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WO2003012843A1 - Procede et appareil de nettoyage et procede et appareil de gravure - Google Patents

Procede et appareil de nettoyage et procede et appareil de gravure Download PDF

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WO2003012843A1
WO2003012843A1 PCT/JP2001/006604 JP0106604W WO03012843A1 WO 2003012843 A1 WO2003012843 A1 WO 2003012843A1 JP 0106604 W JP0106604 W JP 0106604W WO 03012843 A1 WO03012843 A1 WO 03012843A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
fluorine
mixed
halogen
processing chamber
Prior art date
Application number
PCT/JP2001/006604
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jun Sonobe
Yoshikuni Kuroda
Regis Zils
Minoru Ino
Takako Kimura
Yukinobu Nishikawa
Original Assignee
L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude filed Critical L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority to EP01954400A priority Critical patent/EP1460678A4/en
Priority to PCT/JP2001/006604 priority patent/WO2003012843A1/ja
Priority to US10/485,721 priority patent/US20050020071A1/en
Publication of WO2003012843A1 publication Critical patent/WO2003012843A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4488—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by in situ generation of reactive gas by chemical or electrochemical reaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching

Definitions

  • the present invention relates to a cleaning method and apparatus, and an etching method and apparatus.
  • the present invention relates to a method and an apparatus for cleaning a semiconductor processing system using an interhalogen fluorine compound gas, and an etching method and an apparatus.
  • the semiconductor processing refers to forming a semiconductor layer, an insulating layer, a conductive layer, and the like in a predetermined pattern on an object to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate. It means various processes performed to manufacture a semiconductor device and a structure including wiring, electrodes, and the like connected to the semiconductor device.
  • inter-halogen fluorine compound gas such as C1F3 is used for cleaning of processing chambers and exhaust pipe systems, and for etching of workpieces.
  • I have.
  • (Chlorine trifluoride) gases include silicon (Si), polysilicon, amorphous silicon, silicon oxide (Sio2), and silicon nitride. Shi Li co down (S i 3 N 4), data down Gus te down Shi Li Sai de (WS i 2), data in g scan te down switch data emission (T i W), Sani ⁇ data te Le
  • C 1 F 3 gas has the advantage that it does not use plasma and, in some cases, has the property of reacting at room temperature.
  • C 1 F gas is converted into high-purity liquefied gas in a metal cylinder. Filled and provided to the user site. At the user site, the gaseous phase portion of C 1 F 3 is taken out from Bonbeka, and the vapor pressure at the temperature of Bonbe at that time is reduced to or less than the vapor pressure and sent to each semiconductor manufacturing apparatus.
  • C 1 F 3 Since the boiling point of C 1 F 3 is as low as 12 ° C, especially when it is necessary to flow C 1 F 3 gas at a large flow rate, in order to obtain the required gas amount and to prevent re-liquefaction in the middle of piping, It is necessary to precisely control the temperature of the cylinder and the supply piping system.
  • C 1 F 3 is extremely corrosive and oxidizing, and has extremely high reactivity especially in the liquid phase. For this reason, there is a limit to the heating of cylinders and pipes from the viewpoint of materials, and heating of cylinders and pipes is not preferable in practical use. In the United States and Europe, there are strict regulations on the storage and transportation of such highly reactive liquefied C 1 F 3 gas, making it a highly desirable cleaning gas. However, its scope is limited.
  • C 1 F 3 when used as a cleaning gas, not so high purity is required. As a result, the C1F3 purity required by the user may not be compatible with the manufacturing cost. Further, depending on the treatment, it may be better to mix different components, for example, C 1 F and C 1 F 5 , rather than using only C 1 F 3 as the treatment gas. You. Furthermore, depending on the processing, it may be desired to use C 1 F or C 1 F 5 as a main component. As described above, if it is desired to adjust the gas components in accordance with the treatment, at present, a procedure such as adding a separate process for preparing the treatment gas is required. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the problems of the related art, and a cleaning method, apparatus, and etching method for a semiconductor processing system using a fluorine compound gas between halogens.
  • the aim is to improve safety, cost, flexibility, etc., in the method and equipment for chucking.
  • the present invention that achieves the above object has a basic feature of generating and supplying an inter-halogen fluorine compound gas on-site and on-demand.
  • “on-site” means that a mechanism for generating an interhalogen fluorine compound gas is combined with a main processing mechanism of a semiconductor processing system.
  • On-demand means that the processing gas can be supplied at the timing according to the request from the main processing mechanism and with the necessary component adjustment.
  • a first aspect of the present invention is that Si, Mo, Ta, W, SiOx, SiNx, SiON, SiC, deposited in a processing chamber of a semiconductor processing system.
  • SiGe, TaSix, TaOx, WSix, TiC, Tin, TiW, BN, ITO force, group power, by-products containing selected substances A cleaning method for removing objects,
  • a first halogen gas other than fluorine and fluorine gas are introduced, and an inert gas is selectively introduced from the third gas source. Mixing these gases to form a mixed gas;
  • the mixed gas is passed through a heating reactor to produce the first halogen gas.
  • a heating reactor By heating to a temperature at which the gas reacts with the fluorine gas, the product gas is supplied into the processing chamber while generating a product gas containing an interhalogen fluorine compound gas.
  • the volume ratio of the first gas, the hydrogen gas, the fluorine gas, and the inert gas in the mixed gas is 10 to 90:10.
  • a third aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, wherein the first halogen gas is chlorine gas, and the heating temperature of the mixed gas by the heating reactor is 2 The temperature is between 00 ° C and 400 ° C.
  • a fourth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to third aspects, wherein the inert gas is a hydrogen gas.
  • a fifth aspect of the present invention is that Si, Mo, Ta, W, SiOx, SiNx, SiON, SiC, and S, which are deposited in a processing chamber of a semiconductor processing system. Remove by-products containing substances selected from the group consisting of iGe, TaSix, TaOx, WSix, TiC, TiN, TiW, BN, and ITO Cleaning equipment
  • a first halogen gas other than fluorine and a fluorine gas are introduced independently from the first and second gas sources, and an inert gas is selectively introduced from the third gas source. And an upstream portion for forming a mixed gas by mixing gases such as
  • the mixed gas is passed through a heating reactor to produce the first halogen gas.
  • a heating reactor By heating to a temperature at which the gas reacts with the fluorine gas, a downstream gas for supplying the product gas into the processing chamber while generating a product gas containing an interhalogen fluorine compound gas is produced. Department and,
  • the upstream section controls the flow rates of the first halogen gas, the fluorine gas, and the inert gas independently of each other.
  • a seventh aspect of the present invention is the apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein the heating reactor comprises: a reaction chamber; and an upstream pipe for introducing the mixed gas into the reaction chamber.
  • the chamber and the upstream pipe are made of a material having high heat conductivity and high corrosion resistance to the generated gas, and the upstream pipe forms a heat exchange section by being wound around the periphery, and the heat exchange section Is heated from the surroundings by the heater.
  • a semiconductor processing system for etching a first film which is substantially made of a substance selected from the group consisting of Si, SIPOSTa, and TaSix, on an object to be processed. Etching method,
  • the mixed gas is passed through a heating reactor to produce the first halogen gas.
  • a heating reactor By heating to a temperature at which the gas reacts with the fluorine gas, the product gas is supplied into the processing chamber while generating a product gas containing an interhalogen fluorine compound gas.
  • the object further comprises: Si x2, SiNx, SiON, TaOx, and a photo register.
  • a second film substantially consisting of a substance selected from the group, and the etching method is to selectively etch the first film with respect to the second film.
  • a first film on a workpiece which is made of a material selected from the group consisting of Si, SIPOS, Ta, and TaSix.
  • An etching apparatus for a semiconductor processing system wherein:
  • a processing chamber for accommodating the object to be processed
  • a first non-fluorine gas and a fluorine gas other than fluorine are introduced, and an inert gas is selectively introduced from a third gas source.
  • an upstream portion for forming a mixed gas by mixing gases such as
  • a heating reactor By passing the mixed gas through a heating reactor and heating it to a temperature at which the first halogen gas and the fluorine gas react, a product gas containing an interhalogen fluorine compound gas is generated.
  • the heating reactor includes a reaction chamber and the mixed gas in the reaction chamber.
  • An upstream pipe to be introduced wherein the reaction chamber and the upstream pipe are made of a material having high thermal conductivity and high corrosion resistance to the generated gas, and the upstream pipe is wound around the periphery.
  • the heat exchange part is formed, and the heat exchange part is heated from the surroundings by the heater.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cleaning device for removing by-products deposited in a processing chamber of a semiconductor processing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an etching apparatus of a semiconductor processing system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a combined structure of a heating reactor and a cooler that can be used in the apparatuses shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is a sectional view showing an internal structure of a main part of the heating reactor shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cleaning apparatus for removing by-products deposited in a processing chamber of a semiconductor processing system according to an embodiment of the present invention.
  • the cleaning device 30 is connected to a CVD device 10 for forming a silicon film on a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer or an LCD substrate.
  • the CVD apparatus 10 includes a processing chamber 12 for storing a substrate to be processed.
  • a mounting table 14 for mounting a substrate to be processed is provided in the processing chamber 12.
  • An exhaust system 16 is connected to the lower part of the processing chamber 12 to evacuate the interior and set a vacuum. It is. Further, a supply system 18 for supplying a processing gas such as SiH 4 is connected to an upper portion of the processing chamber 12.
  • the cleaning device 30 includes first, second, and third gas sources 3 for supplying chlorine (C 12) gas, fluorine (F 2) gas, and inert gas, respectively. 2, 3, 4 and 36.
  • the chlorine gas source 32 consists of a cylinder filled with liquefied gas. Chlorine gas is relatively easy to supply due to its high vapor pressure.
  • the fluorine gas source 34 consists of a gas generator that generates fluorine gas by electrolysis. Fluorine gas can also be supplied as a high-pressure gas in a cylinder.
  • the inert gas functions as a diluent gas or a carrier gas
  • any inactive gas such as helium, argon, or nitrogen can be used.
  • an inert gas is not used, that is, the inert gas is selectively introduced.
  • Chlorine gas, fluorine gas, and inert gas from the first, second, and third gas sources 32, 34, and 36 are respectively MFCs (mass flow controllers).
  • Flow rate through 38a, 38b, 38c Are introduced independently of each other and controlled.
  • the chlorine gas, the fluorine gas, and the inert gas, which have been independently introduced in this manner, are joined and mixed in the pipe section 42 to form a mixed gas.
  • the volume ratio of chlorine gas, fluorine gas, and inert gas in the mixed gas is set to 10 to 90: 10 to 90: 0 to 90.
  • the gas mixture thus formed is passed through a heating reactor 44, for example, a heat exchanger, where the temperature is between 200 ° C and 400 ° C, preferably between 250 ° C and 350 ° C. Heated to ° C.
  • a heating reactor 44 for example, a heat exchanger
  • the temperature is between 200 ° C and 400 ° C, preferably between 250 ° C and 350 ° C. Heated to ° C.
  • the chlorine gas and the fluorine gas react with each other to generate a product gas containing a chlorine fluoride gas such as a C 1 F 3 gas.
  • a product gas containing C 1 F 3 gas as a main component and other chlorine fluoride gas (C 1 F, C 1 F 5 etc.), by-products, unreacted gas, etc. is cooled by a cooler 46. After cooling to about room temperature where C 1 F 3 does not liquefy, C 1 F 3 is taken out at such a pressure that it does not liquefy.
  • the product gas exiting the cooler 46 is first passed through an analyzer 48 for measuring the interhalogen fluorine compound.
  • the measurement result obtained by the analyzer 48 is fed to the main controller 52, and the MFC 38a, 38b, 38c is controlled based on the result. c By this, the volume ratio of chlorine gas, fluorine gas, and inert gas in the mixed gas is adjusted to be a predetermined value.
  • the buffer section 54 is used for temporary liquefaction of the generated gas and subsequent re-vaporization. It can also be configured as a storage unit. As a result, the unreacted volatile gas, by-product gas, and impurity gas can be removed from the generated gas in the buffer section 54, and the solid substance can be removed. .
  • Chlorine fluoride gas such as C 1 F 3 gas in the generated gas supplied to the processing chamber 12 mainly contains Si deposited on the inner wall of the processing chamber 12 and the inner wall of the piping of the exhaust system 16. Reacts with the by-products produced and separates them from the inner wall. The exfoliated by-products are taken out of the CVD apparatus 10 by the exhaust flow generated by the operation of the exhaust system 16.
  • the cleaning device 30 is shown in combination with the silicon CVD device 10, but the chlorine fluoride gas is supplied from silicon (polysilicon). It is also effective when removing substances other than corn and amorphous silicon. Specifically, substances other than silicon here include Mo, Ta, W, SiOx, SiNX, SiON, SiC, SiGe. , TaSix, TaOx, WSix, TiC, Tin, TiW, BN, ITO (indium tin oxide) and the like. Therefore, the cleaning device 30 is a CVD device or an etching device in which by-products containing a substance selected from the group consisting of the above-listed substances are produced by the original processing. It can be effectively applied to the clear jung, etc.
  • Nickel heated to 250 ° C to 350 ° C by forming a mixed gas consisting of 30 SCCM chlorine gas, 100 SCCM fluorine gas, and 100 SCCM hydrogen gas Made of heat exchanger The system was continuously supplied to the heating reactor 44 at a system pressure of 836 Torr. As a result, near the exit of the heating reactor 4 4, C 1 F concentration of 3 1 0% to 3 0%, C 1 F 3 yield of 6 0% to 80% of the product gas is obtained It turned out that it could be done.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an etching apparatus of a semiconductor processing system according to another embodiment of the present invention.
  • the etching apparatus 60 preferentially etches a Si film over a SiO 2 film on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate (selective etching). Used to
  • the etching apparatus 60 includes a processing chamber 62 for storing a substrate to be processed.
  • a mounting table 64 for mounting a substrate to be processed is provided.
  • An exhaust system 66 for exhausting the inside and setting a vacuum is connected to the lower part of the processing chamber 62.
  • a supply system 70 for supplying an etching gas is connected to an upper portion of the processing chamber 62.
  • the supply system 70 of the etching device 60 has the same configuration as the cleaning device 30 shown in FIG.
  • the supply system 70 is composed of chlorine (Cl 2 ) gas, fluorine (F
  • first, second, and third gas sources 72, 74, 76 for supplying gas and inert gas, respectively.
  • the first, second, and third gas sources 72, 74, and 76 gas, chlorine gas, fluorine gas, and inert gas are supplied to the MFC (mass flow controller), respectively.
  • the chlorine gas, fluorine gas, and inert gas thus introduced independently of each other are: They are joined and mixed in the pipe section 82 to form a mixed gas.
  • the volume ratio of chlorine gas, fluorine gas, and inert gas in the mixed gas is set to 10 to 90: 10 to 90: 0 to 90.
  • the gas mixture thus formed is passed through a heating reactor 84, for example, a heat exchanger, where the temperature is between 200 ° C and 400 ° C, preferably between 250 ° C and 35 ° C. Heated to 0 ° C.
  • the chlorine gas reacts with the fluorine gas to generate a product gas containing a chlorine fluoride gas such as C 1 F 3 gas.
  • the generated gas containing C 1 F 3 gas as a main component and other chlorine fluoride gas (C 1 F, C 1 F 5 etc.), by-products, unreacted gas, etc. is cooled.
  • the C 1 F 3 is removed at such a pressure that the C 1 F 3 is not liquefied.
  • the product gas exiting the cooler 86 is first passed through an analyzer 88 for measuring interhalogen fluorine compounds.
  • the measurement result obtained by the analyzer 88 is fed back to the main controller 92, and based on this, the MFC 78a, 78b, and 78c force control is performed. You. Thereby, the volume ratio of chlorine gas, fluorine gas, and inert gas in the mixed gas is adjusted to be a predetermined value.
  • the generated gas flows into the processing chamber 12 after the flow rate and pressure are adjusted in the buffer section 94 so as to meet the conditions of the processing chamber 12 of the CVD apparatus 10.
  • the buffer unit 94 can be configured as a temporary storage unit for performing liquefaction of the generated gas and subsequent re-evaporation.
  • unreacted volatile gas and by-product As well as removing gas and impurity gas, solid substances can be removed.
  • Chlorine fluoride gas such as C 1 F 3 gas in the generated gas supplied into the processing chamber 62 reacts preferentially with the Si film over the Si 0 2 film on the substrate to be processed. Etching this.
  • the etching product is discharged to the outside of the etching device 60 along the exhaust stream generated by the operation of the exhaust system 66.
  • the etching apparatus 60 selectively etches the first film made of the Si film on the substrate to be processed with respect to the second film made of the SiO 2 film.
  • chlorine fluoride gas is also effective in 3 1 film and 3 1 0 2 film and the selection et etching combination of substances other than unions Align the.
  • the first film to be preferentially etched substantially consists of a material selected from the group consisting of Si, SIPOS (semi-insulating polycrystalline silicon), Ta, and TaSix. be able to.
  • the second film that is not preferentially etched is substantially composed of a material selected from the group consisting of Si ⁇ 2, SiNx, SiON, TaOx, and a photo resist. It becomes possible to become.
  • a chlorine gas, a fluorine gas, and an inert gas are used as gas sources at a user site. It can generate and supply chlorine fluoride gas such as gas. Therefore, it is possible to solve operational and legal regulation problems when providing chlorine fluoride gas such as C 1 F 3 gas as a liquefied gas to a user's site using a bomb. .
  • these devices 30 and 60 the volume ratio of chlorine gas, fluorine gas, and inert gas in the mixed gas can be set to any value within the above range, or the heating temperature of the mixed gas can be set to any value within the above range. By doing so, the composition of the generated gas can be adjusted according to the treatment.
  • halogen gas other than fluorine
  • another type of halogen can be obtained.
  • inter-gen fluorine compound gas for example, if bromine (Br 2 ) gas is used as the gas of the first gas source 32, the product gas containing at least one of Br F, Br F 3, and Br F 5 Can be supplied.
  • the first gas source 3 2 gas using iodine (1 2) gas, IF, the IF 3, IF 5, least for the product gas also contains one of the IF 7 Can be supplied.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a combined structure of the heating reactor 102 and the cooling device 122.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an internal structure of a main part of the heating reactor 102.
  • the heating reactor 102 and the cooling unit 122 are connected to the heating reactor 44 and the cooling unit 46 of the apparatus shown in FIG. 1 or the heating reactor 84 and the cooling unit 8 of the apparatus shown in FIG. It becomes usable as 6.
  • the heating reactor 102 includes a reaction chamber 104 formed by an egg-shaped casing and having first and second ports 105a and 105b.
  • the first port 105a is equipped with chlorine gas and fluorine
  • An upstream pipe 106 for introducing a mixed gas of a gas and an inert gas is connected.
  • the second port 105 b is connected to the downstream pipe 108 for sending out the gas generated in the reaction chamber 104 c .
  • a buffer member 112 is provided in 104.
  • the nozzle member 112 is made of a sphere, and is fixed to the inner surface of the reaction chamber 104 by welding via an appropriate spacer 113.
  • the reaction chamber 104, the tubes 106, 108, the noodle member 112, and the spacer 113 are made of a material having high thermal conductivity and high corrosion resistance to C 1 F 3, for example. , N i.
  • the upstream pipe 106 is wound around the reaction chamber 104 to form a heat exchange section 114.
  • the entire heat exchange section 114 is covered with a jacket heater 116 and heated from the surroundings.
  • the jacket heater 116 is an electrically controlled cloth heater in which a resistance heating gland is embedded in a heat-resistant nonwoven fabric.
  • the cooler 122 has a coil part 124 in which a downstream pipe 108 is spirally wound.
  • the coiler section 124 is housed in a cylindrical casing 126, and a fan 128 is provided at the lower end opening. That is, the cooler 122 has an air-cooled structure that cools the gas in the coil part 124 to about room temperature by a fan.
  • C The heating reactor 102 shown in FIG. 3 and FIG. According to this, the heat exchange section 114 is integrally formed around the reaction chamber 104. The downsizing of the reactor and good thermal efficiency can be obtained.
  • a product gas containing an interhalogen fluorine compound gas can be supplied on-site and on-demand. It is possible to improve the safety, cost, flexibility, etc. of the ing method and apparatus and the etching method and apparatus.

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Description

明 細 書
ク リ 一二ング方法及び装置並びにエ ッチング方法及ぴ装置 技術分野
本発明はハロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を利用する、 半導体 処理シス テ ムにおける ク リ ーニング方法及び装置並びにエ ツ チング方法及び装置に関する。 なお、 こ こ で、 半導体処理と は、 半導体ウェハや L C D基板等の被処理体上に半導体層、 絶縁層、 導電層等を所定のパター ンで形成する こ と によ り 、 該被処理体上に半導体デバイ スや、 半導体デバイ スに接続さ れる配線、 電極等を含む構造物を製造するために実施される 種々 の処理を意味する。
背景技術
半導体処理 シス テ ム におい て 、 C 1 F 3 等のハ ロ ゲ ン 間 フ ッ素化合物ガスが、 処理室や排気管系統のク リ ーニングゃ , 被処理体のエ ッ チングに利用 さ れている。 例えば、 C 1 F 3
(三弗化塩素） ガスは、 シ リ コ ン （ S i ) 、 ポ リ シ リ コ ン、 ア モル フ ァ ス シ リ コ ン 、 酸化シ リ コ ン （ S i O 2 ) 、 窒ィ匕 シ リ コ ン （ S i 3 N 4 ) 、 タ ン グス テ ン シ リ サイ ド （ W S i 2 ) 、 タ ン グ ス テ ン チ タ ン （ T i W ) 、 酸ィ匕 タ ン タ ル
( T a 2 O 5 ) 、 シ リ コ ン ゲルマ ニ ウ ム （ S i G e ) 等 の 膜を形成する ための C V D装置のク リ ーニングガス と して使 用 さ れて レヽ る。 C 1 F 3 ガス は、 プラ ズマ を使用 しないで、 しかも場合に よ っては常温でも反応する性質がある と レ、 う 利 点を有する。
C 1 F ガス は、 金属製ボ ンベに高純度の液化ガス と し て充填され、 ユーザーサイ トへ提供される。 ユーザーサイ ト では、 ボ ンべカゝ ら C 1 F 3 の気相部が取出 さ れ、 その時の ボ ンベの温度における蒸気圧或いはそれ以下に減圧され、 各 半導体製造装置に送られる。
C 1 F 3 は沸点が 1 2 °C と 低いため、 特に大流量で C 1 F 3 ガス を流す必要が あ る場合、 必要なガス 量を得る ため 及び配管途中での再液化を防ぐために、 ボンべ及び供給配管 系の温度コ ン ト ロ ールを精密に行 う 必要があ る。 しかしなが ら 、 C 1 F 3 は非常に腐食性及び酸化力が強 く 、 特に液相 状態における反応性は極めて高い。 このため、 材料の点から ボンべや配管の加熱に限界があ り 、 また実用面でも、 ボンべ 及び配管の加熱は好ま し く ない。 また、 欧米では、 こ のよ う な反応性の高い液化 C 1 F 3 ガス の貯蔵や輸送に関 して厳 しい規制があ り 、 非常に望ま しいク リ ーニ ングガス であ り な が ら、 その適用範囲が限られている。
ま た、 C 1 F 3 を ク リ ーニ ン グガス と して使用する場合、 それほ ど高い純度は必要 と されない。 こ のた め、 ユーザー側 で必要 と さ れる C 1 F 3 の純度 と その製造コ ス ト と が見合 つ ていない場合がある。 また、 処理によ っては、 処理ガス を C 1 F 3 のみカゝ ら構成する よ り 、 異な る成分、 例えば C 1 F や C 1 F 5 を混入 さ せた方が よ い場合が あ る。 更に、 処 理に よ っ て は、 C 1 F 或ぃは C 1 F 5 を主成分 と して使用 したい場合もある。 こ の よ う に、 処理に応 じたガス成分の調 整を行いたい場合、 現状では、 別途に処理ガス の調製工程を 加える等の手続が必要 と なる。 発明の開示
本発明は、 かかる従来技術の問題点に鑑みてな されたも の であ り 、 ハ ロ ゲ ン間フ ッ素化合物ガス を利用する、 半導体処 理システムにおける ク リ ーニング方法及び装置並びにエ ッチ ング方法及び装置において、 安全性、 コ ス ト 、 柔軟性等を改 良する こ と を 目 的 とする。
上記 目 的を達成する本発明は、 オンサイ ト で且つオンデマ ン ドでハ ロ ゲ ン間フ ッ素化合物ガス を生成且つ供給する こ と を基本的な特徴とする。 こ こ で、 オンサイ ト と は、 ハ ロ ゲン 間フ ッ素化合物ガス を生成する機構が、 半導体処理システム の主処理機構と組合わされる こ と を意味する。 また、 オンデ マン ド と は、 主処理機構側からの要求に応 じたタイ ミ ングで 且つ必要と される成分調整を伴って処理ガスが供給可能と な る こ と を意味する。
本発明の第 1 の視点は、 半導体処理シス テ ム の処理室内に 堆積 した、 S i 、 M o 、 T a 、 W、 S i O x 、 S i N x 、 S i O N、 S i C 、 S i G e 、 T a S i x 、 T a O x 、 W S i x 、 T i C 、 T i N、 T i W、 B N、 I T O力、ら なる群力、ら 選択された物質を含有する副生成物を除去する ク リ ーニ ング 方法であって、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス とフ ッ素ガス と を導入する と 共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガス を導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する工程と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハ ロ ゲンガス と 前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハ ロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成 しなが ら、 前記生成ガス を前記処理室内に供給する工程と 、
を具備する。
本発明の第 2 の視点は、 第 1 の視点の方法において、 前記 混合ガスにおける前記第 1 ノ、 ロ ゲンガス、 フ ッ素ガス、 及び 不活性ガスの容積比が 1 0 〜 9 0 ： 1 0 〜 9 0 ： 0 〜 9 0 に 設定される。
本発明の第 3 の視点は、 第 1 または第 2 の視点の方法にお いて、 前記第 1 ハロ ゲンガス は塩素ガス であ り 、 前記加熱反 応器によ る前記混合ガス の加熱温度は 2 0 0 °C〜 4 0 0 °Cで ある。
本発明の第 4 の視点は、 第 1 乃至第 3 のいずれかの視点の 方法において、 前記第不活性ガスはヘ リ ゥムガスである。
本発明の第 5 の視点は、 半導体処理システ ムの処理室内に 堆積 した、 S i 、 M o 、 T a 、 W、 S i O x 、 S i N x 、 S i O N、 S i C、 S i G e 、 T a S i x 、 T a O x 、 W S i x 、 T i C 、 T i N、 T i W、 B N、 I T O力 ら なる群力 ら 選択された物質を含有する副生成物を除去する ク リ ーニング 装置であっ て、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガス を導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する上流部と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハ ロ ゲ ンガス と前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハ ロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成しなが ら 前記生成ガス を前記処理室内に供給する下流部 と 、
を具備する。
本発明の第 6 の視点は、 第 5 の視点の装置において、 前記 上流部は、 前記第 1 ハロ ゲンガス、 フ ッ素ガス、 及び不活性 ガス の流量を互いに独立 して制御する こ と によ り 、 前記混合 ガスにおける前記第 1 ハロ ゲンガス、 フ ッ素ガス、 及び不活 性ガス の容積比を変更する コ ン ト ローラ を具備する。
本発明の第 7 の視点は、 第 5 または第 6 の視点の装置にお いて、 前記加熱反応器は、 反応室と前記反応室内に前記混合 ガス を導入する上流管 と を具備 し、 前記反応室及び前記上流 管は高熱伝導性及び前記生成ガス に対する高耐食性を有する 材料から なる と 共に、 前記上流管は前記周囲に巻き付け られ る こ と によ り 熱交換部を形成 し、 前記熱交換部は ヒ ータ によ り 周囲から加熱される。
本発明の第 8 の視点は、 被処理体上の、 S i 、 S I P O S T a 、 T a S i x から なる群から選択された物質から実質的 になる第 1 膜をエ ッチングする、 半導体処理シス テム のエ ツ チング方法であって、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と 共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガス を導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する工程と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハ ロ ゲンガス と 前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハ ロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成 しなが ら、 前記生成ガス を前記処理室内に供給する工程と 、
を具備する。
本発明の第 9 の視点は、 第 8 の視点の方法において、 前記 被処理体上に、 S i 〇 2 、 S i N x 、 S i O N、 T a O x 、 フ ォ ト レジス ト から なる群か ら選択された物質から実質的に なる第 2膜が存在 し、 前記エ ッチング方法は、 前記 1 膜を前 記第 2 膜に対 して選択的にエ ッ チングする ものである。
本発明の第 1 0 の視点は、 被処理体上の、 S i 、 S I P O S 、 T a 、 T a S i x カゝらな る群から選択された物質力ゝら実 質的になる第 1 膜をエ ッチングする、 半導体処理シス テ ム の エ ッチング装置であって、
前記被処理体を収容する処理室と 、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ノヽ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガスを導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガスを形成する上流部 と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハロ ゲンガス と 前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成しなが ら， 前記生成ガス を前記処理室内に供給する下流部と 、
を具備する。
本発明の第 1 1 の視点は、 第 1 0 の視点の装置において、 前記加熱反応器は、 反応室と 前記反応室内に前記混合ガス を 導入する上流管 と を具備 し、 前記反応室及び前記上流管は高 熱伝導性及び前記生成ガスに対する高耐食性を有する材料か らなる と 共に、 前記上流管は前記周囲に巻き付け られる こ と によ り 熱交換部を形成 し、 前記熱交換部は ヒ ータ によ り 周囲 から加熱される。
図面の簡単な説明
図 1 は本発明の実施の形態に係る、 半導体処理システ ムの 処理室内に堆積 した副生成物を除去する ク リ ーユング装置を 示す概略図。
図 2 は本発明の別の実施の形態に係る、 半導体処理システ ムのエ ッチング装置を示す概略図。
図 3 は図 1 及び図 2 図示の装置において使用可能な加熱反 応器及び冷却器の組み合わせ構造を示す斜視図。
図 4 は図 3 図示の加熱反応器の要部の内部構造を示す断面 図。
発明を実施する ための最良の形態
図 1 は本発明の実施の形態に係る、 半導体処理システ ム の 処理室内に堆積 した副生成物を除去する ク リ ーニ ング装置を 示す概略図である。 このク リ ーニング装置 3 0 は、 例えば、 半導体ウェハや L C D基板等の被処理基板上にシ リ コ ン膜を 形成するための C V D装置 1 0 に接続される。
C V D装置 1 0 は、 被処理基板を収納するための処理室 1 2 を具備する。 処理室 1 2 内には、 被処理基板を載置するた めの載置台 1 4 が配設される。 処理室 1 2 の下部には、 内部 を排気する と 共に真空に設定する ための排気系 1 6 が接続さ れる。 ま た、 処理室 1 2 の上部には、 S i H 4 等の処理ガ ス を供給する ための供給系 1 8 が接続される。
こ のよ う な C V D装置 1 0 においては、 成膜処理を重ねる につれ、 処理室 1 2 の内壁や排気系 1 6 の配管の内壁に S i を主成分とする副生成物が堆積する。 本発明に係る タ リ ー二 ング装置 3 0 は、 このよ う な副生成物を除去するために使用 される。
ク リ ーニ ン グ装置 3 0 は、 塩素 （ C 1 2 ) ガス 、 フ ッ 素 ( F 2 ) ガス 、 及び不活性ガス を夫々 供給する ための第 1 、 第 2 、 及び第 3 ガス源 3 2 、 3 4 、 3 6 を有する。 塩素ガス のガス源 3 2 は液化ガス を充填 したボンべから なる。 塩素ガ ス は蒸気圧が高いため、 比較的供給が容易である。 一方、 フ ッ素ガス のガス源 3 4 は、 電気分解によ り フ ッ素ガスを発生 するガス発生器から なる。 なお、 フ ッ素ガスは高圧ガス と し てボンベで供給する こ と も可能である。
不活性ガスは、 希釈ガス或いはキヤ リ ァガス と して機能す る も ので、 ヘ リ ウム、 アルゴン、 窒素等のいずれかの不活性 ( inactive) ガス を使用する こ と ができ る。 し力 し、 こ こ で は、 特に、 後述する混合ガス の加熱を補助する観点から、 熱 伝導率の高いヘ リ ゥムガスを使用する こ と が望ま しい。 なお， 処理によ っては、 不活性ガス は使用 しない場合も あ り 、 即ち、 不活性ガスは選択的に導入される こ と と なる。
第 1 、 第 2 、 及び第 3 ガス源 3 2 、 3 4 、 3 6 か ら の塩素 ガス、 フ ッ素ガス、 及び不活性ガスは、 夫々 M F C (マス フ ロ ー コ ン ト ロ ーラ） 3 8 a 、 3 8 b 、 3 8 c を通 して、 流量 が互いに独立 して制御 された状態で導入される。 このよ う に して夫々独立 して導入された、 塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び 不活性ガスは、 配管部 4 2 で合流 して混合され、 混合ガス が 形成される。 こ こで、 混合ガス における塩素ガス、 フ ッ素ガ ス、 及び不活性ガスの容積比は 1 0 〜 9 0 ： 1 0 〜 9 0 ： 0 〜 9 0 に設定される。
このよ う に して形成された混合ガスは、 加熱反応器 4 4 例 えば熱交換器に通され、 2 0 0 °C〜 4 0 0 °C望ま しく は 2 5 0 °C〜 3 5 0 °Cに加熱される。 これによ り 、 塩素ガス と フ ッ 素ガス と が反応 し、 C 1 F 3 ガス等の弗化塩素ガス を含む 生成ガス が生成 さ れる。 次に、 C 1 F 3 ガス を主成分 と し、 他の弗化塩素ガス （ C 1 F 、 C 1 F 5 等） 、 副生成物、 未 反応ガス等 を含む生成ガス は、 冷却器 4 6 に よ り C 1 F 3 が液化 しない室温程度ま で冷却 さ れた後、 C 1 F 3 が液化 しない程度の圧力で取出 される。
冷却器 4 6 を出た生成ガスは、 先ず、 ハロ ゲン間フ ッ素化 合物を測定する分析器 4 8 を通 される。 分析器 4 8 で得られ た測定結果は、 主コ ン ト ローラ 5 2 にフ ィ ー ドノく ッ ク され、 これに基づいて M F C 3 8 a 、 3 8 b 、 3 8 c カ 制御 される c これによ り 、 混合ガス における塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び 不活性ガスの容積比が所定の値と なる よ う に調整される。
次に、 生成ガスは、 バ ッ フ ァ部 5 4 において、 C V D装置 1 0 の処理室 1 2 の条件に適合する よ う に、 流量及び圧力 を 調整された後、 処理室 1 2 内に供給される。 なお、 バ ッ フ ァ 部 5 4 は、 生成ガスの液化と それに続く 再気化と を行 う 一時 貯蔵部と して構成する こ と もでき る。 これに よ り 、 ノく ッ フ ァ 部 5 4 において、 生成ガスから、 未反応揮発性ガス、 副生成 ガス 、 不純物ガス を除去する と共に、 固体物質を除去する こ と ができ る よ う になる。 処理室 1 2 内に供給された生成ガス 中の C 1 F 3 ガス等の弗化塩素ガス は、 処理室 1 2 の内壁 や排気系 1 6 の配管の内壁に堆積 した S i を主成分と する副 生成物と 反応 し、 これを内壁から剥離させる。 剥離 した副生 成物は、 排気系 1 6 の作動に よ る排気流にのって C V D装置 1 0 外にお 出 される。
なお、 こ の実施の形態では、 ク リ ーニング装置 3 0 は、 シ リ コ ンの C V D装置 1 0 と組合わされて示されるが、 弗化塩 素ガス は、 シ リ コ ン （ポ リ シ リ コ ン、 アモルフ ァ ス シ リ コ ン を含む） 以外の物質を除去する場合にも有効である。 具体的 には、 こ こでい う シ リ コ ン以外の物質と は、 M o 、 T a 、 W , S i O x 、 S i N x 、 S i O N、 S i C、 S i G e 、 T a S i x 、 T a O x 、 W S i x 、 T i C 、 T i N、 T i W、 B N、 I T O ( indium tin oxide) 等である。 従って、 ク リ ーニ ン グ 装置 3 0 は、 本来の処理によ り 、 上に列挙 した物質からなる 群から選択された物質を含有する副生成物が生成される、 C V D装置やエ ッチング装置等のク リ ーユングに有効に適用す る こ と ができ る。
[実験]
塩素ガス 3 0 S C C M、 フ ッ素ガス 1 0 0 S C C M、 及び ヘ リ ゥムガス 1 0 0 S C C Mカゝら なる混合ガス を形成 し、 2 5 0 °C〜 3 5 0 °Cに加熱 したニ ッ ケル製の熱交換器からなる 加熱反応器 4 4 に、 系内圧力 8 3 6 T o r r で連続的に流 し 続けた。 そ の結果、 加熱反応器 4 4 の出 口付近で、 C 1 F 3 の濃度が 1 0 % 〜 3 0 % 、 C 1 F 3 の収率が 6 0 % 〜 8 0 %の生成ガスが得られる こ と が判明 した。
図 2 は本発明の別の実施の形態に係る、 半導体処理システ ムのエ ッチング装置を示す概略図である。 こ のエ ッチング装 置 6 0 は、 例えば、 半導体ウェハや L C D基板等の被処理基 板上において S i 膜を S i O 2 膜に対 して優先的にエ ッ チ ング （選択エ ッ チング） するために使用 される。
エ ッチング装置 6 0 は、 被処理基板を収納するための処理 室 6 2 を具備する。 処理室 6 2 内には、 被処理基板を載置す るための載置台 6 4 が配設される。 処理室 6 2 の下部には、 内部を排気する と共に真空に設定する ための排気系 6 6 が接 続される。 また、 処理室 6 2 の上部には、 エ ッチングガスを 供給するため の供給系 7 0 が接続される。 エ ッチング装置 6 0 の供給系 7 0 は、 図 1 図示のク リ ーニング装置 3 0 と 同様 な構成を有する。
即 ち、 供給系 7 0 は、 塩素 （ C l 2 ) ガス 、 フ ッ 素 （ F
2 ) ガス 、 及び不活性ガス を夫々 供給する た めの第 1 、 第 2 、 及び第 3 ガス源 7 2 、 7 4 、 7 6 を有する。 第 1 、 第 2 、 及び第 3 ガス源 7 2 、 7 4 、 7 6 力ゝら の塩素ガス、 フ ッ素ガ ス 、 及び不活性ガス は、 夫々 M F C (マス フ ロ ー コ ン ト ロ ー ラ） 7 8 a 、 7 8 b 、 7 8 c を通 して、 流量が互いに独立 し て制御された状態で導入される。 こ のよ う に して夫々独立 し て導入された、 塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び不活性ガス は、 配管部 8 2 で合流 して混合され、 混合ガスが形成される。 こ こで、 混合ガス における塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び不活性 ガス の容積比は 1 0 〜 9 0 ： 1 0 〜 9 0 ： 0 〜 9 0 〖こ設定さ れる。
このよ う に して形成された混合ガスは、 加熱反応器 8 4 例 えば熱交換器に通され、 2 0 0 °C〜 4 0 0 °C望ま し く は 2 5 0 °C〜 3 5 0 °Cに加熱される。 これによ り 、 塩素ガス と フ ッ 素ガス と が反応 し、 C 1 F 3 ガ ス等の弗化塩素ガス を含む 生成ガス が生成 される。 次に、 C 1 F 3 ガス を主成分 と し、 他の弗化塩素ガ ス （ C 1 F 、 C 1 F 5 等） 、 副生成物、 未 反応ガ ス 等を含む生成ガ ス は、 冷却器 8 6 に よ り C 1 F 3 が液化 しない室温程度ま で冷却 さ れた後、 C 1 F 3 が液化 しない程度の圧力で取出 される。
冷却器 8 6 を 出た生成ガスは、 先ず、 ハロ ゲン間フ ッ素化 合物を測定する分析器 8 8 を通 される。 分析器 8 8 で得られ た測定結果は、 主コ ン ト ローラ 9 2 にフ ィ ー ドバ ッ ク され、 これに基づレ、て M F C 7 8 a 、 7 8 b 、 7 8 c 力 制御される。 これによ り 、 混合ガスにおける塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び 不活性ガスの容積比が所定の値と なる よ う に調整される。
次に、 生成ガスは、 ノく ッ フ ァ部 9 4 において、 C V D装置 1 0 の処理室 1 2 の条件に適合する よ う に、 流量及び圧力を 調整された後、 処理室 1 2 内に供給される。 なお、 バ ッ フ ァ 部 9 4 は、 生成ガス の液化と それに続く 再気化と を行 う 一時 貯蔵部 と して構成する こ と もでき る。 これに よ り 、 バ ッ フ ァ 部 9 4 において、 生成ガス か ら 、 未反応揮発性ガス 、 副生成 ガス 、 不純物ガス を除去する と 共に、 固体物質を除去する こ と ができ る よ う になる。 処理室 6 2 内に供給された生成ガス 中の C 1 F 3 ガス等の弗化塩素ガス は、 被処理基板上にお いて S i 02 膜よ り も S i 膜 と 優先的に反応 し、 これをェ ツチングする。 エ ッチング生成物は、 排気系 6 6 の作動によ る排気流にの っ てエ ッチング装置 6 0外に排出 される。
なお、 こ の実施の形態では、 エ ッチング装置 6 0 は、 被処 理基板上において S i 膜か ら な る第 1 膜を S i O 2 膜か ら なる第 2 膜に対 して選択エ ッチングするための装置と して示 さ れる が、 弗化塩素ガス は、 3 1 膜 と 3 1 02 膜 と の組合 わせ以外の物質の組合わせの選択エ ッチングに も有効である。 具体的には、 優先的にエ ッチングされる第 1 膜は、 S i 、 S I P O S ( semi-insulating polycry stalline silicon ) 、 T a 、 T a S i x から なる群から選択された物質から実質的になる こ と ができ る。 ま た、 優先的にエ ッチングされない第 2 膜は、 S i 〇 2 、 S i N x 、 S i O N 、 T a O x 、 フ ォ ト レ ジス トからなる群から選択された物質から実質的になる こ と がで さ る。
上述のク リ ーニング装置 3 0 及びエ ッチング装置 6 0 にお いては、 ユーザーサイ ト で、 塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び不 活性ガス をガス源 と して使用 して、 C 1 F 3 ガス等の弗化 塩素ガス を生成且つ供給する こ と ができ る。 従って、 C 1 F 3 ガス等の弗化塩素ガス を、 液化ガス と して ボ ンベでユー ザ一サイ 卜 に提供する場合の操作上及び法的規制上の問題を 解消する こ と ができ る。 特に、 これ等の装置 3 0 、 6 0 によ れば、 混合ガス における塩素ガス、 フ ッ素ガス、 及び不活性 ガス の容積比を、 前述の範囲で任意の値に設定 した り 、 混合 ガス の加熱温度を前述の範囲で任意の値に設定する こ と によ り 、 生成ガス の組成を処理に応 じて調整する こ と ができ る。 更に、 第 1 ガス源 （ 3 2 、 7 2 ) のガス と して、 塩素ガス に代え、 別のハ ロ ゲンガス （フ ッ素以外） を使用する こ と に よ り 、 別のタイ プのハロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を生成及び 供給する こ と が可能と なる。 例えば、 第 1 ガス源 3 2 のガス と して、 臭素 （ B r 2 ) ガス を使用する と 、 B r F 、 B r F 3 、 B r F 5 の少な く と も 1 つを含む生成ガス を供給す る こ と ができ る。 また、 第 1 ガス源 3 2 のガス と して、 ヨ ウ 素 （ 1 2 ) ガ ス を使用する と 、 I F 、 I F 3 、 I F 5 、 I F 7 の少な く と も 1 つを含む生成ガス を供給する こ と がで き る。 こ のよ う に別のハ ロ ゲン間フ ッ素化合物ガスを生成及 び供給する場合、 使用する原料ガスに応 じて適当 な処理圧力 や温度を選択する こ と ができ る。
図 3 は加熱反応器 1 0 2 及び冷却器 1 2 2 の組み合わせ構 造を示す斜視図である。 図 4 は加熱反応器 1 0 2 の要部の内 部構造を示す断面図である。 加熱反応器 1 0 2 及び冷却器 1 2 2 は、 図 1 図示の装置の加熱反応器 4 4 及ぴ冷却器 4 6 或 いは図 2 図示の装置の加熱反応器 8 4 及ぴ冷却器 8 6 と して 使用可能 と な る。
加熱反応器 1 0 2 は、 卵型ケーシングによ り 形成され且つ 第 1 及び第 2 ポー ト 1 0 5 a 、 1 0 5 b を有する反応室 1 0 4 を具備する。 第 1 ポー ト 1 0 5 a には、 塩素ガス、 フ ッ素 ガス、 及び不活性ガスの混合ガス を導入する ための上流管 1 0 6 が接続される。 第 2 ポー ト 1 0 5 b には、 反応室 1 0 4 で生成されたガスを送出すための下流管 1 0 8 が接続される c 第 1 ポー ト 1 0 5 a に望んで、 反応室 1 0 4 内にはバ ッ フ ル部材 1 1 2 が配設される。 ノく ッ フル部材 1 1 2 は球体から な り 、 反応室 1 0 4 の内面に対 して、 適当なスぺーサ 1 1 3 を介 して溶接に よ り 固定される。 反応室 1 0 4 の卵型及びバ ッ フル部材 1 1 2 の球形の組み合わせに よ り 、 反応室 1 0 4 内においてガス の偏流 （ガス溜 り ） が発生するのが防止 され る。 なお、 反応室 1 0 4 、 管 1 0 6 、 1 0 8 、 ノ ッ フル部材 1 1 2 、 及びス ぺーサ 1 1 3 は、 高熱伝導性及び C 1 F 3 に対する高耐食性を有する材料、 例えば、 N i に よ り 形成さ れる。
上流管 1 0 6 は反応室 1 0 4 の周囲に巻き付け られる こ と によ り 、 熱交換部 1 1 4 を形成する。 熱交換部 1 1 4 は、 ジ ャケ ッ ト ヒ ータ 1 1 6 に よ り 全体が被覆され、 周囲から加熱 される。 ジャ ケ ッ ト ヒ ータ 1 1 6 は、 耐熱性の不織布に抵抗 加熱腺を埋め込んだ電気制御式の布型ヒ ータ から なる。
—方、 冷却器 1 2 2 は、 下流管 1 0 8 が螺旋状に卷かれた コイル部 1 2 4 を具備する。 コィノレ部 1 2 4 は円筒状のケー シング 1 2 6 内に収納され、 その下端開 口 にフ ァ ン 1 2 8 が 配設される。 即ち、 冷却器 1 2 2 は、 コイル部 1 2 4 内のガ ス を フ ァ ンに よ り 室温程度まで冷却する空冷式構造を有する c 図 3 及び図 4 図示の加熱反応器 1 0 2 によれば、 熱交換部 1 1 4 を反応室 1 0 4 の周囲に一体的に形成する こ と によ り . 反応器の小型化と 良好な熱効率と を得る こ と ができ る。
以上説明 した よ う に、 本発明によれば、 オンサイ ト で且つ オンデマン ドでハ ロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を供給する こ と ができ るため、 半導体処理システムにおける ク リ 一二ング方法及び装置並びにエ ッチング方法及び装置の 安全性、 コ ス ト 、 柔軟性等を改良する こ と ができ る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 半導体処理シス テ ムの処理室内に堆積 した、 S i 、 M o 、 T a 、 W、 S i O x 、 S i N x 、 S i O N、 S i C、 S i G e 、 T a S i x 、 T a O x 、 W S i x 、 T i C、 T i N T i W、 B N、 I T Oからなる群から選択さ れた物質を含有 する副生成物を除去する ク リ ーユング方法であって、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と 共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガス を導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する工程と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハ ロ ゲンガス と 前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハ ロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成 しなが ら 前記生成ガス を前記処理室内に供給する工程 と 、
を具備する。
2 . 前記混合ガス における前記第 1 ハ ロ ゲ ンガス、 フ ッ素 ガス、 及び不活性ガスの容積比が 1 0 〜 9 0 ： 1 0〜 9 0 ： 0〜 9 0 に設定される請求項 1 に記載の方法。
3 . 前記第 1 ハ ロ ゲンガスは塩素ガス であ り 、 前記加熱反 応器によ る前記混合ガス の加熱温度は 2 0 0 °C〜 4 0 0 °Cで ある請求項 1 または 2 に記載の方法。
4 . 前記第不活性ガスはヘ リ ゥムガスである請求項 1 乃至 3 のいずれかに記載の方法。
5 . 半導体処理シス テ ムの処理室内に堆積 した、 S i 、 M o 、 T a 、 W、 S i O x 、 S i N x 、 S i O N、 S i C 、 S i G e 、 T a S i x 、 T a O x 、 W S i x 、 T i C、 T i Nヽ T i W、 B N、 I T Oから なる群か ら選択された物質を含有 する副生成物を除去する ク リ ーユング装置であって、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と 共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガス を導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する上流部と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハ ロ ゲンガス と 前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成 しなが ら、 前記生成ガス を前記処理室内に供給する下流部と 、
を具備する。
6 . 前記上流部は、 前記第 1 ハ ロ ゲンガス 、 フ ッ素ガス 、 及び不活性ガス の流量を互いに独立 して制御する こ と に よ り 、 前記混合ガスにおける前記第 1 ハ ロ ゲンガス、 フ ッ素ガス、 及び不活性ガスの容積比を変更する コ ン ト ロ ーラ を具備する 請求項 5 に記載の装置。
7 . 前記加熱反応器は、 反応室と 前記反応室内に前記混合 ガス を導入する上流管 と を具備 し、 前記反応室及び前記上流 管は高熱伝導性及び前記生成ガス に対する高耐食性を有する 材料から なる と 共に、 前記上流管は前記周囲に巻き付け られ る こ と に よ り 熱交換部を形成 し、 前記熱交換部は ヒ ータ によ り 周囲から加熱される請求項 5 または 6 に記載の装置。
8 . 被処理体上の、 S i 、 S I P O S 、 T a 、 T a S i x から なる群から選択された物質から実質的になる第 1 膜をェ ツチングする、 半導体処理システム のエ ッチング方法であつ て、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 して フ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と 共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガスを導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する工程と 、
前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハロ ゲンガス と前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハロ ゲン間 フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成 しなが ら、 前記生成ガス を前記処理室内に供給する工程と 、
を具備する。
9 . 前記被処理体上に、 S i 〇 2 、 S i N x 、 S i O N 、 T a O x 、 フ ォ ト レジス ト カ ら なる群力 ら選択された物質力 ら実質的になる第 2 膜が存在 し、 前記エ ッチング方法は、 前 記 1 膜を前記第 2 膜に対して選択的にエ ッチングする も ので ある請求項 8 に記載の方法。
1 0 · 被処理体上の、 S i 、 S I P O S 、 T a 、 T a S i x から なる群から選択された物質から実質的になる第 1 膜を エ ッチングする 、 半導体処理シス テ ムのエ ッチング装置であ つて、
前記被処理体を収容する処理室と 、
第 1 及び第 2 ガス源から夫々独立 してフ ッ素以外の第 1 ハ ロ ゲンガス と フ ッ素ガス と を導入する と共に、 第 3 ガス源か ら選択的に不活性ガスを導入 し、 これ等のガス を混合 して混 合ガス を形成する上流部 と 、 前記混合ガス を加熱反応器に通 して前記第 1 ハロ ゲンガス と前記フ ッ素ガス と が反応する温度に加熱する こ と によ り 、 ハロ ゲン間フ ッ素化合物ガス を含む生成ガス を生成 しなが ら、 前記生成ガス を前記処理室内に供給する下流部 と 、
を具備する。
1 1 . 前記加熱反応器は、 反応室と 前記反応室内に前記混 合ガスを導入する上流管 と を具備 し、 前記反応室及び前記上 流管は高熱伝導性及び前記生成ガスに対する高耐食性を有す る材料か らなる と 共に、 前記上流管は前記周囲に巻き付け ら れる こ と によ り 熱交換部を形成 し、 前記熱交換部は ヒ ータ に よ り 周囲から加熱される請求項 1 0 に記載の装置。
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