JP2003243358A - 洗浄方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
洗浄方法および半導体装置の製造方法Info
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Abstract
からのパーティクルの発生を抑制することができ、プラ
ズマ反応室構成部品の本来の寿命まで使用することを可
能にするプラズマ反応室構成部品の洗浄方法、および本
発明のプラズマ反応室構成部品の洗浄方法を適用するこ
とにより、製造加工される半導体ウエハへのパーティク
ルの落下を防止することができ、それを適用して製造さ
れる半導体装置の歩留まりの低下を抑制することができ
る半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】純水12中に浸漬されたガスノズル孔が形
成されたシリコン製電極101に、ホーン2を使ってそ
の端面2aから振動子入力電力と前記端面2aの面積と
の比によって定義される超音波パワー密度が5W/cm
2 以上の超音波を照射する。これにより、ガスノズル孔
内面に付着したプラズマ反応生成物を除去する。
Description
どの半導体装置の製造工程に用いられるプラズマ装置の
反応室構成部品の洗浄方法および半導体装置の製造方法
に関する。
として広く用いられている。その中で、平行平板の電極
を配設した反応室を持つプラズマ装置は、ドライエッチ
ングまたは化学的気相成長法(CVD:Chemical Vapor
Deposition )に一般的に用いられている。このような
プラズマ装置の場合、プラズマに曝される反応室構成部
品としては、半導体ウエハに対向する電極が大きな割合
を占める。
として用いられるシリコン酸化膜のドライエッチングに
ついて説明する。この場合には、フロロカーボン系プラ
ズマが用いられる。このとき、半導体ウエハに対向する
電極にはシリコン製電極、カーボン製電極またはアルミ
ニウム合金の表面に陽極酸化膜が形成されたアルミアル
マイト製電極(以下、アルマイト製電極という)が通常
用いられる。なかでも、シリコン製電極は、カーボン製
電極およびアルマイト製電極と比較してスパッタ侵食レ
ートが低く、寿命が長いという優れた特性を有してい
る。
的断面図であり、上述のプラズマ装置の一例を示すもの
である。図7は、このようなドライエッチング装置に設
けられるシリコン製電極を示す平面図である。図6に示
すドライエッチング装置においては、ハウジング111
内に上部電極100と下部電極109とが対向して設け
られており、上部電極100と下部電極109とにより
平行平板電極を構成する。また、平行平板間の領域が反
応室106となる。
周囲を囲まれてハウジング111に設けられている。上
部電極100は、上部電極基台104、ガス分散板10
3、冷却板102およびシリコン製電極101からなる
ものである。シリコン製電極101には、複数のガスノ
ズル孔(微細孔)120(図7参照)が形成されてい
る。上部電極基台104には、反応性ガスが導入される
ガス導入口105が形成されており、ガス分散板10
3、冷却板102およびシャワーヘッドとして兼用され
るシリコン製電極101に形成されたガスノズル孔12
0を通じて反応性ガスが反応室106内に均一に導入さ
れる。
12に周囲を囲まれており、下部石英治具112は、枠
体114の上に基台113を介してハウジング111内
に設けられている。下部電極109の上面に静電チャッ
ク108を介して半導体ウエハ107が設けられてい
る。これにより、半導体ウエハ107は、静電チャック
108によりシリコン製電極101と対向するように固
着される。
には高周波電源130から高周波電力スプリッタ131
を介して高周波が印加される。プラズマ化させるガス、
例えばフロロカーボン系のガスをガス導入口105から
上部電極100を通過させて反応室106に導入し、上
部電極100と下部電極109との間に高周波を印加す
ることにより、フロロカーボン系プラズマを生成させ
る。この場合、上部電極100および下部電極109は
それぞれ石英治具110、112により囲まれているの
で、平行平板電極間にプラズマが集中する。
エハ107のサイズに依存する。半導体ウエハ107
が、例えば8インチウエハの場合、直径が280mm、
厚さが5mmのシリコン製電極101が使用される。こ
のとき、図7に示すように、シリコン製電極101には
直径が0.5mmのガスノズル孔120が640個形成
されている。
置の反応構成部品には、プラズマ放電時間に応じて反応
生成物が蓄積することから、定期的な洗浄作業が必要と
なる。特に、上部電極100(対向電極)は、半導体ウ
エハ107に近接しているために、反応室構成部品の中
でも、特に高い清浄度が要求される。
0の中でも、半導体ウエハ107に直接対向するシリコ
ン製電極101は、反応ガスのシャワーヘッドの役割を
兼ねるため、微細なガスノズル孔120が多数形成され
た複雑な形状を有する。このため、いったん蓄積した反
応生成物が容易に除去できないという問題点がある。こ
の結果、性能限界としての寿命(スパッタ侵食の進行に
よってエッチング特性悪化に到る)とは別に、反応生成
物の蓄積によって、対向する半導体ウエハ107上への
パーティクル落下が始まる問題点がある。このため、実
用に足る使用時間の制限がなされていた。そして、実用
に足る使用時間は性能限界としての寿命よりもしばしば
極めて短時間に抑えられていた。
は、上述のように、長寿命という潜在的な特性を有して
いる。ところが、シリコン酸化膜のエッチングに使用さ
れるドライエッチング装置にシリコン製電極101を用
いて実際にドライエッチングを行った場合、高周波印加
(放電)の累積時間が150時間程度に達した時点でパ
ーティクルが発生し、それ以上の使用が不可能になると
いう問題点がある。すなわち、シリコン製電極101
は、スパッタ侵食レートから算出される寿命に到達する
以前にパーティクルの発生によって実効的な寿命が律速
されてしまう。なお、この150時間という累積時間
は、はるかにスパッタ侵食レートが大きいカーボン製電
極の寿命と同程度である。
図、(b)は反応生成物がガスノズル孔内面に付着し、
実効的な寿命に至ったシリコン製電極を示す縦断面図で
ある。シリコン製電極101のガスノズル孔120は、
一般的に図8(a)に示すように、シリコン製電極10
1の厚さ方向に貫通するように形成されている。ドライ
エッチング装置で使用した後のシリコン製電極101の
ガスノズル孔120は、半導体ウエハ107に対向する
対向面101aにおいては、スパッタ侵食され漏斗状に
拡径される。
製電極101をエッチング装置で使用していると、プラ
ズマ反応生成物からなる反応生成物層121がガスノズ
ル孔120の内壁に沿って筒状に形成される。反応生成
物層121は、厚さが3μm程度である。この反応生成
物層121をエネルギ分散X線分光法により分析したと
ころ、Siのピークは観測されず、C、FおよびOの軽
元素のピークのみが観測されている。このことから、反
応生成物層121は、シリコン酸化膜用のドライエッチ
ング装置のエッチャントであるフロロカーボン系ガスが
プラズマ中で分解、重合することによって気相成長した
フッ素系ポリマーであるといえる。図8(b)に示す反
応生成物層121は、電極の材質に依らず、シリコン製
電極、カーボン製電極およびアルマイト製電極の全てに
共通して観察されている。なお、以下、本明細書におい
て、反応生成物層121をCFxポリマー層121とい
う。
ン酸化膜のドライエッチング装置の対向電極以外のその
他の反応室構成部品の表面にも一般的に形成されるもの
である。プラズマが照射されるチャンバ構成部品とし
て、上部電極100以外のものは、主として石英または
アルミアルマイトよりなるが、これらの表面に形成され
るCFxポリマー層121は、フッ素系有機溶媒による
膨潤特性を利用して洗浄することにより除去することが
可能である。
01のガスノズル孔120の内壁に形成されたCFxポ
リマー層121は、他の反応室構成部品上に形成された
CFxポリマー層(図示せず)に比して、構造的に緻密
であり、フッ素系有機溶媒による膨潤特性を殆ど示さな
いことが、本願発明者等によって明らかにされている。
従って、図8(b)に示すシリコン製電極101のガス
ノズル孔120内壁に形成されたCFxポリマー層12
1は、フロロカーボン系ガスを利用したプラズマ反応室
の構成部品の洗浄に一般的に用いられているフッ素系有
機溶媒では洗浄除去できない。
用いた薬液洗浄以外で、反応室内に蓄積されたCFxポ
リマー層121を除去する方法としては、クリーニング
ガスを用いたドライクリーニング法が知られている。し
かし、この方法の場合、プラズマが効率的に照射される
部分に対する効果は高いものの、プラズマ照射量が少な
いガスノズル孔120の内壁部に対する洗浄効果は低
い。このため、クリーニング時間が、長時間に及び、ス
ループットおよびコストの面で採算が合わず、結局シリ
コン製電極101を短寿命で交換せざるを得ないという
問題点がある。
のであり、対向電極に代表されるプラズマ反応室構成部
品からのパーティクルの発生を抑制することができ、プ
ラズマ反応室構成部品の本来の寿命まで使用することを
可能にするプラズマ反応室構成部品の洗浄方法を提供す
ることを目的とする。
ズマ反応室構成部品の洗浄方法を適用することにより、
製造加工される半導体ウエハへのパーティクルの落下を
防止することができ、それを適用して製造される半導体
装置の歩留まりの低下を抑制することができる半導体装
置の製造方法を提供することにある。
に、本願第1の発明は、微細孔を有するプラズマ反応室
構成部品の洗浄方法であって、洗浄溶媒中で、超音波
を、ホーンを使って超音波放射面から、振動子入力電力
と前記超音波放射面の面積との比によって定義される超
音波パワー密度が5W/cm2 以上の条件で、前記構成
部品の前記微細孔に向けて照射することによって、前記
微細孔内面に付着したプラズマ反応生成物を除去するこ
とを特徴とする洗浄方法を提供するものである。
マ反応室構成部品の洗浄方法であって、洗浄溶媒中で、
前記微細孔の深さ方向の全域に及ぶキャビテーションを
発生させることによって、前記微細孔内面に付着したプ
ラズマ反応生成物を除去することを特徴とする洗浄方法
を提供するものである。
の2乗の値は、前記超音波放射面の面積の値よりも大き
いことが好ましい。
の部品である場合、8W/cm2 以上の超音波パワー密
度で超音波を照射することが好ましい。この場合、より
好ましくは、18W/cm2 以上の超音波パワー密度で
超音波を照射する。
CFxポリマーである。
よる洗浄の後に、前記微細孔内面に部分的に残留した前
記プラズマ反応生成物を物理洗浄によって除去すること
が好ましい。この場合、前記構成部品は、シリコン製の
部品であり、前記超音波または前記キャビテーションに
よる洗浄が、前記微細孔内面に付着した前記プラズマ反
応生成物に加えて、前記微細孔内面と前記プラズマ反応
生成物との間に形成された中間反応層を除去するもので
あり、前記物理洗浄は、前記超音波または前記キャビテ
ーションによる洗浄の後に、部分的に残留した前記プラ
ズマ反応生成物および前記中間反応層を除去するもので
ある。
系ガスを使用するプラズマエッチング装置を用いて半導
体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記
プラズマエッチング装置内の前記フロロカーボン系ガス
供給用ガスノズル孔を前記微細孔として有するプラズマ
生成用電極を前記構成部品として、請求項1乃至8のい
ずれか1項に記載の洗浄方法で洗浄して前記ガスノズル
孔内面に付着したプラズマ生成物を除去することによっ
て繰り返し使用することを特徴とする半導体装置の製造
方法を提供するものである。
び半導体装置の製造方法について、添付の図面に示され
る好適実施例を基に詳細に説明する。図1は、本発明の
実施例に係る洗浄方法を実施する洗浄装置を示す模式的
断面図である。本実施例においては、プラズマ反応室構
成部品として、例えば、図7に示すシリコン製電極10
1を洗浄する場合について説明する。
置においては、図1に示すように、洗浄槽10に電極ク
ランプ11が設けられている。洗浄槽10内に洗浄溶媒
として、例えば純水12が満たされる。また、電極クラ
ンプ11によってシリコン製電極101の縁部が挟持さ
れる。洗浄槽10の上方には超音波振動子1が配置さ
れ、この超音波振動子1に接続部3を介してホーン2が
接続されている。ホーン2は、純水12中にその先端部
が浸水して配置されており、ホーン2の端面2aとシリ
コン製電極101とは近接している。超音波振動子1に
入力電力を供給し、超音波振動を発生させると、接続部
3およびホーン2を介して超音波が軸方向に伝達され、
洗浄溶媒中に位置されたホーン2の端面2aが、シリコ
ン製電極101の表面に対して垂直な方向Mに振動す
る。これによって、超音波振動子1自体からではなく、
ホーン2の端面2aから、洗浄溶媒中に超音波が放射さ
れ、端面2aに近接した範囲のシリコン製電極101に
照射される。この場合、ホーン2の端面2aが超音波放
射面となり、その面積によって超音波放射面の面積が与
えられる。また、ホーン2の形状を適切に設定すること
により、超音波振動の振幅を増幅し、超音波振動子1の
振幅よりも大きな振幅を、ホーン2の端面2aにおいて
得ることが可能である。
設けられており、この駆動機構には駆動源(図示せず)
に接続されている。これにより、超音波振動子1は、ホ
ーン2とともに、シリコン製電極101の直径方向Sに
移動可能である。図1の洗浄装置の洗浄槽10に純水1
2を満たし、洗浄対象のシリコン製電極101を取り付
けることなく、超音波振動子1を動作させると、後から
説明する、洗浄効果が確認される超音波パワー密度範囲
においては、電極の厚さに対応する領域、もしくはそれ
以上の深さの領域の全体において激しい気泡の発生が見
られた。すなわち、少なくとも、電極の厚さに対応する
領域の全体においてキャビテーションが発生しているこ
とが分かる。そして、シリコン製電極101を取り付け
て超音波を照射すると反対側の面のガスノズル孔120
の開口部から気泡が激しく噴出することが観察された。
従って、ガスノズル孔120を有する電極に、洗浄効果
が得られるパワー密度の超音波を照射した場合には、ガ
スノズル孔120の深さ方向の全体にわたって、すなわ
ち、電極板を厚さ方向に貫通するガスノズル孔120
の、超音波を照射する側の面の開口部から反対側の面の
開口部に到る全体にわたって、キャビテーションが発生
することが分かる。このキャビテーションは「蒸気性キ
ャビテーション」と呼ばれるものである。例えば、気体
が過飽和に含まれた液中では、微小な超音波パワー密度
においても気体性キャビテーションと呼ばれるキャビテ
ーションが発生する。本発明において利用するキャビテ
ーションはそれとは異なり、ある程度以上の高い超音波
パワー密度において発生するものである。
01の洗浄を行うためには、超音波振動子1を動作さ
せ、ホーン2により純水12中にキャビテーションを、
シリコン製電極101の厚さ方向の少なくとも全域にわ
たるように発生させる。すなわち、少なくとも、シリコ
ン製電極101を厚さ方向に貫通するガスノズル孔12
0の深さ方向の全域にわたってキャビテーションを発生
させ、この状態を維持しつつ、超音波振動子1をホーン
2とともに直径方向Sに走査してそれぞれのガスノズル
孔120の洗浄を行う。
孔120内壁に形成されたCFxポリマー層121はフ
ッ素系有機溶媒では洗浄除去できない。しかしながら、
本発明の洗浄方法よれば、このCFxポリマー層121
を除去することができる。
1に示す超音波振動子1の入力される電力と、ホーン2
の端面2a(超音波放射端面)の面積との比によって定
義される超音波パワー密度を5W/cm2 以上とするこ
とにより、上述の如く、少なくともシリコン製電極10
1の厚さ方向の全域にわたり、キャビテーションを発生
させることができ、ガスノズル孔120の内壁に形成さ
れたCFxポリマー層121を除去することができる。
ると、物理洗浄力の不足から最も清浄度が要求されるシ
リコン製電極101のCFxポリマー層121を除去す
ることができない。この超音波パワー密度の上限値は特
に限定されるものではないが、実用的には、35W/c
m2 以下とすることが好ましい。超音波パワー密度が3
5W/cm2 を超えるようにするにはホーン2の端面2
aの面積を小さくしなければならず、超音波振動子1を
ある位置に固定した状態で洗浄することができる洗浄領
域を大きくすることができない。このため、超音波振動
子1を走査してシリコン製電極101の全体を洗浄する
ために必要な時間が長くなる。また、被洗浄部品の材質
によっては、エロージョンが発生する虞がある。
W/cm2 以上得られれば、いかなる超音波振動子1で
あってもよい。しかしながら、標準的な超音波振動子で
は5W/cm2 以上の超音波パワー密度を得ることは難
しい。このため、ホーン2を使って、すなわち、超音波
振動子1から超音波を直接照射するのではなく、ホーン
2で超音波を伝送し、振幅を増幅してから放射すること
により、超音波パワー密度を確保することが実際的であ
る。
水12であることが好ましい。純水12の温度は、40
乃至60℃であることが好ましい。
電極101との間隔は、3mm以下にすることが好まし
い。この間隔を3mm以下にすることにより、より高い
洗浄効果を得ることができる。なお、本発明において
は、ホーン2の端面2aとシリコン製電極101とが接
触してはいけない。このため、ホーン2の端面2aの振
幅量よりも、ホーン2の端面2aとシリコン製電極10
1とを離す必要がある。本実施例において、振幅量は3
0μm程度であるので、前記間隔を30μmよりも離す
必要がある。さらにまた、ホーン2の浸水深さは、5乃
至15mmとすることが好ましい。
ル孔120が拡径している対向面101aをホーン2の
端面2aに対向させて配置することが好ましい。これに
より、キャビテーション領域がガスノズル孔120内に
進入しやすくなり、洗浄効果をより高めることができ
る。なお、対向面101aから洗浄を行うことに加え
て、さらに対向面101aの裏面側から洗浄することに
よってさらに洗浄効果を高めることができる。
浄度が向上することから、上部電極100をはじめとす
るチャンバー構成部品の洗浄メカニズムは、超音波の照
射に伴い発生する蒸気性キャビテーションの効果を利用
したものといえる。超音波エネルギーが直接洗浄に作用
するメカニズムであれば、キャビテーションによって発
生する大量の気泡により、超音波エネルギの伝播は、阻
害される方向となるため、むしろ洗浄効果は下がるはず
である。このことから、本発明で示された洗浄メカニズ
ムは、蒸気性キャビテーション効果であって、気泡消滅
時に生じる高圧力の衝撃波が起こす物理作用を用いたも
のと理解できる。よって、本発明においては、超音波振
動子1の周波数は、蒸気性キャビテーションが発生しや
すい超音波周波数である15乃至50kHzの領域が好
ましい。さらに好ましくは、超音波振動子1の周波数
は、ホーン2を介して振動振幅が増幅可能となる領域で
ある15乃至30kHzとするのが良い。超音波振動子
1の振幅を、ホーン2によって、例えば20乃至40倍
に増幅して照射することが可能である。
ーションが少なくともシリコン製電極101の厚さ方向
の全域を覆うように発生すればよい。このため、超音波
振動子1による方法以外にも、例えば特開平7−241
494号公報に記載されたように、ウォータージェット
ノズルを介して高圧水液を液相中に噴出させてキャビテ
ーションを発生させる方法もある。この場合、液相中に
生じる噴流の乱れと、周囲の液相とのせん断作用との複
合効果によりキャビテーションが発生する。
は、上述のキャビテーションを利用した洗浄後に、別種
の洗浄を組み合わせて行うのが良い。化学的洗浄と本発
明の洗浄とを組み合わせる場合、被洗浄物の材質が制限
される。このため、本発明の洗浄方法以外の別種の物理
洗浄と組み合わせることが好ましい。
洗浄を挙げることができる。ブラスト洗浄は、物理照射
エネルギを調整できるので好ましい。このため、被洗浄
部品の材質によって種々調整可能であるという利点があ
る。ブラスト洗浄は、サンドブラストおよびドライホー
ニングなどのいずれの方法でもよい。プラズマ構成部品
の材質により、特にペレットとしてドライアイスまたは
プラスチックを用いるブラスト洗浄が好ましい。ドライ
アイスまたはプラスチックを用いるブラスト洗浄であれ
ば、被洗浄部品の材質が、例えばシリコン、カーボンま
たはアルマイトであっても表面に損傷を生じさせること
がない。ブラスト洗浄を行うと、キャビテーションによ
る洗浄により除去されず、部分的に一部残留したCFx
ポリマー層121が除去される。この場合、キャビテー
ションによる洗浄により残留したCFxポリマー層12
1はガスノズル孔120の内壁から剥離しかかっている
ものが多いことを本願発明者は知見している。このた
め、ブラスト洗浄を行うことにより、ペレットがガスノ
ズル孔120内に進入し、上述の剥離しかかっているC
Fxポリマー層121が除去される。これにより、ガス
ノズル孔120の清浄度がさらに向上する。
やすから対向面101a側から行うことが好ましい。対
向面101a側からに加えて、さらに、対向面101a
の裏面側からも行うことがさらに好ましい。なお、別種
の物理洗浄は、キャビテーションによる洗浄の前後いず
れの段階で実施することも可能である。しかし、上記の
ように剥離しかかっているCFxポリマー層121を除
去するためには、別種の物理洗浄は、キャビテーション
による洗浄の後に実施することが好ましい。もしくは、
別種の物理洗浄はキャビテーションによる洗浄の前後の
両方で実施してもよい。
は、キャビテーションをシリコン製電極101のガスノ
ズル孔120の深さ方向の全域に及ぶようにすることに
より、ガスノズル孔120の内面に付着したCFxポリ
マー層121を、効果的に除去することができる。この
場合、シリコン製電極101の表面には損傷を与えるこ
とがないので、ガスノズル孔120内面のマイクロラフ
ネスの増加および微細孔の拡径が抑制される。このた
め、構成部品を洗浄後、再利用することができる。この
ようにして、シリコン製電極101を本来の寿命まで使
用することができる。本発明においては、CFxポリマ
ー層121以外の汚れについても除去することができ、
シリコン製電極101のその他の部位の付着した汚れに
ついても除去できる。また、本発明においては、ホーン
2を直径方向Sに走査して洗浄したが、これに限定され
るものではなく、ホーン2の長さがガスノズル孔120
の形成領域よりも短い場合には、ホーン2を複数回走査
させて洗浄してもよい。また、ホーン2の長さをシリコ
ン製電極101の半径と同じにし、ホーン2を時計方向
または反時計方向に回転させるようにして洗浄してもよ
い。なお、本発明においては、ガスノズル孔120の直
径が、例えば0.3乃至0.8mmものについて良好な
洗浄結果を得ることができる。
101を洗浄したが、これに限定されるものではなく、
他の部品であっても、微細孔を有するものについては、
上述と同様の効果を得ることができる。その中でも、キ
ャビテーションによる洗浄効果を効果的に利用するため
には、シリコン製電極101と同様に部品を貫通する微
細孔、特に、部品を直線的に貫通する微細孔を有するも
のについて良好に適用できる。また、電極の材質はシリ
コンに限定されるものではなく、ドライエッチング装置
の対向電極に適用されるものであれば、いずれの材質に
おいても上述の洗浄効果を得ることができる。
について説明する。本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体ウエハのドライエッチング工程に用いるフロロカ
ーボン系ガスを利用するドライエッチング装置のプラズ
マ生成用の電極を、本発明のプラズマ反応室構成部品の
洗浄方法を用いて洗浄して繰り返して使用する工程を含
むものである。プラズマ生成用の電極は、例えば図7に
示すシリコン製電極101である。
明の半導体装置の製造方法に用いられるものであり、フ
ロロカーボン系ガスを使用してプラズマエッチングする
ものである。ただし、ドライエッチング装置は、図6に
示すものに限定されるものではない。高周波印加方式
は、アノードカップリング方式、カソードカップリング
方式およびスプリット方式のいずれの方式であってもよ
く、異なった2つの周波数の高周波を印加する方式のも
のであってもよい。また、対向電極を有していれば、プ
ラズマの励起周波数はいずれであってもよい。さらにプ
ラズマの発生方式は容量結合および誘導結合のいずれの
方式であってもよい。また、プラズマ励起に際し、磁場
アシストの有無も適宜選択することができる。
は、対向電極を洗浄する時期は適宜選択することができ
る。例えば、図6に示すシリコン製電極101であれ
ば、高周波印加の累積時間が約150時間に達した時点
でパーティクルが発生することが多いので、100時間
程度を基準にして洗浄を行ってもよい。
成部品を洗浄して繰り返し使用する。この場合において
も、プラズマ処理装置の反応室内のパーティクル発生数
を常に未使用構成部品を使用した場合なみに抑制するこ
とができ、初期の性能を維持できるとともに、歩留まり
の低下の抑制が図れる。さらに構成部品の寿命を延長す
ることによるコスト低減の効果を得ることができる。
る。実施例1 実施例1は超音波洗浄超音波パワー密度の影響を評価し
たものである。以下、実施例1について説明する。先
ず、図6に示すドライエッチング装置に適用されるカー
ボン製電極、アルマイト製電極およびシリコン製電極の
3種類を用意した。なお、電極は外径が280mm、厚
さが5mmの基板に、直径が0.5mmのガスノズル孔
を7mmピッチで形成したものである。これらの電極に
ついて、ホーン2を電極の対向面101a側に配置し、
以下に示す条件で洗浄した。ホーン2は、ステンレスか
らなり、端面2aの形状が矩形状である。端面2aは、
幅が25mm、長さが150mmである。この端面2a
が超音波放射面となる。従って、超音波放射面の面積は
37.5cm2 である。
状、必要なパワー密度、組み合わせる超音波振動子1の
形状、入力電力、周波数などに応じて適切に選択する。
材質も、ステンレスに限られず、ジュラルミン、チタン
合金等、さまざまに選択できる。超音波放射面となる端
面2aは、通常は平面に形成される。しかし、端面2a
が曲面であったり、長時間の使用の結果凹凸が発生した
ような場合には、超音波が放射される軸方向に対して垂
直な面への投影面積で放射面の面積を算出して、適切な
パワー密度を設定すればよい。
1の発振周波数を15kHzないし28kHzとし、超
音波振動子1の入力電力を75W乃至1300Wとし
て、超音波振動子1およびホーン2を2.5mm/分の
移動速度で直径方向Sに走査して洗浄を行った。この
時、ホーン2の端面2aの長さ方向が走査方向に対して
垂直になるようにした。従って、走査方向には、ホーン
2の幅である25mmの範囲に超音波が照射されるの
で、それぞれのガスノズル孔120は、1個あたり10
分間、その深さ方向の全域にわたってキャビテーション
に曝されることになる。
とし、純水12の温度を50℃とした。ホーン2の端面
2aと電極101の面101aとの間隔は3mmとし
た。
最終洗浄は、純水を洗浄溶媒として、電極を10分間超
音波洗浄し、その後、イソプロピルアルコールを洗浄溶
媒として、電極を10分間超音波洗浄したものである。
超音波洗浄の条件は、周波数を25kHzとし、超音波
パワー密度を0.5W/cm2 とした。
孔120の断面が露出するように切断した。そして、切
断面をSEMにより観察しCFxポリマー層121の有
無を確認した。その結果を図2に示す。図2は横軸に超
音波パワー密度をとり、縦軸に清浄度をとって超音波パ
ワー密度と清浄度との関係を示すグラフである。縦軸の
「清浄度」は、観察した20個のガスノズル孔120
(微細孔)の中で、CFxポリマー層121の完全な除
去が確認されたものの割合を表す。
アルマイト製電極には、超音波パワー密度が5W/cm
2 以上で洗浄効果(CFxポリマー層の除去)が確認さ
れ、超音波パワー密度が13W/cm2 以上では95%
の高い清浄度が得られた。一方、シリコン製電極の場合
には、超音波パワー密度が8W/cm2 以上で洗浄効果
が確認され、超音波パワー密度が18W/cm2 以上で
は90%の高い清浄度が得られた。このように、電極の
材質によって具体的な値には違いがあるものの、超音波
パワー密度がある値以上において洗浄効果が得られ、さ
らに超音波パワー密度を増大させることにより清浄度が
増大し、ある値以上においては100%に近い高い清浄
度が得られることが分かった。前述のように、カーボン
製電極およびアルマイト製電極に対して洗浄効果が得ら
れる5W/cm2 のパワー密度においては、既に、電極
の厚さ(5mm)の全体にわたってキャビテーションが
発生することが観察されている。従って、ガスノズル孔
内壁に付着したCFxポリマーに対する除去効果を得る
ためには、少なくとも、ガスノズル孔の深さ方向の全域
にわたってキャビテーションが発生する条件を選択する
ことが必要だが、十分に高い清浄度(洗浄度)を得るた
めには、さらにパワー密度を増大させることが必要であ
る。パワー密度の増大によって、例えばキャビテーショ
ン領域内の気泡密度が増大し、洗浄効果が高まったもの
と考えられる。
は、CFxポリマーの残留が観察されたガスノズル孔1
20においても深さ方向の全域においてほぼ完全な除去
が実現されており、剥離しかけた微小なCFxポリマー
の残留が認められるのみであった。すなわち、放射面側
のガスノズル孔120開口部から一定の深さにのみにし
か洗浄効果が及ばないという状態ではなかった。従っ
て、ある程度の範囲であれば、より厚い電極に形成され
たより深いガスノズル孔の洗浄においても、同様のパワ
ー密度において同様の高い洗浄度が得られると推定でき
る。
を超える洗浄条件ではアルマイト製電極の母材部分、特
にガスノズル孔の開口部近傍において、エロージョンが
確認された。一方、カーボン製電極およびシリコン製電
極では、超音波パワー密度が35W/cm2 を超えても
エロージョンは発生しない。しかし、上述のように、超
音波パワー密度が35W/cm2 を超える場合、ホーン
2の端面2aの面積を小さくしなければならない。この
ため、同時に洗浄できる領域を大きくしにくく、電極全
体の洗浄に要する時間が長くなるという問題点がある。
また、超音波パワー密度が35W/cm2 を超える場合
には、過度の振幅に対するホーン自体の強度限界によっ
て連続超音波発振できないという虞もある。このよう
に、超音波パワー密度は5W/cm2 以上が有効であ
り、好ましくは、シリコン製電極に対しても効果が高い
18W/cm2 以上がよい。いずれの場合においても、
超音波パワー密度の上限値は実用的には35W/cm2
以下であることが好ましい。また、実施例1において
は、電極の片側からの超音波照射のみを実施したが、片
側からの照射に加えて、さらに他面側からも超音波照射
をすれば一層効果的である。
ては、特開平8−243516号公報に、使用する超音
波の洗浄溶媒中での波長の2乗の値がホーンの超音波放
射面の面積の値よりも小さくすることにより、洗浄効率
を高める方法が提案されている。しかし、本願発明者が
知見した範囲では、このような超音波の波長とホーン2
の超音波放射面積との関係による洗浄効率の変化は観察
されなかった。実際、本実施例で使用したホーン2で
は、超音波周波数15kHzの場合には、超音波の波長
の2乗の値が超音波放射面の面積の値よりも大きい。こ
のように、超音波の波長の2乗の値がホーン2の超音波
放射面の面積の値よりも大きい場合を含めて、必要なパ
ワー強度および洗浄対象物の形状に対して適切な形状お
よび面積の超音波洗浄面を有するホーン2を使用すれば
よい。例えば、本実施例のように、超音波放射面を細長
い形状とし、その長手方向に垂直な方向に走査すること
により1回の走査によって洗浄できる面積を大きくする
ことが可能である。これにより、洗浄装置の走査機構を
単純化することが可能になる。
るCFxポリマー層の除去効果を評価したものである。
先ず、本実施例においては、実施例1で清浄度が100
%でない電極についてさらに、別種の物理洗浄を追加し
て行い、CFxポリマー層121の除去効果を評価し
た。実施例1と同じ電極を使用して、24W/cm2 の
超音波パワー密度で超音波洗浄した。この結果、カーボ
ン製電極およびアルマイト製電極では清浄度が95%で
あり、シリコン製電極では清浄度が90%であった。残
留物は、アルマイト製電極では、部分的に残留した微小
なCFxポリマーであった。シリコン製電極では、残留
物は部分的に残留した微小なCFxポリマーに加え、ガ
スノズル孔内壁とCFxポリマー層との間に形成される
中間反応層であった。この中間反応層は、SiC系化合
物であり、厚さが0.1μm程度であった。
として、ドライアイスペレットによるブラスト洗浄を行
った。ドライアイスペレットは、ロール方式により粉砕
し、ペレット径が0.3mmに成形されたものである。
ドライアイスペレットを8kg/cm2 (780kP
a)の空気圧力で吐出した。所定の空気圧力で吐出され
るペレットはペレット流となる。ペレットの照射を片面
ずつ、電極の両面側から行った。ペレット流の照射時間
は、ガスノズル孔120、1個あたり5秒とした。
の後、上述の共通の洗浄を行った。この共通の洗浄は実
施例1と同じであるので、その詳細な説明は省略する。
そして、実施例1と同様にしてガスノズル孔120を観
察し、清浄度を評価した。この結果、カーボン製電極、
アルマイト製電極、およびシリコン製電極ともに、全て
のガスノズル孔120内面においてCFxポリマー層お
よび中間反応層が除去されており、清浄度が100%で
あった。
ット径、ペレットの吐出圧力およびペレット流の照射時
間は、CFxポリマー層の厚さ、中間反応層の厚さ、お
よびガスノズル孔の径に応じて適宜選択すればよい。
において、微細孔内部の深い部分に対して洗浄効果を得
るためには、ペレット流を電極表面に対して垂直な方向
から、すなわち、ガスノズル孔120の深さ方向に対し
て平行な方向から照射する必要がある。この場合、特に
ガスノズル孔120の中間部において、ペレット流がガ
スノズル孔120の内壁と平行になる。このため、ブラ
スト洗浄を単独に適用したのでは十分な洗浄効果を得る
ことができない。しかし、超音波パワー密度を調整した
超音波洗浄を経た後では、残留したCFxポリマー層が
遊離している部分などにペレットが衝突し、残留したC
Fxポリマー層をガスノズル孔120の内部から除去で
きる。このようにして、有効な洗浄結果を得ることがで
きる。
ては、化学反応を用いた湿式洗浄を選択することもでき
る。しかし、上述の如く、CFxポリマー層121は、
各種の薬液に対して極めて耐久性が高い。また、使用す
る薬液の電極母材への化学作用を考慮する必要がある。
母材に対するエッチング作用を有する薬液を用い、リフ
トオフ方式により除去する方法も可能であるが、この場
合、ガスノズル孔120の径の拡大は避けられない。こ
のため、電極を繰り返し洗浄して使用する場合には問題
となる。これに対して、物理洗浄と組み合わせる場合、
上述のようなガスノズル孔120の径の拡大を避けるこ
とができるため有利である。ブラスト洗浄であれば母材
に対するエッチング作用がないので、ガスノズル孔12
0内面、対向面101aおよびその裏面のいずれにおい
てもマイクロラフネスは発生しない。
するドライエッチング装置により、二酸化シリコン酸化
膜(以下、SiO2 膜という)のドライエッチング処理
を行い、一定時間ドライエッチング加工を実施した後
に、シリコン製電極101を24W/cm2 の超音波パ
ワー密度で超音波洗浄した。洗浄後のシリコン製電極1
01を用いてさらにドライエッチング加工を実施し、こ
の工程におけるシリコン製電極101からのパーティク
ル発生量を評価した。なお、シリコン製電極101は図
7に示すものと同じであり、直径が280mm、厚さが
5mmの基板に、直径が0.5mmのガスノズル孔12
0が7mmピッチで640個形成されたものである。
エッチング装置の上部電極100に取り付け、シリコン
酸化膜のドライエッチング加工を実施した。
れる半導体装置を示す断面図である。図6に示す半導体
ウエハ107においては、図3に示すように、シリコン
基板20上に、膜厚が1.0μmのSiO2 膜21が形
成されている。SiO2 膜21上に、膜厚が1.2μm
のフォトレジスト膜22が形成されている。フォトレジ
スト膜22には、直径が0.25μmのホール23が形
成されている。本実施例においては、上述の構成の半導
体ウエハ107におけるSiO2 膜21のエッチングを
行った。ドライエッチングに使用したガスは、CF4 ガ
ス、CHF3 ガス、C4 F8 ガス、Arガス、COガス
の混合ガスである。
算で2000枚、高周波の累積放電時間で100時間に
なるまで行った。その後、ドライエッチング装置からシ
リコン製電極101を取り外し、洗浄処理を行った。
パワー密度で超音波洗浄した。このときの他の洗浄条件
は、超音波振動子1の発振周波数を15kHzとし、ホ
ーン2の端面2aの面積(超音波放射端面積)を37.
5cm2 とし、入力電力を900Wとした。洗浄溶媒に
は純水を用い、温度は50℃とした。ホーン2と対向面
101aとの間隔を3mmとし、ホーン2の浸水深さを
10mmとした。超音波照射時間、すなわち、キャビテ
ーションに曝されている時間はガスノズル孔120、1
個あたり10分間とした。
洗浄は、純水を洗浄溶媒として、電極を10分間超音波
洗浄し、その後、イソプロピルアルコールを洗浄溶媒と
して、電極を10分間超音波洗浄したものである。この
とき、超音波周波数を28kHzとし、超音波パワー密
度を0.5W/cm2 とした。乾燥工程は、高圧の窒素
ガスをシリコン製電極101に吹き付けた(高圧窒素ブ
ロー)後、シリコン製電極101を、温度60℃の乾燥
クリーンオーブンに6時間放置した。
101を、再び図6に示すドライエッチング装置に設置
し、SiO2 膜21のドライエッチング加工を行った。
ドライエッチング加工は図3に示すSiO2 膜21のエ
ッチング処理とし、この加工をウエハ換算で2000
枚、高周波の累積放電時間で100時間実施した。パー
ティクルのカウントを高周波放電時間で10時間ごとに
行った。パーティクルは直径が0.25μm以上のもの
をカウントした。このときのドライエッチング装置の反
応室106内のパーティクルカウント数の推移を図4に
示す。図4は横軸に高周波放電累積時間をとり、縦軸に
パーティクルカウントをとってシリコン製電極の清浄度
の時間変化を示すグラフである。なお、図4において、
高周波放電累積時間が50時間ごとにそのプロットが途
切れているのは、この時期にドライエッチング装置の保
守を行ったからである。
は、電極洗浄前の高周波放電時間が100時間までと、
洗浄後の100乃至200時間までとでは顕著な差がな
い。本実施例においては、高周波放電時間が150時間
付近でパーティクルカウントが増加するという従来の問
題を回避できた。このことにより、本発明の洗浄方法に
よってシリコン製電極101の清浄度が回復しているこ
とが分かった。
例2と同様のブラスト洗浄を行った点が異なり、それ以
外のことについては実施例3と同様にして実験を行った
ものである。すなわち、ドライエッチング装置、シリコ
ン製電極、加工される半導体装置の構成、およびドライ
エッチング加工の条件は全て実施例3と同じである。ま
た、本実施例において、ブラスト洗浄については実施例
2と同一条件で行った。このため、その詳細な説明は省
略する。次に、結果について説明する。
縦軸にパーティクルカウントをとってシリコン製電極の
清浄度の時間変化を示すグラフである。図4の場合と同
様に、高周波放電累積時間が50時間ごとにそのプロッ
トが途切れているのは、この時期にエッチング装置の保
守を行ったからである。本実施例においても、パーティ
クルカウントは、高周波放電時間が100時間までと、
100乃至200時間までとでは顕著な差がない。本実
施例においても、高周波放電時間が150時間付近でパ
ーティクルカウントが増加するという従来の問題を回避
できた。本実施例においては、ブラスト洗浄と組み合わ
せることにより、本発明の洗浄方法によってシリコン製
電極101の清浄度が回復していることが分かった。ま
た、高周波放電時間が150乃至200時間において
は、パーティクルカウントの増大が実施例3に比して小
さいことがわかる。この結果により、超音波洗浄のみを
行った実施例3の場合に比較して、超音波洗浄とブラス
ト洗浄とを組み合わせて行った本実施例では、さらに清
浄度が高まり、この結果、さらにパーティクル発生が抑
制できたことが分かる。
方法によれば、プラズマ装置の反応室構成部品の微細孔
内に付着した反応生成物を効果的に除去することがで
き、また、マイクロラフネスの増加および微細孔の拡径
が抑制される。従って、この構成部品を洗浄後再利用す
ることができる。
れば、洗浄後の構成部品を繰り返し使用しても処理装置
の反応室内のパーティクル発生数を常に未使用構成部品
を使用した場合なみに抑制することができ、歩留まりの
低下の抑制が図れる。さらに構成部品の寿命延長による
コスト低減効果が得られる。
浄装置を示す模式的断面図である。
ラフである。
体装置を示す断面図である。
ィクル挙動を示すグラフである。
ィクル挙動を示すグラフである。
ある。
製電極を示す平面図である。
(b)は反応生成物がガスノズル孔の内面に付着したシ
リコン製電極を示す縦断面図である。
Claims (9)
- 【請求項1】微細孔を有するプラズマ反応室構成部品の
洗浄方法であって、 洗浄溶媒中で、超音波を、ホーンを使って超音波放射面
から、振動子入力電力と前記超音波放射面の面積との比
によって定義される超音波パワー密度が5W/cm2 以
上の条件で、前記構成部品の前記微細孔に向けて照射す
ることによって、前記微細孔内面に付着したプラズマ反
応生成物を除去することを特徴とする洗浄方法。 - 【請求項2】微細孔を有するプラズマ反応室構成部品の
洗浄方法であって、 洗浄溶媒中で、前記微細孔の深さ方向の全域に及ぶキャ
ビテーションを発生させることによって、前記微細孔内
面に付着したプラズマ反応生成物を除去することを特徴
とする洗浄方法。 - 【請求項3】前記洗浄溶媒中の前記超音波の波長の2乗
の値は、前記超音波放射面の面積の値よりも大きいこと
を特徴とする請求項1に記載の洗浄方法。 - 【請求項4】前記構成部品は、シリコン製の部品であ
り、8W/cm2 以上の超音波パワー密度で超音波を照
射することを特徴とする請求項1または3に記載の洗浄
方法。 - 【請求項5】18W/cm2 以上の超音波パワー密度で
超音波を照射することを特徴とする請求項4に記載の洗
浄方法。 - 【請求項6】前記プラズマ反応生成物は、CFxポリマ
ーであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1
項に記載の洗浄方法。 - 【請求項7】前記超音波または前記キャビテーションに
よる洗浄の後に、前記微細孔内面に部分的に残留した前
記プラズマ反応生成物を物理洗浄によって除去すること
を特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の洗
浄方法。 - 【請求項8】前記構成部品は、シリコン製の部品であ
り、 前記超音波または前記キャビテーションによる洗浄が、
前記微細孔内面に付着した前記プラズマ反応生成物に加
えて、前記微細孔内面と前記プラズマ反応生成物との間
に形成された中間反応層を除去するものであり、 前記物理洗浄は、前記超音波または前記キャビテーショ
ンによる洗浄の後に、部分的に残留した前記プラズマ反
応生成物および前記中間反応層を除去することを特徴と
する請求項7に記載の洗浄方法。 - 【請求項9】フロロカーボン系ガスを使用するプラズマ
エッチング装置を用いて半導体装置を製造する半導体装
置の製造方法であって、 前記プラズマエッチング装置内の前記フロロカーボン系
ガス供給用ガスノズル孔を前記微細孔として有するプラ
ズマ生成用電極を前記構成部品として、請求項1乃至8
のいずれか1項に記載の洗浄方法で洗浄して前記ガスノ
ズル孔内面に付着したプラズマ生成物を除去することに
よって繰り返し使用することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
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