チャンバハウジング１１４と、チャンバ蓋１１２と、ガ
ス供給プレート１１６を有する接地されたアノードに、
エッチングチャンバ１１０に保持されるガスを解離又は
イオン化するに必要な電場を発生するためにバイアスを
かけるものである。図１のプロセス設計において、操作
上のエッチングプロセス及びプラズマフィルム堆積パラ
メーターは以下のようである。エッチングチャンバプロ
セス圧力は７００ミリトール以下であり、好ましくは約
１０から約５００ミリトールの範囲である。エッチング
チャンバ側壁（内部表面）温度は、ワークピースから汚
染パーティクルを浮遊して移動させるため、一般的にワ
ークピース温度よりも少なくとも５℃低いものである。
ワークピース温度はチャンバの操作温度となり、約５０
℃から１００℃の範囲である。チャンバへ供給されてい
るＲＦ電力源は約３００から８００Ｗである。
【００３４】次の例は、本発明の実施においてプラズマ
チャンバの内部表面から残渣を取り除く汚染クリーニン
グガス処方としての本発明の無機ハロゲンガスの効果を
示すものである。
【００３５】
【実施例１】この実施例は、エッチングされるワークピ
ースがアルミニウム層で被覆されているシリコンウェハ
である場合に、金属エッチング処理チャンバの表面上に
形成される汚染付着物の一般的な組成の種類を提供する
ものである。なお、シリコンウェハ上のアルミニウム層
には、さらに、フェノールホルムアルデヒドノボラック
樹脂からなるパターン化ホトレジストがジアゾキノン増
感剤と共に被覆されたものとする。エッチングプラズマ
はＢＣｌ3、Ｃｌ2及びＮ2のガスから形成され、それぞ
れ、約５０ｓｃｃｍで流された。印加される電力は約５
００〜８００Ｗの範囲とされ、プロセスチャンバの圧力
は約２００〜６００ｍｔｏｒｒの範囲、運転陰極温度が
約８０℃とされ、同時にチャンバ壁の温度は約４５℃と
された。２５〜３０のウェハがエッチングされた後、評
価が行われた。図１のプラズマチャンバ１１０の表面に
蓄積された汚染物を評価するために、チャンバ壁１２２
からの掻取り物が取り出され分析された。この分析から
のデータは、（検出された元素の原子百分率単位で）約
１０％〜約３０％のアルミニウム、約２％〜４％のシリ
コン、約１％〜４％のホウ素、約８％〜２０％の塩素、
約７％〜４０％の炭素、約３％〜４０％の窒素、約２０
％〜約４０％の酸素及びその他の少量又は極微量の元素
の存在が認められた。計測された酸素の一部は、プロセ
スチャンバの開放時に、蓄積された汚染付着物の表面に
触れた酸素によるものと考えられる。
【００３６】次の表１に、チャンバ壁１２２から採取さ
れた典型的な汚染付着物についての原子百分率及び結合
エネルギーを示す。
【００３７】
【表１】 また、化学分析は、Ｏ2／ＳＦ6ドライクリーニングの後
にチャンバ壁１２２から掻き取られた汚染物サンプルに
対しても実行された。結合エネルギーと原子百分率は表
２に示される通りである。クリーニングプラズマは、チ
ャンバ壁の表面が約６５℃とされ、８００Ｗ、２００ｍ
ｔｏｒｒで流量２５ｓｃｃｍのＳＦ6と流量２５０sccm
のＯ2とから発生された。このクリーニングプロセス
は、炭化水素の汚染物の除去には非常に役立つが、フッ
化アルミニウム（ＡｌＦx）種の生成を制御するのには
効果がないことがわかった。表２のデーターの分析結果
は、フッ素含有プラズマクリーニングガスが酸素との組
み合わせで用いられた場合、不揮発性のフッ化アルミニ
ウム（ＡｌＦx）及びアルミニウム酸フッ化物（ＡｌxＯ
yＦz）化合物が形成されることを示している。このよう
な化合物は、寄生的汚染物としてプロセスチャンバの表
面ら蓄積し得るものであり、また、ガス分布プレートの
小孔を閉塞する可能性がある。また、データーは、フッ
素含有プラズマクリーニングガスが単独のハロゲンクリ
ーニングガスとして用いられた場合、不揮発性フッ化ア
ルミニウム（ＡｌＦx）種が生成されることを示唆して
いる。
【００３８】
【表２】 アルミニウムの結合構造は、アルミニウム含有エッチン
グ副生成物の少なくとも一部が、エッチング中に、有機
物種との複雑な有機金属反応を起こさないことを示唆し
ている。塩化アルミニウム分子と多くの有機物分子の双
極子モーメントは大きいため（電子の不均一な分布によ
る）、塩化アルミニウム分子がファンデルワールス力又
は双極子相互作用により有機物種に結合される可能性は
高い。そこで、プロセスチャンバの表面からアルミニウ
ム含有汚染物を除去するには、ファンデルワールス力又
は双極子相互作用を失わせることのできる“反応種（re
active species）”に塩化アルミニウム／有機物種化合
物を接触させる必要がある。本発明によれば、このよう
な“反応種”の一つがフッ素含有ガスと塩素含有ガスの
無機ガス混合物である。
【００３９】プロセスチャンバの表面から汚染物を除去
するために用いられる本発明のガス混合物である、フッ
素含有ガスを伴う無機塩素含有“反応種”ガスの量は、
非常に良好なクリーニング結果を得るのに極めて重要で
ある。
【００４０】例えば、汚染物を形成するアルミニウム含
有化合物上の共有結合を反応的に分解し破壊するため
に、或は、結合力を失わせるために、且つまた、フッ化
アルミニウム又はアルミニウム酸フッ化物種或はその他
の形成され得る不揮発性アルミニウム含有化合物の生成
を抑制するために十分な反応種塩素含有無機ガスを有す
ることが望ましい。フッ素含有クリーニングガスの有効
性が減じられないことも、同じく重要である。迅速な汚
染物除去は、全ガス混合物におけるフッ素含有ガスの容
積濃度が少なくとも５０％又はそれ以上であることに依
存することが見いだされた。これに関連して、塩素含有
ガスは本発明の全フッ素／塩素ガス混合物の体積に対し
て１０％〜約５０％の最小量で存在すべきである。
【００４１】
【実施例２】アルミニウムエッチングチャンバの本発明
で改良されたドライクリーニングプロセスの開発におい
て、３種類のドライクリーニングプラズマを評価した、
すなわち、酸素を基とした化学種を使用するもの、フッ
素を基とした化学種を使用するもの、及び塩素を基とし
た化学種を使用するものである。例えば、Ｏ2、ＳＦ6、
Ｏ2／ＣＦ4、Ｏ2／Ｎ2、ＢＣｌ3／Ｃｌ2、ＳＦ6／Ｃｌ2
を含むクリーニングプラズマである。汚染堆積物はプロ
セスチャンバ内のある場所からは取り除かれたが、酸素
−フッ素を基とした化学種では、塩素を基とした化学種
との組合せたフッ素を基とした化学種を使用して得られ
る結果ほどよくはなかった。
【００４２】この例は、本発明のドライクリーニングプ
ラズマ発生ガスの適切な混合物と、プロセスチャンバ圧
力と、エッチングプラズマチャンバの改良ドライクリー
ニングを達成するためのＲＦ電力源とを選択するために
用いられる技術を記載している（一定の操作壁温度は約
６５℃であり維持されている）。チャンバを調整するた
めに、アルミニウム層で覆われた固体シリコンからなる
ワークピースであって、さらにShipley1400-33ホトレジ
ストからなるパターン化されたホトレジストを積層した
ワークピースを供する。グロー放電プラズマ環境が、そ
れぞれ約５０ｓｃｃｍで流されるＢＣｌ3、Ｃｌ2、及び
Ｎ2ガスを用いて作られる。供給電力は５００から８０
０の間であり、プロセスチャンバ圧力は約２００から６
００ミリトールの範囲であり、操作ワークピース温度は
約８０℃であり、チャンバ壁温度は６５℃に維持され
る。電力は３分間供給され、そののち、チャンバ全体に
約０．２（２０００オングストローム）マイクロメータ
ーの固体フィルムが被覆していることが見出される。
【００４３】実験は、上に挙げた処方を使用してこの被
覆されたチャンバのドライエッチングクリーニングを用
いて行われた。最も効果的な処方はＳＦ6／Ｃｌ2混合物
であり、ＳＦ6は、酸素よりも遅い速度で炭化水素をエ
ッチングするが、全体として、アルミニウム酸フッ化物
（白色粉）形成は極めて少量か又は全くないチャンバ内
での重合体の量を減少させることにおいて極めて効果的
であることが見出された。
【００４４】さらに、研究された他のドライクリーニン
グ化学種種にはＯ2／Ｈ2Ｏ／ＣＦ4又はＳＦ6自体、及び
Ｏ2／ＣＨ3ＯＨ／ＣＦ4又はＳＦ6があるが、これらはア
ルミニウム酸フッ化物（白色粉）形成の制御又は除去に
は効果的でなかった。酸素を含むすべての処方において
アルミニウム酸フッ化物が発生した。 Ｏ2／ＣＦ4のよ
うな普通に使用されるドライクリーニング処方は、有機
化合物を取り除くには効果的ではあるが、重合体形状で
アルミニウムの存在によりアルミニウムエッチングチャ
ンバの清浄化には適していない。これらのドライクリー
ニング化学種により有機物質も取り除かれるが、酸素及
びフッ素の存在によるＡｌxＯyＦ形成は避けることがで
きない。上で強調したように、この白色粉は、反れ自
体、パーティクル汚染の問題を引き起こすものであり、
ガス供給プレートの穴を詰らせる。ＳＦ6／Ｃｌ2は、チ
ャンバの条件に大きく影響を与えることなく炭化水素の
除去に最も効果的であった。
【００４５】下の表３は、ドライクリーニング後のチャ
ンバ上に残る重合体被覆物の成分の分類を示す。ＳＦ6
／Ｃｌ2ドライクリーニング後の重合体中のフッ素量
は、ＳＦ6／Ｏ2ドライクリーニング後のものと同じであ
るが、酸素が存在しないことは、アルミニウム酸フッ化
物（白色粉）反応生成物の形成を防ぐ。さらに、ＳＦ6
／Ｃｌ2ドライクリーニングは、粒子スパイクを減少さ
せ、そしてエッチング速度又は均一性に影響はないこと
が見出された。また、ドライクリーニングは他のプロセ
ス条件もパラメーターにも影響を与えなかった。
【００４６】
【表３】 他の実験は図１の設計構造を有するエッチングチャンバ
で本発明のＳＦ6／Ｃｌ2クリーニングガス混合物を用い
て行われた。上例で示したように、チャンバは、アルミ
ニウムエッチングプロセス処方からのガスを使用して、
ホトレジストが塗布されたウエハからの堆積物で被覆さ
れた。エッチングされたウエハ間のドライクリーニング
の頻度は約２５から５０ウエハの間であった。クリーニ
ング処方のＳＦ6の流速は８５ｓｃｃｍであり、Ｃｌ2の
流速は、１０ｓｃｃｍであった。チャンバは１００ミリ
トール、２００ワット、０ガウスで運転され、ドライク
リーニング処理には６０秒から６分の間であった。これ
らの実験は４００ウエハを使用して行われた。
【００４７】これらの実験は、酸素が実質的にないプラ
ズマ環境のにおいて供されるこのＳＦ6／Ｃｌ2クリーニ
ングガス処方がエッチング品質に影響を与えないことを
示す。
【００４８】さらに、ドライクリーニングにおいてこの
ガス混合物を使用することは、平均清浄ウエハ(mean wa
fer between clean(MWBC))率（湿式清浄化間にプロセス
される平均ウエハ数）は１０から２０％増加することが
見出された。
【００４９】図１のエッチングチャンバは、プラズマ源
が、カソードペディスタルとチャンバのアノード壁に容
量的に結合しているものであり、すなわちペディスタル
とチャンバが１つの電力源を持つものである。図２は、
誘導的に結合するプラズマエッチングチャンバを示す。
誘導結合プラズマ反応装置は、現在は、金属及び誘電体
エッチングを含む半導体ウエハの種々のプロセスを行う
ために用いられているものである。エッチングプロセス
においては、誘導結合プラズマの１つの有利な点は、高
密度プラズマが、ワークピース（ウエハ）上で製造され
ている集積回路装置への損傷を減少させるための最小の
プラズマＤＣバイアスで、大きなエッチング速度を可能
とするために供されることである。この目的で、アンテ
ナへ供される電源と、ウエハペディスタルへ供されるＤ
Ｃバイアスは別々に制御されるＲＦ供給源である。バイ
アスと、電力源を分離することは、よく知られた技術に
よりプラズマ濃度とイオンネルギーの独立制御を可能と
するものである。誘導結合プラズマを生成するために、
アンテナは、チャンバに隣接するコイルインダクターで
あり、そのコイルインダクターはＲＦ電力源へと結合さ
れている。コイルインダクターは、プラズマを維持する
ためにＲＦ電力を供する。コイルインダクターの構成
は、反応チャンバ内でのプラズマイオン濃度の空間分布
を大きく決定するものである。
【００５０】図２を参照して、誘導結合ＲＦプラズマ反
応装置は、接地された伝導性円筒状側壁１０と、誘電性
シーリング１２を有する反応チャンバであって、反応装
置は、チャンバの中心部で半導体ウエハ１６を保持する
ウエハペディスタル１４と；螺旋状インダクターコイル
４０であって、ウエハ又はウエハペディスタルの頂部平
面近傍から始まってチャンバの上部の周りを囲み、かつ
チャンバの頂部方向へそこから上に延びているものと；
プロセスガス源２２および、プロセスガスをチャンバ内
へ導入するガス流入口２４と；真空ポンプとチャンバ圧
力制御スロットルとを有するものである。コイルインダ
クター４０は、ＲＦ発生装置２８のプラズマ電力源によ
り通常のアクティブＲＦマッチング回路を通じて駆動さ
れ、コイルインダクター４０の頂部の巻部は「熱く」、
底部の巻部は接地されている。ウエハペディスタル１４
は、内部誘導部３２であってバイアスＲＦ電力源又は発
生装置３４に結合されたものを有し、かつ外部接地コン
ダクター３６（内部伝導部３２から絶縁されている）を
有するものである。伝導接地ＲＦシールド２０はコイル
インダクター１８を取り囲む。
【００５１】より新しい世代の誘導結合プラズマ反応装
置は、先行する古い型のものよりもより高いエッチング
速度を与える。従って、汚染堆積速度も増加し、パーテ
ィクル発生開始より早くなる。それゆえ、これらのより
速いより効率的なチャンバ又はエッチング装置のばあい
にはより主湿式クリーニングのための運転停止であるプ
ロセス停止はより高価なものとなるので、主湿式クリー
ニングに先立ってする中間的なクリーニング技術の必要
性が大きい。これらの装置（図２に示されたように）に
おける汚染パーティクルの蓄積の最も大きい源は、ドー
ム（シーリング）の内部の上部と、クランプリング１５
（静電チャックが設けられている場合には使用されな
い）、フォーカスリング１３及びペディスタルカバー
（図示せず）を含むプロセスキットである。本発明の無
機ハロゲン化ガス混合物のドライクリーニングエッチン
グの応用は、プロセスキットとをクリーニングするため
と、これらの反応装置のＭＷＢＣを大きく増大させるた
めである。通常、過剰のパーティクル蓄積による欠陥の
ため湿式クリーニングのためにチャンバを開ける必要性
は、チャンバのドーム又は壁の内部表面からの蓄積物及
びクランプリング１５又はフォーカスリング装置１３か
らのクレーク状物の剥がれ落ちによることにより引き起
こされる。
【００５２】実験は、純粋な塩素と種々のＳＦ6／Ｃｌ2
クリーニングガス処方を用いて、誘導結合プラズマチャ
ンバにて行った。ＳＦ6／Ｃｌ2処方は、ｓｃｃｍ比率３
０／１４０、６０／１１０、９０／８０、１５０／２０
で、１７０ｓｃｃｍ固定総流量の条件で試験された。純
粋塩素ガスでのドライクリーニングは、チャンバのドー
ム上の蓄積物のいくらかを取り除くことが見出された
が、ＳＦ6の量を追加していくとその蓄積物の除去は劇
的に改善され、１５０／２０ＳＦ6／Ｃｌ2 ガス処方は
ドーム上の蓄積物を完全に取り除いた。ドーム上と、ド
ームの端部チャンバ壁上に残った堆積物の厚さはＳＦ6
の比率を高めると減少することが見出された。
【００５３】定量的には、ＳＦ6／Ｃｌ2クリーニングガ
ス処方中のＳＦ6の量が増加するとドームの内部表面は
劇的に清浄化される。
【００５４】上の実験データは、本発明のハロゲン化ガ
ス混合物がドライクリーニング技術であって、より効果
的にプラズマプロセスチャンバ内で蓄積する残渣を防止
し、クリーニングの必要がより少なく、より効果的に運
転可能とする結果をもたらすものであることを示してい
る。
【００５５】本発明に記載されるように、当業者にとっ
ては、本発明の範囲内で種々の態様が可能であることは
明らかである。例えば、図１及び２のチャンバ構成は例
示である。他のプラズマ装置もまた、同様に、本発明の
ドライクリーニング処方を使用することにより効果的な
クリーニングがもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 模式垂直断面図 、容量結合プラズマエッチ
ング装置の、本発明の無機ハロゲンガス混合物の清浄化
効果を示す図である。
【図２】 バイアス電力源からウエハペディスタルへ非
結合のプラズマ電源を有する、誘電結合エッチング装置
の模式図である。
【符号の説明】
１０…伝導性円筒状側壁、１２…誘電性シーリング、１
３…フォーカスリング、１４…ウエハペディスタル、１
５…クランプリング、１６…半導体ウエハ、１８…コイ
ルインダクター、２０…伝導接地ＲＦシールド、２８…
ＲＦ発生装置、３２…内部伝導部 、３４…バイアスＲ
Ｆ電力源、３６…コンダクター、４０…螺旋状インダク
ターコイル、１００…平行板エッチング装置 、１１０
…プラズマエッチングチャンバ、１１２…頂部蓋 、１
１４…チャンバハウジング、１１５…排気真空ポンプ結
合、１１６…ガス供給プレート 、１１７…ＲＦ電力供
給源 、１２０…ワークピース保持ペディスタル、１２
１…ワークピース 、１２２…側壁、１１８…領域、１
２９…内部ギャップ、１３０…管 、１３１…管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダイアナ シャオビン マ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サラトガ， キルト コート 19600 (72)発明者 ジェラルド ゼヤオ イン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， モース アヴェニュー 1063， ナンバー 17−205 (72)発明者 ケシャヴ プラサド アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ブライアーリーフ サーク ル 1202 (72)発明者 マーク シーゲル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サンタ クララ， バウアーズ アヴェニ ュー 3050 (72)発明者 スティーヴ エス． マック アメリカ合衆国， カリフォルニア州， プレザントン， モンテヴィノ ドライヴ 878 (72)発明者 ポール マルティネス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ミルピタス， ステラー ウェイ 1163 (72)発明者 ジェイムス エス． パパニュ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ラファエル， ホーリー ドライヴ 351 (72)発明者 ダニー チェン ル アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ミルピタス， オレゴン コート 1006

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマ処理チャンバの内部表面をクリ
    ーニングする方法であって、 ａ）等しいか、又はより体積的に多い少なくとも１つの
    フッ素含有ガスと、等しいか、又はとり体積的に少ない
    少なくとも１つの塩素含有ガスとのエッチャントガス混
    合物を含む無機ハロゲン含有プラズマ反応ガスをプラズ
    マ処理チャンバへ導入すること、 ｂ）反応ガス混合物を、原子状酸素含有種が実施的にな
    い環境下で励起してプラズマを形成すること、および ｃ）チャンバの内部表面をプラズマの揮発性反応種と接
    触させて、少なくとも一部の有機及び金属性プロセス残
    渣副生成物が揮発化されチャンバのガス流出口部から除
    かれることを備える方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって、前記残
    渣の接触が前記プラズマと直接接触することを特徴とす
    る方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法であって、前記フ
    ッ素含有ガスが、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3、ＣＦ4、ＣＨ
    Ｆ3、Ｃ4Ｆ8からなる群、およびその混合物より選ばれ
    ることを特徴とし、前記塩素含有ガスが、Ｃｌ2、ＨＣ
    ｌ、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4からなる群、および
    その混合物 から選ばれることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の方法であって、前記フ
    ッ素含有ガスが、実質的に、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3か
    らなる無機ガスの群、およびその混合物より選ばれるこ
    とを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の方法であって、前記フ
    ッ素含有ガスが、全ガス混合物の体積パーセントで約５
    ０から９０の量であることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法であって、前記
    フッ素含有ガスが、全ガス混合物の体積パーセントで約
    ５２％から８８％の量であることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項３に記載の方法であって、前記無
    機ハロゲン含有ガス混合物が、ＳＦ6／Ｃｌ2であること
    を特徴とする方法。
  8. 【請求項８】 ワークピースのプラズマプロセスに継続
    する残渣除去のためのプラズマプロセスの方法であっ
    て、 ａ）チャンバとお互いに逆に向けられた一対の電極から
    なるプラズマプロセス装置を与えること、 ｂ）チャンバ内で、一方の電極が半導体ワークピースを
    保持し、プラズマグロー放電条件を発生するに十分な電
    気エネルギーを供給すること、 ｃ）電極に供給される電気エネルギー条件下でプラズマ
    生成可能な反応ガスをチャンバへ導入すること、 ｄ）ワークピースを、エッチング副生成物が発生し、汚
    染残渣堆積物としてチャンバの内部壁に付着するところ
    で、プラズマプロセスすること、 ｅ）ワークピースをチャンバから取りだして、および ｆ）（Ｉ）等しいか又は体積的により多い量の少なくと
    も１つのフッ素含有ガスと、等しいか又は体積的により
    少ない量の少なくとも１つの塩素含有ガスとのプラズマ
    反応性エッチャントガス混合物を、チャンバの内部空間
    に導入し、（ＩＩ）反応性ハロゲンガス混合物のプラズ
    マを、実質的に酸素種のない環境下で発生し、さらに
    （ＩＩＩ）チャンバの内部表面に付着している蓄積した
    汚染堆積物に前記プラズマを接触させ、プラズマが残渣
    をガス性種に変換し、チャンバから除くことからなる方
    法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の方法であって、前記フ
    ッ素含有ガスが、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3、ＣＦ4、ＣＨ
    Ｆ3、Ｃ4Ｆ8からなる群、およびその混合物より選ばれ
    ることを特徴とし、前記塩素含有ガスが、Ｃｌ2、ＨＣ
    ｌ、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4からなる群、および
    その混合物 から選ばれることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の方法であって、前記
    フッ素含有ガスが、実質的に、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3
    からなる無機ガスの群、およびその混合物より選ばれる
    ことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 請求項８に記載の方法であって、前記
    フッ素含有ガスが、全ガス混合物の体積パーセントで約
    ５０から９０の量であることを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法であって、前
    記フッ素含有ガスが、全ガス混合物の体積パーセントで
    約５２％から８８％の量であることを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項９に記載の方法であって、前記
    無機ハロゲン含有ガス混合物が、ＳＦ6／Ｃｌ2であるこ
    とを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】 金属チャンバと、プラズマ発生ガス源
    と、及び前記ガスを前記エッチングチャンバに導入する
    手段、及び、前記チャンバ内でプラズマを発生するため
    の、前記チャンバ内の電極と電気的に結合した電磁気エ
    ネルギー源とを有するワークピースをプロセスするプラ
    ズマ装置において、等しいか、又はより体積的に多い少
    なくとも１つのフッ素含有ガスと、等しいか、又はより
    体積的に少ない少なくとも１つの塩素含有ガスとのエッ
    チャントガスからなるプラズマ発生エッチャントガス混
    合物を、実質的に酸素のないプラズマ環境への導入を制
    御する手段を有することを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の装置であって、前
    記フッ素含有ガスが、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ3、ＣＦ4、
    ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ8からなる群、およびその混合物より選
    ばれることを特徴とし、前記塩素含有ガスが、Ｃｌ2、
    ＨＣｌ、ＢＣｌ3、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4からなる群、お
    よびその混合物 から選ばれることを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４に記載の装置であって、前
    記フッ素含有ガスが、実質的に、ＳＦ6、ＮＦ3、ＣｌＦ
    3からなる無機ガスの群、およびその混合物より選ばれ
    ることを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１４に記載の装置であって、前
    記フッ素含有ガスが、全ガス混合物の体積パーセントで
    約５０から９０の量であることを特徴とする装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の装置であって、前
    記フッ素含有ガスが、全ガス混合物の体積パーセントで
    約５２％から８８％の量であることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１４に記載の装置であって、前
    記電磁気エネルギー源が前記プラズマ装置と誘導的に結
    合され、及びフッ素含有ガスが、流速９０から約１５０
    ｓｃｃｍで導入され、同時に塩素含有ガスが流速約８０
    から約２０ｓｃｃｍで導入されることを特徴とする装
    置。
  20. 【請求項２０】 請求項１４に記載の装置であって、前
    記電磁気エネルギー源が前記プラズマ装置と誘導的に結
    合され、及びフッ素含有ガスが、流速３０から約５０ｓ
    ｃｃｍで導入され、同時に塩素含有ガスが流速約１４０
    から約２０ｓｃｃｍで導入されることを特徴とする装
    置。
  21. 【請求項２１】 請求項１６に記載の装置であって、前
    記無機ハロゲン含有ガス混合物が、ＳＦ6／Ｃｌ2である
    ことを特徴とする装置。
  22. 【請求項２２】 反応チャンバの内部表面のドライクリ
    ーニングエッチングを実行を含むプラズマ反応装置内で
    のワークピースの残渣制御プラズマプロセスの方法であ
    って、前記エッチングが進行中の半導体ワークピースの
    プラズマプロセスでの途中であり、及び（ａ）等しい
    か、又はより体積的に多い少なくとも１つのフッ素含有
    ガスと、等しいか、又はより体積的に少ない少なくとも
    １つの塩素含有ガスとのエッチャントガスからなるハロ
    ゲン含有反応性ガス混合物を、真空プラズマプロセスチ
    ャンバへ導入すること、（ｂ）反応性ハロゲンガス混合
    物のプラズマを、実質的に酸素種のない環境下で発生す
    ること、さらに（ｃ）チャンバの内部表面に付着してい
    る蓄積した汚染堆積物に前記プラズマを接触させ、プラ
    ズマが残渣をガス性種に変換し、チャンバから除かれる
    ことを特徴とする方法。
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