JP2008244291A - Plasma treatment apparatus and quartz member used for same - Google Patents
Plasma treatment apparatus and quartz member used for same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008244291A JP2008244291A JP2007084936A JP2007084936A JP2008244291A JP 2008244291 A JP2008244291 A JP 2008244291A JP 2007084936 A JP2007084936 A JP 2007084936A JP 2007084936 A JP2007084936 A JP 2007084936A JP 2008244291 A JP2008244291 A JP 2008244291A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- quartz
- plasma
- fluorine
- plasma processing
- quartz member
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、プラズマ生成機構を備えたプラズマ処理およびこのプラズマ処理装置に用いる石英部材に係り、特に、半導体素子の微細加工に好適な半導体製造装置およびこのプラズマ処理装置に用いる石英部材に関する。 The present invention relates to plasma processing having a plasma generation mechanism and a quartz member used in the plasma processing apparatus, and more particularly to a semiconductor manufacturing apparatus suitable for fine processing of semiconductor elements and a quartz member used in the plasma processing apparatus.
被処理物をプラズマ処理する工程において、望ましい処理結果を得るには、プラズマ中のラジカル(化学反応性の高い原子や分子)、イオンなどの組成を適切に制御することが重要である。つまり、プラズマ処理の加工精度は、ラジカルやイオンの制御性で決定されるといってよい。 In the step of subjecting the workpiece to plasma treatment, in order to obtain a desired treatment result, it is important to appropriately control the composition of radicals (chemically reactive atoms and molecules) and ions in the plasma. That is, it can be said that the processing accuracy of plasma processing is determined by the controllability of radicals and ions.
このようなプラズマ処理の例として、例えば半導体ウェハや、液晶パネルのガラス基盤などをプラズマエッチングする工程が挙げられる。このような工程では、半導体素子の加工寸法が年々微細化されていることに伴い、加工精度に対する要求も厳しくなってきている。特に半導体ロジックデバイスでは、わずか1ナノメートルの加工の乱れでも不良とされるようになってきた。このような状況下では、ラジカル・イオンの組成制御にも高い精度が要求される。 Examples of such plasma treatment include a step of plasma etching a semiconductor wafer, a glass substrate of a liquid crystal panel, and the like. In such a process, as processing dimensions of semiconductor elements are miniaturized year by year, requirements for processing accuracy are becoming stricter. In particular, in semiconductor logic devices, even a disorder of processing of only 1 nanometer has been regarded as defective. Under such circumstances, high precision is also required for radical / ion composition control.
ところが、プラズマ処理装置では、プラズマ処理条件を一定にしているにもかかわらず、装置の処理性能が経時的に変化し、ついには被処理物を不良品にしてしまうことがある。このような問題を引き起こす原因のひとつとして、プラズマ処理室に残留した各種原子・分子が挙げられる。残留した各種原子・分子は、プラズマ中に脱離してプラズマ中のイオン・ラジカル組成を変化させたり、あるいはプラズマおよび装置の電気的特性に変化を生じさせたりして、プラズマ処理性能に重大な影響を与える。 However, in the plasma processing apparatus, the processing performance of the apparatus changes with time even though the plasma processing conditions are kept constant, and the workpiece may eventually become defective. One of the causes of such problems is various atoms and molecules remaining in the plasma processing chamber. Residual atoms and molecules are desorbed into the plasma and change the ion / radical composition in the plasma, or change the electrical characteristics of the plasma and the device, and have a significant effect on the plasma processing performance. give.
ラジカルやイオンは、高い化学反応性を持つために、目的の被処理物と反応するだけでなく、プラズマ処理室の構成部材とも化学反応を起こしたり、吸着したりしてしまう。特にハロゲン、そのなかでもフッ素は、石英などのシリコン固形物との反応性が高いために、石英製の部品などと化学反応を起こしてプラズマ処理室に残留することが多い。 Since radicals and ions have high chemical reactivity, they not only react with the target object, but also cause chemical reaction or adsorption with the constituent members of the plasma processing chamber. In particular, halogen, especially fluorine, is highly reactive with silicon solids such as quartz, and thus often reacts with quartz parts and the like and remains in the plasma processing chamber.
また、イオンやラジカルによる反応過程により、部品の磨耗も起こる。磨耗の程度が著しい場合は、新しい部品と交換する必要が生じる。しかし、新しい石英製部品は表面が純粋な石英に近く、十分に使用されて、表面に多量の残留物が存在する石英製部品とは、表面状態が大きく異なる。この表面状態の違いは、プラズマへの電気的影響や化学的影響の違いとして、プラズマ処理の結果に大きな違いを生じる。そのため、新しい石英製部品に交換した後のプラズマ処理装置は、これらの部品を使い込んだ状態にするために、たとえばフッ素系のプラズマを繰り返し生成するなどの、慣らし運転が必要になる。この慣らし運転が終了するまで、プラズマ処理装置は実質的に使用できる状態になく、装置の稼働率が低下する原因となる。また、場合によっては、何らかの被処理物の処理による慣らし運転を繰り返す必要が生じる。この被処理物を処理する作業は、多い場合には25回から100回以上必要になることがあり、その分の被処理物を用意しなければならないため、無駄なコストが発生する元となる。また、このような慣らし運転により、プラズマ処理装置の処理特性が安定になったとしても、不必要なプラズマ処理を繰り返した結果、プラズマ処理室をプラズマで無用に磨耗させることになり、交換すべき部品が増大し、一方で、部品が磨耗することにより発生した異物粒子が被処理物を汚染し、不良品を発生させる元になったりする。 In addition, wear of parts occurs due to the reaction process by ions and radicals. If the degree of wear is significant, it will be necessary to replace it with a new part. However, the new quartz part is close to pure quartz in surface, and is used sufficiently, and the surface condition is very different from the quartz part in which a large amount of residue exists on the surface. This difference in the surface state causes a great difference in the result of the plasma treatment as a difference in electrical influence or chemical influence on the plasma. Therefore, the plasma processing apparatus after replacement with new quartz parts requires a break-in operation such as repeatedly generating fluorine-based plasma in order to put these parts into use. Until the break-in operation is completed, the plasma processing apparatus is not in a substantially usable state, which causes a reduction in the operating rate of the apparatus. Moreover, depending on the case, it becomes necessary to repeat the break-in operation by the processing of some workpieces. In many cases, the work for processing the object to be processed may be required 25 to 100 times or more, and it is necessary to prepare the object to be processed. . In addition, even if the processing characteristics of the plasma processing apparatus are stabilized by such a running-in operation, the plasma processing chamber is unnecessarily worn by plasma as a result of repeated unnecessary plasma processing and should be replaced. On the other hand, the number of parts increases, and on the other hand, foreign particles generated by the parts being worn out contaminate the object to be processed and cause defective products.
この問題に対処するための従来技術として、残留したフッ素を水素プラズマで除去し、石英製部品の表面状態を一定に保つことが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
石英製部品の表面と化学的に強く結合したフッ素を除去することは容易ではなく、特許文献1に記載の方法では、石英製部品の表面に残留したフッ素を完全に除去することは難しい。このことは、フッ素と水素間の化学結合の強さは室温にておよそ5.91電子ボルトであるのに対して、シリコンとフッ素間の化学結合の強さはおよそ5.73電子ボルトと非常に近いため、プラズマ照射下でも反応が容易には進まないためである。さらに本発明の発明者らの実験によれば、水素含有ガスによるプラズマでも、シリコンと結合したフッ素を除去することは容易でないことが確認された。
It is not easy to remove fluorine that is chemically strongly bonded to the surface of the quartz part, and it is difficult to completely remove fluorine remaining on the surface of the quartz part by the method described in
このため、水素を用いて残留フッ素を石英表面から除去することは容易ではなく、できたとしても、その全てを除去することは困難と考えられる。そのため、石英製部品の表面が徐々にフッ化していくことを避けられず、プラズマ処理装置の処理性能を安定に保つには十分ではない。また、除去処理を行うための作業時間が必要になり、その分、目的とする被処理物の処理時間に割く時間が減少し、装置稼働率の低下につながる。 For this reason, it is not easy to remove residual fluorine from the quartz surface using hydrogen, and even if possible, it is considered difficult to remove all of it. Therefore, it is inevitable that the surface of the quartz part is gradually fluorinated, and this is not sufficient to keep the processing performance of the plasma processing apparatus stable. Moreover, the work time for performing the removal process is required, and accordingly, the time for the processing time of the target object to be processed is reduced, leading to a reduction in the apparatus operating rate.
上記問題に鑑み、本発明は、プラズマ処理装置において、実質的に変化の少ないプラズマ処理環境を作り出し、プラズマ処理装置の性能を安定化して、石英製部品の交換時における慣らし運転の必要性を低減することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention creates a plasma processing environment with substantially no change in the plasma processing apparatus, stabilizes the performance of the plasma processing apparatus, and reduces the need for a break-in operation when replacing quartz parts. The purpose is to do.
前述の問題に鑑みて、本発明は、プラズマ処理の繰り返しに伴い石英製部品の表面に発生する残留物を除去するのではなく、石英製部品に最初から残留物が存在する状態を保持することで、石英製部品を用いたプラズマ処理装置のプラズマ処理性能を一定に保つ。 In view of the above-mentioned problems, the present invention does not remove the residue generated on the surface of the quartz part as the plasma treatment is repeated, but maintains the state in which the residue is present in the quartz part from the beginning. Thus, the plasma processing performance of the plasma processing apparatus using quartz parts is kept constant.
すなわち、例えば、残留フッ素がプラズマ処理性能に影響を与えているのであれば、あらかじめ石英製部品の内部にフッ素を混入させ、石英製部品の交換時に実質的に表面状態の変化が少ないプラズマ処理環境を実現することで、プラズマ処理装置のプラズマ処理性能を一定に保つ。 That is, for example, if residual fluorine has an effect on the plasma processing performance, fluorine is mixed in the quartz parts in advance, and the plasma processing environment has little change in surface condition when replacing the quartz parts. By realizing the above, the plasma processing performance of the plasma processing apparatus is kept constant.
この場合、プラズマ処理装置において、フッ素などのハロゲン以外にも、除去しにくいものは多数あり、例えば石英中のシリコンと強く結合した炭素、硫黄などもある。あるいは、アルミニウム、イットリウム、チタン、タングステン、タンタルなどの金属のハロゲン化物などのように蒸気圧が非常に低いものや、化学反応を経ても蒸気圧の高いものに変換できないものも、同様の問題を生じる原因になる。以上のように、除去しにくい物質が石英に付着してプラズマ処理における処理回数の積重ねによる問題を引き起こす場合、こうした物質を石英製部品の内部にあらかじめ混入させることで、プラズマ処理装置の性能を安定化させることができる。 In this case, there are many plasma processing apparatuses other than halogen such as fluorine that are difficult to remove, such as carbon and sulfur that are strongly bonded to silicon in quartz. Or, the same problem occurs when the vapor pressure is very low, such as aluminum halides such as aluminum, yttrium, titanium, tungsten, and tantalum, and those that cannot be converted into high vapor pressure even after chemical reaction. Cause it to occur. As described above, when difficult-to-remove materials adhere to quartz and cause problems due to the accumulation of the number of times of plasma processing, the performance of the plasma processing equipment can be stabilized by mixing these materials in the quartz parts in advance. It can be made.
以下ではその代表として、フッ素を混入させる場合について説明する。 Below, the case where a fluorine is mixed is demonstrated as the representative.
以上のように、本発明によれば、プラズマ処理装置内部に残留し除去しにくい元素を、プラズマ処理装置内部に使用する石英製の部品にあらかじめ混入させることで、実質的に変化の少ないプラズマ処理環境を作り出し、プラズマ処理装置の性能を安定化することができる。 As described above, according to the present invention, an element that remains in the plasma processing apparatus and is difficult to remove is mixed in advance into a quartz part used in the plasma processing apparatus, so that the plasma processing with substantially little change is performed. It can create an environment and stabilize the performance of plasma processing equipment.
本明細書で説明した実施例では、フッ素の混入方法を説明したが、塩素、臭素、炭素、硫黄のような、プラズマ処理では高い頻度で利用される他の元素、蒸気圧が低くて除去しにくい金属やその化合物を混入させてもよい。例えば、被処理物に、プラチナ、ルテニウム、その他の金属が含まれていて、被処理物をプラズマ処理した結果、これら金属を含む残留物が石英部品の表面に生じ、その除去が困難な場合にも、本発明が有効である。また、プラズマ処理室の材料として使われているアルミニウムやイットリウムの化合物、例えばAlF3、YCl3、YF3などを混入させても良い。本発明の本質は、除去しにくい元素をあらかじめ混入させた石英部品を使用することにあり、混入させる物質、混入の方法は問わない。 In the examples described in this specification, the method of mixing fluorine has been described. However, other elements such as chlorine, bromine, carbon, and sulfur, which are frequently used in plasma processing, are removed because the vapor pressure is low. Difficult metals and their compounds may be mixed. For example, if the object to be processed contains platinum, ruthenium, or other metals, and the object to be processed is plasma-treated, residues containing these metals are generated on the surface of the quartz part and are difficult to remove. In addition, the present invention is effective. Further, aluminum or yttrium compounds used as a material for the plasma processing chamber, for example, AlF 3 , YCl 3 , YF 3, etc. may be mixed. The essence of the present invention is to use a quartz part in which an element that is difficult to remove is mixed in advance, and the substance to be mixed and the mixing method are not limited.
また、本発明は、プラズマ処理装置内で石英部品を使用する場合に有効であり、プラズマ処理装置の種類、特に、いわゆるゲートエッチング装置、絶縁膜エッチング装置、メタルエッチング装置などの装置の種類を問わず適用することができる。 In addition, the present invention is effective when quartz parts are used in a plasma processing apparatus, regardless of the type of plasma processing apparatus, particularly a so-called gate etching apparatus, insulating film etching apparatus, or metal etching apparatus. Can be applied.
以下では、本発明の適用例として、主にシリコンで構成された半導体ウェハをプラズマエッチング装置で処理する場合を説明する。図2を用いて本発明が適用されるプラズマエッチング装置の構成を説明する。 Hereinafter, as an application example of the present invention, a case where a semiconductor wafer mainly composed of silicon is processed by a plasma etching apparatus will be described. The configuration of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
プラズマ処理装置は、被処理物であるウェハ201をプラズマ処理するためのプラズマ処理室202と、処理ガスを供給するガス供給手段203と、プラズマ処理室202内の処理ガスを排気するガス排気手段204と、圧力計205と、バルブ206と、プラズマ生成手段207と、電源208と、チューナ209と、ステージ210と、電源211と、チューナ212と、カバー213と、分配器214と、内壁215を備えている。
The plasma processing apparatus includes a
ウェハ201の処理にプラズマ処理を行う際には、プラズマ処理室202内の圧力を所望の値に維持できるよう、圧力計205により測定し、バルブ206で処理ガスの排気速度を調整する。この状態で、プラズマ生成手段207に電源208から生じた高周波を印加し、プラズマ処理室202内にプラズマを生じさせる。プラズマを安定に維持するために、プラズマ生成手段207と電源208の間には、チューナ209が設けられており、これによってインピーダンスを整合させる。さらにプラズマ処理室202内には処理対象のウェハ201を支持するステージ210が設置されており、ステージ210に電圧を印加するための電源211と、インピーダンスを調整するためのチューナ212が備えられている。
When plasma processing is performed on the
以上がプラズマ処理装置の最低限の構成である。これに加えて、プラズマからステージ210を保護するためのカバー213、ガス供給手段203から供給されたガスをプラズマ処理室202内に均等に分配するための分配器214、プラズマ処理室202をプラズマから保護するための内壁215などが備えられることがある。これらのカバー213、分配器214、内壁215は、プラズマに非常に近い位置に設置されており、プラズマによる損傷を受けやすい。これらの部品を金属や金属不動体などの材料で構成してしまうと、プラズマにより激しく損傷されたときに、プラズマ処理室202内部や、被処理物201を金属元素で汚染してしまうことになる。そこで、これらの部品を構成する材料として、シリコンを主体とした材料、たとえば石英でこれらの部品を構成することが多い。このようにすることで、同じくシリコンを主体とする被処理物201を汚染する危険をなくすことができる。
The above is the minimum configuration of the plasma processing apparatus. In addition to this, a
ところが、被処理物201もこれらの部品も、シリコンを主体として構成されているという点で類似であるために、プラズマは被処理物201だけでなくこれらの石英製部品とも化学反応を起こしてしまう。特にSF6やCF4、CHF3などのガスを用いてプラズマを生成した場合、プラズマ中のフッ素ラジカルないしフッ素イオンがこれらの部品と激しく反応し、部品の表面を磨耗させる。さらには、プラズマ消失後もこれらの石英製部品の表面に化学的に強く結合したまま残留する。
However, since the
以上のことは、シリコンを主体として構成される被処理物201を処理する場合について述べたが、このような問題は、被処理物の構成がシリコンだけでなく、カーボンや金属を含む構成であったとしても、石英を部品に使用しているプラズマ処理装置全般に共通して発生する。
The above has described the case where the
このことを実験的に確かめるため、本発明の発明者らは、被処理物201上に10mm角で厚さ1mmの石英試験片を載置してSF6プラズマに暴露した後、試験片を取り出してX線光電子分光法により表面に付着したフッ素の量を測定した。この実験結果を図3の曲線301に示す。横軸は石英試験片をSF6プラズマに照射した時間、左側の縦軸は石英試験片の表面近傍におけるフッ素原子の濃度を石英に対する原子パーセントで示したものである。SF6プラズマに暴露した時間が長いほど、石英の表面近傍のフッ素原子の量は増加していき、最終的には10%程度に達した。つまり、プラズマ処理室内の石英製部品の表面も、時間とともにフッ化していくと言える。一方、SF6プラズマの合間に、SF6/CHF3プラズマによるPoly−Siエッチング速度を測定した結果を、同じく図3の曲線302に示す。横軸は、プラズマ処理装置内の石英製部品を交換してから、SF6プラズマを照射した合計時間、右側の縦軸は1分間あたりのエッチング速度である。エッチング速度も、SF6プラズマ照射時間とともに増加していくことがわかった。以上のことから、石英製部品の表面に結合したフッ素の濃度と、エッチング速度の間には強い関連性があることがわかった。
In order to confirm this experimentally, the inventors of the present invention placed a 10 mm square and 1 mm thick quartz test piece on the
本実験では、例としてエッチング速度の変化について述べたが、残留フッ素の影響でプラズマの性質が変化してしまっている以上、エッチング速度以外にも、さまざまな処理性能の変化が起こる。たとえば、エッチングにより立体物を被処理物上に構築するような場合は、その立体的な寸法、形状も変化してしまう。あるいは、プラズマから入射するイオン量が変化するため、場合によっては被処理物が過度に帯電し、内部の構造に異常な電位差を発生させ、絶縁破壊などの問題を引き起こすこともある。このように、たとえばフッ素の濃度が変化することによって、プラズマエッチング装置のエッチング性能も変化してしまう。 In this experiment, the change in the etching rate was described as an example. However, as long as the properties of the plasma have changed due to the influence of residual fluorine, various processing performance changes occur in addition to the etching rate. For example, when a three-dimensional object is constructed on an object to be processed by etching, the three-dimensional dimension and shape also change. Alternatively, since the amount of ions incident from the plasma changes, the object to be processed may be excessively charged in some cases, causing an abnormal potential difference in the internal structure, and causing problems such as dielectric breakdown. Thus, for example, when the fluorine concentration changes, the etching performance of the plasma etching apparatus also changes.
この問題の対処方法は、大きく分けると二つある。第一の方法は、前述したように、フッ素の除去作業を行う方法である。たとえば、水素ガスや、水素を含んだガスによりプラズマを生成し、石英製部品の表面に残留したフッ素を、プラズマ中の水素ラジカルや水素イオンと反応させて、フッ化水素としてプラズマ処理室外へ排気する方法である。しかし、本発明の発明者らが、HBrプラズマによりフッ素の除去を試みたところ、石英製の部品の表面では、この反応は起こりにくく、完全にフッ素を除去することは難しいということがわかった。第二の方法は、慣らし運転を繰り返し、装置のエッチング性能を安定化させてから、所望の被処理物の処理を開始する方法である。ここでいう慣らし運転とは、たとえばSF6ガスをプラズマ化し、石英部品の表面に十分なフッ素を付着させる方法である。しかしこの方法では、十分なフッ素を石英部品の表面に付着させるまでに時間がかかり、その間、所望の被処理物の処理を開始できない。また、慣らし運転用の被処理物が必要になる場合もあり、多い場合は、このような慣らし運転用の被処理物を25個から100個以上用意しなければならず、余計にコストが生じる。 There are two main ways to deal with this problem. The first method is a method of performing a fluorine removal operation as described above. For example, plasma is generated by hydrogen gas or a gas containing hydrogen, and fluorine remaining on the surface of the quartz part is reacted with hydrogen radicals or hydrogen ions in the plasma to be exhausted out of the plasma processing chamber as hydrogen fluoride. It is a method to do. However, when the inventors of the present invention tried to remove fluorine by HBr plasma, it was found that this reaction hardly occurs on the surface of a quartz part, and it is difficult to completely remove fluorine. The second method is a method in which a break-in operation is repeated to stabilize the etching performance of the apparatus, and then processing of a desired object to be processed is started. The running-in operation referred to here is a method in which, for example, SF 6 gas is converted into plasma and sufficient fluorine is adhered to the surface of the quartz part. However, in this method, it takes time to deposit sufficient fluorine on the surface of the quartz part, and during that time, processing of a desired object to be processed cannot be started. In addition, there are cases where a workpiece for break-in operation is required, and in many cases, 25 to 100 or more such workpieces for break-in operation must be prepared, resulting in extra costs. .
そこで、本発明の発明者らは、石英製部品の表面から残留したフッ素を除去するのではなく、これらの石英製部品にあらかじめ混入させてしまい、実質的に表面状態が変化しない部品を使用することを考えた。まず、本発明によれば、石英製部品にフッ素などを混入させる必要がある。その混入のさせ方について、以下に実施例を3つ説明する。 Therefore, the inventors of the present invention do not remove the remaining fluorine from the surface of the quartz part, but use a part that is premixed in the quartz part and whose surface state does not substantially change. I thought. First, according to the present invention, it is necessary to mix fluorine or the like into a quartz part. Three examples will be described below as to how to mix them.
第1の実施例では、材料となる石英を溶融する際に、フッ素原子を混入させ、このフッ素を混入した石英を用いて製造した石英部品を使用する。通常、石英部品を作成するには、石英を主成分とする材料を溶融し成型するなどの工程が必要になる。この実施例では、フッ素含有の石英部品を作成するにあたって、石英を溶融する際に、石英にフッ素原子を含む材料、例えばCaF2やAlF3を混合するか、あるいは、F2ガスやSF6などのフッ素原子を含むガスの雰囲気中で石英を溶融すればよい。この実施例によれば、石英中に所望の量のフッ素原子を含む石英製部材を得ることができる。 In the first embodiment, when melting quartz, which is a material, fluorine atoms are mixed, and a quartz part manufactured using quartz mixed with fluorine is used. Usually, in order to produce a quartz part, a process such as melting and molding a material mainly composed of quartz is required. In this embodiment, when a quartz component containing fluorine is prepared, when quartz is melted, a material containing fluorine atoms, for example, CaF 2 or AlF 3 is mixed with quartz, or F 2 gas or SF 6 is used. Quartz may be melted in an atmosphere of a gas containing fluorine atoms. According to this embodiment, a quartz member containing a desired amount of fluorine atoms in quartz can be obtained.
しかし、第一の実施例では、フッ素などを高濃度に混入させた場合に、十分な硬度を保てない場合がある。 However, in the first embodiment, there are cases where sufficient hardness cannot be maintained when fluorine or the like is mixed at a high concentration.
このような場合に対処するため、第2の実施例を提案する。第2の実施例では、整形した石英部材の表面近傍にのみフッ素原子の濃度を集中することができるよう、すでに高濃度のフッ素をドープした石英を、純粋な石英で作成された部品の上に溶射する。このようにして作成された石英パーツは、母材が純粋な石英であるために機械的強度が強く、かつ表面はフッ素が高濃度に添加された石英で構成されており、第1の実施例と同じ効果が得られる。石英パーツは、通常、表面から数ミリメートルの厚さまでプラズマによって磨耗してしまった時点で交換の必要が生じるため、フッ素添加された石英の溶射厚みは、数ミリメートル程度あれば十分である。また、第2の実施例としては、石英製部材への石英の溶射を、フッ素雰囲気中で行っても、同様の部品が得られる。 In order to deal with such a case, a second embodiment is proposed. In the second embodiment, quartz already doped with a high concentration of fluorine is placed on a part made of pure quartz so that the concentration of fluorine atoms can be concentrated only near the surface of the shaped quartz member. Thermal spray. The quartz part thus produced has a high mechanical strength because the base material is pure quartz, and the surface is made of quartz to which fluorine is added at a high concentration. The same effect is obtained. Quartz parts usually need to be replaced when they are worn by plasma from the surface to a thickness of a few millimeters, so that the sprayed thickness of the fluorine-added quartz need only be a few millimeters. Moreover, as a 2nd Example, the same components can be obtained even if the thermal spraying of the quartz to the quartz member is performed in a fluorine atmosphere.
一方、第2の実施例では、溶射を使用しているため、表面の平滑性が十分に確保できない場合がある。表面が粗いことは、プラズマ中の化学成分をよく吸着できるという点で有利であるが、あまりに粗いと、表面が欠け、異物粒子の発生の原因になる。そこで、この点を改善するために、第3の実施例を説明する。 On the other hand, in the second embodiment, since thermal spraying is used, the smoothness of the surface may not be sufficiently secured. The rough surface is advantageous in that the chemical components in the plasma can be adsorbed well. However, if the surface is too rough, the surface is chipped and foreign particles are generated. In order to improve this point, a third embodiment will be described.
第3の実施例では、加速器を用いて、整形した石英部材の表面にフッ素をドープする。例えばフッ素イオンを500キロ電子ボルト程度のエネルギーで加速器によってフッ素イオンを打ち込んだ場合、数百マイクロメートル程度の深度まで打ち込むことができる。さらに、フッ素イオンを打ち込んだ石英部品を加熱処理することで、熱拡散によりさらにフッ素原子を深くに広げることができ、数ミリメートルまでの深度にまで拡散させることは容易である。このようにすることで、表面平滑性を保ちつつ、第2の実施例のような表面近傍にフッ素原子の濃度の高い石英部品を得ることができる。 In the third embodiment, fluorine is doped on the surface of the shaped quartz member using an accelerator. For example, when fluorine ions are implanted with an accelerator at an energy of about 500 kiloelectron volts, they can be implanted to a depth of about several hundred micrometers. Furthermore, by heat-treating the quartz part into which fluorine ions are implanted, fluorine atoms can be further expanded by thermal diffusion, and it is easy to diffuse to a depth of several millimeters. By doing so, it is possible to obtain a quartz part having a high fluorine atom concentration in the vicinity of the surface as in the second embodiment while maintaining the surface smoothness.
このような工程を経ることで、フッ素を含有した石英部品を作成することができる。こうして石英中にフッ素を7%含有させた部品を使用したプラズマ処理装置と、従来どおり純粋な石英で作成された部品を使用したプラズマ処理装置とを比較した結果を、図1に示す。純粋な石英で作成された部品を使用したプラズマ処理装置では、曲線101に示すように、SF6/CHF3のガスを使用したエッチング速度が徐々に増加していくが、フッ素を含有させた石英で作成された部品を使用したプラズマエッチング装置では、曲線102に示すように、エッチング速度が最初から高く、経時的な変化が小さくなった。エッチング特性が安定になったことで、処理を繰り返したときにもプラズマ処理結果に変化がなく、被処理物201の加工寸法、断面形状ともに一定に保つことができた。
Through such steps, a quartz part containing fluorine can be produced. FIG. 1 shows a result of comparison between a plasma processing apparatus using a part containing 7% fluorine in quartz and a plasma processing apparatus using a part made of pure quartz as usual. In the plasma processing apparatus using a part made of pure quartz, the etching rate using SF 6 / CHF 3 gas gradually increases as shown by the
以上のように、フッ素を石英部品中に含有させることで、フッ素系のエッチング特性を安定化させることができることがわかった。しかし前述のように、不純物を過剰に石英中に含ませると、石英の硬度が保てない場合が起こる。エッチング性能を安定化させる観点からは、フッ素濃度が高い方が好ましいが、機械的強度の観点からは、好適には0.01原子%以上20原子%以下が適切である。ただし、本発明の実施例2および実施例3に述べるような方法で、機械的強度を保ちつつ高いフッ素濃度を両立できる場合は、特にこの制約はない。また、本実験では、適切なフッ素濃度の石英部材を使用したため、機械的強度が十分にあり、異物粒子の発生も少なかった。また、最初から安定したプラズマ処理を行えるために慣らし運転が必要なく、装置稼働率の向上も実現できた。さらに、不要にプラズマ処理装置内部の部品を消耗させることもないので、通常の運用の仕方よりも異物粒子の発生を低減することができた。 As described above, it has been found that the fluorine-based etching characteristics can be stabilized by incorporating fluorine into the quartz part. However, as described above, if the impurities are excessively contained in the quartz, there are cases where the hardness of the quartz cannot be maintained. From the viewpoint of stabilizing the etching performance, a higher fluorine concentration is preferable, but from the viewpoint of mechanical strength, 0.01 atomic% or more and 20 atomic% or less is suitable. However, this method is not particularly limited in the case where a high fluorine concentration can be achieved while maintaining the mechanical strength by the method described in the second and third embodiments of the present invention. In this experiment, since a quartz member having an appropriate fluorine concentration was used, the mechanical strength was sufficient and the generation of foreign particles was small. In addition, since a stable plasma treatment can be performed from the beginning, no break-in operation is required, and an improvement in the operating rate of the apparatus can be realized. Furthermore, since the parts inside the plasma processing apparatus are not consumed unnecessarily, the generation of foreign particles can be reduced as compared with the normal operation method.
以上の実施例では、フッ素を石英製部品に含有させることの方法と効果を述べた。フッ素以外にも、プラズマ処理性能を経時的に変化させる原因となる元素としては、塩素、臭素、ヨウ素、炭素、硫黄などがある。 In the above examples, the method and effect of incorporating fluorine into a quartz part have been described. In addition to fluorine, elements that cause changes in plasma processing performance over time include chlorine, bromine, iodine, carbon, and sulfur.
塩素や臭素は、フッ素と同様にシリコンとの反応性が高く(例えば、室温におけるフッ素−シリコン間の結合エネルギーが5.73電子ボルトであるのに対して、塩素−シリコン間は4.21電子ボルト、臭素−シリコン間は3.81電子ボルト)、石英表面に残留するという問題をひきおこす。残留した塩素や臭素は、やはりプラズマ中のラジカル・イオンの組成を好ましくない状態に変化させることがある。そのため、塩素や臭素を主体としたプラズマエッチングを行う場合にも、フッ素と同様に慣らし放電や除去作業などの処理性能の安定化手法が必要になる。 Chlorine and bromine have a high reactivity with silicon like fluorine (for example, the bond energy between fluorine and silicon at room temperature is 5.73 electron volts, whereas 4.21 electrons between chlorine and silicon. Bolt, between bromine and silicon is 3.81 electron volts), causing the problem of remaining on the quartz surface. Residual chlorine and bromine may still change the composition of radical ions in the plasma to an undesirable state. Therefore, even when performing plasma etching mainly composed of chlorine or bromine, a method for stabilizing processing performance such as break-in discharge and removal work is required as in the case of fluorine.
また、炭素や硫黄もシリコンとの結合エネルギーが高く(室温における炭素−シリコン間の結合エネルギーは4.68電子ボルト、硫黄−シリコン間の結合エネルギーは6.46電子ボルト)、これらの元素もフッ素と同様、残留しやすい。これに加えて、炭素や硫黄は、特に石英部品の表面に固体の皮膜を形成することがある。皮膜が形成されると、部品の表面は化学的には石英ではなく炭素や硫黄の化合物ということになり、単体では酸素のプラズマで除去しうるが、化合物の状態では容易に除去できない。これら炭素や硫黄の化合物で石英部品の表面が被覆されると、プラズマとの化学反応の仕方が異なったり、プラズマの電気的特性に影響を与えたりすることがある。ヨウ素は、シリコンとの結合エネルギーが高く(ヨウ素−シリコン間の結合エネルギーは、室温で3.04電子ボルト)、さらにSiI4は揮発性が低いために、やはり石英部品の表面に残留しやすく、炭素や硫黄と同様の問題を引き起こす。 Carbon and sulfur also have a high bond energy with silicon (the bond energy between carbon and silicon at room temperature is 4.68 eV, and the bond energy between sulfur and silicon is 6.46 eV), and these elements are also fluorine. Like, it tends to remain. In addition, carbon and sulfur can form a solid film, especially on the surface of quartz parts. When the film is formed, the surface of the component is chemically not a quartz but a carbon or sulfur compound, and can be removed by oxygen plasma alone, but cannot be easily removed in a compound state. If the surface of the quartz part is coated with these carbon and sulfur compounds, the chemical reaction with the plasma may be different or the electrical characteristics of the plasma may be affected. Iodine has a high bond energy with silicon (iodine-silicon bond energy is 3.04 eV at room temperature), and SiI 4 has low volatility. Causes problems similar to carbon and sulfur.
以上、石英製部品から除去しにくい元素として、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンと、炭素、硫黄について説明したが、他に除去しにくいものとしては、各種金属元素の化合物が挙げられる。アルミニウムとイットリウムは、プラズマ処理室の材料として使われているが、ときおり、プラズマ中の塩素やフッ素などのラジカルと反応し、AlF3、YCl3、YF3などの化合物を形成し、石英部品の表面に付着することがある。また、タングステン、タンタル、チタンは近年、半導体の構成物として使用されるようになっている。プラチナ、ルテニウムも、半導体の構成物として使用される場合がある。このような、被処理物の構成に使用されている金属が、プラズマと反応し、例えばTiFx(x=2〜4)やTiO2などを形成し、石英部品の表面に残留することがある。これらの化合物は、フッ素や炭素のようにシリコンとの結合により石英表面に残留するのではなく、蒸気圧が低いことが原因で残留する。残留するという点では炭素や硫黄の場合と類似の問題を引き起こし、プラズマとの化学反応や、プラズマの電気的特性を変化させるという点で、プラズマ処理の性能を変化させる原因となる。そこで、フッ素の場合と同様に、上記のような金属の化合物を石英部品の内部にあらかじめ含有させることで、プラズマ処理の性能を安定に保つことができるようになる。 As described above, halogens such as fluorine, chlorine, bromine, iodine, carbon, and sulfur have been described as elements that are difficult to remove from quartz parts, but other elements that are difficult to remove include compounds of various metal elements. Aluminum and yttrium are used as materials for plasma processing chambers, but sometimes they react with radicals such as chlorine and fluorine in the plasma to form compounds such as AlF 3 , YCl 3 , YF 3, etc. May adhere to the surface. In addition, tungsten, tantalum, and titanium have recently been used as semiconductor components. Platinum and ruthenium are also sometimes used as semiconductor components. Such metal used in the construction of the object to be processed may react with the plasma to form, for example, TiFx (x = 2 to 4) or TiO 2 , and may remain on the surface of the quartz part. These compounds do not remain on the quartz surface due to bonding with silicon like fluorine and carbon, but remain due to low vapor pressure. Residual points cause problems similar to those of carbon and sulfur, and cause changes in plasma processing performance in terms of chemical reactions with plasma and changes in plasma electrical characteristics. Therefore, as in the case of fluorine, the performance of the plasma treatment can be kept stable by preliminarily containing the metal compound as described above inside the quartz part.
101…純粋な石英をプラズマ処理装置内部の部品に使用した場合のエッチング速度の時間変化
102…本発明の石英部品を使用した場合のエッチング速度の時間変化
201…プラズマ処理の被処理物
202…プラズマ処理装置のプラズマ処理室
203…ガス供給手段
204…ガス排気手段
205…圧力計
206…バルブ
207…プラズマ生成手段
208…電源
209…チューナ
210…ステージ
211…電源
212…チューナ
213…カバー
214…分配器
215…内壁
301…石英試験片表面のフッ素原子密度
302…エッチング速度の時間変化
101 ... Time variation of etching rate when pure quartz is used as a component in the
Claims (9)
前記処理装置の内部に使用する石英部材に、プラズマ生成ガス成分をあらかじめ含有させた
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus,
A plasma processing apparatus, wherein a quartz member used in the processing apparatus contains a plasma generation gas component in advance.
プラズマ生成ガスの成分として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、硫黄原子、炭素原子の中の少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
A plasma processing apparatus comprising at least one of a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a sulfur atom, and a carbon atom as a component of a plasma generation gas.
プラズマ生成ガスの成分である各物質の濃度は、石英に対して0.01原子%以上20原子%以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2,
A plasma processing apparatus, wherein the concentration of each substance that is a component of a plasma generation gas is 0.01 atomic% or more and 20 atomic% or less with respect to quartz.
プラズマ生成ガスの成分である各物質の濃度は、石英部材の表面において0.01原子%以上20原子%以下とした
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
A plasma processing apparatus, wherein the concentration of each substance that is a component of a plasma generation gas is 0.01 atomic% or more and 20 atomic% or less on the surface of a quartz member.
前記石英部材の内部に、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、硫黄原子、炭素原子のうち一種類以上を、0.01原子%以上20原子%以下含む
ことを特徴とした石英部材。 A quartz member used in a plasma processing apparatus,
A quartz member comprising 0.01 atom% or more and 20 atom% or less of at least one of fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, sulfur atom and carbon atom in the quartz member.
フッ素分子ガスまたはフッ素を含む分子ガスの雰囲気中で石英部材を溶融することにより得た
ことを特徴とする石英部材。 The quartz member according to claim 5,
A quartz member obtained by melting a quartz member in an atmosphere of a fluorine molecular gas or a molecular gas containing fluorine.
整形した石英部材の表面に、すでにフッ素原子を含んでいる石英を溶射することにより得た
ことを特徴とする石英部材。 The quartz member according to claim 5,
A quartz member obtained by spraying quartz that already contains fluorine atoms on the surface of a shaped quartz member.
整形した石英部材の表面に、石英を溶射する際に、フッ素ガス中またはフッ素を含む分子ガス中で溶射を行うことにより得た
ことを特徴とする石英部材。 The quartz member according to claim 7,
A quartz member obtained by performing thermal spraying in a fluorine gas or a molecular gas containing fluorine when spraying quartz onto the surface of the shaped quartz member.
整形した石英部材の表面に、イオン加速器を用いてフッ素イオンを打ち込み、その後加熱処理することでフッ素を含有させることにより得た
ことを特徴とする石英部材。 The quartz member according to claim 8, wherein
A quartz member obtained by implanting fluorine ions on the surface of a shaped quartz member using an ion accelerator and then incorporating fluorine by heat treatment.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007084936A JP2008244291A (en) | 2007-03-28 | 2007-03-28 | Plasma treatment apparatus and quartz member used for same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007084936A JP2008244291A (en) | 2007-03-28 | 2007-03-28 | Plasma treatment apparatus and quartz member used for same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008244291A true JP2008244291A (en) | 2008-10-09 |
Family
ID=39915234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007084936A Pending JP2008244291A (en) | 2007-03-28 | 2007-03-28 | Plasma treatment apparatus and quartz member used for same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008244291A (en) |
-
2007
- 2007-03-28 JP JP2007084936A patent/JP2008244291A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10354837B2 (en) | Controlling etch rate drift and particles during plasma processing | |
JP6208109B2 (en) | How to improve the performance and extend the life of an ion implantation system | |
KR101737378B1 (en) | Reduction of copper or trace metal contaminants in plasma electrolytic oxidation coatings | |
JP2008244292A (en) | Processing performance stabilizing method of plasma treatment apparatus | |
JP5677700B2 (en) | Use of nitrogen-based compounds in beam-induced processing. | |
US8454754B2 (en) | Cleaning method and method for manufacturing electronic device | |
KR102215970B1 (en) | Atomic layer etching using acid halide | |
JP6054034B2 (en) | Electron beam induced etching of gallium contaminated layers. | |
JP2006035213A (en) | Method for removing titanium nitride | |
JP2018037453A (en) | Method for processing workpiece | |
Ramos et al. | Cleaning aluminum fluoride coatings from plasma reactor walls in SiCl4/Cl2 plasmas | |
TWI766866B (en) | Etching method | |
JP2006324663A (en) | Method of cleaning contaminated tool component | |
US10818512B2 (en) | Photo-assisted chemical vapor etch for selective removal of ruthenium | |
JP2007201029A (en) | Method for cleaning article stained with carbon material | |
US20210172049A1 (en) | Method and apparatus for forming a plasma resistant coating, component, and plasma processing apparatus | |
JP2008244291A (en) | Plasma treatment apparatus and quartz member used for same | |
CN114792617A (en) | Method for activating a plasma processing tool | |
JP6638360B2 (en) | Cleaning method and cleaning apparatus for plasma processing apparatus | |
KR20230112304A (en) | Cleaning components for aluminum-based product of deposition process apparatus of semiconductor and cleaning method for aluminum-based product of deposition process apparatus of semiconductor | |
Hsieh et al. | Improved ion source stability using H 2 co-gas for fluoride based dopants |