JP2013115247A - シャワープレートの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ処理装置で用いるシャワープレートの穴部の残渣を効果的に除去することのできるシャワープレートの洗浄方法を提供する。
【解決手段】プラズマ処理室と、前記プラズマ処理室にガスを導入するシャワープレートとを備えたプラズマ処理装置で用いるシャワープレートの洗浄方法において、プラズマ処理室にガスを導入するための複数の穴を有し、研磨材で研磨処理されたシャワープレートを準備する準備工程と、濃硝酸と過酸化水素水とを含む硝酸過水を用いて研磨処理されたシャワープレートを洗浄する洗浄工程１４とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造プロセス等の微細加工に適用されるプラズマ処理装置のプラズマ処理室に反応性ガスを導入するためのシャワープレートの洗浄方法に関する。

従来から、シリコンウエハなどの被加工板材（以下ウエハと記述）を加工して半導体デバイスを製作する半導体製造装置として、プラズマＣＶＤやプラズマエッチング装置などのプラズマ処理装置が広く使用されている。近年、デバイスの高集積化に伴い回路パターンは微細化の一途をたどっており、これらのプラズマ処理装置に要求される加工寸法の精度は、ますます厳しくなっている。さらに、デバイスの構成材料の多様化に伴って、エッチングレシピも複雑となり長期量産安定化も重要な課題となっている。例えば、プラズマ処理装置では、フッ化物や塩化物、さらには臭化物などのハロゲン系反応性ガスを使用したプラズマを利用しているために、プラズマ処理室を構成しプラズマに曝されている石英部品表面では、化学的及び物理的に侵食されてしまう。

石英基材の部品に関する洗浄は、例えば「化学機械研磨組成物及び化学機械研磨方法」と題する特開２００８−２７７８４８号公報（特許文献１）において、スラリー及び選択的酸化還元化合物のＰＨが調整されて、金属及び誘電体の差別的除去を与える、というようにＰＨ調整して行われている。また、「化学機械的研磨用洗浄剤組成物および該洗浄剤組成物を用いる洗浄方法」と題する特開２００７−１６１１０号公報（特許文献２）においては、カチオン性化合物を含有することを特徴とするＣＭＰ用洗浄剤組成およびこの洗浄剤組成物を用いてＣＭＰ研磨に使用される半導体ウエハまたはパッドを洗浄している。

特開２００８−２７７８４８号公報 特開２００７−１６１１０号公報

発明者等はプラズマ処理装置で処理した際のウエハへの異物付着について調べた結果、今後益々微細化される半導体デバイスを製造する上で問題となりそうな異物が付着することを見出した。プラズマ処理装置において、特に、反応性ガスをプラズマ処理室に導入するための石英製のシャワープレートがウエハに対向する直上位置に設置されている。さらに、ウエハを微細加工するエッチングプロセス等が進行する際は、シャワープレートのガス穴を通してプラズマ処理室（プロセスガスエッチング処理室）内に下部側のウエハの方へ向かって流入している。その結果、シャワープレートのガス穴中に含まれる、ガス穴加工時や平面研磨時にガス穴内に侵入して残留した、被研磨材および研磨材からなる残渣が放出されてウエハ上に飛散することで、半導体デバイスの欠陥となりうるのではないかと考えた。そこで、特許文献１や２に記載された方法で石英製シャワープレートを洗浄してみた。しかしながら、石英製シャワープレートの穴部に残留する残渣を除去することは困難であることが分かった。

本発明の目的は、プラズマ処理装置で用いるシャワープレートの穴部の残渣を効果的に除去することのできるシャワープレートの洗浄方法を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、プラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置によりプラズマが発生する減圧可能なプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室を含む真空容器にガスを供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置により供給されたガスを前記プラズマ処理室に導入するシャワープレートと、前記プラズマ処理室内に配置されプラズマ処理を施すウエハを保持するウエハ台と、前記ウエハ台上に支持される前記ウエハに高周波を印加する装置と、前記プラズマ処理室を減圧する真空排気装置を備えたプラズマ処理装置におけるシャワープレートの洗浄方法において、前記プラズマ処理室にガスを導入するための複数のガス穴の加工処理及び研磨材で平面研磨処理されたシャワープレートを準備する準備工程と、濃硝酸と過酸化水素水とを用いて前記シャワープレートを洗浄する洗浄工程とを有し、前記ガス穴の加工処理時や前記平面研磨処理時に前記ガス穴内に残留する、被研磨材および研磨材を含む残渣を除去することを特徴とするシャワープレートの洗浄方法とする。

また、プラズマ処理室と、前記プラズマ処理室にガスを導入するシャワープレートとを備えたプラズマ処理装置で用いるシャワープレートの洗浄方法において、前記プラズマ処理室にガスを導入するための複数の穴を有し、研磨材で研磨処理されたシャワープレートを準備する準備工程と、濃硝酸と過酸化水素水とを含む硝酸過水を用いて研磨処理された前記シャワープレートを洗浄する洗浄工程とを有することを特徴とするシャワープレートの洗浄方法とする。

本発明によれば、濃硝酸と過酸化水素水とを用いることにより、プラズマ処理装置で用いるシャワープレートの穴部の残渣を効果的に除去することのできるシャワープレートの洗浄方法を提供することができる。

本発明の第１の実施例に係るシャワープレートの洗浄方法工程を示す処理フロー図である。 第１の実施例で洗浄するガス穴を有する石英シャワープレートの例を示す概略部分断面図である。 従来の石英部品の洗浄方法を示す処理フロー図である。 本発明の第１の実施例に係るシャワープレートの洗浄方法で用いた薬液の洗浄効果を確認した実験例であり、溶解セシウム量と浸漬時間との関係を示すグラフである。

本発明は、ドライエッチング等のプラズマ処理を行うウエハに対向したシャワープレートに起因する異物を低減するためのものであり、シャワープレートのガス穴内に残留する残渣を効率的に除去するものである。なお、プラズマ処理装置は、例えばプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置によりプラズマが発生する減圧可能なプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室を含む真空容器にガスを供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置により供給されたガスを前記プラズマ処理室に導入するシャワープレートと、前記プラズマ処理室内に配置されプラズマ処理を施すウエハを保持するウエハ台と、前記ウエハ台上に支持される前記ウエハに高周波を印加する装置と、前記プラズマ処理室を減圧する真空排気装置を備える。

発明者等は、従来の洗浄方法で研磨した石英シャワープレートに残留する研磨材残渣を効果的に除去できない理由について検討した。以下、検討結果を示す。

石英部品の洗浄に関する上記従来技術では、石英から成る半導体装置部品の表面上に存在する付着物および残渣に対しては効率良く除去することが可能である。しかしながら、石英製のシャワープレートのように、石英基材に微小径の穴をあけた加工物の穴の中の残渣除去に対しては考慮されていない。すなわち、シャワープレート表面に残留する残渣等が洗浄液に十分な面積で接触することを前提としており、微小穴径（例えば穴径が０．３ｍｍ以下）である石英シャワープレート穴内の残渣では、薬液と接触することができない。その結果、穴の出口に近い部分から溶解することになり、シャワープレートの穴内の残渣をすべて除去するためには、非常に長時間を要することになる。また、残渣が付着している石英シャワープレートの内面から、残渣ごと溶かして除去するという方法もあるが、シャワープレートの穴径が拡大することから、使用することは困難である。

次に、シャワープレートの穴内の残渣について調べた。半導体製造装置に使用する石英製のシャワープレートにおいて、石英基材に微小径の穴をあけた加工物の穴の中の残渣除去を分析すると、ＳｉＯとＣｅＯであるが、そのほとんどはセリウムであった。これは被加工材料である石英と石英を研磨する際に使用する研磨材がセリウムであったためであり、研磨材が炭化ケイ素の場合はＳｉＣ、研磨材がアルミナの場合はＡｌＯ、研磨材がジルコニアの場合はＺｒＯである。

これらの研磨材であるセラミックスを小径の穴内から除去するためには、小径の穴の内部に洗浄液を導入し、固まっているセラミックス残渣を水流によって洗い流す方法や、超音波洗浄等を利用して固化したセラミックスの表面から崩壊させて除去する方法が考えられる。シャワープレートのガス穴の直径が大きい場合は流量等も十分であるが、ガス穴の直径が０．３ｍｍ以下の場合は流量が少なく、残留物を効率良く除去することは困難である。この場合（ガス穴の直径が０．３ｍｍ以下）研磨材を酸溶液に溶解させることが有効であり、セラミックスを溶解させる溶液として濃硝酸を利用する方法がある。シャワープレート（ガス穴の直径が０．３ｍｍ以下）に残留する研磨材のセラミックスを除去するためにシャワープレートを濃硝酸に浸漬する場合、完全に溶解するためには非常に長時間が必要となる。検討の結果、発明者等は、濃硝酸と過酸化水素水を混合し、洗浄溶液のＰＨ濃度を管理することで、微細な穴内部であっても効率良く残留セラミックスの除去が可能であることがわかった。例えば、溶解するセラミックスがセリウム（ＣｅＯ）である場合、溶液のＰＨ濃度とセリウム溶解量との関係を検討すると、セリウムがＣｅ４＋の状態では強酸性溶液でのみ溶解するが、Ｃｅ３＋に変化した場合は弱酸性溶液にも溶解するという性質がある。セリウム溶解試験で、シャワープレートのガス穴に含まれるセリウムを濃硝酸溶液で溶かす場合、常温雰囲気では３０時間以上を必要としたが、（濃硝酸＋過酸化水素水）の溶液を使用した場合、同様のシャワープレートのガス穴に含まれるセリウムを溶かすために要した時間は２時間以内であった。本発明は上記知見により生まれたものである。
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係るシャワープレートの洗浄方法を示す処理フローの概略図である。まず、プラズマ処理室にガスを導入するための複数の穴を有し、研磨材で研磨処理されたシャワープレートを準備する。次いで、図１に示す処理フローに従って洗浄する。即ち、図中の脱脂洗浄の工程１１、水洗浄の工程１２、純水超音波洗浄の工程１３、（濃硝酸＋過酸化水素水）洗浄の工程１４、フッ酸洗浄の工程１５、純水洗浄の工程１６、乾燥処理工程１７は、機械加工が終了した石英部品であるシャワープレートを洗浄する工程である。純水超音波洗浄の工程１３とフッ酸洗浄の工程１５の間に、硝酸過水（濃硝酸＋過酸化水素水）洗浄の工程１４を入れているが、この工程は純水超音波洗浄の工程１３の前でも良い。また、硝酸過水洗浄の工程は、硝酸過水液へのシャワープレートの浸漬処理としたが、硝酸過水蒸気中にシャワープレートを曝す処理とすることもできる。

図２は、図１に示す洗浄方法を適用するシャワープレートのガス穴部を拡大した概略図である。純水超音波洗浄の工程１３および（濃硝酸＋過酸化水素水）洗浄の工程１４で、シャワープレート２１に設けられたプロセスガスを導入するガス穴２２内に残留する、セリウム等のセラミックスから成る残留物２３を、純水超音波洗浄の工程１３で物理的に、（濃硝酸＋過酸化水素水）洗浄の工程１４で化学的に処理することで、除去することが可能となる。これらの処理を施した後に、フッ酸洗浄の工程１５において、石英表面層をごく僅かに溶解し除去することで、セリウム等のセラミックスから成る残留物をなくすことが可能となる。即ち、プラズマ処理装置内で使用するシャワープレート等の石英部品のガス穴等の微小な空間に残留する、セリウム等のセラミックスから成る研磨材を効率良く除去することができるため、半導体デバイスを作成中に試料台のウエハ上に研磨材起因の異物が落下することがなくなる。その結果、半導体デバイスの生産性を低下するようなこともなくなる。

図３は従来の石英部品の洗浄方法を示す処理フローの概略図である。純水超音波洗浄の工程１３の後にフッ酸洗浄１５の工程が配置されており、純水超音波洗浄の工程１３で除去できないセリウム等のセラミックス残渣を、フッ酸洗浄の工程１５で取り除かなくてはならない。フッ酸洗浄は石英を溶かしながら付着した残留物を除去するという工程であるため、例えばシャワープレート２１に設けられたガス穴２２内に含まれるセリウム等のセラミックスから成る残渣２３を除去するためには、フッ酸がガス穴２２内面の全領域に行きわたるまで浸漬する必要が生じる。その結果洗浄には長時間を要し、本来は溶解したくないガス穴２２の内面と反応し、ガス穴の内径を拡大してしまう。シャワープレート２１の寿命はガス穴２２の内径によって決まっており、従来の洗浄でガス穴２２内の残渣を除去すれば、プラズマ処理装置でシャワープレートを使用する前に寿命となり、使用することができない。また、純水超音波洗浄の工程１３で、シャワープレート２１のガス穴２２内に含まれるセリウム等のセラミックスから成る残渣２３を除去する場合、通常使用する超音波の周波数ではガス穴２２内に超音波が侵入しないため、残留物を除去する効果は無いことになる。

図４は、研磨材として用いるセリウムを、濃硝酸の溶液に浸漬した場合と、（濃硝酸＋過酸化水素水）の溶液に浸漬した場合の浸漬時間と溶解したセリウムの量の関係である。これによれば、（濃硝酸＋過酸化水素水）の溶液に浸漬することで、溶解量が著しく促進されていることが分かる。

そこで、穴径が０．３ｍｍの複数のガス導入穴を有するプラズマ処理装置で用いるため石英シャワープレートを、酸化セリウムを研磨材とする平面研磨工程を含む機械加工を行ない、図１に示す処理フローに従って洗浄したところ、穴内の研磨材残渣を短時間で効率よく除去することができた。このシャワープレートをプラズマ処理装置に取り付けてウエハのプラズマエッチングを行なったところ、ウエハへの異物付着を低減することができた。シャワープレート製作時にガス穴内面に付着した残渣を除去し、ウエハ上に形成される半導体デバイスの欠陥を低減することで、長期安定性に優れたプラズマ処理装置を提供することができる。

以上、本実施例によれば、濃硝酸と過酸化水素水の混合溶液を用いた洗浄を用いることにより、プラズマ処理装置で用いるシャワープレートの穴部の残渣を効果的に除去することのできるシャワープレートの洗浄方法を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１…脱脂洗浄工程、１２…水洗浄工程、１３…純水超音波洗浄工程、１４…（濃硝酸＋過酸化水素水）洗浄工程、１５…フッ酸洗浄工程、１６…純水洗浄工程、１７…乾燥処理工程、２１…石英シャワープレート、２２…ガス穴、２３…セラミックス残渣。

Claims (8)

1. プラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置によりプラズマが発生する減圧可能なプラズマ処理室と、前記プラズマ処理室を含む真空容器にガスを供給するガス供給装置と、前記ガス供給装置により供給されたガスを前記プラズマ処理室に導入するシャワープレートと、前記プラズマ処理室内に配置されプラズマ処理を施すウエハを保持するウエハ台と、前記ウエハ台上に支持される前記ウエハに高周波を印加する装置と、前記プラズマ処理室を減圧する真空排気装置を備えたプラズマ処理装置におけるシャワープレートの洗浄方法において、
   前記プラズマ処理室にガスを導入するための複数のガス穴の加工処理及び研磨材で平面研磨処理されたシャワープレートを準備する準備工程と、
   濃硝酸と過酸化水素水とを用いて前記シャワープレートを洗浄する洗浄工程とを有し、
   前記ガス穴の加工処理時や前記平面研磨処理時に前記ガス穴内に残留する、被研磨材および研磨材を含む残渣を除去することを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
2. 請求項１記載のシャワープレートの洗浄方法において、
   前記洗浄工程は、前記濃硝酸と過酸化水素水との混合溶液への前記シャワープレートの浸漬処理を含むことを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
3. 請求項１記載のシャワープレートの洗浄方法において、
   前記洗浄工程の後に、前記シャワープレートをフッ酸を用いて洗浄するフッ酸洗浄工程を更に有することを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
4. 請求項１記載のシャワープレートの洗浄方法において、
   前記洗浄工程は、前記濃硝酸と過酸化水素水を含む硝酸過水から成る水蒸気中に前記シャワープレートを曝す処理を含むことを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
5. 請求項１記載のシャワープレートの洗浄方法において、
   前記シャワープレートは、前記ガスを前記ウエハ全面に均一に供給するものであることを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
6. 請求項１記載のシャワープレートの洗浄方法において、
   前記洗浄工程の前又は後に、前記シャワープレートを純水超音波を用いて洗浄する純水超音波洗浄工程を更に有することを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
7. プラズマ処理室と、前記プラズマ処理室にガスを導入するシャワープレートとを備えたプラズマ処理装置で用いるシャワープレートの洗浄方法において、
   前記プラズマ処理室にガスを導入するための複数の穴を有し、研磨材で研磨処理されたシャワープレートを準備する準備工程と、
   濃硝酸と過酸化水素水とを含む硝酸過水を用いて研磨処理された前記シャワープレートを洗浄する洗浄工程とを有することを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。
8. 請求項７記載のシャワープレートの洗浄方法において、
   前記シャワープレートは、前記プラズマ処理室内に配置されプラズマ処理を施すウエハを保持するウエハ台の上部に配置されるものであることを特徴とするシャワープレートの洗浄方法。

Images