JP2002176031A - プラズマ処理装置のメンテナンス処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ処理装置の処理室内部の部品交換や
メンテナンス作業時に、プラズマ処理装置の不稼動時間
を短縮できるプラズマ処理装置のメンテナンス処理方法
を提供する。 【解決手段】 処理室１００内に設けられたアンテナ１
１０から放射される電磁波と、磁場形成手段１０１で形
成される磁場との相互作用により、処理室内部にプラズ
マを発生してウエハＷを処理するプラズマ処理装置にお
いて、処理室１００を大気に開放する際、該処理室内１
００にガスを供給して処理室内１００のガス圧力を増加
することで、処理室内の構成部材間の熱伝導性を向上
し、処理室内の部材（外周リング１１６）温度を迅速に
所定の温度域に下げた後に、処理室を大気に開放する。
この結果、プラズマ処理装置の処理室内部の部品交換や
メンテナンス作業時にプラズマ処理装置の不稼動時間を
短縮でき、実効的の生産性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ処理装置
に係り、特に半導体製造工程における微細なパターンを
形成するのに好適なプラズマ処理装置のメンテナンス処
理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程では、たとえば成膜、エ
ッチング、アッシングなどの微細加工プロセスで、プラ
ズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理によ
るプロセスは、真空チャンバー（リアクタ）内部に導入
されたプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ
化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うと
ともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所
定の処理を行うものである。

【０００３】このプラズマ処理装置およびプラズマ処理
プロセスにおいては、試料を処理加工する際に、試料を
載置する下部電極周辺の表面に反応生成物が付着し、や
がて剥離して異物としてウエハ表面に付着して歩留まり
を低下させる問題がある。このため、定期的にプラズマ
処理装置を大気に開放して、付着物を除去するウエット
クリーニングと呼ばれる清掃作業を行う必要がある。ま
たリアクタ内でプラズマにさらされる部品は、プロセス
を重ねるとともに消耗していくので、定期的に消耗部品
を交換する必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、プラズマ処理装
置は、通常減圧下で使用するため、減圧排気した状態で
処理室の降温処理が行われていた。このため処理室内の
構成部材間の熱伝導性が悪く、処理室構成部材の降温処
理に多大な時間を要していた。

【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、リアクタ内部の消耗部品の交換やウエ
ットクリーニングなどのメンテナンス作業を行う際のプ
ラズマ処理終了時から処理室の大気開放までの所要時間
を短縮できる。このため、プラズマ処理装置の不稼動時
間を短縮でき、実効的に生産性の向上に寄与できる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器とし
ての処理室と、プラズマ発生装置と、処理室にガスを供
給する処理ガス供給手段と、該処理室内で処理される試
料を保持する電極と、該処理室を減圧する真空排気系と
を有するプラズマ処理装置において、処理室を大気に開
放する際、該処理室にガスを供給してガス圧力を増加す
ることで、処理室内の構成部材間の熱伝導性を向上し、
処理室内の温度を迅速に所定の温度域に降下させた後
に、処理室を大気に開放することを特徴とする。

【０００７】本発明の他の特徴は、前記処理室内の温度
を検知する温度検知手段を具備し、処理室内の温度を所
定の温度域に到達させた後に処理室を開放することを特
徴とする。

【０００８】本発明の他の特徴は、前記処理室内壁に温
度を制御する温度制御手段を具備し、前記処理室内壁の
温度制御を行うことを特徴とする。

【０００９】（作用）本発明によれば、処理室を大気に
開放する際、該処理室にガスを供給してガス圧力を昇圧
し調節することでガス伝熱により処理室内の構成部材間
の熱伝導性を向上できる。これにより、高温部材と低温
部材間の熱伝導がより効果的に行われるため、従来より
短時間に高温部材の温度を下げることができる。このた
め、プラズマ処理終了時から処理室の大気開放までの所
要時間を短縮できる。

【００１０】本発明の他の特徴によれば、前記処理室内
の温度を検知する温度検知手段を設けることにより、処
理室内の温度を常に監視することができるので装置の状
況が正確に把握できる。また、メンテナンス作業時のや
けどの防止等、安全性も向上できる。

【００１１】本発明のさらに他の特徴によれば、前記処
理室内壁に温度を制御する温度制御手段を設け、処理室
の内壁温度をより低温に設定する。このため、高温部材
と低温部材との温度差を大きくでき、従来よりもさらに
短時間に高温部材の温度を下げることができる。このた
め、プラズマ処理終了時から処理室の大気開放までの所
要時間をさらに短縮できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。次に、本実施例における装置
の構成を図１により具体的に説明する。図１において、
処理室１００は、１０^−４Ｐａ程度の真空度を達成可能
な真空容器であり、その上部に電磁波を放射するアンテ
ナ１１０を、下部にはウエハなどの試料Ｗを載置する下
部電極１３０を備えている。アンテナ１１０と下部電極
１３０は、平行して対向する形で設置される。処理室１
００の周囲には、たとえば電磁コイルとヨークよりなる
磁場形成手段１０１が設置されている。そして、アンテ
ナ１１０から放射される電磁波と磁場形成手段１０１で
形成される磁場との相互作用により、処理室内部に導入
された処理ガスをプラズマ化して、プラズマＰを発生さ
せ、試料Ｗを処理する。

【００１３】処理室１００は、真空室１０５に接続され
た真空排気系１０６により真空排気され、圧力制御手段
１０７により圧力が制御される。真空室１０５はアース
電位となっている。処理室１００の側壁１０２には、側
壁インナーユニット１０３が交換可能に設置され、温度
制御手段を持った熱媒体供給手段１０４から熱媒体が循
環供給されて、内表面の温度が０℃〜１００℃、望まし
くは２０℃〜８０℃の範囲で、±１０℃以内の精度をも
って制御される。あるいはヒータ加熱機構と温度制御手
段によって制御してもよい。側壁１０２、側壁インナー
ユニット１０３はたとえばアルミニウムとして、表面に
耐プラズマ性のアルマイトなどの表面処理を施すのが望
ましい。

【００１４】アンテナ１１０は、円板状導電体１１１、
誘電体プレート１１２、誘電体リング１１３からなり、
真空容器の一部としてのハウジング１１４に保持され
る。また、円板状導電体１１１のプラズマに接する側の
面にはプレート１１５が設置され、さらにその外側に外
周リング１１６が設置される。円板状導電体１１１は図
示しない温度制御手段により温度が調整され、円板状導
電体１１１に接するプレート１１５の表面温度が制御さ
れる。試料のエッチング処理を行なう処理ガスは、ガス
供給手段１１７から所定の流量と混合比をもって供給さ
れ、円板状導電体１１１とプレート１１５に設けられた
多数の孔を通して、処理室１００に供給される。アンテ
ナ１１０は、ヒンジ１１８により側壁１０２に取り付け
られており、矢印Ａの部分において側壁１０２と分離さ
れて上方に持ち上げることで、ヒンジ１１８の軸を支点
にして、回転させて開くことができる。

【００１５】アンテナ１１０には、アンテナ電源系１２
０として、アンテナ電源１２１、アンテナバイアス電源
１２２が、それぞれマッチング回路・フィルタ系１２
３，１２４を介して、導入端子１２６により接続され、
またフィルタ１２５を通してアースに接続される。アン
テナ電源１２１は、２００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯
周波数の電力を供給する。本実施例では、アンテナ電源
１２１の周波数を４５０ＭＨｚとしている。一方、アン
テナバイアス電源１２２は、アンテナ１１０に、数１０
ｋＨｚから数１０ＭＨｚの範囲の周波数のバイアス電力
を印加する。本実施例では、周波数は１３．５６ＭＨｚ
としている。プレート１１５の下面とウエハＷの距離
（以下、ギャップと呼ぶ）は、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ
以下、望ましくは５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とする。

【００１６】処理室１００の下部には、アンテナ１１０
に対向して下部電極１３０が設けられている。下部電極
１３０には、１００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの範囲
のバイアス電力を供給するバイアス電源１４１が、マッ
チング回路・フィルタ系１４２を介して接続されて、試
料Ｗに印加するバイアスを制御するとともに、フィルタ
１４３を介してアースに接続される。本実施例では、バ
イアス電源１４１の周波数を８００ｋＨｚとしている。
下部電極１３０は、静電吸着装置１３１により、その上
面、すなわち試料載置面にウエハなどの試料Ｗを載置保
持する。静電吸着装置１３１の表面には静電吸着膜が形
成されており、静電吸着用の直流電源１４４とフィルタ
１４５から数１００Ｖ〜数ｋＶの直流電圧を印加するこ
とで、静電吸着力により、試料Ｗを下部電極１３０上に
吸着・保持する。静電吸着装置１３１の上面の試料Ｗの
外側部には、たとえばシリコン製のフォーカスリング１
３２が設けられている。電極の外側には電極外周カバー
１３４を設けてある。電極外周カバー１３４にはアルミ
ナや石英を用いるのが好適である。さらに、処理室下部
の内面には下部カバー１３５が設けてある。

【００１７】本実施例によるプラズマエッチング装置は
以上のように構成されており、このプラズマエッチング
装置を用いて、たとえばシリコン酸化膜のエッチングを
行う場合の具体的なプロセスを説明する。

【００１８】まず処理の対象物であるウエハＷは、図示
していない試料搬入機構から処理室１００に搬入された
後、下部電極１３０の上に載置・吸着され、必要に応じ
て下部電極の高さが調整されて所定のギャップに設定さ
れる。ついで、処理室１００内に試料Ｗのエッチング処
理に必要なガス、たとえばＣ４Ｆ８とＡｒとＯ２が、ガ
ス供給手段１１７からプレート１１５を通して処理室１
００に供給される。同時に、処理室１００は真空排気系
１０６により所定の処理圧力になるように調整される。
次に、アンテナ電源１２１からの４５０ＭＨｚの電力供
給により電磁波が放射される。そして、磁場形成手段１
０１により処理室１００の内部に形成される、１６０ガ
ウス（４５０ＭＨｚに対する電子サイクロトロン共鳴磁
場強度）の概略水平な磁場との相互作用により、処理室
１００内にプラズマＰが生成され、処理ガスが解離され
てイオン・ラジカルが発生する。さらに、アンテナバイ
アス電源１２２からのアンテナバイアス電力や下部電極
からのバイアス電源１４１からのバイアス電力によりイ
オンやラジカルを制御して、ウエハＷにエッチング処理
を行う。そしてエッチング処理の終了にともない、電力
・磁場および処理ガスの供給を停止してエッチングを終
了する。

【００１９】本実施例におけるウエハのエッチング処理
は、上記のようにして行われる。そして処理プロセスを
繰り返すうちに、処理室内部には反応生成物が徐々に堆
積していき、堆積膜が剥離するなどして異物が発生する
ようになる。そして異物数がある管理基準（たとえばφ
０．２μｍ異物で２０個／ウエハ以下）を越えた時点
で、処理室を大気開放してウエットクリーニングを行う
ことが必要となる。

【００２０】処理室内面を構成する部材（側壁インナー
ユニット１０３、誘電体リング１１３、プレート１１
５、外周リング１１６、フォーカスリング１３２、電極
外周カバー１３４等）はプラズマ処理時に前述したよう
なプラズマ発生用電源（アンテナ電源１２１、アンテナ
バイアス電源１２２、バイアス電源１４１）等のエネル
ギが熱に変換され、加熱される。このため、連続処理
（２時間のプラズマ処理実施）を行った場合には、処理
室構成部材はプラズマ処理時に発生した熱エネルギが蓄
積され高温状態（図２に示す本実施例では外周リング１
１６が１６０℃程度）になっている。

【００２１】従来、処理室１００を大気に開放する際
は、メンテナンス作業時の安全性を確保する（やけど防
止等）ため、処理室温度が充分低下した状態（たとえば
６０℃以下の温度）まで減圧排気した状態で保持したま
まであり、処理室の構成部材の温度を下げるのに多大の
時間を必要としていた。その後、減圧状態の装置にガス
供給手段１１７によりガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等）を供
給し、処理室内を大気圧に戻した後大気に開放し、メン
テナンス作業に着手していた。

【００２２】次に、本実施例による処理室の大気開放手
順を示す。プラズマ処理後、処理室にガス供給手段１１
７よりガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等）を処理室に供給す
る。処理室内１００のガス圧力をガス圧力検知手段２０
１により検知し所定のガス圧力（本実施例では９０Ｐ
ａ）に到達した時点でガス供給手段１１７からのガスの
供給を遮断して処理室内のガス圧力を９０Ｐａ程度に保
持する。このため、処理室内には供給されたガスが満た
され減圧排気された状態（１０^−４Ｐａ程度）よりはる
かに熱伝導性が向上し、処理室内の高温部材（外周リン
グ１１６）から低温部材（アンテナ１１０や側壁インナ
ーユニット１０３）への熱の移動が効果的に行われ、従
来に比較して高温部材（外周リング１１６）の温度を下
げる時間が短縮できる。その後にガス供給手段１１７よ
りガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等）を処理室に供給して大気
圧まで昇圧し、大気に開放する。

【００２３】また、処理室内の温度を検知する温度検知
手段２００により温度を監視し、処理室の温度が充分低
下した状態（たとえば５０℃以下）に達した後、ガス供
給手段１１７よりガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等）を処理室
に供給して大気圧まで昇圧し、大気に開放する。このよ
うにすれば、処理室内の温度を常に監視することができ
るので装置の状況が正確に把握できる。また、メンテナ
ンス作業時のやけどの防止等、安全性も向上できる。

【００２４】図２に本実施例による処理室内面の構成部
材（外周リング１１６）の温度の低下状況を従来例との
比較で示す。本実施例によれば、たとえば処理室構成部
材（外周リング１１６）の温度を１６０℃から６０℃ま
で温度を下げる場合には、従来の５０分から２５分に大
きく短縮できた。

【００２５】さらに、前記処理室内壁に温度制御手段を
設け、処理室の内壁温度をより低温（たとえば２０℃）
に設定する。このようにすれば、処理室内の高温部材と
低温部材との温度差を大きくでき、従来よりもさらに短
時間に高温部材の温度を下げることができる。このた
め、プラズマ処理終了時から処理室の大気開放までの所
要時間はさらに短縮でき、実効的に生産性を向上でき
る。

【００２６】なお前記の各実施例は、いずれも有磁場電
磁波放射放電方式のプラズマ処理装置の場合であった
が、これ以外にもたとえば平行平板型の容量結合方式プ
ラズマ処理装置や誘導結合型のプラズマ処理装置にも適
用できることはいうまでもない。

【００２７】また前記の各実施例は、いずれも処理対象
が半導体ウエハであり、これに対するエッチング処理の
場合であったが、本発明はこれに限らず、例えば処理対
象が液晶基板の場合にも適用できる。また処理自体もエ
ッチングに限らず、たとえばスパッタリングやＣＶＤ処
理やアッシング処理に対しても適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、処理室を大気に開放す
る際、該処理室にガスを供給してガス圧力を昇圧し調節
することで、ガス伝熱により処理室内の構成部材間の熱
伝導性が向上する。これにより、高温部材と低温部材間
の熱交換がより効率的に行われるため、従来より短時間
に高温部材の温度を所定の温度域まで低下できる。この
ため、プラズマ処理終了時から処理室の大気開放までの
所要時間を短縮でき、実効的に生産性の向上に寄与でき
るプラズマ処理装置のメンテナンス処理方法を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる、プラズマエッチング
装置の模式図。

【図２】本発明の一実施例になる、外周リングの冷却特
性を示す図。

【符号の説明】

１００…処理室、１０１…磁場形成手段、１０２…側
壁、１０３…側壁インナーユニット、１０４…熱媒体供
給手段、１０５…真空室、１０６…真空排気系、１０７
…圧力制御手段、１１０…アンテナ、１１１…円板状導
電体、１１２…誘電体プレート、１１３…誘電体リン
グ、１１５…プレート、１１６…外周リング、１１７…
ガス供給手段、１１８…ヒンジ、１２０…アンテナ電源
系、１２１…アンテナ電源、１２２…アンテナバイアス
電源、１３０…下部電極、１３１…静電吸着装置、１３
２…フォーカスリング、１４１…バイアス電源、１４４
…静電吸着用直流電源、２００…温度検知手段、２０１
…圧力検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 主人 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 (72)発明者 増田 俊夫 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） 4K030 CA04 CA12 EA01 FA01 FA03 FA04 KA39 KA41 5F004 AA16 BA04 BA14 BA20 BD01 BD04 CA02 CA09 DA00 DA23 DA26 DB03 5F045 AA08 EB05 EB17 EE13 GB11 GB15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器としての処理室と、プラズマ発
   生装置と、処理室にガスを供給するガス供給手段と、該
   処理室内で処理される試料を保持する電極と、該処理室
   を減圧する真空排気系とを有するプラズマ処理装置にお
   いて、 該処理室内の圧力を検知する圧力検知手段とを具備し、
   該処理室を大気に開放する際、該処理室にガス供給手段
   よりガスを供給してガス圧力を調節することで熱伝導性
   を向上し処理室内の温度を迅速に低下させた後に処理室
   を大気に開放することを特徴とするプラズマ処理装置の
   メンテナンス処理方法。
2. 【請求項２】 前記処理室内の温度を検知する温度検知
   手段を具備し、処理室内の温度を所定の温度域に到達さ
   せた後に処理室を開放することを特徴とする請求項１記
   載のプラズマ処理装置のメンテナンス処理方法。
3. 【請求項３】 前記処理室内壁に温度を制御する温度制
   御手段を具備し、前記処理室内壁の温度制御を行うこと
   を特徴とする請求項１又は２記載のプラズマ処理装置の
   メンテナンス処理方法。