(57)【要約】      （修正有）【課題】高圧条件下で行われる場合に特に有効である堆積チャンバ洗浄プロセスにおけるF2の使用を提供する。高速エッチング速度における基板エッチング又はウェハ薄層化処置を行うために、高圧下でのF2の使用を提供する。【解決手段】アルゴン源２０１、F2源２０２、真空ポンプ２０５、バルブ２０６及び圧力トランスデューサー２０７を用いて制御されるプロセスチャンバ２０４に接続されている装置本体の圧力を、最初に約０．５〜３Ｔｏｒｒに設定し、アルゴンプラズマ放電を開始する。次いでF2源２０２F2を導入、F2フローをプロセスチャンバ２０４の寸法に基づいて増加させる。アルゴンフローはF2流量の３〜１０倍に維持し、プロセスチャンバ２０４の圧力を３０〜３００Ｔｏｒｒの間まで増加させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
20 Torrよりも高い圧力にてF2 プラズマを利用する堆積真空チャンバの洗浄方法。
【請求項２】
前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される希釈剤ガスを利用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
希釈剤ガス：F2 の比は3：1〜10：1の範囲にある、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
希釈剤ガス：F2 の比は4：1〜8：1の範囲にある、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
希釈剤ガス：F2 の比は4：1であり、前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
20 Torrよりも高い圧力にて、F2 プラズマを利用して真空チャンバ内で基板をエッチングする方法。
【請求項８】
前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
アルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される希釈剤ガスを利用する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
希釈剤ガス：F2 の比は3：1〜10：1の範囲にある、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
希釈剤ガス：F2 の比は4：1〜8：1の範囲にある、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
希釈剤ガス：F2 の比は4：1であり、前記圧力は20 Torr〜170 Torrである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
下記工程を含む堆積真空チャンバの洗浄方法：
第１の流量にて不活性ガスを混合領域に提供する工程；
前記不活性ガスを用いてプラズマを開始する工程；
F2 ガスを第１流量にて前記混合領域に提供して、混合プラズマを発生させる工程；
前記不活性ガスの流量を第２流量まで増加させる工程；
前記混合プラズマを前記真空チャンバに導入する工程；
前記混合プラズマを維持しながら、前記真空チャンバの圧力を増加させる工程；
前記不活性ガスの前記流量を前記F2の前記第２流量の3〜10倍の比率に維持しながら、前記F2 の前記流量を第２流量まで増加させる工程；及び
前記真空チャンバを洗浄する工程。
【請求項１４】
前記混合領域はリモートプラズマ源である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記混合領域は前記真空チャンバ内にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記不活性ガスはアルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記F2 の前記流量を増加させる工程は、前記流量を5秒ごとに1 slpm以下の速度で上昇させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記F2 の前記第２流量は2〜200 slpmの範囲にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記不活性ガスフローは、F2 流量の4〜8倍に維持される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜20 slpmの範囲にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜10 slpmの範囲にある、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記不活性ガスの前記流量は2 slpm〜6 slpmの範囲にある、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
下記工程を含む真空チャンバ内で基板をエッチングする方法：
第１流量にて不活性ガスを混合領域に提供する工程；
前記不活性ガスを用いてプラズマを開始する工程；
第１流量にてF2 ガスを前記混合領域に提供して、混合プラズマを発生させる工程；
前記不活性ガスの流量を第２流量まで増加させる工程；
前記混合プラズマを前記真空チャンバに導入する工程；
前記混合プラズマを維持しながら、前記真空チャンバの圧力を増加させる工程；
不活性ガスの前記流量を前記F2の前記第２流量の3〜10倍の比率に維持しながら、前記F2 の前記流量を第２流量まで増加させる工程；及び
前記基板をエッチングする工程。
【請求項２４】
前記混合領域はリモートプラズマ源である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合領域は前記真空チャンバ内にある、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記不活性ガスは、アルゴン、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記F2 の前記流量を増加させる工程は、前記流量を5秒ごとに1 slpm以下の速度で上昇させることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記F2 の前記第２流量は2〜200 slpmの範囲にある、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記アルゴンフローは、F2 流量の4〜8倍に維持される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜20 slpmの範囲にある、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記不活性ガスの前記流量は1 slpm〜10 slpmの範囲にある、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記不活性ガスの前記流量は2 slpm〜6 slpm の範囲にある、請求項３１に記載の方法 。
【請求項３３】
下記を含む堆積真空チャンバを洗浄するシステム：
F2 ガス源；
不活性ガス源；
前記F2 ガス源及び前記不活性ガス源に連結されている混合チャンバであって、前記F2 ガス及び前記不活性ガスが反応してガス状混合物を形成する混合チャンバ；
前記混合チャンバに連結されていて、前記ガス状混合物を受け入れるように構成されている真空チャンバ。
【請求項３４】
さらに、前記不活性ガス源と前記混合チャンバとの間に連結されている不活性ガス入口配管であって、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されている不活性ガス入口配管を具備する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記不活性ガス入口配管は、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金及びこれらの組み合わせからなる群より選択される熱伝導性物質の充填床を含む、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜2インチ（5.08cm）の範囲にある直径を有する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜1インチ（2.54cm）の範囲にある直径を有する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記不活性ガス入口配管は3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
さらに前記不活性ガス入口配管と連通しているヒータであって、電気抵抗ヒータ群、輻射ヒータ群、ガス燃焼ヒータ群及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるタイプであるヒータを具備する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項４０】
さらに、前記F2 ガス源及び前記混合チャンバの間に連結されているF2 入口配管であって、サファイア、濃密酸化アルミニウム、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されたF2 入口配管を具備する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項４１】
前記 F2 入口配管は、1/4インチ（0.64cm）〜3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記F2 入口配管は1/4インチ（0.64cm）〜1/2インチ（1.27cm）の範囲の直径を有する、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
さらに、前記混合チャンバ及び前記真空チャンバの間に連結されている出口配管を具備する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項４４】
下記を含む真空チャンバ内で基板をエッチングするシステム：
F2 ガス源；
不活性ガス源；
前記F2 ガス源と前記不活性ガス源との間に連結されていて、前記F2 ガス及び前記不活性ガスが反応してガス状混合物を形成する混合チャンバ；及び
前記混合チャンバに連結されていて、前記ガス状混合物を受け入れるように構成されている真空チャンバ。
【請求項４５】
さらに、前記不活性ガス源と前記混合チャンバとの間に連結されている不活性ガス入口配管であって、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されている不活性ガス入口配管を具備する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記不活性ガス入口配管は、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金及びこれらの組み合わせからなる群より選択される熱伝導性物質の充填床を含む、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜2インチ（5.08cm）の範囲にある直径を有する、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４８】
前記不活性ガス入口配管は、1/2インチ（1.27cm）〜1インチ（2.54cm）の範囲にある直径を有する、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
前記不活性ガス入口配管は、3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項４７に記載のシステム。
【請求項５０】
さらに、前記不活性ガス入口配管と連通しているヒータであって、電気抵抗ヒータ群、輻射ヒータ群、ガス燃焼ヒータ群及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるタイプのヒーターを具備する、請求項４５に記載のシステム。
【請求項５１】
さらに、前記F2 ガス源と前記混合チャンバとの間に連結されているF2 入口配管であって、サファイア、濃密酸化アルミニウム、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）及びこれらの組み合わせからなる群より選択される物質から製造されたF2 入口配管を具備する、請求項４４に記載のシステム。
【請求項５２】
前記F2 入口配管は、1/4インチ（0.64cm）〜3/4インチ（1.91cm）の直径を有する、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記F2 入口配管は、1/4インチ（0.64cm）〜1/2インチ（1.27cm）の直径を有する、請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
さらに、前記混合チャンバと前記真空チャンバとの間に連結されている出口配管を具備する、請求項４４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルゴン希釈剤と一緒に高圧F2プラズマを用いる高速エッチングに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製品は、一般に、真空チャンバ内で半導体層を基板上に堆積又は選択的にエッチングするためにガスを用いる、バッチ処理工程により製造される。これら堆積及びエッチングプロセスからの化学副産物及び未使用の試薬のほとんどは、真空ポンプによってチャンバから排出される。しかし、いくらかの残渣は不可避的に、真空チャンバの内壁に沈着し、堆積する。装置の歩留まり及び品質を高めるために、残渣を定期的にチャンバから取り除かなければならない。通常、残渣は、フッ素含有洗浄ガスを含有するガス混合物を用いて取り除かれる。通常、洗浄ガスはアルゴン又はヘリウムで希釈されている。
【０００３】
真空蒸着チャンバ洗浄の公知の一方法は、NF3プラズマで作用するリモートプラズマ源（RPS）技術を利用することである。標準RPS装置及び方法は、図１に示す。図１において、NF3及び希釈剤ガス（図においてはAr）のフロー10は、RPS20（NF3流入ガスを効率的に解離させて原子状フッ素を製造するためにローフィールドトロイダルプラズマ技術（low-field-toroidal plasma technology）を用いるMKS Instruments AstronRシリーズなど）に入る。原子状フッ素30は、真空チャンバ40に移され、ここで、真空チャンバの内壁上の望ましくない残渣と化学的に反応して、揮発性化合物50を形成し、揮発性化合物50はポンプ60及び排気流70を含む真空系を介してチャンバから取り除かれる。
【０００４】
図１に示す装置を用いる場合、プラズマは最初に純アルゴンで点火され、次いで、NF3が1〜10slpmのフロー範囲で添加される。圧力は一定に維持され、洗浄は、NF3フローと種々のレベルのアルゴンとを含む一定フロー条件にて行われる。通常、アルゴン流量はNF3流量よりも少ない。
【０００５】
NF3を用いる一つの欠点は、典型的な10kw RPSシステム内で約20Torrよりも高い圧力ではNF3プラズマを点火することができないことである。文献では最大10Torrの圧力を用いることができることが示唆されているが、RPSシステムは、NF3を用いる商業的用途において、通常は5Torr未満で作用し、通常は0.5〜3Torrの範囲で作用する。したがって、上述の商業的運転に対するエッチング速度は、比較的低レベルに限定される（詳細は後述する）。
【０００６】
さらに、NF3は費用がかかる。したがって、特に、300mmウェハ処理又はフラットパネルディスプレイ製造用に用いられる大きな成膜システムは、NF3の多量の消費を必要とし、洗浄プロセスは、最終デバイスの費用の大きな割合を占めるであろう。
【０００７】
当該技術分野には、PECVDチャンバ洗浄分野での改良に対する必要性が残っている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、堆積チャンバ洗浄のプロセスにおいてF2を用いることを提供する。
本発明は、さらに、高圧下で且つ希釈ガスの存在下で、F2を用いて堆積チャンバを洗浄する方法を提供する。
【０００９】
本発明は、さらに、高圧下でF2を用いて、高いエッチング速度にて基板エッチング又はウェハ薄層化処置を行う方法を提供する。
本発明は、高圧条件下で運転する場合に特に有効な堆積チャンバ洗浄プロセスにおいてF2を用いる方法を提供する。電解発生装置（BOC Edwards Generation-Fシリーズなど）からのF2は、特に堆積チャンバ洗浄用途に用いる場合に、NF3に対する低コスト代替品である。本発明によれば、高圧下でF2を用いることによって、非常に高いエッチング速度が達成され得る。さらに、本発明は、多量のアルゴンで希釈されたF2を用いることによって、なお一層高いエッチング速度を達成することができることを開示する。本発明によるいくつかの試験の結果を下記Table 1及びTable 2に示す。
【００１０】
本発明によれば、F2は、典型的なRPSシステムにおいて、NF3よりももっと広いオペレーティングウィンドウ（operating window）を有することが開示される。例えば、MKS Astronex RPSは、8kW以下のパワードロー（power draw）規定限界を有する。この限界には、6slm及び17.5TorrでNF3を用いる場合に到達する。対比して、F2を用いると、この限界には18slm及び100Torrで運転する場合であっても到達しない。化学量論的に等しい流量、同様のシステム圧力を用いて、Ar希釈剤を用いないエッチング速度試験において、NF3又はF2を用いる場合にエッチング速度における統計学的に有意な差はなかった。このことは、下記Table 1にまとめた実験データに示されている。
【００１１】
【表１】
2005354048.tif 000003
【００１２】
本発明では、チャンバ圧力が上昇すると、F2及びNF3の両者に対するエッチング速度は早くなったが、F2に対するエッチング速度はNF3に対するエッチング速度よりも大幅に高かったことがわかった。特に、NF3を用いる場合には、約80 nm/secの最大エッチング速度が観察され、一方、最大約170 Torrの圧力でF2を用いることにより、250 nm/secよりも早いエッチング速度を達成することが可能である。
【００１３】
さらに、異なるアルゴン希釈度でF2を用いる効果を試験した。本発明によれば、アルゴン含量を増加させることにより、より早いエッチング速度が可能であることがわかった。下記Table 2は、実験結果のいくつかを含む。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
さらに、正確な手順に従う場合には、F2は170 Torrまでプラズマを維持できることを開示し、もっと高い圧力でさえも可能であり得ることは明らかである。本発明により規定されるようにF2を用いることにより増加した有効性は、干渉計での試験を行うことにより示された。ウェハから335nmの物質を除去するためにかかった時間の長さは、３種の異なる条件で測定した。最初に、NF3を2 slpmでアルゴン希釈剤を用いずに、約3 Torrで行う標準プロセスは、約11 nm/secのエッチング速度であった。次に、NF3を2 slpmで20 Torrの高められた圧力で6 slpmアルゴンのアルゴンフローで行うプロセスは、約78 nm/secのエッチング速度であった。最後に、本発明により達成することができたもっと早いエッチング速度は、F2を3 slpmで170 Torrで20 slpmのアルゴンフロー（例えば、アルゴン中約13% F2）でのプロセスを行うことで、約288 nm/secのエッチング速度を得られたことがわかった。
【００１６】
上記は、堆積洗浄操作中にF2を用いることで効率が増加したことを明らかに示すが、本発明は、さらに、高速エッチング速度で基板エッチング又はウェハ薄層化処置を行うために高圧下でF2を用いる方法を提供する。
【００１７】
エッチングチャンバへのF2の導入方法は、重要な検討事項である。特に、加熱されたチャンバへのF2の直接導入は、F2ガスの反応性ゆえに、チャンバ構成要素に損傷を引き起こしかねない。したがって、F2の導入前にチャンバを冷却することが必要である。これは処理時間を遅延させ、全体の製造コストを上昇させる。
【００１８】
これらの問題を解決する一つの方法は、下記工程を含むF2を熱的に活性化させるプロセスを行うことである。（a）F2ガスと予熱した不活性ガスとを反応させてガス状混合物を形成させる工程；及び（b）ガス状混合物をエッチングチャンバに通過させて所望のエッチングを行う工程。反応工程は、混合チャンバ内で行うことができ、ガス状混合物を創製し、次いで、さらに反応チャンバ内で、F2ガスと予熱された不活性ガスとの間の適切な接触を確実に行わせる。不活性ガスは、好ましくはアルゴンであるが、窒素、ヘリウム及びこれらの混合物などの他のガスでもよい。
【００１９】
上述のプロセスを行うシステムは、F2ガスと予熱された不活性ガスとの反応を行わせてガス状混合物を形成することができる混合チャンバと；F2ガスと加熱された不活性ガスとの間の適切な接触を確実にするため混合チャンバと気体連通する反応チャンバと、を具備し、このようなシステムはプロセスチャンバと気体連通している。
【００２０】
運転時に、予熱された不活性ガスは、典型的には、例えばニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせなどの微細分割された金属である熱伝導性物質の充填床を含む任意の不活性ガス供給配管を介して混合チャンバに供給される。特定のプロセスの汚染を考慮しない場合には、銅やアルミニウムの合金もまた用いることができる。不活性ガス供給配管は、不活性ガスを搬送することができる適宜の物質、例えば、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）、ステンレススチール及びこれらの組み合わせから製造することができる。不活性ガス供給配管は、約1/2インチ（1.27cm）〜約2インチ（5.08cm）の直径、好ましくは約1/2インチ（1.27cm）〜約1インチ（2.54cm）の直径、より好ましくは約3/4インチ（1.91cm）の直径を有するものでよい。不活性ガスの流量は、約1 slpm〜約20 slpmであり、好ましくは1 slpm〜約10 slpmであり、より好ましくは約2 slpm〜約6 slpmである。不活性ガス供給配管は、不活性ガスを所望の温度、典型的には約400℃〜約650℃の温度まで予熱するヒータで包囲されていてもよい。ヒータは、適宜のヒータ、例えば、電気抵抗ヒータ、輻射ヒータ、ガス燃料燃焼ヒータ及び任意のこれらの組み合わせでよい。
【００２１】
F2ガスはF2入口配管を通して混合チャンバに導入される。F2入口配管は、F2ガスを搬送することができる適宜の物質、例えば、サファイア、濃密酸化アルミニウム、ニッケル、ハステロイ（Hastelloy）及びこれらの組み合わせから製造することができる。F2入口配管は、約1/4インチ（0.64cm）〜約3/4インチ（1.91cm）の直径、好ましくは約1/4インチ（0.64cm）〜約1/2インチ（1.27cm）の直径を有する。F2ガスの流量は約1 slpm〜約20 slpmであり、好ましくは約2 slpm〜約6 slpmである。
【００２２】
加熱された不活性ガス及びF2ガスは、混合チャンバに流入して、ガス状混合物を形成する。この混合ガス流は、次いで、ニッケル、濃密酸化アルミニウム、サファイア、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム又はこれらの組み合わせなどのより高度に不活性である物質から構成される反応チャンバに流入する。好ましくは、反応チャンバは、フッ化アルミニウム不動態化層を形成する結晶酸化アルミニウム物質であるサファイアから構成される。F2の反応性ゆえに有害性を回避するべく、反応チャンバを構成するために不活性物質を用いることは重要である。一実施形態において、サファイア内部配管はニッケル外部配管にシールされており、F2ガスによる損傷のリスクなしにViton又はKlarezシールなどの通常のエラストマーシールを用いることが可能である。反応チャンバは、F2ガスと加熱された不活性ガスとの間の適切な接触を確実にするような寸法とされており、例えば、反応チャンバは約1/2インチ（1.27cm）〜約1と1/2インチ（3.81cm）の直径を有し、好ましくは約1/2インチ（1.27cm）〜約1インチ（2.54cm）の直径を有する。
【００２３】
F2と高温不活性ガスとの混合物は、次いで、洗浄剤又はエッチング剤として用いるために、プロセスチャンバへの出口配管を通して搬送される。出口配管は、熱的に活性化されたF2ガスとの反応を避けるために不活性物質から構成されるべきである。出口配管として適切な不活性物質としては、反応チャンバを構成するために用いられる物質と同じ物質を挙げることができ、好ましくは内部がサファイアであるニッケル管である。
【００２４】
図２は、堆積チャンバのリモートプラズマ洗浄のためのフロースキーム及び手順を示す。このような洗浄は、SiO2、窒化ケイ素、タングステン、窒化タングステン、ケイ化タングステン、ポリシリコンなどに対する実施の間に行うことができる。同様に、図３は、堆積チャンバのその場（in-situ）プラズマ洗浄のためのフロースキーム及び手順を示す。図４は、高圧でアルゴンを用いる高希釈条件下でF2を用いることにより利益を享受する高速ウェハエッチング用のフロースキーム及び手順を示す。
【００２５】
より詳細には、図２に示したシステムは、アルゴン源201、F2源202及び真空ポンプ205、バルブ206及び圧力トランスデューサー207を用いて制御されるプロセスチャンバ204に接続されているRPS203を含む。本発明により図２に示したシステムを運転する一つの方法は、以下のとおりである：
最初に、RPS203をトランスデューサー207で約0.5〜3 Torrに設定し、真空ポンプ205でバルブ206を制御して、アルゴン源201からのアルゴンフローを1〜2 slpmとする。
【００２６】
次いで、純アルゴンを用いてRPS203によりプラズマを開始させる。
次いで、F2源202からF2を導入して、流量ゼロから５秒間で1 slpmの増加以下の流量までゆっくりと増加させる（すなわち、2 slpmまでの増加のために少なくとも１０秒間を要するべきである）。これは、フッ素を添加しながらプラズマを発光状態にとどめることを補助する。
【００２７】
次いで、アルゴン流量を10〜20 slpmまで増加させるか、又は特定のプロセスに対する最終的なF2 フローの3〜10倍の間まで増加させる。
アルゴンフローの上昇中又は後に、トランスデューサー207を用いて真空ポンプ205のバルブ206を制御することによって、プラズマを維持しながら、プロセスチャンバ204の圧力を30〜300 Torrの間まで増加させる。
【００２８】
F2 フローをプロセスチャンバ204の寸法に基づいて全流量まで増加させる（例えば2〜200 slpm）。
アルゴンフローをF2 流量の3〜10倍に維持する。
【００２９】
上述の手順を用いて、プロセスチャンバ204は表面堆積物の汚れを落とすであろう。サイクルの最後に、F2 フローは止められ、次いでRPS 203のプラズマ電流が止められ、最後にアルゴンフローが止められる。製造プロセスは続けられる。
【００３０】
図３は、図２に示したよりも非常に小さなシステムを表す。しかし、図２はリモートプラズマ源を用いるシステムを図示し、図３はその場（in-situ）洗浄用のシステムを図示する。特に、図３のシステムは、電極310及び320を有するプロセスチャンバ304に連結されているアルゴン源301及びF2 源を含み、プロセスチャンバは真空ポンプ305、バルブ306及び圧力トランスデューサー307を用いて制御されている。図３に示すシステムの本発明による運転方法の一つは、以下のとおりである：
最初に、アルゴン源301からのアルゴンフローを1〜2 slpmとして、真空ポンプ305のバルブ306を制御するトランスデューサー307で、プロセスチャンバ304を約0.5〜3 Torrに設定する。
【００３１】
次いで、純アルゴンを用いて電極310及び320によりプラズマを開始させる。
次いで、F2 源302からのF2 を導入して、ゆっくりとフローがない状態から5秒ごとに1 slpm増加以下の速度で増加させる。（すなわち、2 slpmまでの上昇は少なくとも10秒でなされるべきである）。これは、フッ素を添加しながらプラズマを発光状態にしておくことを補助する。
【００３２】
次いで、アルゴン流量を10〜20 slpmまで増加させるか、又は特定のプロセスに対する最終的なF2 フローの3〜10倍まで増加させる。
アルゴンフローの上昇中又は後で、トランスデューサー307を用いて真空ポンプ305のバルブ306を制御することによって、プラズマを維持しながら、プロセスチャンバ304の圧力を30〜300 Torrまで増加させる。
【００３３】
F2 フローをプロセスチャンバ304の寸法に基づいて全流量まで増加させる（例えば2〜200 slpm）。
アルゴンフローをF2 流量の3〜10倍に維持する。
【００３４】
上述の手順を用いることにより、プロセスチャンバ304は表面堆積物の汚れを落とすであろう。サイクルの最後に、F2 フローを止めて、次いで電極310及び320のプラズマ電流を止めて、最後にアルゴンフローを止める。製造プロセスは続けることができる。
【００３５】
図４は、高速ウェハエッチングを実施するためのシステムを示す。より詳細には、図４に示すシステムは、アルゴン源401、F2 源402、及び真空ポンプ405、バルブ406及び圧力トランスデューサー407を用いて制御されるプロセスチャンバ404に連結されているRPS403を含む。図４に示すシステムの本発明による運転方法の一つは、以下のとおりである：
最初に、アルゴン源401からのアルゴンフローを1〜2 slpmとして、真空ポンプ405のバルブ406を制御するトランスデューサー407でRPS403を約0.5〜3 Torrに設定する。
【００３６】
次いで、純アルゴンを用いてRPS403によりプラズマを開始する。
次いで、F2 源402からのF2を導入し、フローのない状態から5秒ごとに1 slpm増加以下の速度でゆっくりと上昇させる（すなわち、2 slpmまでの上昇は少なくとも10秒かかる）。これは、フッ素を添加しながら、プラズマを発光状態にしておくことを補助する。
【００３７】
次いで、アルゴン流量を10〜20 slpmまで増加させるか、又は特定のプロセスに対する最終的なF2 フローの3〜10倍まで増加させる。
アルゴンフローの上昇中又は後に、トランスデューサー407を用いて真空ポンプ405のバルブ406を制御することにより、プラズマを維持しながら、プロセスチャンバ404の圧力を30〜300 Torrまで増加させる。
【００３８】
F2 フローをプロセスチャンバ 404の寸法に基づいて全流量まで増加させる（例えば2〜200 slpm）。
アルゴンフローをF2 流量の3〜10倍に維持する。
【００３９】
上述の手順を用いることにより、プロセスチャンバ404内で温度制御されたヒーター／クーラー420上に支持されているシリコンウェハ410は、所望の厚さに達するまでもしくは層除去が達成されるまでエッチングされるであろう。サイクルの最後に、F2 フローを止めて、次にRPS 403上のプラズマ電流を止めて、最後にアルゴンフローを止める。製造プロセスは続けることができる。
【００４０】
本発明は、種々のプロセスにいくつかの利点を与え、種々の設備で実施することができる。本発明の一つの利点は、現存するハードウェア（設備）を上述の手順において使用することができるが、より高速の洗浄又はエッチング速度で用いることができることである。これは、堆積チャンバ洗浄のために、製造サイクルの非製造部分である洗浄時間を大幅に短縮することができ、したがって、装置全体のスループット（生産量）を増加させることができることを意味する。同様に、ウェハエッチングプロセスにとって、本発明により達成された高速のエッチング速度は、単位時間当たりに処理することができるウェハの数を増やし、したがって、処理及び設備の全体の費用を削減する。
［実験データ］
［実験1］−RPS運転限界
ニッケルで充填されているNW 100スプールピースに底部が連結されているNW40 ４方向管継手（クロス）、真空制御バルブ、NW100フレキシブルスプールピース及びBOCE Edwards QDP 80/500ドライポンプからなる真空系を組み立てた。４方向クロスの左側入口に連結されているのは、MKS Astronex リモートプラズマ源の出口であった。Astronexの入口側には、MFC制御されたAr及びNF3 又はF2源のいずれかがあった。４方向クロスの頂部に組み込まれているのは、圧力トランスデューサーであり、左手側に表示域（viewpoint）がある。
【００４１】
Arの制御されたフローが確立され、プラズマが点火した。源ガス（NF3 又はF2）の設定流量が確立され、Arフローを断続させた。システム内の圧力を真空制御バルブで、ベース（基準）からある最大値まで設定した。規則的な間隔及び計画された圧力にて、RPSから取り出された電力（kW）をFluke Model 41B 電力分析器で測定し記録した。圧力がRPS（10 kw）の最大電力を超過したとき、プラズマを消滅させた。このプロセスを数種の流量で繰り返して、データを集めた。
【００４２】
F2用のRPSオペレーティングウィンドウ（operating window）（圧力、フロー）は、NF3用のRPSオペレーティングウィンドウよりも非常に大きいことがわかった。F2 についてでは18 slm及び100 Torrまで、8 kWのRPSパワードロー限界（power draw limit）は破られなかった。一方、NF3 を用いると6 slm及び17.5 Torrでこの限界に達した。F2 についてのこのデータは、現行のチャンバ洗浄の実際よりもより高い圧力及びフロー条件を表すが、さらに後述するように、これらの洗浄及びエッチング速度に与える影響について広いパラメータを調べた。
［実験2］−エッチング速度比較
４方向クロスを６方向クロスに置き換えた以外は実験１に記載した装置を用いた。取り外し可能な水冷ウェハ把持具を１個のポートに組み込んだ。把持具は、2μmのSiO2で被覆されたウェハの小サンプルを保持するように設計されたものであった。反対側のポートには表示域（viewpoint）を組み入れた。簡易レーザー干渉計をこのポートを通して向けてエッチング速度を計測した。フロー及び圧力を以下に概略を説明するように操作して、エッチング速度を以下の態様で測定し記録した。波長670 nmのレーザーはSiO2 層に衝突し、層の頂部及び底部から反射した。反射した光の相によって、２個のビームが互いに強め合うか打ち消し合うであろう。エッチングプロセスは SiO2 層をより薄くするので、検出器からの信号はピークと谷を通って進むであろう。ピーク間又は谷間の時間を計測することで、エッチング速度（nm/s）を得る。各波長は、335 nm以下の厚みの変化を表す。この実験の結果は上記Table 1に示されている。
【００４３】
上記したように、この実験は、化学量論的に等しい流量、同様なシステム圧力を用いてAr希釈剤を用いなかった場合に、NF3 又はF2 を用いた場合のエッチング速度に統計学的に有意な差がないことを示す。
［実験3］−最適化
最適化の間、エッチング速度を各項目において比較した。100%に対応するエッチング速度をすべての実験で観察された最も遅いエッチング速度として設定した。これは、圧力を5.5Torrに設定し、Ar / NF3 比を3に設定した場合のNF3 に対する標準運転#2に対応する。最適化実験の結果をTables 3、4及び5に示す。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
【表４】
2005354048.tif 000006
【００４６】
【表５】
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【００４７】
NF3 に対する２種の結果は、Table 5に示した。なぜならNF3 についての最適な結果はRPSがその規定限界以下で運転するポイントにて得られたからである。最適化中、統計学的DOEプロセスは以下のとおりであった。一定の化学量論的に等しい流量にて、システム圧力及びAr希釈剤の比率をTableに示すよう操作した。F2 用の広いオペレーティングウィンドウを利用して、NF3について用いられる最適化変数の限界（limits of the optimization variables）を超えて、F2 について、最適化変数の限界を拡大させた。Table 4に示されているように、最適エッチング速度は、NF3 及びF2 の両者とも、比較的高圧で高いAr希釈剤比のときに見られる。しかし、F2に対する最適エッチング速度は、NF3に対する最適エッチング速度よりも少なくとも46%高い。 RPSの規定限界にて、F2 の最適エッチング速度は、NF3の最適エッチング速度よりも少なくとも78%高かった。
【００４８】
上記実験は、範囲が比較的狭いものであった。上述した他の実験において、170 Torr以下の圧力がF2について可能であることが示された。300 Torr以下又は以上に高い圧力であっても可能であろうし、エッチング速度をさらに増加させることができると思われる。上記したように、アルゴンとF2 との比は3：1〜10：1の範囲であってもよい。より好ましくは、4：1〜8：1 のAr：F2 比を本発明に従って用いることができる。より高い比率もまた可能であり、有用であろう。本発明にとって最も好ましいパラメータは、20 Torrを超える圧力及び4：1を超えるAr：F2 比であると現在のところ考えられる。
【００４９】
本発明は、堆積チャンバ洗浄の目的に対する高圧下でArなどのガスによる高い希釈率におけるF2の使用を提供する。さらに、本発明により達成され得る非常に高いエッチング速度は、表面エッチング操作に用いることができる。
【００５０】
本明細書の記載及び実施例から、本発明の他の実施形態及び変形例は、当業者に容易に理解できることであるし、このような実施形態及び変形例も同様に本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、従来技術において知られているRFP洗浄プロセス及び装置の概略代表図である。
【図２】図２は、本発明による堆積チャンバのリモートプラズマ洗浄についてのスキーム及び手順を概略示すフロー図である。
【図３】図３は、本発明による堆積チャンバのその場（in-situ）プラズマ洗浄のスキーム及び手順を示すフロー図である。
【図４】図４は、本発明による高速ウェハエッチングのスキーム及び手順を示すフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年7月22日(2005.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005354048.tif 000015
【外国語明細書】
2005354048000001.pdf