WO2016181893A1 - クリーニング方法及びプラズマ処理方法 - Google Patents

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WO2016181893A1
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gas
cleaning
cleaning step
metal
etching
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PCT/JP2016/063605
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久保 卓也
松潤 康
恵一 霜田
大石 哲也
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東京エレクトロン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cleaning method and a plasma processing method.
  • an object of one aspect of the present invention is to provide a cleaning method for effectively removing a plurality of types of deposits.
  • a method for cleaning a substrate processing apparatus for etching a film containing a metal wherein a carbon-containing deposit is formed by plasma generated from a gas containing a hydrogen-containing gas.
  • the second cleaning step to remove the metal-containing deposits by the plasma generated from the inert gas after the first cleaning step, and after the second cleaning step,
  • the figure for demonstrating an example of particle generation. 6 is a flowchart illustrating an example of a cleaning process according to an embodiment.
  • variation prevention result of the etching rate by the cleaning concerning one Embodiment The figure which shows an example of the measurement result of the emitted light intensity at the time of the etching which concerns on one Embodiment, and cleaning. The figure which shows an example of the measurement result of the emitted light intensity at the time of the etching which concerns on one Embodiment, and cleaning. The figure which shows an example of the optimal value of the cleaning time which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a longitudinal section of an etching apparatus 1 according to this embodiment.
  • the etching apparatus 1 according to the present embodiment is a parallel plate type plasma processing apparatus (capacitively coupled plasma processing apparatus) in which a mounting table 20 and a gas shower head 25 are disposed in a processing container 10 so as to face each other.
  • the mounting table 20 has a function of holding a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer W”) and also functions as a lower electrode.
  • the gas shower head 25 has a function of supplying gas into the processing vessel 10 in a shower shape and also functions as an upper electrode.
  • the processing container 10 is made of aluminum having an anodized surface (anodized), for example, and has a cylindrical shape.
  • the processing container 10 is electrically grounded.
  • the mounting table 20 is installed at the bottom of the processing container 10 and mounts the wafer W thereon.
  • the wafer W is an example of a substrate to be etched, and a metal laminated film of MRAM elements is formed on the wafer W.
  • the mounting table 20 is made of, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), silicon carbide (SiC), or the like.
  • An electrostatic chuck 106 for electrostatically attracting the substrate is provided on the upper surface of the mounting table 20.
  • the electrostatic chuck 106 has a structure in which a chuck electrode 106a is sandwiched between insulators 106b.
  • a DC voltage source 112 is connected to the chuck electrode 106a, and a DC current is supplied from the DC voltage source 112 to the chuck electrode 106a. As a result, the wafer W is attracted to the electrostatic chuck 106 by the Coulomb force.
  • An annular focus ring 103 is placed on the electrostatic chuck 106 so as to surround the periphery of the wafer W.
  • the focus ring 103 is made of a conductive member, for example, silicon, and converges plasma toward the surface of the wafer W inside the processing container 10 to improve etching efficiency.
  • the mounting table 20 is supported by the support body 104.
  • a coolant channel 104 a is formed inside the support body 104.
  • a refrigerant inlet pipe 104b and a refrigerant outlet pipe 104c are connected to the refrigerant flow path 104a.
  • a cooling medium such as cooling water or brine output from the chiller 107 circulates through the refrigerant inlet pipe 104b, the refrigerant flow path 104a, and the refrigerant outlet pipe 104c. Thereby, the mounting table 20 and the electrostatic chuck 106 are cooled.
  • the heat transfer gas supply source 85 supplies a heat transfer gas such as helium gas (He) or argon gas (Ar) to the back surface of the wafer W on the electrostatic chuck 106 through the gas supply line 130.
  • a heat transfer gas such as helium gas (He) or argon gas (Ar)
  • He helium gas
  • Ar argon gas
  • the temperature of the electrostatic chuck 106 is controlled by the cooling medium circulated through the refrigerant flow path 104a and the heat transfer gas supplied to the back surface of the wafer W.
  • the substrate can be controlled to a predetermined temperature.
  • the first high frequency power supply 34 is electrically connected to the gas shower head 25 via the matching unit 35.
  • the first high frequency power supply 34 applies, for example, a high frequency power HF for plasma excitation of 60 MHz to the gas shower head 25.
  • the high frequency power HF is applied to the gas shower head 25, but may be applied to the mounting table 20.
  • the second high frequency power supply 32 is electrically connected to the mounting table 20 via the matching unit 33.
  • the second high frequency power supply 32 applies a high frequency power LF for bias of 13.56 MHz to the mounting table 20.
  • the matching unit 35 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the first high frequency power supply 34.
  • the matching unit 33 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the second high-frequency power source 32.
  • the matching unit 35 and the matching unit 33 function so that the internal impedance and the load impedance of the first high-frequency power source 34 and the second high-frequency power source 32 seem to coincide when plasma is generated in the processing container 10.
  • the gas shower head 25 includes a ceiling electrode plate 41 having a large number of gas supply holes 55 and a cooling plate 42 that supports the ceiling electrode plate 41 in a detachable manner.
  • the gas shower head 25 is attached so as to close the opening of the ceiling portion of the processing container 10 through a shield ring 40 covering the peripheral edge portion thereof.
  • the gas shower head 25 is formed with a gas inlet 45 for introducing gas.
  • the gas output from the gas supply source 15 is supplied to the diffusion chambers 50a and 50b via the gas introduction port 45, diffused in the respective diffusion chambers 50a and 50b, and then transferred from the multiple gas supply holes 55 to the mounting table 20. Introduced towards.
  • An exhaust port 60 is formed on the bottom surface of the processing container 10, and the inside of the processing container 10 is exhausted by an exhaust device 65 connected to the exhaust port 60. Thereby, the inside of the processing container 10 can be maintained at a predetermined degree of vacuum.
  • a gate valve G is provided on the side wall of the processing vessel 10. By opening and closing the gate valve G, the wafer W is carried in and out of the processing container 10.
  • the etching apparatus 1 is provided with a light emission sensor 108 capable of measuring the intensity of light of each wavelength in the plasma in the processing container 10 through the quartz window 109.
  • the etching apparatus 1 is provided with a control unit 100 that controls the operation of the entire apparatus.
  • the control unit 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 105, a ROM (Read Only Memory) 110, and a RAM (Random Access Memory) 115.
  • the CPU 105 executes desired processing such as etching processing and charge removal processing according to various recipes stored in these storage areas.
  • the recipe includes process time, pressure (gas exhaust), high-frequency power and voltage, various gas flow rates, process vessel 10 temperature (upper electrode temperature, process vessel side wall temperature, electrostatic chuck) which are control information of the apparatus with respect to process conditions. Temperature), the temperature of the chiller 107, and the like.
  • recipes indicating these programs and processing conditions may be stored in a hard disk or a semiconductor memory. Further, the recipe may be set at a predetermined position in the storage area while being stored in a storage medium readable by a portable computer such as a CD-ROM or DVD.
  • control unit 100 measures the emission spectrum of each wavelength based on the detection value detected by the light emission sensor 108, and detects the end point of each cleaning process described later.
  • the opening and closing of the gate valve G is controlled, and the wafer W is loaded into the processing container 10 and mounted on the mounting table 20.
  • a DC current is supplied from the DC voltage source 112 to the chuck electrode 106a, the wafer W is attracted to and held by the electrostatic chuck 106 by the Coulomb force.
  • an etching gas, a high frequency power HF for plasma excitation, and a high frequency power LF for bias are supplied into the processing container 10 to generate plasma.
  • Plasma etching is performed on the wafer W by the generated plasma.
  • the DC voltage HV is applied to the chuck electrode 106a from the DC voltage source 112 to reverse the positive and negative DC voltage HV to remove the charge on the wafer W, and the wafer W is peeled off from the electrostatic chuck 106.
  • the opening and closing of the gate valve G is controlled, and the wafer W is unloaded from the processing container 10.
  • the etching apparatus 1 performs the cleaning after etching the MRAM elements on the wafer W in a plurality of cleaning processes in order, and sequentially deposits metal, carbon, silicon deposited in the processing container 10 at the time of etching. Is efficiently removed.
  • the MRAM element is formed from a multilayer film including a metal laminated film.
  • the metal laminated film include cobalt (Co), iron (Fe), nickel (Ni), boron (B), palladium (Pd), platinum (Pt), manganese (Mn), zirconium (Zr), iridium ( Ir), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), chromium (Cr), magnesium (Mg), titanium (Ti), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au), silver ( Ag) and the like may be included.
  • an oxide or nitride containing any of the above metals may be included.
  • FIG. 2 shows an example of a cross section of the MRAM element 2.
  • the MRAM element 2 is disposed on a silicon wafer W, and in order from the bottom, the lower electrode layer 3, the pinning layer 4, the second magnetic layer 5, the insulating layer 6, the first magnetic layer 7, the upper electrode layer 8, And the mask 9 is laminated
  • a protective film 11 is provided on the side walls of the first magnetic layer 7, the upper electrode layer 8, and the mask 9 of the MRAM element 2.
  • the laminated film of the second magnetic layer 5, the insulating layer 6, and the first magnetic layer 7 is also referred to as a metal laminated film 12.
  • the lower electrode layer 3 is an electrode member having electrical conductivity formed on the substrate.
  • the thickness of the lower electrode layer 3 is, for example, about 5 nm.
  • the pinning layer 4 is disposed between the lower electrode layer 3 and the second magnetic layer 5.
  • the pinned layer 4 fixes the magnetization direction of the lower electrode layer 3 by the pinning effect by the antiferromagnetic material.
  • an antiferromagnetic material such as IrMn (iridium manganese) or PtMn (platinum manganese) is used, and the thickness thereof is, for example, about 7 nm.
  • the second magnetic layer 5 is a layer including a ferromagnetic material disposed on the pinned layer 4.
  • the second magnetic layer 5 functions as a so-called pinned layer in which the magnetization direction is kept constant without being influenced by the external magnetic field due to the pinning effect of the pinning layer 4.
  • CoFeB is used, and the thickness thereof is, for example, about 2.5 nm.
  • the insulating layer 6 is sandwiched between the second magnetic layer 5 and the first magnetic layer 7 to form a magnetic tunnel junction (MTJ).
  • MTJ magnetic tunnel junction
  • the insulating layer 6 is interposed between the second magnetic layer 5 and the first magnetic layer 7, so that the tunnel magnetic field is generated between the second magnetic layer 5 and the first magnetic layer 7.
  • a resistance effect (TMR: Tunnel magnetoresistance) occurs.
  • TMR Tunnel magnetoresistance
  • the electric power according to the relative relationship (parallel or antiparallel) between the magnetization direction of the second magnetic layer 5 and the magnetization direction of the first magnetic layer 7. Resistance occurs.
  • Al 2 O 3 or MgO is used, and the thickness thereof is, for example, 1.3 nm.
  • the first magnetic layer 7 is a layer including a ferromagnetic material disposed on the insulating layer 6.
  • the first magnetic layer 7 functions as a so-called free layer in which the direction of magnetization follows an external magnetic field that is magnetic information.
  • CoFeB is used, and the thickness thereof is, for example, about 2.5 nm.
  • the upper electrode layer 8 is an electrode member having electrical conductivity formed on the first magnetic layer 7.
  • the thickness of the upper electrode layer 8 is about 5 nm, for example.
  • the mask 9 is formed on the upper electrode layer 8.
  • the mask 9 is formed in a shape corresponding to the planar shape of the MRAM element 2.
  • metal such as magnesium (Mg) contained in the metal film
  • C carbon
  • Different types of deposits such as silicon (Si) deposits are generated by etching the silicon wafer W under the metal film or the parts in the processing vessel containing silicon.
  • Si silicon
  • the ceiling surface A becomes a micromask and falls onto the wafer W as particles larger than usual, for example, about 100 microns.
  • the cleaning method according to the present embodiment removes the metal-containing deposit, the carbon-containing deposit, and the silicon-containing deposit using plasma generated from a specific gas suitable for each of the cleaning steps. This makes it possible to remove the components of metal-containing deposits, carbon-containing deposits, and silicon-containing deposits separately, stabilize the etching rate during long-term operation, suppress the generation of particles, and increase the life of parts. Can be extended.
  • the cleaning method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the MRAM is etched in steps S10 to S14 before the main cleaning.
  • a product wafer W is loaded in step S10
  • plasma etching is performed on the wafer W with an etching gas containing a hydrocarbon gas in step S12
  • the etched wafer W is unloaded in step S14.
  • the cleaning method according to the present embodiment is used for cleaning the etching apparatus 1 after etching is performed on one or a plurality of product wafers W.
  • Step S16 a dummy wafer is loaded in step S16.
  • step S ⁇ b > 18 a gas containing nitrogen (N 2 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas is supplied into the processing container 10 to generate plasma mainly composed of nitrogen gas and hydrogen gas.
  • Carbon-containing deposits can be removed mainly by the action of hydrogen radicals in the generated plasma.
  • this step is an example of a first cleaning step in which a gas containing a hydrogen-containing gas is supplied, and carbon-containing deposits are removed by plasma generated from the gas containing the hydrogen-containing gas.
  • a gas containing a hydrogen-containing gas and a nitrogen-containing gas may be supplied.
  • nitrogen gas, hydrogen gas, and argon gas (Ar) may be supplied.
  • a gas containing oxygen (O 2 ) gas and fluorine (F) gas is not supplied. This is to prevent the metal-containing deposit to be removed in the next step from being oxidized and fluorinated by a gas containing oxygen gas and fluorine gas.
  • the control unit 100 determines the CN (nitrogen carbide) of 387 nm based on the detection value of the luminescence sensor 108. ) And the first end point detection is performed, and then the process proceeds to the next cleaning step.
  • End point detection is performed by measuring the light intensity of each wavelength in the plasma using the light emission sensor 108 attached to the etching apparatus 1.
  • the control unit 100 detects the emission intensity of carbon nitride (387 nm) generated by the reaction between the carbon-containing deposit and the nitrogen component contained in the plasma from the measured emission spectrum in the plasma in the processing container 10.
  • the control unit 100 determines that the first end point is detected when the slope of the emission intensity of carbon nitride with respect to time becomes zero.
  • FIG. 6 shows the result of the first end point detection for seven dummy wafers.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 6 represents time, and the vertical axis represents the emission intensity of carbon nitride (387 nm).
  • control unit 100 determines that the first end point detection is when the slope of the emission intensity of carbon nitride with respect to time is substantially 0, so that the cleaning time is actually set to the carbon-containing deposit. It can be optimized for almost complete removal time. As a result, the carbon-containing deposit can be removed almost completely and then the next second cleaning step can be performed.
  • step S ⁇ b> 22 the second cleaning process is performed.
  • argon gas is supplied into the processing container 10
  • metal-containing deposits are knocked out by the action of ion sputtering mainly of argon gas plasma, and are removed to the outside of the processing container 10.
  • this step is an example of a second cleaning step in which an inert gas is supplied after the first cleaning step, and the metal-containing deposit is removed by plasma generated from the inert gas.
  • argon gas is supplied as the gas for the second cleaning step.
  • the gas supplied in the second cleaning step is not limited to this, but helium (He), krypton (Kr), xenon ( Other inert gases such as Xe) may be used.
  • a gas containing oxygen gas and fluorine gas is not supplied. This is to prevent the metal-containing deposit from being oxidized and fluorinated by a gas containing oxygen gas and fluorine gas.
  • the control unit 100 detects the light emission intensity of the metal-containing deposit sputtered by the argon gas plasma from the light emission spectrum in the plasma in the processing container 10 measured by the light emission sensor 108.
  • the metal-containing deposit to be measured may include platinum (Pt), magnesium (Mg), tantalum (Ta), cobalt (Co), and ruthenium (Ru).
  • the metal-containing deposits to be measured include cobalt (Co), iron (Fe), boron (B), palladium (Pd), platinum (Pt), manganese (Mn), iridium (Ir) contained in the MRAM element 2.
  • tantalum (Ta) of the base film may be included.
  • the tantalum deposit is generated, for example, when the base film made of tantalum (Ta) included in the MRAM element 2 is over-etched.
  • the control unit 100 determines that the second end point is detected when the slope of the emission intensity of these metal-containing deposits with respect to time becomes zero.
  • FIG. 7 shows the result of the second end point detection for seven dummy wafers.
  • the second end point detection target in FIG. 7 is 266 nm platinum (Pt) in “b-1” in FIG. 7, 285 nm magnesium (Mg) and tantalum (Ta) in “b-2”, “b-2”.
  • control unit 100 determines that the second end point detection is when the inclination of the light emission intensity of the predetermined metal with respect to time is substantially 0, so that the cleaning time is actually set to the metal-containing deposit. Can be optimized for the time to remove almost completely. Thereby, it is possible to shift to the next third cleaning step after the metal-containing deposit is almost completely removed.
  • step S24 when the control unit 100 detects the second end point in step S24, a dummy wafer is unloaded in step S26, and another dummy wafer is loaded in step S28.
  • step S26 the reaction products of carbon and metal that have fallen from the ceiling due to sputtering and deposited on the dummy wafer during the second cleaning step are quickly discharged out of the processing container. be able to.
  • the next third cleaning step for removing the silicon-containing deposits such as SiO 2 and SiC shown in “c” of FIG. 5 is started.
  • the dummy wafer replacement process in steps S26 and S28 can be omitted. Further, after the dummy wafer is taken out in step S26, the process of loading a new dummy wafer in step S28 may be omitted.
  • a gas containing carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas and oxygen gas is supplied into the processing container 10 to generate plasma mainly composed of carbon tetrafluoride gas and oxygen gas.
  • Deposits of silicon are removed mainly by the action of fluorine radicals in the generated plasma.
  • a gas containing a fluorine-containing gas and an oxygen-containing gas is supplied, and silicon-containing deposits are removed by plasma generated from the gas containing the fluorine-containing gas and the oxygen-containing gas. This is an example of a third cleaning step.
  • fluorine gas (F 2 ), nitrogen trifluoride gas (NF 3 ), and sulfur hexafluoride gas (SF 6 ) may be supplied as another example of the fluorine-containing gas. Further, an inert gas may be introduced together with the fluorine-containing gas and the oxygen-containing gas.
  • the control unit 100 measures the emission intensity of silicon and performs third end point detection.
  • FIG. 8 shows an example of the result of the third end point detection for seven dummy wafers.
  • the control unit 100 determines that the third end point is detected when the slope of the emission intensity of silicon with respect to time becomes zero. Since the third end point detection is performed for each third cleaning step, the cleaning time is optimized to a time during which the silicon-containing deposit can actually be completely removed. Thereby, the silicon-containing deposit can be completely removed.
  • step S ⁇ b> 34 a gas containing nitrogen gas and hydrogen gas is supplied, and the fluorine-containing gas generated in the third cleaning process and The oxygen-containing gas is removed from the processing container (seasoning step). Thereby, the atmosphere in the processing container is adjusted, and the present processing is terminated.
  • a gas containing a hydrogen-containing gas may be supplied.
  • nitrogen gas, hydrogen gas, and argon gas (Ar) may be supplied.
  • the gas to be supplied contains a hydrogen-containing gas, the nitrogen-containing gas may not be contained.
  • a gas containing a hydrogen-containing gas is supplied, and a fluorine-containing gas and an oxygen-containing gas are removed by plasma generated from the gas containing the hydrogen-containing gas. It is an example of a cleaning process.
  • FIG. 9 shows an example of the result of executing the etching of the MRAM element 2 in the etching apparatus 1 after performing cleaning and seasoning using the cleaning method according to the present embodiment.
  • FIG. 9 shows a temporal change in the emission spectrum in the plasma of platinum (Pt: 266 nm) when the MRAM element 2 is etched.
  • FIG. 9 shows that there is no variation in the peak of the emission spectrum in the etching of the seven product wafers, that is, the time during which the platinum layer (Pt) of the MRAM element 2 is etched in the seven product wafers. Has been.
  • the variation in the etching rate can be prevented by the cleaning method according to the present embodiment.
  • FIG. 10 shows an example of an emission spectrum measured when the MRAM element 2 is etched.
  • FIG. 11 shows an example of an emission spectrum measured when the MRAM element 2 is cleaned.
  • a specific gas is supplied for each cleaning process and cleaning is performed with a specific plasma. Further, end point detection based on the emission spectrum is performed for each cleaning process. As a result, it is possible to sequentially remove a plurality of different types of laminated films generated when etching is performed.
  • a mass gas analyzer or a secondary ion mass spectrometer (SIMS) meter may be used, or an analyzer based on the same ion detection principle as these measuring instruments may be used.
  • SIMS secondary ion mass spectrometer
  • the cleaning method according to the present embodiment carbon, metal, and silicon-containing deposits in the processing container 10 after etching the metal film of the MRAM element can be efficiently removed.
  • the micromask generated by the metal component and carbon component remaining on the parts in the processing container can be eliminated, the roughness of the surface of the part and the generation of particles are effectively suppressed, and the life of the part Can be extended.
  • the cleaning method according to the present embodiment after the etching of one or more product wafers, the carbon, metal, and silicon components are efficiently removed by separately cleaning with different cleaning gases. it can. For this reason, an etching rate does not fluctuate and it is possible to maintain a stable etching condition in a long-term operation.
  • the control unit 100 executes end point detection based on the emission spectrum
  • the optimum value of the cleaning time can be calculated according to the detection value of the light emission sensor 108.
  • automatic cleaning time control can be performed based on the first to third end point detection times.
  • FIG. 12 shows an example of emission spectra of silicon (Si: 252 nm), platinum (Pt: 266 nm), magnesium (Mg: 285 nm), cobalt (Co: 345 nm), and ruthenium (Ru: 373 nm).
  • the control unit 100 calculates 800 seconds at which the slopes of all the emission intensities of silicon and the above metals with respect to time are almost zero as the optimum cleaning time, and performs cleaning in the second and third cleaning steps. Control time to 800 seconds. Thereby, automatic control of the cleaning time can be performed.
  • the cleaning method and the plasma processing method for performing plasma processing including the cleaning method have been described in the above embodiment.
  • the cleaning method and the plasma processing method according to the present invention are not limited to the above embodiment.
  • Various modifications and improvements can be made within the range described above. The matters described in the above embodiments can be combined within a consistent range.
  • the etching target film is not limited to MRAM, and may be a film containing metal or a multilayer film material containing a metal film.
  • the first to fourth cleaning steps are performed.
  • the cleaning method according to the present invention is not limited to this, and the first and second cleaning steps may be performed, and the third and fourth cleaning steps may not be performed.
  • an inert gas is supplied after the first cleaning step of cleaning the carbon-containing deposits with plasma generated from a gas containing a hydrogen-containing gas, and the generated gas is generated from the inert gas.
  • carbon-containing deposits are removed mainly by the chemical action of hydrogen radicals in the plasma.
  • the metal-containing deposit is physically knocked out mainly by sputtering of argon ions in the plasma, and is discharged out of the processing vessel 10. In this way, different types of deposits can be almost completely removed in order, thereby preventing variation in etching rate and generation of particles. The life of parts can be extended.
  • the etching apparatus according to the present embodiment is an example of a substrate processing apparatus according to the present invention.
  • CCP capacitively coupled plasma
  • other substrate processing apparatuses can be applied to the substrate processing apparatus according to the present invention.
  • Other substrate processing equipment includes inductively coupled plasma (ICP), plasma processing equipment using a radial line slot antenna, helicon wave excited plasma (HWP) equipment, electron cyclotron resonance plasma ( ECR: Electron Cyclotron Resonance Plasma) device.
  • ICP inductively coupled plasma
  • HWP helicon wave excited plasma
  • ECR Electron Cyclotron Resonance Plasma
  • the substrate processed by the substrate processing apparatus according to the present invention is not limited to a wafer, and may be, for example, a large substrate for a flat panel display, an EL element, or a substrate for a solar cell.
  • Examples of the carbon-containing gas used as an etching gas for the MRAM element 2 include methane (CH 4 ), ethylene (C 2 H 4 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), carbonyl fluoride (COF 2 ), carbon monoxide (CO), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH, acetylacetone (C 5 H 8 O 2) , hexafluoroacetylacetone (C 5 H 2 F 6 O2 ), acetic acid (CH 3 COOH ), Pyridine (C 5 H 5 N), and / or formic acid (HCOOH), but is not limited thereto.
  • Etching apparatus 2 MRAM element 3: Lower electrode layer 4: Pinning layer 5: Second magnetic layer 6: Insulating layer 7: First magnetic layer 8: Upper electrode layer 9: Mask 10: Processing vessel 12: Metal stack Film 15: Gas supply source 20: Mounting table 25: Gas shower head 32: Second high frequency power supply 34: First high frequency power supply 100: Control unit 103: Focus ring 106: Electrostatic chuck 108: Light emission sensor Dp: Deposit W: Silicon substrate

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Abstract

金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第1のクリーニング工程と、前記第1のクリーニング工程の後に不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第2のクリーニング工程と前記第2のクリーニング工程の後にフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第3のクリーニング工程と、を有するクリーニング方法が提供される。

Description

クリーニング方法及びプラズマ処理方法
 本発明は、クリーニング方法及びプラズマ処理方法に関する。
 磁性材を含む被加工体を、酸化性を有する反応ガスを用いて加工し、かつ、酸化性を有する反応ガスを除去して良好な磁気特性の磁気記録媒体等を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2005-56547号公報
 被加工体をエッチングする場合、被加工体に含まれる金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、及び金属膜の下地膜又は処理容器内のパーツ等として使用されるシリコン含有堆積物といった異なる種類の堆積物が発生することがある。しかしながら、特許文献1では、同一のガスを使用して複数種類の異なる堆積物をクリーニングするため、堆積物の一部が除去しきれずに処理容器の内部に残留することがある。これらの残留物は、エッチングレートの変動及びパーティクルの発生を引き起こし、頻繁なパーツの交換を生じさせる要因となる。
 上記課題に対して、一側面では、本発明は、複数種類の堆積物の除去を効果的に行うクリーニング方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、一の態様によれば、金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第1のクリーニング工程と、前記第1のクリーニング工程の後に、不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第2のクリーニング工程と、前記第2のクリーニング工程の後に、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第3のクリーニング工程と、を有するクリーニング方法が提供される。
 一の側面によれば、複数種類の堆積物の除去を効果的に行うクリーニング方法を提供することができる。
一実施形態に係るエッチング装置の縦断面の一例を示す図。 一実施形態に係るMRAM素子の一例を示す図。 パーティクル発生の一例を説明するための図。 一実施形態に係るクリーニング処理の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係るクリーニングとパーティクル発生の抑制を説明するための図。 一実施形態に係る第1のクリーニング工程の終点検出結果の一例を示す図。 一実施形態に係る第2のクリーニング工程の終点検出結果の一例を示す図。 一実施形態に係る第3のクリーニング工程の終点検出結果の一例を示す図。 一実施形態に係るクリーニングによるエッチングレートの変動防止結果の一例を示す図。 一実施形態に係るエッチング及びクリーニング時の発光強度の計測結果の一例を示す図。 一実施形態に係るエッチング及びクリーニング時の発光強度の計測結果の一例を示す図。 一実施形態に係るクリーニング時間の最適値の一例を示す図。
 以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
 [エッチング装置の全体構成]
 まず、本発明の一実施形態に係るエッチング装置1について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るエッチング装置1の縦断面の一例を示す。本実施形態に係るエッチング装置1は、処理容器10内に載置台20とガスシャワーヘッド25とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置(容量結合型プラズマ処理装置)である。載置台20は、半導体ウェハ(以下、単に「ウェハW」という。)を保持する機能を有するとともに下部電極として機能する。ガスシャワーヘッド25は、ガスを処理容器10内にシャワー状に供給する機能を有するとともに上部電極として機能する。
 処理容器10は、例えば表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニウムからなり、円筒形である。処理容器10は、電気的に接地されている。載置台20は、処理容器10の底部に設置され、ウェハWを載置する。ウェハWは、エッチング対象である基板の一例であり、ウェハWには、MRAM素子の金属積層膜が形成されている。
 載置台20は、たとえばアルミニウム(Al)やチタン(Ti)、炭化ケイ素(SiC)等から形成されている。載置台20の上面には、基板を静電吸着するための静電チャック106が設けられている。静電チャック106は、絶縁体106bの間にチャック電極106aを挟み込んだ構造になっている。
 チャック電極106aには直流電圧源112が接続され、直流電圧源112からチャック電極106aに直流電流が供給される。これにより、クーロン力によってウェハWが静電チャック106に吸着される。
 静電チャック106には、ウェハWの周縁部を囲うように、円環状のフォーカスリング103が載置される。フォーカスリング103は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、処理容器10の内部においてプラズマをウェハWの表面に向けて収束し、エッチングの効率を向上させる。
 載置台20は、支持体104により支持されている。支持体104の内部には、冷媒流路104aが形成されている。冷媒流路104aには、冷媒入口配管104b及び冷媒出口配管104cが接続されている。チラー107から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管104b、冷媒流路104a及び冷媒出口配管104cを循環する。これにより、載置台20及び静電チャック106は冷却される。
 伝熱ガス供給源85は、ヘリウムガス(He)やアルゴンガス(Ar)等の伝熱ガスをガス供給ライン130に通して静電チャック106上のウェハWの裏面に供給する。係る構成により、静電チャック106は、冷媒流路104aに循環させる冷却媒体と、ウェハWの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、基板を所定の温度に制御することができる。
 第1高周波電源34は、整合器35を介してガスシャワーヘッド25に電気的に接続される。第1高周波電源34は、例えば、60MHzのプラズマ励起用の高周波電力HFをガスシャワーヘッド25に印加する。なお、本実施形態では、高周波電力HFはガスシャワーヘッド25に印加されるが、載置台20に印加されてもよい。第2高周波電源32は、整合器33を介して載置台20に電気的に接続される。第2高周波電源32は、例えば、13.56MHzのバイアス用の高周波電力LFを載置台20に印加する。
 整合器35は、第1高周波電源34の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器33は、第2高周波電源32の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器35及び整合器33は、処理容器10内にプラズマが生成されているときに第1高周波電源34及び第2高周波電源32の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
 ガスシャワーヘッド25は、多数のガス供給孔55を有する天井電極板41と、天井電極板41を着脱可能に釣支するクーリングプレート42とを有する。ガスシャワーヘッド25は、その周縁部を被覆するシールドリング40を介して処理容器10の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド25には、ガスを導入するガス導入口45が形成されている。ガスシャワーヘッド25の内部にはガス導入口45から分岐したセンタ側の拡散室50a及びエッジ側の拡散室50bが設けられている。ガス供給源15から出力されたガスは、ガス導入口45を介して拡散室50a、50bに供給され、それぞれの拡散室50a、50bにて拡散されて多数のガス供給孔55から載置台20に向けて導入される。
 処理容器10の底面には排気口60が形成されており、排気口60に接続された排気装置65によって処理容器10内が排気される。これにより、処理容器10内を所定の真空度に維持することができる。処理容器10の側壁にはゲートバルブGが設けられている。ゲートバルブGの開閉により処理容器10からウェハWの搬入及び搬出が行われる。
 エッチング装置1には、石英窓109を通して処理容器10内のプラズマ中の各波長の光の強度を測定可能な発光センサ108が取り付けられている。
 エッチング装置1には、装置全体の動作を制御する制御部100が設けられている。制御部100は、CPU(Central Processing Unit)105、ROM(Read Only Memory)110及びRAM(Random Access Memory)115を有している。CPU105は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、エッチング処理及び除電処理等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力(ガスの排気)、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器10内温度(上部電極温度、処理容器の側壁温度、静電チャック温度など)、チラー107の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、CD-ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。
 また、制御部100は、発光センサ108が検出した検出値に基づき、各波長の発光スペクトルを測定し、後述される各クリーニング工程の終点検出を行う。
 エッチング処理時には、ゲートバルブGの開閉が制御され、ウェハWが処理容器10に搬入され、載置台20に載置される。直流電圧源112からチャック電極106aに直流電流が供給されることにより、クーロン力によってウェハWが静電チャック106に吸着され、保持される。
 次いで、エッチング用のガス、プラズマ励起用の高周波電力HF及びバイアス用の高周波電力LFが処理容器10内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハWにプラズマエッチング処理が施される。
 エッチング処理後、直流電圧源112からチャック電極106aにウェハWの吸着時とは正負が逆の直流電圧HVを印加してウェハWの電荷を除電し、ウェハWを静電チャック106から剥がす。ゲートバルブGの開閉が制御され、ウェハWが処理容器10から搬出される。
 [MRAM素子]
 本実施形態に係るエッチング装置1は、ウェハW上のMRAM素子をエッチングした後のクリーニングを複数のクリーニング工程に分けて順に実行することでエッチング時に処理容器10の内部に堆積した金属、カーボン、シリコンが含有された反応生成物を効率よく除去する。
 本実施形態に係るクリーニング方法について説明する前に、MRAM素子2の一例について、図2を参照しながら簡単に説明する。MRAM素子は、金属積層膜を含む多層膜から形成される。金属積層膜としては、例えば、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ボロン(B)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、マンガン(Mn)、ジルコニウム(Zr)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)等が含まれてもよい。また、上記いずれかの金属を含む酸化物又は窒化物が含まれてもよい。
 図2は、MRAM素子2の断面の一例を示す。MRAM素子2は、シリコンのウェハW上に配置されており、下から順に下部電極層3、ピン止め層4、第2磁性層5、絶縁層6、第1磁性層7、上部電極層8、及びマスク9が積層されている。MRAM素子2の第1磁性層7、上部電極層8、及びマスク9の側壁には、保護膜11が設けられている。以下では、第2磁性層5、絶縁層6及び第1磁性層7の積層膜を金属積層膜12とも称呼する。
 下部電極層3は、基板上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。下部電極層3の厚さは、例えば約5nmである。ピン止め層4は、下部電極層3及び第2磁性層5の間に配置される。ピン止め層4は、反強磁性体によるピン止め効果により下部電極層3の磁化の方向を固定する。ピン止め層4としては、例えばIrMn(イリジウムマンガン)、PtMn(プラチナマンガン)等の反強磁性体材料が用いられ、その厚さは、例えば約7nmである。
 第2磁性層5は、ピン止め層4上に配置される強磁性体を含む層である。第2磁性層5は、ピン止め層4によるピン止め効果により、磁化の方向が外部磁界の影響を受けず一定に保持されるいわゆるピンド層として機能する。第2磁性層5としては、CoFeBが用いられ、その厚さは、例えば約2.5nmである。
 絶縁層6は、第2磁性層5及び第1磁性層7により挟まれ、磁性トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunnel junction)を構成する。磁性トンネル接合(MTJ)では、第2磁性層5と第1磁性層7との間に絶縁層6が介在することにより、第2磁性層5と第1磁性層7との間に、トンネル磁気抵抗効果(TMR:Tunnel magnetoresistance)が生じる。すなわち、第2磁性層5と第1磁性層7との間には、第2磁性層5の磁化方向と第1磁性層7の磁化方向との相対関係(平行または反平行)に応じた電気抵抗が生じる。絶縁層6としては、AlやMgOが用いられ、その厚さは、例えば1.3nmである。
 第1磁性層7は、絶縁層6上に配置される強磁性体を含む層である。第1磁性層7は、磁気情報である外部磁界に磁化の向きが追従する、いわゆるフリー層として機能する。第1磁性層7としては、CoFeBが用いられ、その厚さは、例えば約2.5nmである。
 上部電極層8は、第1磁性層7上に形成される電気伝導性を有する電極部材である。上部電極層8の厚さは、例えば約5nmである。マスク9は、上部電極層8上に形成される。マスク9は、MRAM素子2の平面形状に応じた形状に形成される。マスク9としては、例えばTa、TiN、SiO、W、Ti等が用いられ、その厚さは例えば50nmである。
 MRAM素子2のエッチングの際、金属膜に含まれるマグネシウム(Mg)等の金属の堆積物、MRAM素子2のエッチングガスとして用いられる炭素含有ガスの反応生成物等から生じるカーボン(C)の堆積物、金属膜の下地のシリコンのウェハW又はシリコンを含む処理容器内パーツ等がエッチングされることにより生じるシリコン(Si)の堆積物といった異なる種類の堆積物が発生する。これらの堆積物Dpは、図3の「a」に示すようにガスシャワーヘッド25の天井面に付着する。堆積物Dpの一部は、図3の「b」に示すようにその厚さが所定以上になったとき等に天井面から剥がれ、ウェハW上やフォーカスリング103上に飛来し、堆積する。これにより、ガスシャワーヘッド25の天井面には、堆積物Dpが付着したままの部分と堆積物Dpが脱離した部分が生じ、堆積物Dpが脱離した部分は、クリーニングやエッチングの際にスパッタされて削れ、天井部には例えば縞状の凹凸が形成される。この結果、図3の「c」に示すように天井面Aがマイクロマスク化し、例えば100ミクロン程度の通常よりも大きなパーティクルとなってウェハW上に落ちてくる。
 金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、シリコン含有堆積物を同一のガスでクリーニングすると堆積物の一部が除去しきれずに処理容器の内部に残留し、エッチングレートを変動させたり、パーティクルを発生させたりする要因となる。
 そこで、本実施形態にかかるクリーニング方法は、金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、シリコン含有堆積物を、別々のクリーニング工程においてそれぞれに適した特定のガスから生成されたプラズマを用いて除去する。これにより、金属含有堆積物、カーボン含有堆積物、シリコン含有堆積物の成分を分けて除去することができ、長期運用時にエッチングレートの安定化を図り、パーティクルの発生を抑制し、パーツの寿命を長期化できる。
 [クリーニング方法]
 本実施形態にかかるクリーニング方法について、図4のフローチャートを参照しながら説明する。前提として本クリーニングの前にステップS10~S14においてMRAMのエッチングが実行される。具体的には、ステップS10において製品用のウェハWが搬入され、ステップS12において炭化水素ガスを含むエッチングガスによりウェハWに対してプラズマエッチングが実行され、ステップS14においてエッチング後のウェハWが搬出される。本実施形態にかかるクリーニング方法は、1枚又は複数枚の製品用のウェハWに対してエッチングが実行された後のエッチング装置1のクリーニングに使用される。
 (第1のクリーニング工程:カーボン含有堆積物の除去)
 クリーニング工程では、まず、ステップS16にてダミーウェハが搬入される。次に、ステップS18にて、処理容器10内に窒素(N)ガス及び水素(H)ガスを含むガスを供給し、窒素ガス及び水素ガスを主としたプラズマが生成される。生成したプラズマのうちの主に水素ラジカルの作用によりカーボン含有堆積物を除去することができる。なお、本工程は、水素含有ガスを含むガスを供給し、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第1のクリーニング工程の一例である。
 第1のクリーニング工程では、水素含有ガス及び窒素含有ガスを含むガスを供給すればよい。例えば、第1のクリーニング工程では、窒素ガス、水素ガス及びアルゴンガス(Ar)を供給してもよい。なお、第1のクリーニング工程では、酸素(O)ガス及びフッ素(F)ガスを含むガスは供給しない。次工程で除去する金属含有堆積物が酸素ガス及びフッ素ガスを含むガスにより酸化及びフッ化することを防止するためである。
 第1のクリーニング工程では図5の「a」に示す「1.カーボン含有堆積物の除去」を完全に行うために、制御部100は、発光センサ108の検出値に基づき387nmのCN(炭化窒素)の発光強度を測定して第1の終点検出を行った後に次のクリーニング工程に進む。
 終点検出(EPD:Endpoint detection)は、エッチング装置1に取り付けられた発光センサ108を用いてプラズマ中の各波長の光の強度を測定することにより行われる。制御部100は、測定した処理容器10内のプラズマ中の発光スペクトルから、カーボン含有堆積物とプラズマに含まれる窒素成分とが反応することで発生する窒化炭素(387nm)の発光強度を検出する。制御部100は、この窒化炭素の発光強度の時間に対する傾きが0となったときに第1の終点検出と判定する。例えば、図6は、7枚のダミーウェハについての第1の終点検出の結果を示している。図6のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は窒化炭素(387nm)の発光強度を示す。窒化炭素(387nm)の発光強度の時間に対する傾きがほぼ0になったとき、処理容器10内のカーボン含有堆積物はほとんどないと判定できる。
 このように本実施形態の制御部100は、窒化炭素の発光強度の時間に対する傾きがほぼ0となったときを第1の終点検出と判定することで、クリーニング時間を実際にカーボン含有堆積物をほぼ完全に除去する時間に最適化することができる。これにより、カーボン含有堆積物をほぼ完全に除去した後に次の第2のクリーニング工程に移行することができる。
 (第2のクリーニング工程:金属含有堆積物の除去)
 図4に戻り、ステップS20において制御部100が第1の終点を検出した場合、ステップS22に進み、第2のクリーニング工程が実行される。第2のクリーニング工程において処理容器10内にはアルゴンガスが供給され、アルゴンガスのプラズマの主にイオンのスパッタの作用により金属含有堆積物がたたき出され、処理容器10外に除去される。なお、本工程は、第1のクリーニング工程の後に、不活性ガスを供給し、不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第2のクリーニング工程の一例である。
 本実施形態では、第2のクリーニング工程のガスとしてアルゴンガスが供給されるが、第2のクリーニング工程にて供給されるガスはこれに限らず、ヘリウム(He)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)等の他の不活性ガスであってもよい。なお、第2のクリーニング工程では、酸素ガス及びフッ素ガスを含むガスは供給しない。金属含有堆積物が酸素ガス及びフッ素ガスを含むガスにより酸化及びフッ化することを防止するためである。
 第2のクリーニング工程では、制御部100は、発光センサ108が測定した処理容器10内のプラズマ中の発光スペクトルから、アルゴンガスのプラズマによりスパッタされた金属含有堆積物の発光強度を検出する。測定対象の金属含有堆積物には、白金(Pt)、マグネシウム(Mg)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)及びルテニウム(Ru)が含まれてもよい。測定対象の金属含有堆積物には、MRAM素子2に含まれるコバルト(Co),鉄(Fe),ボロン(B),パラジウム(Pd),白金(Pt),マンガン(Mn),イリジウム(Ir),ルテニウム(Ru),マグネシウム(Mg),チタン(Ti)、タングステン(W)及び下地膜のタンタル(Ta)の少なくともいずれかが含まれてもよい。なお、タンタルの堆積物は、例えば、MRAM素子2に含まれるタンタル(Ta)からなる下地膜をオーバーエッチングしたときに発生する。
 制御部100は、これらの金属含有堆積物の発光強度の時間に対する傾きが0となったときに第2の終点検出と判定する。図7は7枚のダミーウェハについての第2の終点検出の結果を示している。例えば、図7の第2の終点検出の対象は、図7の「b-1」の266nmの白金(Pt)、「b-2」の285nmのマグネシウム(Mg)及びタンタル(Ta)、「b-3」の345nmのコバルト(Co)及び「b-4」の373nmのルテニウム(Ru)である。各金属の発光強度の時間に対する傾きがほぼ0になったとき、処理容器10内の各金属含有堆積物はほとんどないと判定できる。
 このように本実施形態の制御部100は、所定の金属の発光強度の時間に対する傾きがほぼ0となったときを第2の終点検出と判定することで、クリーニング時間を実際に金属含有堆積物をほぼ完全に除去する時間に最適化することができる。これにより、金属含有堆積物をほぼ完全に除去した後に次の第3のクリーニング工程に移行することができる。
 図4に戻り、ステップS24において制御部100が第2の終点を検出した場合、ステップS26においてダミーウェハが搬出され、ステップS28において別のダミーウェハが搬入される。これにより、図5の「b」に示すように特に第2のクリーニング工程中にスパッタによりに天井部から落ちてダミーウェハ上に堆積したカーボンや金属の反応生成物を処理容器外に速やかに排出することができる。その後、図5の「c」に示すSiOやSiC等のシリコン含有堆積物の除去を実行する次の第3のクリーニング工程が開始される。ただし、ステップS26及びS28のダミーウェハの取替処理は省略することができる。また、ステップS26のダミーウェハの取り出しを実行した後、ステップS28にて新しいダミーウェハを搬入する処理を省略してもよい。
 (第3のクリーニング工程:シリコン含有堆積物の除去)
 図4に戻り、ステップS30に進み、第3のクリーニング工程が実行される。第3のクリーニング工程では、処理容器10内に四フッ化炭素(CF)ガス及び酸素ガスを含むガスが供給され、四フッ化炭素ガス及び酸素ガスを主としたプラズマが生成される。生成したプラズマのうちの主にフッ素系ラジカルの作用によりシリコン(シリコン酸化膜を含む)の堆積物が除去される。なお、本工程は、第2のクリーニング工程の後に、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスを供給し、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第3のクリーニング工程の一例である。
 第3のクリーニング工程では、フッ素含有ガスの他の例としてフッ素ガス(F)、三フッ化窒素ガス(NF)及び六フッ化硫黄ガス(SF)を供給してもよい。また、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスとともに不活性ガスを導入してもよい。
 第3のクリーニング工程において図5の「c」の「3.シリコン含有堆積物の除去」をほぼ完全に行うために、制御部100はシリコンの発光強度を測定して第3の終点検出を行う。例えば、図8では、7枚のダミーウェハについての第3の終点検出の結果の一例が示されている。制御部100は、シリコンの発光強度の時間に対する傾きが0となったときに第3の終点検出と判定する。第3の終点検出が第3のクリーニング工程毎に実行されることで、クリーニング時間が実際にシリコン含有堆積物を完全に除去できる時間に最適化される。これにより、シリコン含有堆積物を完全に除去することができる。
 (シーズニング工程:処理容器内の雰囲気を整える)
 図4に戻り、ステップS32において制御部100が第3の終点を検出した場合、ステップS34に進み、窒素ガス及び水素ガスを含むガスを供給し、第3のクリーニング工程で発生したフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを処理容器外に除去する(シーズニング工程)。これにより、処理容器内の雰囲気を整え、本処理を終了する。
 シーズニング工程では、水素含有ガスを含むガスを供給すればよい。例えば、シーズニング工程では、窒素ガス、水素ガス及びアルゴンガス(Ar)を供給してもよい。また、供給するガスに水素含有ガスが含まれていれば、窒素含有ガスが含まれなくてもよい。なお、本工程は、第3のクリーニング工程の後に、水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを除去する第4のクリーニング工程の一例である。
 本実施形態にかかるクリーニングする方法を使用してクリーニング及びシーズニングを行った後のエッチング装置1にて、MRAM素子2のエッチングを実行した結果の一例を図9に示す。図9には、MRAM素子2のエッチングの際の白金(Pt:266nm)のプラズマ中の発光スペクトルの時間的変化が示されている。図9には、7枚の製品ウェハのエッチングにおいて発光スペクトルのピーク、つまり、7枚の製品ウェハにおいてMRAM素子2の白金層(Pt)のエッチングが行われている時間にバラツキがないことが示されている。これにより、本実施形態にかかるクリーニングする方法によってエッチングレートの変動を防止できたことがわかる。
 なお、図9では、白金層(Pt)のエッチングに注目したが、MRAM素子2の他の金属層の発光スペクトルを測定しても同様にエッチングが行われている時間にバラツキがないことは容易に予想される。図10は、MRAM素子2のエッチング時に測定された発光スペクトルの一例を示す。図11は、MRAM素子2のクリーニング時に測定された発光スペクトルの一例を示す。これによれば、エッチングが開始されてから発光スペクトルのピークが生じる順番は、図10に示すようにルテニウム(Ru)→マグネシウム(Mg)及びタンタル(Ta)→コバルト(Co)→白金(Pt)の順である。
 これに対して、クリーニングが開始されてから発光スペクトルのピークが生じる順番は、エッチングと逆になり、図11に示すように白金(Pt)→コバルト(Co)→マグネシウム(Mg)及びタンタル(Ta)→ルテニウム(Ru)の順である。よって、エッチング時に最も新しく堆積された堆積物から順にクリーニングにより除去されていることがわかる。
 以上、本実施形態にかかるクリーニングする方法によれば、クリーニング工程毎に特定のガスを供給して特定のプラズマによりクリーニングを行う。また、クリーニング工程毎に発光スペクトルに基づく終点検出が実行される。これにより、エッチングがされた際に発生した複数種類の異なる積層膜を順に除去することができる。
 なお、前記の終点検出は、質量ガス分析計や二次イオン質量分析(SIMS)計を用いてもよいし、これらの計測器と同じイオン検出原理の分析計を用いてもよい。
 以上に説明したように、本実施形態にかかるクリーニングする方法によれば、MRAM素子の金属膜をエッチング後の処理容器10内のカーボン、金属、シリコン含有堆積物を効率的に除去できる。これにより、処理容器内のパーツ上に金属成分及びカーボン成分が残留することにより生じるマイクロマスクをなくすることができ、パーツ表面のラフネスの安定とパーティクルの発生を効率的に抑制し、パーツの寿命を延ばすことができる。また、本実施形態にかかるクリーニングする方法によれば、一枚又は複数枚の製品ウェハのエッチング後にカーボン、金属、シリコンの成分を別々のクリーニングガスにより別々にクリーニングする工程を設けることによって効率よく除去できる。このため、エッチングレートが変動せず、長期運用における安定したエッチングコンディションを保持することができる。
 さらに、制御部100が発光スペクトルに基づく終点検出を実行することで、発光センサ108の検出値に応じてクリーニング時間の最適値を算出できる。これにより、第1~第3の終点検出の時間に基づき、クリーニング時間の自動制御を行うことができる。
 クリーニング時間の最適化について、図12を用いて簡単に説明する。図12では、シリコン(Si:252nm)、白金(Pt:266nm)、マグネシウム(Mg:285nm)、コバルト(Co:345nm)、ルテニウム(Ru:373nm)の発光スペクトルの一例が示されている。本例では、制御部100は、シリコンと上記の金属のすべての発光強度の時間に対する傾きがほぼ0になる800秒をクリーニング時間の最適値として算出し、第2及び第3のクリーニング工程におけるクリーニング時間を800秒に制御する。これにより、クリーニング時間の自動制御を行うことができる。
 以上、クリーニング方法及びそのクリーニング方法を含むプラズマ処理を行うプラズマ処理方法を上記実施形態により説明したが、本発明に係るクリーニング方法及びプラズマ処理方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
 例えば、上記実施形態では、第1磁性層及び第2磁性層により絶縁層を挟んで積層された金属を含む膜のMRAMをエッチングしたエッチング装置1の処理容器の内部をクリーニングする方法について説明した。しかしながら、エッチング対象膜は、MRAMに限られず、金属を含む膜又は金属膜を含む多層膜材料であればよい。
 また、上記実施形態にかかるクリーニング方法では、第1~第4のクリーニング工程(シーズニング工程を含む)が実行された。しかしながら、本発明にかかるクリーニング方法はこれに限らず、第1及び第2のクリーニング工程が実行され、第3及び第4のクリーニング工程は実行されなくてもよい。
 この場合、水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物をクリーニングする第1のクリーニング工程と、第1のクリーニング工程の後に、不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物をクリーニングする第2のクリーニング工程とを有するクリーニング方法が実行される。第1のクリーニング工程においてプラズマ中の主に水素ラジカルの化学作用によりカーボン含有堆積物が除去される。次に、第2のクリーニング工程においてプラズマのうちの主にアルゴンイオンのスパッタにより金属含有堆積物が物理的にたたき出され、処理容器10外に排出される。このようにして種類の異なる堆積物を順にほぼ完全に除去でき、これにより、エッチングレートの変動、パーティクルの発生を防止でき。パーツの寿命を延ばすことができる。
 本実施形態に係るエッチング装置は、本発明に係る基板処理装置の一例である。本発明に係る基板処理装置には、容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他の基板処理装置を適用することができる。その他の基板処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECR:Electron Cyclotron Resonance Plasma)装置等があげられる。
 また、本発明に係る基板処理装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display)用の大型基板、EL素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
 なお、MRAM素子2のエッチングガスとして用いられる炭素含有ガスの例には、メタン(CH)、エチレン(C)、四フッ化炭素(CF)、フッ化カルボニル(COF)、一酸化炭素(CO)、メタノール(CHOH)、エタノール(COH、アセチルアセトン(C)、ヘキサフルオロアセチルアセトン(CO2)、酢酸(CHCOOH)、ピリジン(CN)、および/またはギ酸(HCOOH)などがあるが、これに限定されない。
 本国際出願は、2015年5月14日に出願された日本国特許出願2015-098867号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本国際出願に援用する。
 1:エッチング装置
 2:MRAM素子
 3:下部電極層
 4:ピン止め層
 5:第2磁性層
 6:絶縁層
 7:第1磁性層
 8:上部電極層
 9:マスク
 10:処理容器
 12:金属積層膜
 15:ガス供給源
 20:載置台
 25:ガスシャワーヘッド
 32:第2高周波電源
 34:第1高周波電源
 100:制御部
 103:フォーカスリング
 106:静電チャック
 108:発光センサ
 Dp:堆積物
 W:シリコン基板

Claims (10)

  1.  金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、
     水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第1のクリーニング工程と、
     前記第1のクリーニング工程の後に、不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第2のクリーニング工程と、
     前記第2のクリーニング工程の後に、フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスを供給し、該フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第3のクリーニング工程と、
     を有するクリーニング方法。
  2.  前記第3のクリーニング工程の後に、水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを除去する第4のクリーニング工程を有する、
     請求項1に記載のクリーニング方法。
  3.  前記第1のクリーニング工程においてCNの発光強度に基づき第1の終点検出を行った後に前記第2のクリーニング工程を開始する、
     請求項1に記載のクリーニング方法。
  4.  前記第2のクリーニング工程においてPt、Mg、Ta、Co及びRuの少なくともいずれかの発光強度に基づき第2の終点検出を行った後に前記第3のクリーニング工程を開始する、
     請求項1に記載のクリーニング方法。
  5.  前記第3のクリーニング工程においてSiの発光強度に基づき第3の終点検出を行った後に前記第4のクリーニング工程を開始する、
     請求項2に記載のクリーニング方法。
  6.  前記第1のクリーニング工程においてCNの発光強度に基づき行う第1の終点検出の時間、前記第2のクリーニング工程においてPt、Mg、Ta、Co及びRuの少なくともいずれかの発光強度に基づき行う第2の終点検出の時間、及び前記第3のクリーニング工程においてSiの発光強度に基づき行う第3の終点検出の時間に基づき、クリーニング時間の自動制御を行う、
     請求項1に記載のクリーニング方法。
  7.  前記第1のクリーニング工程の前にダミーウェハを搬入し、
     前記第2のクリーニング工程の後に該ダミーウェハを搬出して新たなダミーウェハを搬入する、
     請求項1に記載のクリーニング方法。
  8.  金属を含む膜をエッチングする基板処理装置をクリーニングする方法であって、
     水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物をクリーニングする第1のクリーニング工程と、
     前記第1のクリーニング工程の後に、不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物をクリーニングする第2のクリーニング工程と、
     を有するクリーニング方法。
  9.  前記第1のクリーニング工程においてCNの発光強度に基づき第1の終点検出を行った後に前記第2のクリーニング工程を開始する、
     請求項8に記載のクリーニング方法。
  10.  基板処理装置内にてエッチングガスにより金属を含む膜をエッチングする工程と、
     前記基板処理装置内に水素含有ガスを含むガスを供給し、該水素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりカーボン含有堆積物を除去する第1のクリーニング工程と、
     前記第1のクリーニング工程の後に前記基板処理装置内に不活性ガスを供給し、該不活性ガスから生成されたプラズマにより金属含有堆積物を除去する第2のクリーニング工程と、
     前記第2のクリーニング工程の後に前記基板処理装置内にフッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスを供給し、該フッ素含有ガス及び酸素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマによりシリコン含有堆積物を除去する第3のクリーニング工程と、
     を有するプラズマ処理方法。
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KR1020177029144A KR102366893B1 (ko) 2015-05-14 2016-05-02 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 방법
US16/526,165 US10944051B2 (en) 2015-05-14 2019-07-30 Method of cleaning a substrate processing apparatus and the substrate processing apparatus performing the method

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10587971B2 (en) * 2016-11-29 2020-03-10 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Semiconductor device and manufacture thereof

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6820206B2 (ja) * 2017-01-24 2021-01-27 東京エレクトロン株式会社 被加工物を処理する方法
JP6779165B2 (ja) * 2017-03-29 2020-11-04 東京エレクトロン株式会社 金属汚染防止方法及び成膜装置
TWI756424B (zh) * 2017-05-12 2022-03-01 日商東京威力科創股份有限公司 電漿處理裝置之洗淨方法
US20190157051A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-23 Lam Research Corporation Method for cleaning chamber
US11328929B2 (en) * 2018-05-01 2022-05-10 Applied Materials, Inc. Methods, apparatuses and systems for substrate processing for lowering contact resistance
US11020778B2 (en) * 2018-07-12 2021-06-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Photoresist removal method using residue gas analyzer
JP6860537B2 (ja) * 2018-09-25 2021-04-14 株式会社Kokusai Electric クリーニング方法、半導体装置の製造方法、基板処理装置、およびプログラム
EP3901989A4 (en) * 2018-12-18 2022-01-26 Showa Denko K.K. ADHESIVE REMOVAL METHOD AND FILM FORMATION METHOD
JP7183090B2 (ja) * 2019-03-20 2022-12-05 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP7385809B2 (ja) * 2019-09-05 2023-11-24 日新イオン機器株式会社 イオンビーム照射装置のクリーニング方法
US11158786B2 (en) 2019-09-25 2021-10-26 International Business Machines Corporation MRAM device formation with controlled ion beam etch of MTJ
JP7285761B2 (ja) * 2019-11-06 2023-06-02 東京エレクトロン株式会社 処理方法
CN114664656A (zh) 2020-05-22 2022-06-24 北京屹唐半导体科技股份有限公司 使用臭氧气体和氢自由基的工件加工
KR20220104228A (ko) * 2020-12-07 2022-07-26 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 활성 가스 생성 장치
CN115254766B (zh) * 2022-06-16 2024-01-19 上海富乐德智能科技发展有限公司 一种半导体设备氧化铝陶瓷喷射器的洗净再生方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003309105A (ja) * 2002-04-15 2003-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法
WO2008035678A1 (fr) * 2006-09-19 2008-03-27 Tokyo Electron Limited Processus de nettoyage de plasma et procédé cvd plasma
JP2010050310A (ja) * 2008-08-22 2010-03-04 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置の製造方法
JP2015008211A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 東京エレクトロン株式会社 クリーニング方法及び基板処理装置
JP2015018876A (ja) * 2013-07-09 2015-01-29 株式会社アルバック 反応装置のコンディショニング方法
JP2015032659A (ja) * 2013-08-01 2015-02-16 大陽日酸株式会社 気相成長装置のクリーニング方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3453337B2 (ja) * 1988-08-11 2003-10-06 株式会社半導体エネルギー研究所 炭素または炭素を主成分とする被膜を形成する反応室のクリーニング方法
EP0706088A1 (en) * 1990-05-09 1996-04-10 Canon Kabushiki Kaisha Photomask for use in etching patterns
AU2001271063A1 (en) * 2000-07-18 2002-01-30 Showa Denko K K Cleaning gas for semiconductor production equipment
US6838015B2 (en) * 2001-09-04 2005-01-04 International Business Machines Corporation Liquid or supercritical carbon dioxide composition
US20040235299A1 (en) 2003-05-22 2004-11-25 Axcelis Technologies, Inc. Plasma ashing apparatus and endpoint detection process
JP4191096B2 (ja) 2003-07-18 2008-12-03 Tdk株式会社 磁性材を含む被加工体の加工方法及び磁気記録媒体の製造方法
US7959970B2 (en) * 2004-03-31 2011-06-14 Tokyo Electron Limited System and method of removing chamber residues from a plasma processing system in a dry cleaning process
US7578301B2 (en) * 2005-03-28 2009-08-25 Lam Research Corporation Methods and apparatus for determining the endpoint of a cleaning or conditioning process in a plasma processing system
US7909960B2 (en) * 2005-09-27 2011-03-22 Lam Research Corporation Apparatus and methods to remove films on bevel edge and backside of wafer
JP4776575B2 (ja) * 2007-03-28 2011-09-21 株式会社東芝 表面処理方法、エッチング処理方法および電子デバイスの製造方法
CN101285189B (zh) * 2007-04-12 2010-05-19 上海宏力半导体制造有限公司 减少金属刻蚀工艺反应腔室产生沉积物的方法
EP2346094A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-20 FEI Company Method of manufacturing a radiation detector
JP2012114210A (ja) * 2010-11-24 2012-06-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造装置
US20130048606A1 (en) * 2011-08-31 2013-02-28 Zhigang Mao Methods for in-situ chamber dry clean in photomask plasma etching processing chamber
JPWO2014010310A1 (ja) * 2012-07-10 2016-06-20 シャープ株式会社 半導体素子の製造方法
US20140014965A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 Philip A. Kraus Chemical vapor deposition system with in situ, spatially separated plasma
US9364871B2 (en) * 2012-08-23 2016-06-14 Applied Materials, Inc. Method and hardware for cleaning UV chambers
JP2015079793A (ja) * 2013-10-15 2015-04-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003309105A (ja) * 2002-04-15 2003-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法
WO2008035678A1 (fr) * 2006-09-19 2008-03-27 Tokyo Electron Limited Processus de nettoyage de plasma et procédé cvd plasma
JP2010050310A (ja) * 2008-08-22 2010-03-04 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置の製造方法
JP2015008211A (ja) * 2013-06-25 2015-01-15 東京エレクトロン株式会社 クリーニング方法及び基板処理装置
JP2015018876A (ja) * 2013-07-09 2015-01-29 株式会社アルバック 反応装置のコンディショニング方法
JP2015032659A (ja) * 2013-08-01 2015-02-16 大陽日酸株式会社 気相成長装置のクリーニング方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10587971B2 (en) * 2016-11-29 2020-03-10 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Semiconductor device and manufacture thereof
US11109171B2 (en) 2016-11-29 2021-08-31 Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Semiconductor device and manufacture thereof

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