JP2004214609A - Method of treating plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム系反応生成物を生じるプラズマ処理装置の処理方法に係り、特に半導体基板等の被処理基板を、プラズマを用いてエッチング処理を行うのに好適なプラズマ処理装置の処理方法に関する。 The present invention relates to a processing method of a plasma processing apparatus that generates an aluminum-based reaction product, and more particularly to a processing method of a plasma processing apparatus suitable for performing an etching process on a target substrate such as a semiconductor substrate using plasma.
さらに、本発明は、プラズマ処理方法に係り、特にプラズマを用いて半導体ウェハ等の試料をエッチング処理あるいは試料に膜を堆積させるプラズマ処理装置において、真空容器を清掃する方法にかかわる。 Furthermore, the present invention relates to a plasma processing method, and more particularly to a method of cleaning a vacuum vessel in a plasma processing apparatus for etching a sample such as a semiconductor wafer or depositing a film on the sample using plasma.
本発明は、半導体素子の製造に用いられているプラズマを利用したプラズマ処理装置に適用する。ここではＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式と呼ばれるプラズマ処置装置を例に、従来技術を説明する。この方式では、外部より磁場を印加した真空容器中でマイクロ波帯からＵＨＦ帯の電磁波によりプラズマを発生する。磁場により電子はサイクロトロン運動し、この周波数と電磁波の周波数を共鳴させることで効率良くプラズマを発生できる。この装置でウェハをエッチングする場合にはプラズマとなるガスには塩素やフッ素などのハロゲンガスが用いられる。また、ウェハに入射するイオンを加速するために、ウェハには高周波電圧が印加される。この構成で半導体素子製造に必要な、ウェハに垂直なエッチングができる。以後、ウェハに印加する電力をバイアス電力と呼ぶ。また、ウェハ上に膜の堆積を行う場合はＳｉＨ４などの原料ガスを用いてウェハ上に多結晶Ｓｉ膜を堆積できる。 The present invention is applied to a plasma processing apparatus using plasma used for manufacturing a semiconductor device. Here, a conventional technique will be described using a plasma treatment apparatus called an ECR (Electron Cyclotron Resonance) method as an example. In this method, plasma is generated from electromagnetic waves in the microwave band to the UHF band in a vacuum vessel to which a magnetic field is externally applied. Electrons undergo cyclotron motion due to the magnetic field, and plasma can be generated efficiently by resonating this frequency with the frequency of electromagnetic waves. When a wafer is etched by this apparatus, a halogen gas such as chlorine or fluorine is used as a gas to be plasma. Also, a high frequency voltage is applied to the wafer to accelerate ions incident on the wafer. With this configuration, etching perpendicular to the wafer, which is necessary for manufacturing semiconductor devices, can be performed. Hereinafter, the power applied to the wafer is referred to as bias power. When a film is deposited on a wafer, a polycrystalline Si film can be deposited on the wafer using a source gas such as SiH 4 .
この装置では、ある程度の処理時間がたつと容器内に原料ガスや反応生成物の堆積が生じる。堆積物が生じるとプラズマの状態が変化して、エッチング特性が経時変化したり、あるいは堆積物が剥がれてウェハ上に落ちて異物となり歩留まり低下の原因となる。したがって、ある期間経過すると真空容器内壁の清掃が必要となる。 In this apparatus, after a certain processing time, a raw material gas and a reaction product are deposited in the container. When deposits are formed, the state of plasma changes, and the etching characteristics change with time, or the deposits are peeled off and fall on the wafer to become foreign particles, which causes a reduction in yield. Therefore, after a certain period of time, the inner wall of the vacuum container needs to be cleaned.
半導体製造プロセスでは、一般にプラズマを用いたドライエッチングが行われている。ドライエッチングを行うためのプラズマ処理装置は、種々の方式の装置が使用されている。 In a semiconductor manufacturing process, dry etching using plasma is generally performed. As a plasma processing apparatus for performing dry etching, apparatuses of various types are used.
一般に、プラズマ処理装置は、真空容器と、これに接続されたガス供給系、処理室内圧力を所定の値に保持する排気系、基板を搭載する電極、真空容器内にプラズマを発生させるためのアンテナ、真空容器内へ処理ガスを均等に供給するためのシャワープレートなどから構成されている。前記アンテナに高周波電力が供給されることによりシャワープレートから処理室内に供給された処理ガスが解離してプラズマが発生し、さらに基板搭載電極上に設置された基板のエッチングが進行する。 Generally, a plasma processing apparatus includes a vacuum vessel, a gas supply system connected to the vacuum vessel, an exhaust system for maintaining a processing chamber pressure at a predetermined value, an electrode on which a substrate is mounted, and an antenna for generating plasma in the vacuum vessel. And a shower plate for evenly supplying the processing gas into the vacuum vessel. When the high frequency power is supplied to the antenna, the processing gas supplied from the shower plate into the processing chamber is dissociated to generate plasma, and further, the etching of the substrate provided on the substrate mounting electrode proceeds.
このようなプラズマエッチング処理装置では、基板のエッチングにより発生した反応生成物の一部が、排気されずに処理室内壁などに付着するため、その反応生成物が剥れてパーティクルとなったり、内壁の状態が変化することによるプラズマ密度・組成の変動、さらにはエッチング性能の変化などを引き起こすという問題がある。 In such a plasma etching apparatus, a part of the reaction product generated by etching the substrate adheres to the inner wall of the processing chamber without being exhausted, so that the reaction product is peeled off to form particles or the inner wall. However, there is a problem that a change in the plasma density / composition due to a change in the state of the etching, a change in the etching performance, etc. are caused.
処理室内壁へ付着した反応生成物を除去する方法として、プラズマを用いたドライクリーニングがある。これは、例えば処理室内壁に付着したのがシリコン系の反応生成物ならば、フッ素系のガス（例えば六フッ化硫黄）を用いてプラズマを生成することにより、処理室内壁に付着したシリコン系反応生成物がプラズマにより生成したフッ素と反応してフッ化ケイ素となり、処理室内壁から除去され、処理室外へ排気される。このような反応生成物除去をウェハ間、あるいはロット間など適当な時間間隔で実施することにより、処理室内壁を反応生成物が付着していない状況に保つことができる。 Dry cleaning using plasma is known as a method for removing reaction products attached to the inner wall of the processing chamber. For example, if a silicon-based reaction product adheres to the inner wall of the processing chamber, a plasma is generated using a fluorine-based gas (for example, sulfur hexafluoride), and the silicon-based reaction substance is adhered to the inner wall of the processing chamber. The reaction product reacts with the fluorine generated by the plasma to form silicon fluoride, which is removed from the inner wall of the processing chamber and exhausted to the outside of the processing chamber. By performing such reaction product removal at appropriate time intervals, such as between wafers or lots, it is possible to keep the inner wall of the processing chamber free of reaction products.
アルミニウム系反応生成物などを除去する方法として、一般にアルミニウムのエッチングで使用される塩素ガスを用いたプラズマでドライクリーニングをすることが考えられる。しかしながら、アルミニウム系反応生成物などは、その一部がフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）になっていることがあり、塩素ガスプラズマによるドライクリーニングではアルミニウム系反応生成物（ＡｌＦ）などを除去することができない。 As a method for removing aluminum-based reaction products, dry cleaning with plasma using chlorine gas generally used for etching aluminum can be considered. However, a part of the aluminum-based reaction product or the like may be aluminum fluoride (AlF), and the aluminum-based reaction product (AlF) or the like cannot be removed by dry cleaning using chlorine gas plasma. .
すなわち、アルミニウム系の反応生成物あるいは処理室内の部材からスパッタされたアルミニウムが処理室内壁に付着した場合、塩素ガスを用いてプラズマを発生させる従来のドライクリーニングによって、プラズマ処理装置の処理室内を洗浄してもＡｌＦを除去することができないので、処理室を大気開放してからアルコールなどを用いて処理室内壁を清掃する必要があった。この清掃方法は、処理室を大気開放した後、アルコールによって清掃し、その後処理室を真空排気するといった時間が必要になるという問題を有している。さらに、アルミニウム系反応生成物などは処理室内壁に徐々に堆積するので、清掃処理前にその反応生成物などが剥れてパーティクルとなって製品を汚染したり、内壁の状態が変化することによるプラズマ密度・組成の変動、さらにはエッチング性能の変化などを引き起こし、製品の画一性を保持できなくなるという問題がある（例えば、特許文献１参照）。 That is, when an aluminum-based reaction product or aluminum sputtered from a member in the processing chamber adheres to the inner wall of the processing chamber, the processing chamber of the plasma processing apparatus is cleaned by conventional dry cleaning in which plasma is generated using chlorine gas. However, since AlF cannot be removed even after removing the processing chamber, it is necessary to open the processing chamber to the atmosphere and then clean the inner wall of the processing chamber using alcohol or the like. This cleaning method has a problem in that it requires time to open the processing chamber to the atmosphere, clean with alcohol, and then evacuate the processing chamber. In addition, since aluminum-based reaction products gradually accumulate on the inner wall of the processing chamber, the reaction products are peeled off before cleaning to become particles and contaminate the product, or the state of the inner wall is changed. There is a problem that fluctuations in plasma density and composition, and changes in etching performance are caused, so that uniformity of products cannot be maintained (for example, see Patent Document 1).
真空容器を清掃する公知技術としては、例えば、Ａｌを含む堆積物をＢＣｌ３とＣｌ２あるいはＢＣｌ３とＨＣｌのプラズマを用いて除去する方法が提案されている（例えば、特許文献２、および特許文献３参照）。また、Ａｌを含む堆積物をＨ２Ｏ、Ｃｌ２、Ｏ２のプラズマを順に用いて除去する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。他にもＳｉを含む堆積物はＳＦ６やＣＦ４などのＦを含むプラズマで除去する方法が知られている。
As a known technique for cleaning a vacuum vessel, for example, a method of removing a deposit containing Al using plasma of BCl 3 and Cl 2 or BCl 3 and HCl has been proposed (for example,
さらに、プラズマ処理時にフッ素を含むガスを用いると、蒸気圧が低く安定な化合物であるフッ化アルミニウムが形成されて、除去しにくいことが知られている。フッ化アルミニウムの除去方法としては、以下の手法が知られている。Ｃｌ２ガスを用いてＡｌＦ３をＡｌＣｌ３に分解する方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。また、Ｈ２ＯとＣｌ２にてＡｌＦ３を分解除去する方法が提案されている（例えば、特許文献６参照）。また、酸素によりフッ化アルミニウムを除去する方法が提案されている（例えば、特許文献７参照）。また、酸素を含まない、塩素あるいはフッ素のプラズマでクリーニングすることで、フッ化アルミニウムの生成が抑えられることが提案されている（例えば、特許文献８参照） Further, it is known that when a gas containing fluorine is used during the plasma treatment, aluminum fluoride which is a stable compound having a low vapor pressure is formed and is difficult to remove. The following method is known as a method for removing aluminum fluoride. A method of decomposing AlF 3 into AlCl 3 using Cl 2 gas has been proposed (for example, see Patent Document 5). Further, a method of decomposing and removing AlF 3 with H 2 O and Cl 2 has been proposed (for example, see Patent Document 6). Also, a method of removing aluminum fluoride with oxygen has been proposed (for example, see Patent Document 7). Further, it has been proposed that the generation of aluminum fluoride can be suppressed by cleaning with chlorine or fluorine plasma containing no oxygen (for example, see Patent Document 8).
これらのプラズマクリーニング方法は、真空容器を大気に戻すことが無いので、短時間で清掃が済むことが利点である。また、例えば、ウェハを数千枚処理した後は真空を大気に戻して内部を水や酸などを用いて湿式に清掃する。 Since these plasma cleaning methods do not return the vacuum container to the atmosphere, it is advantageous that cleaning can be completed in a short time. Further, for example, after processing thousands of wafers, the vacuum is returned to the atmosphere, and the inside is wet-cleaned using water, acid, or the like.
近年、半導体素子の多様化に伴い、ウェハの材料あるいはプラズマプロセスで用いるガスも多様化してきた。すると従来のプラズマを用いた清掃では除去しにくい堆積物の問題がさらに顕著になる。真空容器の材料としてアルミニウム（Ａｌ）／アルマイトなどＡｌを含む材料を用いて、塩素系ガスとフッ素系ガスを混合あるいは切り替えて用いると、フッ素がＡｌあるいはアルミナと反応してフッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）が生じる。フッ化アルミニウムは蒸気圧が低くプラズマクリーニングでは除去が困難であるが、プロセスの複雑化に伴い今まで以上にフッ化アルミニウムの堆積が深刻な問題となっている。スループット向上のためにさらに効率良いクリーニング方法が必要となっている。 In recent years, along with the diversification of semiconductor elements, the materials of wafers or gases used in plasma processes have also diversified. Then, the problem of deposits that are difficult to remove by conventional cleaning using plasma becomes more pronounced. When a material containing Al such as aluminum (Al) / alumite is used as the material of the vacuum container and a chlorine-based gas and a fluorine-based gas are mixed or switched, fluorine reacts with Al or alumina to cause aluminum fluoride (AlF 3). ) Occurs. Aluminum fluoride has a low vapor pressure and is difficult to remove by plasma cleaning. However, as the process becomes complicated, deposition of aluminum fluoride has become a more serious problem than ever. In order to improve the throughput, a more efficient cleaning method is required.
前述の公知技術によってもある程度のクリーニング速度は得られるが、特許文献５に記載のＣｌ２ガスを用いるだけの技術ではクリーニング速度が小さい、特許文献６に提案されている技術ではＨ２ＯによりＡｌＦ３を加水分解するが、これは液相では反応速度が大きいが、気相では反応速度が小さく、やはりクリーニング速度が十分でない、という問題を有している。
そこで本発明は、処理室内部に付着したアルミニウム系反応生成物や処理室内の部材からスパッタされたアルミニウムなどを、処理室を大気開放することなく、真空中でドライクリーニングして除去する処理方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a processing method for removing aluminum-based reaction products attached to the inside of a processing chamber and aluminum sputtered from members in the processing chamber by dry cleaning in a vacuum without opening the processing chamber to the atmosphere. The purpose is to provide.
さらに、本発明は、プラズマ処理装置において、効率良くフッ化アルミニウムを除去するクリーニング方法を提供することを目的とする。 Still another object of the present invention is to provide a cleaning method for efficiently removing aluminum fluoride in a plasma processing apparatus.
上記課題を解決するために、本発明は、塩素ガスと臭化水素ガスの混合ガスを用いたプラズマを採用し、また基板搭載電極にシリコンウェハを搭載し、さらにこのシリコンウェハに高周波電力を印加してドライクリーニングを実施することにより、処理室内壁に付着したアルミニウム系反応生成物や処理室内の部材からスパッタされたアルミニウムを、揮発性の成分として除去することが可能になる。 In order to solve the above problems, the present invention employs plasma using a mixed gas of chlorine gas and hydrogen bromide gas, mounts a silicon wafer on a substrate mounting electrode, and applies high frequency power to the silicon wafer. By performing the dry cleaning, the aluminum-based reaction product adhered to the inner wall of the processing chamber and aluminum sputtered from members in the processing chamber can be removed as volatile components.
上記目的を達成するために、本発明は、ＳｉなどのＦと反応して気体になる物質を供給すると同時に塩素あるいはＢｒなどのフッ素以外のハロゲンガスプラズマを発生させる。この方法によりフッ化アルミニウムを分解除去できる。 In order to achieve the above object, the present invention supplies a substance which reacts with F such as Si and becomes a gas, and simultaneously generates a halogen gas plasma other than fluorine such as chlorine or Br. By this method, aluminum fluoride can be decomposed and removed.
以下、本発明の実施例を図により説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第１の実施例を、図１に示すプラズマエッチング処理装置を用いて説明する。図１は、本発明にかかる処理方法が適用されるプラズマエッチング処理装置の構成の概要を示す説明図である。第１の実施例にかかるプラズマエッチング装置の処理室１は、処理室側壁２、石英製のシャワープレート３、基板搭載電極４、排気系７、アンテナ１０などを有して構成される。さらにプラズマエッチング処理装置は、石英板５、真空計６、高周波電源８、マッチング回路９、誘電体１１、アンテナカバー１２、コイル１３，１４，１５、ヨーク１６、高周波電源１９、マッチング回路１９、ヒータ２０、Ｏリング２１，２２を有して構成される。基板搭載電極４上には、シリコンウェハなどの被処理基板１７が載置固定される。
A first embodiment of the present invention will be described using a plasma etching apparatus shown in FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration of a plasma etching processing apparatus to which a processing method according to the present invention is applied. A processing chamber 1 of the plasma etching apparatus according to the first embodiment includes a processing
図示を省略したガス供給系からシャワープレート３と石英板５の間にＯリング２１によって形成された空間内供給された処理ガスは、シャワープレート３に設けられた多数の穴を通って処理室１に供給される。
The processing gas supplied from a gas supply system (not shown) into the space formed by the O-
処理室内の圧力は真空計６で計測され、所定の圧力になるように図示を省略した圧力制御手段を有する排気系７で排気される。
The pressure in the processing chamber is measured by a vacuum gauge 6 and exhausted by an
処理室１内にプラズマを発生させるための高周波電力は、高周波電源８からマッチング回路９を介してアンテナ１０に供給される。アンテナ１０の周囲には、電磁波の導波路を構成する誘電体１１およびアンテナカバー１２が設けられている。また、処理室１の外周部には、処理室１内部に磁場を生成するためのコイル１３，１４，１５が設けられ、このコイルによって形成された磁場が外部に漏れないようにヨーク１６が設けてある。
High frequency power for generating plasma in the processing chamber 1 is supplied from a high frequency power supply 8 to an
さらに、基板搭載電極４上にある被処理基板１７にバイアス電圧を印加するため高周波電源１８が、マッチング回路１９を介して接続されている。
Further, a high-
処理室側壁２の大気側には処理室側壁を加熱するためのヒータ２０が設けられている。シャワープレート３の下面端部と処理室側壁上端部間にＯリング２１が、シャワープレート３の上面端部と石英板５の下面端部間にＯリング２２が介在している。
A
このような構成を有するプラズマエッチング処理装置において、被処理物をエッチング処理する場合を説明する。処理ガスとして、例えばＡｒ（１００ｍｌ／ｍｉｎ）、ＣＦ４（５０ｍｌ／ｍｉｎ）をシャワープレート３を通して処理室１内に導入し、真空計６が１（Ｐａ）を示すように排気系７で圧力を制御しながら処理室１内を排気する。
A case in which an object to be processed is etched in the plasma etching apparatus having the above-described configuration will be described. As a processing gas, for example, Ar (100 ml / min) and CF 4 (50 ml / min) are introduced into the processing chamber 1 through the
アンテナ１０に接続されている高周波電源８として４５０（ＭＨｚ）の高周波が発生可能な電源を使用し、４００（Ｗ）の高周波電力をアンテナ１０に供給し、またコイル１３〜１５を用いて処理室内に０．０１６（Ｔ）の等磁場面を形成すると、この等磁場面上で電子サイクロトロン共鳴が起こり、処理室１内にプラズマが効率よく発生する。
As the high-frequency power supply 8 connected to the
被処理基板１７としてＳｉウェハを用いた場合、処理室１内に発生したプラズマによって被処理基板１７はエッチングされる。このとき基板搭載電極４に接続されている高周波電源１８は４００ｋＨｚで、１００（Ｗ）の高周波電力を被処理基板１７に印加している。
When a Si wafer is used as the
この場合、処理室１を構成している材料にアルミニウム系の材料がある場合、このアルミニウム系材料が処理ガスとして使用したＡｒによってスパッタされ、処理室１内の例えば石英製のシャワープレート３に付着する。この付着したアルミニウム系堆積物は、処理ガスとして使用したＣＦ４により、その一部がフッ素化されてフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）になる。
In this case, when the material constituting the processing chamber 1 includes an aluminum-based material, the aluminum-based material is sputtered by Ar used as a processing gas and adheres to, for example, a
処理室１内に付着したアルミニウム、あるいはフッ化アルミニウムなどの堆積物は、パーティクルやプラズマ変動の要因となる。特にシャワープレートが被処理基板と対向して設けられている場合、パーティクルあるいはプラズマ変動に対する影響は顕著である。また、シャワープレートに反応生成物が付着すると、シャワープレートから吹き出すガスの流れに乗って、剥れた反応生成物がウェハに到達してパーティクルとなる。このためこれら処理室１内に付着したフッ化アルミニウムなどの堆積物を除去することが必要である。 Deposits such as aluminum or aluminum fluoride adhering to the inside of the processing chamber 1 cause particles and plasma fluctuation. In particular, when the shower plate is provided to face the substrate to be processed, the influence on the particle or plasma fluctuation is remarkable. Further, when the reaction product adheres to the shower plate, the peeled reaction product gets on the wafer and rides on the flow of the gas blown from the shower plate to become particles. Therefore, it is necessary to remove deposits such as aluminum fluoride adhered to the inside of the processing chamber 1.
堆積物を除去する処理方法として、既述のように処理室１内を大気開放して、その表面に付着した堆積物をアルコールなどで除去する方法がある。しかし、この方法を採用すると、処理室１の大気開放、堆積物の除去、さらに処理室１の真空排気と多くの時間がかかるため、効率的ではない。また、人手で作業するため、作業員による堆積物除去の違いなどが発生する可能性がある。 As a processing method for removing the deposit, there is a method in which the inside of the processing chamber 1 is opened to the atmosphere and the deposit attached to the surface is removed with alcohol or the like as described above. However, if this method is adopted, it takes a lot of time to open the processing chamber 1 to the atmosphere, remove deposits, and further evacuate the processing chamber 1, which is not efficient. In addition, since the work is performed manually, there is a possibility that a difference in sediment removal between workers may occur.
そこで、本発明による処理方法は、被処理基板１７としてＳｉウェハを用いて、これを基板搭載電極４に搭載する。さらに処理ガスとして、臭化水素（ＨＢｒ）ガス（１００ｍｌ／ｍｉｎ）および塩素（Ｃｌ２）ガス（１００ｍｌ／ｍｉｎ）をシャワープレート３を通して処理室１内に導入し、真空計６が１．０（Ｐａ）を示すように排気系７で圧力を制御しながら処理室１内を排気する。高周波電源８から４５０（ＭＨｚ）、５００（Ｗ）の高周波電力をアンテナ１０に供給、コイル１３〜１５を適当な値に設定して、処理室１内部にプラズマを発生させる。
Therefore, in the processing method according to the present invention, a Si wafer is used as the
すると、被処理基板１７であるＳｉはエッチングされると同時に、処理室１内部では次のようなプラズマ反応が進行する。
ＨＢｒ → Ｈ＋Ｂｒ …（１）
Ｃｌ２ → ２Ｃｌ …（２）
Then, at the same time as the Si to be processed 17 is etched, the following plasma reaction proceeds inside the processing chamber 1.
HBr → H + Br (1)
Cl 2 → 2Cl (2)
処理室内部に付着したフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）上では上記プラズマとの間で次のような反応が進行する。
ＡｌＦ＋Ｈ → Ａｌ＋ＨＦ …（３）
Ａｌ＋３Ｃｌ → ＡｌＣｌ３↑ …（４）
Ａｌ＋３Ｂｒ → ＡｌＢｒ３↑ …（５）
４ＨＦ＋Ｓｉ → ４Ｈ＋ＳｉＦ４↑ …（６）
On aluminum fluoride (AlF) attached to the inside of the processing chamber, the following reaction proceeds with the plasma.
AlF + H → Al + HF (3)
Al + 3Cl → AlCl 3 … (4)
Al + 3Br → AlBr 3 ↑ (5)
4HF + Si → 4H + SiF 4 … (6)
このような反応により、処理室内に付着したフッ化アルミニウムなどのアルミニウム系堆積物が揮発性の物質（ＨＦ，ＡｌＣｌ３，ＡｌＢｒ３、ＳｉＦ４）となって処理室１から排気されるので、アルミニウム系堆積物を除去することが可能になる。 Due to such a reaction, aluminum-based deposits such as aluminum fluoride attached to the processing chamber become volatile substances (HF, AlCl 3 , AlBr 3 , SiF 4 ) and are exhausted from the processing chamber 1. It becomes possible to remove system deposits.
請求項２に記載された本発明の第２の実施例を、図１および図２を用いて説明する。実施例１で示したように、被処理基板１７としてＳｉウェハを、処理ガスとしてＨＢｒとＣｌ２ガスを採用することにより、処理室１内のアルミニウム系堆積物を除去できる。しかし、基板搭載電極４上の被処理基板１７であるＳｉウェハに、高周波電源１８を用いて４００（ｋＨｚ）の高周波電力を印加すると、被処理基板１７に印加する高周波電力が大きくなるにつれて、アルミニウム系堆積物の除去速度が大きくなる。
A second embodiment of the present invention described in
図２は、水晶振動式膜厚計を用いて、フッ化アルミニウムの除去速度を測定した結果を示す図であり、バイアスが０（Ｗ）の場合は第一の実施例の場合を示し、３０，４５，６０（Ｗ）は第二の実施例の場合を示している。この図から明らかなように、バイアスをかけなかったときのフッ化アルミニウムの除去速度は１ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、３０（Ｗ）バイアスでは２．６ｎｍ／ｍｉｎ、４５０（Ｗ）バイアスでは３．９ｎｍ／ｍｉｎ、６０（Ｗ）バイアスでは４．７ｎｍ／ｍｉｎの除去速度となり、極めて顕著な効果を奏することができる。 FIG. 2 is a diagram showing the result of measuring the removal rate of aluminum fluoride using a quartz crystal vibrating film thickness meter. In the case where the bias is 0 (W), the case of the first embodiment is shown. , 45, 60 (W) show the case of the second embodiment. As is clear from this figure, the removal rate of aluminum fluoride when no bias was applied was 1 nm / min, whereas 2.6 nm / min for a 30 (W) bias and 3 for a 450 (W) bias. At a bias of 0.9 nm / min and a bias of 60 (W), the removal rate is 4.7 nm / min, and a very remarkable effect can be obtained.
一般に、被処理基板１７に高周波電圧を印加すると、高周波電圧の正電圧側の変動に応じてプラズマ電位が変動する。一方、設置された処理室側壁（実効的なアース部分）の前面にはプラズマに応じてイオンシースが形成される。このイオンシース中の電界により、イオンが加速され、処理室側壁に衝突することによるイオンアシスト効果により、アルミニウム系堆積物の除去速度が増加する。
Generally, when a high-frequency voltage is applied to the
被処理基板１７に印可される高周波電圧が増加するほど、プラズマ電位の変動が大きくなり、イオンアシスト効果が増加する。
As the high-frequency voltage applied to the
したがって、装置で使用可能な限りＳｉウェハに印加する高周波電力を大きくすることにより、処理室内のアルミニウム系堆積物除去速度が高くなり、効果的なドライクリーニングが可能になる。 Therefore, by increasing the high-frequency power applied to the Si wafer as long as it can be used in the apparatus, the removal rate of aluminum-based deposits in the processing chamber is increased, and effective dry cleaning becomes possible.
ちなみに、ドライクリーニングガスとして、臭化水素（ＨＢｒ）ガス単体、または塩素（Ｃｌ２）ガス単体を用いて処理したところ、ＡｌＦを効率的に除去することはできなかった。 Incidentally, when the treatment was performed using only a hydrogen bromide (HBr) gas or a single chlorine (Cl 2 ) gas as a dry cleaning gas, AlF could not be efficiently removed.
以上の説明では、Ａｒ／ＣＦ４を用いたドライエッチング装置について述べたが、他のガス系と被処理材の組合せでも同様の作用効果がある。また、上記の説明では、クリーニングガスとしてＨＢｒ＋Ｃｌ２の混合ガスを用いたが、他の還元作用を有するガス、Ａｌをエッチングするガス（例えば、ＢＣｌ３）およびこれを含む混合ガスを用いても同様の作用効果を達成することができる。 In the above description, the dry etching apparatus using Ar / CF 4 has been described. However, the same operation and effect can be obtained with other combinations of the gas system and the material to be processed. In the above description, a mixed gas of HBr + Cl 2 was used as the cleaning gas. However, the same applies to the case where another gas having a reducing action, a gas for etching Al (for example, BCl 3 ), and a mixed gas containing the same are used. The operation and effect of the present invention can be achieved.
以上の説明では、ＵＨＦ−ＥＣＲ方式を使用したドライエッチング装置を例に説明したが、他の放電（容量結合放電、誘導結合放電、マグネトロン放電、表面波励起放電、ＴＣＰ放電等）を利用したドライエッチング装置においても同様の作用効果を達成することができる。さらに、本発明は、プラズマドライエッチング装置ばかりでなく、その他のプラズマ処理装置、例えばプラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置に適用することによって同様の作用効果を達成することができる。 In the above description, the dry etching apparatus using the UHF-ECR method has been described as an example, but the dry etching apparatus using other discharges (capacitively-coupled discharge, inductively-coupled discharge, magnetron discharge, surface wave excitation discharge, TCP discharge, and the like) is used. The same effect can be achieved in the etching apparatus. Furthermore, the present invention can achieve the same operation and effect by being applied to not only the plasma dry etching apparatus but also other plasma processing apparatuses such as a plasma CVD apparatus, an ashing apparatus, and a surface reforming apparatus.
さらに、例えば石英のようにシリコンを含む材料が処理室内に存在する場合、シリコンウェハを処理室内に搭載しない場合でも、同様の効果を奏することができる。 Further, when a material containing silicon such as quartz exists in the processing chamber, the same effect can be obtained even when a silicon wafer is not mounted in the processing chamber.
以上説明した本発明によれば、プラズマ処理室内を大気にさらすことなく堆積したアルミニウム系堆積物を除去することが可能になる。これは処理室内洗浄に要する時間を大幅に短縮することが可能となるばかりでなく、処理室内部のアルミニウム系堆積物量を一定量以下に保つことが可能になるため、プラズマ及びプロセス性能を一定に保つことができる、パーティクル量を一定量以下に抑制することができる効果がある。また、一定の処理条件で堆積物を除去することが可能であるため、作業員の違いによる除去量や除去場所の違いがなくなくなるという長所もある。 According to the present invention described above, it is possible to remove an aluminum-based deposit deposited without exposing the plasma processing chamber to the atmosphere. This not only makes it possible to significantly reduce the time required for cleaning the processing chamber, but also keeps the amount of aluminum-based deposits inside the processing chamber at a certain level or less. There is an effect that the amount of particles that can be maintained can be suppressed to a certain amount or less. In addition, since it is possible to remove deposits under certain processing conditions, there is also an advantage that there is no difference in removal amount and removal location due to differences in workers.
次に、本発明の第３の実施例を図３を用いて説明する。図３はプラズマエッチング装置の全体構成図で、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用した装置の例である。ＵＨＦ電源１０１から整合器１０２と導波路１０３、アンテナ１０５を介して４５０ＭＨｚの電磁波が真空容器１０９に導入される。真空容器の材質は金属あるいは内面に絶縁膜コーティングした金属であり、電磁波導入部は石英の導入窓１１０となっている。真空容器１０９中にはガスが導入され、ＵＨＦ帯の電磁波でプラズマ１０８が生成される。電磁石１０４の磁場強度は電磁波の周波数と共鳴を起こすように設定されており、４５０ＭＨｚでは磁場強度は約０．０１６Ｔである。この磁場強度でプラズマ中の電子サイクロトロン運動が電磁波の周波数と共鳴するために、効率よく電磁波のエネルギーがプラズマに供給され、高密度のプラズマができる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an overall configuration diagram of a plasma etching apparatus, which is an example of an apparatus using electron cyclotron resonance (ECR). An electromagnetic wave of 450 MHz is introduced into the
ウェハ１０６は、試料台１０７の上に設置される。ウェハに入射するイオンを加速するために、ｒｆ帯の電磁波を発生するバイアス電源１１２が試料台１０７に接続されている。バイアス電源１１２の周波数に特に制限はないが、ここでは周波数４００ｋＨｚを用いている。バイアス電源１１２に対するアースとしてＡｌ上に高周波電磁波を透過する程度の厚さのアルマイトが形成されたアース部材１１１が試料台１０７の周囲に設置されている。また、真空容器の側壁一部には石英内筒１１４が設置されている。
The
このような構成を有するプラズマエッチング処理装置において、被処理物をエッチング処理する場合を説明する。処理ガスとして、例えばＡｒ（１００ｍｌ／ｍｉｎ）とＣＦ４（５０ｍｌ／ｍｉｎ）を真空容器１０９内に導入し、圧力が１（Ｐａ）を示すように真空容器１０９内を排気する。
A case in which an object to be processed is etched in the plasma etching apparatus having the above-described configuration will be described. As the processing gas, for example, Ar (100 ml / min) and CF 4 (50 ml / min) are introduced into the
アンテナ１０５に接続されているＵＨＦ電源１０１として４５０（ＭＨｚ）の高周波が発生可能な電源を使用し、４００（Ｗ）の高周波電力をアンテナ１０５に供給し、また電磁石１０４を用いて処理室内に０．０１６（Ｔ）の等磁場面を形成すると、この等磁場面上で電子サイクロトロン共鳴が起こり、真空容器１０９内にプラズマが効率よく発生する。
A power supply capable of generating a high frequency of 450 (MHz) is used as the
ウェハ１０６として直径２００ｍｍのＳｉウェハを用いた場合、真空容器１０９内に発生したプラズマによってウェハ１０６はエッチングされる。このとき試料台１０７に接続されているバイアス電源１１２は４００ｋＨｚで、１００（Ｗ）の高周波電力をウェハに印加している。
When a Si wafer having a diameter of 200 mm is used as the
真空容器１０９を構成している材料にアルミニウム系の材料がある場合、このアルミニウム系材料が処理ガスとして使用したＡｒによってスパッタされ、真空容器１０９内の例えば石英製部品に付着する。この付着したアルミニウム系堆積物は、処理ガスとして使用したＣＦ４により、その一部がフッ素化されてフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）になる。
When the material constituting the
真空容器１０９内に付着したアルミニウム、あるいはフッ化アルミニウムなどの堆積物は、パーティクルやプラズマ変動の要因となる。特にガス導入に石英板に噴出孔を開けたシャワープレートをウェハと対向して用いると、パーティクルあるいはプラズマ変動に対する影響は顕著である。また、シャワープレートに反応生成物が付着すると、シャワープレートから吹き出すガスの流れに乗って、剥れた反応生成物がウェハに到達してパーティクルとなる。このためこれら真空容器１０９内に付着したフッ化アルミニウムなどの堆積物を除去することが必要である。
Deposits such as aluminum or aluminum fluoride attached to the inside of the
堆積物を除去する処理方法として、既述のように真空容器１０９内を大気開放して、その表面に付着した堆積物をアルコールなどで除去する方法がある。しかし、この方法を採用すると、真空容器１０９の大気開放、堆積物の除去、さらに真空容器１０９の真空排気と多くの時間がかかるため、効率的ではない。また、人手で作業するため、作業員による堆積物除去の違いなどが発生する可能性がある。
As a processing method for removing the deposit, there is a method in which the inside of the
そこで、本発明による処理方法は、ウェハ１０６としてＳｉウェハを用いて、これを料台１０７に搭載する。さらに処理ガスとして、臭化水素（ＨＢｒ）ガス（１００ｍｌ／ｍｉｎ）および塩素（Ｃｌ２）ガス（１００ｍｌ／ｍｉｎ）を真空容器１０９内に導入し、圧力が１．０（Ｐａ）を示すように排気系７で圧力を制御しながら真空容器１０９内を排気する。ＵＨＦ電源１０１から４５０（ＭＨｚ）、５００（Ｗ）の高周波電力をアンテナ１０５に供給、電磁石１０４を適当な値に設定して、真空容器１０９内部にプラズマを発生させる。
Therefore, in the processing method according to the present invention, a Si wafer is used as the
すると、ウェハ１０６であるＳｉはエッチングされると同時に、真空容器１０９内部では次のようなプラズマ反応が進行する。
ＨＢｒ → Ｈ＋Ｂｒ …（１）
Ｃｌ２ → ２Ｃｌ …（２）
Then, at the same time as Si as the
HBr → H + Br (1)
Cl 2 → 2Cl (2)
処理室内部に付着したフッ化アルミニウム（ＡｌＦ）上では上記プラズマとの間で次のような反応が進行する。
ＡｌＦ＋Ｈ → Ａｌ＋ＨＦ …（３）
Ａｌ＋３Ｃｌ → ＡｌＣｌ３↑ …（４）
Ａｌ＋３Ｂｒ → ＡｌＢｒ３↑ …（５）
４ＨＦ＋Ｓｉ → ４Ｈ＋ＳｉＦ４↑ …（６）
On aluminum fluoride (AlF) attached to the inside of the processing chamber, the following reaction proceeds with the plasma.
AlF + H → Al + HF (3)
Al + 3Cl → AlCl 3 … (4)
Al + 3Br → AlBr 3 ↑ (5)
4HF + Si → 4H + SiF 4 … (6)
このような反応により、真空容器内に付着したフッ化アルミニウムなどのアルミニウム系堆積物が揮発性の物質（ＨＦ，ＡｌＣｌ３，ＡｌＢｒ３、ＳｉＦ４）となって真空容器１０９から排気されるので、アルミニウム系堆積物を除去することが可能になる。
By such a reaction, aluminum-based deposits such as aluminum fluoride adhered to the vacuum container become volatile substances (HF, AlCl 3 , AlBr 3 , SiF 4 ) and are exhausted from the
次に、ウェハに高周波電力を印加した場合を説明する。先に示したように、ウェハ１０６としてＳｉウェハを、処理ガスとしてＨＢｒとＣｌ２ガスを採用することにより、真空容器１０９内のアルミニウム系堆積物を除去できる。さらに、試料台１０７上のウェハ１０６であるＳｉウェハに、バイアス電源１１２を用いて４００（ｋＨｚ）の高周波電力を印加すると、ウェハ１０６に印加する高周波電力が大きくなるにつれて、アルミニウム系堆積物の除去速度が大きくなる。
Next, a case where high-frequency power is applied to the wafer will be described. As described above, by employing a Si wafer as the
図４は、水晶振動式膜厚計を用いて、フッ化アルミニウムの除去速度を測定した結果を示す図である。この図から明らかなように、バイアスをかけなかったときのフッ化アルミニウムの除去速度は１ｎｍ／ｍｉｎであるのに対し、３０（Ｗ）バイアスでは２．６ｎｍ／ｍｉｎ、４５０（Ｗ）バイアスでは３．９ｎｍ／ｍｉｎ、６０（Ｗ）バイアスでは４．７ｎｍ／ｍｉｎの除去速度となり、極めて顕著な効果を奏することができる。 FIG. 4 is a view showing the results of measuring the removal rate of aluminum fluoride using a quartz-crystal vibrating film thickness meter. As is clear from this figure, the removal rate of aluminum fluoride when no bias was applied was 1 nm / min, whereas 2.6 nm / min for a 30 (W) bias and 3 for a 450 (W) bias. At a bias of 0.9 nm / min and a bias of 60 (W), the removal rate is 4.7 nm / min, and a very remarkable effect can be obtained.
一般に、ウェハ１０６に高周波電圧を印加すると、高周波電圧の正電圧側の変動に応じてプラズマ電位が変動する。一方、設置された処理室側壁（実効的なアース部分）の前面にはプラズマに応じてイオンシースが形成される。このイオンシース中の電界により、イオンが加速され、処理室側壁に衝突することによるイオンアシスト効果により、アルミニウム系堆積物の除去速度が増加する。
Generally, when a high-frequency voltage is applied to the
ウェハ１０６に印可される高周波電圧が増加するほど、プラズマ電位の変動が大きくなり、イオンアシスト効果が増加する。したがって、装置で使用可能な限りＳｉウェハに印加する高周波電力を大きくすることにより、処理室内のアルミニウム系堆積物除去速度が高くなり、効果的なドライクリーニングが可能になると推定する。
As the high frequency voltage applied to the
次に、本発明でより詳細に条件を変えた場合を述べる。ここでは、フッ化アルミニウムの真空容器１０９内へ堆積の度合いを直接測定するために、以下の試験を行った。Ｓｉウェハ（直径３００ｍｍ）１３枚をＣＦ４＋Ｃｌ２放電で連続エッチングして、導入窓１１０上に堆積物を生じさせる。その後、各種プラズマを発生させて堆積物１１３の除去を試みた後に、導入窓上の堆積物中のフッ化アルミニウムを蛍光Ｘ線分析法により定量分析した。結果を表１に示す。
表１ではウェハ１３枚処理後のフッ化アルミニウム堆積量を１００として、相対値でフッ化アルミニウムの残留量すなわちのクリーニング効果を表している。クリーニングは３６０Ｓ間行った。表１から、ＳＦ６ではフッ化アルミニウムはクリーニングできないことがわかる。また塩素を用いても試料台にＳｉＯ２ウェハ（表面をＳｉＯ２で被ったＳｉウェハ）を設置しているとクリーニングできない。また試料台にＳｉウェハ（表面にパタンなど何もついていないウェハ）を設置してもウェハにバイアス電力を印加しないとクリーニング効果は小さい。Ｓｉウェハを設置してバイアス電力を２０Ｗ印加するとフッ化アルミニウムは半減してクリーニングされていることがわかる。Ｓｉにバイアスを印加してクリーニング効果が大きくなる理由は、先に述べた壁のスパッタ効果のほかに以下がある。Ｓｉウェハのエッチング速度はバイアス０Ｗではほとんど削れないが２０Ｗでは約３０ｎｍ／分になる。すなわち、バイアスの印加によりＳｉの供給量が増加して、クリーニングの効果も大きくなる。さらにＣｌ２にＨＢｒを添加するとクリーニング効果が大きくなった。 Table 1 shows the cleaning effect of the residual amount of aluminum fluoride, that is, the cleaning amount as a relative value, where the amount of aluminum fluoride deposited after the processing of 13 wafers is 100. Cleaning was performed for 360S. From Table 1, aluminum fluoride in SF 6 it can be seen that can not be cleaned. Even if chlorine is used, cleaning cannot be performed if an SiO 2 wafer (a Si wafer whose surface is covered with SiO 2 ) is placed on the sample stage. Even if a Si wafer (wafer having no pattern or the like on its surface) is set on the sample stage, the cleaning effect is small unless bias power is applied to the wafer. It can be seen that when a Si wafer is placed and a bias power of 20 W is applied, the aluminum fluoride is reduced to half and cleaned. The reason why the cleaning effect is increased by applying a bias to Si is as follows in addition to the wall sputtering effect described above. The etching rate of the Si wafer is hardly removed at a bias of 0 W, but becomes about 30 nm / min at 20 W. That is, the supply amount of Si increases by the application of the bias, and the cleaning effect also increases. Further, when HBr was added to Cl 2 , the cleaning effect increased.
Ｓｉを供給するとフッ化アルミニウムが除去できる理由は、先に述べたようにフッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）からＳｉがＦを引き抜きＳｉＦｘの形で気化し、残ったＡｌがＣｌあるいはＢｒと反応してＡｌＣｌやＡｌＢｒの形で気化するためである。ＨＢｒを混合するとなぜクリーニング効果が上がるかは明確ではないが、Ｈが上記反応を助ける効果があると推定できる。 The reason why aluminum fluoride can be removed by supplying Si is that Si extracts F from aluminum fluoride (AlF x ) and vaporizes in the form of SiF x as described above, and the remaining Al reacts with Cl or Br. This is to vaporize in the form of AlCl or AlBr. It is not clear why mixing HBr enhances the cleaning effect, but it can be assumed that H has the effect of assisting the above reaction.
以上のように、Ｓｉを供給しながらＣｌあるいはＢｒを含むプラズマを発生させることにより、従来では除去が困難であったフッ化アルミニウムを高速で除去できる。 As described above, by generating a plasma containing Cl or Br while supplying Si, aluminum fluoride, which was conventionally difficult to remove, can be removed at high speed.
Ｓｉを供給するためにバイアス電力を高くしすぎるとアースの削れ速度も速くなってしまうという問題が生じる。通常クリーニングはＳｉの除去を目的としているので、従来技術ではクリーニング中はＳｉウェハを試料台に設置しないかもしくは設置してもＳｉの放出とアース削れを抑えるためにバイアスを印加しない。この問題点を以下のように回避した。まず、必要最小限のＳｉ放出量を求めた。実験によりダミーウェハに印加するバイアスは３００ｍｍウェハで２０Ｗ（０．０２８Ｗ／ｃｍ２）から８０Ｗ（０．１１Ｗ／ｃｍ２）で十分なクリーニング効果を得られることを発見した。バイアス電力をこの値範囲に設定することで、必要以上のアース削れを抑え、かつ過剰なＳｉを供給することなくフッ化アルミニウムを除去できる。Ｓｉウェハの面積が異なる場合には単位面積当りのバイアス電力を合わせる。 If the bias power is set too high to supply Si, there is a problem that the ground scraping speed is increased. Normally, the purpose of cleaning is to remove Si. Therefore, in the related art, a bias is not applied to the Si wafer during cleaning so that the Si wafer is not set on the sample table or even if the Si wafer is set, the release of Si and ground shaving are suppressed. This problem was avoided as follows. First, the required minimum amount of Si released was determined. Bias applied to the dummy wafer by experiments found that obtain a sufficient cleaning effect from 20W (0.028W / cm 2) at 300mm wafer 80W (0.11W / cm 2). By setting the bias power within this value range, unnecessary ground shaving can be suppressed, and aluminum fluoride can be removed without supplying excessive Si. When the Si wafers have different areas, the bias power per unit area is adjusted.
エッチング中のＡｌ堆積量はフッ素ガス圧力（フッ素原子の数）やバイアス電力で異なるために、クリーニング中に必要なＳｉは上記バイアス電力（８０Ｗ）では不足する場合もある。この点を回避するためにアース面積の拡大を行った。アース１１１は真空容器１０９の内壁でプラズマ１０８に接してかつバイアスの高周波電力が通過できるインピーダンスを持つ導体を意味する。プラズマは通常試料台１０７と導入窓１１０の間で発生する。アース面積拡大は石英内筒１１４を調整して行った。その結果アース面積をプラズマ接触面積の４０％以上にすることで、クリーニング時のバイアス電力を８０Ｗ以上に設定しても、アース削れ量を問題無いレベルに抑えることができた。石英内筒はアルミニウムやアルマイトに微量に含まれるＦｅなどの重金属汚染の拡散を防ぐ目的で入っている。したがって、石英内筒の縮小は重金属汚染拡大の問題があるが、アルマイト中の重金属量を０．１％以下に抑えることで、この問題を回避した。また図３に示す装置ではアースとしてアルミニウム表面にアルマイト加工した材料を用いている。アルマイトの厚さはバイアス電力周波数が４００ｋＨｚの場合には２００μｍ以下にする必要がある。周波数がｆ（ｋＨｚ）の場合厚さは０．５ｆ（μｍ）以下にする必要がある。またアルマイト以外の物質で金属をコーティングする場合は上記アルマイト容量のインピーダンスに相当する厚さ以下にする必要がある。
Since the amount of Al deposited during etching differs depending on the fluorine gas pressure (the number of fluorine atoms) and bias power, Si required during cleaning may be insufficient at the bias power (80 W). To avoid this point, the ground area was expanded. The
また、アース削れを抑える方法として、クリーニングの最初にブレークスルーと呼ばれるバイアス電力が高い（たとえば８０Ｗ以上）期間を５〜２０秒程度設けて、その後バイアス電力を８０Ｗ以下に落としてもよい。ブレークスルーはダミーウェハの表面にできる自然酸化膜層など低バイアス電力では取れにくい表面層を取り除いて、その後バイアス電力が低くてもＳｉ表面をエッチングして、Ｓｉを供給できるようにする働きがある。また、クリーニングガスに酸素を２〜１０％程度混合してアースを酸化させながらクリーニングしても良い。 As a method for suppressing ground shaving, a period during which high bias power (for example, 80 W or more) called breakthrough is provided at the beginning of cleaning for about 5 to 20 seconds may be provided, and then the bias power may be reduced to 80 W or less. Breakthrough has a function of removing a surface layer, such as a natural oxide film layer formed on the surface of a dummy wafer, which cannot be easily removed with a low bias power, and then etching the Si surface even when the bias power is low so that Si can be supplied. Alternatively, cleaning may be performed while oxidizing the earth by mixing oxygen with a cleaning gas at about 2 to 10%.
以上述べたクリーニング方法はフッ化アルミニウムを取ることを目的としているが、エッチングガスとしてたとえばＣＦ４のような、炭素を含むガスを使用していると炭素を含む堆積物も同時に生じる。この場合にはフッ化アルミニウムをクリーニングする前に炭素をクリーニングするとフッ化アルミニウムのクリーニング速度が上がる。炭素をクリーニングするにはＳＦ６あるいはＳＦ６と酸素の混合ガスを用いるのが有効である。このガス系を用いるとＣＳあるいはＣＯの化合物で炭素が除去される。 Although the above-described cleaning method aims at removing aluminum fluoride, when a gas containing carbon, such as CF 4 , is used as an etching gas, a deposit containing carbon also occurs at the same time. In this case, cleaning the carbon before cleaning the aluminum fluoride increases the cleaning speed of the aluminum fluoride. To clean carbon, it is effective to use SF 6 or a mixed gas of SF 6 and oxygen. When this gas system is used, carbon is removed by a compound of CS or CO.
次に、Ａｌと反応するハロゲンガスの詳細を述べる。Ｃｌ２単体あるいはＨＢｒ単体でも使えるが、Ｃｌ２中のＨＢｒの混合比は３０％〜８０％が最もフッ化アルミニウムの除去効果が大きかった。また圧力は表２に示すように２Ｐａ以上で効果が大きくなる。
また、ウェハからＳｉを供給する場合はクリーニングしたい場所とウェハとの距離を近づけるとクリーニング効率が上がる。図３に示す装置では主に導入窓１１０にフッ化アルミニウムが堆積するので、導入窓とＳｉウェハの距離を近づける。実験では表３のように両者の距離を１３５ｍｍ以下にすると良いことがわかった。
Ｓｉを供給する別方法を述べる。まずＳｉＣｌ４などのガスを用いてＳｉを供給しても良い。図５には真空容器一部にＳｉを含む材質を用いた例を示す。ＳｉあるいはＳｉＣ製のリング２０１を用いてＳｉを供給する。この装置でクリーニング時にＣｌ２あるいはＨＢｒの放電を行うことでフッ化アルミニウムを除去できる。
Another method for supplying Si will be described. First, Si may be supplied using a gas such as SiCl 4 . FIG. 5 shows an example in which a material containing Si is used for a part of the vacuum vessel. Si is supplied using a
図６は、誘導結合型のプラズマ処理装置の全体構成図である。この装置では１３．５６ＭＨｚの高周波電源３０１から整合機３０２とループ状アンテナ３０３と導入窓３０５を介して、真空容器３０９に電磁波が供給される。アンテナはシールド３０４で被われている。ループ状アンテナ３０３からの誘導結合により真空容器３０９にプラズマ３１０が発生する。試料台３０７には１２ＭＨｚのバイアス電力が印加され、ウェハ３０６が処理される。この装置では真空容器３０９がアルミニウム表面をアルマイト加工した材料でできており、アースの役目を果たす。もちろん内壁をＡｌ／アルマイトの内筒で被ってもかまわない。この装置でもフッ素ガスを用いてウェハをエッチングすると、処理枚数の増加に伴いＡｌとＦが主成分の堆積物３０９が生じる。この堆積物も実施例２と同じ方法で除去できるが、バイアス電力の周波数が異なると同じＳｉウェハのエッチング速度を得るために必要な電力が異なってくる。バイアス周波数１２ＭＨｚでは電力３００Ｗ以上１２００Ｗ以下でアース削れを抑えてかつＳｉをウェハから供給することで、導入窓３０９に堆積したフッ化アルミニウムを除去できた。プラズマの発生には高周波電源３０１の出力１ｋＷで塩素２Ｐａの放電を行った。
FIG. 6 is an overall configuration diagram of an inductively coupled plasma processing apparatus. In this apparatus, an electromagnetic wave is supplied to a
バイアスの周波数が異なった場合に、等価なＳｉエッチング速度を得るのに必要な電力は、次の経験式から求めることができる。バイアス周波数４００ｋＨｚにおける電力をＰ（Ｗ）とすると、バイアス周波数ｆ（ｋＨｚ）にて、４００ｋＨｚで得られるＳｉエッチング速度と等しいＳｉエッチング速度を得るために必要な電力Ｐｆ（Ｗ）はＰＸ（０．００１１６ｆ＋０．５３８）でも留る。この式は周波数４００ｋＨｚから１５ＭＨｚの範囲で用いることができる。 When the bias frequency is different, the power required to obtain an equivalent Si etching rate can be obtained from the following empirical formula. Assuming that the power at a bias frequency of 400 kHz is P (W), the power Pf (W) required to obtain a Si etching rate equal to the Si etching rate obtained at 400 kHz at the bias frequency f (kHz) is PX (0. (00116f + 0.538). This equation can be used in the frequency range of 400 kHz to 15 MHz.
このクリーニングでは、フッ化アルミニウムのＡｌをアルミ塩化物（ＡｌＣｌｘ）、アルミ臭化物（ＡｌＢｒｘ）の形で気化すると同時に、残ったＦも安定な化合物として気化することが特徴である。Ｓｉ以外で、この条件を満たす物質の例を述べる。 This cleaning is characterized in that Al in aluminum fluoride is vaporized in the form of aluminum chloride (AlCl x ) and aluminum bromide (AlBr x ), and the remaining F is also vaporized as a stable compound. Examples of substances that satisfy this condition other than Si will be described.
Ｃｌ２とＮ２の混合ガスを用いるとＡｌＣｌｘとＮＦ３の形でフッ化アルミニウムを除去できる。ＧｅウェハからＧｅを供給しながら塩素でクリーニングするとＡｌＣｌｘとＧｅＦ４の形でフッ化アルミニウムを除去できる。Ｃｌ２とＳＯ２の混合ガスを用いるとＡｌＣｌｘとＳＦ６の形でフッ化アルミニウムを除去できる。Ｃｌ２とＣＯ２を用いるとＡｌＣｌｘとＣＦ４の形でフッ化アルミニウムを除去できる。Ｃｌ２とＨ２あるいはＨＣｌを用いるとＡｌＣｌｘとＨＦの形でフッ化アルミニウムを除去できる。 If a mixed gas of Cl 2 and N 2 is used, aluminum fluoride can be removed in the form of AlCl x and NF 3 . By cleaning with chlorine while supplying Ge from a Ge wafer, aluminum fluoride can be removed in the form of AlCl x and GeF 4 . If a mixed gas of Cl 2 and SO 2 is used, aluminum fluoride can be removed in the form of AlCl x and SF 6 . With Cl 2 and CO 2 , aluminum fluoride can be removed in the form of AlCl x and CF 4 . If Cl 2 and H 2 or HCl is used, aluminum fluoride can be removed in the form of AlCl x and HF.
本発明によれば、真空装置の内部を大気に曝すことなく内壁に堆積したフッ化アルミニウムを除去、清掃できるので、堆積物の異物に起因する素子作成の歩留まりを向上できる。また、真空を大気開放しておこなう清掃の周期を延ばして装置の稼働率を向上できる。 According to the present invention, the aluminum fluoride deposited on the inner wall can be removed and cleaned without exposing the inside of the vacuum device to the atmosphere, so that the yield of element creation due to foreign matters in the deposit can be improved. Further, the operation cycle of the apparatus can be improved by extending the cleaning cycle performed by releasing the vacuum to the atmosphere.
以上のように、本発明は、処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被処理材に高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、真空排気装置が接続され、内部を減圧可能な処理室と、前記処理室内へのガス供給装置とからなるプラズマ処理装置の処理方法において、被処理材搭載電極上にＳｉウェハを搭載し、臭化水素（ＨＢｒ）ガスと塩素（Ｃｌ２）ガスを処理室内に導入してプラズマを発生させて、処理室内部に付着したアルミニウム系堆積物を除去する。さらに、本発明は、上記プラズマ処理装置の処理方法において、被処理材搭載電極上に搭載したＳｉウェハに、高周波電力を印加して処理室内に付着したアルミニウム系堆積物を除去する。 As described above, according to the present invention, the plasma generating means for generating the plasma inside the processing chamber, the high-frequency power applying means for applying the high-frequency power to the material to be processed, and the vacuum exhaust device are connected, and the processing capable of depressurizing the inside is performed. In a processing method of a plasma processing apparatus including a chamber and a gas supply device into the processing chamber, a Si wafer is mounted on an electrode to be processed, and a hydrogen bromide (HBr) gas and a chlorine (Cl 2 ) gas are supplied. The plasma is introduced into the processing chamber to generate plasma to remove aluminum-based deposits attached to the inside of the processing chamber. Further, according to the present invention, in the processing method of the plasma processing apparatus, high-frequency power is applied to the Si wafer mounted on the processing object mounting electrode to remove aluminum-based deposits attached to the processing chamber.
本発明は、真空容器内にプラズマを発生させるとともに前記真空容器内に設けられた試料台に配置された試料を処理するプラズマ処理方法において、ウエハ処理毎、あるいは複数ウエハ処理の後または前後に、フッ素以外のハロゲンガス、およびフッ素と反応して気相の反応生成物をつくる元素を含むプラズマを発生させる期間を設けた。 The present invention provides a plasma processing method for generating a plasma in a vacuum chamber and processing a sample arranged on a sample stage provided in the vacuum chamber, in each wafer processing, or after or before or after a plurality of wafer processing, A period was provided for generating a plasma containing a halogen gas other than fluorine and an element which reacts with fluorine to form a reaction product in a gas phase.
本発明は、真空容器内にプラズマを発生させるとともに前記真空容器内に設けられた試料台に配置された試料を処理するプラズマ処理方法において、ウエハ処理毎、あるいは複数ウエハ処理の後または前後に、フッ素以外のハロゲンガスとＳｉ元素を含むプラズマを発生させる期間を設けた。また、本発明は、上記プラズマ処理方法において、真空容器を構成する材料の一部はＡｌあるいはＡｌの安定化合物を含み、かつ、ウエハをプラズマ処理するガスにフッ素を含むガスを用いる。さらに、本発明は、上記プラズマ処理方法において、フッ素以外のハロゲンガスはＣｌ原子とＢｒ原子のどちらかひとつあるいは両方を含み、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＢＣｌ３、ＣｌＦ３のいずれかあるいは複数個を含んでＣｌ原子とＢｒ原子のどちらかひとつあるいは両方を含ませる。 The present invention provides a plasma processing method for generating a plasma in a vacuum chamber and processing a sample arranged on a sample stage provided in the vacuum chamber, in each wafer processing, or after or before or after a plurality of wafer processing, A period for generating plasma containing a halogen gas other than fluorine and a Si element was provided. Further, according to the present invention, in the above-mentioned plasma processing method, a part of a material constituting the vacuum vessel contains Al or a stable compound of Al, and a gas containing fluorine is used as a gas for plasma processing the wafer. Further, according to the present invention, in the above-described plasma processing method, the halogen gas other than fluorine contains one or both of Cl atoms and Br atoms, and one or more of Cl 2 , HCl, HBr, BCl 3 , and ClF 3. And one or both of a Cl atom and a Br atom.
本発明は、上記プラズマ処理方法において、Ｓｉ原子を供給する方法は、ハロゲンプラズマ放電中に試料台にＳｉウエハを、特にパタンのついていないＳｉウエハを載せておきかつＳｉウエハに試料台を介して高周波電力を印加することによってなされる。さらに、Ｓｉウエハに試料台を介して印加する高周波電力は、周波数４００ｋＨｚ相当でＳｉウエハ単位面積（１ｃｍ２）あたり０．０２８Ｗ以上、好ましくは０．１１Ｗ以上である。また、真空容器内壁のプラズマが接触する部分に占めるアース面積の割合は、４０％以上である。 The present invention provides the above-mentioned plasma processing method, wherein the method of supplying Si atoms includes placing a Si wafer on a sample stage during halogen plasma discharge, particularly a Si wafer without a pattern, and placing the Si wafer on the sample stage via the sample stage. This is done by applying high frequency power. Furthermore, the high-frequency power applied to the Si wafer via the sample stage is equal to or higher than 400 kHz and is 0.028 W or more, preferably 0.11 W or more per Si wafer unit area (1 cm 2 ). The ratio of the ground area to the portion of the inner wall of the vacuum vessel where plasma comes into contact is 40% or more.
本発明は、上記プラズマ処理方法において、Ｓｉ原子を供給する方法は、真空容器を構成する材料の一部にＳｉを含ませること、ＳｉＣｌ４ガスを供給することである。また、上記プラズマ処理方法において、Ｆと気相の反応生成物をつくる元素を供給する手段は、フッ素以外のハロゲンと同時にＮ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、ＳＯ２を供給することである。 According to the present invention, in the above-mentioned plasma processing method, the method of supplying Si atoms is to include Si in a part of the material constituting the vacuum vessel and to supply SiCl 4 gas. In the above-mentioned plasma processing method, the means for supplying an element which forms a reaction product in the gas phase with F is to supply N 2 , CO, CO 2 , H 2 , and SO 2 simultaneously with a halogen other than fluorine. .
本発明は、上記プラズマ処理方法において、フッ素以外のハロゲンガスのプラズマを発生させる期間の前にＳＦ６を含むプラズマを発生させる期間を設けた。 According to the present invention, in the above-described plasma processing method, a period for generating plasma containing SF 6 is provided before the period for generating plasma of a halogen gas other than fluorine.
１…処理室、２…処理室内壁、３…シャワープレート、４…基板搭載電極、５…石英板、６…真空計、７…排気系、８…高周波電源、９…マッチング回路、１０…アンテナ、１１…誘電体、１２…アンテナカバー、１３〜１５…コイル、１６…ヨーク、１７…被処理基板、１８…高周波電源、１９…マッチング回路、２０…ヒータ、２１〜２２…Ｏリング、１０１…ＵＨＦ電源、１０２…整合器、１０３…導波路、１０４…電磁石、１０５…アンテナ、１０６…ウェハ、１０７…試料台、１０８…プラズマ、１０９…真空容器、１１０…導入窓、１１１…アース、１１２…バイアス電源、１１３…堆積物、１１４…石英内筒、２０１…ＳｉＣ内筒、３０１…高周波電源、３０２…整合器、３０３…ループアンテナ、３０４…シールド、３０５…導入窓、３０６…ウェハ、３０７…試料台、３０８…バイアス電源、３０９…真空容器、３１０…プラズマ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing room, 2 ... Processing room wall, 3 ... Shower plate, 4 ... Substrate mounting electrode, 5 ... Quartz plate, 6 ... Vacuum gauge, 7 ... Exhaust system, 8 ... High frequency power supply, 9 ... Matching circuit, 10 ...
Claims (14)
被処理材搭載電極上にＳｉウェハを搭載し、臭化水素ガスと塩素ガスを処理室内に導入してプラズマを発生させて、処理室内部に付着したアルミニウム系堆積物を除去することを特徴とするプラズマ処理装置の処理方法。 A plasma generating means for generating plasma in the processing chamber, a high-frequency power applying means for applying high-frequency power to the material to be processed, a processing chamber connected to a vacuum exhaust device, and capable of reducing the pressure inside the processing chamber; In a processing method of a plasma processing apparatus including a supply device,
A Si wafer is mounted on the electrode to be processed, hydrogen bromide gas and chlorine gas are introduced into the processing chamber to generate plasma, and aluminum-based deposits adhered to the processing chamber are removed. The processing method of the plasma processing apparatus.
ウエハ処理毎、あるいは複数ウエハ処理の後または前後に、フッ素以外のハロゲンガス、およびフッ素と反応して気相の反応生成物をつくる元素を含むプラズマを発生させる期間を設けたことを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method for processing a sample arranged on a sample stage provided in the vacuum vessel while generating plasma in a vacuum vessel,
A period is provided for generating a plasma containing a halogen gas other than fluorine and an element which reacts with fluorine to form a gas-phase reaction product at each wafer processing or before or after a plurality of wafer processings. Plasma treatment method.
ウエハ処理毎、あるいは複数ウエハ処理の後または前後に、フッ素以外のハロゲンガスとＳｉ元素を含むプラズマを発生させる期間を設けたことを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method for processing a sample arranged on a sample stage provided in the vacuum vessel while generating plasma in a vacuum vessel,
A plasma processing method, wherein a period for generating a plasma containing a halogen gas other than fluorine and a Si element is provided for each wafer process, or before or after a plurality of wafer processes.
真空容器を構成する材料の一部はＡｌあるいはＡｌの安定化合物を含み、かつ、ウエハをプラズマ処理するガスにフッ素を含むガスを用いることを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method according to claim 3 or 4,
A plasma processing method, characterized in that a part of the material constituting the vacuum vessel contains Al or a stable compound of Al, and a gas containing fluorine is used as a gas for plasma processing the wafer.
フッ素以外のハロゲンガスはＣｌ原子とＢｒ原子のどちらかひとつあるいは両方を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method according to any one of claims 3 to 5,
A plasma processing method, wherein the halogen gas other than fluorine contains one or both of Cl atoms and Br atoms.
フッ素以外のハロゲンガスにＣｌ原子とＢｒ原子のどちらかひとつあるいは両方を含ませる手段は、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＢＣｌ３、ＣｌＦ３のいずれかあるいは複数個を含むガスのプラズマを発生させることであるプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 6,
Means for causing a halogen gas other than fluorine to contain one or both of Cl atoms and Br atoms is to generate a plasma of a gas containing any one or more of Cl 2 , HCl, HBr, BCl 3 , and ClF 3. A plasma processing method.
Ｓｉ原子を供給する方法は、ハロゲンプラズマ放電中に試料台にＳｉウエハを、特にパタンのついていないＳｉウエハを載せておきかつＳｉウエハに試料台を介して高周波電力を印加することを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method according to any one of claims 3 to 7,
The method for supplying Si atoms is characterized in that a Si wafer, particularly an unpatterned Si wafer, is placed on a sample stage during halogen plasma discharge, and high-frequency power is applied to the Si wafer via the sample stage. Plasma treatment method.
Ｓｉウエハに試料台を介して印加する高周波電力は周波数４００ｋＨｚ相当でＳｉウエハ単位面積（１ｃｍ２）あたり０．０２８Ｗ以上、好ましくは０．１１Ｗ以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 8,
A plasma processing method characterized in that high-frequency power applied to a Si wafer via a sample stage is equivalent to a frequency of 400 kHz and is 0.028 W or more, preferably 0.11 W or more per unit area (1 cm 2 ) of the Si wafer.
真空容器内壁のプラズマが接触する部分に占めるアース面積の割合が４０％以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to any one of claims 3 to 9,
A plasma processing method, wherein the ratio of the ground area to the portion of the inner wall of the vacuum vessel that contacts the plasma is 40% or more.
Ｓｉ原子を供給する方法は真空容器を構成する材料の一部にＳｉを含ませることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 4,
A method for supplying Si atoms includes a method in which Si is included in a part of a material forming a vacuum vessel.
Ｓｉ原子を供給する方法はＳｉＣｌ４ガスを供給することであるプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 4,
A plasma processing method in which the method for supplying Si atoms is to supply SiCl 4 gas.
Ｆと気相の反応生成物をつくる元素を供給する手段は、フッ素以外のハロゲンと同時にＮ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２、ＳＯ２を供給することであるプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 3,
A plasma processing method in which the means for supplying an element for producing a reaction product in the gas phase with F is to supply N 2 , CO, CO 2 , H 2 , and SO 2 simultaneously with halogen other than fluorine.
フッ素以外のハロゲンガスのプラズマを発生させる期間の前にＳＦ６を含むプラズマを発生させる期間を設けたことを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to any one of claims 3 to 13,
A plasma processing method, wherein a period for generating plasma containing SF 6 is provided before a period for generating plasma of a halogen gas other than fluorine.
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