(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体エッチング装置内壁で発生する塵埃の発生源を取り去ることのできるドライクリーニング方法を提供する。【解決手段】処理室内にフッ素含有ガスを含む異なるガスの組み合わせからなる処理ガスを多段ステップで供給しＡｌを含む積層膜である被エッチング材料に多段ステップでエッチング処理を施した後、Ｂを含むガスを用いて処理室内に付着する被エッチング材料を含む堆積物を除去する第１のクリーニング処理および処理室に付着する処理室内の内部構成材料のイオンスパッタ物をＢを含むガスを用いて除去する第２のクリーニング処理を行う。【選択図】図１
2008078678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内にフッ素含有ガスを含む異なるガスの組み合わせからなる処理ガスを多段ステップで供給しＡｌを含む積層膜である被エッチング材料に多段ステップでエッチング処理を施し、
Ｂを含むガスを用いて処理室内に付着する被エッチング材料を含む堆積物を除去する第１のクリーニング処理および処理室に付着する処理室内の内部構成材料のイオンスパッタ物をＢを含むガスを用いて除去する第２のクリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体装置の製造工程において，基板上に微細加工，もしくは成膜
を施すのに使用される半導体製造装置内のドライクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において，塵埃（異物）が基板に付着すると，目的のデ
バイスのパターン欠陥を引き起こし，製造工程における歩留まりを低下させる。
【０００３】
これに対して，近年の製造工程においては，プラズマを利用するドライエッチ
ングやCVD等のプロセスが重要になっている。すなわち，各種ガスを装置内に導
入し，導入したガスのプラズマの反応を利用して，成膜，エッチング等の微細加
工を行うものである。これらのプロセスでは，微細加工を施そうとする基板以外
にも，すなわち，製造装置内壁にも堆積膜が付着する。例えばドライエッチング
おいてはエッチングガスがプラズマ中で分解や結合されること，また，エッチン
グにより生成されるエッチング副生成物により装置内壁に堆積膜が付着する。こ
のような堆積膜は，処理枚数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃と
なり，デバイスのパターン欠陥の原因となる。したがって，これらの付着堆積物
を定期的に除去する必要がある。
【０００４】
従来，このような付着堆積物の除去方法としては，装置を大気開放してアルコ
ールや純水等の溶媒を用いて拭き取る，いわゆるウェットクリーニングと，例え
ば，特許文献１に開示されている塩素系ガスとフッ素系ガスの組み合わせに
よるものや，特許文献２に開示されている酸素ガスと塩素ガスの混合ガスの
プラズマによるドライクリーニングが知られている。
【特許文献１】特開平３−６２５２０号公報
【特許文献２】特開平７−５０８３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来のクリーニング方法は以下に示す問題がある。
【０００６】
まず，ウェットクリーニングに関しては，定期的に装置を大気開放し，分解す
る必要があり，さらにはウェットクリーニング後の真空排気も必要となる。した
がって，クリーニング毎に長時間装置を停止させることとなり，著しい装置稼働
率の低下，スループットの低下を引き起こす。
【０００７】
次に，特許文献１の開示例では，被エッチング材がAl，およびWを含む合金で
あり，Alのエッチング生成物，Wのエッチング生成物を除去するために，すなわ
ち複数のエッチング対象物に対するクリーニングが組み合わされていることが特
徴となっている。また，特許文献２の開示例に代表される従来のドライクリー
ニングは，被エッチング材料とエッチングガス，もしくはエッチングの際のマス
ク材料であるフォトレジスト（カーボン）とエッチングガス，もしくはエッチン
グガスの重合体によるいわゆる反応生成物を除去するが特徴である。
【０００８】
これら従来の開示例では，被エッチング材料やマスク材料等のウエハ基板上の
材料とエッチングガスとの生成物に関するクリーニングについては考慮されてい
るものの，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッ
チングガスとの化合物に対するクリーニングに関しては，全く考慮されていない
。
【０００９】
エッチング装置においては，エッチングガスによるプラズマが被エッチング対
象である基板表面をエッチングする他，装置内部材料をも叩き，その結果，エッ
チング反応生成物ばかりではなく，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるい
は装置内部材材料とエッチングガスとの化合物を装置内壁に付着，堆積させる。
【００１０】
すなわち従来のドライクリーニング方法では，装置内部材材料のイオンスパッ
タ物，あるいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物が除去しきれずに堆
積し，異物を発生させてしまうという大きな問題があった。
【００１１】
本発明の目的は，これらの問題を解決することにあり，製造装置内壁に付着し
た堆積膜を効果的に除去できる，すなわち，塵埃の発生源を取り去ることのでき
るドライクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除去す
る工程と、処理装置内部の材料のイオンスパッタ物，もしくは装置内部材材料と
エッチングガスとの化合物を除去する工程とを有することにより達成される。
【００１３】
また上記目的は，ドライクリーニングを施す工程に，エッチング，及びクリー
ニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素に対する原子間結合エ
ネルギーの値が，被エッチング材料を構成する元素とエッチング，及びクリーニ
ングを施す工程において使用されるガスを構成する元素の原子間結合エネルギー
の値よりも，大きな値である物質を含むガスを用いることにより達成される。
【００１４】
また上記目的は，ドライクリーニングを施す工程に，エッチング，及びクリー
ニングを施す工程において使用されるガスを構成する元素に対する原子間結合エ
ネルギーの値が，装置内部材材料を構成する元素とエッチング，及びクリーニン
グを施す工程において使用されるガスを構成する元素の原子間結合エネルギーの
値よりも，大きな値を持つ物質を含むガスを用いることにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上の構成を備えるため、製造装置内壁に付着した堆積膜を効率的に除去
することができる。これにより，堆積膜厚の増加（処理枚数の増加）にともなう
，堆積膜の剥離，これによる塵埃の発生を防止することが可能となり，製造工程
における歩留まりの向上，製造装置の稼働率向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明のドライクリーニング方法の実施例について図に従って詳細に説明
する。
【００１７】
図1に本発明に係るドライクリーニング方法に使用されたマイクロ波エッチン
グ装置の構成図を示す。図において１は，微細加工を施すシリコンウエハ（基板
），３，４は各々，石英ベルジャー，メインチャンバーであり，真空雰囲気を作
る。１０は真空排気のための排気口，１５はエッチング，あるいはドライクリー
ニングのためのガス導入部である。９は，ウエハを固定保持する基板ステージで
あり，８はウエハをクランプするクランパーである。このクランパーは一般的に
，例えばアルミナセラミックス等のセラミックスで製作されることが多い。ウエ
ハを基板ステージ９に固定保持する方式として静電吸着力を利用した方式を使っ
ても良い。７はアース板であり，１１はアース７とウエハステージ９との間にRF
バイアスを印加するための高周波電源である。
【００１８】
マイクロ波エッチング装置は，まず，高真空排気後プラズマを生成するための
ガスを導入する。そして，マイクロ波１４をマグネトロン（図示しない）から発
振，導波管５を通して石英ベルジャ３(処理室)内に導入して，処理室周囲に配置
されたソレノイドコイル６により形成する磁場との共鳴(ECR)により，処理室の
ガスをプラズマ化し，そのプラズマを利用してエッチングを行う。アース７とウ
エハステージ９間には，イオンを引き込むことにより異方性エッチングを行う目
的で，高周波電源１１によりRFバイアスが印加される。
【００１９】
この際，エッチング処理の副産物としてできる反応生成物が，石英ベルジャ３
，メインチャンバー４，ガス導入部の出口１５，クランパー８等の処理室の構成
部品に付着，堆積膜１３を形成する。このような堆積膜は，処理枚数が増加し膜
厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃となり，デバイスのパターン欠陥の原因と
なる。
【００２０】
ここでは一例として，図２に示すような絶縁膜に用いられるシリコン酸化膜(S
iO2膜)17をフルオロカーボン系ガス，例えばここではCF4ガスのプラズマと添
加ガスAr, O2ガスのプラズマによりエッチングする場合を挙げて説明する。この
図のように，例えば基板１６上にSiO2膜１７が形成され，その上にフォトレジス
トからなるマスクパターン１８が形成され，これを図１に示したようなエッチン
グ装置でエッチング処理を施す。このときエッチングガスはプラズマ中で解離し
，ウエハを叩くことによってエッチングを進行させる。この際に，エッチング対
象物が原因で装置内壁に付着する不要堆積物は，シリコンを含む酸化物，有機物
を含む化合物となる。
【００２１】
ところで，ドライクリーニングの際のガスは，除去対象である堆積物に対して
，堆積物と反応して蒸気圧の高い化合物になる狙いで行われ，結果的には蒸発・
真空排気して除去する。例えば堆積物が炭素化合物であれば，O2ガスのプラズマ
を当て，気体であるCO，CO2にして除去するというように行われる。前記特開平7
-508313に開示した例では，塩素系ガスに酸素系ガスを混合したクリーニングガ
スのを用いている。酸素を混合することにより，金属，塩素，有機物を含む化合
物から炭素を切り放し，同時に塩素により金属をクリーニングすることにより，
全体としての効果を向上を狙いとている。
【００２２】
本実施例に挙げたようなSiO2膜をエッチングする場合には，フッ素系ガスと酸
素系ガスの混合，あるいは組み合わせによるクリーニングが一般的である。しか
し，すでに述べたようにエッチングガスによるプラズマは被エッチング対象であ
る基板表面１７，１８をエッチングする他，装置内部材料，例えばクランパ８，
アース７等をも叩き，その結果，被エッチング材料に対する反応生成物ばかりで
はなく，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエッチ
ングガスとの化合物もエッチング処理の副産物として堆積膜１３の構成元素とな
る。
【００２３】
一般的に，エッチング装置等のプラズマ応用半導体製造装置にはアルミナ部品
が良く用いられる。本実施例（図２の例）においては，装置内壁に付着する不要
堆積物は，まずエッチング対象物が原因である，被エッチング材のSiO2，レジス
ト材の有機化合物の他，装置内のアルミナ部品であるクランパ８がプラズマに叩
かれ，イオンスパッタされてアルミナの形で装置内壁に付着・堆積している。こ
の一部はエッチングの際にフッ素によってフッ化アルミの形で付着・堆積する。
【００２４】
従来のドライクリーニングでは，SiO2，レジスト材の有機化合物に対するクリー
ニングしか行われていない。すなわち，装置内部材材料のイオンスパッタ物，あ
るいは装置内部材材料とエッチングガスとの化合物が堆積するということが考慮
に入れられておらず，したがってこれらのに対するクリーニングも考えられてい
ない。よって，これらが最終的に異物の発生原因として残ることになる。
【００２５】
本発明によれば，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物を除
去する工程に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物，および装置内部材材
料とエッチングガスとの化合物を除去する工程が付加されるために，従来のドラ
イクリーニングでは見逃されてきた装置内部材材料の化合物からなる堆積物も除
去でき，クリーニング効果の向上，異物の発生の抑制効果の向上を図ることが可
能である。
【００２６】
本実施例では，具体的にBcl3とCl2の混合ガスによるクリーニングを，装置内
部材料のクリーニングとして付加した。アルミニウムの付着物に対しては，Cl2
ガスプラズマにより蒸気圧の高いAlCl3を生成して除去することが有効である。
【００２７】
しかし，アルミニウムが酸化物，もしくはフッ化物になっている場合には，Al-C
lの原子間結合エネルギーよりもAl-O，Al-Fの原子間結合エネルギーの方が大き
いために，Cl2単独のプラズマではAlCl3が生成できずクリーニングによる除去は
できない。そこで，Al-O，及びAl-Fの原子間結合エネルギーよりも，フッ素，酸
素に対する原子間結合エネルギーが大きいBを含むガス，Bcl3をCl2ガスに混ぜる
ことにより，Al-O，およびAl-FからO，Fを引き抜き，Cl2によるクリーニングを
有効にする。これにより，エッチング反応生成物に加えて，装置内部材材料のイ
オンスパッタ物をも除去可能となる。
【００２８】
ここでは，O2と六フッ化硫黄(SF6)のクリーニング，BCl3とCl2の混合ガスによ
るクリーニングを順番に行うことにより，装置内のクリーニング効果，および異
物の抑制効果を著しく向上することができる。
【００２９】
このように，被エッチング材料に対する反応生成物を除去するドライクリーニ
ングに加えて装置内部材材料のイオンスパッタ物，あるいは装置内部材材料とエ
ッチングガスとの化合物を除去するためのドライクリーニングを行うことにより
装置内のクリーニング効果を著しく向上させることができる。ここでは，エッチ
ング反応生成物に対するドライクリーニングと装置内部材材料に対するクリーニ
ングを順番に行ったが，両者のクリーニングガスを混合しても良い。
【００３０】
次に，タングステン配線に適用した例について，図３を用いて説明する。図３
のように，例えば基板１６上にタングステン配線１９が形成され，その上にフォ
トレジストからなるマスクパターン１８が形成され，これを図１に示したような
エッチング装置でエッチング処理を施す。タングステンに対してはSF6ガスのプ
ラズマによりエッチングを進行させる。
【００３１】
この際に，装置内壁に付着する不要堆積物は，タングステン，フッ素，有機物
を含む化合物と，装置内のアルミナ部品であるクランパ８がプラズマに叩かれ，
イオンスパッタされてアルミ酸化物の形で装置内壁に付着・堆積している。この
一部はエッチングの際のSF6ガスのプラズマによりフッ化アルミの形になってい
る。ここでは，SF6によるクリーニング，とBCl3とCl2の混合ガスによるクリーニ
ングを順番に行った。SF6は，タングステン，および有機化合物に関してもクリ
ーニング効果がある。BCl3とCl2の混合ガスによるクリーニングは第一の実施例
で説明した通り，アルミ酸化物，アルミフッ化物に対してクリーニング効果を発
揮する。このクリーニングにより，異物の抑制効果を著しく向上した。第一の実
施例と同様，このようにエッチング材料に対する反応生成物を除去するドライク
リーニングと，装置内部材材料に対するドライクリーニングを行うこれにより，
クリーニング効果が著しく向上する。
【００３２】
次に本発明を利用した別の実施例について説明する。ここでは，図４に示すよ
うなアルミ積層配線をエッチングする場合に本発明を適用した場合について説明
する。
【００３３】
最近のメタル配線は，アルミ単層膜ではなく図４に示すようなバリアメタル２
１を伴った積層膜となっており，複数のエッチングガスがエッチング工程に用い
られる。耐エレクトロマイグレーション性や拡散バリア性を得ることが目的であ
る。ここでは，アルミ配線２０，チタンタングステン(TiW)バリアメタル２１の
積層膜をエッチングする例を挙げる。すでに述べたように，エッチングを行う場
合，被エッチング材料に対して蒸気圧の高い化合物を形成してエッチングを進行
させる。この場合，第一層目のアルミ２０はCl2ガスを用いて蒸気圧の高いAlCl3
にしてエッチングを進行させる。このとき，装置内壁，例えば石英ベルジャ３，
メインチャンバー４，ガス導入口１５，クランパー８等の処理室の構成部品にAl
，もしくはAlClxが付着，堆積する。この後，第二層目のTiW２１はSF6プラズマ
により行われ，このとき装置内壁や処理室の構成部品にTi，もしくはタングステ
ン(W)が付着，堆積する。
【００３４】
通常，Al，もしくはAlClxをクリーニングする場合,Tiをクリーニングする場合
には，Cl2プラズマにより蒸気圧の高いAlCl3，TiClにして除去する。また，Wを
クリーニングする場合にはフッ素系ガス，例えばSF6のプラズマにより蒸気圧の
高いWF6にして除去を行う。
【００３５】
しかし，配線を構成する膜が単層膜でなく積層膜の場合は，複数のエッチング
ガスのプラズマを使用するために，また，複数のクリーニングガスを使用するた
めに，装置内壁や処理室の構成部品に付着している堆積膜は単純な形ではなく，
これらのガスとの化合物の形となる。
【００３６】
すなわち，付着物は，
１）第一層目のエッチングの際にAl，もしくはAlClxが付着，堆積する。その堆
積物が第二層目のTiWエッチングの際に，SF6プラズマによりアルミフッ化物にな
る。この後，第二層目のTiW２０はSF6プラズマにより行われ，このとき装置内壁
や処理室の構成部品にTi，もしくはWが付着，堆積する。
【００３７】
２）第一層目のエッチングの際に堆積するAl，AlClxは，第二層目のTiWエッチン
グの際の堆積物であるWを除去するクリーニング工程，SF6プラズマによりさらに
アルミフッ化物が促進される。
【００３８】
３）エッチングガス，もしくはクリーニングガスによるプラズマは，装置内部材
料，一般的に装置内部品に使用されているアルミナ部品を叩き，イオンスパッタ
作用によりアルミ酸化物の形で装置内壁に付着・堆積する。
【００３９】
４）プラズマのイオンスパッタ作用により装置内壁に付着・堆積したアルミ酸化
物は，第二層目のTiWエッチングの際のSF6プラズマにより一部アルミフッ化物と
なる。
【００４０】
５）プラズマのイオンスパッタ作用により装置内壁に付着・堆積したアルミ酸化
物は，Wクリーニングの際のSF6プラズマにより一部アルミフッ化物となる。
【００４１】
このように，多層配線をエッチングする場合には，ある配線層をエッチングし
ている間にエッチング用ガスのプラズマが，別の配線層をエッチングした際に装
置内に付着した堆積物を除去しずらい化合物にする。さらに，ある元素の堆積物
をクリーニングしている間にクリーニングガスのプラズマが，別の元素の堆積物
を除去しずらい化合物にする。これらにより，目的としたクリーニングを阻害す
ることが起こる。
【００４２】
さらには，エッチングガス，クリーニングガスによるプラズマは，装置内部材
料も叩き，その結果，装置内部材材料のイオンスパッタ物を装置内に付着させる
。また，これらはエッチングガス，クリーニングガスとの化合物にもなる。これ
らにより，目的としたクリーニングを阻害することが起こる。
【００４３】
本発明によれば，ドライクリーニングの工程の中に，被エッチング材料とエッ
チングガスを構成する元素との原子間結合エネルギーよりも，エッチングガス元
素との原子間結合エネルギーが大きな値を持つ物質を含むガスによるクリーニン
グを付加する。これにより，前記１）の堆積物が除去可能となる。すなわち，第
一層目のエッチングの際に堆積したAlが第二層目のTiWエッチングの際のSF6プラ
ズマによりアルミフッ化物になったものを除去可能となる。
【００４４】
また本発明によれば，ドライクリーニング工程の中に，エッチング反応生成物
を除去する工程に加えて，装置内部材材料のイオンスパッタ物を除去する工程が
付加されるために，前記３）の堆積物が除去可能となる。すなわち，装置内部品
に使用されているアルミナ部品のイオンスパッタ物が除去可能となる。
【００４５】
さらに，ドライクリーニングの工程の中に，被エッチング材料，および装置構
成材料と他の工程のクリーニングガスを構成する元素との原子間結合エネルギー
よりも，上記クリーニング工程のガス元素との原子間結合エネルギーが大きな値
を持つ物質を含むガスによるクリーニングを付加する。これにより，前記２），
４），５）の堆積物が除去可能となる。すなわち，Wクリーニングの際のSF6プラ
ズマによりアルミフッ化物となった堆積物が除去可能となる。
【００４６】
具体的には，エッチング，およびクリーニング時に用いられるSF6プラズマに
より，アルミニウムがフッ化物になっているために，Cl2単独のプラズマではク
リーニングによる除去はできない。ドライクリーニングを施す工程の中に，エッ
チング，およびクリーニング時に用いられるフッ素と被エッチング材料であるア
ルミとの原子間結合エネルギーの値よりも，フッ素との原子間結合エネルギーが
大きな値を持つ物質Bを含むガス，Bcl3をCl2ガスに混ぜてクリーニングガスと
することにより，Al-FからFを引き抜き，Cl2によるクリーニングを有効にするこ
とができる。
【００４７】
またBは，装置内部材材料のイオンスパッタ物であるアルミ酸化物Al-Oに対して
，B-Oの原子間結合エネルギーの方が大きい。したがって，Bを含むガス，Bcl3を
Cl2ガスに混ぜることにより，Al-OからOを引き抜き，Cl2によるクリーニングを
有効にする。すなわち，装置内部材材料のイオンスパッタ物をも除去可能である
。
【００４８】
このような，積層膜であるがために次工程のエッチングガスやクリーニングガ
スと反応して堆積した膜に対するクリーニング行程は，エッチング反応生成物単
独のクリーニング工程の後，もしくは前，もしくは両方に入れてよい。
【００４９】
なお，本発明の実施例は，マイクロ波エッチング装置に適用した例で説明した
が，これに限定されるものではなく，平行平板型のエッチング装置，誘導結合型
のエッチング装置，またCVD装置であっても，プラズマにより装置内壁の堆積物
をクリーニングする装置であれば効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用した半導体製造製造装置を示す図。
【図２】本発明の第一の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【図３】本発明の第二の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【図４】本発明の第三の実施例を適用した半導体ウエハの横断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１…ウエハ、２…プラズマ、３…石英ベルジャー、４…、メインチャンバー、
５…導波管、６…ソレノイドコイル、７，１２…アース、８…ウエハクランパ、
９…ウエハステージ、１０…真空排気口、１１…高周波電源、１３…堆積物、１
４…マイクロ波、１５…ガス導入口、１６…半導体基板、１８…フォトレジスト
マスクパターン、１９…タングステン配線、２０…アルミ配線膜、２１…TiWバ
リアメタル。
【図１】
2008078678.tif 000003
【図２】
2008078678.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008078678.tif 000006