(57)【要約】【課題】  ＩＣ製造における金属エッチング方法、および処理室および基板を清掃する方法が開示される。【解決手段】  開示される方法によって、処理室の壁に累積したエッチング残滓を清掃するために周期的に行われなければならない従来のウエット・クリーニングの頻度が減少する。一実施形態では、本発明の方法はデチャック工程中に、室の壁および基板上に存在するエッチング残滓と反応し、これを軟化燃焼し、および／または除去する酸素含有ガスを使用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デチャック工程中に金属エッチング室を清掃する方法であって、
金属材料層を載せた基板を室内に配置する工程と、
Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＣＨＦ３、またはその混合物からなる処理ガスを室内に誘導する工程と、
室内にプラズマを発生して、基板から金属をエッチングするエッチング・ガスを処理ガスから生成する工程と、
室内に酸素含有ガスを誘導することによってデチャック工程を実施する工程と、を含む方法。
【請求項２】
酸素含有ガスはエッチング工程によって生成されたポリマーと反応して排気生成物を発生する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
酸素含有ガスはＯ２、Ｏ３、ＮＯまたはＮＯ２、またはその混合物である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
酸素含有ガスは基本的にＯ２からなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
エッチング室内での基板のエッチング中に該室からポリマー残滓を清掃する方法であって、前記基板は金属含有層を載せており、ポリマー残滓は該室内の表面に形成され、
基板を室内に配置する工程と、
第一段階で、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、またはＣＨＦ３、またはその混合物からなるエッチング・ガスを該室内に供給する工程と、
第二段階で、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯまたはＮＯ２、またはその混合物からなるデチャック・ガスを供給する工程と、を含む方法。
【請求項６】
前記デチャック・ガスは基本的にＯ２からなる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記金属含有層はアルミニウムからなる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
静電チャックに固定された基板を含む室内のエッチング液デブリーを清掃する方法であって、
前記基板上で行われる金属エッチング工程に引き続いて、またはそれと同時に清掃ガスを前記室内に誘導し、該清掃ガスは酸素含有ガスからなる方法。
【請求項９】
前記室内の残留電荷を除去する役割を果たすことによって、前前記清掃ガスの誘導が記基板を静電チャックからデチャックする補助になる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
室圧が約１ミリトル乃至約１００ミリトルに保たれる請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
室圧が約１ミリトル乃至約１５ミリトルに保たれる請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
室圧が約５ミリトルに保たれる請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記清掃ガスは約２００ワット乃至約１３００ワットの電源で維持されたプラズマ内にある請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記清掃ガスは約９００ワットの電源で維持されたプラズマ内にある請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記清掃ガスは１００ｓｃｃｍのＯ２からなる請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記処理ガスはＣｌ２、ＢＣｌ３、およびＣＨＦ３からなる請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義には、半導体製造中に生成されるデブリーの清掃の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造では、基板上に溶着され、または他の方法で形成される二酸化シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、金属、金属シリサイド、および単結晶シリコンなどの材料は所定パターンでエッチングされて、ゲート、バイア、コンタクト・ホール、溝、および／または相互接続線が形成される。５エッチング工程では、酸化シリコンまたは窒化シリコンからなるパターン化マスク（ハード・マスク）、またはフォトレジスト・ポリマーが従来のフォトリトグラフ方法によって基板上に形成される。パターン形成されたマスクの形状の間にある下層の材料の露出部分が、容量性結合または誘導性結合されたエッチング・ガスのプラズマによってエッチングされる。
【０００３】
エッチング工程中、エッチング残滓（ポリマーと呼ばれることが多く、本明細書では「デブリー」とも呼ばれる）が、壁およびエッチング室内のその他の部品の表面に沈積する。エッチング残滓（エッチング工程からの残滓）の成分は気化されたエッチング・ガスの種、エッチングされる材料、および基板上のマスク層の化学成分に依存する。例えば、タングステン・シリサイドまたはその他のシリコン含有層がエッチングされる場合、上記の薄膜が反応性ガスを含むプラズマにさらされる時点から発生するシリコン含有ガス種が基板から気化され、またはスパッタされる。同様に、金属層をエッチングすると金属種の気化が生ずる。加えて、基板上のマスク層もエッチング・ガスによって一部が気化され、ガス状の炭化水素、炭化フッ素、クロル炭酸、または酸素含有種が発生する。気化されたガス種は凝結し、エッチングされる基板の成分に応じて、レジストからの高度にフッ化したおよび／または塩化した炭化水素、フッ化シリコン、金属塩化物、酸素、または窒素のような気体元素、および元素シリコンまたは金属種からなる高分子副生成物を含むエッチング残滓が発生する。高分子副生成物は室内の壁および部品にエッチング残滓の薄層として沈積する。エッチング残滓の成分は一般的には、局部的なガス環境の成分、ガス吸込および吐出ポートの位置、および室の形状に応じて室の表面全体で著しく変わる。エッチング室の表面に発生する成分が変わる、不均一なエッチング残滓は、基板の汚染を防止するために周期的に清掃される必要がある。一般的には約２５個のウエーハを処理した後、室を清掃するために空のエッチング室で現場でのプラズマ「ドライ・クリーニング」工程が実施される。
【０００４】
室の他の部分にある化学的に軟質残滓を完全に除去し、その下にある室の表面を侵食しないと室の表面部分に沈着した化学的に硬質な残滓を一掃することは困難である。例えば、室の入口または排気口の近傍に発生するエッチング残滓は、一般に高濃度のレジスト、ハード・マスク、またはエッチングされる材料を含んでいる、基板の近傍に発生する残滓よりも高い濃度のエッチング・ガス種を有している。
【０００５】
成分が異なるエッチング残滓のバリエーションをエッチングで均一に除去する清掃用プラズマを生成することは困難である。そこで、約１０００個から３０００個のウエーハを清掃した後、エッチング室は大気に開放され、「ウエット・クリーニング」工程で清掃される。これはオペレータが酸または溶剤を使用して、累積したエッチング残滓を室の壁から掻き取り、溶解させるものである。一般に、ウエット・クリーニング工程の後、室およびその内表面は、長期間にわたって室をポンピングダウンし、その後でダミーのウエーハで一連のエッチング工程を実施することによって「シーズニング」される。室の内表面は安定した化学的表面、すなわち表面の化学物質群の濃度、種類、または機能があまり、または全く変化しない表面を呈する必要がある。そうでないと、室内で実施されるエッチング工程のエッチング結果は一方の基板と他方の基板で変化してしまう。ポンプダウン工程では、室はウエット・クリーニング工程中に室内に閉じ込められた湿気およびその他の揮発種を放出させるために２乃至３時間だけ高真空環境にポンプダウンされる。その後、室内で行われる予定のエッチング工程が１組のダミー・ウエーハで１０乃至１５分間、または室が安定した、また再現性があるエッチング特性を備えるまで実施される。これらの工程は貴重な製造時間を消費してしまう。
【特許文献１】米国特許第２００３／００２２５１３号
【特許文献２】ＷＯ０１／０８２０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
競争が激しい半導体産業では、ドライまたはウエット・クリーニング、およびシーズニング工程の段階中のエッチング室の休止時間によって基板当たりのコストが上昇することは望ましくない。一般に各ドライ・クリーニング工程には５乃至１０分を要し、ウエット・クリーニングを完了するには８乃至１０時間を要する。さらに、ウエット・クリーニングおよびシーズニング工程によってエッチング特性が安定せず、変動することがよくある。特に、ウエット・クリーニング工程はオペレータによって手動で行われるので、作業ごとに変化する場合が多く、その結果、室の表面特性が変化し、エッチング工程の再現性が低下する。このように、室の表面上のエッチング残滓の沈着を除去、または排除し、またはウエット・クリーニングが必要になるまでに処理できるウエーハ数を増加することができるエッチングおよびクリーニング工程を有することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は基板内に発生する側壁の重合体、およびプラズマ・エッチング室内に発生する残滓の除去を補助するように設計された新規の金属エッチング工程、および後続のクリーニング工程を提供する。本明細書ではエッチング残滓、重合体デブリー、およびデブリーという用語は互換的に用いられる。本発明の方法によってウエット・クリーニングを実施するためにシステムを停止させなくてはならなくなるまでより多くの反復が可能になるので、本発明の方法により室内清掃のための無駄な製造時間が短縮される。本発明によってさらに、基板がさらに清浄になり、ひいては清掃後の工程中に基板から側壁のポリマーを除去することが増強される。
【０００８】
好適な実施形態では、本発明はウエーハのデチャック中に、ウエーハを格納したプラズマ室を酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、ＮＯまたはＮＯ２のような酸素含有ガスにさらす工程を含んでいる。この分野で用いられる用語としてのデチャック（ｄｅｃｈｕｃｋ）とは、エッチング工程の後にサポートまたはチャックからウエーハが離れるようにエッチング室にガスを誘導することである。好適には、酸素含有ガスの誘導はウエーハ上での金属エッチング中、またはその直後に行われる。金属エッチング工程は金属を含む層を備えた基板をＣｌ２、ＢＣｌ３、またはＣＨＦ３、またはその混合物のような活性化されたガスにさらす工程を含んでいてもよい。エッチング工程に続く酸素含有ガスの誘導方法によって基板のポリマーの清掃が改良される。何故ならば、それによって、ストリップ・チャンバ内の高温によって生じる過剰な架橋結合によりポリマーが硬化する前にポリマー残滓を低温（例えば２５℃対２４０℃）で清掃することができるからである。さらに、従来の考えとは対照的に、発明者は先行する金属エッチング・ガス（単数または複数）を使用した後に、またはそれと共に酸素含有ガスを使用しても基板上の金属は腐食しないことを発見した。腐食が生ずるのは、反応ガス混合物にＣＨＦ３の代わりにＮ２が使用される金属エッチング工程中に酸素含有ガスを使用する場合であることが判明している。
【０００９】
本発明はさらに、プラズマ・エッチング室、特に基板に至近のプラズマ・エッチング面、すなわちプラズマ・フォーカス・リングの清掃を増強する。本発明によって提案されているＯ２デチャック工程を現場の非製品ウエーハ・プラズマ清掃と組み合わせて採用することによって、製造のロスタイムなくプラズマ室の寿命（ウエット・クリーニング間の時間）を１０乃至２０％延ばすことができる。これは室圧を操作することによって基板から遠いプラズマ室の表面（室の天井ドーム）を清掃するために、現場でのウエーハなしのプラズマ清掃を最適化することによって達成される。代表的な非製品ウエーハ・プラズマ清掃の場合は、２つの主要な工程がある。一方は製品ウエーハから遠く離れたプラズマ室領域を清掃することを意図し、他方は製品ウエーハに近いプラズマ室領域を清掃することを意図したものである。本発明は既に、非製品ウエーハでの現場プラズマ清掃の後者の部分が必要なくなるように、製品ウエーハに近いプラズマ室領域を清掃する手段を提供している。
【００１０】
このことは本発明のより関連が深い目的の幾つかに概略的に記載されている。これらの目的は本発明のより顕著な特徴と用途の幾つかを説明するために過ぎないものと解されたい。その他の多くの有利な結果は、開示した発明に後述するような発明の異なる修正を加えることによって得ることができる。
【００１１】
上記の基本的な記述および以下の詳細な説明は例示、および説明目的のために過ぎず、特許請求の範囲に記載されている本発明を限定するものではないことを理解されたい。本発明の上記の、およびその他の目的、特徴、および利点は開示される以下の実施形態および添付図面を参照することで明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は金属加工により生ずる残滓が軟化され、燃焼され、除去さえされるエッチング残滓清掃方法を提供する。それによって加工時間は短縮され、安定した収量が得られる。一実施例では、本発明の方法はエッチング・ガスとしてＣｌ２、ＢＣｌ３、またはＣＨＦ３を使用する金属エッチング工程中、またはその後に適用される。エッチング工程を実施するためのプラズマを発生するため、金属を含む層を備えた基板を格納する金属エッチング室にエッチング・ガス混合物が誘導される。金属を含む層はアルミニウム、または銅、またはその双方、および／または基板上に積層されたその他の金属からなるものでよい。室には好適には工程中に基板を固定するための静電チャックが備えられている。金属エッチング工程中、またはほとんどの場合は金属エッチング工程後に室内に酸素含有ガスが誘導され、活性化されて酸素プラズマが発生される。酸素プラズマはポリマー・デブリーと反応することによってデブリーを軟化し、除去する。さらに、酸素プラズマを加えることが室内の残留電荷が除去される役割を果たし、基盤が電極上に静電式に保持されている場合は（静電チャック）、基板がデチャックされる。
【００１３】
図１は本発明の好適な実施形態による基板の金属エッチングおよび基板のデチャック工程を示したフローチャートである。本発明のポリマーを清掃する工程は金属層をエッチングするエッチング工程に利用できる。好適な実施形態で使用される好適な種類のエッチング装置はアプライド・マテリアル社製の金属エッチＤＰＳツールとして知られている。
【００１４】
図１に示すように、金属含有層を含む基板は金属エッチング室１００に配置される。金属含有層は好適には純粋なアルミニウム層またはアルミニウム合金であるが、他の金属からなっていてもよい。基板は室１０２内の静電チャックに固定される。エッチング・ガスが室内に誘導され、基板１０４をエッチングするためにエッチング・ガスから生成されたプラズマが利用される。従来のエッチング工程で使用される反応ガスはＣｌ２、ＢＣｌ３、およびＮ２を含む混合ガスである。本発明の方法で使用されるエッチング・ガスはＣｌ２、ＢＣｌ３、またはＣＨＦ３、またはその混合物を含んでいる。
【００１５】
デチャック工程１０６を実施するために酸素含有ガスが誘導される。酸素含有ガスは金属エッチング工程中に発生した残滓と反応することによって、このような残滓を軟化させ、除去さえする。デチャック・ガスとして一般に使用されているアルゴンの変わりに酸素含有ガスが使用される。酸素含有ガスを使用することによって、酸素がＣＨＦ３ポリマー副生成物を分解し、または揮発させることによってこれを攻撃するので、エッチングの終了時の発生粒子（ｆａｌｌ  ｏｕｔ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）の量とサイズが縮小する。アルゴンは不活性ガスであるので、これはアルゴンでは不可能である。酸素含有ガスによって清掃されない残滓があれば、それは軟化され、したがって標準的な清掃工程によってより容易に除去される。
【００１６】
この分野で公知のエッチング工程および清掃工程には、参照として本明細書に組み込まれている米国特許第２００３／００２２５１３号およびＷＯ０１／０８２０９号に記載されているような工程が含まれる。
【００１７】
好適な実施形態によって、金属エッチＤＰＳツールを使用したデチャック工程１０６のパラメータが表１に示されている。
【表１】
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【００１８】
さまざまな修正、およびそれを踏まえた変更が当業者には示唆され、本出願の趣旨および範囲、および添付の特許請求の範囲に含まれることが理解されよう。全ての引例は本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の工程および方法を示すフローチャートである。
【図１】
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