JP2013140950A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】減圧可能な処理容器12と、処理容器にてウエハWを載置する載置台20を兼ねた下部電極と、下部電極と対向するように配置された上部電極又はアンテナ電極と、処理容器内にハロゲン含有ガス及び酸素ガスを含むガスを導入するガス供給源32と、上部電極、アンテナ電極又は下部電極の少なくともいずれかの電極へプラズマ生成用の高周波電力を印加する高周波電力源18と、プラズマ生成用の高周波電力により前記ガスをプラズマ化し、プラズマの作用により載置台上のウエハをプラズマ処理する手段と、を有し、処理容器内のプラズマに晒される面のうち、少なくともウエハの載置位置より上部電極側、アンテナ電極又は下部電極側の高さにある面の一部又は全部はフッ化化合物で被膜されていることを特徴とするプラズマ処理装置10が提供される。
【選択図】図2
Description
近年、プラズマプロセスによる微細化が進み、エッチング加工により半導体ウエハ(以下、ウエハと称呼する。)上に形成される線幅は20nm又はそれ以下が要求されている。これに応じて、プラズマプロセスにおいて以前は問題にならなかった微小パーティクルの問題が生じている。60nm以下の微小パーティクルがパターン上に落ちると、例えば線幅20nmのラインがショートしたり、その後のエッチング加工や堆積工程等の障害になりラインを形成できなくなる、いわゆるキラーディフェクト(Killer Defect)となる。いわゆるキラーディフェクト(Killer Defect)の問題である。これによれば、ウエハ内で設計通りの電気的特性(Yield)が得られなくなり生産性が低下する。よって、近年の微細加工の要求とともに微小パーティクルの低減及び撲滅の要求も以前と比べて非常に厳しくなっている。
[プラズマ処理装置の概略構成]
まず、本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理装置10の概略構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るプラズマ処理装置10の概略構成を示した縦断面図である。
(パーティクルの数)
かかる構成のプラズマ処理装置10を用いて、発生するパーティクル数について検証した。ここでは、図2(a)に示したように、まず、チャンバ(処理容器)内のウェットクリーニング等を含むチャンバのメンテナンス後、ダミーウエハへのプラズマ処理とウエハレスドライクリーニング(WLDC)とを行うセットを25枚のダミーウエハについて繰り返す。その後、クリーニング用ウエハ等を使用した通常のドライクリーニング(DC)を行い、NPPC(Non Plasma Perticle Cleaning)を行う。NPPCは、パージガスを真空装置内に流入および排気させながら高電圧電源から高電圧を断続的に処理容器内に投入する動作であり、処理容器をクリーニングするために行われる。ダミーウエハのレシピは2ステップから構成され、ダミーウエハの処理ガスとして、1ステップ目はCF系ガス/CHF系ガス/Arガス/O2ガスが供給され、2ステップ目はN2/N2のガスが供給される。ウエハレスドライクリーニング(WLDC)及びドライクリーニング(DC)では、Ar/O2のガスが供給される。これにより、処理容器12のプラズマに晒される面は、フッ化→還元→酸化のサイクルを繰り返す。
つぎに、溶射皮膜にフッ化イットリウムYF3を用いた場合と酸化イットリウムY2O3を用いた場合とを比較してプラズマプロセスのエッチングレートに差異が生じるか否かを検証した。図3にその結果を示す。グラフの横軸はウエハ枚数、縦軸はエッチングレートE/R(nm/min)である。ここでは、SiC膜をエッチングしている。
つぎに、溶射皮膜にフッ化イットリウムYF3を用いた場合と酸化イットリウムY2O3を用いた場合とをICP−Mass(誘導結合プラズマ質量分析装置)及びEDX(エネルギー分散型X線分光法:Energy Dispersive X−ray Spectroscopy)を用いて分析した。分析結果を図4に示す。
ここで、イットリアYのパーティクル発生の原理について、図5を参照しながら説明する。図5の上段は、処理容器内のプラズマに晒される面が酸化イットリウムY2O3の溶射皮膜で形成されている場合を示し、図5の下段は、処理容器内のプラズマに晒される面がフッ化イットリウムYF3の溶射皮膜で形成されている場合を示す。また、いずれの場合も左側から右側に向かってハロゲン含有ガス(ここでは、フッ素系)のプラズマにより最表層がどのように変質するかを示している。
次に、発明者らは、プラズマ処理装置10に設けられた耐プラズマ性部材であるデポシールド上部、シャッター、デポシールド下部、バッフル板、リングボトムシールドに形成された酸化イットリウムY2O3の溶射面からカバーを外して各部材の酸化イットリウムY2O3の溶射面を一つずつ露出することにより、イットリアYの発生源を検出した。
また、発明者らは、酸化イットリウムY2O3及びフッ化イットリウムYF3の溶射皮膜の表面及び断面を走査型電子顕微鏡SEM(scanning electron microscope)で観察した。その結果、両溶射皮膜の表面状態は同等であった。また、酸化イットリウムY2O3の気孔率は3.3%、フッ化イットリウムYF3の気孔率は2.1%であった。よって、フッ化イットリウムYF3の溶射皮膜のほうが若干緻密であることがわかった。以上から、フッ化イットリウムYF3の溶射皮膜は酸化イットリウムY2O3の溶射皮膜に対して遜色ない同等以上の良質の膜であることが検証された。
更に、発明者らは、フッ化イットリウムYF3の溶射皮膜の密着力について引っ張り試験を行った。図9(b)には引っ張り試験に用いられた検体の構造が示され、図9(a)には、その検体を用いた引っ張り試験により、フッ化イットリウムYF3の溶射皮膜の密着力の実験結果が示されている。
[プラズマ処理装置の概略構成]
次に、本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理装置50の概略構成について、図10Aを参照しながら説明する。図10Aは、第2実施形態に係るプラズマ処理装置50の概略構成を示した縦断面図である。第2実施形態に係るプラズマ処理装置50は、Magnetron RIEプラズマ処理装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型の処理容器52を有している。処理容器52は接地されている。
図10Bに示したプラズマ処理装置50では、天井面84(上部電極)の下面であってウエハWと対向する位置にシリコンで形成された円板状部材94が設けられている点が図10Aに示したプラズマ処理装置50と異なる。円板状部材94にフッ化イットリウムYF3の溶射皮膜は形成されていない。
図10A及び図10Bに示したいずれのプラズマ処理装置50も、天井面84、円板状部材94から載置台60までのギャップBは狭く、図1に示したプラズマ処理装置10におけるギャップAの1/4程度である。ギャップが広い図1のプラズマ処理装置10では、プラズマ生成用の高周波電力が印加される上部電極に対してプラズマから見たグラウンド面は、ウエハWより上側であってプラズマ生成空間の主に側面、すなわち、デポシールド上部にあった。そのため、図8の実験結果からもわかるように、デポシールド上部からのイットリアYのパーティクル発生が支配的であった。
(パーティクルの数)
以上の予測の下、第2実施形態に係るプラズマ処理装置50を用いて、パーティクル数を検証した。ここでは、図11(a)のプラズマ処理の順番に関する説明図に示したように、まず、チャンバ(処理容器)内のウェットクリーニング等を含むチャンバのメンテナンス後、処理容器内の雰囲気を整え(シーズニング)、25枚のダミーウエハにプラズマ処理を行う。その後NPPC(Non Plasma Perticle Cleaning)を行う。ダミーウエハのレシピは1ステップから構成され、ダミーウエハの処理ガスとしてCHF3/CF4/Ar/O2のガスが供給される。ドライクリーニング(DC)では、O2のガスが供給される。これにより、処理容器12のプラズマに晒される面は、フッ化→酸化のサイクルを繰り返す。
つぎに、第2実施形態に係るプラズマ処理装置50においても、溶射皮膜にフッ化イットリウムYF3を用いた場合と酸化イットリウムY2O3を用いた場合とをICP−Mass及びEDXを用いて分析した。図13にその結果を示す。
次に、発明者らは、第2実施形態においても、プラズマ処理装置50の耐プラズマ性部材であるデポシールド、シャッター、バッフル板、上部電極に形成された酸化イットリウムY2O3の溶射面を一つずつ露出することにより、イットリアYの発生源を検出した。
次に、第1及び第2実施形態に係るフッ化イットリウムYF3の溶射皮膜例について、図16を参照しながら説明する。図16(a)(b)(c)に示したように、フッ化イットリウムYF3の溶射皮膜にはさまざまなバリエーションが存在する。例えば、図16(a)では、処理容器のチャンバ壁等を構成するAl基材110の直上に陽極酸化処理されたアルミナAl2O3120を被覆し、その上部に酸化イットリウムY2O3130を溶射により形成し、最表層にフッ化イットリウムYF3100の溶射皮膜を形成する。ここでは、酸化イットリウムY2O3130の厚さは190μm、フッ化イットリウムYF3100の厚さは10μmである。このように溶射被膜を酸化イットリウムY2O3130とフッ化イットリウムYF3100とで形成する場合、全体の厚さ200μmに対して、フッ化イットリウムYF3100の厚さは200μm未満であってもよい。より好ましくは、全体の厚さ200μmに対して、フッ化イットリウムYF3100の厚さは100nm〜50μmであり、残りが酸化イットリウムY2O3130で形成されてもよい。
以上の各実施形態では、フッ化化合物として、フッ化イットリウムYF3を例に挙げて説明したが、各実施形態に係るプラズマ処理装置には、他のフッ化化合物を用いることもできる。例えば、フッ化化合物を形成する材料は、希土類元素、Ca及びMgを含むアルカリ土類元素のフッ化化合物であってもよい。
上記各実施形態に係るYF3の溶射皮膜について実験を行った。最初に、YF3の溶射皮膜の表面粗さRaについての実験を行った。図20は、一実施形態において異なる表面粗さRaのYF3の溶射皮膜を電子ビーム等のエネルギー線を用いて溶融後、再結晶化した表面SEM像の一例を示す。図20(a)は、表面粗さRaが10.2の場合の表面SEM像である。図20(b)は、表面粗さRaが5.4の場合の表面SEM像である。図20(a)の表面粗さRaが10.2の場合、再結晶化したYF3の溶射皮膜の表面に緻密化していない欠陥部分Tが発生している。一方、図20(b)の表面粗さRaが5.4の場合、再結晶化したYF3の溶射皮膜の表面は緻密化しており滑らかである。
更に、YF3の溶射皮膜のプラズマによる改質について実験を行った。Y2O3の溶射皮膜のプラズマによる改質についての実験と比較しながら考察する。図24は、ハロゲン含有ガスとしてCF4ガス、O2ガスの順に各ガスから生成されたプラズマに暴露した後のYF3の溶射皮膜とY2O3の溶射皮膜との比較結果を示した図である。
以上、添付図面を参照しながら本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の技術的範囲に属するものと了解される。
12、52 処理容器
16 上部電極
18、28、68 高周波電力源
20,60 載置台(下部電極)
22,62 静電チャック
26 フォーカスリング
27,43,67,90 溶射皮膜
32 ガス供給源
36,76 バッフル板
38U デポシールド上部
38L デポシールド下部
40、80 シャッター
42、82 リングボトムシールド
78 デポシールド
84 天井面(上部電極)
94 円板状部材
Claims (18)
- 高周波電力によりガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理体を載置する載置台として機能する下部電極と、
前記処理容器に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極又はアンテナ電極と、
前記処理容器内にハロゲン含有ガス及び酸素ガスを含むガスを導入するガス供給源と、
前記上部電極、前記アンテナ電極又は前記下部電極の少なくともいずれかの電極へプラズマ生成用の高周波電力を印加する高周波電力源と、を備え、
前記プラズマに晒される前記処理容器内の面のうち、少なくとも前記被処理体の載置位置より前記上部電極側、前記アンテナ電極又は前記下部電極側の高さにある面の一部又は全部はフッ化化合物で被膜されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記フッ化化合物を形成する材料は、Y、Ce、Eu、Sm、Yb、Dy、Gd、Ca、Mgのいずれかの材料を含有するフッ化化合物であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物を形成する材料は、YF3を含有するフッ化化合物であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物の最表層は、ハロゲン含有ガス及び酸素ガスを含むガスから生成されたプラズマにより、20nm以下の厚さのY−F−O層、又はY−F−O層に更にCl及びBrを含む層に変質されることを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物は、溶射皮膜、PVD(Physical Vapor Deposition)又はCVD(Chemical Vapor Deposition)により形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物を形成する材料は、Yを含まないフッ化化合物であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物を形成する材料は、Al、Siを含むフッ化化合物であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物は、金属の基材上に直接又は1以上の絶縁物の被膜を介して最表層に形成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物は、Alの基材、Y2O3膜又はAl2O3膜のいずれかの直上に形成されていることを特徴とする請求項8に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物の膜厚は、300μm未満であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物の膜厚は、200μm未満であることを特徴とする請求項10に記載のプラズマ処理装置。
- 前記フッ化化合物の最表層は、エネルギー線の照射により溶解した後再結晶化されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマに晒される前記処理容器内の面のうち、バッフル板より前記上部電極側の高さにある面の一部又は全部は前記フッ化化合物で被膜されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記プラズマに晒される前記処理容器内の面のうち、いずれの面を前記フッ化化合物で被膜するかは、前記載置台から前記処理容器の天井面までのギャップに応じて決定されることを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理容器内に設けられたデポシールド、シャッター、バッフル板及びリングボトムシールドの少なくともいずれかのプラズマに晒される面は前記フッ化化合物で被覆されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記載置台の静電チャックの側面、又は該静電チャックの側面と上面とは前記フッ化化合物で被覆されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記載置台に載置される被処理体の周縁部を覆うフォーカスリングの上面は前記フッ化化合物で被覆されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、被処理体を載置する載置台を兼ねた下部電極と、
前記処理容器に設けられ、前記下部電極と対向するように配置された上部電極又はアンテナ電極と、
前記処理容器内にガスを導入するガス供給源と、
前記上部電極、前記アンテナ電極又は前記下部電極の少なくともいずれかの電極へプラズマ生成用の高周波電力を印加する高周波電力源と、を備えるプラズマ処理装置用のプラズマ処理方法であって、
前記プラズマに晒される前記処理容器内の面のうち、少なくとも前記被処理体の載置位置より前記上部電極、前記アンテナ電極又は前記下部電極の高さにある面の一部又は全部がフッ化化合物で被膜されている処理容器内に、前記ガス供給源からハロゲン含有ガス及び酸素ガスを含むガスを導入する工程と、
前記高周波電力源から前記処理容器内にプラズマ生成用の高周波電力を供給する工程と、
前記プラズマ生成用の高周波電力により前記ガスをプラズマ化し、該プラズマの作用により前記載置台上の被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とするプラズマ処理方法。
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