JP2000315681A

JP2000315681A - 半導体の製造方法

Info

Publication number: JP2000315681A
Application number: JP11125553A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kawada; 洋揮川田; Saburo Shoji; 三良庄司; Hiroyuki Kitsunai; 浩之橘内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセスガスの吸着により、付着異物生成反
応が生じ、付着異物から生じる塵埃が生産物を汚染し
て、生産効率や装置稼働率を低下させてしまう問題が生
じる。【解決手段】処理室内面または部品表面に、プロセス
ガスの吸着や反応を妨げる表面層を生成するプロセス
を、製造プロセスの前、もしくは後に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造方法または製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造に用いられてきた装
置、例えば、ドライエッチング装置は、高周波電力を電
極に印加して処理室内に置かれた試料である基板のエッ
チングを行っている。このような装置においては、試料
である基板を多数処理していくにつれて、装置内の発塵
量が増えたり、プロセスが安定しなくなって、歩留まり
が低下して総合的に見た場合、生産の効率の低下、延い
ては製造コストの上昇を招いてしまうという問題が生じ
ていた。この現象は、処理容器（処理チャンバ)の内壁
や、部品の表面に、反応生成物が堆積して塵埃が発生し
たり、反応生成物が処理プロセス中に反応したりするた
めである等種々の原因と考えられてきた。

【０００３】そこで、処理チャンバを大気開放して、堆
積している反応生成物（以下「デポ物」と呼ぶ）を除
去、例えば清掃することにより、プロセスの歩留まり回
復を図る方法を採ることが考えられるが、この手段によ
れば装置の運転を途中で一旦停止する必要が有り、装置
の稼働率が低下することになりこの場合も生産の効率が
低下してしまう。

【０００４】即ち、デポ物の清掃作業の回数や頻度を、
いかに少なくするかが、装置の稼働率向上につながり、
また装置による生産コストの低減につながる。なぜな
ら、清掃作業を行う時間は装置は稼働しておらず、装置
の稼働率を著しく低下させてしまうからである。

【０００５】上記の目的を達成するため、処理室内の表
面に、ある種の表面層を設けてデポ物を低減あるいは除
去しやすくする手段が従来から考えられてきている。一
例として、特開昭６３−５５９３９号公報（従来技術
１）には、表面にテフロン膜を形成し、テフロン膜が処
理中に気化することによって、そこにデポ物が堆積しな
いようにするものが記載されている。

【０００６】また、特開平５−２４３１６７号公報（従
来技術２）には、処理室内表面に硫黄を堆積させてお
き、そのうえに付着したデポ物を、硫黄を加熱して昇華
させることによって除去するものが記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】例えばドライエッチン
グ装置で、アルミをエッチングする場合には、塩素など
のハロゲン系のガスが用いられるが、これらのガスとエ
ッチングされる物質との化合物などが、処理室内面や部
品表面にデポ物を生じさせていると考えられているが、
これらデポ物の具体的な化学組成や、その反応過程につ
いては、これまで、充分な知見が得られていなかった。

【０００８】その理由の一つとして、処理室は真空槽で
あり、かつそこに有毒な塩素ガスを導入して、さらにプ
ラズマ化するなどの処理を行っていることがある。通
常、化学的組成の分析を行うためには、電子を試料に照
射するエックス線蛍光分析法などが用いられるが、その
ための電子線を、前述したような処理室の環境中に導入
するのは技術的に非常に困難である。そこで、デポ物を
採取して、別な装置で分析することになるが、そのため
にはデポ物の大気暴露は避けられず、酸化や吸湿などに
よって組成が変化してしまうのである。

【０００９】以上のような理由によって、デポ物の生成
過程やデポ物の組成等に関する知見が充分に得られない
ために、デポ物の低減対策は、非常に困難なものとされ
ていた。

【００１０】また、上記した従来技術は、あらかじめ処
理室表面に別の物質を積層しておき、この積層された物
質上にに堆積したデポ物をさらに別の処理を行うことに
より除去しようとするものである。つまり、これらの処
理を行う間は半導体の処理を行うことができないのであ
り、装置の稼働率、あるいは生産性が低下するという問
題点を解決できないものである。

【００１１】また、上記従来技術１に記載されている技
術では、テフロン膜が少しずつ剥離等して除去されてい
くので、再度の膜の塗布が必要となり、塗布しなおすた
めのメンテナンスの頻度の分、装置全体の稼働効率がか
えって低下してしまうという点については考慮されてい
なかった。

【００１２】また、特開平５−２４３１６７号公報に記
載の技術では、昇華した表面層である硫黄が低温部分に
残留して、さらなる発塵源となる可能性がある点につい
て考慮されていなかった。

【００１３】本発明の目的は、装置の稼働率または生産
の効率を向上させることができる半導体の製造方法を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、容器内に
加工対象である試料を配置して後、容器内に気体を導入
し、前記試料と前記気体とを反応させて前記試料を加工
する半導体の製造方法において、前記反応により生成さ
れる物質が前記容器の内側表面に付着することを抑制す
る工程を経て後に前記気体が前記容器内に導入されるこ
とにより達成される。

【００１５】さらに、前記工程において前記気体を構成
する元素を含む気体が前記容器内に導入される異によっ
ても達成される。あるいは前記工程において、ハロゲン
元素を含む気体が前記容器内に導入されることによって
も達成される。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る半導体製造
装置の実施の形態を示す縦断面図である。特に本実施の
形態では、例としてデポ低減機構を設けたマイクロ波エ
ッチング装置について説明する。

【００１７】処理室は、上部チャンバ１０１と下部チャ
ンバ１０２とから構成されており、内部は例えば０．０
１ｍＴｏｒｒ以下の真空に保たれている。導波管１０３
を通ったマイクロ波１０４が石英窓１０５を透過して、
上部チャンバ１０１内へ導入される。同時に上部チャン
バ１０１の中には、例えば塩素ガスなどのプロセスガス
が導入され、ウエハ１０６には高周波が印加される。こ
のようにすると、処理室内部にプラズマが発生し、そこ
で生じたラジカルやイオンなどによって、ウエハ１０６
上の膜がエッチングされる。この時、上部チャンバ１０
１がエッチングされたりすることのないように、石英筒
１０７が設けられている。

【００１８】ラジカルやイオンにさらされるこの石英筒
１０７やウエハ台１０９の表面にデポ物１０８が付着
し、これが蓄積すると、そこから発生する塵埃がウエハ
１０６に付着してしまい、歩留まり低下の原因となって
しまう。

【００１９】この装置において、実際にエッチングプロ
セスを行うときの手順を図２に示す。この図で示す手順
は、ある一連のプロセスの流れのうち、途中の部分を表
している。

【００２０】まず、デポ物抑制表面層を生成するプロセ
ス３０１が行われる。このプロセスでは、例えば塩素ガ
スを処理室に約３ｍｍＴｏｒｒまで導入してプラズマ化
し、処理室内の石英内筒の表面の各部分に、塩素イオン
が約１００ｅＶのエネルギーで、１平方ｃｍあたり約２
ｍＡ程度入射するような条件で、石英内筒の表面をハロ
ゲン化し、そこでのデポ物生成反応を抑制することが可
能である。このような条件を作るために、例えば図１に
示したように、引込電極２１０を設けて、ここにバイア
ス電圧、例えば約１００Ｖ程度の電圧を印加すると、ハ
ロゲン化を効果的に行うことができる。

【００２１】その後、図３において、エッチングプロセ
ス３０２を開始する。エッチングプロセスは、例えば塩
素ガスを３ｍｍＴｏｒｒ、三塩化硼素ガスを４ｍｍＴｏ
ｒｒまで導入し、これらのガスをプラズマ化して、ウエ
ハのドライエッチングが行われる。このプロセスは、一
回または複数回行われる。

【００２２】このときの、石英の表面状態の模式図を図
４に示す。上記処理によりハロゲン化された石英の表面
層４０１の最表面には、多くの塩素原子が存在してい
る。このため、エッチングプロセス中に硼素原子を含む
イオンやラジカル等が石英表面に到達しても、表面とほ
とんど反応することが無い。また水酸基も無いので、表
面に無水硼酸などのデポ物が生成が低く抑えられる。

【００２３】図３においてエッチングプロセス３０２が
終了した後には、さらにデポ物抑制表面層を生成するプ
ロセス３０３を行って表面層を再度生成する。以下、同
様にエッチングプロセスとデポ物抑制表面層を生成する
プロセスを繰り返しても良い。

【００２４】上記実施の形態の構成の半導体の製造方法
によれば、内部に付着したデポ物の生成が抑制され、デ
ポ物を除去するための作業を行う頻度が低減して装置の
稼働率が向上され、延いては製造コストが低減する。

【００２５】以上説明した構成による作用を実験と計測
により確認したのでこれを説明する。まず、デポ物の化
学的組成を処理室内で調べるために、電子線を使わず
に、赤外光で分析した。以下、デポ物の分析結果につい
て簡単に説明する。

【００２６】この計測は、ドライエッチング装置の内壁
上に、アルミ板の上に厚さ３００ｎｍの石英膜を形成し
た試料を設置し、処理室に設けた窓から赤外光を試料の
表面に照射し、そこからの反射光を別な窓から取り出し
て分析したものである。赤外光は偏光されており、偏光
方向が試料表面に対して垂直なものと平行なものとを交
互に試料に照射して計測した。電場の偏光方向が試料表
面に対して垂直な赤外光だけが、表面に付着している物
質によって強く吸収されるので、平行な赤外光と比較す
ることによって、試料表面の付着物質のみによる吸収ス
ペクトルを得ることができる。

【００２７】また、処理室内には、プロセスガスとして
塩素ガスを４ｍｍＴｏｒｒ、三塩化硼素ガスを３ｍｍＴ
ｏｒｒ導入し、ガスをプラズマ化して、処理室内のウエ
ハ上に形成されたアルミニウム膜をエッチングした。

【００２８】この計測によって得られた結果を図２に示
す。デポ物の反射吸収スペクトル２０１と、Ｂ２Ｏ３
（無水硼酸）の反射吸収スペクトル２０２が非常によく
一致している。この分析により、石英膜上に付着した物
質の主成分が無水硼酸であることが、初めて明らかにな
った。

【００２９】また、無水硼酸を構成している酸素原子
は、処理室に導入した塩素や三塩化硼素ガスには含まれ
ていないことから、デポ物はプロセスガスのみから生成
されたものではないと考えられる。このとき、石英表面
に多量に存在する水酸基（ＯＨ基）がデポ物中の酸素原
子の供給源であることが容易に推察される。特に、石英
表面には水酸基が多量に存在し、また石英表面での化学
反応において活性であることが知られている。

【００３０】そこで、これら水酸基を低減し、かわりに
最表面に塩素原子などのハロゲン原子が並んだ構造を持
った表面層を形成してやれば、生成に水酸基を必要とし
ている無水硼酸の堆積反応を抑制できることになる。本
発明は、この知見に基づいて成されたものである。

【００３１】次に、デポ物の生成の抑制効果を確認した
結果を、図７に示す。この計測は、塩素ガスと三塩化硼
素ガスを使用して、アルミニウムをエッチングしたとき
に、処理室内においた石英板上のデポ物を分析したもの
である。表面層なしのスペクトル７０１は何も処理を行
っていない石英表面でのデポ物の生成状況を測定した結
果である。測定方法は赤外吸収法で、ピークが高いほど
デポ物が多く生成されたことを示す。一方、本発明に係
る表面層を形成したのスペクトル７０２は、デポ物抑制
のための表面層を石英表面に形成した場合である。１４
００（１／ｃｍ）付近のピークが約２／３に減少してお
り、これは無水硼酸を含有するデポ物が低減されたこと
を示している。

【００３２】図３では、デポ物抑制表面層をプラズマ処
理によって生成する方法について述べたが、これ以外に
も、あらかじめ石英表面に表面層を形成しておく方法も
ある。その、石英表面に表面層を形成する手順の例を図
５に示す。

【００３３】まず、処理室を大気開放する（ステップ５
０１）。そして、石英筒を装置から取り外す（ステップ
５０２）。石英筒の表面には、劣化した表面層と、その
うえに付着したデポ物などがあるので、石英筒表面を清
浄化する（ステップ５０３）。例えば、アセトンやエタ
ノールなどでデポ物をふき取る。そして、表面層を再生
させるための処理を行う（ステップ５０４）。例えば、
図４で説明した表面層４０１を再生するためには、ＣＦ
₃ −ＣＨ₂ −ＣＨ₂ −Ｓｉ（ＯＨ₃ ）₃ を含む溶液を、
石英筒表面に塗布し、石英筒を約２００度に加熱する。
その後、石英筒を元に戻して、処理室内をを真空排気す
る（ステップ５０５）。そして、資料の処理の準備を開
始する（ステップ５０６）。ステップ５０４で説明した
加熱処理は、処理室が真空に排気された後に行っても構
わない。他の化学的構造を持つ表面層を再生する場合に
は、ステップ５０３や５０４など手順の具体的な内容は
異なる。

【００３４】図５に説明した実施の形態により形成され
た表面層の典型的な状態の模式図を図６の模式図に示
す。プロセスガスの分子には、塩素やフッ素などのハロ
ゲン原子が含まれているが、表面層６０１に含まれてい
るフッ素原子との間に反発力が生じるため、プロセスガ
スやプロセスガスのイオン、ラジカルなどの吸着や反応
が抑制されたり、あるいはその他の化学的作用によっ
て、デポ物の生成を抑制する効果がある。本実施例では
ハロゲン系のガスを使用する場合について説明している
が、基本的には、プロセスガス分子を構成している原子
を含む表面層を形成すれば、ガス分子の吸着や反応など
を抑制して、デポ物の低減効果が得られる。

【００３５】また、再生処理をあらかじめ施した別の石
英筒を用意しておき、これと交換するようにしてもよ
い。以上の説明では、石英表面を例にとったが、もちろ
ん、処理室内にあって、表面層を形成した他のいかなる
材料の部品に対しても、同様な手順が成り立つ。

【００３６】以上説明した内容は、マイクロ波エッチャ
に限定されるものではなく、プラズマＣＶＤ装置など、
処理室内面へのデポ物が問題となる全ての半導体製造装
置に適用することが可能である。

【００３７】また、半導体製造装置に限らず、ガスの影
響によって、その表面にデポ物が生成されるのを防止し
たい場合に応用することが可能である。

【００３８】以上説明した方法を用いて生産されたもの
は、生産に要するコストを削減できるので、生産原価を
安くできる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本願発明によれば、装置の
稼働率と生産性を向上させることができる半導体の製造
方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体製造方法を実施するマイク
ロ波エッチング装置の構成図である。

【図２】デポ物の分析結果である。

【図３】エッチングプロセスの手順の例である。

【図４】石英表面状態の模式図である。

【図５】石英表面に表面層を形成する手順の例である。

【図６】表面層の状態の模式図である。

【図７】表面層によるデポ物の低減効果を示す測定結果
である。

【符号の説明】

１０１…デポ物の反射吸収スペクトル、１０２…Ｂ２Ｏ
３の反射吸収スペクトル、２０１…上部チャンバ、２０
２…下部チャンバ、２０３…導波管、２０４…マイクロ
波、２０５…石英窓、２０６…ウエハ、２０７…石英
筒、２０８…デポ物、２０９…ウエハ台、３０１…デポ
物抑制表面層を生成するプロセス、３０２…エッチング
プロセス、３０３…デポ物抑制表面層を生成するプロセ
ス、４０１…表面層、５０１…処理室を大気開放する、
５０２…石英筒を外す、５０３…石英筒表面を清浄化す
る、５０４…石英筒表面に表面層再生処理を行う、５０
５…処理チャンバを真空排気する、５０６…処理の準備
を開始する、６０１…表面層、７０１…表面層なしのス
ペクトル、７０２…表面層ありのスペクトルである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橘内浩之茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 5F004 AA00 BA20 BB11 BB18 CA09 DA04 DA11 DB09 DB16 5F045 AC03 BB14 BB15 DP01 DP02 DQ10 EB11 EH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に加工対象である試料を配置して
後、容器内に気体を導入し、前記試料と前記気体とを反
応させて前記試料を加工する半導体の製造方法におい
て、前記反応により生成される物質が前記容器の内側表面に
付着することを抑制する工程を経て後に前記気体が前記
容器内に導入される半導体の製造方法。
【請求項２】前記工程において前記気体を構成する元素
を含む気体が前記容器内に導入される請求項１記載の半
導体の製造方法。
【請求項３】前記工程において、ハロゲン元素を含む気
体が前記容器内に導入される請求項１記載の半導体の製
造方法。