TWI696219B - 清理方法及電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能有效去除多數種沉積物之清理方法。 具體而言，本發明提供一種用以蝕刻含金屬膜層之基板處理裝置之清理方法，其包含：第1清理步驟，係供應包含有含氫氣體之氣體，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以去除含碳沉積物；第2清理步驟，其係在該第1清理步驟之後，藉由惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物；及第3清理步驟，其係在該第2清理步驟之後，藉由包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿，以去除含矽沉積物。

Description

清理方法及電漿處理方法
本發明係關於清理方法及電漿處理方法。
過去已有人提議一種磁性記錄媒體等之製造方法，係使用具有氧化性之反應氣體以對於包含磁性體之被加工體進行加工，並且能去除具有氧化性之反應氣體以製得磁性完好之磁性記錄媒體等(參照例如專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2005-56547號公報
對於被加工體進行蝕刻時，會有被加工體所含之含金屬沉積物、含碳沉積物、以及作為金屬膜之底膜或處理容器內之零配件等而使用之含矽沉積物之類的相異種類之沉積物產生。然而，在專利文獻1中，係使用相同氣體以對於複數種相異之沉積物進行清理，而造成沉積物有一部分未能除盡而殘留於處理容器之內部。該等殘留物，會引起蝕刻速率之變動及粉塵之發生，而成為頻繁交換零配件之主要原因。
針對於上述問題點，本發明的一個面向在於，提供一種能有效去除多數種沉積物之清理方法。
為解決上述問題，本發明之一種態樣，係提供一種用以蝕刻含金屬膜層之基板處理裝置之清理方法，其包含：第1清理步驟，係藉由包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以去除含碳沉積物；第2清理步驟，係在該第1清理步驟之後，藉由惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物；以及第3清理步驟，係在該第2清理步驟之後，藉由包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿以去除含矽沉積物。
根據本發明的一個面向，可提供能有效去除多數種沉積物之清理方法。
1:蝕刻裝置
2:MRAM元件
3:下部電極層
4:釘扎層
5:第2磁性層
6:絕緣層
7:第1磁性層
8:上部電極層
9:遮罩
10:處理容器
12:金屬積層膜
15:氣體供應源
20:載置台
25:噴氣頭
32:第2高頻電源
34:第1高頻電源
100:控制部
103:對焦環
106:靜電夾頭
108:發光感測器
Dp:沉積物
S10~S34:步驟
W:矽基板
圖1係一實施形態之蝕刻裝置之縱截面之一圖例。
圖2係一實施形態之MRAM元件之一圖例。
圖3(a)~(c)係粉塵發生之一例之說明圖。
圖4係一實施形態之清理作業之一例之流程圖。
圖5(a)~(c)係一實施形態之清理作業與抑制粉塵發生之說明圖。
圖6A係一實施形態之第1清理步驟後之終點檢測結果之一圖例。
圖6B(b-1)~(b-4)係一實施形態之第2清理步驟後之終點檢測結果之一圖例。
圖6C係一實施形態之第3清理步驟後之終點檢測結果之一圖例。
圖7係一實施形態之清理作業之ER shift(發射率轉移)抑制之一圖例。
圖8(a)(b)係一實施形態之蝕刻及清理時之發光強度之量測結果之一圖例。
圖9係一實施形態之清理時間之最佳值之一圖例。
以下，參照圖面以說明本發明之實施形態。再者，在本說明書及圖面中，對於實質上為相同之構成，係賦予同一符號以省略重複之說明。
(蝕刻裝置之整體構成)
首先，參照圖1以說明本發明之一實施形態之蝕刻裝置1。圖1表示本實施形態之蝕刻裝置1之縱截面之一例。本實施形態之蝕刻裝置1，係在處理容器10內使載置台20與噴氣頭25成對向配置之平行平板型之電漿處理裝置(電容耦合型電漿處理裝置)。載置台20具有能保持半導體晶圓(以下稱為「晶圓W」)之功能以及兼作為下部電極之功能。噴氣頭25具有將氣體噴向處理容器10內之功能，以及兼作為上部電極之功能。
處理容器10係由例如在表面施以陽極氧化處理之鋁化物所構成之圓筒形結構。處理容器10具有電性接地。載置台20係設置於處理容器10的底部以供載置晶圓W。晶圓W係作為蝕刻對象之基板之一例，晶圓W中，形成有MRAM元件之金屬積層膜。
載置台20係由例如鋁(Al)、鈦(Ti)、或碳化矽(SiC)等所形成。在載置台20的上面，設有用來以靜電吸附基板之靜電夾頭106。靜電夾頭106之構造，係將夾頭電極106a挾持於其與絕緣體106b之間。
夾頭電極106a有直流電壓源112之連接，係從直流電壓源112將直流電流供應至夾頭電極106a。藉此，利用庫侖力而使晶圓W被靜電夾頭106所吸附。
靜電夾頭106中，以外繞晶圓W之周緣部之方式而載置有圓環狀之對焦環103。對焦環103係由例如矽所構成之導電性構件，在處理容器10的內部使電漿朝晶圓的表面收聚，以提昇蝕刻的效率。
載置台20係由支持體104所支持。在支持體104的內部，形成有冷媒流道104a。在冷媒流道104a中，連接著冷媒入口配管104b及冷媒出口配管104c。從冰水機107所輸出之例如冷卻水或不凍液等之冷卻媒體，在冷卻入口配管104b、冷媒流道104a、及冷卻出口配管104c循環。藉此，使載置台20及靜電夾頭106受到冷卻。
導熱氣體供應源85將氦氣(He)或氬氣(Ar)等導熱氣體通過供氣管130而供應至靜電夾頭106上之晶圓W的內面。經由相關之構成，靜電夾頭106係藉由在冷媒流道104a循環之冷卻媒體、以及供應至晶圓W之內面之導熱氣體，而被控制溫度。其結果，可將基板控制於既定之溫度。
第1高頻電源34透過匹配器35而與噴氣頭25成電性連接。第1高頻電源34將例如60MHz之電漿激發用之高頻電力HF施加至載置台20。再者，本實施形態中，高頻電力HF係施加至噴氣頭25，但亦可施加至載置台20。第2高頻電源32係透過匹配器33而與載置台20成電性連接。第2高頻電源32將例如13.56MHz之偏壓用之高頻電力LF施加至載置台20。
匹配器35係使負載阻抗與第1高頻電源34之內部(或輸出)阻抗成為匹配。匹配器33係使負載阻抗與第2高頻電源32之內部(或輸出)阻抗成為匹配。匹配器35及匹配器33的功能在於，在當處理容器10內產生電漿時，使第1高頻電源34及第2高頻電源32之內部阻抗與負載阻抗看起來一致。
噴氣頭25包含：具有多數個氣體供應孔55之天井電極板41；以及以可拆卸方式懸吊著天井電極板41之冷卻板42。噴氣頭25係透過被覆其周緣部之屏蔽環40，而以塞住處理容器10之天井部開口之方式而被安裝。在噴氣頭25中，形成有用以導入氣體之氣體導入口45。在噴氣頭25的內部，設有從氣體導入口45所分岐之中心側的擴散室50a及邊緣側之擴散室50b。從氣體供應源15所輸出之氣體，透過氣體導入口45而供應至擴散室50a、50b，在各個擴散室50a、50b擴散後從多數個氣體供應孔55朝載置台20而導入。
在處理容器10的底面，形成有排氣口60，藉由連接於排氣口60之排氣裝置65而使處理容器10內被排氣。藉此，可將處理容器10內維持於既定之真空度。在處理容器10之側壁設有閘門G。藉由閘門G的開閉以進行晶圓W朝處理容器10的搬入及搬出。
在蝕刻裝置1中，安裝有可通過石英窗109而測定處理容器10內之電漿中各個波長之光強度的發光感測器108。
蝕刻裝置1中，設有用來控制裝置整體動作之控制部100。控制部100具有CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)105、ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)110、及RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)115。CPU105係根據儲存於該等記憶區域之各種配方，實施後述之蝕刻處理及除電處理等所需的處理。在配方當中，記載有裝置對於製程條件之控制資訊，如製 程時間、壓力(氣體之排氣)、高頻電力或電壓、各種氣體流量、處理容器10內之溫度(上部電極溫度、處理容器之側壁溫度、靜電夾頭之溫度等)、以及冰水機107之溫度等。再者，用來表示該等程式或處理條件之配方，亦可儲存在硬體或半導體記憶體。又，配方可在收置於CD-ROM、DVD等具有移動性且能由電腦所讀取之記憶媒體之狀態下，重設至記憶區域之既定位置。
又，控制部100根據發光感測器108所檢測之數值，測定各波長之發光頻譜，進行後述之各清理步驟之終點檢測。
在蝕刻處理時，係控制著閘門G的開閉，將晶圓W搬入處理容器10，裝載於載置台20。藉著從直流電壓源112朝夾頭電極106a供應直流電流，而能利用庫侖力使晶圓W被靜電夾頭106所吸附、保持。
接著，將蝕刻用之氣體、電漿激發用之高頻電力HF、及偏壓用之高頻電力LF供應至處理容器10內，以產生電漿。藉由所產生之電漿，而對晶圓W施以電漿蝕刻。
在蝕刻處理後，從直流電壓源112朝夾頭電極106a施加與晶圓W之吸附時正負相反之直流電壓HV，以進行晶圓W之電荷的除電，以從靜電夾頭106剝除晶圓W。繼而控制閘門G之開閉，以將晶圓W從處理容器10搬出。
(MRAM元件)
本實施形態之蝕刻裝置1，係以分成複數個清理步驟之方式，依序實施對於晶圓W上之MRAM元件蝕刻後之清理作業，以有效去除在蝕刻時沉積於處理容器10內部之金屬、碳、及矽之反應生成物。
在說明本實施形態之清理方法之前，邊參照圖2，以簡單說明MRAM元件2的一例。MRAM元件係由包含金屬積層膜之多層膜所形成。金屬積層膜之使用，例如可包含有鈷(Co)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、硼(B)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、錳(Mn)、鋯(Zr)、銥(Ir)、釕(Ru)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、及銀(Ag)等。又，亦可包含有含上述任一金屬之氧化物或氮化物。
圖2係MRAM2的截面之一圖例。MRAM元件2係配置在矽之晶圓W上，由下而上依序積層有下部電極層3、釘扎層4、第2磁性層5、絕緣層6、第1磁性層7、上部電極層8、及遮罩9。在MRAM元件2之第1磁性層7、上部電極層8、及遮罩9的側壁，設有保護膜11。在以下，亦將第2磁性層5、絕緣層6、及第1磁性層7之積層膜稱為金屬積層膜12。
下部電極層3係形成於基板上之具有導電性之電極構件。下部電極層3的厚度例如為大約5nm。釘扎層4係配置於下部電極層3及第2磁性層5之間。釘扎層4係藉由反強磁性體之釘扎效果而固定下部電極層3之磁化方向。釘扎層4之使用，可舉例為IrMn(錳化銥)、PtMn(錳化鉑)等反強磁性體材料，其厚度例如為大約7nm。
第2磁性層5為配置在釘扎層4上之包含強磁性體之層。第2磁性層5藉由釘扎層4之釘扎效果，具有磁化方向不受外部磁場影響而保持於一定之所謂釘扎(pinned)功能。第2磁性層5係使用CoFeB，其厚度例如為大約2.5nm。
絕緣層6被挾於第2磁性層5及第1磁性層7之間，構成磁穿隧接面(MIJ：Magnetic Tunnel junction)。在磁穿隧接面(MIJ)中，係以使絕緣層6介於第2磁性層5與第1磁性層7之間之方式，而在第2磁性層5與第1磁性層之間，產生穿隧磁阻效應(TMR：Tunnel magnetoresistance)。亦即，在第2磁性層5與第1磁性層7之間，係對應於第2磁性層5之磁化方向與第1磁性層7之磁化方向之相對關係(平行或是反平行)而產生電阻。絕緣層6係使用Al2O3或MgO，其厚度例如為1.3nm。
第1磁性層7係配置於絕緣層6上之包含強磁性體之層。第1磁性層7的功能在於，使磁化方向追隨作為磁性資訊之外部磁場、即所謂自由層之功能。第1磁性層7係使用CoFeB，其厚度例如為大約2.5nm。
上部電極層8係形成於第1磁性層7上之具有導電性的電極構件。上部電極層8的厚度例如為大約5nm。遮罩9係形成於上部電極層8之上。遮罩9之形狀，係對應於MRAM元件2之平面形狀而形成。遮罩9可使用例如Ta、TiN、SiO2、W、及Ti等，其厚度例如為50nm。
在蝕刻MRAM元件2之際，會發生各類相異之沉積物，例如在金屬膜所包含之鎂(Mg)等金屬之沉積物、由MRAM元件2所使用之含碳氣體(作為蝕刻氣體之用)的反應生成物等所產生之碳(C)的沉積物、及作為金屬膜底膜之矽的晶圓W、或含矽之處理容器內之零配件等在被蝕刻時所產生之矽(Si)之沉積物等。該等沉積物Dp，係如圖3(a)所示的附著於噴氣頭25的天井面。沉積物Dp的一部分，如圖3(b)所示，其厚度達既定程度以上時會由天井面被剝下，飛至且沉積於晶圓W上或對焦環103上。藉此，在噴氣頭25的天井面，產生了沉積物Dp仍然附著的部分與沉積物Dp已然脫離的部分，沉積物Dp已然脫離的部分，在清理作業或蝕刻時因濺射作用而被剝落，在天井部形成例如帶狀之凹凸。其結果，如圖3(c)所示，天井面A呈現微小遮罩化，成為例如100mn左右之較一般為大的粉塵而落在晶圓W上。
若將含金屬沉積物、含碳沉積物、及含矽沉積物以相同氣體予以清理後，沉積物的一部分未能除盡而殘留於處理容器的內部，成為改變蝕刻速率或產生粉塵之主要原因。
此處，本實施形態之清理方法，對於含金屬沉積物、含碳沉積物、及含矽沉積物，係在不同之清理步驟中使用各自適用之特定氣體所產生之電漿而予以去除。藉此，可將含金屬沉積物、含碳沉積物、及含矽沉積物的成分予以分別的去除，在長期運用時可達到蝕刻速率的穩定化，能抑制粉塵的發生，實現零配件壽命的長期化。
(清理方法)
有關本實施形態之清理方法，以下參照圖4之流程圖以說明之。其前提條件為，在本清理作業之前，於步驟S10~S14中進行MRAM之蝕刻。具體而言，在步驟S10中搬入製品晶圓W；在步驟S12藉由含有碳化氫氣體之蝕刻氣體以進行電漿蝕刻；在步驟S14搬出蝕刻後之製品晶圓W。本實施形態之清理方法，係用於蝕刻1片或複數片製品晶圓W後之蝕刻裝置1之清理作業。
(第1清理步驟：含碳沉積物之去除)
清理步驟中，首先，在步驟S16中搬入測試晶圓。接著，在步驟S18，對處理容器10內供應含N2氣體(N2)及H2氣體(H2)之氣體，以產生氮氣及氫氣之電漿。藉由產生之電漿中之主要為氫基之作用，而可去除含碳沉積物。再者，本步驟係第1清理步驟之一例，係供應包含有含氫氣體之氣體，藉由包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以去除含碳沉積物。
在第1清理步驟中，只要供應包含有含氫氣及含氮氣之氣體即可。例如，在第1清理步驟中，亦可供應氮氣、氫氣、及氬氣(Ar)。再者，在第1清理步驟中，並未供應含氧(O2)氣及氟(F)氣之氣體。其目的在於防止在下一步驟去除之含金屬沉積物受到含氧氣及氟氣之氣體所影響而導致氧化及氟化。
在第1清理步驟中，為了要完全進行圖5(a)之「1.含碳沉積物之去除」，控制部100係根據發光感測器108之檢測值，測定387nm之CN(氮化碳)之發光強度以進行第1之終點檢測後，進行下一清理步驟。
終點檢測(EPD：Endpoint detection)係使用安裝於蝕刻裝置1之發光感測器108，以測定電漿中之各波長之光的強度。控制部100係根據所測定之處理容器10內之電漿中的發光頻譜，以檢檢測經由含碳沉積物與電漿所含氮成分反應後所產生之氮化碳(387nm)之發光強度。控制部100在該氮化碳之發光強度相對於時間之斜率為0時，判定為第1之終點檢測。例如，圖6A表示對於7片測試晶圓之第1終點檢測的結果。圖6A之橫軸表示時間，縱軸表示氮化碳(387nm)之發光強度。當氮化碳(387nm)之發光強度對時間之斜率大致等於0時，可判定為，在處理容器10內幾乎沒有含碳沉積物。
如上述，本實施形態之控制部100，將氮化碳之發光強度對時間之斜率大致為0時判定為第1終點檢測，藉此，能將清理時間之設定予以最佳化，成為實際上將含碳沉積物幾乎完全去除之時間。藉此，在幾乎完全去除含碳沉積物後即移轉至其後之第2清理步驟。
(第2清理步驟：含金屬沉積物之去除)
回到圖4，在步驟S20由控制部100檢檢測第1終點時，進入步驟S22，以實施第2清理步驟。在第2清理步驟中，係對於處理容器10內供應氬氣，藉由氬氣之電漿中之主要為離子之濺射作用，使得含金屬沉積物被彈出，而被除至處理容器10之外。再者，本步驟係第2清理步驟之一例，係在第1清理步驟後，供應惰性氣體，藉由惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物。
本實施形態中，係供應氬氣以作為第2清理步驟之氣體，但在第2清理步驟中所能供應之氣體並不侷限於此，亦可為氦(He)、氪(Kr)、氙(Xe)等其他惰性氣體。再者，在第2清理步驟中，並不供應含氧氣及氟氣之氣體。其目的在於防止含金屬沉積物受到含氧氣及氟氣之氣體的氧化及氟化。
第2清理步驟中，控制部100係根據發光感測器108所測得之處理容器10內之電漿中的發光頻譜，檢檢測受氬氣之電漿所濺射之含金屬沉積物的發光強度。在測定對象之含金屬沉積物中，亦可含有鉑(pt)、鎂(Mg)、鉭(Ta)、鈷(Co)、及釕(Ru)。在測定對象之含金屬沉積物中，亦可包含有在MRAM元件2所含之鈷(Co)、鐵(Fe)、硼(B)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、錳(Mn)、銥(Ir)、釕(Ru)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鎢(W)、及底膜之鉭(Ta)中之至少一者。再者，鉭之沉積物，例如，係對於MRAM元件2所含之鉭(Ta)構成之底膜予以過蝕刻時所產生。
控制部100在當該等含金屬沉積物之發光強度對於時間之斜率成為0時，判定為第2之終點檢測。圖6B表示對於7片測試晶圓之第2終點檢測之結果。例如，圖6B之第2終點檢測之對象，為(b-1)之266nm之鉑(Pt)、(b-2)之285nm之鎂(Mg)及鉭(Ta)、(b-3)之345nm之鈷(Co)及(b-4)之373nm之釕(Ru)。當各金屬之發光強度相對於時間之斜率大致成為0時，可判定為在處理容器10內幾乎不存有各個含金屬沉積物。
如所示，本實施形態之控制部100，在既定金屬之發光強度相對於時間之斜率大致為0時，判定成第2之終點檢測，藉此，能將清理時間之設定予以最佳化，成為實際上可幾乎完全去除含金屬沉積物之時間。藉此，可在大致完全去除含金屬沉積物後，移轉至其後之第3清理步驟。
回到圖4，在步驟S24由控制部100檢檢測第2終點時，在步驟S26將測試晶圓搬出，在步驟S28搬入其他的測試晶圓。藉此，如圖5(b)所示之特別是在第2清理步驟中經濺射而由天井部掉落而沉積於測試晶圓上之碳或金屬的反應生成物，可立即的被排出至處理容器之外。之後，即開始實施其後之第3清理步驟，以去除圖5(c)所示之SiO2或SiC等含矽沉積物。然而，其中可省略步驟S26及S28之測試晶圓的替換處理。又，在步驟S26之測試晶圓取出後，在步驟S28之搬入新的測試晶圓之處理亦可省略。
(第3清理步驟：含矽沉積物之去除)
回到圖4，進入步驟S30，以實施第3清理步驟。在第3清理步驟中，係對處理容器10內供應含四氟化碳(CF4)氣體及氧氣之氣體，以產生四氟化碳氣體及氧氣之電漿。藉由所產生之電漿中主要為氟系自由基的作用，以去除矽(含氧化矽膜)之沉積物。再者，本步驟係第3清理步驟之一例，其係在第2清理步驟後，供應包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體，藉由包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿，以去除含矽沉積物。
在第3清理步驟中，含氟氣體之其他示例，亦可供應氟氣(F2)、三氟化氮氣體(NF3)、及六氟化硫氣體(SF6)。又，亦可將含氟氣體及含氧氣體連同惰性氣體一併導入。
為了在第3清理步驟中大致完全達成圖5(c)之「3.含矽沉積物之去除」，控制部100係測定矽之發光強度以進行第3之終點檢測。例如，在圖6C中，係表示對7片測試晶圓之第3終點檢測之結果的一例。控制部100在矽之發光強度對時間之斜率為0時，判定成第3之終點檢測。藉由在各個第3清理步驟實施第3之終點檢測，而可將清理時間之設定予以最佳化，成為實際上可完全去除含矽沉積物之時間。藉此而可完全去除含矽沉積物。
(除淨(seasoning)步驟：處理容器內環境氣氛之調節)
回到圖4，在步驟S32由控制部100檢測第3終點時，乃進行步驟S34，供應含氮氣及氫氣之氣體，將第3清理步驟所發生之氟素系氣體及氧氣系氣體予以去除至處理容器之外(除淨步驟)。藉此，可調節處理容器內之環境氣氛，而結束本處理。
在除淨步驟中，只要供應含氫氣之氣體即可。例如，在除淨步驟中，亦可供應氮氣、氫氣、及氬氣(Ar)。又，只要所供應之氣體中包含有含氫氣體，則不包含有含氮氣體亦可。再者，本步驟係第4除淨步驟之一例，其係在第3清理步驟後，供應包含有含氫氣體之氣體，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿，以去除含氟氣體及含氧氣體。
在使用本實施形態之清理方法以進行清理作業及除淨後之蝕刻裝置1，對MRAM元件2實施蝕刻，將其結果之一例示於圖7。在圖7中，表示在蝕刻MRAM元件2時，鉑(Pt：266nm)之電漿中之發光頻譜的時間變化。其表示在7片製品晶圓之蝕刻中之發光頻譜之頂峰，亦即MRAM元件2之鉑層(Pt)之蝕刻進行時間未呈現不均勻性。藉此而能了解，藉本實施形態之清理方法，可防止蝕刻速率的變動。
再者，在圖7中，雖然是關注於鉑層(Pt)的蝕刻，但易於推測的是，即使是測定MRAM元件2之其他金屬層的發光頻譜，蝕刻進行時間將同樣未呈現不均勻情況。圖8(a)，係在MRAM元件2之蝕刻時所測定之發光頻譜的一例。圖8(b)，係在MRAM元件2之清理時所測定之發光頻譜的一例。根據於此，從蝕刻開始之發光頻譜的頂峰之發生順序，如圖8(a)所示，係依照釕(Ru)→鎂(Mg)及鉭(Ta)→鈷(Co)→鉑(Pt)之順序。
相對於此，從清理作業開始之發光頻譜的頂峰之發生順序，與蝕刻相反，如圖8(b)所示，係依鉑(Pt)→鈷(Co)→鎂(Mg)及鉭(Ta)→釕(Ru)之順序。因此而能了解，係以蝕刻時最新沉積之沉積物為先，依序的被清理作業所去除。
以上，依照本實施形態之清理方法，在每個清理步驟供應特定之氣體，以藉由特定之電漿來進行清理。又，在每個清理步驟係根據發光頻譜以實施終點檢測。藉此，可依序去除在蝕刻時所發生之複數種相異的積層膜。
再者，上述之終點檢測，亦可使用殘餘氣體分析儀或二次離子質量分析(SIMS)計，亦可使用與該等量測器為相同之離子檢測原理之分析計。
如上述，依本實施形態之清理方法，能有效率的去除對MRAM元件2之金屬膜進行蝕刻後，存於處理容器10內之含碳、金屬、矽之沉積物。藉此，不會因為殘留於處理容器內之零配件上的金屬成分及碳成分而產生微小遮罩，能穩定零配件表面的平坦性與有效率的抑制粉塵發生，而能延長零配件的壽命。又，依照本實施形態之清理方法，對於一片或複數片製品晶圓在蝕刻後之碳、金屬、矽之成分，係藉由提供個別的清理用氣體，以個別的清理步驟而有效率的去除。因此，可保持蝕刻速率的穩定，能維持長期運用時穩定之蝕刻條件。
再者，係由控制部100根據發光頻譜以實施終點檢測，而能按照發光感測器108之檢測值以算出清理時間之最佳值。藉此，可根據第1~第3之終點檢測的時間，進行清理時間之自動控制。
以下使用圖9以簡單說明清理時間之最佳化。圖9中，表示矽(Si：252nm)、鉑(Pt：266nm)、鎂(Mg：285nm)、鈷(Co：345nm)，釕(Ru：373nm)之發光頻譜之一例。在本例中，控制部100係將矽與上述金屬之所有的 發光強度對時間之斜率大致成為0時的800秒，作為所算出之清理時間之最佳值，而將第2及第3清理步驟中之清理時間控制為800秒。藉此，可進行清理時間之自動控制。
以上，雖已藉由上述實施形態而說明清理方法，但本發明之清理方法並不侷限於上述實施形態，在本發明之範圍內可進行各種變形及改良。記載於上述複數個實施形態之事項，在不發生矛盾之範圍內可進行各種組合。
例如，在上述實施形態中所說明者，係對於MRAM膜蝕刻後之蝕刻裝置1之處理容器內部進行清理之方法，其中該MRAM膜，包含有由第1磁性層及第2磁性層挾絕緣層而積層之含金屬膜層。然而，作為蝕刻對象的膜，並不侷限於MRAM，只要是包含金屬之膜層或是包含金屬膜之多層膜材料即可。
又，在上述實施形態之清理方法，係實施第1~第4之清理步驟(包含除淨步驟)。然而，本發明之清理方法並不侷限於此，亦可實施第1及第2之清理步驟而不實施第3及第4之清理步驟。
在此情形，所實施之清理方法包含：第1清理步驟，係由包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以清理含碳沉積物；及第2清理步驟，其係在第1清理步驟後，供應惰性氣體，藉由該惰性氣體所產生之電漿以清理含金屬沉積物。在第1清理步驟中，藉由電漿中之主要為氫基之化學作用以去除含碳沉積物。接著在第2清理步驟中，藉由電漿中之主要為氬離子之濺射而使含金屬沉積物被物 理性的彈出，而被排出至處理容器10之外。而能依序的大致完全去除種類相異之沉積物，藉此而能防止蝕刻速率的變動與粉塵的產生。能延長零配件的壽命。
本實施形態之蝕刻裝置，係本發明之基板處理裝置之一例。本發明之基板處理裝置，不僅止於電容耦合型電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)裝置，亦可適用於其他基板處理裝置。尚可適用之其他基板處理裝置，如感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)、使用放射線槽孔天線(radial line slot antenna)之電漿處理裝置、螺旋波激發型電漿(HWP：Helicon Wave Plasma)裝置、電子迴旋共振電漿(ECR：Electron Cyclotron Resonance Plasma)裝置等。
又，本發明之基板處理裝置所處理之基板，並不侷限於晶圓，例如平面顯示器(Flat Panel Display)用之大型基板、EL元件、或太陽電池用之基板亦可。
再者，可作為MRAM元件2之蝕刻氣體使用之含碳氣體，可舉例為甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、四氟化碳(CF4)、氟化碳酼(CoF2)，一氧化碳(CO)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、乙酼丙酮(C5H8O2)、六氟乙酼丙酮(C5H2F6O2)、酢酸(CH3COOH)、吡啶(C5H5N)、及/或蟻酸(HCOOH)等，但並不侷限於此。
S10~S34‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種清理方法，藉以清理用來蝕刻含金屬膜層之基板處理裝置，其包含：第1清理步驟，係供應包含有含氫氣體之氣體，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以去除含碳沉積物；第2清理步驟，其係在該第1清理步驟之後，供應惰性氣體，藉由該惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物；及第3清理步驟，其係在該第2清理步驟之後，供應包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體，藉由該包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿，以去除含矽沉積物。
  2. 如申請專利範圍第1項之清理方法，其中更包含第4清理步驟，其係在該第3清理步驟之後，供應包含有含氫氣體之氣體，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿，以去除含氟氣體及含氧氣體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之清理方法，其中，係在該第1清理步驟中根據CN(氮化碳)之發光強度以進行第1終點檢測後，開始該第2清理步驟。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之清理方法，其中，係在該第2清理步驟中根據Pt(鉑)、Mg(鎂)、Ta(鉭)、Co(鈷)及Ru(釕)之至少一者之發光強度以進行第2終點檢測後，開始該第3清理步驟。
  5. 如申請專利範圍第2項之清理方法，其中，係在該第3清理步驟中根據Si(矽)之發光強度以進行第3終點檢測後，開始該第4清理步驟。
  6. 如申請專利範圍第2項之清理方法，其中，係在該第1清理步驟中根據CN(氮化碳)之發光強度以進行第1終點檢測後，開始該第2清理步驟，在該第2清理步驟中根據Pt(鉑)、Mg(鎂)、Ta(鉭)、Co(鈷)及Ru(釕)之至少一者之發光強度以進行第2終點檢測後，開始該第3清理步驟，並在該第3清理步驟中根據Si(矽)之發光強度以進行第3終點檢測後，開始該第4清理步驟，且根據該第1終點檢測之時間、該第2終點檢測之時間、及該第3終點檢測之時間，以進行清理時間之自動控制。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之清理方法，其中，在該第1清理步驟前搬入測試晶圓；並在該第2清理步驟後搬出該測試晶圓且搬入新的測試晶圓。
  8. 一種清理方法，藉以清理用來蝕刻含金屬膜層之基板處理裝置，其包含：第1清理步驟，係供應包含有含氫氣體之氣體，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以清理含碳沉積物；及 第2清理步驟，其係在該第1清理步驟之後，供應惰性氣體，藉由該惰性氣體所產生之電漿以清理含金屬沉積物。
  9. 如申請專利範圍第8項之清理方法，其中，係在該第1清理步驟中根據CN(氮化碳)之發光強度以進行第1終點檢測後，開始該第2清理步驟。
  10. 一種電漿處理方法，其具備以下步驟：蝕刻步驟，係在基板處理裝置內藉蝕刻氣體以對於含金屬的膜層進行蝕刻；第1清理步驟，係將包含有含氫氣體之氣體供應至該基板處理裝置內，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿以去除含碳沉積物；第2清理步驟，係在該第1清理步驟後將惰性氣體供應至該基板處理裝置內，藉由該惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物；及第3清理步驟，係在該第2清理步驟後將包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體供應至該基板處理裝置內，藉由該包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿以去除含矽沉積物。
  11. 一種清理方法，藉以清理用來蝕刻含金屬膜層之基板處理裝置，其包含：(a)含金屬沉積物清理步驟，供應惰性氣體，藉由該惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物；及 (b)含矽沉積物清理步驟，其係在該(a)含金屬沉積物清理步驟之後，供應包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體，藉由該包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿，以去除含矽沉積物。
  12. 如申請專利範圍第11項之清理方法，其中更包含：(c)含氟氣體及含氧氣體清理步驟，其係在該(b)含矽沉積物清理步驟之後，供應包含有含氫氣體之氣體，藉由該包含有含氫氣體之氣體所產生之電漿，以去除含氟氣體及含氧氣體。
  13. 如申請專利範圍第11項之清理方法，其中，係在該(a)含金屬沉積物清理步驟中根據Pt(鉑)、Mg(鎂)、Ta(鉭)、Co(鈷)及Ru(釕)之至少一者之發光強度以進行第2終點檢測後，開始該(b)含矽沉積物清理步驟。
  14. 如申請專利範圍第12項之清理方法，其中，係在該(b)含矽沉積物清理步驟中根據Si(矽)之發光強度以進行第3終點檢測後，開始該(c)含氟氣體及含氧氣體清理步驟。
  15. 如申請專利範圍第12項之清理方法，其中，係在該(a)含金屬沉積物清理步驟中根據Pt(鉑)、Mg(鎂)、Ta(鉭)、Co(鈷)及Ru(釕)之至少一者之發光強度以進行第2終點檢測後，開始該(b)含矽沉積物清理步驟，並在該(b)含矽沉積物清理步驟中根據Si(矽)之發光強度以進行第3終點檢測後，開始該(c)含氟氣體及含氧氣體清理步驟， 且根據該第2終點檢測之時間、及該第3終點檢測之時間，以進行清理時間之自動控制。
  16. 如申請專利範圍第11項之清理方法，其中，在該(a)含金屬沉積物清理步驟前搬入測試晶圓；並在該(b)含矽沉積物清理步驟後搬出該測試晶圓且搬入新的測試晶圓。
  17. 一種電漿處理方法，其具備以下步驟：蝕刻步驟，係在基板處理裝置內藉蝕刻氣體以對於含金屬的膜層進行蝕刻；(a)含金屬沉積物清理步驟，供應惰性氣體，藉由該惰性氣體所產生之電漿以去除含金屬沉積物；及(b)含矽沉積物清理步驟，其係在該(a)含金屬沉積物清理步驟之後，供應包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體，藉由該包含有含氟氣體及含氧氣體之氣體所產生之電漿，以去除含矽沉積物。
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