TWI736945B - 電漿處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於提供把半導體基板等晶圓進行電漿蝕刻的電漿處理方法，除去由於晶圓的蝕刻處理而堆積於處理室內的金屬與非金屬之複合堆積物，可以減低堆積物導致異物的發生之電漿處理方法。 本發明，係在處理室內電漿蝕刻試樣而電漿清潔前述處理室內之電漿處理方法，特徵為具有：將前述試樣進行特定枚數電漿蝕刻的蝕刻步驟、前述蝕刻步驟後，使用電漿除去含有金屬元素的堆積膜之金屬除去步驟、使用與前述金屬除去步驟之電漿不同的電漿來除去含有非金屬元素的堆積膜之非金屬除去步驟；反覆進行2次以上前述金屬除去步驟與前述非金屬除去步驟。

Description

電漿處理方法
本發明係關於試樣的電漿處理與包含電漿清潔的電漿處理方法。
近年來的半導體裝置，為了改善電晶體特性，逐漸從原來的多晶矽/二氧化矽(Polysilicon/SiO2 )構造移往高K/金屬閘極(High-K/Metal Gate)構造。此外，也逐漸從平面型電晶體移往立體型電晶體構造。因此，使用於電晶體的材料種類逐漸多樣化，同時處理室內的表面的堆積物(難揮發性材料與揮發性材料)的種類與其清潔方法也跟著多樣化。
為了實現電晶體之更細微構造，對於蝕刻控制性與選擇比提高的要求也升高。為了滿足這樣的要求，開始利用TiN或Al2 O3 等薄膜金屬所製作的遮罩或間隔件。此外，於蝕刻氣體，也開始使用了在蝕刻製程中容易於蝕刻裝置的內壁發生堆積物的CF系氣體。這樣的蝕刻之堆積物，並不是由Si、C、Ti、Al、Ta之中的一種元素所構成的單純單層的堆積物，而多半是例如Ti、Al、Ta等金屬與Si、C等非金屬之混合堆積物。因此，必須要開發出也可以對應於如此複雜的混合堆積物之清潔方法。
從前，已知有對於晶圓的處理所產生的堆積物在各次晶圓處理或者各個批次進行電漿清潔使處理室內的表面狀態保持一定的處理技術。例如，於專利文獻1，揭示著在被配置含有金屬元素的膜之被處理材的電漿蝕刻，根據以下程序之電漿清潔方法。(a)於進行電漿蝕刻的處理室內使堆積含矽元素之膜。(b)使堆積前述含矽元素之膜之後，把被處理材載置於被配置在前述處理室內的試樣台。(c)把前述被處理材載置於前述試樣台之後，電漿蝕刻前述被處理材。(d)電漿蝕刻前述被處理材之後，使用電漿除去前述處理室內之含有金屬元素的物質。(e)除去前述含有金屬元素的物質之後，電漿清潔堆積於前述處理室內的含有矽元素之膜。接著，前述(a)之含有矽元素之膜，藉由使用含有矽元素氣體的電漿使其堆積。在此場合，前述含有矽元素之氣體為SiCl4 氣體。此外，前述(d)之含有金屬元素的物質之除去，使用Cl2 氣體與BCl3 氣體之混合氣體、Cl2 氣體與SiCl4 氣體之混合氣體或者Cl2 氣體與H2 氣體之混合氣體來進行。此場合，前述電漿清潔，使用NF3 氣體來進行。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特許5750496號公報 [專利文獻2] 日本特開2005-142369號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，藉由發明人的清潔評估查明了近年來，在產生金屬(例如Ti、Al、Ta等)與非金屬(例如Si、C等)之混合物所構成的堆積物(以下亦稱為「混合堆積物」)的製程，前述之先前技術的電漿清潔技術無法充分除去金屬與非金屬的混合堆積物。以下，說明清潔評估。
使用於清潔評估的電漿蝕刻裝置，為圖11所示的微波ECR(Electron Cyclotron Resonance，電子迴旋加速器共振)電漿蝕刻裝置。此電漿蝕刻裝置，以如下方式構成。於處理室100內具有載置晶圓101的試樣台102。對向於試樣台102在處理室100的上方設有頂板103與石英製的噴淋板(shower plate)104。於噴淋板104被連接著氣體供給裝置105，中介著噴淋板104對處理室100內供給處理氣體。
於處理室100的上方，中介著頂板103設有導波管106與高頻電源(微波源)107。包圍處理室100及導波管106被捲繞裝設電磁鐵108。藉由從高頻電源107產生的微波的電場與藉由電磁鐵108產生的磁場的相互作用，被供給到處理室100內的處理氣體被電漿化。此外，於處理室100的內壁面設有石英製的內筒109與環狀的接地110。內筒109，保護處理室的側壁不受產生於處理室100內產生的電漿影響，接地110，流入離子或電子導致的電流。
進而，於試樣台102，中介著整合器111被連接著偏壓施加用的高頻電源112，為了把電漿中的離子引到晶圓101上之偏壓被施加於試樣台102。於處理室100的底部，中介著真空排氣閥113被連接真空排氣裝置(省略圖示)，使處理室100內維持/控制於特定的壓力。又，噴淋板104及內筒109為電氣浮動狀態。此外，本裝置，把不對大氣開放而可以檢測出處理室內的表面的堆積物的Attenuated Total Reflection-Fourier Transfer Infrared Spectroscopy(衰減全反射-快速傅立葉變換紅外光譜儀，ATR-FTIR，以下稱為「FTIR」)裝置114安裝於電漿被形成的處理室100的側面部。
藉由前述構成的裝置進行電漿處理，使用FTIR裝置進行了金屬與非金屬混合堆積物的基礎清潔評估。針對此評估藉由圖12進行說明。圖12(a)顯示在金屬清潔之後進行非金屬清潔之清潔評估的流程。此外，圖12(b)顯示非金屬清潔之後進行金屬清潔的清潔評估的流程。
如圖12(a)及圖12(b)所示，首先針對1批次(25枚晶圓)進行製品蝕刻(S1201)。又，以下所謂的「製品蝕刻」，意味著對於實際的製品晶圓進行蝕刻，或者對於模擬實際的製品晶圓的試樣進行蝕刻。蝕刻條件，作為蝕刻氣體使用炭的堆積性很強的CH3 F氣體。此外，作為蝕刻評估晶圓使用Al2 O3 被形成於晶圓全面的晶圓。於此蝕刻，在處理室，殘留由被電漿化的蝕刻氣體所供給的碳以及來自晶圓的反應產物的鋁之混合堆積物。
於圖12(a)，在製品蝕刻(S1201)後，使用Cl系氣體，實施了1次對於Ti、Al、Ta之除去為有效的金屬清潔(S1202，處理時間200秒)。接著實施了1次使用SF6 氣體與O2 氣體的混合氣體之對於Si、C堆積物之除去為有效的非金屬清潔(S1203，處理時間200秒)。 另一方面，在圖12(b)的處理流程，蝕刻之後實施非金屬清潔(S1203)，使在圖12(a)之處理流程之金屬清潔(S1202)與非金屬清潔(S1203)的順序相反。
圖13(a)為對應於圖12(a)的處理流程之各處理後的FTIR光譜。評估晶圓(Al2 O3 被形成於全面的晶圓)25枚之製品蝕刻後，如圖13(a)所示跨波數650cm-1 至3150cm-1 之寬廣範圍被觀測到CC，CH，CF系之峰。這些峰，在處理時間200秒的金屬清潔S202實施後也幾乎不改變。由此，可以理解到在金屬清潔處理(S1202)，堆積於處理室內的CHx Fy 膜的除去速度非常地慢。 此後，實施非金屬清潔(S1203)的話，這些C系峰會消失，另一方面，殘存著在波數1000cm-1 以下之低頻區域觀測到的Al-O(Al-F)系之峰。亦即，查明了Al與C之混合堆積物中的Al，要以圖12(a)的清潔的流程來除去是困難的。要以金屬清潔將此除去的話，需要花上數小時以上，有時即使進行好幾天的處理也無法除去。
另一方面，圖13(b)為對應於圖12(b)的流程之各處理後的FTIR光譜。如圖13(b)所示，藉由製品蝕刻之後的非金屬清潔(S1203)導致C系峰消失，但被觀測到在波數1000cm-1 以下之低頻區域被觀測到的Al-O(Al-F)系之峰。確認了其後藉由實施金屬清潔(S1202)，使Al-O(Al-F)減少。
藉由圖12(b)的流程，使Al-O(Al-F)減少的現象，可以使用圖14來說明。 圖14(a)，係圖示蝕刻之後的金屬清潔中之推定反應模型。對於蝕刻後的混合堆積物，使金屬清潔相對於非金屬清潔先進行的場合，C系堆積物會阻斷電漿中的Cl自由基，堆積物中的Al與Cl自由基之反應變得困難。
另一方面，圖14(b)，係圖示蝕刻之後的非金屬清潔中之推定反應模型。如圖14(b)所示，使非金屬清潔在製品蝕刻之後進行的話，藉由O、F自由基除去C系堆積物，所以在非金屬清潔後Al會露出。沒有C導致的阻斷之Al，與接著進行的金屬清潔中的Cl反應而能夠以AlCl3 的形式揮發/排氣。 然而，藉由非金屬清潔中的O、F自由基使一部分的Al被氧化，或被氟化而變化為難以除去的反應物，金屬清潔後還有有一部分的Al系堆積物殘存下來，無法完全除去堆積物。
由於這種情形，本發明的目的，在於提供於半導體機板等之晶圓的電漿處理，除去由於晶圓的電漿處理而堆積於處理室內的金屬與非金屬之複合堆積物，可以減低堆積物導致異物的發生之電漿處理方法。 [供解決課題之手段]
本發明的代表性的電漿處理方法之一，特徵為在清潔電漿處理後的處理室內時，具有：將試樣進行特定枚數電漿處理的步驟、前述電漿處理步驟後，使用電漿除去含有金屬元素的堆積膜之金屬除去步驟、使用與前述金屬除去步驟之電漿不同的電漿來除去含有非金屬元素的堆積膜之非金屬除去步驟；反覆進行2次以上前述金屬除去步驟與前述非金屬除去步驟。 [發明之功效]
根據本發明，可以減低起因於晶圓的電漿處理所產生的金屬與非金屬的複合堆積物之異物(缺陷，defect)。
本發明係藉由交互反覆複數次供除去因電漿處理而產生的含有金屬元素之堆積膜的清潔與供除去含有非金屬元素的堆積膜的清潔，而效率佳地除去金屬與非金屬的混合堆積物(以下亦簡稱為「複合堆積物」)，減低處理室內的異物發生。 又，於後述之實施例，混合堆積物，主要使用因試樣的蝕刻而產生的場合進行說明。但是，可以藉由本發明的電漿處理方法除去的混合堆積物，不限定於因蝕刻而產生的堆積物，也可以適用於CVD或濺鍍等種種的處理而產生的堆積物。 此外，在後述之實施例，為使用圖11所示的微波ECR(Electron Cyclotron Resonance，電子迴旋加速器共振)電漿蝕刻裝置之實施例。以下，用圖說明相關於本發明的電漿處理方法。 此外，在以下的記載，「處理室的表面」，主要意味著處理室的內面的表面。
[實施例1] 藉由圖1說明本發明的電漿處理方法之第1實施例。圖1(a)係顯示相關於本發明的電漿處理方法的流程。首先，於步驟S101，進行1批次(25枚)試樣之製品晶圓的蝕刻處理。製品晶圓之處理，例如專利文獻2所示，係以Al2 O3 薄膜金屬作為遮罩將層間膜使用氟烴氣體進行電漿蝕刻的處理。
藉由此蝕刻處理，在處理室內殘留由被電漿化的處理氣體成分之碳以及來自晶圓的反應產物的鋁之混合堆積物。進行1批次份的處理之此製品晶圓的蝕刻處理之後之堆積物往處理室堆積的狀態顯示於圖2(a)。例如，於處理室之側壁，堆積物之碳(C)與鋁混合堆積物係以混雜的狀態殘留。
接著，於步驟S102，作為清潔氣體使用BCl3 氣體與Cl2 氣體之混合氣體，進行了30秒除去堆積殘留物之Al等金屬的金屬清潔(以下亦稱為「金屬除去步驟」)。接著於S103，使用SF6 氣體與O2 氣體的混合氣體，實施30秒除去Si、C堆積物之非金屬清潔(以下亦稱為「非金屬除去步驟」)。此後，反覆進行複述次此金屬清潔(S102)與非金屬清潔(S103)，例如反覆5次(以下將此金屬清潔與非金屬清潔之反覆的清潔稱為「循環清潔」)。此時之金屬清潔中的處理狀態顯示於圖2(b)，非金屬清潔中的處理狀態顯示於圖2(c)。
於金屬清潔(S102)中，如圖2(b)所示露出於混合堆積物的表面之鋁混合堆積物的Al與來自電漿的Cl自由基反應成為揮發性高的Alx Cly ，露出於表面的鋁混合堆積物被除去。此外，於非金屬清潔(S103)中，如圖2(c)所示在金屬清潔鋁混合堆積物被除去，露出於混合堆積物的表面之碳(C)與來自電漿的F自由基反應成為揮發性高的Cx Fy ，露出於表面的C被除去。藉由此金屬清潔(S102)與非金屬清潔(S103)交互反覆，於混合堆積物的表面，Al與C交互露出而分別被有效果地除去。結果，混合堆積物的厚度徐徐變薄而全部被除去。
又，非金屬清潔(S103)的處理時間太長的話，C被除去而露出於表面的Al會被氟化或氧化變化為揮發性低的物質。因此，非金屬清潔(S103)之F自由基或O自由基的供給時間，只要夠除去表面的C之時間即可。換句話說，非金屬清潔時間，被設定在露出的Al等金屬不會變化為難以除去的物質的範圍。亦即，於本實施例之循環清潔，在非金屬清潔即使無法全部除去出現於混合堆積物表面的C亦可，要能防止Al的氟化或氧化同時反覆進行是比較重要的。此外，為了防止Al的氟化，作為循環清潔使金屬清潔(S102)放在非金屬清潔(S103)之前進行為較佳。
於金屬清潔(S102)之清潔氣體，最好是對前述之氧化物或氟化物之還原化很有效的含硼氣體與含氯氣體之混合氣體也就是BCl3 氣體與Cl2 氣體之混合氣體、或者是對於氧化物或氟化物之還原化很有效的含矽氣體與含氯氣體之混合氣體也就是SiCl4 氣體與Cl2 氣體之混合氣體。這些氣體系，即使電氣浮動的處理是表面的金屬也可以除去。
非金屬清潔(S203)之清潔氣體，使用前述之含氟氣體、含氧氣體、或者這些的混合氣體(含氟氣體與含氧氣體之混合氣體)。作為其一例，為SF6 氣體、NF3 氣體、SF6 氣體與O2 氣體之混合氣體、或者O2 氣體。但，含氟氣體對於C，Si任一方之除去亦有效，但含氧氣體指對於碳堆積物之除去是有效的，這一點必須要注意。因此，有必要因應於混合堆積物的種類而區分使用非金屬清潔之氣體種類。
圖1(b)係實施圖1(a)所示的電漿處理之後的FTIR光譜。如圖2(b)所示，Al系、Si系、C系之峰未被觀測到，確認了處理室的表面成為清潔的狀態。因此，藉由進行如圖1(a)所示的本實施例的電漿處理，對於C與Al之複雜的混合堆積物也有充分的除去效果。順便提一下，在本實施例是金屬清潔(S102)與非金屬清潔(S103)反覆進行5次之例，反覆次數考慮混合堆積物的厚度等而決定。
又，如前所述，混合堆積物是以層積狀態形成的場合，把金屬清潔與非金屬清潔分別序列地實施1次而已，會引發C層或Al層之某一方停止清潔的情形。由此，為了對應於混合堆積物，Al除去之金屬清潔與C除去之非金屬清潔有必要反覆2次以上，所以本實施例之循環清潔，為至少進行2次循環。
以上，根據本實施例，在晶圓的蝕刻處理後，藉由使金屬清潔與非金屬清潔循環地反覆實施複數回，可以使藉由晶圓的蝕刻處理而產生的金屬與非金屬交互而少量地除去露出於表面的堆積物。換句話說，藉由反覆交互實質地一層層除去金屬與非金屬的蝕刻步驟，可以除去複雜地堆積之複合堆積物。藉此，可以減低起因於複合堆積物的異物/缺陷(defect)而進行跨長期間的量產處理。此外，因為使金屬清潔比非金屬清潔更先實施，可以防止金屬變化為難以被除去的物質，可以減低複合堆積物除去後的金屬堆積物的殘留。
又，在本實施例，進行1批次(lot)(例如各25枚晶圓)處理步驟101之製品蝕刻之後，進行循環清潔，但是循環清潔的實施時機，亦可為每1枚晶圓進行製品蝕刻步驟S101時，亦可為每隔複數枚晶圓或者每隔複數批次。
此外，在本實施例，為了避免金屬的氟化或氧化導致變換為難以除去的物質，在金屬清潔後進行非金屬清潔，但本發明在金屬清潔後不一定要進行非金屬清潔。因為，本實施例的金屬清潔，藉由使用對於氧化物或者氟化物的還原化為有效的含硼氣體或者對於氧化物或氟化物的還原化為有效的含矽氣體，可以除去金屬的氟化物或金屬的氧化物的緣故。因此，作為相關於本發明的循環清潔，使非金屬清潔放在金屬清潔之前實施亦佳。在此場合，例如，在非金屬堆積物多的場合變得有效。
進而於循環清潔中部希望有高能離子的存在。因為會在試樣台102或接地110的表面產生不希望見到的蝕刻(損傷)。這是起因於試樣台102或接地110的蝕刻物的異物產生原因。因此，循環清潔以化學清潔為較佳，施加於試樣台102的RF偏壓以儘量低為較佳(0W更佳)。
此外，於本實施例，金屬清潔(S102)與非金屬清潔(S103)，是不把晶圓(虛設晶圓)載置於試樣台102而實施，但在金屬清潔使用的含氯氣體，只會些微蝕刻含鋁的試樣台102的表面，所以循環清潔，以把矽等虛設晶圓載置於試樣台102而實施為較佳。
接著藉由圖3說明本發明的第2實施例。本實施例係根據前述第1實施例，進而可以減低製程變動的電漿處理方法。
[實施例2] 圖3係顯示電漿處理的流程圖。如圖3所示，於步驟S301，進行製品晶圓的蝕刻處理，接著於步驟S302實施金屬清潔。接著，於步驟S303，使用氯氣之電漿除去硼堆積物。其次，於步驟S304，實施非金屬清潔。進而於步驟S305，藉由氧氣電漿除去處理室表面的氟。此後，依序進行步驟S302、S303、S304、S305反覆進行直到混合堆積物被除去為止。
又，金屬清潔(S302)，與圖1(a)所示的金屬清潔(S102)相同，省略說明。此外，非金屬清潔(S304)，與圖1(a)所示的非金屬清潔(S103)相同，省略說明。於本實施例，在金屬清潔(S302)與非金屬清潔(S304)之間追加硼堆積物除去步驟(S303)的技術意義如下。
於金屬清潔(S302)使用BCl3 氣體與Cl2 氣體之混合氣體的場合，堆積於處理室內的氧化金屬/氮化金屬，會因為處理室內的氧/氮與硼結合而產生。這樣的硼化合物，有BOx Cly 或BNx Cly 。這些硼化合物，結合能很高，揮發性低，所以容易堆積/殘留於處理室的表面。因此，有必要藉由硼堆積物除去步驟(S303)，除去這樣的硼化合物。此外，藉由硼堆積物除去步驟(S303)，覆蓋於硼堆積物的金屬堆積物在接下來的金屬清潔步驟(S302)變得容易除去。
接著，說明把除去氟的步驟(S305)追加於非金屬清潔(S304)之後的技術意義。於非金屬清潔(S304)使用含氟氣體的場合，氟會殘留於處理室內的石英零件等的表面。這是因為矽與氟的結合能很高的緣故。石英進行氟化會變成SiF4 而會揮發，但是在非金屬清潔(S304)的終段未完全反應的石英表面會變成SiOx Fy 。在此狀態，依序反覆進行步驟S302、S303、S304的循環清潔的場合，在下一批次蝕刻處理製品晶圓時，會因為殘留於石英零件等的表面的氟而發生晶圓表面的氟化，會產生蝕刻停止等無法預期的製程變動或是異物的問題。因此，為了除去這樣的殘留氟，實施使用O2 氣體電漿之除去處理室表面的氟之殘留氟的去除(S305)。
綜上所述，根據本實施例的話，藉由追加除去處理室內的硼化合物的步驟S303與除去處理室的表面的殘留氟的步驟S305，可以除去在清潔途中有殘留可能性的硼以及氟，具有更進一步的製程變動性的降低與異物減少的效果，可以安定地進行量產處理。
此外，在本實施例，因為可以避免金屬的氟化或氧化導致變化為難以除去的物質，在金屬清潔後進行非金屬清潔，但本發明在金屬清潔後不一定要進行非金屬清潔。因為，本實施例的金屬清潔，藉由使用對於氧化物或者氟化物的還原化為有效的含硼氣體或者對於氧化物或氟化物的還原化為有效的含矽氣體，可以除去金屬的氟化物或金屬的氧化物的緣故。因此，作為相關於本發明的循環清潔，使非金屬清潔放在金屬清潔之前實施亦佳。此外，在本實施例說明的循環清潔的實施時機，於晶圓的製品蝕刻處理步驟S301，可以在每1枚或者是每1個製品蝕刻的批次(例如每25枚晶圓)進行。
其次，作為接地110使用不銹鋼製的接地的場合，儘可能地不削去不銹鋼對於量產安定性來說是非常重要的。因為不銹鋼的削去量，與不銹鋼系的異物產生量是相關的。但是，在實施例1及2所說明的金屬清潔使用含氯氣體的場合，會有使不銹鋼氯化而腐蝕/蝕刻的可能性。此外，不銹鋼的生銹原因，主要是氯化導致的鈍態膜的腐蝕與氧化反應。
由此，處理室內的表面材料使用不銹鋼的場合，針對可以抑制不銹鋼的削去等的電漿處理方法說明如下。
[實施例3] 圖4係顯示本實施例的電漿處理的流程圖。如圖4所示，於步驟S401，進行製品蝕刻，接著於步驟S402實施使用H2 氣體或SF6 氣體之電漿處理。接著，於步驟S403實施金屬清潔，於步驟S404，使用氯氣之電漿除去硼堆積物。其次，於步驟S405，實施非金屬清潔。進而於步驟S406，藉由氧氣的電漿除去處理室表面的氟。此後，依序進行S402、S403、S404、S405、S406反覆進行直到混合堆積物被除去為止。
又，金屬清潔(S403)與硼除去(S404)與非金屬清潔(S405)與氟除去(S406)，分別與圖3所示的金屬清潔(S302)與硼除去(S303)與非金屬清潔(S304)與氟除去(S305)為相同，所以省略金屬清潔(S403)與硼除去(S404)與非金屬清潔(S405)與氟除去(S406)分別的說明。
藉由進行如以上所述的電漿處理，可以減低金屬清潔(S403)中的不銹鋼削去量，可以減低異物量安定地進行量產處理。接著說明於S402使用的氣體為H2 氣體或SF6 氣體的理由。
圖5為評估不銹鋼的削去量的流程。如圖5所示，於步驟S501，實施不銹鋼處理(treatment)。接著於步驟S502，實施金屬清潔。金屬清潔(S502)後藉由掃描型電子顯微鏡量測了不鏽鋼零件的削去量。又，作為產生用於不銹鋼處理的電漿之氣體，依序一個個評估了O2 氣體、SF6 氣體、CF4 氣體、NF3 氣體、BCl3 氣體與Cl2 氣體之混合氣體、CF4 氣體與O2 氣體之混合氣體、SF6 氣體與O2 氣體之混合氣體、N2 氣體、H2 氣體、SF6 氣體與H2 氣體之混合氣體、HBr氣體、Ar氣體。此外，金屬清潔(S502)，與圖1(a)所示的金屬清潔(S102)相同，所以省略說明。
圖6係顯示處理(treatment)電漿的種類與不銹鋼的蝕刻量的關係圖。如圖6所示不實施處理的場合，約為7nm的削去量，相對於此在SF6 氣體或H2 氣體以外的氣體大致為不銹鋼的削去量增加(惡化)。另一方面，根據SF6 氣體或H2 氣體之不銹鋼處理，為削去量減低至只有2nm的結果。
不銹鋼削去的機制，已知為被形成於不銹鋼表面的鉻氧化物之鈍態膜伴隨著氧以鉻醯氯(chromic oxychloride)的形式揮發。因此，為了抑制不銹鋼的削去量，抑制不銹鋼的鈍態膜的鉻醯氯化應該是有效的，藉由SF6 氣體或H2 氣體之電漿，推定發揮由不銹鋼奪走氧的氫還原效果。由這樣的結果，於不銹鋼處理(S602)使用根據H2 氣體的電漿或是根據SF6 氣體的電漿為適切。
此外，本實施例，以圖4所示的電漿處理方法來說明，但硼除去步驟(S404)及氟除去步驟(S406)不一定需要(例如即使殘留硼或氟，對製品製程的影響很小等)。因此，把不銹鋼處理適用於圖1(a)所示的電漿處理方法也可以得到與本實施例同樣的效果。具體的流程，亦可為在金屬清潔(S102)之前實施不銹鋼處理，依序反覆進行不銹鋼處理與金屬清潔(S102)與非金屬清潔(S103)之流程。
進而在本實施例，為了避免金屬氟化或氧化導致變換為難以除去的物質，在金屬清潔後進行非金屬清潔，但在金屬清潔後不一定要進行非金屬清潔。因為，本實施例的金屬清潔，藉由使用對於氧化物或者氟化物的還原化為有效的含硼氣體或者對於氧化物或氟化物的還原化為有效的含矽氣體，可以除去金屬的氟化物或金屬的氧化物的緣故。因此，作為相關於本發明的循環清潔，使非金屬清潔放在金屬清潔之前實施亦佳。
此外，不銹鋼處理，如圖5(a)所示在金屬清潔之前實施的話，可以得到與本實施例同樣的效果。因此，相關於本實施例的發明，只要在金屬清潔之前實施不銹鋼處理即可，與其他步驟之順序無關，沒有任何限定。總之，相關於本實施例的發明，以材質為不銹鋼的構件被配置於表面的處理室內電漿蝕刻試樣之電漿處理方法，是特徵為使用H2 氣體或SF6 氣體進行電漿處理的處理(treatment)步驟，與前述處理步驟後，使用電漿除去含有金屬元素的堆積膜的金屬除去步驟之發明。
接著，藉由圖7～9，在以下說明如前述之實施例1～3那樣，於反覆進行複述次金屬清潔與非金屬清潔的循環清潔，清潔的反覆次數使用電漿的發光來決定的方法。
[實施例4] 圖7係使用電漿的發光來決定循環清潔的次數之電漿處理方法的流程圖。
如圖7所示於步驟S701進行製品晶圓的蝕刻，接著於步驟S702實施金屬清潔。接著於步驟S703，使用氯氣之電漿除去硼堆積物。接著，於步驟S704，實施非金屬清潔。進而，於步驟S705，藉由氧氣電漿除去處理室表面的氟。此後，依序進行步驟S702、S703、S704、S705，反覆進行直到混合堆積物被除去為止。
又，金屬清潔(S702)，與圖1(a)所示的金屬清潔(S102)相同，省略說明。此外，非金屬清潔(S704)，與圖1(a)所示的非金屬清潔(S103)相同，省略說明。進而，硼堆積物除去步驟(S703)，與圖3所示的硼堆積物除去步驟(S303)相同，省略說明。此外，除去氟的步驟(S705)，與圖3所示的除去氟的步驟(S305)相同，省略說明。
接著，於步驟S706，判定對應於在金屬清潔(S702)除去的含金屬堆積物之電漿發光強度與對應於在非金屬清潔(S704)除去的含非金屬堆積物之電漿發光強度之任一方是否都大致為零。對應於含金屬堆積物的電漿發光強度及對應於含非金屬堆積物的電漿發光強度大致為零的話，進行次一處理(S707)，對應於含金屬堆積物的電漿發光強度或對應於含非金屬堆積物的電漿發光強度不是零的場合，依序實施金屬清潔(S702)、硼除去(S703)、非金屬清潔(S704)、氟除去(S705)，於步驟S706進行判定。但是，步驟S706的判定，依序反覆進行2次步驟S702、步驟S703、步驟S704、步驟S705之後再進行。
圖7所示之電漿處理，例如在反應產物為Al系與C系的場合，直到Al發光強度與C發光強度都大致為零為止，依序反覆進行金屬清潔(S702)、硼除去(S703)、非金屬清潔(S704)、氟除去(S705)。 又，對應於含金屬堆積物及含非金屬堆積物的電漿發光強度的測定，實時(real-time)地在金屬清潔(S702)及非金屬清潔(S704)之後進行亦可，或者亦可實時(real-time)地在進行金屬清潔(S702)及非金屬清潔(S704)的途中，分別實時地實施測定。為了實時地檢測出金屬清潔(S702)及非金屬清潔(S704)的發光強度的終點，有監視現時的發光強度與前次的循環的發光強度的差分之方法。接著，在該差分值大致成為0的時間點，把該階段的發光強度作為飽和點(終點)即可。 接著，無論在哪個時間點進行發光強度的測定，都要判定是在S706的步驟再度實施金屬清潔(S702)等，還是進行次一處理(S707)。
進而，金屬清潔(S702)中的Al、Ti、Ta原子或分子之各發光強度的差分值全部滿足大致為0，且非金屬清潔(S704)之Si、C原子或分子的發光強度的差分值全部滿足大致為0為止，繼續進行依序使金屬清潔(S702)、硼除去(S703)、非金屬清潔(S704)、氟除去(S705)反覆的循環亦可。藉由採用這樣的方法，可以不殘留地除去由晶圓或導入氣體所產生的複雜的各種反應產物。又，此處所用的「滿足差分值大致為0」，嚴格地說意味著「差分值的絕對值」以分光器的CCD(電荷耦合裝置)雜訊的最大量與電漿搖擺的最大量所合成之值作為閾值，而成為與此閾值同程度以下之值。
總之，N為自然數，在第N次之前述金屬除去步驟監視到的發光強度與第(N-1)次之前述金屬除去步驟監視到的發光強度之差的絕對值為特定值以下的場合，結束前述金屬除去步驟。 接著，M為自然數，在第M次之前述非金屬除去步驟監視到的發光強度與第(M-1)次之前述非金屬除去步驟監視到的發光強度之差的絕對值為特定值以下的場合，結束前述非金屬除去步驟，藉此可以判定循環清潔的結束。
其次，使用圖8說明判定依序使金屬清潔(S702)、硼除去(S703)、非金屬清潔(S704)、氟除去(S705)反覆之循環清潔的結束之具體例。圖8係顯示循環清潔中的發光強度與循環清潔的循環次數的關係。縱軸以任意單位顯示金屬清潔(S702)中的鋁原子的發光強度(波長394nm)與非金屬清潔(S704)中的SiF分子的發光強度(波長440nm)。鋁原子的發光強度的變化，關聯於在製品蝕刻(S701)產生的反應產物在處理室內之堆積的變化。此外，SiF分子的發光強度的變化，關聯於處理室內的表面構件之石英面積的變化(石英表面上的含金屬堆積物增加的話，SiF發光強度減少)與矽堆積物的變化。
如圖8所示鋁原子的發光強度隨著循環數的增加而減少，在循環數4飽和。另一方面，SiF分子的發光強度隨著循環數的增加而增加，在循環數4飽和。這些鋁原子的發光強度的飽和及SiF分子的發光強度的飽和，意味著處理室內的堆積物被除去了。因此，循環數4以後結束循環清潔為佳。
接著使用圖9說明以更高精度進行發光強度的終點檢測的方法。圖9係顯示金屬清潔(S702)中的發光光譜。圖9之「初期」，為循環清潔的第1循環的光譜，圖9之「最後」，為循環清潔的第5循環的光譜。鋁原子的發光強度在波長394nm與396nm被觀測著。另一方面，比391nm更短波長的區域發光強度在改變。這是與鋁的發光無關的電漿的變化成分，是所謂雜訊成分。此雜訊成分對於波長394nm與396nm的鋁也重疊到，應該會有所影響。因此，作為監視的發光，比起僅使用鋁原子的發光強度I394nm ，使用差分值(I394nm -I391nm )或除算值(I394nm /I391nm )為較佳。
可以說是這不僅是鋁發光強度而已，對於Ti或Ta也是相同的。例如對於Ti的波長：399nm，使用附近的402nm之背景強度的差分值或者除算值為佳。藉由使用以對象波長的附近的波長進行減算或除算之值，可以排除對象的原子以外的發光變化。結果，可以防止循環清潔的次數之自動結束的誤判定。在此，所謂附近，是以對象波長為中心在±10nm之範圍。
總之，在金屬除去步驟監視的發光強度使用原子或分子的峰波長的發光強度與前述峰波長的特定範圍內之背景的發光強度之差分值或者是把前述峰波長的發光強度除以前述峰波長之特定範圍內的背景的發光強度之值。此外，在非金屬除去步驟監視的發光強度使用原子或分子的峰波長的發光強度與前述峰波長的特定範圍內之背景的發光強度之差分值或者是把前述峰波長的發光強度除以前述峰波長之特定範圍內的背景的發光強度之值，藉此以進而更高精度進行發光強度的終點檢測成為可能。
此外，殘留金屬的檢測方法在鋁的場合，不僅是鋁原子的發光強度，也可以使用AlCl分子的發光強度。此外，Ti的檢測方法也同樣除了Ti原子的發光強度以外，也可以使用TiCl分子的發光強度。進而針對Ta，除了Ta原子的發光強度以外，也可以使用TaCl分子的發光強度。此外，使用這些的蝕刻自由基之Cl、BCl發光強度亦可。此外，作為殘留非金屬的檢測方法，亦可使用Si、SiF、C2 、CFx 、CO、CN、CS、CH、蝕刻自由基之F、O的發光強度亦可。
此外，本實施例，以圖7所示的電漿處理方法來說明，但硼除去步驟(S703)及氟除去步驟(S705)不一定需要(其理由為因為例如即使殘留硼或氟，對製品製程的影響也很小等)。因此，把步驟S706適用於圖1(a)所示的電漿處理方法也可以得到與本實施例同樣的效果。 具體的流程，為在非金屬清潔(S103)之後實施步驟S706，對應於含金屬堆積物的電漿發光強度及對應於含非金屬堆積物的電漿發光強度大致為零的話，進行次一處理(S707)，對應於含金屬堆積物的電漿發光強度或者對應於含非金屬堆積物的電漿發光強度不是零的場合，依序反覆實施金屬清潔(S102)、非金屬清潔(S103)之流程。
進而在本實施例，為了避免金屬的氟化或氧化導致變換為難以除去的物質，在金屬清潔後進行非金屬清潔。但是，本發明不一定要在金屬清潔後進行非金屬清潔。因為，本實施例的金屬清潔，藉由使用對於氧化物或者氟化物的還原化為有效的含硼氣體或者對於氧化物或氟化物的還原化為有效的含矽氣體，可以除去金屬的氟化物或金屬的氧化物的緣故。因此，作為相關於本發明的循環清潔，使非金屬清潔放在金屬清潔之前實施亦佳。
此外，在本實施例，於步驟S706，判定對應於含金屬堆積物之電漿發光強度與對應於含非金屬堆積物之電漿發光強度之任一方是否都大致為零。但是，相關於本發明之電漿處理方法，不一定要在步驟S706進行判定。例如，於金屬清潔(S702)，判定對應於含金屬堆積物的電漿發光強度是否大致為零，於非金屬清潔(S704)判定對應於含非金屬堆積物的電漿發光強度是否大致為零，在對應於含金屬堆積物的電漿發光強度以及對應於含非金屬堆積物的電漿發光強度大致為零的場合結束循環清潔亦可。
由以上所述，相關於本發明的循環清潔的循環數，可以使用金屬清潔及非金屬清潔中之發光強度變化而自動地決定，可以減低起因於金屬或非金屬的異物或製程變動安定地進行量產處理。
接著，說明關於在實施例1～4說明的循環清潔的運用系統之Fault Detection and Classification：FDC(失效偵測與分類系統)技術。
[實施例5] 如在實施例4所說明的，循環清潔的循環數，使用發光強度的變化等來自動決定是理想的。但是，亦有偏好預先由裝置管理者來設定循環數，再判定結果清潔為充分或不充分之運用方法。具體而言，亦有裝置管理者設定循環數，在循環數不合適的場合，在電腦螢幕上發出警告而使以後的處理停止的場合。總之，對於循環數的不足追加輔助的機能。
圖10係對於循環清潔的循環數的不足進行警告顯示或者電漿處理的中斷之用的判定流程。如圖10所示於步驟S1001進行製品蝕刻，接著於步驟S1002實施金屬清潔。接著於步驟S1003，使用氯氣之電漿除去硼堆積物。接著，於步驟S1004，實施非金屬清潔。進而，於步驟S1005，藉由氧氣電漿除去處理室表面的氟。此後，依序進行步驟S1002、S1003、S1004、S1005，反覆進行直到混合堆積物被除去為止。
又，金屬清潔(S1002)，與圖1(a)所示的金屬清潔(S102)相同，省略說明。此外，非金屬清潔(S1004)，與圖1(a)所示的非金屬清潔(S103)相同，省略說明。進而，硼堆積物除去步驟(S1003)，與圖3所示的硼堆積物除去步驟(S303)相同，省略說明。此外，除去氟的步驟(S1005)，與圖3所示的除去氟的步驟(S305)相同，省略說明。
其次，於步驟S1006，判定是否達到裝置管理者設定的設定循環數，未達到設定循環數的場合，依序實施金屬清潔(S1002)、硼除去(S1003)、非金屬清潔(S1004)、氟除去(S1005)。
於步驟S1006，判定是否達到裝置管理者設定的設定循環數，達到設定循環數的場合，於S1007，判定金屬(Al)的發光強度的差分值與非金屬(SiF)的發光強度的差分值之任一方是否都大致為零。金屬清潔(S1002)之金屬(Al)的發光強度的差分值及非金屬清潔(S1004)之非金屬(SiF)的發光強度之差分值大致為0的話，進行次一處理(S1008)。接著，金屬清潔(S1002)之金屬(Al)的發光強度的差分值或非金屬清潔(S1004)之非金屬(SiF)的發光強度之差分值不為0的場合，於S1009，在電腦的畫面上進行警告表示或者進行警告表示以及中斷處理。
進而亦可在處理中斷的同時，例如顯示讓裝置管理者在電腦的畫面上選擇是否繼續進行處理之畫面，可以藉由裝置管理者的指示，選擇例如是否進行次一批次處理等之次一處理(S1008)，或者直接中斷處理。此外，在本實施例使用鋁的發光強度的差分值與SiF的發光強度的差分值之例說明了進行警告顯示或中斷處理的流程，但是本實施例，如在實施例4所說明的並不限定於鋁或矽之反應產物。適用實施例4的話，對於Al、Ti、Ta等金屬或是Si、C、B等非金屬之複雜的混合堆積物也可以進行警告顯示或者警告顯示及中斷處理。
此外，本實施例，以圖10所示的電漿處理方法來說明，但硼除去步驟(S1003)及氟除去步驟(S1005)不一定需要(其理由為因為例如即使殘留硼或氟，對製品製程的影響也很小等)。因此，把本實施例之循環清潔置換為圖1(a)所示的循環清潔也可以得到與本實施例同樣的效果。
進而在本實施例，為了避免金屬的氟化或氧化導致變換為難以除去的物質，在金屬清潔後進行非金屬清潔，但本發明在金屬清潔後不一定要進行非金屬清潔。因為，本實施例的金屬清潔，藉由使用對於氧化物或者氟化物的還原化為有效的含硼氣體或者對於氧化物或氟化物的還原化為有效的含矽氣體，可以除去金屬的氟化物或金屬的氧化物的緣故。因此，作為相關於本發明的循環清潔，使非金屬清潔放在金屬清潔之前實施亦佳。
[實施例6] 如在實施例4所說明的，循環清潔的循環數，可以藉由監視現時的循環之發光強度與前一循環的發光強度之差分的方法等來決定。但是，僅藉由實施例4之方法亦有無法檢測出適切終點的場合。在本實施例，說明該例與該適切的終點判定方法。 圖15係改良循環清潔的終點判定方法之流程圖。與在實施例4說明的圖7之間僅有終點判定方法S1506不同。必須採用本終點判定方法的場合，是金屬或非金屬的層積堆積物的量很多的場合。以下，使用圖16～圖18，針對在製品蝕刻(S701)金屬的堆積物量很多的場合之循環清潔的一例，顯示發光與處理室的表面狀態的關係同時進行說明。
圖16，對於鋁與碳層積的混合堆積物實施循環清潔的場合之Al發光強度/CS發光強度與循環數的關係，圖17係顯示Al差分強度/CS差分強度與循環數的關係。在此，所謂差分強度，是現時的循環之發光強度與前一循環的發光強度之差分。鋁發光強度使用除算值I394nm /I391nm ，CS發光強度使用除算值I258nm /I250nm 。鋁發光強度關係於金屬清潔(S702)中的鋁堆積物的除去量，CS發光強度關係於非金屬清潔(S704)中的碳堆積物的除去量(藉由SF6 電漿與碳堆積物之反應產生CS)。Al與CS發光之兩個差分強度大致成為0的循環為終點的候補。但是，由圖17可知，差分強度大致成為0的時間點，有二個分別存在於循環n之時間點與n+3之時間點。
另一方面，圖18係循環清潔的各循環之處理室的表面狀態之推定圖。於循環n-4，由電漿所見的最表面層為碳堆積物，其深處有鋁堆積物與處理室之壁面。於圖16，首先在循環n-4最表面的碳堆積物被除去，所以CS發光強度增加。接著，於循環n-1，碳堆積物的除去結束，但鋁層的除去迎來峰值。 在次一循環n，鋁堆積物的厚度減少，但由電漿發光強度來看鋁的表面積顯示與循環n-1無異的狀態。因此，金屬清潔中的循環n-1與n之鋁發光強度大致相同，於圖17，n的差分強度大致為0。但是如模式圖所示，循環n的時間點並不是真正的終點。亦即，僅以差分強度大致為0的點作為終點的方法會有招致誤判的場合。為了避免這種情形，於循環之各時間點，除了鋁的差分強度大致為0以外，加上鋁發光強度在某個閾值以下的場合作為終點即可。
總之，X及Y為自然數，在第X次之金屬除去步驟監視到的發光強度與第(X-1)次之金屬除去步驟監視到的發光強度之差的絕對值為第一特定值(包含大致為0)以下同時在前述第X次的金屬除去步驟監視到的發光強度成為第二特定值(設定為閾值的數值)以下作為第一要件，在滿足前述第一要件Y次的場合，判定為金屬除去步驟結束。 接著，x及y為自然數，在第x次之前述非金屬除去步驟監視到的發光強度與第(x-1)次之前述非金屬除去步驟監視到的發光強度之差的絕對值為第三特定值(包含大致為0)以下同時前述第x次之前述非金屬除去步驟監視到的發光強度為第四特定值(設定為閾值的數值)以下為第二要件，滿足前述第二要件y次的場合，判定前述非金屬除去步驟結束；藉此可以高精度地進行堆積物除去的終點檢測。 但是，第X次、第(X-1)次、及第x次、第(x-1)次之標記，均為表示連續的步驟，X、x並不意味著固定的一個數值。 具體而言，Y=2的場合，於第3次與第4次之金屬除去步驟滿足第一要件，於第7次與第8次之金屬除去步驟再度滿足第一要件的場合，判定為金屬除去步驟結束。總之，於此例，X為4或者8。
進而，作為其他的終點檢測方法，在X及Y為自然數，滿足以下之(1)及(2)兩條件的場合，判定為金屬除去步驟結束。 (1)滿足Y次在第X次之金屬除去步驟監視到的發光強度與第(X-1)次之金屬除去步驟監視到的發光強度之差的絕對值為第一特定值(包含大致為0)以下。 (2)於前述(1)，在滿足前述第一特定值Y次時在前述第X次的金屬除去步驟監視到的發光強度成為第二特定值(設定為閾值的數值)以下。 接著，在x及y為自然數，滿足以下之(3)及(4)兩條件的場合，判定為非金屬除去步驟結束。 (3)滿足y次在第x次之非金屬除去步驟監視到的發光強度與第(x-1)次之非金屬除去步驟監視到的發光強度之差的絕對值為第三特定值(包含大致為0)以下。 (4)在前述第x次的非金屬除去步驟監視到的發光強度成為第四特定值(設定為閾值的數值)以下。 其中，第X次、第(X-1)次、及第x次、第(x-1)次之標記，均為表示連續的步驟，X、x並不意味著固定的一個數值。 具體而言，Y=2的場合，於第3次與第4次之金屬除去步驟以及第7次與第8次之金屬除去步驟，發光強度之差的絕對值分別滿足第一特定直，且於第8次的金屬除去步驟監視到的發光強度為第二特定值以下的場合，判定為金屬除去步驟結束。總之，於此例，X為4或者8。
在圖16所示之本實施例之鋁之例，例如可以把閾值設定在1.9到1.1之間。此值，依存於發光物種之密度或躍遷機率、電漿電子溫度、分光器之檢測感度、曝光時間等。此外，循環n時間點之鋁發光，起因於在真空室內殘存很多的鋁而強度很強，所以可容易檢測出。亦即，替代使用發光強度的閾值防止誤判定的方法，亦可使用在發光峰儘量為未檢測出的場合作為終點的方法。 又，做為檢測發光峰之方法，以重疊高斯函數與勞倫茲函數之福格特函數(Voigt functions)為適當，在背景光譜之推定，可以使用適合福格特函數或長周期光譜的檢測之Long Normal函數等。圖19係使用福格特函數(Voigt functions)之鋁峰的檢測例。背景光譜也進行根據福格特函數之配適(fitting)，由發光光譜抽出396nm(鋁峰配適(1))與394nm(鋁峰配適(2))之兩個鋁發光峰。配適參數，需要峰波長、半峰全幅值等參數，但峰波長或半峰全幅值可以在開發階段預先決定參數，僅強度為任意。此外，這些值由發光的文獻值或分光器的分解能規格來決定亦可。
在本實施例，顯示金屬堆積物為鋁、非金屬堆積物為碳之例，其他如金屬堆積物為Ti、Ta等，非金屬為Si、B、NH等，也可以藉由選擇對應於堆積物的除去之適切的發光波長，而使用同樣的終點判定方法來進行適切的終點判定。此外，在本實施例，並未提及金屬清潔中、非金屬清潔中之發光強度取得方法，但亦可為使用各處理中的全時間平均之方法，或是使用一部分的時間平均之方法。特別在電漿點火之後，起因於電漿或壓力不安定之發光變動會被量測到，亦可將該時間帶排除。除外時間的基準，以0.5秒～5秒前後為適當。
此外，在本實施例說明著金屬堆積物層很厚的場合之適切的判定方法，但針對非金屬堆積物很厚的場合也需要適切的判定。因此，針對非金屬也有必要適用同樣的判定方法(除了差分強度大致為0以外，加上發光強度在某個閾值以下的場合作為終點)。亦即，於各循環中起因於金屬之堆積物除去的發光強度的差分強度大致為0以外，還加上發光強度在某個閾值以下的場合才算是金屬的終點，起因於非金屬之堆積物除去的發光強度的差分強度大致為0以外，還加上發光強度在某個閾值以下的場合才算是非金屬的終點，金屬與非金屬的終點都被檢測出的循環才是真正的終點。進而，於循環清潔中的堆積物的檢測使用了電漿分光法，但可以檢測堆積物的替代手段還有好幾種。作為例子可以舉出質量分析法、吸收分光法、雷射誘發螢光分光法、雷射散射法等。這些應該可以使用與本實施例同樣的方法檢測出終點。
在本實施例或實施例4之一例，差分強度大致為0是終點判定條件之一。不用發光強度而使用差分強度的理由如下。於量產蝕刻裝置，要進行1萬枚以上之半導體裝置的製品處理而且是跨好幾年反覆進行的，所以光學系統路徑之光的損失或散射，分光器之經年劣化會是無法忽視的狀況。而且這是有波長依存性的，會發生在背景光譜產生妨礙而要僅僅抽出起因於真正要檢測的堆積物之發光強度成為很困難的情況(例如與圖9的鋁發光光譜一起被量測到的背景光譜)。其間，為了進行再現性良好的高精度的終點判定，比起使用發光強度的絕對值之終點判定，不如使用這些的影響很少之最近的發光變化之差分強度大致成為0的方法，因為可以高的再現性達成終點判定。
此外，在本實施例，除了鋁的差分強度大致為0以外，以鋁發光強度在某個閾值以下的場合為條件只要滿足1次就作為終點，但也可以採滿足數次此條件的時間點為終點。藉著採用此方法，即使發生無法預期的不安定的電漿變化的場合也可以安定地進行終點判定。
[實施例7] 在本實施例，針對使量產蝕刻的工作率提高之循環清潔的高速化，特別是金屬清潔速率的提高，說明其實現方法與其構成。
於高速化的實現，必須要知道處理室內的清潔速率的速率決定處所。在此，把模擬處理室內的金屬沉積之氧化鋁晶圓的試驗片(票券狀樣本)貼在處理室內，調查清潔速率分布與金屬清潔條件之關係。金屬清潔條件，係藉由BCl3 /Cl2 氣體，微波功率800W下ECR共振條件之COIL電流值，而設定為定義為由試樣台102起算的距離之ECR高度分別成為20cm(High)、15cm(Low)。試驗片票券晶圓的貼附場所，有內筒109的上端起算2cm的場所之內筒(上)、二等分內筒長度的中心場所之內筒(中)、以及試樣台102之三個點。
圖20係ECR High與Low的場合之分別的內筒(上)、內筒(中)、試樣台102之氧化鋁清潔速率的分布。縱軸的清潔速率，係以最大速率之ECR Low時的內筒(中)為基準來規格化。比較ECR Low與High的話，於Low時處理室下部的內筒(中)或試樣台的速率很高，另一方面內筒(上)的速率為0。另一方面於High時，處理室上部之內筒(上)的速率唯有限值。由此，僅使用單方的條件的話，於處理室的上部或下部在堆積膜的除去速度會產生決定速度之處所，所以可至至少要以上下2個ECR高度實施金屬清潔為較佳。
圖21係使用具有上下2個ECR高度的金屬清潔之循環清潔的序列流程之一例。只要把金屬清潔(A)(S2002)與金屬清潔(B)(S2004)之ECR高度的關係設定為以下之任一即可。 金屬清潔(A)的ECR高度＞金屬清潔(B)的ECR高度 金屬清潔(A)的ECR高度＜金屬清潔(B)的ECR高度 此外，藉著分別在金屬清潔(A)(S2002)與金屬清潔(B)(S2004)之後實施非金屬清潔(S2003)，效率佳地除去金屬與非金屬之混合堆積物。
[實施例8] 在本實施例，補足說明實施例1至7之實施例。這些實施例，係以除去金屬清潔中產生的硼堆積物為目的，有導入硼堆積物除去步驟(S303、S404、S703、S1003)。但是，BF3 的融點在大氣壓下約為-100℃，硼的氟化物具有高揮發性。因此，亦有在使用氟系氣體之非金屬清潔步驟(S304、S405、S704、S1004)可以同時除去的場合。因此，除了硼堆積物除去步驟(S303、S404、S703、S1003)以外，亦可實施具有硼堆積物除去機能之氟系的非金屬清潔(S304、S405、S704、S1004)。此外，非金屬清潔(S103、S304、S405、S704、S1004)，使用對於Si、C、B、NH系堆積物之除去為有效的複數步驟來除去亦可。
例如，有對矽除去有效的條件1與對碳除去有效的條件2所構成的2步驟構造，例如條件1為氟系氣體，條件2為氧系氣體亦可。因為使用複數步驟的方式，有可以實現分別的堆積物之高速除去的場合。此外，此時，條件1也可能一起除去硼堆積物。此外，於非金屬清潔步驟(S304、S405、S704、S1004)之實施後，殘留於處理室表面的殘留氟被認為是充分少的條件(例如以氧氣體系為中心之處理條件藉由充分的處理時間使得殘留氟變少的場合)，也可以不實施除去氟之步驟(S305、S406、S705、S1005)。
此外，實施例1～6與8，說明了把相關於本發明的電漿處理方法適用於微波Electron Cyclotron Resonance(ECR)電漿蝕刻裝置的場合，但使用電容耦合電漿或感應耦合電漿等其他電漿源的電漿蝕刻裝置也可以得到與本發明的實施例1～6與8相同的效果。
綜上所述，藉由本發明，可以除去堆積於處理室的Al、Ti、Ta等金屬與Si、C、B等非金屬之複合堆積物，可以跨長期間實現量產處理。
101‧‧‧晶圓 102‧‧‧試料台 103‧‧‧頂板 104‧‧‧噴淋板 105‧‧‧氣體供給裝置 106‧‧‧導波管 107‧‧‧高頻電源 108‧‧‧電磁鐵 109‧‧‧內筒 110‧‧‧接地 111‧‧‧整合器 112‧‧‧施加偏壓用高頻電源 113‧‧‧真空排氣閥 114‧‧‧ATR-FTIR裝置
圖1係顯示相關於本發明之電漿處理方法的第1實施例之電漿處理的流程圖及FTIR的光譜圖。 圖2係圖1所示的電漿處理流程之清潔中的推定反應模型。 圖3係顯示相關於本發明之電漿處理方法的第2實施例之電漿處理的流程圖。 圖4係顯示相關於本發明之電漿處理方法的第3實施例之電漿處理的流程圖。 圖5係評估圖4所示的電漿處理之不銹鋼處理( treatment)之流程圖。 圖6係顯示圖5所示的不銹鋼處理之評估結果。 圖7係顯示相關於本發明之電漿處理方法的第4實施例之電漿處理的流程圖。 圖8係顯示發光強度之循環清潔的循環次數依存性。 圖9係圖7所示的電漿處理流程之金屬清潔中的發光光譜。 圖10係顯示相關於本發明之電漿處理方法的第5實施例之電漿處理的流程圖。 圖11係顯示用於清潔評估的電漿蝕刻裝置之縱剖面圖。 圖12係顯示用於清潔評估的電漿處理流程之圖。 圖13係對應於圖12所示的電漿處理流程之各步驟而得到的FTIR光譜。 圖14係顯示圖12所示的電漿處理流程之清潔中的推定反應模型之圖。 圖15係改良循環清潔的終點判定方法之流程圖。 圖16係顯示對於Al與C層積的混合堆積物實施循環清潔的場合之Al發光強度/CS發光強度與循環數的關係之圖。 圖17係顯示對於Al與C層積的混合堆積物實施循環清潔的場合之Al差分強度/CS差分強度與循環數的關係之圖。 圖18係循環清潔的各循環之處理室的表面狀態之推定圖。 圖19係使用福格特函數(Voigt functions)之Al峰的檢測例。 圖20係ECR High與Low設定時之氧化鋁清潔速率分布。 圖21係使用具有上下2個ECR高度的金屬清潔之循環清潔的序列流程之一例。

Claims (1)

  1. 一種電漿處理方法，係在材質為不銹鋼的構件被配置於表面的一部分之處理室內把試樣電漿蝕刻而電漿清潔前述處理室內之電漿處理方法，其特徵為具有：將前述試樣進行電漿蝕刻的蝕刻步驟、前述蝕刻步驟後，使用電漿除去含有金屬元素及非金屬元素而堆積於前述處理室內的堆積膜之金屬除去步驟、以及在前述金屬除去步驟前，使用氫氣(H2)氣體或六氟化硫(SF6)氣體進行電漿處理的處理(treatment)步驟。
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