(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-12
(45)【発行日】2024-03-21
(54)【発明の名称】チャンバからＳｎＯ２膜を洗浄するための方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240313BHJP
C23G 5/00 20060101ALI20240313BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101H
H01L21/302 101B
C23G5/00
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021506627
(86)(22)【出願日】2019-08-07
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-12-09
(86)【国際出願番号】 US2019045583
(87)【国際公開番号】W WO2020033602
(87)【国際公開日】2020-02-13
【審査請求日】2022-08-05
(31)【優先権主張番号】16/100,144
(32)【優先日】2018-08-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シンガール・アキル
(72)【発明者】
【氏名】オースティン・ダスティン・ザカリー
(72)【発明者】
【氏名】ハ・ジェングセオク
(72)【発明者】
【氏名】リュー・ペイ－チ
【審査官】山口 祐一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１５７８３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－０７７２０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０５９９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／００４２７５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０１０３１０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－００６７４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｃ２３Ｇ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
処理チャンバからＳｎＯ２残留物を洗浄するための方法であって、炭化水素ガスおよび水素ガスをプラズマ処理システムに導入し、
前記プラズマ処理システムのプラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、前記処理チャンバの表面から前記ＳｎＯ２残留物をエッチングし、前記水素ガスを用いる前記ＳｎＯ２残留物のエッチングはＳｎＨ４ガスを生成し、前記ＳｎＨ４ガスは前記炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成し、前記ＳｎＨ４ガスからの前記有機スズ化合物の前記生成は、Ｓｎ粉末に分解されるために利用可能なＳｎＨ４の量を低減し、
前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから排気すること、
を備え、
前記水素ガスに対する前記炭化水素ガスの流量の比率は、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上、且つ、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満であり、
前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源によってプラズマを生成するために前記処理チャンバに導入されると共に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源によってプラズマを生成するために前記ＩＣＰ源に導入され、前記ＣＣＰ源および前記ＩＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記エッチングに用いられる、方法。
【請求項2】
処理チャンバからＳｎＯ
２
残留物を洗浄するための方法であって、
炭化水素ガスおよび水素ガスをプラズマ処理システムに導入し、
前記プラズマ処理システムのプラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、前記処理チャンバの表面から前記ＳｎＯ ２ 残留物をエッチングし、前記水素ガスを用いる前記ＳｎＯ ２ 残留物のエッチングはＳｎＨ ４ ガスを生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスは前記炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスからの前記有機スズ化合物の前記生成は、Ｓｎ粉末に分解されるために利用可能なＳｎＨ ４ の量を低減し、
前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから排気すること、
を備え、
前記水素ガスに対する前記炭化水素ガスの流量の比率は、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上、且つ、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満であり、
前記炭化水素ガスは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源によってプラズマを生成するために前記処理チャンバに導入され、前記ＣＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記ＳｎＨ ４ ガスと反応して前記有機スズ化合物を生成し、前記水素ガスは、プラズマを生成するために前記処理チャンバから遠隔にある誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源に導入され、前記ＩＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記ＳｎＯ ２ 残留物をエッチングするのために前記処理チャンバに移送される、方法。
【請求項3】
処理チャンバからＳｎＯ
２
残留物を洗浄するための方法であって、
炭化水素ガスおよび水素ガスをプラズマ処理システムに導入し、
前記プラズマ処理システムのプラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、前記処理チャンバの表面から前記ＳｎＯ ２ 残留物をエッチングし、前記水素ガスを用いる前記ＳｎＯ ２ 残留物のエッチングはＳｎＨ ４ ガスを生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスは前記炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスからの前記有機スズ化合物の前記生成は、Ｓｎ粉末に分解されるために利用可能なＳｎＨ ４ の量を低減し、
前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから排気すること、
を備え、
前記水素ガスに対する前記炭化水素ガスの流量の比率は、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上、且つ、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満であり、
前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源によってプラスマを生成するために前記処理チャンバに導入され、前記方法は、さらに、
プラズマを生成するために誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源にアルゴンガスまたはヘリウムガスを導入し、前記プラズマはラジカルを生成し、
前記ＳｎＯ ２ 残留物のエッチングのための前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスの電離のために前記処理チャンバに前記ラジカルを移送すること、
を備える、方法。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、前記炭化水素ガスは、前記ＳｎＨ４ガスのＳｎ粉末への分解よりも動力学的に有利な、ＳｎＨ４ガスが前記有機スズ化合物を生成する反応経路を提供するよう構成されており、前記有機スズ化合物の生成は、前記ＳｎＯ２残留物をエッチングする間に前記処理チャンバの前記表面上にＳｎ粉末が蒸着されるのを防ぐために前記処理チャンバから前記有機スズ化合物を吸引することを可能にする、方法。
【請求項5】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、前記有機スズ化合物を揮発させ、揮発した前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから吸引することを可能にするために、前記処理チャンバの温度は６５℃～３００℃に維持される、方法。
【請求項6】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、前記炭化水素ガスとのＳｎＨ４の反応により前記有機スズ化合物の生成を可能にするために、前記処理チャンバの圧力が、０．１Ｔｏｒｒ～１０Ｔｏｒｒに維持される、方法。
【請求項7】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上の前記比率は、前記炭化水素ガスが前記ＳｎＨ４ガスと反応することを可能として、前記Ｓｎ粉末への分解に利用可能なＳｎＨ４ガスを低減し、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満の前記比率は、炭素系ポリマの形成と、前記処理チャンバの前記表面上への前記炭素系ポリマの蒸着とを防止する、方法。
【請求項8】
プラズマ処理システムの処理チャンバの表面へのＳｎ粉末の形成を低減させつつ、ＳｎＯ２層をパターニングするための方法であって、ＳｎＯ２層を基板上に蒸着させ、エッチングマスクを前記ＳｎＯ２層に塗布し、
炭化水素ガスおよび水素ガスを前記プラズマ処理システムに導入し、
プラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、前記エッチングマスクによって露出された部分の前記ＳｎＯ２層をエッチングし、前記ＳｎＯ２層のエッチングはＳｎＨ４ガスを生成し、前記ＳｎＨ４ガスは前記炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成し、前記ＳｎＨ４ガスからの前記有機スズ化合物の前記生成は、Ｓｎ粉末に分解されるために利用可能なＳｎＨ４の量を低減し、
前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから排気すること、
を備え、
前記水素ガスに対する前記炭化水素ガスの流量の比率は、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上、且つ、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満であり、
前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源によってプラズマを生成するために前記処理チャンバに導入されると共に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源によってプラズマを生成するために前記ＩＣＰ源に導入され、前記ＣＣＰ源および前記ＩＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記エッチングに用いられる、方法。
【請求項9】
プラズマ処理システムの処理チャンバの表面へのＳｎ粉末の形成を低減させつつ、ＳｎＯ
２
層をパターニングするための方法であって、
ＳｎＯ ２ 層を基板上に蒸着させ、エッチングマスクを前記ＳｎＯ ２ 層に塗布し、
炭化水素ガスおよび水素ガスを前記プラズマ処理システムに導入し、
プラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、前記エッチングマスクによって露出された部分の前記ＳｎＯ ２ 層をエッチングし、前記ＳｎＯ ２ 層のエッチングはＳｎＨ ４ ガスを生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスは前記炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスからの前記有機スズ化合物の前記生成は、Ｓｎ粉末に分解されるために利用可能なＳｎＨ ４ の量を低減し、
前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから排気すること、
を備え、
前記水素ガスに対する前記炭化水素ガスの流量の比率は、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上、且つ、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満であり、
前記炭化水素ガスは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源によってプラズマを生成するために前記処理チャンバに導入され、前記ＣＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記ＳｎＨ ４ ガスと反応して前記有機スズ化合物を生成し、前記水素ガスは、プラズマを生成するために前記処理チャンバから遠隔にある誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源に導入され、前記ＩＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記ＳｎＯ ２ 残留物をエッチングするのために前記処理チャンバに移送される、方法。
【請求項10】
プラズマ処理システムの処理チャンバの表面へのＳｎ粉末の形成を低減させつつ、ＳｎＯ
２
層をパターニングするための方法であって、
ＳｎＯ ２ 層を基板上に蒸着させ、エッチングマスクを前記ＳｎＯ ２ 層に塗布し、
炭化水素ガスおよび水素ガスを前記プラズマ処理システムに導入し、
プラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、前記エッチングマスクによって露出された部分の前記ＳｎＯ ２ 層をエッチングし、前記ＳｎＯ ２ 層のエッチングはＳｎＨ ４ ガスを生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスは前記炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成し、前記ＳｎＨ ４ ガスからの前記有機スズ化合物の前記生成は、Ｓｎ粉末に分解されるために利用可能なＳｎＨ ４ の量を低減し、
前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから排気すること、
を備え、
前記水素ガスに対する前記炭化水素ガスの流量の比率は、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上、且つ、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満であり、
前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源によってプラスマを生成するために前記処理チャンバに導入され、前記方法は、さらに、
プラズマを生成するために誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源にアルゴンガスまたはヘリウムガスを導入し、前記プラズマはラジカルを生成し、
前記ＳｎＯ ２ 残留物のエッチングのための前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスの電離のために前記処理チャンバに前記ラジカルを移送すること、
を備える、方法。
【請求項11】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記炭化水素ガスは、前記ＳｎＨ４ガスのＳｎ粉末への分解よりも動力学的に有利な、ＳｎＨ４ガスが前記有機スズ化合物を生成する反応経路を提供するよう構成されており、前記有機スズ化合物の生成は、前記ＳｎＯ２層をエッチングする間に前記処理チャンバの前記表面上にスズ粉末が蒸着されるのを防ぐために前記処理チャンバから前記有機スズ化合物を吸引することを可能にする、方法。
【請求項12】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法であって、水素ガスに対して炭化水素ガス１％以上の前記比率は、前記炭化水素ガスが前記ＳｎＨ４ガスと反応することを可能として、前記Ｓｎ粉末への分解に利用可能なＳｎＨ４ガスを低減し、水素ガスに対して炭化水素ガス６０％未満の前記比率は、炭素系ポリマの形成と、前記処理チャンバの前記表面上への前記炭素系ポリマの蒸着とを防止する、方法。
【請求項13】
プラズマ処理システムであって、水素ガス供給源および炭化水素ガス供給源と、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内への水素ガス流量を制御するための第１マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、および、前記処理チャンバ内への炭化水素ガス流量を制御するための第２ＭＦＣと、
前記処理チャンバでプラズマを生成するための容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源と、前記プラズマは、ＳｎＯ２をエッチングするためのものであり、
前記処理チャンバから遠隔にある誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源と、
ＳｎＨ４が前記ＳｎＯ２のエッチング中に生成された時、前記ＳｎＨ４が炭化水素ガスと反応して、ＳｎＨ４のＳｎ粉末への分解よりも動力学的に有利な反応で、揮発可能な有機スズ化合物を生成するように、前記処理チャンバ内への前記水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率が１％～６０％になるよう、前記第１ＭＦＣおよび前記第２ＭＦＣを制御するためのコントローラと、を備え、前記有機スズ化合物の生成は、前記ＳｎＯ２のエッチングの間に前記処理チャンバの前記表面上にＳｎ粉末が蒸着されるのを防ぐために前記処理チャンバからＳｎを吸引することが可能にし、
前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスは、前記ＣＣＰ源によってプラズマを生成するために前記処理チャンバに導入されると共に、前記ＩＣＰ源によってプラズマを生成するために前記ＩＣＰ源に導入され、前記ＣＣＰ源および前記ＩＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記エッチングに用いられる、プラズマ処理システム。
【請求項14】
プラズマ処理システムであって、
水素ガス供給源および炭化水素ガス供給源と、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内への水素ガス流量を制御するための第１マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、および、前記処理チャンバ内への炭化水素ガス流量を制御するための第２ＭＦＣと、
前記処理チャンバでプラズマを生成するための容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源と、前記プラズマは、ＳｎＯ ２ をエッチングするためのものであり、
前記処理チャンバから遠隔にある誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源と、
ＳｎＨ ４ が前記ＳｎＯ ２ のエッチング中に生成された時、前記ＳｎＨ ４ が炭化水素ガスと反応して、ＳｎＨ ４ のＳｎ粉末への分解よりも動力学的に有利な反応で、揮発可能な有機スズ化合物を生成するように、前記処理チャンバ内への前記水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率が１％～６０％になるよう、前記第１ＭＦＣおよび前記第２ＭＦＣを制御するためのコントローラと、を備え、前記有機スズ化合物の生成は、前記ＳｎＯ ２ のエッチングの間に前記処理チャンバの前記表面上にＳｎ粉末が蒸着されるのを防ぐために前記処理チャンバからＳｎを吸引することが可能にし、
前記炭化水素ガスは、前記ＣＣＰ源によってプラズマを生成するために前記処理チャンバに導入され、前記ＣＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記ＳｎＨ ４ ガスと反応して前記有機スズ化合物を生成し、前記水素ガスは、プラズマを生成するために前記処理チャンバから遠隔にある前記ＩＣＰ源に導入され、前記ＩＣＰ源によって生成されたラジカルが、前記ＳｎＯ ２ 残留物をエッチングするのために前記処理チャンバに移送される、プラズマ処理システム。
【請求項15】
プラズマ処理システムであって、
水素ガス供給源および炭化水素ガス供給源と、
処理チャンバと、
前記処理チャンバ内への水素ガス流量を制御するための第１マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、および、前記処理チャンバ内への炭化水素ガス流量を制御するための第２ＭＦＣと、
前記処理チャンバでプラズマを生成するための容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源と、前記プラズマは、ＳｎＯ ２ をエッチングするためのものであり、
前記処理チャンバから遠隔にある誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源と、
ＳｎＨ ４ が前記ＳｎＯ ２ のエッチング中に生成された時、前記ＳｎＨ ４ が炭化水素ガスと反応して、ＳｎＨ ４ のＳｎ粉末への分解よりも動力学的に有利な反応で、揮発可能な有機スズ化合物を生成するように、前記処理チャンバ内への前記水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率が１％～６０％になるよう、前記第１ＭＦＣおよび前記第２ＭＦＣを制御するためのコントローラと、を備え、前記有機スズ化合物の生成は、前記ＳｎＯ ２ のエッチングの間に前記処理チャンバの前記表面上にＳｎ粉末が蒸着されるのを防ぐために前記処理チャンバからＳｎを吸引することが可能にし、
前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスは、前記処理チャンバに導入され、
プラズマを生成するために前記ＩＣＰ源にアルゴンガスまたはヘリウムガスが導入され、前記プラズマはラジカルを生成し、
前記ＳｎＯ ２ 残留物のエッチングのための前記炭化水素ガスおよび前記水素ガスの電離のために前記処理チャンバに前記ラジカルが移送されること、
を備える、プラズマ処理システム。
【請求項16】
請求項１３から１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理システムであって、前記水素ガス流量に対する前記炭化水素ガスの流量の比率が１％以上であることは、ＳｎＨ４のスズ粉末への分解を低減しつつ、ＳｎＨ４と前記炭化水素ガスとの反応を可能にし、前記水素ガス流量に対する前記炭化水素ガスの流量の比率が６０％以下であることは、炭素系ポリマの形成と、前記処理チャンバの表面上への前記炭素系ポリマの蒸着とを防止しつつ、ＳｎＨ４との前記反応に十分な炭化水素ガスを可能にする、プラズマ処理システム。
【請求項17】
請求項１３から１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理システムであって、さらに、前記コントローラの制御により前記処理チャンバの温度を維持するための加熱素子と、
前記コントローラの制御により前記処理チャンバ内を低圧に維持するための真空ユニットと、
を備え、
前記コントローラは、前記有機スズ化合物を揮発させ、揮発した前記有機スズ化合物を前記処理チャンバから吸引することを可能にするために６５℃～３００℃の温度を維持するように、前記加熱素子を制御するよう構成され、前記コントローラは、前記炭化水素ガスとのＳｎＨ４の反応を可能にして前記有機スズ化合物を生成するために前記処理チャンバの圧力を１Ｔｏｒｒ～１０Ｔｏｒｒに維持するように、前記真空ユニットを制御するよう構成されている、プラズマ処理システム。
【請求項18】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、前記炭化水素ガスは、ＣＨ４
である、方法。
【請求項19】
請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法であって、前記炭化水素ガスは、ＣＨ４
である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本実施形態は、半導体基板処理方法および装置ツールに関し、特に、プラズマ処理チャンバを洗浄するためなど、プラズマエッチング処理中に酸化スズ粉末形成を低減するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
集積回路（ＩＣ）の製造は、しばしば、プラズマ処理工程を含む。プラズマ処理中に、基板（半導体、誘電体、または、金属基板など）が、真空処理チャンバ内でプラズマの存在下でエッチャントに曝される。結果として、基板は、プラズマによって材料をエッチングされるか、または、基板の露出面上に材料を蒸着される。プラズマ処理の反応物質および副生成物のほとんどは、真空ポンプによってチャンバから排出されるが、望ましくない粒子が、処理チャンバの壁および構成要素に付着することによってチャンバ内に残りうる。プラズマ処理工程の多数回の繰り返しを経て、プラズマ処理の１または複数の副生成物で構成された膜が成長しうる。膜の粒子が昇華して、処理化学物質に悪影響を及ぼしうるので、かかる膜の存在は、後続の処理工程を汚染しうる。さらに、膜の一部が、様々な表面から剥離して、ウエハ基板上の欠陥につながりうる。
【0003】
これに関連して、実施形態が生じる。
【発明の概要】
【0004】
本実施形態は、酸化スズ（ＩＶ）（ＳｎＯ２、酸化第二スズとしても知られる）をプラズマ処理チャンバからエッチングおよび洗浄するための改良プラズマ化学に関する。本実施形態は、方法、装置、システム、デバイス、または、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録されたコンピュータプログラムなど、種々の形態で実施できることを理解されたい。以下に、いくつかの実施形態を記載する。
【0005】
一実施形態において、処理チャンバからＳｎＯ２を洗浄するための方法が提供されている。方法は、炭化水素ガスおよび水素ガスをプラズマ処理システムに導入することを備えており、炭化水素ガスの流量および水素ガスの流量の比率は約１％～６０％である。方法は、さらに、プラズマ処理システムのプラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、処理チャンバの表面からＳｎＯ２残留物をエッチングすることを備えており、水素ガスを用いるＳｎＯ２残留物のエッチングは、スタンナン（ＳｎＨ４）を生成し、ＳｎＨ４ガスは、炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成する。方法は、さらに、有機スズ化合物を処理チャンバから排気することを備えており、上記比率で炭化水素ガスを水素ガスと共に導入することは、ＳｎＨ４ガスのＳｎ粉末への分解の割合を低減させる。
【0006】
別の実施形態において、プラズマ処理システムの処理チャンバの表面へのスズ（Ｓｎ）粉末の形成を低減させつつ、ＳｎＯ２層をパターニングするための方法が提供されている。方法は、ＳｎＯ２層を基板上に蒸着させ、エッチングに耐えるためのエッチングマスクをＳｎＯ２層に塗布することを備える。方法は、さらに、炭化水素ガスおよび水素ガスをプラズマ処理システムに導入することを備えており、水素ガスに対する炭化水素ガスの流量の比率は約１％～６０％である。方法は、さらに、プラズマ源によって生成されたプラズマを用いて、エッチングマスクによって露出された部分のＳｎＯ２層をエッチングすることを備えており、ＳｎＯ２のエッチングはＳｎＨ４ガスを生成し、ＳｎＨ４ガスは炭化水素ガスと反応して、揮発可能な有機スズ化合物を生成する。さらに、方法は、有機スズ化合物を処理チャンバから排気することを備えており、１％～６０％の比率で炭化水素ガスを水素ガスと共に導入することは、ＳｎＨ４のＳｎ粉末への分解の割合を低減させる。
【0007】
別の実施形態において、プラズマ処理システムが提供されている。システムは、水素ガス供給源および炭化水素ガス供給源と、処理チャンバと、処理チャンバ内への水素ガス流量を制御するための第１マスフローコントローラ、および、処理チャンバ内への炭化水素ガス流量を制御するための第２ＭＦＣと、を備える。システムは、さらに、処理チャンバでプラズマを生成するためのプラズマ源を備えており、プラズマは、ＳｎＯ２をエッチングするためのものである。さらに、プラズマ処理システムは、ＳｎＨ４がＳｎＯ２のエッチング中に生成された時、ＳｎＨ４が炭化水素ガスと反応して、ＳｎＨ４のＳｎ粉末への分解よりも動力学的に有利な反応で、揮発可能な有機スズ化合物を生成するように、処理チャンバ内への水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率が１％～６０％になるよう、第１ＭＦＣおよび第２ＭＦＣを制御するためのコントローラを備えており、有機スズ化合物の生成は、ＳｎＯ２のエッチングの間に処理チャンバの表面上にＳｎ粉末が蒸着されるのを防ぐために、処理チャンバからＳｎを吸引することが可能にする。
【0008】
これらの利点およびその他の利点は、明細書全体および特許請求の範囲を読めば、当業者によって理解される。
【0009】
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態は、添付の図面に関連して行う以下の説明を参照することによって最も良好に理解できる。
【0011】
【図1A】一実施形態に従って、ＳｎＯ２の層が基板上に蒸着されている簡略化された処理チャンバを示す図。
【0012】
【図1B】一実施形態に従って、処理チャンバの内面からＳｎＯ２膜をプラズマエッチングすることを含む洗浄処理を示す図。
【0013】
【図2A】処理チャンバからのＳｎＯ２薄膜のエッチングおよび洗浄中にＳｎ粉末の形成を低減する化学反応の実施形態を示す図。
【図2B】処理チャンバからのＳｎＯ２薄膜のエッチングおよび洗浄中にＳｎ粉末の形成を低減する化学反応の実施形態を示す図。
【0014】
【図3】一実施形態に従って、水素ガスおよび炭化水素ガスの混合物を用いて処理チャンバからＳｎＯ２残留物の洗浄を実行するプラズマ処理システムを示す図。
【0015】
【図4】一実施形態に従って、本明細書に記載のＳｎＯ２残留物洗浄方法に基づいた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理システムを示す概略図。
【0016】
【図5】一実施形態に従って、処理チャンバの内壁からのＳｎＯ２残留物の洗浄を受けているハイブリッドＩＣＰ／ＣＣＰプラズマ処理システムを示す概略図。
【0017】
【図6】一実施形態に従って、処理チャンバからのＳｎＯ２残留物の洗浄のために、ＣＣＰ構成を有すると共に遠隔ＩＣＰ源に接続されているプラズマ処理システムを示す概略図。
【0018】
【図7】一実施形態に従って、スタック内のＳｎＯ２層のエッチングに用いられるプラズマ処理システムを示す概略図。
【0019】
【図8A】様々な実施形態に従って、水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングの結果とその結果として生じたＳｎ粉末の形成とを示す図。
【図8B】様々な実施形態に従って、水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングの結果とその結果として生じたＳｎ粉末の形成とを示す図。
【図8C】様々な実施形態に従って、水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングの結果とその結果として生じたＳｎ粉末の形成とを示す図。
【図8D】様々な実施形態に従って、水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングの結果とその結果として生じたＳｎ粉末の形成とを示す図。
【0020】
【図9A】様々な実施形態に従って、水素および炭化水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングおよびＳｎ粉末形成の低減の実験結果を示す図。
【図9B】様々な実施形態に従って、水素および炭化水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングおよびＳｎ粉末形成の低減の実験結果を示す図。
【図9C】様々な実施形態に従って、水素および炭化水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングおよびＳｎ粉末形成の低減の実験結果を示す図。
【図9D】様々な実施形態に従って、水素および炭化水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングおよびＳｎ粉末形成の低減の実験結果を示す図。
【0021】
【図10】一実施形態に従って、基板上に膜（原子層蒸着（ＡＬＤ）処理において形成される膜など）を蒸着するために用いられてよいリアクタシステムを示す図。
【0022】
【図11】一実施形態に従って、４つの処理ステーションが提供されたマルチステーション処理ツールを示す上面図。
【0023】
【図12】一実施形態に従って、入口ロードロックおよび出口ロードロックを備えたマルチステーション処理ツールの一実施形態を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下の詳細な説明は、例示の目的で多くの具体的な詳細事項を含むが、当業者であれば、以下の詳細事項への多くの変形および変更が本開示の範囲内にあることを理解する。したがって、以下に記載する本開示の態様は、この説明の後に続く特許請求の範囲の一般性を失うことなく、かつ、特許請求の範囲に限定を課すことなしに、説明されている。
【0025】
ＳｎＯ２層（例えば、薄膜）は、様々な用途のために基板処理で用いられることが期待される。これらの一部は、極紫外線（ＥＵＶ）ハードマスク（ＨＭ）として、パターニングのためのスペーサおよびマンドレルコアとして、ギャップ充填酸化物として、ハードマスクとして、ならびに、エッチング停止層として含まれる。ＳｎＯ２膜は、多くの方法で基板上に蒸着されうる。ある化学蒸着（ＣＶＤ）処理において、基板は、基板上にＳｎＯ２の層を形成するために、原子状酸素の存在下でスズを含む気相反応物質（例えば、Ｓｎ（ＣＨ３）４、ＳｎＣｌ４、Ｓｎなど）へ暴露される。
【0026】
ＳｎＯ２の蒸着は、しばしば、チャンバの内壁、シャワーヘッド、電極、基板支持体、チャックなど、プラズマチャンバの内部表面上への残留膜の蓄積を引き起こす。ＳｎＯ２膜は、プラズマチャンバの内面上で成長する時に、膜内の応力によって接着および堆積が不十分になることで、そこから剥離することによりウエハ基板を汚染する傾向がある。したがって、ウエハの汚染を防ぐために、処理チャンバの定期的な洗浄が必要になる。
【0027】
処理チャンバ内からＳｎＯ２膜を洗浄する一方法は、プラズマでＳｎＯ２膜をエッチングする方法であると考えられる。ＳｎＯ２は、Ｈ２、Ｃｌ２、Ｂｒ、ＨＢｒ、ＢＣｌ３、ＨＩ、および、Ｉ２など、様々な化学物質の中で容易にエッチングされる。しかしながら、利用されている多くの処理チャンバがアルミニウム構成要素で形成されているので、Ｃｌ２、Ｂｒ、ＨＢｒ、ＨＩ、および、Ｉ２などの化学物質は、アルミニウム構成要素の劣化を引き起こすことから避けられるべきである。したがって、Ｈ２プラズマ化学物質が、処理チャンバ（アルミニウム構成要素を備えたチャンバなど）の内壁および構成要素からＳｎＯ２膜をエッチングするために用いられることが考えられる。
【0028】
ＳｎＯ２膜がＨ２化学物質でエッチングされると、揮発性のＳｎＨ４が生成され、リアクタから排出されうる。しかしながら、Ｈ２プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２膜のエッチングが粉末の形態のＳｎ残留物を形成することも、本開示に関連してわかった。例えば、産業利用（例えば、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社によって製造されているＳｔｒｉｋｅｒ（登録商標）製品群）における典型的な圧力および温度範囲で、少なくない量のスズ粉末がＳｎＨ４の分解によって形成される。これは、リアクタが容量結合プラズマ（ＣＣＰ）用に構成されているか、または、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源を備えるよう構成されているかに関わらず、当てはまる。形成されるスズ粉末は、後続の処理工程にとっての汚染源であり、処理動作の欠陥を引き起こしうる。
【0029】
本明細書に記載の実施形態は、スズ粉末の形成を低減またはほぼ排除しつつ、Ｈ２プラズマ化学物質でのＳｎＯ２のエッチングを可能にする。特に、ＳｎＨ４のスズ粉末への分解よりも、ＳｎＨ４から揮発性の有機スズ化合物を形成するために熱力学的および動力学的に有利な反応経路を提供する能力について、様々な炭化水素ガスをテストした。様々な炭化水素ガスが、この目的で提案されており、スズ粉末の形成を低減させるのに最適な効果を上げるＨ２に対する相対的比率も提案されている。
【0030】
様々な実施形態の上記の一般的な理解の下、様々な図面を参照しつつ、実施形態の詳細事項の例を記載する。１または複数の図において同様の符号を付した要素および／または構成要素は、一般に、同じ構成および／または機能を有することを意図されている。さらに、図は、縮尺通りに描かれていない場合があるが、新規の概念を図解および強調するよう意図されている。本実施形態は、これらの具体的な詳細事項の一部または全部がなくても実施可能であることが明らかである。また、本実施形態が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の詳細な説明は省略した。
【0031】
本明細書で用いられているように、「有利な」反応は、反応が起こると考えられる条件（例えば、圧力、温度、反応物質の濃度、および、プラズマ処理チャンバのプラズマの存在）下で動力学的に有利な反応および／または熱力学的に有利な反応に言及するために用いられる。熱力学的に有利な反応は、反応の生成物が反応物質よりも低い自由エネルギを有する反応である。動力学的に有利な反応は、基板処理動作で典型的に用いられる時間枠内で反応速度が起こりうるほど反応の活性化エネルギが十分に低い反応である。本明細書で用いられているように、反応物質が第１または第２反応によって進行することが可能であり、第１反応が第２反応よりも有利であると述べた場合、これは、第１反応が、第２反応よりも、熱力学的に有利である（例えば、第２反応よりも負であるギブス自由エネルギを有する）可能性があり、および／または、動力学的に有利である（例えば、第１反応が、第２反応よりも大きい反応速度を有する）可能性があることを意味する。本明細書で用いられているように、より動力学的に有利な第１反応は、反応物質が、第２反応よりも第１反応によって進行する可能性が高いような第２反応よりも大きい速度で進行するようにプラズマ処理チャンバの条件によって誘起される反応である。
【0032】
図１Ａは、一実施形態に従って、ＳｎＯ２層１１８が基板上に蒸着されている簡略化された処理チャンバ１００を示している。処理チャンバ１００は、壁１０２、チャック１０４、下側電極１０６、上側電極１０８、シャワーヘッド１１０、排気口１１２、ウエハ１１４、層１１６、および、蒸着処理によって形成されているＳｎＯ２層１１８を備える。特定の実施形態において、ＳｎＯ２は、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、などによって蒸着されてよい。ＣＶＤ処理の一例において、スズ前駆体（例えば、ＳｎＣｌ４）が、酸素の存在下でシャワーヘッド１１０を介して処理チャンバ１００内に導入される。この例において、Ｓｎは、基板および酸素と反応して、ＳｎＯ２の層を形成する。副生成物（Ｃｌ２など）および未反応のスズ前駆体が、排気口１１２を通してチャンバから排出されてよい。
【0033】
ＳｎＯ２膜１１８が蒸着されている層１１６は、スピンオン炭素（ＳＯＣ）、フォトレジスト（ＰＲ）、シリコン層、金属層、ガラスなどを含んでよい。ＳｎＯ２の蒸着中、ＳｎＯ２の膜が、壁１０２の内面、チャック１０４、下側電極１０６、上側電極１０８、および、シャワーヘッド１１０など、処理チャンバ１００の内部表面上に形成される。ＳｎＯ２蒸着処理の複数回の反復を通して、内部表面上に形成されるＳｎＯ２の膜は成長し、後続のプラズマ処理工程で汚染源になりうる。結果として、処理チャンバは、プラズマエッチングを用いた洗浄工程を定期的に受けることになる。
【0034】
図１Ｂは、一実施形態に従って、処理チャンバ１００の内面からＳｎＯ２膜１２０をプラズマエッチングすることを含む洗浄処理を示している。ＳｎＯ２膜１２０は、壁１０２の内面、下側電極１０６、上側電極１０８、および、シャワーヘッド１１０に付着している様子が図示されている。ＳｎＯ２膜１２０は、図示していない処理チャンバ内の構成要素上にも同様に形成されうる。
【0035】
プラズマ１２２が処理チャンバ１００内で点火されると、プラズマ１２２は、ＳｎＯ２膜１２０のエッチング１２４を開始する。Ｈ２プラズマ化学物質を用いる一実施形態では、以下の反応が、プラズマの存在下で起こる。
【0036】
ＳｎＯ２＋Ｈ２→ＳｎＨ４ （１）
【0037】
ＳｎＨ４は、プラズマ１２２を維持するために用いられる温度および圧力の範囲では揮発性化合物である。結果として、エッチング１２４処理の結果として生成されるＳｎＨ４の多くは、処理チャンバ１００から排気される。しかしながら、ＳｎＨ４ガスの一部は、以下の反応によって説明されるスズ粉末に分解する傾向がある。
【0038】
ＳｎＨ４→Ｓｎ（粉末）＋Ｈ２ （２）
【0039】
ＳｎＨ４の分解は、形成されるプラズマ内により低い密度のラジカルおよびイオンを有するプラズマ処理レジームでは、より高い率で発生することが、本開示に関連して観察された。さらに、ＳｎＨ４の分解は、より高い圧力を有する処理レジームでは、より高い率で発生することも観察された。洗浄処理によって形成されるＳｎ粉末の量は、ＳｎＯ２膜１２０の量または厚さと、プラズマ処理レジームに関連する様々なその他のパラメータ（温度、圧力、高周波（ＲＦ）電力の周波数、および、プラズマがＣＣＰで生成されるかＩＣＰで生成されるか）と、に依存して変化する。したがって、洗浄処理によって形成されるＳｎ粉末の量は、約０．００１グラム以下から約１０グラム以上までの間で変化しうる。Ｓｎ粉末が形成されると、チャンバから排気できないため、時間の掛かる洗浄処理を通して手作業で除去することになる。
【0040】
したがって、改良プラズマ化学物質が、処理チャンバの内面からのＳｎＯ２膜のエッチングおよび洗浄を可能にしつつ、ＳｎＨ４のＳｎ粉末への分解を低減すると期待される。図２Ａに示す一実施形態では、炭化水素ガスが、Ｈ２と共に処理チャンバに導入される。炭化水素ガスは、ＳｎＨ４ガスが揮発性有機スズ化合物を形成するための動力学的に有利な反応経路を提供すると期待される。例えば、ｋ１の反応速度は、様々なパラメータおよび実施形態によって、約２から約１０１２倍以上、または、約１０２から約１０９倍、または、約１０３から約１０６倍、ｋ２よりも高いと期待される。有機スズ化合物は揮発性であり、処理チャンバから排気される。ＳｎＨ４および炭化水素の反応の結果として、ＳｎＨ４は、Ｓｎ粉末への分解の程度が大幅に低減され、多くの状況下で検出不能になる。
【0041】
図２Ａに関連する一実施形態において、Ｈ２の流量に対する炭化水素の流量の比率は、約１％～約６０％、または、約２％～１０％、または、約５％～８％である。一実施形態において、処理チャンバの温度は、約６５℃～約３００℃に維持される。一実施形態において、供給されるＲＦ電力は、約５００Ｗ～約５０００Ｗである。様々な実施形態において、ＲＦ電力の周波数は、約１３．５６ＭＨｚまたは約２７ＭＨｚである。様々な実施形態で、２７ＭＨｚが、水素ラジカルの濃度が高いためにエッチング速度が速い場合に用いられてよい。様々な実施形態において、チャンバの圧力は、約０．１Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒに設定されてよい。この範囲内の高い方の圧力は、比較的中央に配置されたエッチングチャンバ構成要素（電極など）でより高い効果を有すると期待され、一方、この範囲内の低い方の圧力は、チャンバの外方向に向かった位置のエッチング構成要素により良好に適していると期待される。さらに、Ｈ２を伴った炭化水素のプラズマ化学物質は、ＩＣＰ構成およびＣＣＰ構成においてスズ粉末形成を効果的に低減する。
【0042】
図２Ｂは、チャンバからのＳｎＯ２薄膜のエッチングおよび洗浄処理中にスズ粉末の形成を低減する反応のさらなる実施形態を示している。図２Ｂの実施形態では、ＣＨ４が、プラズマの存在下でＨ２と共にチャンバに導入される。ガス状のＳｎＨ
４
が、チャンバの内面からのＳｎＯ２膜のプラズマエッチングによって生成されると、ＣＨ４が、ＳｎＨ４と反応して、Ｓｎ（ＣＨ３）４を生成する。Ｓｎ（ＣＨ３）４を形成するＳｎＨ４およびＣＨ４の反応経路は、Ｓｎ粉末へのＳｎＨ４の分解よりも動力学的に有利である。例えば、反応速度ｋ３は、様々なパラメータおよび実施形態によって、約２から約１０１２倍以上、または、１０２から１０９倍、または、約１０３から１０６倍、反応速度ｋ２よりも高いと期待される。Ｓｎ（ＣＨ３）４は、チャンバ内で維持される温度および圧力で揮発性であり、チャンバから容易に排気される。結果として、ＣＨ４およびＨ２のプラズマ化学物質は、チャンバからのＳｎＯ２膜のプラズマエッチングおよび洗浄処理中に形成されるスズ粉末の量を低減すると期待される。
【0043】
図２Ｂに関連する一実施形態において、Ｈ２の流量に対するＣＨ４の流量の比率は、約１％～約６０％、または、約２％～約１０％、または、約５％～約８％である。一実施形態において、処理チャンバの温度は、約６５℃～約３００℃に維持される。一実施形態において、供給されるＲＦ電力は、約５００Ｗ～約５０００Ｗである。様々な実施形態において、ＲＦ電力の周波数は、約１３．５６ＭＨｚまたは約２７ＭＨｚである。様々な実施形態で、２７ＭＨｚが、水素ラジカルの濃度が高いためにエッチング速度が速い場合に用いられてよい。様々な実施形態において、チャンバの圧力は、約０．１Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒに設定されてよい。この範囲内の高い方の圧力は、比較的中央に配置されたエッチングチャンバ構成要素（電極など）でより高い効果を有すると期待され、一方、この範囲内の低い方の圧力は、チャンバの外方向に向かった位置のエッチング構成要素により良好に適していると期待される。さらに、Ｈ２を伴ったＣＨ４のプラズマ化学物質は、ＩＣＰ構成およびＣＣＰ構成においてスズ粉末形成を効果的に低減する。
【0044】
図３は、一実施形態に従って、水素ガスおよび炭化水素ガスの混合物を用いて処理チャンバ１００からＳｎＯ２残留物１２０の洗浄を実行するプラズマ処理システム３００を示す図である。Ｈ２は、水素ガス供給源３０２によって供給され、一方、炭化水素ガスは、炭化水素ガス供給源３０４によって供給される。Ｈ２および炭化水素ガスの流量は、それぞれ、ＭＦＣ３０６および３０８によって制御され、両方のＭＦＣが、コントローラ３１１によって制御される。Ｈ２ガスおよび炭化水素ガスの両方は、それぞれのラインを通ってガス供給マニホルド３１０へ流れ、ガス供給マニホルド３１０は、ガスを混合し、結果として得られたガス混合物をシャワーヘッド１１０へ供給する。シャワーヘッド１１０は、Ｈ２および炭化水素ガスの混合物を複数の流入口を通して処理チャンバ１００内へ分散させる。ＲＦ電源３１２および整合回路網３１４が、下側電極１０６へ電力を供給することが図示されている。上側電極１０８は、下側電極と平行に配置され、接地されている。プラズマ１２２が、上側電極１０８と下側電極１０６との間で点火され維持される。別の実施形態において、下側電極１０６が接地された状態で、ＲＦ電源３１２が、上側電極１０８に電力を供給してもよい。
【0045】
ＳｎＯ２残留物１２０は、チャンバ１００の表面に付着して被覆する様子が図示されている。前のＳｎＯ２蒸着処理中に、ＳｎＯ２残留物１２０が、処理チャンバ１００の表面上に、結晶層、マトリクス、管状結晶、または、非晶質などとして成長しうる。プラズマ１２２は、水素ガスを励起して、ＳｎＯ２残留物１２０と反応させ、ＳｎＨ４を生成する。また、プラズマ１２２は、炭化水素ガスがＳｎＨ４と反応して、揮発した有機スズ化合物を生成するように、炭化水素ガスを励起し、有機スズ化合物は、排気口１１２を通して処理チャンバ１００から排気される。一実施形態では、ＣＨ４が、炭化水素ガスとして用いられる。ＣＨ４がプラズマ１２２に暴露されると、ＣＨ４
＋、ＣＨ３、ＣＨ３
＋、ＣＨ２
＋、ＣＨ＋、Ｃ＋、ＣＨ５
＋、など、反応性イオンおよびラジカルが生成される。これらのイオンおよびラジカルの種は、ＳｎＨ４、ＣＨ４、および、互いに対して、反応性が高い。結果として生じる生成物の１つは、ＳｎＲ４であり、ここで、Ｒは、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、または、その他の炭素種である。さらに、ＣＨ４のラジカルおよびイオンの一部は、互いに反応して、処理チャンバ１００に流れ込むＣＨ４の濃度の関数である速度で、炭素系ポリマを形成する。これらの炭素系ポリマは、分子量が大きくなると、複数の動力学的要因および分子間相互作用の要因により、気化する傾向が減少する。
【0046】
したがって、水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の想定範囲は、十分な濃度のＣＨ４ラジカルおよびイオンがＳｎＨ４と反応してＳｎ粉末へのＳｎＨ４の分解を防ぐように想定される。一方、水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率は、ＳｎＯ２残留物のエッチングに用いられる温度および圧力の範囲で炭素系ポリマがもはや気体状態にならない程度まで形成されないことを保証するのに十分低いことが想定される。経験的に決定されたように、この範囲は、水素流量に対する炭化水素流量の比率が、約１％～約６０％、または、約２％～１０％の間、または、約７％、であることがわかっている。
【0047】
特定の実施形態では、Ｈ２流量に対する炭化水素流量の比率が６０％より高くてもよい（１００％（例えば、炭化水素のみ）など）。しかしながら、炭化水素の比率が上がるにつれて、炭素系ポリマが形成された後に蒸着または凝結する可能性が増大する。一方、水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率が１％未満であるような、より小さい炭化水素ガス流量が用いられてもよい。しかしながら、水素ガス流量に対する炭化水素ガス流量の比率が約１％未満である場合には炭化水素反応物質が不十分であり、その結果、或る程度の量のＳｎＨ４がＳｎ粉末へ分解することがわかっている。さらに、ＳｎＨ４がＳｎ粉末に分解すると、想定されたプラズマ条件で炭化水素ガスと反応することがもはやなくなる。したがって、Ｓｎ粉末は、処理チャンバから手作業で洗浄する必要があり、処理チャンバに用いられる典型的な温度および圧力の範囲では揮発させることができない。
【0048】
図４は、一実施形態に従って、本明細書に記載のＳｎＯ２残留物洗浄方法に基づいた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）処理システム４００を示す概略図である。ＩＣＰ処理システム４００は、壁４０８によって隔てられたＩＣＰ源４０１および処理チャンバ１００を備えることが図示されている。ＩＣＰ源４０１は、チャンバ壁４０６および誘電体窓４０４によって形成されている。ガス流入口（図示せず）が、ＩＣＰ源４０１のチャンバ内に水素および炭化水素ガスの混合物を導入する。ＩＣＰ源４０１は、さらに、誘導源４０２を備えており、誘導源４０２は、いくつかの実施形態において、誘電体窓４０４に配置されたコイルの形態を取る。誘導源４０２は、ＲＦ電源４０３によって給電され、ＩＣＰ源４０１のチャンバ内に存在するガスをプラズマ１２２へ励起する時間変動磁場を生成する。ＩＣＰ源４０１は、一般に、円筒形、ドーム形、円錐形、または、誘導源４０２がＩＣＰ源４０１のチャンバにプラズマを誘導して維持することを可能にする何らかの他の形状であってよい。いくつかの実施形態において、チャンバ壁４０６は、図に示すように接地されているが、他の実施形態においては、誘導源４０２の一部が接地される。
【0049】
プラズマ１２２の結果として、水素および炭化水素のラジカルおよびイオンが生成される。いくつかの構成において、プラズマは、水素ガスからＨ、Ｈ＋、および、Ｈ－を生成する。ＣＨ４が炭化水素ガスとして用いられる場合、プラズマは、ＣＨ４
＋、ＣＨ３、ＣＨ３
＋、ＣＨ２
＋、ＣＨ＋、Ｃ＋、ＣＨ５
＋、ならびに、その他のラジカルおよびイオンを生成する。これらのラジカルおよびイオンは、壁４０８の開口部４１０を通して処理チャンバ１００に導入される。水素含有ラジカルおよびイオンは、処理チャンバ１００中に拡散し、ＳｎＯ２残留物１２０と反応してＳｎＨ４を形成し、ＳｎＨ４の巨視的な効果は、ＳｎＯ２残留物１２０のエッチング１２４である。ＳｎＨ４がエッチング１２４中に生成されると、炭素含有ラジカルおよびイオンが処理チャンバ１００内に存在して、ＳｎＨ４と反応することで、Ｓｎ（ＣＨ３）４、または、Ｓｎ２（ＣＨ３）６、または、ＳｎＲ４などの有機スズ化合物を形成し、ここで、Ｒは、水素またはアルキル基である。
【0050】
単純なアルキル基（メチル、エチルなど）を備えた有機スズは、揮発したままであり、エッチング１２４に用いられる処理チャンバ１００の温度および圧力では蒸着しない。しかしながら、有機スズ化合物のアルキル基が、特定の長さ、分子量、および、分岐に到達すると、有機スズ化合物は、揮発性が低くなる。結果として、水素に対する炭化水素の流量は、ＳｎＨ４との反応に十分な炭化水素を供給しつつ、有機スズ化合物の蒸着を低減するために、約１％～約６０％の間で効果的であるとわかる。さらに、効果的なＩＣＰ構成は、約４０℃～約５００℃または約１００℃～約４００℃の範囲または約１５０℃～約１８０℃または約１６０℃の温度範囲と、０．１Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒまたは約１Ｔｏｒｒ～約８Ｔｏｒｒまたは約７Ｔｏｒｒの圧力範囲と、約１３．５６、２７、または、３５ＭＨｚで約５０Ｗ～約５０００Ｗまたは約１００Ｗ～約４０００Ｗまたは約２５０Ｗ～約１０００Ｗの電力と、を有することが、本実施形態に関連してわかった。
【0051】
図４に示す実施形態は、ＩＣＰ源４０１が複数の開口部４１０を介して処理チャンバに接続されている実施形態であるが、ＩＣＰ源４０１が１または複数の相互接続チャネルを介して処理チャンバ１００内に水素および炭化水素のラジカルおよびイオンを供給できる別の実施形態も想定される。別の実施形態において、ＩＣＰ源４０１は、遠隔プラズマ源であることが想定され、図４の実施形態のように処理チャンバ１００に隣接する必要はない。
【0052】
図５は、一実施形態に従って、処理チャンバ１００の内壁１０２からのＳｎＯ２残留物１２０の洗浄を受けているハイブリッドＩＣＰ／ＣＣＰプラズマ処理システム５００を示す概略図である。水素および炭化水素ガスが、ＭＦＣ３０６および３０８とガス供給マニホルド３１０とを介して水素ガス供給源３０２および炭化水素ガス供給源３０４によって供給される。本実施形態において、プラズマ１２２は、ＣＣＰ構成およびＩＣＰ構成の両方を用いて生成される。ＲＦ電源３１２が下側電極１０６に電力供給しており、一方、上側電極１０８は接地されている。それにより、電場が、下側電極１０６と上側電極１０８との間に生成され、炭化水素および水素ガスを励起して、プラズマ１２２を形成する。プラズマ１２２は、誘導源４０２によって供給される磁場によってさらに励起され、これは、プラズマ１２２の密度および位置を維持および制御するのに役立つ。図の構成において、誘導源４０２は、コイルの形状であり、コイルの一端または両端で接地されている。
【0053】
図６は、一実施形態に従って、処理チャンバ１００からのＳｎＯ２残留物１２０の洗浄のために、ＣＣＰ構成を有すると共に遠隔ＩＣＰ源６０１に接続されているプラズマ処理システム６００を示す概略図である。水素ガスが遠隔ＩＣＰ源６０１に供給され、そこで、磁場によって励起される。励起されると、フリーラジカルおよびイオンが、ＳｎＯ２残留物のエッチング１２４のために処理チャンバ１００に流される。炭化水素ガスが、処理チャンバに供給され、プラズマ１２２になるよう励起され、ＳｎＯ２残留物１２０のエッチングの結果として生成されたＳｎＨ４と反応する。結果として、ＳｎＯ２残留物１２０は、水素ガスを活性化させるための遠隔ＩＣＰ源６０１と、炭化水素源を活性化させるためのＣＣＰとを用いて、Ｓｎ粉末の形成することなしに（例えば、または、かかる形成を効果的に低減しつつ）、処理チャンバ１００から洗浄されうる。特定の実施形態において、遠隔ＩＣＰ源６０１は、炭化水素ガスを活性化（例えば、励起、電離、解離、フリーラジカル生成、など）するために用いられてもよく、一方、ＣＣＰは、水素ガスを活性化するために用いられてもよい。
【0054】
処理チャンバに接続されている遠隔ＩＣＰ源を有する別の実施形態において、Ａｒおよび／またはＨｅガスが、ＩＣＰ源に導入されることが想定され、一方、炭化水素および水素ガスが、処理チャンバに導入される。プラズマが遠隔ＩＣＰ源においてＡｒおよび／またはＨｅガスから生成されると、ＡｒおよびＨｅイオンは、炭化水素および水素ガスを励起するために処理チャンバへ供給される。ＡｒおよびＨｅイオンは、反応性が高く、炭化水素および水素のイオンおよびラジカルを処理チャンバ内で一度に生成する。水素イオンおよびラジカルは、ＳｎＯ２残留物と反応して、ＳｎＨ４を形成し、炭化水素ラジカルおよびイオンは、ＳｎＨ４と反応して、システムから排気される揮発性有機スズ化合物を形成する。結果として、水素および炭化水素ガスからプラズマを必ずしも形成することなしに、水素および炭化水素ガスを用いてＳｎＯ２残留物をシステムからエッチングおよび洗浄できる実施形態が想定される。
【0055】
図７は、スタック７０１内のＳｎＯ２層のエッチング７０２に用いられるプラズマ処理システム７００を示す概略図である。エッチング中のスタック７０１は、基板（ウエハなど）と、フォトレジスト、スピンオン炭素、二酸化シリコン、金属層、有機金属層、または、何らかの他の材料を含みうる１または複数の層と、を備えることが図示されている。スタック７０１は、エッチングされているＳｎＯ２の層と、エッチング７０２に耐えるためのレジストと、を備えることも図示されている。ＳｎＯ２がプラズマ１２２によってエッチングされている時、ＳｎＨ４が形成され、Ｓｎ粉末に分解して、基板と、処理チャンバ１００のその他の表面との上に蒸着されうる。Ｓｎ粉末が、ＳｎＨ４の分解によって形成されることを許容された場合、ＳｎＯ２層のパターニングにおける欠陥が起こりうる。しかしながら、炭化水素ガスも、処理チャンバ１００に供給されているので、ＳｎＨ４は、炭化水素イオンおよびラジカルと反応して、処理チャンバから排気するための揮発有機スズ化合物を形成する。結果として、ＳｎＨ４のＳｎ粉末への分解が低減される。したがって、スタック７０１のＳｎＯ２層をエッチングする間に、Ｓｎ粉末の形成がその場で低減されうることも想定される。
【0056】
図８Ａ～図８Ｄは、様々な実施形態に従って、水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングの結果とその結果として生じたＳｎ粉末の形成とを示す。図８Ａは、例えば、ＣＣＰプラズマおよび水素化学物質を用いたＳｎＯ２膜エッチング中に処理チャンバ内に配置されたウエハを示している。ウエハの右側は、蓄積したＳｎ粉末を有することが示されているが、ウエハの左側は、ウエハのＳｎ粉末が拭き取られていることを示している。図８Ｂは、同様に、ＳｎＯ２薄膜が遠隔ＩＣＰ源および水素化学物質を用いてエッチングされた時のＳｎ粉末の形成を示しているが、図８Ｃは、拭き取り後の同じウエハを示している。図８Ｄは、図８ＢのウエハのＸ線スキャンを図示しており、このプラズマ処理チャンバについて０．５Ｔｏｒｒ～６Ｔｏｒｒの範囲でＳｎ粉末が形成されることを示している。さらに、指定された２００ｍＴｏｒｒ～１０Ｔｏｒｒの圧力範囲および４０℃～４００℃の温度範囲の全体で、このプラズマ処理チャンバでのＳｎＯ２エッチングの結果として、Ｓｎ粉末が形成されることがわかった。
【0057】
図９Ａ～図９Ｄは、様々な実施形態に従って、水素および炭化水素プラズマ化学物質を用いたＳｎＯ２エッチングおよびＳｎ粉末形成の低減の実験結果を示す。図９Ａでは、４００オングストロームの元々のＳｎＯ２厚さを有するウエハが、ＣＣＰプラズマによって水素およびＣＨ４化学物質を用いて、約４０オングストロームの厚さに達するまでエッチングされている。ウエハの右側は、エッチングされたままであり、一方、ウエハの左側は、拭き取り後であり、ウエハ上に形成された観察可能なＳｎ粉末がないほどに、Ｓｎ粉末の形成が、水素およびＣＨ４化学物質を用いて低減されたことを示している。図９Ｂは、水素およびＣＨ４化学物質でのエッチング前後のウエハのＸ線スキャンを示しており、均一なＳｎＯ２厚さと、ウエハ上にＳｎ粉末の形成がないことを裏づけている。
【0058】
図９Ｃは、３６０秒間にわたって水素およびＣＨ４化学物質と共に遠隔ＩＣＰ源を用いてエッチングされたままのウエハを示す。図９Ａに示したエッチングされたままのウエハと同様に、水素およびＣＨ４化学物質でのＩＣＰモードエッチングでも、３６０秒間の処理後に観察可能なＳｎ粉末の形成が起きていない。図９Ｄは、０、５、６０、１８０、および、３６０秒後のエッチングされたままのウエハの厚さのＸ線スキャンを示す。エッチングの前、ウエハは、約２５０オングストロームのＳｎＯ２厚さを有する。３６０秒間の処理で、ＳｎＯ２は、観察可能なＳｎ粉末を残さずにエッチングされることが示されている。いくつかの実施形態において、水素流量に対するＣＨ４流量の比を最適化することによって、かつ、遠隔ＩＣＰ源から処理チャンバへのＣＨ４および水素のイオンおよびラジカルの流れと、処理チャンバの温度および圧力の範囲とを最適化することによって、遠隔ＩＣＰ源からの高密度のプラズマで、３６０秒未満の処理時間を達成できる。
【0059】
【0060】
図１０は、基板上に膜（原子層蒸着（ＡＬＤ）処理において形成される膜など）を蒸着するために用いられてよいリアクタシステム１０００を示す。これらのリアクタは、２以上のヒータを利用してよく、一般的な端末構成が、均一性またはカスタム設定のために温度を制御するために、このリアクタ例で用いられてよい。より具体的には、図１０は、ウエハ１００１を処理するために用いられる基板処理システム１０００を示す。システムは、下側チャンバ部分１００２ｂおよび上側チャンバ部分１００２ａを有するチャンバ１００２を備える。中心柱が、ペデスタル１０４０を支持するよう構成されており、ペデスタル１０４０は、一実施形態において、給電される電極である。ペデスタル１０４０は、整合回路網１００６を介して電源１００４に電気接続される。電源は、制御モジュール１０１０（例えば、コントローラ３１１）によって制御される。制御モジュール１０１０は、処理入力／制御１００８を実行することによって、基板処理システム１０００を動作させるよう構成されている。処理入力／制御１００８は、ウエハ１００１上に膜を蒸着または形成などするために、電力レベル、タイミングパラメータ、処理ガス、ウエハ１００１の機械的移動などの処理レシピを備えてよい。
【0061】
中央柱は、リフトピン（図示せず）も備えており、各リフトピンは、リフトピン制御１０２２によって制御される通りに、対応するリフトピン作動リング１０２０によって作動される。リフトピンは、エンドエフェクタがウエハを持ち上げ、エンドエフェクタによって配置された後にウエハ１００１を降ろすことを可能にするように、ペデスタル１０４０からウエハ１００１を持ち上げるために用いられる。基板処理システム１０００は、さらに、処理ガス１０１４（例えば、設備からのガス化学物質供給）に接続されたガス供給マニホルド１０１２を備える。実行される処理に応じて、制御モジュール１０１０は、ガス供給マニホルド１０１２を通る処理ガス１０１４の供給を制御する。次いで、選択されたガスは、シャワーヘッド１０５０に流され、ウエハ１００１に対向するシャワーヘッド１０５０面とペデスタル１０４０上にあるウエハ１００１との間に規定された空間に分散される。ＡＬＤ処理において、ガスは、吸収のためまたは吸収した反応物質との反応のために選択された反応物質でありうる。
【0062】
さらに、処理ガスは、予混合されてもされなくてもよい。処理の蒸着およびプラズマ処理の段階中に、正確なガスが供給されることを保証するために、適切なバルブ操作およびマスフロー制御メカニズムが利用されてよい。処理ガスは、流出口を介してチャンバから出る。真空ポンプ（例えば、１または２段の機械的乾式ポンプおよび／またはターボ分子ポンプなど）が、処理ガスを引き出し、スロットルバルブまたは振り子バルブなどの閉ループ制御された流量制限装置によってリアクタ内の適切な低圧を維持する。
【0063】
ペデスタル１０４０の外側領域を取り囲むキャリアリング１２００も図示されている。キャリアリング１２００は、ペデスタル１０４０の中央のウエハ支持領域から一段下がったキャリアリング支持領域上に載るように構成されている。キャリアリングは、そのディスク構造の外縁側（例えば、外径）と、ウエハ１００１の載置される場所に最も近いそのディスク構造のウエハエッジ側（例えば、内径）と、を備える。キャリアリングのウエハ縁部側は、キャリアリング１２００がスパイダフォーク１０８０によって持ち上げられた時に、ウエハ１００１を持ち上げるよう構成されている複数の接触支持構造を備える。したがって、キャリアリング１２００は、ウエハ１００１と共に持ち上げられ、例えば、マルチステーションシステムにおける別のステーションに向かって回転されうる。別の実施形態において、チャンバは、シングルステーションチャンバである。
【0064】
図１１は、４つの処理ステーションが提供されたマルチステーション処理ツールの上面図を示す。この上面図は、（例えば、上側チャンバ部分１００２ａを図示のために取り除いた）下側チャンバ部分１００２ｂの図であり、ここで、４つのステーションは、スパイダフォーク１２２６によってアクセスされる。各スパイダフォークすなわちフォークは、第１および第２アームを備えており、各アームは、ペデスタル１０４０の各側の一部の周りに配置されている。この図において、スパイダフォーク１２２６は、キャリアリング１２００の下方にあることを示すために、点線で描かれている。スパイダフォーク１２２６は、係合／回転メカニズム１２２０を利用し、さらなるプラズマ処理、処置、および／または、膜蒸着をそれぞれのウエハ１００１に行うことができるように、ステーションから（すなわち、キャリアリング１２００の下面から）同時にキャリアリング１２００を持ち上げ、次いで、次の位置に（キャリアリングの内の少なくとも１つがウエハ１００１を支持する場所に）キャリアフォーカスリング１２００を降ろす前に少なくとも１または複数のステーションを回転させるよう構成されている。
【0065】
図１２は、入口ロードロック１３０２および出口ロードロック１３０４を備えたマルチステーション処理ツール１３００の一実施形態を示す概略図である。大気圧下にあるロボット１３０６が、ポッド１３０８を通してロードされたカセットから大気ポート１３１０を介して入口ロードロック１３０２内に基板を移動させるよう構成されている。入口ロードロック１３０２は、大気ポート１３１０が閉じられた時に、入口ロードロック１３０２がポンプダウンされうるように、真空源（図示せず）に接続されている。入口ロードロック１３０２は、処理チャンバ１００２ｂと結合されるチャンバ移動ポート１３１６も備える。したがって、チャンバ移動ポート１３１６が開かれると、別のロボット（図示せず）が、処理に向けて、入口ロードロック１３０２から第１処理ステーションのペデスタル１０４０へ基板を移動させてよい。
【0066】
図の処理チャンバ１００２ｂは、図１２に示した実施形態において、１から４までの番号を付した４つの処理ステーションを備える。いくつかの実施形態において、処理チャンバ１００２ｂは、基板が、真空の中断および／または空気への暴露を経験することなしに、処理ステーション間でキャリアリング１２００を用いて移動されうるように、低圧環境を維持するよう構成されてよい。図１２に示す各処理ステーションは、処理ステーション基板ホルダ（ステーション１用が１３１８と示されている）および処理ガス供給ライン流入口を備える。
【0067】
図１２は、処理チャンバ１００２ｂ内で基板を移動させるためのスパイダフォーク１２２６も図示している。スパイダフォーク１２２６は、回転して、ステーション間のウエハの移動を可能にする。移動は、スパイダフォーク１２２６が、キャリアリング１２００を外側底面から持ち上げることでウエハを持ち上げるのを可能にすることによって行われ、ウエハおよびキャリアを一緒に次のステーションまで回転させる。一構成において、スパイダフォーク１２２６は、処理中に高レベルの加熱に耐えるために、セラミック材料から製造される。
【0068】
処理ガスの供給を制御するためのコンピュータプログラムは、任意の従来のコンピュータ読み取り可能プログラミング言語、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなどで書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが、プラグラム内に特定されたタスクを実行するために、プロセッサによって実行される。
【0069】
システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成されうる。例えば、フロー制御処理を実行するのに必要な処理チャンバ構成要素の動作を制御するために、様々な処理チャンバサブルーチンまたは制御オブジェクトが書かれてよい。
【0070】
上述の実施形態を念頭に置いて、本実施形態は、コンピュータシステムに格納されたデータを含め、コンピュータに実装された様々な動作を利用できることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理操作を必要とするものである。本実施形態の一部を形成する本明細書で説明した動作はいずれも、有用な機械動作である。本実施形態は、さらに、これらの動作を実行するためのデバイスまたは装置に関する。装置は、専用コンピュータなど、必要とされる目的向けに特別に構築されてよい。専用コンピュータとして規定された場合、コンピュータは、特殊目的に含まれない他の処理、プログラム実行、または、ルーチンも実行しつつ、特殊目的のために動作することができる。あるいは、動作は、コンピュータメモリ、キャッシュに格納されたまたはネットワークを介して取得された１または複数のコンピュータプログラムによって選択的にアクティベートまたは構成された汎用コンピュータで処理されてもよい。データがネットワークを介して取得されると、そのデータは、ネットワーク（例えば、コンピューティングリソースのクラウド）上の他のコンピュータによって処理されてもよい。
【0071】
１または複数実施形態は、コンピュータ読み取り可能な媒体上にコンピュータ読み取り可能なコードとして製造されてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータシステムによって読み出し可能であるようにデータを格納できる任意のデータ記憶装置である。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、ハードドライブ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、磁気テープ、および、その他の光学および非光学式のデータ記憶装置が挙げられる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ読み取り可能なコードが分散的に格納および実行されるように、ネットワーク接続されたコンピュータシステム上に分散されたコンピュータ読み取り可能な有形の媒体を含みうる。
【0072】
方法の動作は特定の順番で記載されているが、オーバーレイ動作の処理が望ましく実行される限りは、他のハウスキーピング動作が動作の合間に実行されてもよいし、動作が若干異なる時間に実行されるように調整されてもよいし、処理に関連した様々な間隔で処理動作が起きることを許容するシステムに分散されてもよいことを理解されたい。
【0073】
理解を深めるために、本実施形態について、ある程度詳しく説明したが、開示した実施形態の範囲内でいくらかの変更および変形を行ってもよいことは明らかである。本発明の処理、システム、および、装置を実施する多くの他の方法が存在することに注意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定的なものではないとみなされ、実施形態は、本明細書に示した詳細に限定されない。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】