JP2000091327A - プラズマ処理装置のクリーニング方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】プラズマクリーニングを反応生成物を除去
する第一の工程と処理室内壁面に堆積膜を形成する第二
の工程から構成する。 【効果】処理室内壁に付着した堆積膜の除去を効果的行
いウエハ処理枚数の増加にともなう塵埃の発生を抑制で
き，歩留まりの向上，装置稼働率向上を図ることができ
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，半導体装置の製造
工程において，基板上に微細加工を施すのに使用される
半導体製造装置の処理室内のドライクリーニングをおこ
なう機能を備えたプラズマ処理装置のクリーニング方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において，塵埃
（異物）が基板に付着すると，目的のデバイスのパター
ン欠陥を引き起こし，製造工程における歩留まりを低下
させる。一方，近年の製造工程の微細加工においては，
プラズマを利用するドライエッチングプロセスが重要に
なっている。すなわち，各種ガスを装置内に導入し，導
入したガスのプラズマの反応を利用してエッチングを行
うものである。

【０００３】このようなプロセスでは，エッチングにと
もなって発生する生成物が装置内壁のいたるところに堆
積膜となって付着する。

【０００４】すなわち、ドライエッチングおいてはエッ
チングガスがプラズマ中で分解や結合されること，ま
た，エッチングにより生成されるエッチング副生成物に
より装置内壁に堆積膜が付着する。このような堆積膜
は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離し
て塵埃となり，デバイスパターンの欠陥となる。そこ
で，これらの付着堆積物を定期的に除去する必要が生じ
る。

【０００５】従来，このような付着堆積物の除去方法と
しては，装置を大気開放してアルコールや純水等の溶媒
を用いて拭き取る，いわゆるウェットクリーニングと，
クリーニング用のプラズマを用いて行うプラズマクリー
ニングが知られている。プラズマクリーニング方法の例
としては，例えば、特開平5-144779号公報が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のクリーニング方法は以下に示す課題がある。

【０００７】まず，ウェットクリーニングに関しては，
装置を大気開放し分解する必要があるためウェットクリ
ーニング後の真空排気が必要となる。したがって，クリ
ーニング毎に長時間装置を停止させることとなり，著し
い装置稼働率の低下，スループットの低下を引き起こ
す。

【０００８】次に，特開平5-144779号公報では，シリコ
ンハロゲン化物を処理室内壁にわざと堆積させて，エッ
チング反応によりできた堆積膜を，シリコンハロゲン化
物で覆い剥離し難くすることが特徴となっている。処理
室内壁面に堆積膜は処理条件，すなわちガスの種類や流
量，添加ガスの混合否，圧力，プラズマへの入力電力な
どにより，その膜厚は様々な値となる。また，堆積膜は
処理室内に均一に付着するわけではなく，条件によって
は処理室内壁がエッチングされる部分がある場合が発生
する。

【０００９】前記従来例では，エッチング反応によりで
きた堆積膜が比較的薄い場合には有効であるが，基本的
に堆積膜を上塗りしているために通常の装置使用状態よ
りも厚い堆積膜を形成させることになる。堆積膜の持つ
内部応力は膜厚とともに増加し，内部応力の増加にとも
ない堆積膜にはき裂が入り易くなるので，短期的には効
果があるが飛躍的効果の持続は期待できない。さらに最
近主流となりつつある高選択エッチングには非常にデポ
性の強いエッチング条件が用いられるため，つまり処理
室内壁に堆積膜が厚く堆積し易い条件であるために，通
常の装置使用状態よりも厚い堆積膜を形成させる従来方
法では異物抑制効果が期待できないといった課題があっ
た。

【００１０】本発明の目的は，これらの問題を解決する
ことにあり，製造装置内壁に付着した堆積膜を効果的に
除去できる，すなわち，塵埃の発生源を取り去ることの
できるプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は，プラズマク
リーニング処理をエッチング反応生成物を除去するガス
のプラズマを用いる第一の工程と，プラズマを発生させ
ることにより導入したガスを分解して処理室内壁面に堆
積膜を形成する第二の工程とから構成することにより達
成される。

【００１２】また上記目的は，連続処理工程の中におい
て何枚処理毎にプラズマクリーニング処理を実施する
か，またどの程度時間のクリーニング処理を行うかを任
意に選択，設定することにより達成される。

【００１３】また上記目的は，連続処理工程開始前にプ
ラズマクリーニング処理を実施することにより達成され
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下，本発明の一実施例を，シリ
コン酸化膜のエッチングを例に図面を参照して説明す
る。

【００１５】図1は本発明の一実施例を説明するため
の，通常良く用いられる平行平板型のプラズマエッチン
グ装置を示したものである。図２，図３にはその時の壁
面の状態を示す模式図を示した。図１において，１はエ
ッチング加工を施される基板，ここではシリコンウエハ
であり，２はエッチングチャンバー，３は上部電極，４
は上部電極を固定する絶縁板，５はウエハを積載するた
めの下部電極，６はウエハを所定の位置に置くためのサ
セプタ，７，８はエッチングチャンバーにエッチングガ
スを導入するためのガス導入管およびチャンバー内に拡
散させるためのシャワー穴，９はエッチングチャンバー
内を真空雰囲気に減圧しかつ一定圧力に保つ排気口であ
る。

【００１６】このように構成されたプラズマエッチング
装置において，まず加工を施す基板であるウエハ１を搬
入し，発生させるプラズマのガスを導入管７，シャワー
穴８を通してチャンバー２内へ導入し，所定の圧力に保
つ。その後，高周波電源１０より上部電極３に高周波電
力を印加してプラズマ１４を発生させ，ウエハ１上のエ
ッチング加工を行う。最近では異方性エッチングを行う
必要性からイオンを引き込む目的で下部の電極にバイア
ス電圧を印加する高周波電源13を設けてある装置も多
い。

【００１７】エッチングガスとして四フッ化炭素(C4F
8)，アルゴン(Ar)の混合ガスを用いた場合，処理室内の
部品，例えば，絶縁板４，サセプタ６，処理チャンバの
壁２の表面２ 等に，炭素，フッ素，水素等からなる炭
素化合物重合膜が１５が付着する。いわゆる，反応生成
物起因の堆積膜と呼ばれるものである。従来からエッチ
ング処理によって処理室内壁に膜が堆積される原因は，
このようなエッチングガス，およびエッチング反応によ
る生成物がプラズマ中で分解や結合して形成される重合
物であると言われている。

【００１８】しかし，本願の発明者らが種々エッチング
装置の壁の表面上の付着物やウエハ上に付着した異物の
組成分析を実施した結果によれば，処理室内に堆積する
膜の原因は反応生成物起因の堆積膜だけではなく，処理
室内のある部材がブラズマに叩かれイオンスパッタされ
ることによって他の部材に付着して膜を形成するスパッ
タ起因堆積膜も多く存在することが明らかになった。

【００１９】すなわち，例えば図１に示した処理チャン
バの壁２がアルミ合金でできておりその表面２ はアル
マイト処理が施されている場合，絶縁板４，サセプタ
６，下部電極のカバー１１から，アルミ，酸素，フッ素
の組成を持つ付着物が多く検出される部分があり，また
表面が荒れておりエッチングされている部分も見られ
る。そして，ウエハから検出される異物もアルミを含む
ものが多い。すなわち，異物発生源である処理室内壁の
堆積膜が作られる原因は，エッチング反応による反応生
成物起因堆積膜と処理室内部材のイオンスパッタによる
スパッタ起因堆積物がある。

【００２０】本発明によれば，エッチング処理後のクリ
ーニング処理が，エッチングによる反応生成物起因堆積
膜を除去するプラズマを用いる第一の工程と，導入した
ガスをプラズマにより分解・重合して処理室内壁面にス
パッタに対する保護膜を形成する第二の工程からなる。
そのため，まず反応生成物起因堆積膜を第一の工程で除
去し，第二の工程で処理室内の部材のスパッタを防止す
るための保護膜を施すことができ，次のエッチング処理
におけるイオンスパッタを防ぐことが，すなわちスパッ
タ起因堆積膜の発生を防ぐことができる。つまり，反応
生成物起因堆積膜の除去を行うとともに，スパッタ起因
堆積膜の発生を防止することが可能となる。

【００２１】本一実施例では，具体的に第一の工程に酸
素(O2)ガスによるクリーニングを第二の工程に四フッ化
炭素(C4F8)，アルゴン(Ar)の混合ガスのプラズマを用い
た。第二の工程ではC4F8の流量比をエッチング処理時よ
りも多めに設定してデポ性を増した条件の設定を行っ
た。

【００２２】図２に示したようにエッチング処理後の壁
面２には炭素化合物からなる反応生成物起因堆積膜１５
が付着する。２は堆積膜が付着せずにエッチング条件に
ある部分であり，この状態でエッチングの連続処理を行
えば，２から発生するスパッタ物が他の部分にスパッタ
起因堆積膜１６を形成させ，さらに反応生成物起因堆積
膜１５の膜厚はどんどん増加して行く。すなわち，反応
生成物起因堆積膜１５，スパッタ起因堆積膜１６，とも
に異物１７を発生させる原因となる。

【００２３】ここで本願発明のプラズマクリーニングを
行えば，図３に示す反応により異物の発生を抑制するこ
とが可能となる。すなわち，エッチング処理後に第一の
工程としてO2ガスによるプラズマクリーニングを行え
ば，壁面２に堆積したエッチング反応による反応生成物
起因堆積膜（炭素化合物)１５は，一酸化炭素(CO)や二
酸化炭素(CO2)，水(H2O)の気体に分解されて真空排気，
除去される。次に，第二の工程としてデポ性を増した四
フッ化炭素(C4F8)，アルゴン(Ar)の混合ガス条件でプラ
ズマを発生させれば，壁面に炭素化合物の薄膜１８が形
成される。この薄膜１８は，次に行われるエッチング処
理時に壁面２のスパッタを防止するための保護膜として
機能するために，スパッタ物起因堆積膜１６の堆積を未
然に防止することができる。この保護膜は，基本的にエ
ッチング処理時に付着する反応生成物起因堆積膜と同じ
成分であるために，次に行われるクリーニング処理の第
一の工程においてエッチング処理時に堆積した反応生成
物起因堆積膜１５とともに除去される。したがって，反
応生成物起因堆積膜１５，スパッタ起因堆積膜１６，ク
リーニング処理の第二工程において付着させる保護薄膜
１８，いずれの堆積膜厚も連続処理工程のなかで増加し
て行くことは無く，クリーニング効果の向上，異物発生
の抑制効果の向上を図ることが可能となる。

【００２４】前述したように，エッチング処理にともな
うガスの分解・重合や被エッチング物質との重合にる堆
積膜は処理室内に均一に膜が堆積するわけではなく，エ
ッチングの条件によっては，堆積しない部分，あるいは
返ってエッチングされてしまう部分も出てくる。したが
って，本発明を実施する場合には，エッチングを施す連
続処理工程の中において何枚エッチング処理を行った後
にクリーニング処理を施すかのクリーニング処理間隔，
クリーニング処理のうち第一の工程および第二の工程を
どの位の時間実施するかを，エッチング装置側で任意に
設定できる機能を持たせることにより，より効果的なク
リーニング，異物抑制を行うことができる。デポ性が少
なくエッチング反応生成物の少ないエッチング処理にお
いてデポ性が多いエッチング処理と同じクリーニングを
行えば，壁を叩くだけで返ってスパッタ起因の堆積物を
増やすことになる。エッチング処理の条件に対応した，
それぞれクリーニング条件を記憶させておき，エッチン
グ条件に応じて自動的にクリーニング処理を行うよう設
定できることが望ましい。

【００２５】ウエハの処理条件によって処理室内の堆積
膜状態は，次の三通りの状態に大別できる。

【００２６】(1)非常にデポ性の強いエッチング条件で
あり，処理室内壁にフッ化炭素系の膜が厚く堆積する。

【００２７】(2)デポ性が比較的軽いエッチング条件で
あり，処理室内壁の一部にフッ化炭素系の膜が堆積して
おり，所々に処理室内のスパッタ物が付着する。

【００２８】(3)デポ性が非常に軽いエッチング条件で
あり，処理室内壁にはほとんどフッ化炭素系の堆積膜は
見られないが，処理室内のスパッタ物が所々に堆積して
いる。

【００２９】図２，図３に示したのは(２）のケースに
ついてのものである。その他，図４に示した(１）のケ
ース，図５に示した(３）のケースがある。

【００３０】図４に示した（１）のケースでは，反応生
成物起因堆積膜１５が非常に厚く付着するので，クリー
ニング処理の間隔はできるだけ短くし，またクリーニン
グ処理の中の第一の工程は長く，第二の工程は短くする
のが良い。極端な場合，第二の工程は０秒でも良い。

【００３１】図５に示した（３）のケースでは，反応生
成物起因堆積膜１５が付着が非常に少なく処理室内部材
のスパッタされやすいためスパッタ起因堆積膜が主であ
る。すなわち，エッチング処理中に処理室内壁面もエッ
チング条件にある部分が多い。したがって，ケース
（１）とは逆に，クリーニング処理の中の第一の工程は
短くするのが良い，極端な場合第一の工程は０秒でも良
い。このケースにおいては，クリーニング処理の第二の
工程によってエッチング処理室内壁表面に形成される炭
素化合物の薄膜が，エッチング処理時における壁面２の
スパッタを防止のための保護膜１８となると同時に，保
護膜１８は，エッチング処理中に付着したスパッタ物１
７を保護膜１８の中に埋め込んで異物となるのを防止す
る抑え込み効果もある。またこのケースにおいては，エ
ッチング処理の開始前にクリーニング処理を実施するこ
とが異物防止にたいして有効になる。

【００３２】すなわち，エッチング処理の開始前にクリ
ーニング処理を実施することによって，エッチング開始
前からクリーニング処理の第二の工程によってエッチン
グ処理室内壁表面に炭素化合物の薄膜が形成されるため
に，エッチング処理時における壁面２のスパッタを完全
に防止するすることができる。その後のエッチングによ
って保護膜が，除去されても適当な間隔毎にクリーニン
グ処理を実施することにより保護膜１８は再生されるた
めに，より効果的な異物抑制を行うことができる。

【００３３】第一の工程，第二の工程からなる一連のク
リーニング処理は，時間，流量，圧力などの条件を変え
て複数回繰り返すこともクリーニング効果を向上させる
一手段となる。

【００３４】なお，本一実施例は平行平板型のプラズマ
エッチング装置を例に挙げて説明したが，下部電極に高
周波電力を印加する反応性イオンエッチング装置や誘導
結合型エッチング装置，μ波エッチング装置でも同様で
ある。また，エッチング装置以外でも，例えばプラズマ
クリーニングを周期的に行うプラズマCVD装置では同様
の効果が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば，異物発生
源となるエッチング処理室内壁に付着した堆積膜を効果
的に除去することができる。。これにより，ウエハ処理
枚数の増加にともなう塵埃の発生を抑制することが可能
となり，製造工程における歩留まりの向上，製造装置の
稼働率向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すエッチング装置の処
理室の横断面図である。

【図２】本発明第一の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図である。

【図３】本発明第一の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図である。

【図４】本発明第二の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図である。

【図５】本発明第三の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…エッチングチャンバー、２，２…
処理チャンバの壁表面、３…上部電極、４…絶縁板、５
…下部電極、６…サセプタ、７…ガス導入管、８…シャ
ワー穴、９…排気口、１０，１３…高周波電源、１１…
下部電極のカバー、１２…アース、１４…プラズマ、１
５…エッチング反応生成物による堆積膜、１６…イオン
スパッタによる堆積物、１７…異物、１８…保護膜。

フロントページの続き (72)発明者 高橋 主人 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 増田 俊夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 4K057 DA20 DB05 DB20 DD01 DD03 DD08 DE06 DE08 DE14 DE20 DG07 DG08 DG12 DG13 DM02 DM04 DM05 DM06 DM14 DM17 DM29 DN01 5F004 AA13 AA15 BA04 BA09 BA20 BB11 BB18 BD07 CA09 DA00 DA01 DA23 DA26 DB03 DB09 DB16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内に供給されたガスのプラズマを用
   いて試料に処理を施すプラズマ処理装置チャンバ内の残
   留物を除去するプラズマを用いたプラズマ処理装置のク
   リーニング方法であって，クリーニング処理は，エッチ
   ング反応生成物を除去するガスのプラズマを用いる第一
   の工程と，プラズマを発生させることにより導入したガ
   スを分解して処理室内壁面に堆積膜を形成する第二の工
   程とからなることを特徴とするプラズマ処理装置のクリ
   ーニング方法。
2. 【請求項２】請求項第1項記載のプラズマ処理装置のク
   リーニング方法において，プラズマ処理はフッ化炭素系
   ガスもしくはフッ化炭素系ガスを含む混合ガスのプラズ
   マを用いてエッチング処理を施すエッチングであって，
   クリーニング処理の第一の工程は酸素ガスのプラズマ
   を，第二の工程はフッ化炭素系ガスもしくはフッ化炭素
   系ガスを含む混合ガスのプラズマとからなることを特徴
   とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。
3. 【請求項３】請求項第1項，および第2項記載のプラズマ
   処理装置のクリーニング方法において，基板の連続処理
   工程の中に，任意のエッチング処理枚数を選択し，該処
   理枚数毎にクリーニング処理を実施することを特徴とす
   るプラズマ処理装置のクリーニング方法。
4. 【請求項４】請求項第3項記載のプラズマ処理装置のク
   リーニング方法において，クリーニング処理における第
   一の工程および第二の工程は，各々0秒以上の任意の時
   間に設定，実施することを特徴とするプラズマ処理装置
   のクリーニング方法。
5. 【請求項５】請求項第1項および第2記載のプラズマ処理
   装置のクリーニング方法において，基板の連続処理工程
   の開始前にクリーニング処理を実施することを特徴とす
   るプラズマ処理装置のクリーニング方法。