(57)【要約】【課題】  生産性の高い薄膜蒸着方法を提供する。【解決手段】  ウェーハブロック２０上でウェーハＷ上に薄膜を蒸着後、ウェーハをウェーハブロック２０からアンローディングし、チャンバ１０の内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階Ｓ４を行う。ドライクリーニング段階では、ウェーハブロック２０上にダミーウェーハを配置し、チャンバ１０に不活性ガスおよびクリーニングガスを流入させつつチャンバ１０にＲＦエネルギーを印加してチャンバ１０の内面に堆積された薄膜を除去し、クリーニングガスとは異なるガスをチャンバ１０の内部に流しつつＲＦエネルギーを印加してそのガスを活性化させてチャンバ１０の内面からクリーニングガス元素成分を除去し、そして、ダミーウェーハをウェーハブロック２０からアンローディングする。【選択図】  図１
2005026687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバの内部に配置されてローディングされたウェーハを所定温度に加熱するウェーハブロックと、前記ウェーハにそれぞれ反応ガスを供給するシャワーヘッドを持つ反応容器と、前記反応容器にＲＦエネルギーを印加するＲＦエネルギー供給部とを含む薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法であって、
前記ウェーハブロック上にウェーハをローディングするウェーハローディング段階と、
前記ウェーハローディング後に前記ウェーハ上に薄膜を蒸着する薄膜蒸着段階と、
前記薄膜が蒸着されたウェーハをウェーハブロックからアンローディングするウェーハアンローディング段階と、
前記ウェーハアンローディング後にチャンバの内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階と、
前記ドライクリーニング段階以後に、チャンバの内部を薄膜蒸着に適した環境に整えるためのチャンバシーズニング段階と、を含み、
前記ドライクリーニング段階は、
ウェーハアンローディング後に前記ウェーハブロック上にダミーウェーハをローディングするダミーウェーハローディング段階と、
前記チャンバの内面に不活性ガスおよびクリーニングガスを流入させつつ前記チャンバにＲＦエネルギーを印加して前記チャンバの内面に堆積された薄膜をドライクリーニングして除去するメインドライクリーニング段階と、
前記ドライクリーニング段階以後に前記チャンバへのクリーニングガスの流入を遮断した状態でＨ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２よりなる群から選択された少なくとも一つ以上のガスを前記チャンバの内部に流しつつＲＦエネルギーを印加して選択されたガスを活性化させることによって前記チャンバの内面に存在するクリーニングガス元素成分を除去するサブドライクリーニング段階と、
前記サブドライクリーニング段階以後に前記ダミーウェーハをウェーハブロックからアンローディングするダミーウェーハアンローディング段階と、を含むことを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項２】
前記ドライクリーニング段階は、前記ダミーウェーハローディング段階からダミーウェーハアンローディング段階までの順次的な段階を行った後、新しいダミーウェーハを利用して前記順次的な段階を少なくとも１回以上行う反復段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項３】
前記ウェーハ上に蒸着される薄膜はＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＡｌＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項４】
前記メインドライクリーニング段階において、前記クリーニングガスはＢＣｌ３または希釈ガスと混合されたＢＣｌ３ガスであり、前記希釈ガスは不活性ガスを単独であるいは混合して使用することを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項５】
前記シャワーヘッドに印加されるＲＦエネルギーは０．２ＫＷ以上５ＫＷ以下であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項６】
前記サブドライクリーニング段階において、流入されるクリーニングガスはＡｒを排除した混合ガスであるか、Ａｒを含める場合は流入される混合ガスは（Ｘ＋Ａｒ）であり、ここでＸがＨまたはＮ元素を含む単一ないしは混合ガスである時、Ｘ／Ａｒの値が少なくとも１以上になるように流量比を設定することを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項７】
前記サブドライクリーニング段階において、前記シャワーヘッドに印加されるＲＦエネルギーは０．１ＫＷ以上４ＫＷ以下であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項８】
前記チャンバシーズニング段階は、前記チャンバの内部を不活性ガスでパージするチャンバパージ段階と、クリーニング副産物としてチャンバの内面に残っているパーチクルをそのチャンバの内面に固着させるプリコーティング段階と、ダミーウェーハを利用して薄膜を蒸着するサブ薄膜蒸着段階と、よりなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項９】
チャンバの内部に配置されてローディングされたウェーハを所定温度に加熱するウェーハブロックと、前記ウェーハに反応ガスを供給するシャワーヘッドを持つ反応容器と、前記反応容器にＲＦエネルギーを印加するＲＦエネルギー供給部とを含む薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法であって、
前記ウェーハブロック上にウェーハをローディングするウェーハローディング段階と、
前記ウェーハローディング後に前記ウェーハ上に薄膜を蒸着する薄膜蒸着段階と、
前記薄膜が蒸着されたウェーハを前記ウェーハブロックからアンローディングするウェーハアンローディング段階と、
前記ウェーハアンローディング段階以後、前記ウェーハブロックの温度を薄膜蒸着時より低い任意の温度に下降させる降温段階と、
前記降温段階以後に前記チャンバの内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階と、
前記ドライクリーニング段階以後に前記チャンバの内部を不活性ガスでパージしつつ前記ウェーハブロックの温度を薄膜蒸着時の温度に上昇させる昇温チャンバパージ段階と、
前記昇温チャンバパージ段階以後に、チャンバの内部を薄膜蒸着に適した環境に整えるためのチャンバシーズニング段階と、を含み、
前記ドライクリーニング段階は、
ウェーハアンローディング後に前記ウェーハブロック上にダミーウェーハをローディングするダミーウェーハローディング段階と、
前記チャンバの内部に不活性ガスおよびクリーニングガスを流入させつつ前記チャンバにＲＦエネルギーを印加して前記チャンバの内面に堆積された薄膜をドライクリーニングして除去するメインドライクリーニング段階と、
前記メインドライクリーニング段階以後に前記チャンバへのクリーニングガスの流入を遮断した状態でＨ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２よりなる群から選択された少なくとも一つ以上のガスを前記チャンバの内部に流しながらＲＦエネルギーを印加して選択されたガスを活性化させることによって前記チャンバの内面に存在するクリーニングガス元素成分を除去するサブドライクリーニング段階と、
前記サブドライクリーニング段階以後に前記ダミーウェーハをウェーハブロックからアンローディングするダミーウェーハアンローディング段階と、を含むことを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項１０】
前記ドライクリーニング段階は、前記ダミーウェーハローディング段階からダミーウェーハアンローディング段階までの順次的な段階を行った後、新しいダミーウェーハを利用して前記順次的な段階を少なくとも１回以上行う反復段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１１】
前記ウェーハ上に蒸着される薄膜はＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＡｌＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１２】
前記メインドライクリーニング段階において、前記クリーニングガスはＢＣｌ３または希釈ガスと混合されたＢＣｌ３ガスであり、前記希釈ガスは不活性ガスを単独であるいは混合して使用することを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１３】
前記シャワーヘッドに印加されるＲＦエネルギーは０．２ＫＷ以上５ＫＷ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１４】
前記サブドライクリーニング段階において、流入されるクリーニングガスはＡｒを排除した混合ガスであるか、Ａｒを含める場合は流入される混合ガスは（Ｘ＋Ａｒ）であり、ここでＸがＨまたはＮ元素を含む単一ないしは混合ガスである時、Ｘ／Ａｒの値が少なくとも１以上になるように流量比を設定することを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１５】
前記サブドライクリーニング段階において、前記シャワーヘッドに印加されるＲＦエネルギーは０．１ＫＷ以上４ＫＷ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１６】
前記チャンバシーズニング段階は、前記チャンバの内部を不活性ガスでパージするチャンバパージ段階と、クリーニング副産物としてチャンバの内面に残っているパーチクルをそのチャンバの内面に固着させるプリコーティング段階と、ダミーウェーハを利用して薄膜を蒸着するサブ薄膜蒸着段階と、よりなることを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜蒸着方法に関し、詳しくは、反応容器内部をドライクリーニングする工程を含む薄膜蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近半導体業界には、半導体チップの生産性を向上させるために、ウェーハの大径化、回路線間幅の超微細化、競争、ウェーハに蒸着される薄膜の優秀性が要求されており、さらに、薄膜蒸着装置が占める面積であるフットプリントの低減、薄膜蒸着装置の値段の低減、設備稼動率の向上、維持コストの低減そして時間当りウェーハ処理枚数の向上などが総合的に検討されている。これらの側面を総合して簡単に示す指標の一つがＣｏＯ（Ｃｏｓｔ  ｏｆ  Ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）である。ＣｏＯを低めることは生産性を向上させるのに非常に重要である。
【０００３】
ＣｏＯを低めるための重要な技術のうち一つがドライクリーニング技術である。ドライクリーニングとは、反応容器を開かずにその反応容器内部に堆積された薄膜を除去する技術であり、ドライクリーニングの効果的な遂行如何がＣｏＯを低めるための重要な指標となる。したがって、半導体業界ではさらに効果的なドライクリーニングを行うための研究が進められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前記のような趨勢を反映するために案出されたものであって、ＣｏＯを低めることができ、通常的なクリーニング方法では完璧に除去できなかったアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＡｌＨｆＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５薄膜などを効果的に除去できるドライクリーニング方法を含む薄膜蒸着方法を提供することである。
【０００５】
本発明のまた他の目的は、ドライクリーニング以後に蒸着されるランウェーハの薄膜がクリーニングガスを形成する元素成分によって汚染しないように、ドライクリーニング以後にクリーニングガスを形成する元素成分をチャンバ表面から除去するドライクリーニング方法を含む薄膜蒸着方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記のような目的を達成するために、本発明の一態様は、チャンバの内部に配置されてローディングされたウェーハを所定温度に加熱するウェーハブロックと、前記ウェーハに反応ガスを供給するシャワーヘッドを持つ反応容器と、前記反応容器にＲＦエネルギーを印加するＲＦエネルギー供給部とを含む薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法において、前記ウェーハブロック上にウェーハをローディングするウェーハローディング段階（Ｓ１）と、前記ウェーハローディング後に前記ウェーハ上に薄膜を蒸着する薄膜蒸着段階（Ｓ２）と、前記薄膜が蒸着されたウェーハをウェーハブロックからアンローディングするウェーハアンローディング段階（Ｓ３）と、前記ウェーハアンローディング後にチャンバの内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階（Ｓ４）と、前記ドライクリーニング段階（Ｓ４）以後に、チャンバの内部を薄膜蒸着に適した環境に整えるためのチャンバシーズニング段階（Ｓ５）と、を含み、前記ドライクリーニング段階（Ｓ４）は、ウェーハアンローディング後に前記ウェーハブロック上にダミーウェーハをローディングするダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）と、前記チャンバの内面に不活性ガスおよびクリーニングガスを流入させつつ前記チャンバにＲＦエネルギーを印加して前記チャンバの内面に堆積された薄膜をドライクリーニングして除去するメインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）と、前記ドライクリーニング段階（Ｓ４−２）以後に前記チャンバへのクリーニングガスの流入を遮断した状態でＨ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２よりなる群から選択された少なくとも一つ以上のガスを前記チャンバの内部に流しつつＲＦエネルギーを印加して選択されたガスを活性化させることによって前記チャンバの内面に存在するクリーニングガス元素成分を除去するサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）と、前記サブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）以後に前記ダミーウェーハをウェーハブロックからアンローディングするダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記のような目的を達成するために、本発明の別の態様は、チャンバの内部に配置されてローディングされたウェーハを所定温度に加熱するウェーハブロックと、前記ウェーハに反応ガスを供給するシャワーヘッドを持つ反応容器と、前記反応容器にＲＦエネルギーを印加するＲＦエネルギー供給部とを含む薄膜蒸着装置を利用する薄膜蒸着方法において、前記ウェーハブロック上にウェーハをローディングするウェーハローディング段階（Ｓ１）と、前記ウェーハローディング後に前記ウェーハ上に薄膜を蒸着する薄膜蒸着段階（Ｓ２）と、前記薄膜が蒸着されたウェーハを前記ウェーハブロックからアンローディングするウェーハアンローディング段階（Ｓ３）と、前記ウェーハアンローディング段階（Ｓ３）以後、前記ウェーハブロックの温度を薄膜蒸着時より低い任意の温度に下降させる降温段階（Ｓ３．５）と、前記降温段階（Ｓ３．５）以後に前記チャンバの内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階（Ｓ４）と、前記ドライクリーニング段階（Ｓ４）以後に前記チャンバの内部を不活性ガスでパージしつつ前記ウェーハブロックの温度を薄膜蒸着時の温度に上昇させる昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）と、前記昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）以後に、チャンバの内部を薄膜蒸着に適した環境に整えるためのチャンバシーズニング段階（Ｓ５）と、を含み、前記ドライクリーニング段階（Ｓ４）は、ウェーハアンローディング後に前記ウェーハブロック上にダミーウェーハをローディングするダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）と、前記チャンバの内部に不活性ガスおよびクリーニングガスを流入させつつ前記チャンバにＲＦエネルギーを印加して前記チャンバの内面に堆積された薄膜をドライクリーニングして除去するメインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）と、前記メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）以後に前記チャンバへのクリーニングガスの流入を遮断させた状態でＨ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２よりなる群から選択された少なくとも一つ以上のガスを前記チャンバの内部に流しながらＲＦエネルギーを印加して選択されたガスを活性化させることによって前記チャンバの内面に存在するクリーニングガス元素成分を除去するサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）と、前記サブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）以後に前記ダミーウェーハをウェーハブロックからアンローディングするダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による薄膜蒸着方法によれば、ドライクリーニング以後に蒸着されるランウェーハの薄膜がクリーニングガスを形成する元素成分によって汚染することを最小化させてランの収率や特性の低下を防止できる。
【０００９】
さらに本発明によれば、ＣｏＯを低めることができ、かつ従来のクリーニング方法では完璧に除去できなかったＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＡｌＨｆＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５薄膜などを反応容器を開かずにクリーニングして除去できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による薄膜蒸着方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による薄膜蒸着方法を行う薄膜蒸着装置の概略的構成図であり、図２は図１の薄膜蒸着装置の詳細構成図である。
【００１１】
図示されたように、薄膜蒸着装置は、チャンバ１０の内部に配置されてローディングされたウェーハＷを所定温度に加熱するウェーハブロック２０と、チャンバ１０を覆って密封するトップリッド３０と、トップリッド３０の下部にそのトップリッド３０と絶縁されるように結合されたものであって、ウェーハＷ上に第１反応ガスおよび第２反応ガスをそれぞれ噴射するシャワーヘッド４０とを含む反応容器１００を持つ。シャワーヘッドの底面にはウェーハＷと平行した噴射面が形成されており、その噴射面には前記第１反応ガスおよび第２反応ガスをそれぞれ噴射するための多数個の第１、２噴射ホール２１、２２が相互に連通しないように形成されている。シャワーヘッド４０は絶縁部材４５によってトップリッド３０から絶縁されており、ウェーハブロック２０も絶縁部材２５によってチャンバ１０から絶縁されている。ウェーハブロック２０は接地されたセラミックヒーターまたはメタルヒーターでありうる。反応容器中のシャワーヘッド４０にはＲＦエネルギーを印加するＲＦエネルギー供給部５０が連結されている。
【００１２】
トップリッド３０にはウェーハブロック２０の外周側、すなわち反応容器１００の内側壁に第３連結ラインＰ３を通じて流入される不活性ガスを噴射して不活性ガスカーテンを形成する多数のガスカーテンホール３３が形成されている。このガスカーテンホール３３からはドライクリーニング時、クリーニングガスが噴射されることもある。本実施例で、ガスカーテンホール３３がトップリッド３０に形成されたが、これは一実施例に過ぎず、シャワーヘッド４０の側部に形成されることもある。
【００１３】
シャワーヘッド４０の底部には第１連結ラインＰ１および第２連結ラインＰ２を通じて交互に流入される第１、２反応ガスをウェーハブロック２０の上部に噴射する多数個の第１、２噴射ホール２１、２２が形成されている。第１、２噴射ホール２１、２２はシャワーヘッド４０の内部で互いに連通しないようになっている。
【００１４】
このような薄膜蒸着装置を利用した薄膜蒸着方法の第１実施例を説明する。
本願は、本出願人が出願した大韓民国特許出願第２００３−００１５７１８号の改良である。すなわち、本願は、ドライクリーニングを通じてシャワーヘッド下部面およびウェーハブロック上部面に堆積された薄膜を完全に除去したとしても、ドライクリーニングガスに含まれている元素成分がチャンバ表面に侵入してから次のランウェーハに侵入して素子の特性に異常を与える可能性を排除するための技術である。そして、通常のクリーニング方法では完璧に除去できなかったＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＡｌＨｆＯ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５薄膜などを効果的に除去できる技術である。これを詳細に説明する。
【００１５】
図３は図１の薄膜蒸着装置を利用して行う薄膜蒸着方法の第１実施例を示すフローチャートである。
図示されたように、本願の薄膜蒸着方法の第１実施例は、ウェーハブロック２０上にウェーハＷをローディングするウェーハローディング段階（Ｓ１）と、ウェーハローディング後にウェーハＷ上に薄膜、厳密にはＡＬＤ薄膜を蒸着する薄膜蒸着段階（Ｓ２）と、薄膜が蒸着されたウェーハＷをウェーハブロック２０からアンローディングして外部に移送させるウェーハアンローディング段階（Ｓ３）と、ウェーハアンローディング後にチャンバ１０の内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階（Ｓ４）と、ドライクリーニング段階（Ｓ４）以後に、チャンバの内部を本格的な薄膜蒸着に適した環境に整えるためのチャンバシーズニング段階（Ｓ５）とを含む。
【００１６】
この時、ドライクリーニング段階（Ｓ４）は、ウェーハアンローディング後にウェーハブロック２０上にダミーウェーハをローディングするダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）と、チャンバ１０の内面に堆積された薄膜をドライクリーニングして除去するメインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）と、メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）以後にチャンバ１０の内面に存在するクリーニングガスの元素成分を除去するサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）と、サブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）以後にダミーウェーハをウェーハブロック２０からアンローディングして外部に移送させるダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）と、ダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）からダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）までの順次的な段階を新しいダミーウェーハを利用して少なくとも１回以上行う反復段階（Ｓ４−５）とより構成される。
【００１７】
ウェーハローディング段階（Ｓ１）、薄膜蒸着段階（Ｓ２）、ウェーハアンローディング段階（Ｓ３）はウェーハＷ上に薄膜を蒸着する段階であって、特に薄膜蒸着段階（Ｓ２）で第１、２噴射ホール２１、２２を通じて第１反応ガスおよび第２反応ガスがウェーハブロック２０上のウェーハＷに交互に噴射されてウェーハＷ上にＡＬＤ薄膜が蒸着される。以後、薄膜が蒸着された最終ウェーハは本格的なドライクリーニング段階が行われる直前にウェーハブロック２０からアンローディングされて反応容器１００の外部に運び出される。
【００１８】
薄膜蒸着の実行期間中に、トップリッド３０またはシャワーヘッド４０の側部に形成されたガスカーテンホール３３を通じて反応容器１００の内側壁に不活性ガスを噴射してガスカーテンを形成することが望ましい。これは第１、２反応ガスが反応容器１００の内側壁に接触されることを減らすことによってその反応容器１００の内側壁への薄膜蒸着を最小化させる。
【００１９】
前記段階を通じてウェーハＷ上にＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＡｌＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５などのような単一酸化膜または複合酸化膜が形成される。
前記一連の段階以後に、チャンバ１０の内部をクリーニングするためのドライクリーニング段階（Ｓ４）を行う。ドライクリーニング段階のうちダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）は本格的なクリーニングをするための予備段階であって、この段階ではウェーハブロック２０上にダミーウェーハをローディングさせる。
【００２０】
ドライクリーニングは、反応容器１００内にプラズマを形成する場合、そのプラズマによって活性化されたクリーニングガスがチャンバ１０の内部に衝突することによって行われる。しかし、この過程でクリーニングガスによってウェーハブロック２０の表面が損傷する恐れがあり、さらにシャワーヘッド４０から分離された薄膜パーチクルがウェーハブロック２０の表面に再蒸着される恐れもある。
【００２１】
ダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）は、前記ドライクリーニング途中のウェーハブロック２０の損傷を最小化し、かつクリーニングされた薄膜がウェーハブロック表面上に再蒸着されることを防止する段階である。
【００２２】
メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）は、チャンバ１０の内部に不活性ガスおよびクリーニングガスを流入させ、そのチャンバ１０の内部、厳密にはシャワーヘッド４０にＲＦエネルギーを印加してプラズマを形成することによって、プラズマによって活性化されたクリーニングガスを利用してチャンバ１０の内面に堆積された薄膜を除去する段階である。活性化されたクリーニングガス粒子はチャンバ１０の内面に衝突しつつシャワーヘッド４０やウェーハブロック２０上に堆積された薄膜を分離させる。この時に使われるＲＦエネルギーは一例として１３．５６ＭＨｚの電源を使用し、ＲＦエネルギーは０．２ＫＷ以上５ＫＷ以下であることが望ましい。本実施例ではＡｌ２Ｏ３膜をクリーニングするために１．５ＫＷを使用する。
【００２３】
一方、チャンバ内部にＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＡｌＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５薄膜が堆積される場合には一般的な熱的ドライクリーニング方法では容易にクリーニングされない。このような薄膜をクリーニングするために、本実施例でクリーニングガスとしてＢＣｌ３ガスまたは希釈ガスと混合されたＢＣｌ３ガスを使用する。この時の希釈ガスはＡｒ、ＨｅまたはＮ２のような不活性ガスを単独であるいは混合して使用する。
【００２４】
サブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）は、メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）以後にチャンバ１０への、メインドライクリーニング段階で使われたクリーニングガスの流入を排除した状態で、Ｈ２、ＮＨ３、Ａｒ、Ｎ２よりなる群から選択された少なくとも一つ以上のガスをチャンバ１０の内部に流してＲＦエネルギーを印加してプラズマを形成する段階である。形成されたプラズマは選択されたガスを活性化させ、その活性化されたガスはチャンバ１０の内面（シャワーヘッドおよびウェーハブロックなど）に存在するクリーニングガス元素成分をクリーニングする。
【００２５】
かかるサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）において、設定される条件的な特徴は、メインドライクリーニング段階で使われたクリーニングガスを流入させないことと、チャンバ１０に流す不活性ガスの選択と流量設定である。すなわち、チャンバ１０に流入されるガスはＡｒを排除した混合ガスであるか、Ａｒが含まれる場合には（Ｘ＋Ａｒ）の混合ガスが流入される。ここで、ＸがＨまたはＮ元素を含む単一ないし混合ガスである時、Ｘ／Ａｒの値が少なくとも１以上になるように流量比を設定する。このようなサブドライクリーニング段階で、シャワーヘッド４０に印加されるＲＦエネルギーは０．１ＫＷ以上４ＫＷ以下である。
【００２６】
サブドライクリーニング段階でクリーニングするためのガスとしてＡｒのみを独立的に使用しない理由は、Ａｒのみを使用する場合に条件によって程度の差はあるが、分当り約１００℃ずつウェーハブロック２０の温度が上昇するからである。すなわち、ウェーハブロック２０の温度が３００℃である状態でＡｒのみでサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）を行えば、１．５ＫＷ程度だけ印加しても３分で６００℃近くウェーハブロック２０の温度が上昇し、また上昇するウェーハブロック２０の温度に起因してチャンバ１０の内壁やトップリッド３０の昇温が誘発されるからである。このように、急激なチャンバ１０の昇温を防止するために、Ａｒを単独で使用することは排除することが望ましい。
【００２７】
ダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）は、メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）からサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）まで進行される過程で、ウェーハブロック２０を保護するために載置させたウェーハをウェーハブロック２０からアンローディングして外部に移送させる段階である。
【００２８】
反復段階（Ｓ４−５）は、満足できるほどのクリーニングが行われるようにダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）からダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）までの順次的な段階を少なくとも２回以上行う段階である。それぞれの反復段階（Ｓ４−５）を行うに当って十分にパージされねばならず、それぞれの段階は新しいダミーウェーハに変えて行わねばならない。
【００２９】
前記ドライクリーニング段階（Ｓ４）を行った以後にチャンバシーズニング段階（Ｓ５）を行う。チャンバシーズニング段階（Ｓ５）とは、チャンバの内部を本格的な薄膜蒸着に適した環境に整えるための予備段階であって、チャンバ１０の内部を不活性ガスでパージさせるチャンバパージ段階と、クリーニング副産物としてチャンバ１０の内面に残っているパーチクルをそのチャンバ１０の内面に固着させるプリコーティング段階と、ダミーウェーハを利用して薄膜を蒸着するサブ薄膜蒸着段階とよりなる。
【００３０】
チャンバパージ段階は、ドライクリーニング以後にもチャンバ１０の内部に存在するパーチクルをチャンバ外部に排出するための段階である。
プリコーティング段階は、チャンバパージ段階以後にシャワーヘッド４０やウェーハブロック２０の表面に残っているパーチクルをかたく固着させる段階であって、ダミーウェーハのない状態でシャワーヘッド４０を通じて第１、２反応ガスをチャンバ１０の内部に噴射することによって行う。このようなプリコーティングはウェーハＷ上に薄膜を蒸着する速度より速く行われるようにし、そのために第１、２反応ガスのパージ時間を短縮するか、またはＣＶＤ方式のように第１、２反応ガスを同時に反応容器１００の内部に噴射する。
【００３１】
サブ薄膜蒸着段階は、プリコーティング段階以後にウェーハブロック２０上にダミーウェーハをローディングした後、第１、２反応ガスをチャンバ１０の内部に噴射することによって行われる。サブ薄膜蒸着段階を通じて、特にシャワーヘッド４０にあらかじめ薄膜を蒸着することによって、後でウェーハ上の薄膜を蒸着する時に蒸着速度を速く回復できる。
【００３２】
チャンバシーズニング段階（Ｓ５）以後に電気的特性の測定のためにパターンウェーハにＡｌ２Ｏ３薄膜蒸着を実行し、この時のＡｌ２Ｏ３薄膜は６８サイクルにかけて蒸着された。Ａｌ２Ｏ３薄膜が蒸着されたパターンウェーハのキャパシタの電圧（Ｖ）変化によるキャパシタンス（Ｆ）の変化、すなわち、Ｆ−Ｖカーブが図４に図示されており、電圧変化による漏れ電流の変化、すなわち、Ｉ−Ｖカーブが図５に図示されている。ここで、◆印はドライクリーニング前に行なったパターンウェーハの電気的特性評価に対するカーブであり、■印はドライクリーニング実施後に行なったパターンウェーハの電気的特性評価に対するカーブである。
【００３３】
Ａｌ２Ｏ３薄膜蒸着を１５，０００サイクル行った後、合計で４分４０秒間メインドライクリーニングおよびサブドライクリーニングを実施した。図４および図５を参照した時、いずれもドライクリーニング実施前より実施後に電気的特性が低下した徴候が見られない。すなわち、本願発明は、チャンバ１０の内面に堆積された薄膜をきれいに除去するだけでなく、クリーニングガスに含まれた元素によるウェーハの電気的特性低下などの現象も引き起こさないことが確認できた。例えば、ＢＣｌ３ガスを利用してドライクリーニングする場合にもパターンウェーハにＢやＣｌの元素汚染はなかった。
【００３４】
次に、前記薄膜蒸着装置を利用した薄膜蒸着方法の第２実施例を説明する。
図６は、図１および図２の薄膜蒸着装置を利用して行う薄膜蒸着方法の第２実施例を示すフローチャートである。
【００３５】
図示されたように、本願の薄膜蒸着方法の第２実施例は、ウェーハブロック２０上にウェーハＷをローディングするウェーハローディング段階（Ｓ１）と、ウェーハローディング後にウェーハＷ上に薄膜、一例としてＡＬＤ薄膜を蒸着する薄膜蒸着段階（Ｓ２）と、薄膜が蒸着されたウェーハＷをウェーハブロック２０からアンローディングして外部に移送させるウェーハアンローディング段階（Ｓ３）と、ウェーハアンローディング段階（Ｓ３）以後にウェーハブロック２０の温度を薄膜蒸着時より低い任意の温度に下降させる降温段階（Ｓ３．５）と、降温段階（Ｓ３．５）以後にチャンバ１０の内部に堆積された薄膜を除去するドライクリーニング段階（Ｓ４）と、ドライクリーニング段階（Ｓ４）以後にチャンバ１０の内部を不活性ガスでパージしつつウェーハブロック２０の温度を薄膜蒸着時の温度に上昇させる昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）と、昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）以後に、チャンバの内部を本格的な薄膜蒸着に適した環境に整えるためのチャンバシーズニング段階（Ｓ５）とを含む。
【００３６】
第２実施例が第１実施例と異なる点は、ウェーハアンローディング段階（Ｓ３）以後に降温段階（Ｓ３．５）を行い、降温段階（Ｓ３．５）以後にドライクリーニング段階（Ｓ４）を行い、ドライクリーニング段階（Ｓ４）以後に昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）を行い、昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）以後にチャンバシーズニング段階（Ｓ５）を行うことである。
【００３７】
ここで、ウェーハローディング段階（Ｓ１）、薄膜蒸着段階（Ｓ２）、ウェーハアンローディング段階（Ｓ３）を経てウェーハＷ上にＡＬＤ薄膜が蒸着された後、ドライクリーニング段階（Ｓ４）を通じてチャンバ１０の内部をクリーニングし、チャンバシーズニング段階（Ｓ５）を通じて本格的な薄膜蒸着に適した環境が整えられる。この時、ウェーハ上に蒸着される薄膜はＡｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＡｌＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５のうちいずれか一つである。これらの段階は実質的に第１実施例とほぼ同一であるためにこれ以上の詳細な説明は省略する。
【００３８】
ドライクリーニング段階（Ｓ４）は、降温段階（Ｓ３．５）以後にウェーハブロック２０上にダミーウェーハをローディングするダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）と、チャンバ１０の内面に堆積された薄膜をドライクリーニングして除去するメインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）と、メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）以後にチャンバ１０の内面に存在するクリーニングガスの元素成分を除去するサブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）と、サブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）以後にダミーウェーハをウェーハブロック２０からアンローディングして外部に移送させるダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）と、ダミーウェーハローディング段階（Ｓ４−１）からダミーウェーハアンローディング段階（Ｓ４−４）までの順次的な段階を新しいダミーウェーハを利用して少なくとも１回以上行う反復段階（Ｓ４−５）とより構成される。
【００３９】
メインドライクリーニング段階（Ｓ４−２）において、クリーニングガスはＢＣｌ３または希釈ガスと混合されたＢＣｌ３ガスであり、希釈ガスはＡｒ、ＨｅまたはＮ２のような不活性ガスを単独であるいは混合して使用し、チャンバ１０、厳密にはシャワーヘッド４０に印加されるＲＦエネルギーは０．２ＫＷ以上５ＫＷ以下とする。
【００４０】
サブドライクリーニング段階（Ｓ４−３）において、流入されるガスはＡｒを排除した混合ガスであるか、またはＡｒを含める場合には流入される混合ガスは（Ｘ＋Ａｒ）となる。ここで、ＸがＨまたはＮ元素を含む単一ないしは混合ガスである時、Ｘ／Ａｒの値が少なくとも１以上になるように流量比を設定する。この時、チャンバ１０、厳密にはシャワーヘッド４０に印加されるＲＦエネルギーは０．１ＫＷ以上４ＫＷ以下とする。
【００４１】
チャンバシーズニング段階（Ｓ５）は、チャンバ１０の内部を不活性ガスでパージするチャンバパージ段階と、クリーニング副産物としてチャンバ１０の内面に残っているパーチクルをそのチャンバ１０の内面に固着させるプリコーティング段階と、ダミーウェーハを利用して薄膜を蒸着するサブ薄膜蒸着段階とよりなる。第２実施例は、ウェーハブロック２０の降温および昇温を行う点で第１実施例と異なっている。
【００４２】
ドライクリーニングではない従来のウェットクリーニングを利用して、図１および図２の薄膜蒸着装置を利用してウェーハにＡｌ２Ｏ３薄膜を４８Å蒸着したものを基準とした時、１回のウェットクリーニング周期間に約９０００〜１００００枚のウェーハを蒸着でき、諸般技術の発達によりウェットクリーニング周期はさらに長くなっている。
【００４３】
したがって、ドライクリーニングがウェットクリーニングより優秀な長所を持つために、ドライクリーニングがウェットクリーニングより速いクリーニングエッチング速度を持つことはもとよりクリーニング周期が長くなる必要がある。そうでなければ、ＣｏＯ観点に基づいて長所がなくなる。そのためにウェーハブロック２０およびシャワーヘッド４０の昇温においてある程度の余裕を持つドライクリーニング条件設定が必要となる。したがって、第２実施例ではウェーハブロックを降温または昇温させる降温段階（Ｓ３．５）および昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）をさらに含む。
【００４４】
すなわち、ウェーハブロック２０を降温させた後にダミーウェーハをローディングして第１実施例と同様に一連のプラズマドライクリーニング過程を経て、所望のクリーニングレベルが得られるまで新しいダミーウェーハをローディングしつつ前記段階を反復し、クリーニングが完了すればウェーハブロック２０の昇温チャンバパージ段階（Ｓ４．５）を実施することである。この時、昇温させつつチャンバ１０をパージすることはドライクリーニングにより発生したチャンバ１０の内面に固着されている微細なパーチクルをパージするためである。昇温が完了すれば、前記第１実施例と同様にチャンバシーズニング段階（Ｓ５）を実施して再び新しいランウェーハ進行を再開すればよい。
【００４５】
図７は、本願の薄膜蒸着方法によるエッチング率を比較した比較表である。この時の条件はチャンバ内部の圧力を１８３ｍＴｏｒｒに維持させ、ＢＣｌ３を７０ｓｃｃｍ、そしてＡｒを３０ｓｃｃｍ程度チャンバの内部に流入させ、かつ印加されるプラズマ電源は１．５Ｋｗとした。
【００４６】
同じウェーハ温度（４５０℃）である時、Ａｌ２Ｏ３はウェーハ上で４１６Å／ｍｉｎのＡｌ２Ｏ３エッチング率となる。しかし、ＨｆＯ２およびＨｆＳｉＯ４薄膜の場合、それぞれ９００Å／ｍｉｎ、５５０Å／ｍｉｎのエッチング速度を得たが、同様にこれに相応して前記薄膜のシャワーヘッドでのエッチング速度もまたＡｌ２Ｏ３よりはるかに大きいということが分かる。既存に業界に提示されている資料に基づけば、プラズマドライエッチング効率がＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２の順になるが、本発明のテスト結果、既存データに符合することが分かる。
【００４７】
図示されたように、前記第１、２実施例はＡｌ２Ｏ３薄膜のクリーニングのみに限定されるものではない。既存のプラズマの助けなしに熱的ドライクリーニング方法で完璧にクリーニングされない薄膜、すなわち、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ４、ＺｒＯ２、ＡｌＨｆＯ、Ｔａ２Ｏ５いずれにも適用される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本願の薄膜蒸着方法は、半導体企業で大径ウェーハを用いた半導体チップの量産に適しており、効果的なドライクリーニング過程を行うことにより生産性を向上させ、かつ薄膜の優秀性を確保できる。その結果、ＣｏＯを低めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による薄膜蒸着方法を行う薄膜蒸着装置の概略的構成図である。
【図２】図１の薄膜蒸着装置の詳細構成図である。
【図３】図１の薄膜蒸着装置を利用して行う薄膜蒸着方法の第１実施例を示すフローチャートである。
【図４】図３のドライクリーニング前後のＦ／Ｖ特性を表現したグラフである。
【図５】図３のドライクリーニング前後のＩ／Ｖ特性を表現したグラフである。
【図６】図１の薄膜蒸着装置を利用して行う薄膜蒸着方法の第２実施例を示すフローチャートである。
【図７】本願の薄膜蒸着方法によるエッチング率を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１０  チャンバ
２０  ウェーハブロック
２１、２２  第１、２噴射ホール
２５  絶縁部材
３０  トップリッド
３３  ガスカーテンホール
４０  シャワーヘッド
４５  絶縁部材
５０  ＲＦエネルギー供給部
１００  反応容器
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  第１、第２、第３連結ライン
Ｗ  ウェーハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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