(57)【要約】【課題】  本発明は、処理チャンバにダメージを与えることなく、クリーニング速度を速め、低温度で効率良く処理チャンバのクリーニングを行うことの可能な半導体基板処理装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、半導体基板に所定の処理を施す処理チャンバを備えた半導体基板処理装置のクリーニング方法において、外部のチャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記外部のチャンバ内でクリーニング用のガスを活性化させてハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを生成させ、前記ハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを処理チャンバ内に導入し、処理チャンバ内に堆積している堆積物を前記還元性ラジカルで還元して、前記ハロゲンラジカルで高蒸気圧ハロゲン化物として排気することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に所定の処理を施す処理チャンバを備えた半導体基板処理装置のクリーニング方法において、外部のチャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記外部のチャンバ内でクリーニング用のガスを活性化させてハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを生成させ、前記ハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを処理チャンバ内に導入し、処理チャンバ内に堆積している堆積物を前記還元性ラジカルで還元して、前記ハロゲンラジカルで高蒸気圧ハロゲン化物として排気することを特徴とする半導体基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項２】
前記ハロゲンラジカルがフッ素ラジカルを除くハロゲンラジカルであることを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項３】
前記処理チャンバ内の温度を１００℃〜４００℃とすることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項４】
前記堆積物が周期律表ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖａ、Ｖｂ、ＶＩａ、ＶＩｂ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩａ族の少なくとも１種の金属からなる酸化物であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法。
【請求項５】
前記堆積物がアルミニウムオキサイド、ハフニウムオキサイドであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に高誘電率物質等を堆積させる処理チャンバを備えた半導体基板処理装置のクリーニング方法に関し、外部のチャンバで発生させたプラズマ放電によって前記外部のチャンバ内でクリーニング用のガスを活性化させてラジカル（反応活性種）を生成させ、前記ラジカルを前記処理チャンバ内に導入して、前記処理チャンバの内周面等に堆積した堆積物を除去する半導体基板処理装置のクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板処理装置として、処理チャンバに高誘電率物質となる原料ガスを供給し、前記処理チャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記処理チャンバ内で前記原料ガスを活性化させてラジカル等の反応活性種を生成させ、例えば、アルミニウムオキサイドやハフニウムオキサイド等の高誘電率物質を絶縁膜として半導体基板上に堆積させる装置が用いられている。このような半導体基板処理装置は、前記処理チャンバの内周面や半導体基板を保持する部材に、前記高誘電率物質等が堆積してしまい、堆積物が剥がれて半導体基板を汚染するという問題があった。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１には、半導体基板処理装置のクリーニング方法として、外部に設けられた遠隔チャンバにクリーニング用のガスであるＮＦ3を導入し、前記遠隔チャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記遠隔チャンバ内で前記クリーニング用のガス活性化させてフッ素ラジカル（反応活性種）を生成させ、前記フッ素ラジカルを処理チャンバ内に導入して、処理チャンバ内に堆積した堆積物を前記フッ素ラジカルで揮発しやすい高蒸気圧フッ化物として排気する方法が記載されている。
また、例えば、特許文献２には、半導体基板処理装置のクリーニング方法として、半導体基板処理装置の処理チャンバの内周面に堆積しているＣｕＣｌ膜を除去する方法が記載されている。このクリーニング方法は、先ず、クリーニング用の還元ガスとして水素ガスを導入し、前記処理チャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記処理チャンバ内で前記水素ガスを活性化させて水素ラジカルを生成させ、前記処理チャンバの内周面等に堆積しているＣｕＣｌ2を前記水素ラジカルで還元してＣｕとし、この反応によって生成されたＨＣｌガスを前記処理チャンバから排気する。次に、クリーニング用のハロゲン含有ガスとしてＣｌ2を前記処理チャンバに導入し、前記処理チャンバで発生させたプラズマ放電によって、前記処理チャンバ内で前記Ｃｌ2を活性化させて塩素ラジカルを生成させ、還元されたＣｕを前記塩素ラジカルでハロゲン化してＣｕＣｌガスとして排気する。
【特許文献１】特開平９−６９５０４号公報
【特許文献２】特開２００４−４３９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のように、処理チャンバ内に堆積している堆積物をフッ化物とする場合、フッ素ラジカルの高反応性により、クリーニング速度は速いものの、堆積物がフッ素ラジカルによって高蒸気圧フッ化物となる温度が、他のハロゲンラジカルによって高蒸気圧ハロゲン化物となる温度よりも高い場合があり、クリーニングに必要十分な高蒸気圧を確保するためには処理チャンバを高温度にしなければならず、構成部材の耐熱性を考慮すると好ましくないという問題があった。
また、特許文献２に記載のクリーニング方法では、処理チャンバ内で、先ず、水素ガスを活性化させて水素ラジカルを生成させ、この水素ラジカルで堆積物を還元し、次いで、ハロゲン含有ガスとしてＣｌ2を処理チャンバ内に導入し、前記ガスを活性化させて塩素ラジカルを生成させ、前記塩素ラジカルで還元された堆積物をハロゲン化しているため、クリーニングに要する時間が長くなり、単位時間当たりの基板処理枚数が少なくなり、全体として効率が低下するという問題があった。また、還元ガス及びハロゲン含有ガスのそれぞれを処理チャンバに導入する度に、前記処理チャンバに高周波（ＲＦ）電圧を印加させてプラズマ放電を発生させているため、電力がかかり、処理チャンバに余計なダメージが加わりやすいという問題があった。更に、堆積物が還元された後、ハロゲン含有ガスが処理チャンバに導入されて活性化されるまでの間に、還元された堆積物が処理チャンバ内に残存している物質と反応して副生成物が形成され、処理チャンバ内のクリーニングが完全に行われないという問題もあった。
そこで、本発明は、処理チャンバにダメージを与えることなく、クリーニング速度を速め、低温度で効率良く処理チャンバのクリーニングを行うことの可能な半導体基板処理装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体基板処理装置のクリーニング方法は、請求項１に記載の通り、半導体基板に所定の処理を施す処理チャンバを備えた半導体基板処理装置のクリーニング方法において、外部のチャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記外部のチャンバ内でクリーニング用のガスを活性化させてハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを生成させ、前記ハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを処理チャンバ内に導入し、処理チャンバ内に堆積している堆積物を前記還元性ラジカルで還元して、前記ハロゲンラジカルで高蒸気圧ハロゲン化物として排気することを特徴とする。
また、請求項２記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法は、請求項１記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法において、前記ハロゲンラジカルがフッ素ラジカルを除くハロゲンラジカルであることを特徴とする。
また、請求項３記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法は、請求項１又は２記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法において、前記処理チャンバ内の温度を１００℃〜４００℃とすることを特徴とする。
また、請求項４記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法は、請求項１乃至３の何れかに記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法において、前記堆積物が周期律表ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖａ、Ｖｂ、ＶＩａ、ＶＩｂ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩａ族の少なくとも１種の金属からなる酸化物であることを特徴とする。
また、請求項５記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法は、請求項１乃至４の何れかに記載の半導体基板処理装置のクリーニング方法において、前記堆積物がアルミニウムオキサイド、ハフニウムオキサイドであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体基板処理装置のクリーニング方法は、外部のチャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記外部のチャンバ内でクリーニング用のガスを活性化させてハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを生成させているため、ハロゲンラジカル又は還元性ラジカルのそれぞれを別々に処理チャンバ内で生成させる場合よりも、低電力でクリーニング用のガスを活性化させることができ、処理チャンバにダメージを与えることもない。
また、本発明の基板処理装置のクリーニング方法は、外部のチャンバ内で生成されたハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを処理チャンバ内に導入し、処理チャンバ内に堆積された金属酸化物等の堆積物を前記還元性ラジカルで還元して、前記ハロゲンラジカルで高蒸気圧ハロゲン化物として排気しているため、クリーニング速度を速くすることができる。
前記ハロゲンラジカルがフッ素ラジカルを除くハロゲンラジカルである場合は、還元された堆積物をフッ化物とする場合よりも低温度で高蒸気圧ハロゲン化物とすることができる。このため、高蒸気圧ハロゲン化物が生成される温度に合わせて処理チャンバを加温することなく、低温度で効率よく処理チャンバのクリーニングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の半導体基板処理装置のクリーニング方法の一実施の態様を、図面を参照に説明する。尚、本発明のクリーニング方法は、以下の記載に限定されるものではない。
図１に示すように、半導体基板処理装置の処理チャンバ１内には、半導体基板を支持するサセプター２が設けられている。また、処理チャンバ１には、高誘電率の絶縁膜の原料となるプリカーサを供給するための供給系３が接続されている。尚、供給系３には処理チャンバ１に供給するプリカーサの供給量を調整する調整弁１３が設けられている。
処理チャンバ１で、図示を省略した陽極と陰極に高周波（ＲＦ）電圧が印加されてプラズマ放電が発生されると、供給系３から供給されたプリカーサが、処理チャンバ内で活性化されてラジカル等の反応活性種となり、高誘電率の絶縁膜として半導体基板に堆積する。尚、処理チャンバ１の外部に設けたプラズマ発生装置により、前記プリカーサを活性化してラジカル等の反応活性種として、処理チャンバ１内に供給してもよい。
高誘電率の絶縁膜としてアルミニウムオキサイド（Ａｌ2Ｏ3）膜を堆積させる場合は、例えば、プリカーサとしてＴＭＡ（trimethylaluminum)を使用することができる。また、ハフニウムオキサイド（ＨｆＯ2）系膜を堆積させる場合は、プリカーサとして塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ4）を使用することができる。
尚、サセプター２には、図示を省略した加温手段と冷却手段からなる温度調整手段が設けられている。前記温度調整手段により、高誘電率物質を半導体基板に堆積させる際に、半導体基板が最適な温度となるように調整することが可能である。また、処理チャンバ１の外周面には、処理チャンバ１内の温度が所望の温度となるように、加温手段を設けてもよい。
【０００８】
サセプター２の下部には、排気口５が形成され、この排気口５に冷却トラップ６が接続され、冷却トラップ６の下流側にターボ分子ポンプ７が接続され、更に、ターボ分子ポンプ７の下流側にドライポンプ８が接続されて、処理チャンバ１の排気系を構成している。水素等の分子量の小さな気体は、冷却トラップ６で氷結捕集し、比較的大きな分子量の気体は、ターボ分子ポンプ７で排気するようにすれば、排気性能が向上し、処理チャンバ１内を真空度の高い良質な真空状態にすることができる。また、潤滑油を使用しないドライポンプ８を用いることにより、油の拡散による処理チャンバ１内の汚染を完全になくすことができる。
【０００９】
また、処理チャンバ１には、クリーニング用のガスをプラズマ放電により活性化させてラジカル（反応活性種）を生成させるチャンバ１０を備えたリモートプラズマ装置が接続されている。リモートプラズマ装置のチャンバ１０には、還元ガス供給系１１と、ハロゲン含有ガス供給系１２が接続されている。尚、還元ガス供給系１１にはガス流量を調整する調整弁１５が設けられ、ハロゲン含有ガス供給系１２にはガス流量を調整する調整弁１６が設けられている。また、前記リモートプラズマ装置のチャンバ１０と、処理チャンバ１との間には、各チャンバ内の圧力差をつける流量絞り弁１７を設けている。
リモートプラズマ装置のチャンバ１０に、外部エネルギー源から高周波（ＲＦ）電圧が印加されてプラズマ放電を発生させると、還元ガス供給系１１から供給された還元ガスと、ハロゲン含有ガス供給系１２から供給されたハロゲン含有ガスのそれぞれが前記チャンバ１０内で活性化されてハロゲンラジカル及び還元性ラジカルが生成され、前記ハロゲンラジカル及び還元性ラジカルがリモートプラズマ装置のチャンバ１０から処理チャンバ１内に導入される。
例えば、ハロゲン含有ガスとして、塩素（Ｃｌ2）、塩化水素（ＨＣｌ）等がチャンバ１０に供給され、チャンバ１０内で塩素ラジカル（Ｃｌ*）等の反応活性種が生成される。また、還元ガスとして、水素（Ｈ2）ガスがチャンバ１０に供給され、チャンバ１０内で水素ラジカル（Ｈ*）等の反応活性種が生成される。前記塩素ラジカル（Ｃｌ*）及び水素ラジカル（Ｈ*）がリモートプラズマ装置のチャンバ１０から処理チャンバ１内に導入される。尚、クリーニング用のガスとして塩化水素（ＨＣｌ）等のハロゲン含有ガスのみをチャンバ１０に供給し、チャンバ１０内でハロゲンラジカル（Ｃｌ*）及び還元性ラジカル（Ｈ*）を生成させて、処理チャンバ１内に導入してもよい。
【００１０】
処理チャンバ１は、処理チャンバ１の内周面やサセプター２等の部品に、高誘電率の絶縁膜として半導体基板に堆積させたアルミニウムオキサイドやハフニウムオキサイド等の金属酸化物が堆積されている。
このアルミニウムオキサイドやハフニウムオキサイド等の堆積物は、リモートプラズマ装置のチャンバ１０から処理チャンバ１内に導入された還元性ラジカルによって還元され、酸素が除去されて金属となり、この金属が、ハロゲンラジカルによってハロゲン化されて揮発性の高い高蒸気圧ハロゲン化物となって、排気口５から排気される。
【００１１】
図２は、温度に対するハロゲン化物の蒸気圧を示す図である。図２に示すように、アルミニウムオキサイドやハフニウムオキサイドを塩化物とした場合は、１００℃〜４００℃の比較的低温度の範囲において、少なくとも１Ｔｏｒｒ以上の高蒸気圧塩化物、好ましくは１０Ｔｏｒｒ以上の高蒸気圧塩化物となるため、処理チャンバ１内を４００℃以上の高温度にすることなく、前記高蒸気圧塩化物を排気することができる。一方、前記アルミニウムオキサイドやハフニウムオキサイドをフッ化物とした場合は、１Ｔｏｒｒ以上の高蒸気圧フッ化物となる温度が５００℃以上と比較的高温度であるため、処理チャンバ１内の温度を５００℃以上の高温度にして前記高蒸気圧フッ化物を排気することが必要となり、余分な電力等がかかり、クリーニングのコストが高くなる。
【００１２】
本発明のクリーニング方法は、処理チャンバ１内に堆積した堆積物が、周期律表ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖａ、Ｖｂ、ＶＩａ、ＶＩｂ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩａ族の少なくとも１種の金属からなる酸化物である場合は、前記金属酸化物を還元性ラジカルで還元してハロゲンラジカルでハロゲン化する場合に、比較的低温度で高蒸気圧ハロゲン化物とすることができる。１００℃〜４００℃の比較的低温度の範囲で少なくとも１Ｔｏｒｒ以上、好ましくは１０Ｔｏｒｒ以上の高蒸気圧ハロゲン化物となる物質としては、前記アルミニウムオキサイドやハフニウムオキサイドを塩化物としたＡｌＣｌ3、ＨｆＣｌ4の他に、ＴｉＦ4、ＴｉＣｌ4、ＺｒＣｌ4、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、ＷＦ6、ＷＣｌ6、ＲｕＦ5、ＩｒＦ6、ＰｔＦ6、ＢｉＣｌ3等が挙げられる。
また、還元性ラジカルとしては、前記高誘電率の絶縁膜となる金属酸化物を還元する速度が速い水素ラジカルを用いることが好ましい。また、ハロゲンラジカルとしては、還元された金属を、１００℃〜４００℃の低温度でハロゲン化させて高蒸気圧ハロゲン化物とすることが可能な、塩素ラジカルを用いることが好ましい。
また、クリーニング用のガスとしては、水素ガス、塩素ガス、塩化水素ガスを用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、半導体基板に所定の処理を施す処理チャンバを備えた半導体基板処理装置のクリーニング方法において、外部のチャンバ内で発生させたプラズマ放電によって、前記外部のチャンバ内でクリーニング用のガスを活性化させてハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを生成させ、前記ハロゲンラジカル及び還元性ラジカルを処理チャンバ内に導入し、処理チャンバ内に堆積している堆積物を前記還元性ラジカルで還元して、前記ハロゲンラジカルで高蒸気圧ハロゲン化物として排気するため、処理チャンバにダメージを与えることなく、クリーニング速度が速く、低温度で効率よく処理チャンバ内をクリーニングできる点において有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のクリーニング方法の一実施の形態に係る半導体基板処理装置の概略構成図
【図２】高蒸気圧ハロゲン化物の温度と蒸気圧の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００１５】
１    処理チャンバ
２    サセプター
３    プリカーサの供給系
５    排気口
６    冷却トラップ
７    ターボ分子ポンプ
８    ドライポンプ
１０  チャンバ
１１  還元ガス供給系
１２  ハロゲン含有ガス供給系
１３  調整弁
１５  調整弁
１６  調整弁
１７  流量絞り弁
【図１】
2006060167.tif 000003
【図２】
2006060167.tif 000004