JPH10233388A

JPH10233388A - プラズマクリーニング方法

Info

Publication number: JPH10233388A
Application number: JP3591597A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Tamura; 智行田村; Makoto Nawata; 誠縄田; Mamoru Yakushiji; 守薬師寺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: JP3592878B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、プラズマ処理室のプラズマクリーニ
ングの方法であって、プラズマ処理室表面を効率良く清
浄化できるプラズマクリーニングの方法を提供すること
を目的とする。【解決手段】プラズマクリーニングにおいて、反応性化
学種によるプラズマ反応工程と、揮発性生成物の脱離を
促進させるためのプラズマ脱離工程を交互に行う。揮発
性生成物の脱離を促進させるためのプラズマ脱離工程は
希ガスによるプラズマ処理である必要はない；しかし、
このガスが希ガスの場合は、堆積物の脱離に対して優れ
た促進効果をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置の
処理室のクリーニング方法に関し、特に処理室内部の清
浄化に有効なプラズマクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板のプラズマ処理においては、
処理室の壁面上に反応生成物の堆積がおこるプロセスが
多くある。この堆積物が剥離して異物となり、処理され
る基板上に付着すると微細構造に不良を生じさせ、大き
な問題となる。

【０００３】堆積物はプラズマクリーニングによって除
去することができる。しかし、クリーニング速度の問題
やプラズマの広がりの制約などがあるため、現状では完
全に除去するほどの時間をかけてプラズマクリーニング
を行うことは難しい。プラズマクリーニングは、通常、
25枚や100枚といった、あるプラズマ処理枚数毎または
１日毎などに行われ、堆積物が蓄積することを抑制し、
堆積物起因の異物の発生を遅らせている。

【０００４】また、堆積物除去方法として、処理室を大
気開放して水などを用いて堆積物を拭きとることもある
が、この方法は装置の復帰までに非常に時間がかかる。

【０００５】このため、処理室を大気開放しないプラズ
マクリーニングによって除去したいという要望がある。

【０００６】また、半導体ウエハ以外にも、マイクロマ
シンや微細構造の製作に際して使われるプラズマエッチ
ングやプラズマCVDにおいても、プラズマクリーニング
によって堆積物を除去したいという要望がある。

【０００７】プラズマクリーニングに使用されるガス
は、堆積物と反応して揮発性の化合物を形成するガスを
用いて行われている。除去を促進する方法については、
特開平7-153751号に見られるように、処理室内に非ガス
状の反応性化学種発生材料源を配置する特許が提案され
ている。また、特開平7-230954号に見られるように、処
理室を外部から加熱することによって昇華、分解除去す
る方法も提案されている。

【０００８】希ガスは、特開平3-219080号に見られるよ
うに堆積物のプラズマクリーニングにおいて、反応性ガ
スを単に希釈するガスの一つとしてあげられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半導体基板等の被処理
物をプラズマ処理する装置において、プラズマ処理中に
処理室内に堆積した物質を除去するためにプラズマクリ
ーニングを行っている。プラズマ処理装置の稼働率を向
上するため、このプラズマクリーニングの効率を上げ、
時間を短縮したいという要求がある。プラズマクリーニ
ングでは、イオンの加速によるスパッタリング効果とラ
ジカルの化学反応を利用して、プラズマに接する堆積物
を除去することができる。しかし、通常クリーニングの
対象となる処理室壁面は、イオンの加速をシース電界任
せにするしかないことがほとんどなので、スパッタリン
グ効果は小さく、化学的な反応をどのように促進させる
かが課題であった。

【００１０】また、上記特開平3-219080号に記載のよう
に、希ガスと反応性ガスとを混合すると、後述する反応
工程と、脱離工程の双方を効率的に実行できない課題が
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者は、堆積物の除去
において、単に堆積物と反応して揮発性物質を生成する
ガスのみによるプラズマクリーニングでは、生成物の一
部は効率的に表面から除去されないことを発見し、生成
物を処理室や堆積物表面から積極的に脱離させるプラズ
マ脱離工程を設けることにより、クリーニング速度が飛
躍的に向上することを見出した。

【００１２】反応性化学種によるプラズマ処理（以下プ
ラズマ反応工程と称する）を実施すると、揮発性物質の
一部が処理室内に付着し、単なる高真空排気ではその除
去に非常に長い時間を要す。そこで、プラズマ脱離工
程をプラズマ反応工程の後に追加することにより、処理
室内表面に残留した揮発性物質を気相中に脱離させ、短
時間で多く除去されるようにした。

【００１３】プラズマ脱離工程は、処理室内壁と処理室
内壁に付着した物質にエネルギーを効率よく供給し、付
着している揮発性物質の脱離を促進することを目的とし
て行われる。また、脱離した物質をすばやく排気する条
件で行うとさらに良い。

【００１４】また、プラズマ脱離工程後は、未反応の汚
染堆積物表面が現われる。このため、次のプラズマ反応
工程を行う場合に、反応性化学種が堆積物と結合しやす
くなるため反応を促進する。

【００１５】通常のプラズマクリーニングでは、同一条
件で数十秒から数分程度、プラズマクリーニングを行
う。プラズマクリーニング中に生成する揮発物質のなか
には、吸着してなかなか除去されない生成物もあり、徐
々に堆積物表面を覆いプラズマクリーニングを阻害し始
める。

【００１６】したがって、単一条件により数分間連続し
てクリーニングを行うより、本発明にしたがって、プラ
ズマ反応工程とプラズマ脱離工程を適度な時間毎に交互
に実施することにより、堆積物は効率よく処理室内から
除去される。

【００１７】また、プラズマ脱離工程やプラズマ反応工
程の処理時間を限定するものではないが、プラズマ脱離
工程は脱離および排気が有利な条件を用いてなるべく短
時間で行うのが望ましい。たとえば、プラズマ反応工程
を数秒から数十秒間実施し、プラズマ脱離工程を数百ミ
リ秒から数秒行うということを交互に繰り返してプラズ
マ処理を実施する。

【００１８】堆積物の組成によって適切な反応性化学種
は異なるが、プラズマ脱離工程を設けることによるクリ
ーニング効果の向上は、どの堆積物の場合にも得られ
る。

【００１９】このプラズマ脱離工程に最適なガスとして
は、希ガスがあげられる。

【００２０】希ガスは反応性がないので他の化合物を生
成することで,再び堆積物を生成したりするということ
がない。このため、希ガスが処理室内壁などに衝突した
場合,吸着ガス（プラズマ反応工程で生じた揮発性のガ
スであり、処理室内壁表面に残っているガスをいう）の
脱離のみを引き起こし、排気することができる。

【００２１】希ガスの持つエネルギにより揮発性物質の
脱離を実行することができる。

【００２２】プラズマ発生装置の出力を上げ、プラズマ
を起こすために入力するエネルギーを多くすることは、
装置により限界がある。希ガスを用いることにより、限
られたエネルギーを効率よく利用することができる。

【００２３】また、希ガスに反応性ガスを30％以下程度
加えて、脱離させるのに有効な希ガスの特性を生かしな
がら、脱離した物質の再解離を抑制することもできる。

【００２４】また、プラズマ脱離工程は、脱離に有利
な条件で、希ガス以外のプラズマ処理により行うことも
でき、反応性化学種を用いた、より低圧の条件でのプラ
ズマ処理を行うこともできる。プラズマ反応工程に比べ
て低圧（５mtorr程度）にすることで壁面に付着した揮
発性生成物の脱離と排気を促進することができる。

【００２５】また、プラズマ脱離工程は、以下のよう
に、条件を最適化することができる。

【００２６】プラズマ脱離工程では、プラズマ反応工
程に比べて高速排気、大流量のプラズマ条件が排気に有
利である。特に流量を多くした場合、脱離した揮発性物
質を再吸着させずに速やかに排気できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】ここでは、エッチング処理室のク
リーニングに関して実施例を示すが、これに限定するも
のではなく、アッシング処理室、プラズマCVD処理室に
も適用できる。また、真空の処理室内にプラズマを発生
する手段を備えていれば、スパッタ装置や熱CVD装置で
も、本クリーニング方法は適用できる。

【００２８】以下、半導体基板のアルミ配線をECRマイ
クロ波エッチング装置でエッチング処理する際のプラズ
マクリーニングについて、発明の実施例を図面を用いて
説明する。アルミ配線のための被エッチング膜は、主に
有機ポリマーのレジスト、アルミ合金、酸化シリコンの
3種の膜の積層構造である。まず、適用する装置の構成
を図１を用いて説明し、次に本発明のプラズマクリーニ
ング方法を適用したプラズマ処理を図２のフローチャー
トを用いて説明する。

【００２９】（構成の説明）図１において、プラズマ処
理室１（以下、単に処理室と称す）には、被エッチング
処理基板２（以下、単に基板と称す）を載置するステー
ジ３がある。

【００３０】また、処理室には、ヘリウム、塩素、3塩
化ホウ素、酸素が供給できるように配管され、それらは
ガス流量コントローラ４により、ガス種やガス流量をす
ばやく制御できる。また、マグネトロン５から発生した
マイクロ波を導波管６により処理室に導き、コイル７に
電流を流して磁場をかけ、高密度プラズマを発生でき
る。また、被処理基板へのイオンの入射の仕方を操作す
るために,ステージ3には高周波(RF)を印加できる。ま
た、処理室には、圧力計８と圧力を調節するために排気
速度を調節できる排気系９が繋がっている。例えば、排
気系は一定排気量のターボ分子ポンプと、ガス流れのコ
ンダクタンスを調節するバタフライバルブ（図示せず）
からなる。また、処理室には、隣接する真空室10a、10b
に通じる、開閉できるゲート11a、11bがある。上記ゲ
ート11a、11bを通して、真空搬送機器12a、12bにより処
理室と隣接する真空室10a、10bの間で基板の出し入れを
行う。図ではこのゲート11a、11bおよび真空室10a、10b
は、基板を処理室に入れる時と処理室から出す時で別々
の場合を示したが、兼用でもよい。また、真空室10aお
よび10bは、それぞれ大気圧下にある未処理基板を真空
下に搬入するロード室13と処理済み基板を真空中から大
気圧下に搬出するアンロード室14にゲート15aおよび15b
を介して繋がっている。また、数十ステップからなるプ
ラズマ処理（プラズマクリーニング）条件を設定でき、
装置は、その設定にしたがって、装置の駆動部分を制御
できる制御系16をもつ。

【００３１】図２に、本発明のプラズマクリーニング方
法を適用したプラズマ処理のフローチャートを示した。

【００３２】プラズマ処理は、大まかには、処理室への
未処理基板の搬入と基板のプラズマ処理と、処理室から
の処理済み基板の搬出の繰り返しから構成され、処理室
をプラズマクリーニングするタイミングは１枚の基板を
プラズマ処理した後（Ａ及びＢ）と、基板を数十から数
百枚処理した後（Ｃ）があり、基板を1枚処理した後
は、処理済み基板が処理室にある状態の時（Ａ）と処理
済み基板を搬出した後（Ｂ）にプラズマクリーニングを
することができる。

【００３３】以下に述べる実施例ではまず、実施例I,II
で（Ａ）および（Ｂ）のタイミングのプラズマクリーニ
ングのプラズマ処理を示し、実施例IIIで（Ｃ）のタイ
ミングのプラズマクリーニングを行う場合について示
す。

【００３４】（実施例Ｉ）実施例Ｉでは、基板を1枚処
理した後に、処理済み基板がある状態のタイミング
（Ａ）に本発明のプラズマクリーニングを実施し、処理
済み基板を搬出した後のプラズマクリーニング（Ｂ）は
行わない場合について示した。

【００３５】表１に、（Ａ）のプラズマクリーニングの
各ステップの条件を示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】各ステップの目的を説明する。

【００３８】基板のプラズマ処理後、No.１のプラズマ
脱離工程で、処理室表面に吸着しているエッチングガス
とエッチング反応により生成した揮発性物質とを処理室
表面から脱離し排気する。No.2のO2の反応ステップで、
炭素成分を除去する。炭素成分はフォトレジストがエッ
チングされて生成したものである。O2によるプラズマク
リーニングでは、揮発性生成物が多量に処理室内に付着
するので、No.3でHeのプラズマ脱離工程を行う。No.3で
Heのプラズマ脱離工程によって、処理室内の揮発性物質
を減少させるので、基板搬出のためゲートを開く時に、
処理室から真空室10a、10bに反応生成物が拡散する量が
減り、処理室外の汚染を抑制できる。

【００３９】これらのステップでのプラズマ発生は、そ
れぞれ最適化すれば良いが、プラズマ発生機器の最大許
容出力で行うことにより、クリーニング速度を速めるこ
とができる。

【００４０】またクリーニング時間を短くするために、
各ステップの切り替えは、プラズマ放電を継続しながら
供給ガスを切り替えることにより行うと良い。

【００４１】クリーニングの終了時は,次のように行
う。No.3のヘリウムのプラズマ脱離工程が終わるまで
に,未処理基板を処理室に搬入できる状態にしておく。N
o.3のヘリウムのプラズマ脱離工程が終了し、高真空に
達した後、すばやくゲート11a、11bを開け、プラズマ処
理済み基板を搬出し、未処理基板を搬入し、ゲート11
a、11bを閉め、未処理基板のエッチングを開始する。ま
た,搬出した処理済み基板を移動し、次の処理済み基板
が処理室から搬出する際の妨げにならないようにする。

【００４２】通常は、プラズマ処理が終了して高真空に
達した後、数秒の追加真空排気を行うが、本発明では、
残留物を脱離・排気するヘリウムのプラズマ脱離工程を
行うので、追加真空排気は、時間節約のために省くこと
ができる。

【００４３】本実施例の他に,次のような方法をとるこ
とができる。

【００４４】プラズマ処理後に、まず反応性ガスステッ
プを行い、次に、プラズマ脱離工程を行ってもよい。ま
た、プラズマ反応工程は、反応性ガス種や条件を変えた
２ステップ以上の構成でもよい。

【００４５】また、プラズマ脱離工程のガスとしては、
He以外に、Ne、Ar、Xeであってもよいし、脱離に有利な
条件で行えば、プラズマ処理済み基板に悪影響がない希
ガス以外のガスであってもよい。また、No.2のプラズマ
反応工程もプラズマ処理済み基板に悪影響がないガスを
用いて行うことができる。

【００４６】（実施例II）処理済み基板を処理室から搬
出後（Ｂ）に、処理室に基板がない状態でクリーニング
する場合について示す。表2に、この場合のプラズマク
リーニングステップを示した。

【００４７】

【表２】

【００４８】この場合は、まず表２のNo。1に示したプ
ラズマ脱離工程のみを、処理済み基板が処理室にある状
態の時（Ａ）に行う。ここでは、プラズマ処理中に生成
した揮発性物質の除去を行う。

【００４９】次に、処理済み基板を処理室から搬出後
（Ｂ）、No。2以降のステップを行う。

【００５０】また、ステージに高周波(RF)を印加し、基
板がないときにステージ上に付着する揮発性物質を効果
的に除去する。

【００５１】（Ｂ）のタイミングのプラズマ反応工程で
使用するガスは、処理基板が処理室内にないため、O2ガ
スに限らず、他の反応性ガスを用いてもよい。このプラ
ズマ反応工程も他のプラズマ反応工程と同様、２ステッ
プ以上から構成してもよい。

【００５２】（実施例III）実施例IIIでは、基板を数十
から数百枚処理した後のタイミング（Ｃ）に本発明のプ
ラズマクリーニングを実施した例を示す。ここでは、 1
00枚毎にプラズマクリーニングする場合について示す。
基板を100枚処理したとき、最後の基板の搬出を行う時
までに、シリコン基板を処理室に搬入できる状態にして
おく。最後の基板のプラズマ脱離工程終了後、処理室に
シリコン基板を搬入し、プラズマクリーニングを行う。

【００５３】プラズマクリーニングは、アルミ配線のエ
ッチング処理をECRマイクロ波エッチング装置を用いて
行う場合には、たとえば表３に示したように構成する。

【００５４】

【表３】

【００５５】本表には、ステップ毎に使用するガス、流
量、圧力、ステップのプラズマ処理時間、ステップの目
的を示した。

【００５６】No。２、４、６、８、10のステップは、そ
の前の反応性化学種によるクリーニングで発生し、処理
室や堆積物上に付着した反応生成物を効率良く除去する
ためのプラズマ脱離工程である。

【００５７】例に示したように、反応性化学種のプラズ
マでは、反応性化学種を多く供給するために、圧力を高
く、流量を少なくする。また、プラズマ脱離工程は、揮
発性生成物を効率よく加熱して壁面から脱離させること
に加えて、速く排気するために、圧力を低くし、流量を
大きくする。

【００５８】本実施例では、表２に示した10ステップの
クリーニングを、8セット（9分）繰り返した後、被処理
基板をプラズマ処理する条件と同じガス種でプラズマ処
理を行い、その後、再び被処理基板のプラズマ処理を繰
り返し行う。

【００５９】本実施例のように基板のプラズマ処理100
枚毎にクリーニングを行うこともできるが、25枚毎に、
本表１の10ステップを１セット行うようにしてもよい。

【００６０】本例は、3から10秒で１ステップを構成し
ているが、１ステップを十数秒や数十秒で構成し、繰り
返し回数を少なくすることもできる。本例のようにステ
ップ数が多い場合は、特に、放電を継続し、流量の切り
替えは即座に行なう必要がある。

【００６１】また、本例のように堆積物が混合物と予想
される場合は、ステップ毎に反応性ガスを変えることが
できる。また、例えば、BCl3とO2のように、反応性ガス
同士で固形物を生成するような反応性ガスによるプラズ
マをステップ毎にかえて行う場合には、ステップ間にプ
ラズマ脱離工程を設けることにより、反応性ガス同士で
固形物を生成する量を少なくできる。

【００６２】また、本実施例はアルミ配線工程の場合を
示したが、これに限定するものではなく、プラズマ反応
工程とプラズマ脱離工程からなる本発明のプラズマクリ
ーニング方法による効果は、シリコン酸化膜、ポリシリ
コン、Si3N4、Ｗ、WSi、TiN、Cu、Cu合金、Ptなどのエッ
チング工程の場合にも期待できる。

【００６３】上記実施例では、プラズマ源がECRマイク
ロ波の場合について説明したが、高周波誘導タイプのプ
ラズマ源、マイクロ波プラズマ源を用いても本発明が適
用できる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマ処理室内のプラズマクリーニングにおいて、処
理室表面および堆積物上に残留した揮発性物質を効果的
に除去することによって、プラズマ処理室表面を効率良
く清浄化できる方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体基板のエッチングに用いられるドライエ
ッチング装置の簡略構成図である。

【図２】本発明の一実施例を示すプラズマクリーニング
のフロー図である。

【符号の説明】

１…プラズマ処理室、２…被エッチング処理基板、３…
ステージ、４…ガス流量コントローラ、５…マグネトロ
ン、６…導波管、７…コイル、８…圧力計、９…排気
系、10a,10b…真空室、11a,11b…ゲート、12a,12b…真
空搬送機器、13…ロード室、14…アンロード室、15a,15
b…ゲート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に搬入した被処理物をプラズマに
より処理するプラズマ処理工程を実施した後、該処理室
内にガスを導入し、該ガスプラズマによりクリーニング
する方法において、処理室内の被クリーニング物質を該
ガスプラズマにより揮発性物質に変化させるプラズマ反
応工程と、処理室内容器および構成部品の表面に付着し
ている揮発性物質を該ガスプラズマにより脱離させるプ
ラズマ脱離工程とを有することを特徴とするプラズマク
リーニング方法。
【請求項２】請求項1のプラズマクリーニング方法にお
いて、複数の被処理物にプラズマ処理工程を実施した
後、該プラズマクリーニングを行うことを特徴とするプ
ラズマクリーニング方法。
【請求項３】請求項1または２のプラズマクリーニング
方法において、該被処理物の該プラズマ処理工程を実施
した後、次に該プラズマクリーニング処理を実施し、
その後連続して次の被処理基板の該プラズマ処理工程を
実施することを繰り返し行うことを特徴とするプラズマ
クリーニング方法。
【請求項４】請求項１乃至３のプラズマクリーニング方
法において、該プラズマ反応工程と該プラズマ脱離工程
を交互に２回以上行うことを特徴とするプラズマクリー
ニング方法。
【請求項５】請求項１乃至４のプラズマクリーニング方
法において、該プラズマ反応工程または／および該プラ
ズマ脱離工程が2段回以上のステップからなることを特
徴とするプラズマクリーニング方法。
【請求項６】請求項1乃至５に記載のプラズマクリーニ
ング方法において、該被処理物に該プラズマ処理工程を
実施した後、該プラズマ脱離工程を実施し、次に該プラ
ズマ反応工程を行い、さらに該プラズマ脱離工程を実施
することを特徴とするプラズマクリーニング方法。
【請求項７】請求項1乃至６に記載のプラズマクリーニ
ング方法において、該被処理物に該プラズマ処理工程を
実施した後、該処理室から該被処理物を搬出し、該プラ
ズマクリーニングを行うことを特徴とするプラズマクリ
ーニング方法。
【請求項８】請求項1乃至６に記載のプラズマクリーニ
ング方法において、該被処理物に該プラズマ処理工程を
実施した後、該被処理物を該処理室から搬出する前に、
該プラズマクリーニングを行うことを特徴とするプラズ
マクリーニング方法。
【請求項９】請求項1乃至６に記載のプラズマクリーニ
ング方法において、該被処理物に該プラズマ処理工程を
実施した後、該被処理物を処理室から搬出する前に該プ
ラズマ脱離工程を実施し、その後該処理室から該被処理
物を搬出し、該プラズマクリーニングを行うことを特徴
とするプラズマクリーニング方法。
【請求項１０】請求項２に記載のプラズマクリーニング
方法において、該被処理物を搬出した後、該被処理物
を該プラズマにより処理した位置に非被処理物を導入し
て該プラズマクリーニングを行うことを特徴とするプラ
ズマクリーニング方法。
【請求項１１】請求項1乃至10に記載のプラズマクリー
ニング方法において、該プラズマ反応工程と、該プラズ
マ脱離工程が、少なくとも1種類は異なるガスからなる
ことを特徴とするプラズマクリーニング方法。
【請求項１２】請求項１乃至11に記載のプラズマクリー
ニング方法において、該プラズマ脱離工程を希ガス単独
または希ガスを流量で70％以上含む混合ガスにより行う
ことを特徴とするプラズマクリーニング方法。