JP2009016611A - プラズマエッチング処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】減圧処理室110と、該減圧処理室に処理ガスを供給するガス供給手段109と、前記減圧処理室内に、酸素原子とアルミニウムを含む化合物およびシリコンを含む被処理基板を載置して保持する基板電極112と、前記減圧処理室に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段101を備え、生成したプラズマにより前記被処理基板にプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング処理方法であって、プラズマエッチング処理が完了した前記被処理基板を減圧処理室外に搬出した後、減圧処理室に塩素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成する第1のプラズマクリーニング処理、およびフッ素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成する第2のプラズマクリーニング処理を施す。
【選択図】図1
Description
エッチング処理により前記被処理基板上から除去された物質は、プラズマ処理室から排出されることが望ましいが、プラズマ処理室内に残留する場合がある。また、プラズマ処理室内面がプラズマ等の影響により削られて、プラズマ処理室内に堆積する場合がある。 これらの反応生成物は、被処理基板のプラズマ処理特性に影響を及ぼす場合がある。例えば、反応生成物がプラズマ処理室内面に固体の膜を形成し、この膜が剥離して被処理基板上に付着すると、これがマスクとなって被覆された部分のエッチング処理を妨げることになる。
エッチング処理室に残留した反応生成物によるプラズマ処理特性の影響の他の例として、エッチング特性の経時変化がある。エッチング特性の経時変化が起きる原因は、必ずしも明確でないが、以下の要因が考えられる。
通常、処理室内に残留した反応生成物に起因するエッチング処理特性の劣化を防止するために、処理室内の反応生成物をクリーニング用のガスを用いてクリーニングする処理が行われる。クリーニング処理は堆積しやすい反応生成物をガス化してプラズマ処理室外に排出する作用を持つガス系を用いることが望ましい。例えば、クリーニングガスとしてフッ素を含有したガスを用いることが多い。フッ素は反応性に富み、多くの物質と反応してガス化させる特徴を持つことで、クリーニング処理に欠かせない元素となっている。特に半導体集積回路の基板材料として用いられることの多いシリコンを含む反応生成物をクリーニングするのにフッ素含有ガスは適している。
従来技術を用いたプラズマクリーニング方法として、特許文献1が知られている。この文献には、Al合金とバリアメタルの積層膜をエッチングした場合に残留する堆積物を、塩素を含むガスによる放電とフッ素を含むガスによる放電を組み合わせてクリーニングすることが示されている。
酸素原子とアルミニウム原子を含む化合物(酸化アルミニウム)およびシリコンを含む被処理基板をエッチング処理する場合におけるクリーニング処理について説明する。
酸化アルミニウム(Al2O3)と三塩化ホウ素(BCl3)が反応して、塩化アルミニウム(AlCl3)と酸化ホウ素(B2O3)が生成される。三塩化ホウ素(BCl3)がプラズマ中で分解して生成した塩素(Cl2)とシリコン(Si)が反応して、塩化シリコン(SiCl4)が生成される。これらの反応は概略下記の式で表現される。
Si+2Cl2→SiCl4 (式2)
上記推定を確認するために熱力学計算によって反応性を評価した結果を図2に示す。ここで熱力学計算とは一定の温度、圧力下で熱力学的に最も安定な物質の組み合わせを求めるもので、物質間で起きる化学反応を予想する手法の一つである。
2BCl3+3Al2O3→2AlCl3+Al4B2O9 式(1−1)
と表現できる。ここでAl4B2O9は構造として2つの酸化アルミニウム(2Al2O3)に1つの酸化ホウ素(B2O3)が結びついたものであり、式(1−1)は式(1)と同様であることがわかる。
同様に熱力学計算を用いて、クリーニング時の処理室内の反応を推定した。図4に塩化アルミニウムと六フッ化硫黄をそれぞれ1mol、5mol、圧力を1Paとした場合について、また、図5に四塩化シリコンと六フッ化硫黄をそれぞれ1mol、5mol、圧力を1Paとした場合について熱力学計算した結果を示す。
SiCl4+4SF6→SiF4+4SF5Cl (式4)
以上のことから、クリーニング処理の前に塩化アルミニウムを別のクリーニング処理により除去すれば、フッ化アルミニウムの生成は防止することができる。
3AlF3+2BCl3→2AlCl3+BF3+BClF2+BCl2F (式5)
AlF3+SiCl4→AlCl3+SiF4 (式6)
と推定できる。すなわち、三塩化ホウ素、四塩化シリコンの還元作用により、フッ素が引き抜かれ、塩化したと解釈できる。ここで、塩化アルミニウムは揮発するので、クリーニングされる。
図8に、酸化ホウ素1molに対し、六フッ化硫黄3molを圧力1Paで反応させた場合の熱力学計算の結果を示す。図8において、六フッ化硫黄(SF6と表記)とSO2F2は重なっている。また、酸化ホウ素はフッ化ホウ素としてクリーニングされることが分かる。
以上、酸素原子とアルミニウム原子を含む化合物およびシリコンを含む被処理基板をエッチング処理する場合について説明したが、他の材料についても、フッ化物が気化しにくく、塩化物が気化しやすい場合については同様のクリーニング方法が適用可能である。
塩化ハフニウムが残留した状態で六フッ化硫黄等のフッ素系ガスでプラズマクリーニングすると、フッ化ハフニウムが生成し、処理室内に堆積しやすくなる。熱力学計算の結果を図10に示す。図10では塩化ハフニウム(HfCl4)1mol、六フッ化硫黄(SF6)6mol、圧力を1Paで反応させた。この場合、以下の式8に示す反応が起きているものと推定される。
図10においてフッ化ハフニウム(HfF4と表記)は500℃程度以上の温度で気体に変わる結果となっているが、これ以下の温度で固体であり、処理室内に残留しやすいことを示している。
HfF4+SiCl4→HfCl4+SiF4 (式10)
図13は、プラズマエッチング装置における制御信号の流れを説明する図である。制御装置124は、コンピュータで構成され、メモリ部121、制御部122、コンソール部123を備え、プラズマエッチング装置125を構成する各部と制御信号を送受信している。プラズマエッチング装置125の操作者は、コンソール部123から制御部122を介して装置状態を把握し、装置状態を制御することができる。
102 自動整合機
103 矩形導波管
104 矩形―円形導波管変換機
105 円形導波管
106 空洞部
107 電磁波導入窓
108 ガス分散板
109 ガス供給装置
110 処理室
111 被処理基板
112 基板電極
113 自動整合機
114 基板バイアス電源
115 静磁界発生装置
116 ガス供給手段
117 真空排気手段
118 モニタ
119 被処理基板搬送手段
120 電源
121 メモリ部
122 制御部
123 コンソール
Claims (8)
- 減圧処理室と、該減圧処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記減圧処理室内に、酸素原子とアルミニウムを含む化合物およびシリコンを含む被処理基板を載置して保持する基板電極と、前記減圧処理室に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、生成したプラズマにより前記被処理基板にプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング処理方法であって、
プラズマエッチング処理が完了した前記被処理基板を減圧処理室外に搬出した後、
減圧処理室に塩素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成する第1のプラズマクリーニング処理、およびフッ素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成する第2のプラズマクリーニング処理を施すことを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 請求項1記載のプラズマエッチング処理方法において、
前記塩素を含むガスは、塩素を含む還元性のガスであることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 請求項1記載のプラズマエッチング処理方法において、
前記塩素を含むガスは三塩化硼素を含むガスであることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 請求項1記載のプラズマエッチング処理方法において、
前記塩素を含むガスは四塩化シリコンを含むガスであることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 減圧処理室と、該減圧処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記減圧処理室内に、酸素原子とアルミニウムを含む化合物およびシリコンを含む被処理基板を載置して保持する基板電極と、前記減圧処理室に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段、前記減圧処理室内のガスを排出する排気手段を備え、生成したプラズマにより前記被処理基板にプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング処理方法であって、
プラズマエッチング処理が完了した前記被処理基板を減圧処理室外に搬出した後、
減圧処理室に塩素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成して、前記アルミニウムを塩化アルミニウムとして気化して排出する第1のプラズマクリーニング処理、およびフッ素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成して、第1のプラズマクリーニング処理により生成された酸化シリコンあるいは酸化硼素を気化して排出する第2のプラズマクリーニング処理を施すことを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 減圧処理室と、該減圧処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記減圧処理室内に、酸素原子とハフニウムを含む化合物およびシリコンを含む被処理基板を載置して保持する基板電極と、前記減圧処理室に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、生成したプラズマにより前記被処理基板にプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング処理方法であって、
プラズマエッチング処理が完了した前記被処理基板を減圧処理室外に搬出した後、
減圧処理室に塩素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成する第1のプラズマクリーニング処理、およびフッ素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成する第2のプラズマクリーニング処理を施すことを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 減圧処理室に複数の処理ガスを供給するガス供給手段のガス供給量を制御する機能、前記減圧処理室を排気する真空排気手段によるガス排気量を制御する機能、前記減圧処理室内に供給された処理ガスに高周波エネルギを供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段を制御する機能、および前記減圧処理室に酸素原子とアルミニウムを含む化合物およびシリコンを含む被処理基板を搬入し処理済みの被処理基板を搬出する被処理基板搬送手段を制御する機能をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記ガス供給量を制御する機能およびプラズマ生成手段を制御する機能は、プラズマ処理が完了した被処理基板を減圧処理室外に搬出したのち、減圧処理室に塩素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成して第1のプラズマクリーニング処理を施す機能、およびフッ素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成して第2のプラズマクリーニング処理を施す機能を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 請求項7記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記ガス供給量を制御する機能およびプラズマ生成手段を制御する機能は、プラズマ処理が完了した被処理基板を減圧処理室外に搬出したのち、減圧処理室に塩素を含む還元性のガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成して第1のプラズマクリーニング処理を施す機能、およびフッ素を含むガスを供給して前記減圧処理室内にプラズマを生成して第2のプラズマクリーニング処理を施す機能を含むことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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