等离子产生方法、清洗方法以及衬底处理方法

专利名称：等离子产生方法、清洗方法以及衬底处理方法
技术领域：
本发明一般地涉及半导体装置的制造方法，特别涉及使用等离子的清 洗方法以及衬底处理方法。另外，本发明涉及等离子发生装置，特别涉及 等离子点火方法。等离子发生装置被广泛用于半导体装置和液晶显示装置中。例如，通 过使用等离子发生装置，能够在不使半导体衬底中所形成的杂质元素的浓 度分布产生变化的低温条件下执行成膜处理或腐蚀处理。此外，等离子发 生装置还可以在进行衬底处理之后用于清洗处理容器内部。
背景技术：
图1表示以往典型的枚叶式CVD装置10的结构。参照图1，枚叶式CVD装置IO包括通过真空泵13并经由截止阀13A 和电导阀13B来进行排气的处理容器11，该处理容器11包括具有加热结 构(图中未示出)并支撑被处理衬底12A的基座12，并在所述处理容器 11中设有从原料气体供给系统15经由管线Ll和阀VI来供给原料气体的 喷头14，该喷头14与所述基座12上的被处理衬底12A相对。所述原料气体供给系统15包括原料气体源15A 15C，其中，所述原 料气体源15A中的原料气体经由阀15VA被提供给所述管线Ll，所述原 料气体源15B中的原料气体经由阀15VB被提供给所述管线Ll，所述原料 气体源15C中的原料气体经由阀15VC被提供给所述管线Ll。经由所述管线Ll而被供给的原料气体通过所述喷头14被释放到所述处理容器11中的处理空间中，并通过所述被处理衬底12A的表面上的分 解反应而在所述被处理衬底12的表面上形成所期望的膜。在图1的枚叶式CVD装置10中，为了取出放入所述被处理衬底12A 而在所述处理容器11中设置了图中未示出的闸门阀结构，所述闸门阀结 构与衬底搬运室相接合。所述枚叶式CVD装置IO与接合在所述衬底搬运 室上的其它处理装置共同构成枚叶式衬底处理系统。在构成这样的枚叶式处理系统的枚叶式CVD装置10中，当进行成膜 处理时，通过形成在基座12中的加热装置来控制衬底温度，处理容器10 的壁面保持在一个较低的温度，比如室温 150。C左右(冷壁)。在这种冷壁型CVD装置中，当向被处理衬底12A上进行成膜时，无 法避免在处理容器11的内壁面上产生某种程度的反应生成物的堆集，因 此，每当一个或多个被处理衬底的成膜处理结束时执行清洗工序，即向所 述处理容器11内部流入腐蚀性的清洗气体来去除堆集物工序。特别是最近当在超微半导体装置的制造中使用CVD装置时，为了复 原到预定的初始处理条件，最好频繁地进行清洗工序，理想情况下是每处 理一片被处理衬底时进行清洗工序。但当如此频繁地进行清洗工序时，清 洗时间成为大幅度降低半导体装置的制造能力的主要原因。因此，在图1的CVD装置中，在所述处理容器11的外部设有由腐蚀 气体源16A、等离子气体源16B以及远程等离子源16C构成的清洗模块 16，并将所述远程等离子源16C所形成的高反应性腐蚀气体经由管线L2 和阀16Vc提供给所述处理容器11内部的处理空间。这样，通过在处理容 器11的外部设置等离子源来避免高能等离子体对处理容器11的内壁的损 伤，从而可以进行稳定的清洗。此外，由于在等离子体中形成的离子在从 远程等离子源16C向处理容器11输送的途中与电子再次结合，因此在图1 的结构中，仅将促进反应的自由基提供给处理容器ll。并且在图1中，所述腐蚀气体源16A将含有NF3等氟化物的腐蚀气体 经由阀16VA提供给所述远程等离子源16C，另外，所述等离子气体源 16B将Ar等稀有气体经由阀16VB提供给所述远程等离子源16C。另外，除了所述NF3等卤素化合物，还可以使用CH3C00H等非卤素化合物来作为含有所述氟化物的清洗气体。此外，来自所述等离子气体源16B的稀释气体除了 Ar之外，还可以使用He、 Ne、 Kr、 Xe等，并且作为 所述稀释气体，除了稀有气体，还可以使用1120、 02、 H2、 N2、 QF6等。作为这种远程等离子源16C，公知有图2A所示的感应耦合(ICP)型 等离子发生装置20、图2B所示的电子回旋加速器共振(ECR)型等离子 发生装置30、图2C所示的螺旋(hdicone)波激励型等离子发生装置 40、图2D所示的微波共振器型等离子发生装置50以及图2E所示的环形 (toroidal)等离子发生装置60等。另外，使用图3所示的平行板 (CCP)型等离子发生装置70来作为被设置在处理容器11的内部中的等 离子源。在图2A的ICP型等离子发生装置20中，在内部产生等离子的等离子 容器21的周围缠绕有高频线圈22，并由高频电源23来将其驱动，从而在 所述等离子容器内形成等离子。另外，在图2B的ECR型等离子发生装置30中，通过在所述等离子 容器31的周围配置磁铁32对内部产生等离子的等离子容器31的内部空间 施加磁场，并在该状态下，通过从微波电源33向所述容器31内部的气体 提供微波来使所述容器31内部的气体与电子回旋加速器产生共振。在图2C的螺旋波型等离子发生装置40中，靠近在内部产生等离子的 等离子容器41来设置磁铁44，且靠近所述等离子容器41还设有环形天线 42。由来自高频电源43的高频电能驱动该环形天线，从而向所述等离子 容器41内传播螺旋波，由此来形成高密度等离子。在图2D的微波共振器型等离子发生装置50中，在内部产生等离子的 等离子容器51形成微波共振器，并由电场驱动来自微波电源52的微波， 由此在该微波共振器中形成等离子。在图2E的环形等离子发生装置60中设有设置了气体入口 61A和气体 出口 61B的循环气体通路61,并在所述气体通路61的外侧缠有高频线圈 62。于是，被导入所述气体入口 61A的Ar等稀有气体在所述循环气体通 路61中环行，此时由微波来驱动所述高频线圈62，由此在所述稀有气体中诱发等离子。另外，在图3的CCP型等离子发生装置70中，在内部产生等离子的 等离子容器71内配置有一对平行平板电极71A、 71B，由高频电源72来 将其驱动，由此在所述电极间形成等离子。即，图3的等离子发生装置70 自身构成等离子处理装置，所述等离子容器71被用作处理容器。此时， 所述下部电极71B成为基座，以在其上面放置被处理衬底。尤其是在图2E的环形等离子发生装置中，等离子的产生是离开等离 子发生装置的壁面来进行，从而获得向处理容器11内部的处理空间导入 的离子等大质量的带电粒子比较少的优选特征，因此在图1的等离子处理 装置10中，优选考虑将环形等离子发生装置用作远程等离子源16C。图4更为详细地示出了被用作这种所述远程等离子源16C的所述图 2E所示的环形等离子发生装置60。参照图4，等离子发生装置60具有设置了气体入口 61A和气体出口 61B的循环气体通路61，并在所述气体通路的外侧缠有高频线圈62。于是，被导入所述气体入口 61A的Ar等稀有气体在所述循环气体通 路61中环行，此时由高频电能来驱动所述高频线圈62，并由此在所述稀 有气体中诱发出等离子。这样，随着被诱发出的等离子在所述气体通路61 中的高速环行而在所述气体通路61中形成图4中实线61a所表示的环形电 流通路，并且所述高频线圈所形成的磁力线如图4中虚线61b所示，被局 限在与所述电流通路61a相一致的路径中。这样，若磁力线被局限在路径 61b，则等离子体中的电子和离子被局限在与所述磁力线路径61b相一致 的电流通路61a中，从而使所述电流通路61a中的电流密度进一步增大， 而这样的电流密度的增大又导致磁力线被进一步局限于所述磁力线路径 61b。在图4的环形等离子发生装置60中，由于高密度等离子体形成在从 隔成所述循环气体通路61的壁面离开的位置，因此尤其能够减少高能加 速电子对壁面的溅蚀，从而可形成污染少的等离子。另外可以稳定地维持 该污染少的等离子。专利文献l:美国专利第6374831号公报。发明内容发明要解决的问题这样在图4的环形等离子发生装置60中，虽然可以在形成高密度等 离子之后稳定地将其维持，但从上述说明中可以得知，等离子的点火存在问题。该问题例如当在图1的CVD装置10中将图4的等离子发生装置60 用作远程等离子源16C时尤其显著。再次参照图1，虽然在所述CVD装置10中向所述远程等离子源16C 提供NF3腐蚀气体，但由于NF3和F2、 CF4、 C2F6、 C3F8、 SF6、 C1F3等用 于腐蚀的含氟的化合物的电离能远大于Ar，因此在所述远程等离子源16C 中，当向来自所述Ar气体源16B的Ar气体中添加包含含有高电阴性F的 N&等氟化物的腐蚀气体时，就会产生所述远程等离子源16C中的等离子 点火困难的问题。图5示出下述关系，即，在本发明的发明者对本发明的基础性研究 中，当在图1的CVD装置10中将图4的环形装置60用作远程等离子源 16C，并分别改变提供给所述远程等离子源16C的Ar/NF3混合气体中的 NF3气体的比例来进行清洗时，清洗速度和NF3气体浓度之间的关系。在 图5的试验中，在将所述图4的循环气体通路61中的压力设定为1333Pa (10Torr)，基座12的温度设为IO(TC， Ar气体和NF3气体的总共流量设 为1500SCCM的条件下进行在所述图1的衬底12A上形成的热氧化膜的腐 蚀(清洗)。图中，纵轴的清洗速度表示所述热氧化膜每分钟的膜厚变化 率。所述远程等离子源16C由频率为400kHz的高频来驱动。参照图5可以知道，清洗速度随着Ar/NF3混合气体中的N&气体浓度 的增大而增大。由此可以知道，若想在1200Pa的压力下实现500nm/分以 上的清洗速度，则最好在提供给所述远程等离子源16C的Ar/NF3混合气 体中添加NF3，使之达到至少5%的浓度(=NF3/ (Ar+NF3))。图6示出了图1的CVD装置10中的清洗速度和NF3气体分压力之间 的关系。图6的试验也是本发明的发明者在本发明的基础性研究中进行 的，并将图4的环形等离子发生装置60用作远程等离子源16C。在图6的试验中，在将提供给所述远程等离子源16C的NF3气体的浓度设为45%， 并将Ar/NF3混合气体的全流量设为1500SCCM的条件下，改变所述处理 容器ll内的全压力，同时进行所述热氧化膜的腐蚀。参照图6可以知道，当固定NF3气体的浓度时，通过增大处理容器ll 内的全压力(进而NF3气体分压力)来加快热氧化膜的腐蚀速度，即清洗 速度。由图6的关系可以知道，当将NF3的浓度设定为45%时，在约 266Pa (2Torr)以上的压力下可以实现超过每分钟500nm的清洗速度(腐 蚀速度)。图5、 6的结果示出了下述关系，即，当在所述图1的CVD装置10 中将图4所示的环形等离子发生装置60用作远程等离子源16C时，通过 增大提供给所述远程等离子源16C的Ar/NF3混合气体中的NR气体的浓 度或分压力，能够实现超过每分钟500nm的清洗速度，从而可以知道，当 在图1的CVD装置10中进行高效地清洗时，优选增加NF3气体的浓度。另外图7示出了图4的环形等离子发生装置60的等离子维持功率和提 供给所述等离子发生装置60的Ar/NF3混合气体中的NF3浓度之间的关 系。图7的试验也是本发明的发明者在本发明的基础性研究中进行的，并 在将全压力设为10Torr，且将所述Ar/NF3混合气体的全流量设为 1500SCCM的条件下，进行等离子的产生。参照图7可以知道，等离子一旦形成，即使NF3气体的浓度增大了， 也可以通过增大所提供的RF功率来维持等离子。另一方面，图7的关系 也示出了当增大Ar/NF3混合气体的浓度时，需要大的RF功率来维持等离 子。而当所述Ar/NF3混合气体中的NF3的浓度为零时，以微小的RF功率 即可维持等离子。另外，图8示出了图4的环形等离子发生装置60的等离子维持功率和 提供给所述等离子发生装置60的Ar/NF3混合气体的全压力之间的关系。 图8的试验也是本发明的发明者在本发明的基础性研究中进行的，并在将 Ar/NF3混合气体中的NF3浓度设为45%，且将所述Ar/NF3混合气体的全 流量设为1500SCCM的条件下，进行等离子的产生。由图8可以知道，所述Ar/NF3混合气体中的等离子维持功率随全压力的降低而减少，例如当全压力约为333Pa (2.5Torr)时，以3kW的高频功 率即可维持等离子。与之相对，当全压力约为2000Pa (15Torr)时，必须 投入超过4kW的RF功率才可维持等离子。这样，在图4的环形等离子发生装置60中，若等离子一旦点火，则 在高NF3分压力或浓度下，可以通过投入大的RF功率来高效地进行等离 子腐蚀或等离子清洗，但如先前所说明的，在环形等离子发生装置中，特 别是当供给含有NF3等高电阴性元素的气体时，会有等离子点火困难的问 题。在图4的环形等离子发生装置60中，即使向Ar添加一点点N&气 体，等离子也不会点火。另外当全压力变高时，等离子不点火。该问题从 图7、 8的等离子维持功率和NF3浓度或分压力之间的关系可得到提示， 另外从等离子维持功率和全压力之间的关系中也能有所提示。为了避免该等离子点火的问题，以往当远程等离子源16C点火时，供 给100%的Ar气体，并在形成等离子时向其中添加含有氟化物的腐蚀气 体。例如参照专利文献l。即使在之前图5 8所说明的试验中，也可通过 在等离子点火时使用100%的Ar气体来进行等离子的点火。但在这种以往的方法中，当等离子点火时，必须对图4的循环气体通 路61进行充分净化以去除NF3气体，等离子才能够点火，尤其最近，例 如若在制造设计规格在lum以下的超微半导体装置时进行所要求的频繁 的处理容器的清洗，例如每处理一片衬底就要进行处理容器11的清洗处 理，则会花费很长的处理时间，从而会大幅降低衬底处理能力。另外，以往若要在将含有卤化物的清洗气体提供给等离子发生装置的 状态下进行等离子点火，则即使是在图2A 2F或图3的任一形式的等离 子发生装置中，等离子点火也会如前所述变得困难，因此必须施加高驱动 电压，但若这样施加高驱动电压，则在等离子点火的瞬间，包括线圈和电 极的驱动系统的阻抗会有较大变化，从而会有过冲驱动电压损伤所述驱动 系统和高频电源的危险。因此，本发明以提供解决上述问题的新的有用的等离子点火方法、清 洗以及衬底处理方法为其总括性课题。本发明的另一课题为提供下述方法，即，在环形等离子发生装置中，对于Ar气体和NF3气体的混合气体，使等离子点火的等离子点火方法，以及使用所述环形等离子发生装置的衬底处理方法。本发明的另一课题在于提供下述等离子清洗方法，即，能够在低电压 下点火等离子，由此避免因高电压引起的电源、线圈以及电极等的损伤。解决问题的方案本发明提供了一种环形等离子发生装置中的等离子发生方法，其中所 述等离子发生装置包括具有气体入口和气体出口并形成环形通路的气体通 路以及缠绕在所述气体通路的一部分上的线圈，所述等离子发生方法的特征在于，包括下述工序，即，向所述气体通路中提供含有至少5%的NF3 的Ar气体和NF3气体的混合气体，并由高频电能驱动所述线圈，从而对 等离子进行点火的工序，其中所述等离子点火工序是在6.65 66.5Pa的全 压力下执行的。本发明还提供了一种环形等离子发生装置的等离子发生方法，其中所 述等离子发生装置包括具有气体入口和气体出口并形成环形通路的气体通 路以及缠绕在所述气体通路的一部分上的线圈，所述等离子发生方法的特 征在于，包括下述工序，即，向所述气体通路中提供含有至少5。％的Fj勺 Ar气体和F2气体的混合气体，并由高频电能驱动所述线圈，从而点火等 离子的工序，其中所述等离子点火工序是在6.65 66.5Pa的全压力下执行 的。本发明还提供了一种通过排气系统来排气并与远程等离子源相结合的 处理容器的清洗方法，其中所述远程等离子源由环形等离子发生装置构 成，该环形等离子发生装置包括具有气体入口和气体出口并形成环形通 路的气体通路、以及缠绕在所述气体通路的一部分上的线圈，所述清洗方 法的特征在于，包括下述工序在所述远程等离子源中形成含有F的自由基的工序；和将所述自由基供应到所述处理容器内部，并通过所述自由基来对所述 处理容器内部进行清洗的工序，其中，形成所述自由基的工序包含下述工序在等离子点火的第一压力下向所述气体通路中供应混合气体，并由高频电能驱动所述线圈，从而使等离子点火的工序，其中所述混合气体是在Ar气体中以至少5Q/^的浓度含有作为清洗气体的NF3或F2的混合气体；和维持所述等离子，并使所述气体通路中的所述混合气体的全压力增大 到第二压力的工序，所述清洗工序是在所述第二压力下对所述处理容器内部进行清洗的。 本发明还提供一种通过排气系统来排气并与远程等离子源相结合的处 理容器中的衬底处理方法，其中所述远程等离子源由环形等离子发生装置 构成，该环形等离子发生装置包括具有气体入口和气体出口并形成环形 通路的气体通路、以及缠绕在所述气体通路的一部分上的线圈，所述衬底 处理方法的特征在于，包括下述工序在所述远程等离子源中形成含有F的自由基的工序；和 将所述自由基供应到所述处理容器内部，并通过所述自由基在所述处 理容器内部对被处理衬底表面进行腐蚀的工序，其中，形成所述自由基的工序包含下述工序在等离子点火的第一压力下向所述气体通路中供应混合气体，并由高 频电能驱动所述线圈，从而使等离子点火的工序，其中所述混合气体是在Ar气体中以至少5X的浓度含有作为腐蚀气体的NF3或F2的混合气体；和维持所述等离子，并使所述气体通路中的所述混合气体的全压力增大 到第二压力的工序，所述腐蚀工序是在所述第二压力下进行的。本发明还提供一种了在第一压力带下通过被等离子激励的清洗气体的 自由基来对处理容器内部进行清洗的清洗方法，其特征在于，包括下述工序以低于所述第一压力带的第二压力带向等离子发生装置导入稀释气体和清洗气体的混合气体，并使等离子点火的工序；和使所述处理容器内部的压力从所述第二压力带增大到所述第一压力带 的工序。本发明还提供一种了在第一压力带下通过被等离子激励的腐蚀的自由 基来对处理容器中被处理衬底表面进行腐蚀的衬底处理方法，其特征在于，包括下述工序以低于所述第一压力带的第二压力带向等离子发生装置导入稀释气体 和腐蚀气体的混合气体，并使等离子点火的工序；和使所述处理容器内部的压力从所述第二压力带增大到所述第一压力带 的工序。本发明还提供一种了在第一压力带下通过被等离子激励的清洗气体的 自由基来对处理容器内部进行清洗的清洗方法，其特征在于，包括下述工 序以低于所述第一流量带的第二流量带向等离子发生装置导入稀释气体 和清洗气体的混合气体，并使等离子点火的工序；和使所述混合气体的流量从所述第二流量带增大到所述第一流量带的工序。本发明还提供了一种在第一流量带下通过被等离子激励的腐蚀的自由 基来对处理容器中被处理衬底表面进行腐蚀的衬底处理方法，其特征在 于，包括下述工序以低于所述第一流量带的第二流量带向等离子发生装置导入稀释气体和腐蚀气体的混合气体，并使等离子点火的工序；和使所述混合气体的流量从所述第二流量带增大到所述第一流量带的工序。发明效果根据本发明，在环形等离子发生装置中，向气体通路中提供含有至少5%的NFs的Ar气体和NF3气体的混合气体，并在6.65 66.5Pa的全压力 下通过高频电能来使等离子点火，由此可对Ar/NF3混合气体进行等离子点 火，其结果是，可以在需要间断形成等离子的枚叶式衬底处理系统等中省 略每次使等离子点火所必须的、从远程等离子源清除NF3气体的工序，从 而能够极大地改善清洗和衬底处理的能力。另外， 一旦等离子点火，则能 够从等离子点火点转移到执行清洗和腐蚀的处理点而不会使等离子熄灭， 从而能够有效施行等离子处理。另外根据本发明，当等离子点火时，即使是含有卤素化合物的气体，也可以通过降低气压而以低气压来进行等离子点火。由此，可以避免产生 由于等离子点火瞬间的大的阻抗变化而产生的大的电压过冲，以及由此而 引起的驱动电源、电极或者线圈等的破损。在本发明中，在等离子点火之 后维持等离子，同时将气体压力增大到预定的处理条件，由此能够高效地 施行预期的清洗处理和腐蚀处理。另外根据本发明，当为了对含有卤素化 合物的气体进行等离子点火时，尤其是当进行像枚叶处理工序这样频繁间 断等离子的工序时，不需要在每次等离子点火时清除包含卤素化合物的气 体，从而极大地提高了清洗或者衬底处理的能力。


图1是本发明所适用的CVD装置的结构示意图；图2A是以往的感应耦合型等离子发生装置的简要示意图；图2B是以往的电子回旋加速器共振型等离子发生装置的简要示意图；图2C是以往的螺旋波激励型等离子发生装置的简要示意图； 图2D是以往的微波共振器型等离子发生装置的简要示意图； 图2E是以往的环形等离子发生装置的简要示意图； 图3是以往的平行板型等离子发生装置的简要示意图； 图4是在图1的CVD装置中所使用的以往的环形等离子发生装置的 结构示意图；图5是在等离子清洗过程中所使用的Ar/NF3混合气体中的NF3浓度和 清洗速度之间的关系的示意图；图6是在等离子清洗过程中所使用的Ar/NF3混合气体的全压力和清洗 速度之间的关系的示意图；图7是在等离子清洗过程中所使用的Ar/NF3混合气体中的N&浓度等离子维持功率之间的关系的示意图；图8是示出在等离子清洗过程中所使用的Ar/NF3混合气体的全压力和 等离子维持功率之间的关系的示意图；图9是对本发明第一实施例的等离子点火条件所作的探索的说明图；图10是根据本发明第一实施例而发现的等离子点火条件的示意图； 图11是根据本发明第一实施例而发现的等离子点火电压和全压力之 间的关系的示意图；图12是本发明第二实施例的Ar/F2气体的等离子点火条件的示意图； 图13是本发明第三实施例的从等离子点火点向等离子清洗或等离子 腐蚀处理点的转移的示意图；图14是本发明第三实施例中所使用的气体流量切换机构的结构示意图；图15是示出本发明第三实施例的等离子清洗/腐蚀工序的气体和RF 功率的供给顺序图。 标号说明 10 CVD装置 11处理容器 12基座 13真空泵 13A截止阀 13B电导阀 14喷头15原料气体供给系统15A 15C原料气体源15VA 15VC阀16清洗模块16A清洗气体源16B Ar气体源16a 16d质量流量控制器16C远程等离子源16VA 16VC阀20 ICP型等离子发生装置21等离子容器22线圈23高频电源30 ECR型等离子发生装置31等离子容器32磁铁33微波电源40螺旋波型等离子发生装置 41等离子容器 42环形天线 43高频电源 44磁铁50微波共振器型等离子发生装置51微波共振器52微波电源60环形等离子发生装置61气体通路61A气体入口61B气体出口62高频线圈70平行板型等离子发生装置71等离子容器71A、 71B电极72高频电源Ll原料气体管线L2清洗气体管线具体实施方式
(第一实施例) 下面针对优选实施例说明本发明。如之前所说明的，在环形等离子发生装置中，由于可以抑制等离子体 对等离子发生装置壁面的溅蚀，因此在使用等离子的衬底处理工序中的污 染比较少，虽然有这样的优选特征，但等离子点火困难，因此当进行等离 子点火时，必须清除包含NF3等大电负性卤化物的腐蚀气体或清洗气体，然后在100%的Ar气体的环境中进行点火。这样，以往在环形等离子发生装置中，只可以在100%的Ar气体的环境中进行等离子的点火。针对于此，本发明的发明者有下述构思，g卩着眼于在减压环境下延长电子的平均自由程，即使在环形等离子发生装置 中，当在低于用于普通清洗或腐蚀的压力的减压环境下施加高频电场时， 电子在电场的作用下被大大加速，其结果是获得高能量，并且当电子具有高能量时，即使在Ar气体中加入包含NF3等大电负性卤化物的气体，等 离子也能够点火。图9表示的是本发明的发明者基于这种构思，在本发明的基础性研究 中对图4的环形等离子发生装置60 (ASTRONi， MKS制造，美国专利 6150628号公报)的等离子点火条件进行探索所得出的结果，其中所述探 索是分别改变所述Ar/NF3混合气体中的NF3的浓度，进而分别改变全压力 来进行的。参照图9，參表示没有发生等离子点火的点，尽管在所述NF3的浓度 在2.5%以上所试验的任一压力下均没有发生等离子点火，但发现当NF3 的浓度为1.7%时，如图中O所示，在全压力降低到69Pa (520mTorr)的 情况下发生等离子点火。在图9的试验中，所述Ar/NF3混合气体的全流量 设为500SCCM，并施加1.7kW的高频电能。因此，对于图4的环形等离子发生装置60，以这样发现的点火点为出 发点，分别改变所述Ar/NF3混合气体的全压力、流量以及所述混合气体中 NF3的浓度来探索等离子的点火点，结果得到图10所示的结果。在图10 的试验中，以1500W的功率来提供频率为400kHz的高频。参照图10，纵轴表示所述Ar/NF3混合气体中的NF3的浓度(=NF3/ (Ar+NF3))，横轴表示所述气体通路21中的全压力，阴影范围表示能 够产生等离子点火的条件。艮口，随着所述气体通路21中的全压力的减少，可以产生等离子点火的NF3的浓度范围增大，另外，随着所述Ar/NF3混合气体的全流量的减 少，可以产生等离子点火的NF3的浓度范围增大。另一方面，若所述气体通路61中的全压力过度降低，则被加速的电 子与Ar原子或NF3分子撞击的概率降低，从而等离子点火变困难。由图IO可以知道，通过将等离子点火时的所述气体通路61中的全压 力减少到66.5Pa (0.5Torr)以下，优选减少到6.65Pa (0.05Torr)以下， 可以在含有5%以上的N&的Ar/NF3混合气体中进行等离子点火，特别是 即使Ar/NF3混合气体中的NF3的浓度达到45%，也有可能产生等离子点 火。此外，图10还示出了下述趋势，S卩，当等离子点火时，通过降低提 供给所述环形等离子发生装置的Ar/NF3混合气体的流量来增大产生等离子 点火的NF3的浓度范围。例如，虽然当所述Ar/NF3混合气体的气体流量为 80SCCM时产生等离子点火，但产生等离子点火的NF3的浓度范围或压力 范围有所限制，但随着所述气体流量减少到20SCCM、 5SCCM、 3SCCM，产生等离子点火的NF3的浓度范围以及压力范围会有所扩大。并 且，若所述Ar/NF3混合气体的气体流量在100SCCM以下，则即使所述混 合气体含有5X的NF3，也可以确认产生等离子点火。图11表示的是根据图9、图10的结果所求得的图4的环形等离子发 生装置60中的等离子点火电压和全压力之间的关系。参照图11，图示的示例虽然是针对所述Ar/NF3混合气体中含有5X的 NF3的情况而进行的，但可以看出等离子点火电压随全压力的降低而降 低，并在与图9的O所表示的点火点大致对应的压力下达到最小。由此， 当压力降低时，所述撞击概率降低的结果为等离子点火电压急剧上升。由图11的关系可以看出，即使在所述混合气体的全压力非常高或者 非常低的情况下，若对所述混合气体施加超过图11的曲线的充足的电 压，也能够对等离子进行点火，但在实际的等离子发生装置中，由于装置 设计上的或费用上的制约，从而实际上可以进行等离子点火的压力范围被 限制在6.65 66.5Pa (0.05 0.5Torr)。这样根据本实施例，在环形等离子发生装置中，即使使用含有5%以上的N&的Ar/NF3混合气体，也可以进行等离子点火。因此，例如在枚叶式衬底处理装置中，当频繁清洗处理容器内部或每处理一片衬底就要清洗 处理容器内部时，不需要为了进行等离子点火而花费较长时间来从处理容器内部清除NF3清洗气体，从而大幅度提高了衬底处理的能力。在使用 NF3气体来对每片被处理衬底进行腐蚀的枚叶式等离子腐蚀装置时，也可 以获得同样的优点。 (第二实施例)作为本发明的第二实施例，图12示出了本发明的发明者对等离子点 火条件进行探索的结果，其中对等离子点火条件进行的探索是在图4所示 的环形等离子发生装置60中，当以各种F2浓度(F2/ (Ar+F2))向所述气 体通路61提供Ar和F2的混合气体时，通过和前述的图9的相同的顺序来 进行的。在图12的试验中，设定所述Ar/F2混合气体的流量为IOOSCCM，并 以1300W的功率提供频率为400kHz的高频。参照图12可以知道，当将全部气体流量设为IOOSCCM时，在所述混 合气体中的F2的浓度为5%的情况下，并在大约6.65Pa (0.05Torr)以 上、66.5Pa (0.5Torr)以下的压力范围中产生在等离子点火，该可进行点 火的压力范围随着所述混合气体中F2的浓度的增大而縮小，但直到约45^的F2的浓度仍可点火。(第三实施例)这样，本发明的发明者在本发明的基础性研究中成功地发现，即使在 图4所示的环形等离子发生装置中提供在Ar气体中添加了含有N&或F2 等高电负性卤化物的气体的混合气体的情况下，也可以进行等离子点火， 并且成功地发现了可进行等离子点火的条件。另一方面，实际上在CVD装置中，例如图1的CVD装置10中用于 清洗或腐蚀的压力或气体流量远大于图9或图10所示的点火点，因而在 环形等离子发生装置60中，在图9或图10的点火点进行等离子点火后， 并没有消除等离子，而是被要求改变条件直至实际进行处理的处理点。例如根据之前所说明的图5或图6可以知道，若要达到每分钟150或200nm 的清洗速度，必须将Ar/N&混合气体中的NF3的浓度设定在50%以上， 并将压力(全压力)设定在1330Pa (10Torr)以上。因此，本发明的发明者在本发明的基础性研究中，对所述图1的CVD 装置10进行下述验证，即，如图13所示，从与图9或图IO所说明的等离 子点火点相对应的点火点(1)开始到进行实际的清洗或腐蚀处理的处理 点(2)以各自的路径来改变所述Ar/NF3混合气体的全压力和流量，从而 验证是否从点(1)到点(2)维持等离子。在该试验中，在图1的CVD 装置10中，所述阀16Vc被全部打开，使得被用作所述远程等离子源16C 的图2的环形等离子发生装置20的气体通路21中的压力和所述处理容器 ll的内部压力在实质上相等。在图13的试验中，将点火点(1)的全压设为约11Pa (0.08Torr)， 将所述Ar/NF3混合气体的全流量设定为3SCCM，并将处理点(2)的全压 力设定为1330Pa (10Torr)，将所述Ar/NF3混合气体的全流量设定为 3SLM。参照图13，在路径A中，从所述点火点(1)开始维持所述约llPa (0.08Torr)的压力不变，并增加气体流量直到点(4)。即，在图1的 CVD装置10中，从点(1)到点(4)逐渐打开排气系统的电导阀13B， 所述电导阀13B在所述点(4)变成全开状态，使得即使所述Ar/NF3混合 气体的流量增大，所述处理容器11中的压力也会保持固定。由此，所述 点(4)由所述电导阀13B以及与其协同动作的真空泵13的能力来确定。在该状态下，若使所述Ar/NF3混合气体的流量逐渐增大到与所述处理 点(2)相对应的预定的处理流量，则所述处理容器11内部的压力，进而 所述气体通路61中的全压力增大到点(5)。从该时刻开始，在所述 Ar/NF3混合气体的流量保持固定的情况下逐渐关闭所述电导阀13B，以此 将所述处理容器11内部的压力，进而将所述气体通路61中的压力逐渐增 大到所述处理点(2)。另一方面，在图13的路径B中，在所述Ar/NF3混合气体的流量保持 固定的情况下逐渐关闭所述电导阀13B，以此来逐渐增大所述处理容器11内部的压力，随之逐渐增大所述气体通路61中的全压力，并在全闭状态下到达所述点(6)。即，所述点(6)由所述电导阀13B的全闭状态中的 气体泄漏量以及真空泵13的能力来确定。在所述路径B中，从所述点(6)开始在所述电导阀13B保持全闭的 状态下使所述Ar/NF3混合气体的流量增大，由此使所述处理容器11内部 的压力，进而所述气体通路61中的全压力逐渐增大，并到达与所述处理 点(2)的处理压力相对应的点(7)。进而从所述点(7)开始使所述 Ar/NF3混合气体的流量逐渐增大到所述处理点(2)。此时，通过逐渐关 闭所述电导阀13B来将所述处理容器11内部的压力，进而将所述气体通 路61中的全压力维持在所述处理压力。另外在图ll的路径C中，在所述点火点(1)使等离子点火之后，保 持所述电导阀13B的开度将所述Ar/NF3混合气体的流量增加到与预定的 处理流量相对应的点(3)，进而在此之后逐渐縮小所述电导阀13B,以 此将所述处理容器11内部的压力增大到所述处理点(2)，随之将所述气 体通路61中的全压力增大到所述处理点(2)。这样，在从所述点火点(1)到处理点(2)的各个路径上进行改变气 体流量和全压力的试验，其结果是确认了在图13中所述点(1) (7) 所包围的区域中，即使改变所述全压力和气体流量也不会熄灭已经点火的 等离子。并且如在前所说明的，点(4)、点(6)、从而从点(4)到点(5) 的路径，以及从点(6)到点(7)的路径由所使用的CVD装置的电导阀 13B的设计以及真空泵13的能力所确定，若增大所述电导阀13B的最大 电导，或增大真空泵13的能力，则所述点(4)到点(5)的路径会转移 到大流量一侧。另外，若减少所述电导阀13B的最小电导，或降低真空泵 13的能力，则所述点(6)到点(7)的路径会转移到高压一侧。另外，所述处理点(2)可以设定为前面图5 图9所说明的条件中的 任一个。艮P，在所述处理点(2)，通过如图5所示将所述Ar/NF3混合气体中 NF3的浓度增大到80%，可以实现对热氧化膜每分钟2000nm的清洗速度。此时，在所述点火点(1)到处理点(2)之间需要改变所述Ar/NF3混 合气体中的N&的浓度。在这样的情况下也可以确认等离子一旦点火，能够维持等离子。这样，在到达处理点(2)之后，可以进行普通的清洗工序。另外， 在图1的CVD装置10中，应该注意在被用作所述远程等离子源16C的环 形等离子发生装置20中是从产生等离子点火的时刻开始进行清洗。如之前所说明的那样，在图13中，当从点火点(1)向处理点(2) 转移时，所述Ar/NF3混合气体中的Ar气体和NF3气体的混合比既可以是 固定的也可以是变化的。此时，在本发明中，由于紧接等离子点火产生之 后开始进行清洗，因此不仅可以使所述Ar/NF3混合气体中的N&的浓度在 从点火点(1)向处理点(2)转移之间有所增加，还可以根据需要来使之 降低。此外，在图1的CVD装置10中，将所述环形等离子发生装置20用 作远程等离子源16C，从而可以在所述处理容器11中进行热氧化膜和 CVD氧化膜等绝缘膜的等离子腐蚀，或者进行W膜和Ti膜等金属膜的等 离子腐蚀，以及进行TiN膜等导电性氮化膜的等离子腐蚀和多晶硅膜的等 离子腐蚀。另外，在本实施例中，在图1的CVD装置10中，如图14所示，在 所述N&气体源16A中设有能力不同的多个质量流量控制器16a、 16b，并 可通过阀来对此进行切换使用。在图13中，在所述Ar气体源16B中同样 也设有能力不同的多个质量流量控制器16c、 16d，并可通过阀来对此进行 切换使用。因此，例如最初在质量流量控制器16a的作用下，Ar/N&混合气体流 量从图13的点火点(1)开始沿路径C增大，若考虑在所述路径C上的点(8)将质量流量控制器16a切换为更大容量的质量流量控制器16b，则伴 随所述质量流量控制器的切换，流量和全压力会暂时下降到点(9)，但 通过驱动更大容量的质量流量控制器16b可以返回路径(C)上的点(10)。此时根据本实施例，所述点(9)仅位于图11所示的等离子维持 区域内，从而在点(1)点火的等离子不会熄灭。另外，所述返回后的点(10)并不限定在所述路径C上，而是可以在 流量大于所述点(8)的大范围内选择所述等离子维持区域内的任意点。同样，在维持在低压力下点火的等离子的同时，使等离子发生装置中的压力增大到与处理条件相对应的高压力不仅可在使用所述Ar/NF3气体的 情况下实现，也可在使用Ar/F2混合气体的情况下实现。此时，在升压中，所述Ar/F2混合气体中的F2的浓度既可以保持固 定，也可以有所变化。另外，给所述等离子发生装置中所提供的稀有气体不限于Ar气体， 还可以使用He、 Ne、 Kr、 Xe等气体。图15表示的是在基于上述结果的本发明的第三实施例的清洗或腐蚀 处理中所使用的气体以及RF功率的供给顺序。参照图15，在本实施例中，最初将少量的Ar气体和NF3气体提供给 图4的环形等离子发生装置60，并在6.65 66.5Pa的全压力(Pl)下提供 RF功率使等离子点火。等离子点火之后，所述Ar气体和NF3气体的流量以任意路径在图13 中的点(1) (7)所包围的区域中增大，并在到达预定的处理压力P2 时执行预期的清洗或腐蚀处理，之后断开RF功率。并且如之前所说明的那样，使用NF3的清洗或腐蚀处理紧跟等离子点 火之后开始进行。并且在本实施例中，也可使用F2气体来代替所述NF3气体。此时，可 以设定所述点火工序的压力Pl以及此时的Ar气体和F2气体的流量，使之 被容纳于图12所说明的点火范围内。 (第四实施例)之前所述的图11的关系，即，等离子点火电压在低压一侧减少，跨 过对应某一最小值的压力后急剧增加的趋势被认为不局限于环形等离子发 生装置，而是在图2A 图2E或图3所示的等离子发生装置20 70中普 遍成立的一种趋势，而与稀有气体的种类和包含卤化物的腐蚀气体或者清 洗气体的种类无关。因此在本实施例中，当在图2A 图2E或图3所示的等离子发生装置20 70中使用包含卤素化合物的气体对处理容器内部进行等离子清洗时， 或者当使用包含卤化物的气体对被处理衬底表面进行等离子腐蚀时，在稀 有气体和包含所述卤化物的气体的混合气体中使用图11所示的点火电压 为最小的条件或者在其附近的条件来进行等离子点火。在本实施例中，由于以低电压产生等离子点火，因此不会对等离子发 生装置的电极和线圈施加高电压，即使伴随等离子的点火瞬间产生大的阻 抗的变化，高频电源和电极、线圈等也不会有破损。另一方面，如前面所说明的那样，在等离子清洗或等离子腐蚀中，NR和F2等清洗/腐蚀气体的浓度或分压力越高，处理效率就越高。当然， 若在图10或图12的点火区域内等离子点火，则由于在等离子中含有所述 清洗/腐蚀气体，所以虽然开始了清洗工序和腐蚀工序，但也考虑到由于装 置的原因，清洗/腐蚀气体的浓度不充分，因此不能达到足够的处理效率。因此在本实施例中，按照与之前的图15相同的顺序，在等离子点火 之后使所述稀有气体和清洗/腐蚀气体的混合气体的全压逐步增大到预期的 处理压力。例如在图15的顺序中，如之前图13所说明的那样，从与图15的压力 Pl相对应的点火点(1)到与进行实际清洗处理的图15的压力P2相对应 的处理点(2)，经由图13中所述点(1) (7)所包围的区域来改变全 压力和气体流量，以此可以实现预期的全压力和气体浓度，而不使点火的 等离子熄灭。另外如之前所说明的那样，点(4)和点(6)，进而从点(4)到点 (5)的路径，以及从点(6)到点(7)的路径由所使用的CVD装置的电 导阀13B的设计和真空泵13的能力来确定，若增大所述电导阀13B的最 大电导，或增大真空泵13的能力，则所述点(4)到点(5)的路径会转 移到大流量一侧。另外，若减少所述电导阀13B的最小电导，或降低真空 泵13的能力，则所述点(6)到点(7)的路径会转移到高压一侧。另外，所述处理点(2)可以设定为能够高效地执行等离子清洗的已 知条件中的任一个。艮口，在所述处理点(2)，通过将所述Ar/NF3混合气体中NF3的浓度增大到80%，可以实现对热氧化膜每分钟2000nm的清洗速度。此时，在 所述点火点(1)到处理点(2)之间需要改变所述Ar/NF3混合气体中的 NR的浓度。即使在这样的情况下，也可以确认若等离子一旦点火，能够 维持等离子。这样，在到达处理点(2)之后，可以进行普通的清洗工序。另外， 在图1的CVD装置10中，应该注意在被用作所述远程等离子源16C的环 形等离子发生装置20中是从产生等离子点火的时刻开始进行清洗。在图13中，当从点火点(1)向处理点(2)转移时，所述Ar/NF3混 合气体中的Ar气体和NF3气体的混合比既可以是固定的也可以是变化 的。此时，在本发明中，由于紧接等离子点火产生之后开始进行清洗，因 此不仅可以使所述Ar/NF3混合气体中的NF3的浓度在从点火点(1)向处 理点(2)转移之间有所增加，还可以根据需要来使之降低。此外，在图1的CVD装置10中，将所述图2A 2E的任一等离子发 生装置用作远程等离子源16C，从而可以在所述处理容器11中进行热氧化 膜和CVD氧化膜等绝缘膜的等离子腐蚀，或者进行W膜和Ti膜等金属膜 的等离子腐蚀，以及进行TiN膜等导电性氮化膜的等离子腐蚀和多晶硅膜 的等离子腐蚀。另外在本实施例中，和之前的实施例相同，在图1的CVD装置10 中，如图14所示，在所述NF3气体源16A中设有能力不同的多个质量流 量控制器16a、 16b，并可通过阀来对此进行切换使用。在图10中，在Ar 气体源16B中同样也设有能力不同的多个质量流量控制器16c、 16d，并可 通过阀来对此进行切换使用。因此，例如最初在质量流量控制器16a的作用下，Ar/NF3混合气体流 量从图13的点火点(1)开始沿路径C增大，若考虑在所述路径C上的点(8)将质量流量控制器16a切换为更大容量的质量流量控制器16b，则伴 随所述质量流量控制器的切换，流量和全压力会暂时下降到点(9)，但 通过驱动更大容量的质量流量控制器16b可以返回路径(C)上的点(10)。此时根据本实施例，所述点(9)仅位于图9中所示的等离子维 持区域内，从而在点(1)点火的等离子不会熄灭。另外，所述返回后的点(10)并不限定在所述路径C上，而是可以在 流量大于所述点(8)的大范围内选择所述等离子维持区域内的任意点。以上主要是以向环形等离子发生装置提供Ar/NF3混合气体或Ar/F2混 合气体来形成等离子的情况为例对本发明进行了说明，但在本发明中，等 离子发生装置不局限于环形等离子发生装置，如在所述第四实施例中所说 明的，本发明可适用于图2A 2E或图3所示的其它的等离子发生装置。此外在本发明中，为形成等离子而提供的稀释气体不局限于Ar，当使 用He、 Ne、 Kr、 Xe等稀释气体或H20、 02、 H2、 N2、 (3^6等时，本发明 也成立。另外，在本发明中所使用的清洗/腐蚀气体不局限于NF3或F2，还 可以使用其它的卤化物气体，以及CH3COOH等含有CH3COO基的化合 物。以上是针对优选实施例对本发明进行说明的，但本发明不局限于特定 的实施例，在权利要求范围内记载的要旨内所作的各种变形、改变都是可 以的。
权利要求
1.一种处理容器内部的清洗方法，其特征在于，包括下述工序等离子点火工序，向远程等离子发生装置供应含有第一浓度的清洗气体的清洗气体和稀释气体的混合气体，并在第一压力下使等离子点火；浓度增大工序，在所述等离子点火工序之后，使清洗气体的浓度增大到高于第一浓度的第二浓度；压力增大工序，在所述等离子点火工序之后，使压力增大到高于第一压力的第二压力；以及清洗工序，通过被等离子激励的清洗气体的自由基来对处理容器内部的堆集物进行清洗。
2. 如权利要求1所述的处理容器内部的清洗方法，其特征在于， 所述清洗工序与所述浓度增大工序或所述压力增大工序中的至少一个工序同时进行。
3. 如权利要求1所述的处理容器内部的清洗方法，其特征在于， 所述清洗气体为卤素化合物。
4. 如权利要求1所述的处理容器内部的清洗方法，其特征在于， 所述清洗气体为NF3或F2。
5. 如权利要求1所述的处理容器内部的清洗方法，其特征在于， 所述稀释气体为Ar、 Kr、 Xe中的某一种。
6. 如权利要求1所述的处理容器内部的清洗方法，其特征在于， 所述远程等离子发生装置是环形等离子发生装置。
全文摘要
本发明提供等离子产生方法、清洗方法以及衬底处理方法。一种环形等离子发生装置中的等离子发生方法，其中所述等离子发生装置包括具有气体入口和气体出口并形成环形通路的气体通路、以及缠绕在所述气体通路的一部分上的线圈，所述等离子发生方法包括下述工序，即向所述气体通路中提供含有至少5％的NF₃的Ar气体和NE₃气体的混合气体，并由高频电能驱动所述线圈，从而使等离子点火的工序，其中所述等离子点火工序是在6.65～66.5Pa的全压力下执行的。
文档编号H01L21/31GK101333666SQ200810094770
公开日2008年12月31日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月27日
发明者土桥和也, 河南博, 田村登 申请人:东京毅力科创株式会社