JP2004296512A

JP2004296512A - Method of cleaning plasma treatment device

Info

Publication number: JP2004296512A
Application number: JP2003083293A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 拓石川; Gohei Kawamura; 剛平川村; Yasuo Kobayashi; 保男小林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21
Also published as: WO2004086480A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently remove a CF film adhering to the treating vessel of a plasma treatment device which forms CF films on, for example, wafers. <P>SOLUTION: At the time of cleaning down a CF film adhering to the inside of the treating vessel after the formation of CF films is performed in the vessel, the CF film adhering to the inside of the treating vessel is decomposed into F and C with oxygen plasma by generating the plasma in the vessel and most of the F and C which are the decomposition products are removed. Then organic matters containing C and O adhering to the inside of the treating vessel are removed by dissolving the organic matters with hydrogen plasma by generating the plasma in the vessel. When this method is used, the inside of the treating vessel 1 can be cleaned certainly while a high cleaning rate is secured, because the CF film and organic matters containing C and O are respectively decomposed efficiently with the oxygen plasma and hydrogen plasma. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置の処理容器内部に付着したフッ素添加カーボン膜を除去するためのクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の配線パターンとしては主に銅配線が用いられ、これを絶縁するための層間絶縁膜として、誘電率の低いフッ素添加カーボン膜（以下「ＣＦ膜」という）が注目されている。このＣＦ膜は、例えば真空容器内にて処理ガスをプラズマ化し得るプラズマ処理装置内において、炭素（Ｃ）とフッ素（Ｆ）を含む処理ガスをプラズマ化することにより、載置台に載置された基板の表面に対して成膜される。このような処理を行うと、真空容器の壁面や載置台周辺にもＣＦ膜が付着してしまい、成膜処理が進み、この膜の膜厚がある程度の厚さになると、付着した膜が剥がれてパーティクルの原因となることから、前記成膜処理を所定回数行った後、これらの付着した膜を除去するために所定のクリーニングが行われている。
【０００３】
このクリーニングは、従来では真空容器内にて酸素（Ｏ２）ガスをプラズマ化し、この酸素プラズマを付着した膜に反応させることにより行っていた。しかしながらこの手法では、容器内に付着したＣＦ膜は除去されるものの、真空容器内に別の有機物が付着するという現象が発生してしまう。この新たな付着物はカルボキシル基（−ＣＯＯ）、ケトン基（−ＣＯ）等の結合を備えた有機物であり、クリーニング時の酸素プラズマの酸化力が強く、ＣＦ膜の炭素とフッ素との結合を切断した上、これによって生じる炭素の結合手に酸素が結合することにより発生し、そのまま蒸発せずに有機物として残存するものである。
【０００４】
このように真空容器の内壁などに前記炭素と酸素とを含む有機物が付着していると、次の成膜処理時に有機物に含まれる酸素が気相中に飛散していき、パーティクルの原因となったり、エッチング作用を及ぼしたり、酸素結合膜を形成したりしてしまい、得られる膜の膜質を悪化させてしまうおそれがある。そのため前記有機物を除去することを検討している。この際酸素プラズマの酸化力を弱めることにより前記有機物の発生を抑える手法が考えられ、本発明者らは、酸素プラズマの酸化力と水素プラズマの還元力との組み合わせによるクリーニング手法を検討している。
【０００５】
ところで、酸素ガスに水素ガスを添加したクリーニングガスのプラズマにより、処理容器内に付着したフッ化炭素系付着物を除去する構成（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この例は、酸素ラジカルとフッ化炭素系付着物との反応により発生したフッ素ラジカルによる処理容器内の各種部品のエッチングを抑制して前記各種部品の消耗を抑制することを目的とし、このために酸素ガスと同時に水素ガスを処理容器内に導入している。つまり水素ガスは、水素ラジカルをフッ素ラジカルと反応させることにより、フッ素ラジカルを除去するために酸素ガスと共に供給されるものであり、前記炭素と酸素とを含む有機物を分解除去する目的で供給されるものではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−７８８０２号公報（請求項１参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って上述の特許文献１の手法にて、処理容器内に酸素ガスと水素ガスを同時に供給してプラズマ化させ、フッ化炭素系付着物の除去を行おうとすると、処理容器内では酸素プラズマと水素プラズマが同時に発生するので、フッ化炭素系付着物のクリーニング時に水素プラズマの還元力により酸素プラズマの酸化力が妨げられ、酸素プラズマによるクリーニング（エッチング）作用が弱まり、クリーニング速度が小さくなってしまう。
【０００８】
またこのように前記クリーニング時に水素プラズマの還元力が酸素のプラズマの酸化力に直接作用してしまうので、酸素プラズマによるＣＦ膜のクリーニングの際に発生するＣとＯとを含む有機物の分解時には水素プラズマの還元力が弱まってしまい、前記有機物は多少分解されるものの、分解できずに残存してしまう量が多い。
【０００９】
このように特許文献１の手法では前記有機物を完全に除去することは困難であり、薄膜化される層間絶縁膜中の膜厚や不純物などの膜質の精度を向上させるためには、より確実に前記有機物を除去できる手法が望まれている。
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、処理容器内に付着したフッ素添加カーボン膜を除去するにあたり、先ず酸素のプラズマによりフッ素添加カーボン膜を分解し、次いで水素のプラズマにより前記フッ素添加カーボン膜の分解時に発生した炭素と酸素とを含む有機物を分解することにより、クリーニング速度を低下させることなく確実に処理容器内の付着物を除去し、こうして効率のよいクリーニングを行う技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の載置台が内部に設けられた処理容器内において、炭素とフッ素とを含む処理ガスをプラズマ化し、これにより基板に所定の処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法において、
処理容器内にて前記所定の処理を行い、前記処理容器内にフッ素添加カーボン膜を付着させる処理工程と、
次いで処理容器内にて酸素のプラズマを発生させ、このプラズマにより前記処理容器内に付着したフッ素添加カーボン膜を分解する第１のクリーニング工程と、
次いで処理容器内にて水素のプラズマを発生させ、このプラズマにより前記処理容器内の炭素と酸素とを含む有機物を分解する第２のクリーニング工程と、を含むことを特徴とする。ここで前記プラズマ処理装置は、一面に多数のスロットが形成された扁平な導波管の、前記スロットが形成された一面にマイクロ波を導き、これにより前記スロットからマイクロ波を放射させてプラズマを発生させる構成を用いると、電子密度が高いプラズマを発生することができて有効である。
【００１２】
また本発明方法は、基板の載置台が内部に設けられた処理容器内において、炭素とフッ素とを含む処理ガスをプラズマ化し、これにより基板に所定の処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器に前記処理ガスを供給して、当該処理ガスをプラズマ化し、前記基板に対して所定の処理を行うための基板処理実行手段と、
前記処理容器に酸素ガスと、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガスより選ばれる不活性ガスとを供給して、前記酸素ガスと不活性ガスとをプラズマ化し、前記酸素プラズマにより前記処理容器内に付着したフッ素添加カーボン膜を分解する処理を行うための酸素プラズマ処理実行手段と、
前記処理容器に水素ガスと、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガスより選ばれる不活性ガスとを供給して、前記水素ガスと不活性ガスとをプラズマ化し、前記水素プラズマにより前記処理容器内に付着した炭素と酸素とを含む有機物を分解する処理を行うための水素プラズマ処理実行手段と、
前記処理容器にて基板に所定の処理を行った後、前記処理容器に酸素ガスを供給して酸素プラズマによる処理を行い、次いで水素ガスを供給して水素プラズマによる処理を行うように、前記酸素プラズマ処理実行手段と、水素プラズマ処理実行手段と、を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置にて実施される。
【００１３】
このような発明では、プラズマ処理装置の処理容器内部に付着したフッ素添加カーボン膜を除去するにあたり、先ず第１のクリーニング工程にて処理容器内にて酸素プラズマを発生させてフッ素添加カーボン膜を完全に分解する。この処理によりフッ素添加カーボン膜の分解生成物であるフッ素と炭素の大部分は装置外部に排出されて除去され、炭素の一部が酸素プラズマと反応して、炭素と酸素とを含む有機物を生成する。次いで第２のクリーニング工程にて処理容器内にて水素プラズマを発生させることにより、前記有機物を分解し、このときの分解生成物である炭素と酸素とを装置外部に排出して除去する。
【００１４】
このように本発明では、先ず第１のクリーニング工程にて酸素プラズマによりフッ素添加カーボン膜を完全に分解し、続く第２のクリーニング工程にて第１のクリーニング工程にて生成した有機物を水素プラズマにより分解除去しているので、クリーニング速度を低下させることなく、効率良く処理容器内のクリーニングを行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明が適用されるプラズマ処理装置の一実施の形態について図１により説明する。このプラズマ処理装置は、ラジアルラインスロットアンテナを用いてプラズマを発生させる装置である。図中１は例えば全体が筒体状に構成された真空容器よりなる処理容器であり、この処理容器１の側壁や底部は、導体例えばアルミニウム（Ａｌ）を含むステンレス鋼より構成され、内壁面には例えば酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。
【００１６】
処理容器１のほぼ中央には、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）を載置するための載置台１１が設けられている。この載置台１１は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）により構成され、内部には図示しないヒータが設けられており、載置面は静電チャックとして構成されている。また載置台１１には例えば周波数が１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源１２が接続されている。
【００１７】
前記処理容器１の天井部は開放されており、この部分にはＯリング等のシール部材（図示せず）を介して、載置台１１と対向するように、例えば平面形状が略円形状に構成された第１のガス供給部２が設けられている。このガス供給部２は例えばＡｌ２Ｏ３により構成され、載置台１１と対向する面には多数の第１のガス供給孔２１が形成されている。ガス供給部２の内部にはガス供給孔２１の一端側と連通するガス流路２２が形成されており、このガス流路２２には第１のガス供給路２３の一端側が接続されている。一方、第１のガス供給路２３の他端側はプラズマガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスや、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の不活性ガスの供給源２４や、クリーニングガスである酸素（Ｏ２）ガスや、水素（Ｈ２）ガスの供給源２５，２６と夫々接続されており、これらのガスは、第１のガス供給路２３を介してガス流路２２に順次供給され、前記ガス供給孔２１を介して、第１のガス供給部２の下方側の空間に一様に供給される。
【００１８】
また前記処理容器１は、載置台１１と第１のガス供給部２との間に、例えばこれらの間を区画するように、例えば平面形状が略円形状に構成された第２のガス供給部３を備えている。この第２のガス供給部３は例えばマグネシウム（Ｍｇ）を含むアルミニウム（Ａｌ）合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体により構成され、載置台１１と対向する面には多数の第２のガス供給孔３１が形成されている。このガス供給部３の内部には、例えば図１及び図２に示すようにガス供給孔３１の一端側と連通する格子状のガス流路３２が形成されており、このガス流路３２には第２のガス供給路３３の一端側が接続されている。また第２のガス供給部３には、当該ガス供給部３を貫通するように、多数の開口部３４が形成されている。この開口部３４は、プラズマやプラズマ中の処理ガスを当該ガス供給部３の下方側の空間に通過させるためのものであり、例えば隣接するガス流路３２同士の間に形成されている。
【００１９】
ここで第２のガス供給部３は、第２のガス供給路３３を介して処理ガスである炭素とフッ素とを含むガス例えばＣ５Ｆ８ガスの供給源３５と接続され、この処理ガスは、第２のガス供給路３３を介してガス流路３２に順次通流していき、前記ガス供給孔３１を介して、第２のガス供給部３の下方側の空間に一様に供給される。図中Ｖ１〜Ｖ４は夫々の供給ラインに設けられた流量調整バルブであり、この流量調整バルブは開閉バルブと流量調整部とを組み合わせて構成されている。これらバルブＶ１〜Ｖ４の開閉や流量の制御は制御部Ｃにより行われている。
【００２０】
前記第１のガス供給部３の上部側には、Ｏリング等のシール部材（図示せず）を介して、例えばＡｌ２Ｏ３により構成されたカバープレート１３が設けられ、このカバープレート１３の上部側には、当該カバープレート１３と密接するようにアンテナ部４が設けられている。このアンテナ部４は、図１及び図３に示すように、平面形状が円形の下面側が開口する扁平なアンテナ本体４１と、このアンテナ本体４１の前記下面側の開口部を塞ぐように設けられ、多数のスロットが形成された円板状のスロット板４２とを備えており、これらアンテナ本体４１とスロット板４２とは銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の導体により構成され、これらにより扁平な中空の円形導波管が構成されている。
【００２１】
また前記スロット板４２とアンテナ本体４１との間には、例えばＡｌ２Ｏ３や酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の低損失誘電体材料により構成された遅波板４３が設けられている。この遅波板４３はマイクロ波の波長を短くして前記導波管内の管内波長を短くするためのものである。この実施の形態では、これらアンテナ本体４１、スロット板４２、遅波板４３によりラジアルラインスロットアンテナが構成されている。
【００２２】
このように構成されたアンテナ部４は、前記スロット板４２がカバープレート１３に密接するように図示しないシール部材を介して処理容器１に装着されている。そしてこのアンテナ部４は同軸導波管４４を介して外部のマイクロ波発生手段４５と接続され、例えば周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給されるようになっている。この際、同軸導波管４４の外側の導波管４４Ａはアンテナ本体４１に接続され、中心導体４４Ｂは遅波板４３に形成された開口部を介してスロット板４２に接続されている。
【００２３】
前記スロット板４２には、例えば円偏波を発生させるための多数のスロット４６が形成されている。このスロット４６は略Ｔ字状に僅かに離間させて配置した一対のスロット４６ａ，４６ｂを１組として、例えば同心円状や渦巻き状に形成されている。この際スロット対４６ａ，４６ｂを遅波板４３により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で配列することにより、マイクロ波がスロット板４２より略平面波として放射される。またスロット４６ａとスロット４６ｂとを相互に略直交するように関係で配列しているので、２つの直交する偏波成分を含む円偏波が放射される。
【００２４】
またこの例では、アンテナ部４は、冷却水流路５１が形成された冷却ブロック５を備えており、この冷却ブロック５により第１のガス供給部２に蓄熱された熱がアンテナ部４を介して吸収されるようになっている。さらに処理容器１の底部には、図示しない真空ポンプに接続された排気口１４が設けられており、必要に応じて処理容器１内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００２５】
続いてこの装置にて実施される本発明のクリーニング方法について図４を用いて説明する。先ず本発明の処理工程であるＣＦ膜の成膜工程（図４（ａ））について説明すると、図示しないゲートバルブを介して処理容器１内に、例えば表面にアルミニウム配線が形成されたウエハＷを搬入して載置台１１上に載置する。続いて処理容器１の内部を所定の圧力まで真空引きし、バルブＶ１を開いて第１のガス供給路２３を介して第１のガス供給部２にプラズマガス例えばＡｒガスを所定の流量例えば３００ｓｃｃｍで供給すると共に、バルブＶ４を開いて第２のガス供給路３３を介して第２のガス供給部３に処理ガス例えばＣ５Ｆ８ガスを所定の流量例えば１５０ｓｃｃｍで供給する。そして処理容器１内を例えばプロセス圧力７Ｐａに維持し、かつ載置台１１に１３．５６ＭＨｚ，２００Ｗ以下のバイアス電圧を印加すると共に、載置台１１の表面温度を３５０℃に設定する。
【００２６】
一方マイクロ波発生手段から２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗの高周波（マイクロ波）を供給すると、このマイクロ波は、ＴＭモード或いはＴＥモード或いはＴＥＭモードで同軸導波管４４内を伝搬してアンテナ部４のスロット板４２に到達し、同軸導波管の内部導体４４Ｂを介して、スロット板４２の中心部から周縁領域に向けて放射状に伝搬される。そしてこの伝搬の間にスロット対４６ａ，４６ｂからマイクロ波がカバープレート１３、第１のガス供給部２を介して当該ガス供給部２の下方側の処理空間に向けて放出される。ここでカバープレート１３と第１のガス供給部２はマイクロ波が透過可能な材質例えばＡｌ２Ｏ３により構成されているので、マイクロ波透過窓として作用し、マイクロ波はこれらを効率良く透過していく。
【００２７】
このとき既述のようにスリット対４６ａ，４６ｂを配列したので、円偏波がスロット板４２の平面に亘って均一に放出され、この下方の処理空間の電界密度が均一化される。そしてこのマイクロ波のエネルギにより、広い処理空間の全域に亘って、密度が均一であり、かつ高密度なプラズマが励起される。こうして発生したプラズマは、第２のガス供給部３の開口部３４を介して当該ガス供給部３の下方側の処理空間に流れ込んで行き、当該ガス供給部３からこの処理空間に供給されるＣ５Ｆ８ガスを活性化させて活性種を形成する。
【００２８】
一方ウエハＷ上に輸送された活性種はＣＦ膜として成膜されるが、その際プラズマ引き込み用のバイアス電圧により、ウエハＷに引き込まれたＡｒイオンが、スパッタエッチング作用によりウエハＷ表面のパターン上の角部に成膜したＣＦ膜を削り取り、間口を広げながら、パターン溝底部からＣＦ膜を成膜し、凹部にＣＦ膜が埋め込まれる。こうしてＣＦ膜が成膜されたウエハＷは、図示しないゲートバルブを介して処理容器１から搬出される。
【００２９】
このようなＣＦ膜の成膜処理を複数枚例えば２枚のウエハに対して行った後、図４（ｂ）に示すように第１のクリーニング工程を行う。先ず例えば２枚目のウエハを処理容器１から搬出した後、バルブＶ２を開き、第１のガス供給路２３からＯ２ガスとＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスより選ばれる不活性ガス例えばＡｒガスとを夫々所定の流量例えば３００ｓｃｃｍ，２００ｓｃｃｍで供給すると共に、処理容器１内を例えばプロセス圧力１３．３Ｐａに維持し、かつ載置台１１の表面温度を３００℃に設定する。このとき処理容器１の内壁温度は１５０℃程度である。
【００３０】
一方マイクロ波発生手段から２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗのマイクロ波を供給して、既述のようにプラズマを励起させ、このプラズマにより前記ガス供給部２から供給されるＯ２ガスを活性化（プラズマ化）させる。このＯ２ガスのプラズマ化により例えばＯのラジカルやイオンからなる酸素の活性種（プラズマ）が発生し、この酸素プラズマは処理容器１内部に付着したＣＦ膜と反応する。つまり酸素プラズマがＣＦ膜のＣとＦとの結合を切断し、これによって生じるＣやＦの分解生成物の大部分は蒸発して飛散して行き、排気口１４を介して処理容器１の外部に排出される。また分解生成物のＣの一部分は酸素プラズマにより酸化され、カルボキシル基（−ＣＯＯ）、ケトン基（−ＣＯ）等のＣとＯとの結合を備えた新たな有機物として処理容器１の内部に付着する。こうして酸素プラズマによるクリーニングを例えば３０秒程度行った後、バルブＶ２を閉じ、この工程を終了する。
【００３１】
続いて図４（ｃ）に示すように、水素のプラズマによる第２のクリーニング工程を行う。つまり処理容器１内における酸素プラズマによる第１のクリーニングが終了し、処理容器１内に酸素がない状態で、例えば第１のクリーニング工程とプロセス圧力（１３．３Ｐａ）、載置台１１の表面温度（３００℃）、処理容器１の内壁温度（１５０℃）を同じ状態に維持したまま、バルブＶ３を開き、第１のガス供給路２３からＨ２ガスと、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスより選ばれる不活性ガス例えばＡｒガスとを夫々所定の流量例えば３００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで供給する。
【００３２】
一方マイクロ波発生手段から例えば第１のクリーニング工程と同じ条件（２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗ）でマイクロ波を供給して、既述のようにプラズマを励起させ、このプラズマによりＨ２ガスを活性化させる。このＨ２ガスのプラズマ化により例えばＨのラジカルやイオンからなる水素の活性種（プラズマ）が発生し、この水素プラズマは処理容器１内部に付着したＣとＯとを含む有機物と反応して当該有機物を分解する。つまり水素プラズマが有機物のＣとＯとの結合を切断し、これによって生じるＣやＯの分解生成物は、蒸発して飛散して行き、排気口１４を介して処理容器１の外部に排出される。こうして水素プラズマによるクリーニングを例えば１０秒程度行った後、バルブＶ１，Ｖ３を閉じ、この工程を終了する。この後既述のようにウエハＷ処理容器１内に搬入して、再び既述のＣＦ膜の成膜処理が行われる。
【００３３】
上述のプラズマ処理装置では、既述のように、ウエハＷに対して所定の処理を行う処理工程と、処理工程の後に行われ、酸素プラズマにより処理容器内に付着したＣＦ膜を分解除去する第１のクリーニング工程と、第１のクリーニング工程の後に行われ、水素プラズマにより処理容器内に付着したＣとＯとを含む有機物を分解する除去する第２のクリーニング工程と、が実施される。
【００３４】
この際上述のプラズマ処理装置では、前記処理工程を実施する構成が基板処理実行手段に相当し、第１のクリーニング工程を実施する構成が酸素プラズマ処理実行手段に相当し、第２のクリーニング工程を実施する構成が水素プラズマ処理実行手段に相当する。そして予め作成されたレシピに基づいて前記制御部Ｃにより、処理工程の後に第１のクリーニング工程を実施し、次いで第２のクリーニング工程を実施するように、前記基板処理実行手段、前記酸素プラズマ処理実行手段、前記水素プラズマ処理実行手段が夫々制御されている。
【００３５】
本実施の形態では、処理容器１内に付着したＣＦ膜をクリーニングにより除去する際、先ず処理容器内１にて酸素のプラズマを発生させ、このプラズマによりＣＦ膜を分解し、次いで処理容器内１にて水素のプラズマを発生させ、このプラズマによりＣとＯとを含む有機物を分解して除去しているので、高いクリーニング速度を確保しつつ、処理容器１内の残存物例えばクリーニングにより除去し切れなかったＣＦ膜や、新たな有機物などの発生を防いで、効率のよいクリーニングを行うことができる。
【００３６】
つまり先ず第１のクリーニング工程において、処理容器１内に付着したＣＦ膜と酸素プラズマとを反応させることにより、ＣＦ膜を酸素のプラズマの酸化力により完全に分解して、分解生成物であるＦとＣの大部分を飛散させて除去する。この際酸素プラズマの酸化力が強いと、処理容器１の内壁に、カルボキシル基（−ＣＯＯ）、ケトン基（−ＣＯ）等のＣとＯとの結合を備えた新たな有機物が付着する。
【００３７】
そこで次工程として第２のクリーニング工程において、処理容器１内にて水素プラズマを発生させ、この水素プラズマの還元力により前記有機物のＣとＯとの結合を切断し、分解生成物を飛散させて除去する。この際仮に有機物の分解生成物であるＣやＯと水素プラズマのＨとが反応したとしても生成物は気体状態であり、処理容器１内に新たな付着物が発生するおそれはない。
【００３８】
ここで仮に、第１のクリーニング工程において酸素プラズマのプラズマ量を調整して有機物の発生を抑えようとすると、酸素プラズマによるＣＦ膜の分解力も弱くなるので、クリーニング速度がかなり低下し、クリーニングに時間がかかり過ぎてしまう。
【００３９】
このように本発明は、除去する対象に応じて酸素プラズマの酸化力と水素プラズマの還元力とを使い分けることによって、高いクリーニング効率を確保するものであり、例えば従来の技術の欄でも説明したように、クリーニングガスとして酸素ガスと水素ガスとを用いる場合であっても、これら酸素ガスと水素ガスとを同時に処理容器１内に導入する構成とは、作用や効果が全く異なるものである。
【００４０】
つまり処理容器１内にて、酸素プラズマと水素プラズマとを同時に発生させると、酸素プラズマの酸化力と水素プラズマの還元力とが作用して、お互いに弱められ、酸素プラズマではＣＦ膜の分解力が小さくなって、クリーニング速度が低下してしまう。また水素プラズマでは前記有機物の分解力が小さくなって、分解できずに残存する有機物が多くなってしまう。このため処理容器１内の付着物がすべて除去されるまでのトータルのクリーニング時間がかなり長くなり、成膜処理全体のスループットが悪化してしまう。
【００４１】
このように本発明では、先ず酸素プラズマにより第１のクリーニングを行った後、水素プラズマにより第２のクリーニングを行っているので、クリーニング速度を低下させることなく、処理容器１内の付着物を確実に除去し、効率のよいクリーニングを行うことができる。また処理容器１内における付着物の発生が抑えられるので、次の成膜処理時に得られる膜の膜質を悪化させるおそれがなく、膜質の経時変化の発生が抑えられ、安定した膜質を確保することができる。
【００４２】
【実施例】
以下に本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
［実施例１］
図１に示すプラズマ処理装置において、成膜ガスとしてＣ５Ｆ８ガスを用い、以下の成膜処理条件にて成膜ガスをプラズマ化し、８インチサイズの２枚のウエハに対して厚さの０．５μｍのＣＦ膜を成膜した。２枚のウエハに対する処理を終了した時点で処理容器１の内部を目視により確認したところ、ＣＦ膜の付着が認められた。
（成膜条件）
マイクロ波：２・４５ＧＨｚ，２０００Ｗ
プロセス圧力：７Ｐａ
Ｃ５Ｆ８ガス流量：３００ｓｃｃｍ
載置台温度：３５０℃
【００４３】
次いで処理容器内に、Ｏ２ガスとＡｒガスとを導入し、以下の酸素プラズマ処理条件にて酸素のプラズマを発生させ、処理容器内部に付着したＣＦ膜のクリーニングを行った。この処理を発光分光法にて確認したところ、ＣＯの発光が認められた。この発光は、酸素プラズマによりＣＦ膜が分解され、分解生成物が蒸発する際に発生するものである。このため発光が認められなくなった時点がＣＦ膜の分解が完了した時点であるので、このタイミングで酸素プラズマによる処理を終了し（クリーニング時間３０秒）、処理容器１の内部を発光分光法により確認したところ、ＣＦ膜とは異なる付着物の発光が認められた。
（酸素プラズマ処理条件）
マイクロ波：２・４５ＧＨｚ，２０００Ｗ
プロセス圧力：１３．３Ｐａ
Ｏ２ガス流量：３００ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ
載置台温度：３５０℃
【００４４】
次いで処理容器内に、Ｈ２ガスとＡｒガスとを導入し、以下の水素プラズマ処理条件にて水素のプラズマを発生させ、処理容器内部に付着した付着物のクリーニングを行った。この処理を発光分光法で確認したところ、１０秒後には全ての付着物が除去された。
（水素プラズマ処理条件）
マイクロ波：２・４５ＧＨｚ，２０００Ｗ
プロセス圧力：１３．３Ｐａ
Ｈ２ガス流量：３００ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ
載置台温度：３５０℃
【００４５】
［比較例１］
実施例１と同様の成膜条件にてＣＦ膜を成膜した後、酸素ガスと水素ガスとを同時に処理容器内に導入して、処理容器に付着したＣＦ膜のクリーニングを行った。このときの処理条件は以下の通りである。
（クリーニング処理条件）
マイクロ波：２・４５ＧＨｚ，２０００Ｗ
プロセス圧力：１３．３Ｐａ
Ｏ２ガス流量：３００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス流量：３００ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ
載置台温度：３５０℃
この様子を目視により確認したところ、実施例１の第１のクリーニング工程と同じクリーニング時間が経過してもＣＦ膜の除去が終了せず、また実施例１の第２のクリーニング工程と同じクリーニング時間が経過した時点での処理容器の内部には、付着物の発生が認められた。
【００４６】
以上の実験結果より、水素プラズマによりＣとＯとを含む有機物が効率よく分解除去されることが確認され、これにより処理容器に付着したＣＦ膜を除去するには、先ず酸素プラズマによってＣＦ膜を完全に分解し、次いで水素プラズマによってＣとＯとを含む有機物を分解除去することにより、クリーニング速度の低下を抑えながら、効率良くクリーニングできることが認められた。
【００４７】
以上において本発明が適用されるプラズマ処理装置は、ラジアルラインスロットアンテナをプラズマ発生源に用いるものに限らず、他のプラズマ発生方式、例えば並行平板方式、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）方式、誘導結合型プラズマ発生方式等のプラズマ発生方式を用いてプラズマを発生させるプラズマ処理装置にも適用可能である。またプラズマ処理装置にて、ウエハＷに対して成膜処理以外の処理、例えばＦ２，Ｎ２，ＮＦ３，ＣＯＦ２，ＣＯ，Ｈ２Ｏ等のガスをプラズマ化して用いるプラズマ処理などを行なうことにより、処理容器内部に付着したＣＦ膜を除去する場合にも、本発明は適用可能である。さらに本発明では第１及び第２のクリーニング工程にて、不活性ガスとしてＡｒガスの代わりにＨｅガスやＮｅガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスを用いるようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ処理装置の処理容器に付着したフッ素添加カーボン膜を、効率良く除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるプラズマ処理装置の一実施の形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】前記プラズマ処理装置に設けられる第２のガス供給部の一部を示す平面図である。
【図３】前記プラズマ処理装置に設けられるアンテナ部を示す斜視図である。
【図４】本発明方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
Ｗ半導体ウエハ
１処理容器
１１載置台
２第１のガス供給部
２１第１のガス供給孔
３第２のガス供給部
３１第２のガス供給孔
４アンテナ部
４１アンテナ本体
４２スロット板
４４同軸導波管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cleaning method for removing a fluorine-added carbon film adhered inside a processing vessel of a plasma processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
Copper wiring is mainly used as a wiring pattern of an integrated circuit, and a fluorine-added carbon film (hereinafter, referred to as a “CF film”) having a low dielectric constant has attracted attention as an interlayer insulating film for insulating the copper wiring. The CF film is placed on a mounting table by, for example, converting a processing gas containing carbon (C) and fluorine (F) into a plasma in a plasma processing apparatus capable of converting the processing gas into plasma in a vacuum vessel. A film is formed on the surface of the substrate. When such a process is performed, the CF film adheres to the wall surface of the vacuum vessel and the vicinity of the mounting table, and the film formation process proceeds. When the film thickness reaches a certain thickness, the adhered film is peeled off. After performing the film forming process a predetermined number of times, a predetermined cleaning is performed to remove these adhered films.
[0003]
Conventionally, this cleaning is performed by converting oxygen (O2) gas into plasma in a vacuum vessel and reacting the oxygen plasma with the adhered film. However, in this method, although the CF film adhered to the inside of the container is removed, a phenomenon that another organic substance adheres to the inside of the vacuum container occurs. This new deposit is an organic substance having a bond such as a carboxyl group (-COO) or a ketone group (-CO). The oxidizing power of oxygen plasma during cleaning is strong, and the bond between carbon and fluorine in the CF film is reduced. It is generated when oxygen is bonded to the carbon bond generated by the cleavage, and remains as an organic substance without evaporating.
[0004]
If the organic substance containing carbon and oxygen is attached to the inner wall of the vacuum vessel in this way, oxygen contained in the organic substance will be scattered in the gas phase during the next film formation process, causing particles. Or may exert an etching action or form an oxygen-bonded film, thereby deteriorating the film quality of the obtained film. Therefore, removal of the organic matter is being studied. At this time, a method of suppressing the generation of the organic substance by weakening the oxidizing power of oxygen plasma is considered, and the present inventors are studying a cleaning method using a combination of the oxidizing power of oxygen plasma and the reducing power of hydrogen plasma. .
[0005]
By the way, a configuration has been proposed in which a fluorocarbon-based deposit attached to the inside of a processing container is removed by plasma of a cleaning gas in which a hydrogen gas is added to an oxygen gas (for example, see Patent Document 1). The purpose of this example is to suppress the etching of various components in the processing container by the fluorine radicals generated by the reaction between oxygen radicals and the fluorocarbon-based deposits, thereby suppressing the consumption of the various components. Hydrogen gas is introduced into the processing vessel simultaneously with oxygen gas. In other words, hydrogen gas is supplied together with oxygen gas to remove fluorine radicals by reacting hydrogen radicals with fluorine radicals, and is supplied for the purpose of decomposing and removing the organic matter containing carbon and oxygen. Not something.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-78802 (refer to claim 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, when the oxygen gas and the hydrogen gas are simultaneously supplied into the processing container to form plasma by the method of Patent Document 1 described above to remove the fluorocarbon-based deposits, oxygen plasma and hydrogen Since the plasma is simultaneously generated, the oxidizing power of the oxygen plasma is hindered by the reducing power of the hydrogen plasma during cleaning of the fluorocarbon-based deposit, so that the cleaning (etching) action by the oxygen plasma is weakened, and the cleaning speed is reduced.
[0008]
Further, since the reducing power of the hydrogen plasma directly affects the oxidizing power of the oxygen plasma at the time of the cleaning, hydrogen is decomposed during the decomposition of the organic matter containing C and O generated at the time of cleaning the CF film by the oxygen plasma. Although the reducing power of the plasma is weakened, the organic matter is slightly decomposed, but remains in a large amount without being decomposed.
[0009]
As described above, it is difficult to completely remove the organic matter by the method of Patent Document 1, and in order to improve the film quality such as the film thickness and impurities in the interlayer insulating film to be thinned, it is necessary to more surely. A technique capable of removing the organic substances is desired.
[0010]
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to remove a fluorine-added carbon film adhered in a processing container by first decomposing the fluorine-added carbon film by using oxygen plasma, and then decomposing the hydrogen-added film. By decomposing the organic matter containing carbon and oxygen generated during the decomposition of the fluorine-containing carbon film by the plasma, the deposits in the processing container can be reliably removed without lowering the cleaning speed, and thus efficient cleaning is performed. It is to provide the technology which performs.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a cleaning method for a plasma processing apparatus, in which a processing gas containing carbon and fluorine is turned into plasma in a processing vessel provided with a substrate mounting table therein, thereby performing a predetermined processing on the substrate.
Performing the predetermined processing in a processing container, a processing step of attaching a fluorine-added carbon film in the processing container,
Next, a first cleaning step of generating plasma of oxygen in the processing container and decomposing the fluorine-added carbon film attached to the processing container by the plasma,
Next, a second cleaning step of generating a plasma of hydrogen in the processing container and decomposing an organic substance containing carbon and oxygen in the processing container by the plasma is provided. Here, the plasma processing apparatus guides microwaves to one surface of the flat waveguide in which a number of slots are formed on one surface of the flat waveguide where the slots are formed, thereby emitting microwaves from the slots to generate plasma. The use of a configuration for generating plasma is effective because plasma having a high electron density can be generated.
[0012]
Further, the method of the present invention, in a processing vessel in which a mounting table for a substrate is provided, a plasma processing gas containing carbon and fluorine, thereby performing a predetermined processing on the substrate by a plasma processing apparatus,
Supplying the processing gas to the processing container, converting the processing gas into plasma, and performing a predetermined processing on the substrate;
An oxygen gas and an inert gas selected from an argon gas, a helium gas, a neon gas, a krypton gas, and a xenon gas are supplied to the processing container, and the oxygen gas and the inert gas are turned into plasma. Oxygen plasma processing performing means for performing a process of decomposing the fluorine-added carbon film adhered in the processing container,
A hydrogen gas and an inert gas selected from an argon gas, a helium gas, a neon gas, a krypton gas, and a xenon gas are supplied to the processing container, and the hydrogen gas and the inert gas are turned into plasma. Hydrogen plasma processing performing means for performing processing to decompose organic matter containing carbon and oxygen attached to the processing container,
After performing a predetermined process on the substrate in the processing container, the oxygen gas is supplied to the processing container to perform a process using oxygen plasma, and then the oxygen gas is supplied to perform a process using the hydrogen plasma. The present invention is implemented by a plasma processing apparatus including a control unit that controls a plasma processing execution unit and a hydrogen plasma processing execution unit.
[0013]
According to such an invention, when removing the fluorine-added carbon film adhered to the inside of the processing container of the plasma processing apparatus, first, oxygen plasma is generated in the processing container in the first cleaning step to completely remove the fluorine-added carbon film. Decompose into By this treatment, most of the fluorine and carbon, which are the decomposition products of the fluorine-added carbon film, are discharged to the outside of the apparatus and removed, and part of the carbon reacts with the oxygen plasma to produce organic substances containing carbon and oxygen. I do. Next, in the second cleaning step, the organic substance is decomposed by generating hydrogen plasma in the processing chamber, and carbon and oxygen, which are decomposition products at this time, are discharged to the outside of the apparatus and removed.
[0014]
As described above, in the present invention, first, the fluorine-added carbon film is completely decomposed by the oxygen plasma in the first cleaning step, and the organic matter generated in the first cleaning step is then decomposed by the hydrogen plasma in the second cleaning step. Since it is decomposed and removed, the inside of the processing container can be efficiently cleaned without lowering the cleaning speed.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. This plasma processing apparatus is an apparatus that generates plasma using a radial line slot antenna. In the drawing, reference numeral 1 denotes a processing container formed of, for example, a vacuum container formed entirely in a cylindrical shape, and a side wall and a bottom portion of the processing container 1 are formed of a conductor, for example, stainless steel containing aluminum (Al). Has a protective film made of, for example, aluminum oxide.
[0016]
A mounting table 11 for mounting a substrate, for example, a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as “wafer”) is provided substantially at the center of the processing container 1. The mounting table 11 is made of, for example, aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3), has a heater (not shown) therein, and has a mounting surface configured as an electrostatic chuck. The mounting table 11 is connected to a bias high frequency power supply 12 having a frequency of 13.56 MHz, for example.
[0017]
The ceiling portion of the processing container 1 is open, and this portion is configured to have a substantially circular planar shape, for example, so as to face the mounting table 11 via a sealing member (not shown) such as an O-ring. A first gas supply unit 2 is provided. The gas supply unit 2 is made of, for example, Al 2 O 3, and a large number of first gas supply holes 21 are formed on a surface facing the mounting table 11. A gas passage 22 communicating with one end of the gas supply hole 21 is formed inside the gas supply unit 2, and one end of a first gas supply passage 23 is connected to the gas passage 22. On the other hand, the other end side of the first gas supply path 23 is a plasma gas such as argon (Ar) gas, helium (He) gas, krypton (Kr) gas, neon (Ne) gas, xenon (Xe) gas, or the like. The inert gas supply source 24 and the cleaning gas oxygen (O 2) gas and hydrogen (H 2) gas supply sources 25 and 26 are connected to the first gas supply path 23, respectively. Through the gas supply holes 21, and is uniformly supplied to the space below the first gas supply unit 2 through the gas supply holes 21.
[0018]
Further, the processing vessel 1 is provided between the mounting table 11 and the first gas supply unit 2, for example, a second gas supply unit having a substantially circular planar shape so as to partition between them. 3 is provided. The second gas supply unit 3 is made of a conductor such as an aluminum (Al) alloy containing magnesium (Mg) or an Al-added stainless steel, and a large number of second gas supply units are provided on a surface facing the mounting table 11. A hole 31 is formed. Inside the gas supply unit 3, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a lattice-shaped gas passage 32 communicating with one end of the gas supply hole 31 is formed. One end side of the second gas supply path 33 is connected. The second gas supply unit 3 has a large number of openings 34 penetrating the gas supply unit 3. The opening 34 is for letting the plasma or the processing gas in the plasma pass through the space below the gas supply unit 3, and is formed, for example, between the adjacent gas channels 32.
[0019]
Here, the second gas supply unit 3 is connected via a second gas supply path 33 to a supply source 35 of a gas containing a processing gas, such as carbon and fluorine, for example, a C5F8 gas. The gas flows sequentially through the gas flow path 32 through the gas supply path 33, and is uniformly supplied to the space below the second gas supply unit 3 through the gas supply hole 31. In the figure, V1 to V4 are flow rate control valves provided in respective supply lines, and the flow rate control valves are configured by combining an open / close valve and a flow rate control unit. The opening and closing of these valves V1 to V4 and the control of the flow rate are performed by the control unit C.
[0020]
A cover plate 13 made of, for example, Al 2 O 3 is provided on the upper side of the first gas supply unit 3 via a sealing member (not shown) such as an O-ring. The antenna unit 4 is provided so as to be in close contact with the cover plate 13. As shown in FIGS. 1 and 3, the antenna unit 4 is provided so as to cover a flat antenna main body 41 having a circular planar shape and an opening on the lower surface side, and to cover the opening on the lower surface side of the antenna main body 41. The antenna body 41 and the slot plate 42 are formed of a conductor such as copper (Cu) or aluminum (Al), and have a flat shape. A hollow circular waveguide is configured.
[0021]
Between the slot plate 42 and the antenna main body 41, there is provided a slow wave plate 43 made of a low-loss dielectric material such as Al2O3, silicon oxide (SiO2), or silicon nitride (Si3N4). The slow wave plate 43 shortens the wavelength of the microwave to shorten the guide wavelength in the waveguide. In this embodiment, a radial line slot antenna is constituted by the antenna body 41, the slot plate 42, and the slow wave plate 43.
[0022]
The antenna unit 4 configured as described above is mounted on the processing container 1 via a sealing member (not shown) so that the slot plate 42 is in close contact with the cover plate 13. The antenna section 4 is connected to an external microwave generating means 45 via a coaxial waveguide 44, and a microwave having a frequency of, for example, 2.45 GHz or 8.3 GHz is supplied. At this time, the waveguide 44A outside the coaxial waveguide 44 is connected to the antenna main body 41, and the center conductor 44B is connected to the slot plate 42 through an opening formed in the slow wave plate 43.
[0023]
The slot plate 42 has a large number of slots 46 for generating, for example, circularly polarized waves. The slots 46 are formed, for example, concentrically or spirally, as a set of a pair of slots 46a and 46b which are arranged slightly apart in a substantially T-shape. At this time, by arranging the slot pairs 46a and 46b at intervals corresponding to the wavelength of the microwave compressed by the slow wave plate 43, the microwave is radiated from the slot plate 42 as a substantially plane wave. Further, since the slots 46a and 46b are arranged so as to be substantially orthogonal to each other, a circularly polarized wave including two orthogonally polarized components is emitted.
[0024]
Further, in this example, the antenna unit 4 includes a cooling block 5 in which a cooling water flow path 51 is formed, and heat stored in the first gas supply unit 2 by the cooling block 5 is transmitted through the antenna unit 4. It is designed to be absorbed. Further, an exhaust port 14 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the processing vessel 1 so that the inside of the processing vessel 1 can be evacuated to a predetermined pressure as needed.
[0025]
Next, a cleaning method of the present invention performed by this apparatus will be described with reference to FIG. First, the CF film forming step (FIG. 4A), which is the processing step of the present invention, will be described. A wafer W having aluminum wiring formed on its surface, for example, is placed in a processing container 1 via a gate valve (not shown). It is carried in and mounted on the mounting table 11. Subsequently, the inside of the processing container 1 is evacuated to a predetermined pressure, the valve V1 is opened, and a plasma gas, for example, Ar gas is supplied to the first gas supply unit 2 through the first gas supply path 23 at a predetermined flow rate, for example, 300 sccm. And a valve V4 is opened to supply a processing gas, for example, a C5F8 gas to the second gas supply unit 3 via the second gas supply path 33 at a predetermined flow rate, for example, 150 sccm. Then, the inside of the processing vessel 1 is maintained at, for example, a process pressure of 7 Pa, a bias voltage of 13.56 MHz, 200 W or less is applied to the mounting table 11, and the surface temperature of the mounting table 11 is set to 350 ° C.
[0026]
On the other hand, when a high frequency (microwave) of 2.45 GHz and 2000 W is supplied from the microwave generation means, the microwave propagates in the coaxial waveguide 44 in the TM mode, the TE mode, or the TEM mode, and the slot of the antenna section 4 is formed. It reaches the plate 42 and propagates radially from the center of the slot plate 42 to the peripheral region via the inner conductor 44B of the coaxial waveguide. During this propagation, the microwave is emitted from the pair of slots 46 a and 46 b through the cover plate 13 and the first gas supply unit 2 toward the processing space below the gas supply unit 2. Here, since the cover plate 13 and the first gas supply unit 2 are made of a material through which microwaves can pass, for example, Al2O3, they act as microwave transmission windows, and the microwaves pass through these efficiently.
[0027]
At this time, since the slit pairs 46a and 46b are arranged as described above, the circularly polarized waves are uniformly emitted over the plane of the slot plate 42, and the electric field density in the processing space below this is made uniform. The energy of the microwave excites a plasma having a uniform density and a high density throughout the wide processing space. The plasma generated in this way flows into the processing space below the gas supply unit 3 through the opening 34 of the second gas supply unit 3 and is supplied from the gas supply unit 3 to the processing space. Activate the gas to form active species.
[0028]
On the other hand, the active species transported onto the wafer W is formed as a CF film. At this time, Ar ions drawn into the wafer W are formed on the pattern on the surface of the wafer W by a sputter etching due to a bias voltage for plasma pull-in. The CF film formed at the corners is scraped off, and while widening the frontage, the CF film is formed from the bottom of the pattern groove, and the CF film is embedded in the recess. The wafer W on which the CF film is formed is carried out of the processing chamber 1 via a gate valve (not shown).
[0029]
After performing such a CF film formation process on a plurality of, for example, two wafers, a first cleaning step is performed as shown in FIG. First, for example, after the second wafer is unloaded from the processing chamber 1, the valve V2 is opened, and the first gas supply path 23 is used to select O2 gas, Ar gas, He gas, Ne gas, Kr gas, and Xe gas. An active gas such as an Ar gas is supplied at a predetermined flow rate of, for example, 300 sccm or 200 sccm, and the inside of the processing container 1 is maintained at a process pressure of 13.3 Pa, for example, and the surface temperature of the mounting table 11 is set at 300 ° C. At this time, the inner wall temperature of the processing container 1 is about 150 ° C.
[0030]
On the other hand, a microwave of 2.45 GHz and 2000 W is supplied from the microwave generating means to excite the plasma as described above, and the O2 gas supplied from the gas supply unit 2 is activated (plasmaized) by the plasma. Let it. The O2 gas is converted into plasma to generate active species (plasma) of oxygen, for example, O radicals and ions, and the oxygen plasma reacts with the CF film attached inside the processing chamber 1. In other words, the oxygen plasma cuts the bond between C and F in the CF film, and most of the decomposition products of C and F generated thereby evaporate and scatter, and pass through the exhaust port 14 to the outside of the processing vessel 1. Is discharged. Further, a part of C of the decomposition product is oxidized by oxygen plasma and adheres to the inside of the processing vessel 1 as a new organic substance having a bond between C and O such as a carboxyl group (—COO) and a ketone group (—CO). I do. After the cleaning by oxygen plasma is performed for, for example, about 30 seconds, the valve V2 is closed, and the process ends.
[0031]
Subsequently, as shown in FIG. 4C, a second cleaning step using hydrogen plasma is performed. That is, the first cleaning by the oxygen plasma in the processing chamber 1 is completed, and the first cleaning step, the process pressure (13.3 Pa), the surface temperature of the mounting table 11 ( While maintaining the same state of the inner wall temperature (150 ° C.) of the processing vessel 1, the valve V 3 is opened, and H 2 gas, Ar gas, He gas, Ne gas, and Kr gas are supplied from the first gas supply path 23. , Xe gas, and an inert gas such as an Ar gas are supplied at predetermined flow rates, for example, 300 sccm and 200 sccm, respectively.
[0032]
On the other hand, for example, a microwave is supplied from the microwave generating means under the same conditions (2.45 GHz, 2000 W) as in the first cleaning step to excite the plasma as described above, and the H2 gas is activated by the plasma. The H2 gas is converted into plasma to generate, for example, active species (plasma) of hydrogen including H radicals and ions, and the hydrogen plasma reacts with an organic substance containing C and O attached to the inside of the processing chamber 1 to react with the organic substance. Decompose. In other words, the hydrogen plasma cuts the bond between C and O in the organic matter, and the decomposition products of C and O generated by this break off and evaporate, and are discharged to the outside of the processing vessel 1 through the exhaust port 14. You. After the cleaning by hydrogen plasma is performed for, for example, about 10 seconds, the valves V1 and V3 are closed, and the process is completed. Thereafter, the wafer W is loaded into the wafer W processing container 1 as described above, and the above-described CF film forming process is performed again.
[0033]
In the above-described plasma processing apparatus, as described above, a processing step of performing a predetermined processing on the wafer W, and a processing step performed after the processing step, which decomposes and removes the CF film adhered in the processing container by oxygen plasma. The first cleaning step and the second cleaning step, which are performed after the first cleaning step and decompose and remove organic substances including C and O attached to the inside of the processing container by hydrogen plasma, are performed.
[0034]
At this time, in the above-described plasma processing apparatus, the configuration for performing the processing step corresponds to a substrate processing execution unit, the configuration for performing the first cleaning step corresponds to an oxygen plasma processing execution unit, and the second cleaning step is performed. The configuration to be implemented corresponds to a hydrogen plasma processing execution unit. The substrate processing execution unit and the oxygen plasma processing are performed by the control unit C based on a recipe created in advance so that a first cleaning step is performed after the processing step, and then a second cleaning step is performed. The execution means and the hydrogen plasma processing execution means are respectively controlled.
[0035]
In the present embodiment, when removing the CF film adhered in the processing chamber 1 by cleaning, first, oxygen plasma is generated in the processing chamber 1, the CF film is decomposed by this plasma, and Generates a plasma of hydrogen, and the organic matter containing C and O is decomposed and removed by the plasma. Therefore, a high cleaning rate is ensured, and the residue in the processing vessel 1 is completely removed by cleaning, for example. An efficient cleaning can be performed while preventing the occurrence of a CF film or a new organic substance that has not been found.
[0036]
That is, first, in the first cleaning step, the CF film adhering to the inside of the processing chamber 1 is reacted with oxygen plasma, whereby the CF film is completely decomposed by the oxidizing power of the oxygen plasma, and the decomposition product F And C are scattered and removed. At this time, if the oxidizing power of the oxygen plasma is strong, a new organic substance having a bond between C and O, such as a carboxyl group (—COO) or a ketone group (—CO), adheres to the inner wall of the processing container 1.
[0037]
Therefore, in the second cleaning step as the next step, hydrogen plasma is generated in the processing chamber 1, and the bond between C and O of the organic substance is cut off by the reducing power of the hydrogen plasma, and the decomposition products are scattered. Remove. At this time, even if C or O, which is a decomposition product of an organic substance, and H of the hydrogen plasma react with each other, the product is in a gaseous state, and there is no possibility that new deposits are generated in the processing container 1.
[0038]
Here, if the generation of organic substances is suppressed by adjusting the amount of oxygen plasma in the first cleaning step, the decomposition power of the CF film by the oxygen plasma is also weakened, so that the cleaning speed is considerably reduced, and the time required for cleaning is reduced. Too much.
[0039]
As described above, the present invention secures high cleaning efficiency by selectively using the oxidizing power of oxygen plasma and the reducing power of hydrogen plasma depending on the object to be removed, for example, as described in the section of the prior art. In addition, even when oxygen gas and hydrogen gas are used as the cleaning gas, the operation and effect are completely different from the configuration in which these oxygen gas and hydrogen gas are simultaneously introduced into the processing container 1.
[0040]
In other words, when oxygen plasma and hydrogen plasma are simultaneously generated in the processing chamber 1, the oxidizing power of oxygen plasma and the reducing power of hydrogen plasma act on each other, weakening each other. And the cleaning speed decreases. Further, in the case of hydrogen plasma, the decomposing power of the organic substance is reduced, and the organic substance remaining without being decomposed increases. For this reason, the total cleaning time until all the deposits in the processing container 1 are removed becomes considerably long, and the throughput of the entire film forming process deteriorates.
[0041]
As described above, according to the present invention, the first cleaning is first performed by oxygen plasma, and then the second cleaning is performed by hydrogen plasma. Therefore, the deposits in the processing chamber 1 can be surely removed without lowering the cleaning speed. And efficient cleaning can be performed. Further, since the generation of deposits in the processing container 1 is suppressed, there is no possibility that the film quality of the film obtained at the time of the next film forming process is deteriorated. Can be.
[0042]
【Example】
Hereinafter, examples performed to confirm the effects of the present invention will be described.
[Example 1]
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, C5F8 gas is used as a film forming gas, the film forming gas is turned into plasma under the following film forming processing conditions, and a thickness of 0.5 μm is applied to two 8-inch wafers. Was formed. When the processing on the two wafers was completed, the inside of the processing chamber 1 was visually checked, and it was found that the CF film had adhered.
(Deposition conditions)
Microwave: 2.45GHz, 2000W
Process pressure: 7Pa
C5F8 gas flow rate: 300 sccm
Mounting table temperature: 350 ° C
[0043]
Next, O 2 gas and Ar gas were introduced into the processing vessel, oxygen plasma was generated under the following oxygen plasma processing conditions, and the CF film adhered inside the processing vessel was cleaned. When this treatment was confirmed by emission spectroscopy, emission of CO was observed. This light emission is generated when the CF film is decomposed by the oxygen plasma and the decomposition product evaporates. For this reason, the point at which no light emission is observed is the point at which the decomposition of the CF film is completed, so that the processing by the oxygen plasma is terminated at this timing (cleaning time: 30 seconds), and the inside of the processing vessel 1 is confirmed by emission spectroscopy. As a result, light emission of a deposit different from that of the CF film was observed.
(Oxygen plasma treatment conditions)
Microwave: 2.45GHz, 2000W
Process pressure: 13.3 Pa
O2 gas flow rate: 300 sccm
Ar gas flow rate: 200 sccm
Mounting table temperature: 350 ° C
[0044]
Next, H2 gas and Ar gas were introduced into the processing container, hydrogen plasma was generated under the following hydrogen plasma processing conditions, and the attached matter inside the processing container was cleaned. This treatment was confirmed by emission spectroscopy, and after 10 seconds, all the deposits were removed.
(Hydrogen plasma processing conditions)
Microwave: 2.45GHz, 2000W
Process pressure: 13.3 Pa
H2 gas flow rate: 300 sccm
Ar gas flow rate: 200 sccm
Mounting table temperature: 350 ° C
[0045]
[Comparative Example 1]
After a CF film was formed under the same film forming conditions as in Example 1, oxygen gas and hydrogen gas were simultaneously introduced into the processing container to clean the CF film attached to the processing container. The processing conditions at this time are as follows.
(Cleaning processing conditions)
Microwave: 2.45GHz, 2000W
Process pressure: 13.3 Pa
O2 gas flow rate: 300 sccm
H2 gas flow rate: 300 sccm
Ar gas flow rate: 200 sccm
Mounting table temperature: 350 ° C
When this state was visually checked, the removal of the CF film was not completed even after the same cleaning time as that of the first cleaning step of the first embodiment, and the same cleaning time as that of the second cleaning step of the first embodiment. At the time when the time elapses, generation of deposits was observed inside the processing container.
[0046]
From the above experimental results, it was confirmed that the organic matter containing C and O was efficiently decomposed and removed by the hydrogen plasma. In order to remove the CF film attached to the processing vessel by the hydrogen plasma, the CF film was first removed by oxygen plasma. It has been found that by completely decomposing and then decomposing and removing organic substances containing C and O by hydrogen plasma, cleaning can be performed efficiently while suppressing a decrease in cleaning speed.
[0047]
In the above, the plasma processing apparatus to which the present invention is applied is not limited to the apparatus using the radial line slot antenna as a plasma generation source, but may use other plasma generation methods such as a parallel plate method, an electron cyclotron resonance (ECR) method, and an inductive coupling type. The present invention is also applicable to a plasma processing apparatus that generates plasma using a plasma generation method such as a plasma generation method. In addition, the plasma processing apparatus performs a process other than the film forming process on the wafer W, for example, a plasma process using a gas such as F2, N2, NF3, COF2, CO, or H2O, which is turned into a plasma. The present invention can be applied to the case where the CF film adhered to the surface is removed. Further, in the present invention, in the first and second cleaning steps, He gas, Ne gas, Kr gas, or Xe gas may be used as an inert gas instead of Ar gas.
[0048]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluorine-added carbon film adhered to the processing container of the plasma processing apparatus can be efficiently removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an embodiment of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view showing a part of a second gas supply unit provided in the plasma processing apparatus.
FIG. 3 is a perspective view showing an antenna unit provided in the plasma processing apparatus.
FIG. 4 is a process chart for explaining the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
W semiconductor wafer
1 processing container
11 Mounting table
2 First gas supply unit
21 1st gas supply hole
3 Second gas supply unit
31 Second gas supply hole
4 Antenna part
41 Antenna body
42 slot plate
44 Coaxial waveguide

Claims

In a processing vessel provided with a mounting table for a substrate, a processing gas containing carbon and fluorine is turned into plasma, thereby performing a predetermined processing on the substrate.
Performing the predetermined processing in a processing container, a processing step of attaching a fluorine-added carbon film in the processing container,
Next, a first cleaning step of generating plasma of oxygen in the processing container and decomposing the fluorine-added carbon film attached to the processing container by the plasma,
A second cleaning step of generating a plasma of hydrogen in the processing chamber and decomposing an organic substance containing carbon and oxygen in the processing chamber with the plasma. Method.

The plasma processing apparatus guides microwaves to a flat waveguide having a large number of slots formed on one surface thereof, and generates microwaves by emitting microwaves from the slots, thereby generating plasma. 2. The method for cleaning a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the cleaning method is performed.

In a processing vessel in which a mounting table for a substrate is provided, a processing gas containing carbon and fluorine is turned into plasma, thereby performing a predetermined processing on the substrate.
Supplying the processing gas to the processing container, converting the processing gas into plasma, and performing a predetermined processing on the substrate;
An oxygen gas and an inert gas selected from an argon gas, a helium gas, a neon gas, a krypton gas, and a xenon gas are supplied to the processing container, and the oxygen gas and the inert gas are turned into plasma. Oxygen plasma processing performing means for performing a process of decomposing the fluorine-added carbon film adhered in the processing container,
A hydrogen gas and an inert gas selected from an argon gas, a helium gas, a neon gas, a krypton gas, and a xenon gas are supplied to the processing container, and the hydrogen gas and the inert gas are turned into plasma. Hydrogen plasma processing performing means for performing processing to decompose organic matter containing carbon and oxygen attached to the processing container,
After performing a predetermined process on the substrate in the processing container, an oxygen gas is supplied into the processing container to perform the process using the oxygen plasma, and then a hydrogen gas is supplied into the processing container and the hydrogen plasma is used. A plasma processing apparatus, comprising: a control unit that controls the oxygen plasma processing execution unit and the hydrogen plasma processing execution unit so as to perform processing.