JPH1012593A - 半導体製造装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマを用いた半導体製造装置のクリーニン
グを行う際に、実際のプロセスに悪影響を及ぼさずに、
真空容器内の不要堆積物を確実に除去する方法とその装
置及びクリーニングウェハを提供する。 【解決手段】プラズマを用いた半導体デバイス製造装置
の真空容器４の内壁面の不要堆積物を除去する際に、使
用するウェハ５の面積に対する真空容器４の内壁のプラ
ズマに接する部分の表面積比がｘであるときに、真空容
器４の内壁の不要堆積物のエッチング速度に対する比が
ｘ／１００以上ｘ／１０以下のエッチング速度を持つ材
質で表面又は全体が形成されたウェハ５をウェハステー
ジ６に置いてクリーニングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイス製造
装置のクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイス製造装置（以下、真空容
器）で基板ウェハのプラズマ処理を行うと、処理ガスが
分解してできた反応性ラジカル同士の気相反応による生
成物や、反応性ラジカルが真空容器内壁面やウェハなど
をエッチングしてできたエッチング生成物が存在する。
これらの反応生成物は真空容器壁面等、構成部材に堆積
し、処理中に剥離して、異物の発生源となる。異物は歩
留まりの低下を招くため、異物発生源となる真空容器内
壁面などに付着した堆積膜を定期的にクリーニングして
除去している。クリーニングには真空容器内でプラズマ
を発生させ、発生したラジカルの反応性を利用する方法
が一般的である。プラズマを用いたクリーニング方法で
は、使用するガスの種類、混合比などに関して以下のよ
うな方法が挙げられる。

【０００３】(１)Ｈ２プラズマを用いる方法として特開
平２−１２８１８号、(２)ＣＨ３とＯ２の混合ガスプラ
ズマを用いる方法として特開平５−１２９２４６号、
(３)Ｏ２プラズマとＳＦ６プラズマを用いる方法として
特開平４−４４３２０号、同５−１４４７８６号、(４)
Ｏ３プラズマを用いる方法として特開平６−５３１９３
号、(５)ＣＦ系ガス、Ｏ３，Ｏ２の混合ガスプラズマに
よる方法として特開平５−２６７２５６号、(６)ハロゲ
ン系ガスプラズマによる方法として特開平５−３１５２
９７号、同６−２８３４８４号、(７)ＮＦ３プラズマを
用いた方法として特開平４−３２１２２５号、(８)Ｎ２
とＮＦ３の混合ガスプラズマによる方法として特開平５
−１５２２５６号、(９)ＡｒとＮＦ３の混合ガスプラズ
マによる方法として特開平６−３１８５８０号、(10)Ｆ
系ガスまたはＨ２Ｏ系ガスプラズマによる方法として、
特開平５−２９２８５号、(11)ＣＨ４とＮ２の混合ガス
プラズマ又はＯＨ基を含むガスプラズマによる方法とし
て特開平６−３０２５６５号公報。

【０００４】また、クリーニングを行うプラズマの生成
方法として、以下の例がある。

【０００５】(12)真空容器内壁に沿って設置したコイル
に高周波電流を流すことにより、内壁直近のプラズマ密
度を高める方法として、特開平２−１４５２２号、同７
−１３０７０４号公報、(13)磁場による効果を利用して
高密度のプラズマを生成する方法として特開平６−１３
２２４９号公報。

【０００６】以上の例では、クリーニングに効果のある
高い反応性を持ったラジカルの発生方法、またはラジカ
ルの高密度の生成方法に主眼が置かれている。

【０００７】反応性ガスプラズマによるクリーニングで
は、エッチング等の通常の処理を行う際にウェハを載せ
る場所（サセプタ）に表面保護の目的でダミーウェハ等
を載せて行う。上記に示した従来のクリーニング方法で
はクリーニングを行うプラズマとダミーウェハ材質の適
正化がなされていなかった。ダミーウェハがクリーニン
グを行うプラズマによってエッチングされやすい材質の
場合、プラズマ中で発生したラジカルがダミーウェハの
エッチングによって消費されてしまい、クリーニング速
度が低下する原因となっていた。この点を考慮して、ク
リーニングを行うプラズマによってエッチングされにく
い材質のウェハを用いたクリーニング方法の例が特開平
６−１４０３７１号公報である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
クリーニング方法では、クリーニング用ガスとダミーウ
ェハ材質の組み合わせが適正化されていないため、クリ
ーニング中にダミーウェハがエッチングされてクリーニ
ングに必要なイオンやラジカルが消費されてしまいクリ
ーニングが不十分またはクリーニング速度が低下すると
いう問題点があった。

【０００９】また、クリーニングを行うプラズマによっ
てエッチングされにくい材質のウェハでは、ウェハ表面
に不動態膜が形成されてエッチングが進まない。また、
エッチングされないことにより、付着物のクリーニング
により発生した物質がウェハに堆積する。クリーニング
用のダミーウェハを再利用しているうちに、この不動態
膜や堆積膜が熱ストレスなどによって部分的に剥がれ、
それが異物の原因となるという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、真空容器内壁の堆積物を
従来よりも短時間で行えるプラズマ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】前記問題点を解決し、上
記目的を達成するために、真空容器に於いて、Ｆ２，Ｃ
１２，ＳＦ６，ＣＦ４，Ｏ２を単独、又はこれらのガス
の内から複数のガスを混合したガスによりプラズマを発
生させ、使用するダミーウェハの面積に対する真空容器
内壁のプラズマに接する部分の表面積比がｘであるとき
に、真空容器内壁の不要堆積物のエッチング速度に対す
る比がｘ／１００以上ｘ／１０以下のエッチング速度を
持つ材質で全体、又は、表面が形成されたダミーウェハ
を用いたプラズマクリーニングを行う。

【００１２】ウェハの例として酸化膜が形成されたシリ
コンウェハ、または石英ウェハが挙げられる。

【００１３】また、１枚のダミーウェハを複数回再利用
してクリーニングを行うことを考慮すると、ダミーウェ
ハそのものが前記のような材質であることが望ましい。
これは表面皮膜だけではクリーニングを繰り返すうちに
下地が露出してしまい、再現性のあるクリーニングが不
可能になるからである。

【００１４】この手段により、クリーニングを行うプラ
ズマで、クリーニングに効果のあるイオンやラジカルの
ダミーウェハのエッチングによる消費量を真空容器内壁
の堆積物のクリーニングによる消費量の１／１００以上
１／１０以下に防ぐことができる。そのため、従来より
も高速のクリーニングが可能となる。

【００１５】さらに、ダミーウェハ全体を前述の材質で
形成することにより、ダミーウェハを再利用しても、利
用回数によらず、常に同じ条件でクリーニングできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施例で用いたＥ
ＣＲプラズマエッチング装置の概観図を示す。ガラス製
のベルジャ３と金属製の容器４からなる真空容器で、導
波管１によってマイクロ波が導入される。また、コイル
２により磁場が発生し、ＥＣＲ効果により高密度のプラ
ズマがウェハステージ６上に置かれたウェハ５の上方に
形成される。ウェハステージには電源８によってエッチ
ング中に入射するイオンエネルギーを制御するためのバ
イアスが印加できるようになっている。

【００１７】ポリシリコン膜上にレジストによるパター
ンが形成されているウェハをＣ１２プラズマやＳＦ６プ
ラズマ等でエッチングすると、Ｓｉ原子を含んだエッチ
ング生成物、レジスト材等の化合物が堆積する。これら
の堆積物除去のためにＳＦ６を含むガスでクリーニング
を行うとき、ダミーウェハとして、ＳｉウェハよりＳＦ
６によるエッチレートの小さいシリコン酸化膜ウェハ等
を用いる。堆積物のクリーニングはクリーニング効果を
持つＦラジカルによって行われる。このようにすること
でクリーニングを行うときのダミーウェハによるＦラジ
カル消費量をＳｉウェハよりも抑制することができる。

【００１８】ＳＦ６プラズマクリーニング時の発光分光
スペクトル分布をダミーウェハがＳｉの場合（図２）、
シリコン酸化膜ウェハの場合（図３）に示す。どちらも
圧力１０ｍＴｏｒｒで行われた。図３で波長７００ｎｍ
から８００ｎｍに分布している特徴的なピークはＦラジ
カルの発光によるものである。図２におけるＦラジカル
による発光のピークは図３の場合の１／１０以下であ
る。縦軸は発光強度で、このピークの高さはＦラジカル
の相対密度を表す。図２の場合には、クリーニングを行
うＦラジカルがＳｉウェハを激しくエッチングするため
にＦラジカルが減少し供給律速になっている。図３の場
合には、Ｓｉよりエッチングレートが小さくＦラジカル
の消費の少ないシリコン酸化膜ウェハを用いているた
め、図２の場合に比べ多くのＦラジカルが存在する。

【００１９】また、ベルジャ３上の堆積物がＳＦ６プラ
ズマによってクリーニングされる速度をＳｉウェハ、シ
リコン酸化膜ウェハの両者について比較を行った。ガラ
スの薄い小片をベルジャ３に貼付し、前述のウェハをエ
ッチングしたときに得られた堆積膜をクリーニングする
速さは、Ｓｉウェハを用いた場合は８００ｎｍ／分、シ
リコン酸化膜ウェハを用いた場合は１５０ｎｍ／分であ
った。

【００２０】このとき用いた真空容器のプラズマに接す
る部分の表面積は用いたダミーウェハのおよそ５倍程度
と見積もられた。また同じ装置でのＳｉＯ２のエッチン
グレートは５０ｎｍ／分であった。このことから、ウェ
ハ上でのＦラジカルの単位面積当たりの消費量は真空容
器内壁での単位面積当たりの消費量に比べて約１／１０
になっている。同様にＳｉのエッチングレートはＤ．Ｍ
ａｕｎｄｒｉｌｌ他、“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＲＦ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ
ｐｌａｓｍａｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｄｒｉｖｅｎ ｅ
ｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｏｂｅ ｔｅｃｈｎｉ
ｑｕｅ”，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２
０（１９８７）ｐｐ．８１５−８１９、図３を外挿する
ことによって１０００ｎｍ／分となる。このときのウェ
ハ上でのＦラジカルの単位面積当たりの消費量は真空容
器内壁での単位面積当たりの消費量に比べて約５倍にな
っている。以上より、ウェハ上でのＦラジカルの単位面
積当たりの消費量は真空容器内壁での単位面積当たりの
消費量に比べ約１／１０以下であることが十分条件であ
る。

【００２１】また、一度除去された物質が再付着する確
率は一般に０．０１以下で、それ以上の速度でダミーウ
ェハはエッチングされなければ再付着によって堆積が起
こってしまう。それを防止する意味から、ウェハ上での
Ｆラジカルの単位面積当たりの消費量は真空容器内壁で
の単位面積当たりの消費量の１／１００以下であること
が必要である。従って、使用するダミーウェハの面積に
対する真空容器内壁のプラズマに接する部分の表面積比
がｘであるときは、真空容器内壁の不要堆積物のエッチ
ング速度に対する比がｘ／１００以上ｘ／１０以下のエ
ッチング速度を持つ材質で表面又は全体が形成されたダ
ミーウェハをウェハステージに置いてクリーニングを行
えばよい。

【００２２】ここではシリコン酸化膜ウェハを用いた例
を示したが、シリコン酸化膜ではエッチング速度はＳｉ
ウェハよりは遅いとはいえ、ダミーウェハを数回再利用
している間に、下地のＳｉが次第に露出してくる。下地
の露出が始まるとＳｉウェハを用いてクリーニングする
場合と同じ現象が起こり、クリーニング速度が低下して
しまう。そのために再利用したシリコン酸化膜ウェハお
いては同じクリーニング時間では付着した堆積物を完全
に除去できなくなる。これを防ぐ方法として全体がシリ
コン酸化物、例えば石英でできているウェハを用いるこ
とが有利である。

【００２３】ここではマイクロ波エッチング装置に限っ
て説明をしたが、平行平板型、ＥＣＲ型、誘導結合型
等、プラズマの発生方式に関わらず本方式を用いること
ができるのは自明である。

【００２４】また、プラズマエッチング装置に限らず、
プラズマＣＶＤ装置等、プラズマを用いた半導体製造装
置であれば、本方式を適用できる。

【００２５】クリーニング方法でウェハの代わりに、同
様の材質でできたウェハステージを用いてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、実際の処理プロセスに悪
影響を及ぼすことなく、真空容器内の不要堆積物を従来
よりも高速に除去できるため、異物の発生を抑制するこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例であるクリーニング方法を
採用した半導体製造装置の説明図。

【図２】Ｓｉダミーウェハを用いてＳＦ６プラズマでク
リーニングを行ったときの発光分光スペクトルの特性
図。

【図３】ＳｉＯ２ダミーウェハを用いてＳＦ６プラズマ
でクリーニングを行ったときの発光分光スペクトルの特
性図。

【符号の説明】

１…導波管、 ２…コイル、 ３…ガラス製ベルジャ、 ４…金属製容器、 ５…ウェハ、 ６…ウェハステージ、 ７…絶縁体、 ８…バイアス印加用電源。

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 新治 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 大坪 徹 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを用いた半導体デバイス製造装置
   の真空容器の内壁面の不要堆積物を除去する際に、使用
   するダミーウェハの面積に対する前記真空容器の内壁の
   前記プラズマに接する部分の表面積比がｘであるとき
   に、前記真空容器の内壁の前記不要堆積物のエッチング
   速度に対する比がｘ／１００以上ｘ／１０以下のエッチ
   ング速度を持つ材質で表面又は全体が形成された前記ダ
   ミーウェハをウェハステージに置いてクリーニングを行
   うことを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方
   法。