JP2017010972A - Plasma processing device - Google Patents

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侯然 廣田
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義人 釜地
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茂 白米
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing device capable of reducing a processing variation and an increase in pattern defects caused due to an AlF deposit on a surface of a processing chamber and a peeled AlF deposit, the AlF deposit being formed by performing etching including an Al material.SOLUTION: A plasma processing device including a processing chamber 120 and a sample stage 111 and performing plasma etching of an Al-containing film layer that is formed on a wafer includes: first inner wall members (101, 102) made of quartz, which are in contact with plasma; and a second inner wall member 103 disposed at a position that is not in contact with plasma and containing Al or Y.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus.

近年の半導体集積回路の高集積化及び高速化に伴い、ゲート電極の更なる微細化が要求されている。国際半導体ロードマップ2013によると、今後数年の間に高速ロジックデバイスのゲート寸法は10nmレベルに達し、Åレベル(3σ=1nm以下)の加工寸法精度が要求されている。わずかなゲート電極の寸法変動がソース/ドレイン電流やスタンバイ時のリーク電流値を大きく変動させるため、ゲート電極の寸法(CD:Critical Dimension)精度等加工形状の安定化は、歩留まり向上のための重要な要件である。   With the recent high integration and high speed of semiconductor integrated circuits, further miniaturization of gate electrodes is required. According to the international semiconductor roadmap 2013, the gate dimension of high-speed logic devices will reach the 10 nm level in the next few years, and the processing dimension accuracy of the Å level (3σ = 1 nm or less) is required. Slight variations in gate electrode dimensions cause large fluctuations in source / drain current and standby leakage current values, so stabilization of the processing shape such as gate electrode dimension (CD: Critical Dimension) accuracy is important for improving yield. It is a necessary requirement.

加工形状(CD精度、形状異方性、材料選択比等)に影響を与える一つの要因に、処理室表面へのエッチング反応生成物の堆積がある。堆積物の有無により、同じ条件でプラズマを生成したとしても、処理室表面におけるラジカルの消費量やラジカルの再結合確率が著しく変化することがプラズマ中の気相計測により解明されてきた。例えば、非特許文献1には、Clプラズマ中のClラジカル量が処理室表面のSiCl堆積物の有無によって数倍異なることが開示されている。プラズマ中のラジカル密度が変化すれば、加工形状もまた変化する。また、加工時の反応生成物は、トランジスタに用いられる材料やガス種により多岐に渡る種類がある。近年トランジスタ特性を改善するため、従来のPoly−Si/SiO構造からHigh−K/MetalGate構造へ移行すると共に、平面型トランジスタから立体型トランジスタ構造への移行が進んでいる。このため、トランジスタに使用される材料(例えば、ゲートのメタル化、High−Kゲート絶縁膜材料、III−V族チャネルの採用等)の種類は多様化しており、処理室表面に堆積する難揮発性材料の種類も多様化している。 One factor that affects the processing shape (CD accuracy, shape anisotropy, material selection ratio, etc.) is the deposition of etching reaction products on the surface of the processing chamber. It has been elucidated by gas phase measurement in plasma that even if plasma is generated under the same conditions depending on the presence or absence of deposits, radical consumption and radical recombination probability on the surface of the processing chamber change significantly. For example, Non-Patent Document 1 discloses that the amount of Cl radicals in the Cl 2 plasma varies several times depending on the presence or absence of SiCl x deposits on the surface of the processing chamber. If the radical density in the plasma changes, the machining shape also changes. Further, there are various kinds of reaction products at the time of processing depending on materials and gas types used for transistors. In recent years, in order to improve transistor characteristics, a transition from a conventional Poly-Si / SiO 2 structure to a High-K / MetalGate structure and a transition from a planar transistor to a three-dimensional transistor structure are progressing. For this reason, the types of materials used for transistors (for example, metallization of gates, use of high-K gate insulating film materials, III-V channel, etc.) are diversified, and hardly volatilize deposited on the processing chamber surface. The types of functional materials are also diversifying.

歩留まり向上のための重要なもう一つの要素に、パターン欠陥の抑制がある。エッチング処理装置においてパターン欠陥を生じる原因の一つとして、処理室表面への反応生成物の堆積がある。量産処理を続けるうちに成長する処理室表面の堆積物は、ある時に剥離してウエハ上に落下する。落下した堆積物はウエハ下層のエッチングを阻害するマスクとして働くため、パターン欠陥を生み、製品の歩留まり低下を招く。このようなエッチングを阻害する物質は異物と呼ばれる。ゲート寸法の細線化に伴い、許容される異物粒径と異物数は年々低下しており、量産処理はその厳しさを増している。   Another important factor for improving the yield is suppression of pattern defects. One cause of pattern defects in the etching processing apparatus is the deposition of reaction products on the surface of the processing chamber. Deposits on the surface of the processing chamber that grows as the mass production process continues are peeled off at some point and dropped onto the wafer. The fallen deposit acts as a mask that hinders etching of the lower layer of the wafer, so that a pattern defect is generated and the yield of the product is reduced. Such a substance that inhibits etching is called foreign matter. As the gate dimension is reduced, the allowable particle size and the number of foreign particles are decreasing year by year, and the mass production process is becoming more severe.

上記をまとめると、量産の歩留まりを向上させるためには、加工形状の安定化と異物の低減を両立するエッチング装置が必要となる。そして、これらの問題は前述したように処理室表面の堆積物と密接な関係がある。これまで、配線用に用いられるアルミ材料のエッチング工程において、処理室表面に反応生成物であるAlFが堆積し、加工形状の変動及び異物を発生させる問題が度々起きている。CD変動値及び異物の発生数がある閾値を超えると、量産処理を中止してメンテナンスを行わざるを得ない。これはMTBC(Mean Time Between Clean)減少の原因となる。   In summary, in order to improve the yield of mass production, an etching apparatus that achieves both stabilization of the processing shape and reduction of foreign matters is required. These problems are closely related to deposits on the surface of the processing chamber as described above. Until now, in the etching process of an aluminum material used for wiring, there has been a problem that AlF as a reaction product is deposited on the surface of the processing chamber, resulting in a variation in processing shape and generation of foreign matter. If the CD fluctuation value and the number of occurrences of foreign matter exceed a certain threshold, mass production processing must be stopped and maintenance must be performed. This causes a decrease in MTBC (Mean Time Between Clean).

この問題を回避するため、従来、処理室表面のフッ化アルミ除去に関する検討や異物・金属汚染低減に関する検討が、プロセス、ハードの両面で行われてきた。ドライクリーニング(プロセス)に関する特許文献1には、BClとClの混合ガスを用いてアルミ成分のクリーニング処理を行った後に、フロロカーボン膜を付着させて異物の低減を図る方法が示されている。ハードに関する特許文献2では、処理室内を構成する部品にシリカ系皮膜やアルミ合金を使用することにより金属元素の飛散を抑制し、金属汚染を低減する技術が開示されている。また、プラズマ処理装置の表面材料にプラズマ耐性のあるイットリウム系材料を適用する技術も公開されている。 In order to avoid this problem, conventionally, studies on the removal of aluminum fluoride from the surface of the processing chamber and studies on the reduction of foreign matter and metal contamination have been carried out in both processes and hardware. Patent Document 1 relating to dry cleaning (process) shows a method for reducing foreign matters by attaching a fluorocarbon film after cleaning the aluminum component using a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 . . Patent Document 2 relating to hardware discloses a technique for reducing metal contamination by suppressing the scattering of metal elements by using a silica-based film or an aluminum alloy for components constituting the processing chamber. In addition, a technique for applying an yttrium-based material having plasma resistance to a surface material of a plasma processing apparatus has been disclosed.

特開2001−176843号公報JP 2001-176843 A 特開2002−359233号公報JP 2002-359233 A

S. J. Ullal, T. W. Kim, V. Vahedi, and E. S. Aydil, J. Vac. Sci. Technol., A 21, 589 (2003).S. J. Ullal, T. W. Kim, V. Vahedi, and E. S. Aydil, J. Vac. Sci. Technol., A 21, 589 (2003).

特許文献1に示される装置では、フッ化アルミは除去できるが、処理室を形成するセラミックス材料が高密度のBCl/Clクリーニングで削ずられる。このセラミックス材料の削れに起因して発生する異物粒径と異物数は、近年のフロントエンドプロセスでは許容し難いものとなってきた。この対策として、プロセス中の放電で容易に除去できないほどの量のカーボン被膜をつけてセラミックス材料の表面が露出しないように最適化する運用方法が考えられる。しかし、カーボン系皮膜は酸素、塩素、フッ素系放電で容易に除去されてしまう傾向にあるため、このようなプロセスに耐え得るカーボン系被膜量を付着させようとすると、大幅な処理時間の増加によってタクトタイムの増加を招いてしまう。 In the apparatus disclosed in Patent Document 1, aluminum fluoride can be removed, but the ceramic material forming the processing chamber is scraped by high-density BCl 3 / Cl 2 cleaning. The particle size and the number of foreign particles generated due to the cutting of the ceramic material have become unacceptable in recent front-end processes. As a countermeasure for this, an operation method is conceivable in which an amount of carbon coating that cannot be easily removed by electric discharge during the process is applied so that the surface of the ceramic material is not exposed. However, since carbon-based coatings tend to be easily removed by oxygen, chlorine, and fluorine-based discharges, an attempt to attach a carbon-based coating amount that can withstand such a process results in a significant increase in processing time. Increases tact time.

特許文献2に示されるように、処理室内を構成する部品にシリカ系材料やアルミ合金を使用することにより、AlFに起因する異物を低減する潜在的な可能性がある。しかし、処理室表面材料は、プラズマ中に発生するラジカルやイオンやウエハの反応生成物との物理化学反応を考慮して慎重に選定しなければならない。この選定において、処理室表面材料のエッチングプロセスにおける消耗量(削れ量)は、その処理室表面材料が適切であるか否かを判断する一つの基準となってきた。また、処理室表面材料の削れ量を判断する一つの指標には、プラズマの密度がある。例えば、プラズマの高密度部では、ガス温度が高くラジカル密度やイオン密度も高いため、低密度部よりも処理室表面材料が多量に削れる傾向にある。処理室表面材料が削れる場合、表面材料の一部を主成分とする難揮発性の反応生成物が発生し、処理室内への堆積量や異物数の増加を促進させる原因となる。このような異物発生を生じない表面材料をプロセス条件や反応生成物の付着組成状態やエッチング特性の観点から注意深く選定しなければならない。一方、プラズマ密度の低い領域では、ウエハエッチング後に処理室表面に付着した反応生成物を除去するためのラジカルやイオンの供給量が低下する傾向にある。このため、反応生成物の付着と処理室表面材料の削れ量の微妙なバランスで表面材料上に反応生成物を主成分とする剥離フィルムが形成される。この剥離フィルムの成長が続くと、やがてチャンバ内に離脱して真空排気するターボ分子ポンプの金属製タービン翼で反射されてウエハに飛来する異物となる。従って、処理室表面上の剥離フィルムの形成は抑制しなければならない。   As shown in Patent Document 2, the use of a silica-based material or an aluminum alloy for the parts constituting the processing chamber has the potential to reduce foreign substances caused by AlF. However, the surface material of the processing chamber must be carefully selected in consideration of physicochemical reactions with radicals and ions generated in the plasma and reaction products of the wafer. In this selection, the consumption amount (scrap amount) in the etching process of the processing chamber surface material has become one criterion for determining whether or not the processing chamber surface material is appropriate. One index for determining the amount of scraping of the processing chamber surface material is the plasma density. For example, in the high density part of the plasma, the gas temperature is high and the radical density and ion density are also high, so that the processing chamber surface material tends to be scraped in a larger amount than the low density part. When the surface material of the processing chamber is scraped, a hardly volatile reaction product mainly composed of a part of the surface material is generated, which causes an increase in the amount of accumulation in the processing chamber and the number of foreign substances. A surface material that does not generate such foreign matter must be carefully selected from the viewpoint of process conditions, reaction composition adhesion composition, and etching characteristics. On the other hand, in the region where the plasma density is low, the supply amount of radicals and ions for removing reaction products adhering to the processing chamber surface after wafer etching tends to decrease. For this reason, the peeling film which has a reaction product as a main component on a surface material is formed with the delicate balance of adhesion of a reaction product and the amount of chipping of a processing chamber surface material. If this peeling film continues to grow, it eventually becomes a foreign material that is reflected by the metal turbine blades of the turbo molecular pump that detaches into the chamber and evacuates and then flies to the wafer. Therefore, the formation of a release film on the surface of the processing chamber must be suppressed.

本発明は、これらの問題点に着目してなされたものであり、Al材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のAlF堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to these problems, and processing fluctuations and patterns caused by AlF deposits on the surface of the processing chamber formed by etching containing Al material and the exfoliation thereof. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of reducing an increase in defects and capable of performing plasma processing for a long time.

上記課題を解決するための一実施形態として、真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、当該処理室内の下部に配置され上面に処理対象のウエハが載せられる試料台とを備え、前記ウエハ上面に予め形成されたアルミニウムを含んだ膜層を有する膜構造をプラズマによりエッチング処理するためのプラズマ処理装置であって、
石英を含んで構成され前記処理室の内側壁面を構成し前記プラズマに接する第1の内壁部材と、
前記第1の内壁部材の下方で前記プラズマに接しない位置に配置されアルミニウム或いはイットリウムを含んで構成された第2の内壁部材と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置とする。
As one embodiment for solving the above-mentioned problem, a processing chamber disposed inside a vacuum vessel and depressurized inside is provided, and a sample stage is disposed in the lower portion of the processing chamber and on which a wafer to be processed is placed, A plasma processing apparatus for etching a film structure having a film layer containing aluminum previously formed on the wafer upper surface with plasma,
A first inner wall member comprising quartz and constituting an inner wall surface of the processing chamber and contacting the plasma;
A second inner wall member disposed below the first inner wall member at a position not in contact with the plasma and configured to contain aluminum or yttrium;
A plasma processing apparatus characterized by comprising:

本発明によれば、Al材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のAlF堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce processing fluctuations and increase in pattern defects caused by AlF deposits on the surface of a processing chamber formed by performing etching including an Al material and the exfoliation thereof, and increase plasma defects over a long period of time. A plasma processing apparatus capable of processing can be provided.

本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理装置(マイクロ波ECRエッチング装置)の概略全体断面図である。1 is a schematic overall sectional view of a plasma processing apparatus (microwave ECR etching apparatus) according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例に係るエッチング装置を用いた場合の典型的な量産エッチングフロー(メタルクリーニング時ダミーウエハ無)である。It is a typical mass production etching flow (no dummy wafer during metal cleaning) when the etching apparatus according to the first embodiment of the present invention is used. 本発明の第1の実施例に係るエッチング装置を用いた場合の量産エッチングフロー(メタルクリーニング時ダミーウエハ有)の例である。It is an example of the mass production etching flow (with dummy wafer at the time of metal cleaning) at the time of using the etching apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るエッチング装置を用いた場合における目標CD=18nmとする製品ウエハのCD推移(電極カバーの材料がパラメータ)を示すグラフである。It is a graph which shows CD transition (the material of an electrode cover is a parameter) of the product wafer which makes target CD = 18nm at the time of using the etching apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 製品ウエハ処理における異物数の推移(電極カバーの材料がパラメータ)を示すグラフである。It is a graph which shows transition (the material of an electrode cover is a parameter) of the number of foreign materials in product wafer processing. 本発明の第2の実施例に係り、図1に示すプラズマ処理装置を用いた場合のBCl/Clプラズマによるメタルクリーニング工程におけるアルミ化合物のエッチングレートとプラズマ密度の関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between an etching rate of an aluminum compound and a plasma density in a metal cleaning process using BCl 3 / Cl 2 plasma when the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is used according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例に係り、図1に示すプラズマ処理装置を用いた場合のBCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域(電極カバー等電極よりも下部の位置)におけるシリコンコート工程と製品ウエハのエッチング工程とメタルクリーニング工程とシリコンクリーニング工程の一貫処理一回当たりの各種表面材料の削れ量を示す図である。In the second embodiment of the present invention, when the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is used, the BCl 3 / Cl 2 plasma density is 10 15 m −3 or less (position below the electrode such as an electrode cover). It is a figure which shows the scraping amount of the various surface materials per one integrated process of the silicon | silicone coating process, the etching process of a product wafer, a metal cleaning process, and a silicon cleaning process. 本発明の第2の実施例に係り、図1に示すプラズマ処理装置を用いた場合の図2Aに示すフローでの200枚連続処理後の電極カバー位置に配置された石英サンプルの表面状態を示す図であり、左側は光学写真、右側はレーザー顕微鏡像を示す。FIG. 2 shows a surface state of a quartz sample arranged at an electrode cover position after continuous processing of 200 sheets in the flow shown in FIG. 2A when the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is used according to the second embodiment of the present invention. It is a figure, the left side shows an optical photograph, and the right side shows a laser microscope image. 本発明の第2の実施例に係り、図1に示すプラズマ処理装置を用いた場合の図2Aに示すフローで200枚連続処理後のアルミナサンプルの表面状態を示す図であり、左側は光学写真、右側はレーザー顕微鏡像を示す。FIG. 2 is a diagram showing a surface state of an alumina sample after 200 sheets are continuously processed in the flow shown in FIG. 2A when the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is used according to the second embodiment of the present invention, and the left side is an optical photograph. The right side shows a laser microscope image. 本発明の第3の実施例に係るプラズマ処理装置(プラズマ遮蔽板を搭載したマイクロ波ECRエッチング装置)の概略全体断面図である。It is a schematic whole sectional drawing of the plasma processing apparatus (microwave ECR etching apparatus carrying a plasma shielding board) which concerns on the 3rd Example of this invention.

以下、本発明を実施例により説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理装置について図面を用いて説明する。図1は、プラズマ処理装置(マイクロ波ECRエッチング装置)の概略全体断面図である。本エッチング装置は、処理容器内にウエハ110を載置する電極(試料台)111と、ガス供給装置132と、天板140とシャワープレート101と、内筒102と、電極カバー103と、電磁石142と、プラズマを発生させる高周波電源150と、RFバイアス電源161と整合器162と、処理室120の真空排気バルブ171とを有している。本図に示す装置構成をベースに、本実施例に係るエッチング装置における処理室表面材料の適用構成について説明する。   A plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic overall sectional view of a plasma processing apparatus (microwave ECR etching apparatus). This etching apparatus includes an electrode (sample stage) 111 on which a wafer 110 is placed in a processing container, a gas supply device 132, a top plate 140, a shower plate 101, an inner cylinder 102, an electrode cover 103, and an electromagnet 142. A high frequency power source 150 for generating plasma, an RF bias power source 161, a matching unit 162, and a vacuum exhaust valve 171 for the processing chamber 120. Based on the apparatus configuration shown in this figure, an application configuration of the processing chamber surface material in the etching apparatus according to the present embodiment will be described.

図2Aは本実施例に係るエッチング装置を用いた場合の典型的な量産エッチングフローである。図2Aに示すフローは、シリコンコート工程S201、Al含有積層ウエハのエッチング工程S202、メタルクリーニング工程S203、シリコンクリーニング工程S204を含む。   FIG. 2A shows a typical mass production etching flow when the etching apparatus according to the present embodiment is used. The flow shown in FIG. 2A includes a silicon coating step S201, an Al-containing laminated wafer etching step S202, a metal cleaning step S203, and a silicon cleaning step S204.

シリコンコート工程S201では、例えば、SiCl/Oプラズマを用いて処理室表面材料であるシャワープレート101や内筒102と電極111にSi−O系膜を被覆する。Al含有積層ウエハのエッチング工程S202では、Cl系及びF系プラズマを用いて電極に載置したAl含有積層ウエハを加工する。メタルクリーニング工程S203は、エッチング工程S202の後にAl含有積層ウエハを電極及び処理室内から取出してから、Cl系プラズマを用いて処理室表面に堆積するAlFを除去する。シリコンクリーニング工程S204では、シリコンコート工程S201で被覆したSi−O系膜を処理室表面から除去する。それぞれの工程や流れについて、以下で詳細に説明する。 In the silicon coating step S201, for example, the Si—O-based film is coated on the shower plate 101, the inner cylinder 102, and the electrode 111, which are processing chamber surface materials, using SiCl 4 / O 2 plasma. In the Al-containing laminated wafer etching step S202, the Al-containing laminated wafer placed on the electrode is processed using Cl-based and F-based plasma. In the metal cleaning step S203, the Al-containing laminated wafer is taken out from the electrode and the processing chamber after the etching step S202, and then AlF deposited on the surface of the processing chamber is removed using Cl-based plasma. In the silicon cleaning step S204, the Si—O-based film coated in the silicon coating step S201 is removed from the processing chamber surface. Each process and flow will be described in detail below.

先ず、シリコンコート工程S201は、主に電極111にSi−O系膜を被覆することを目的として導入する。この被覆により、エッチング工程S202後に処理室に堆積するAlF等メタル堆積物を除去するメタルクリーニング工程S203においてプラズマ中のCl系ラジカルとウエハを載置しない電極111との反応を防ぐことができる。Cl系プラズマによるSi−O系膜のエッチングレートは非常に遅いため、僅かなSi−O系膜の被覆量でもメタルクリーニング工程中のプラズマに対して電極を保護する効果がある。本実施例では、SiCl/Oプラズマを用いて、電極111をSi−O系膜で被覆した。 First, the silicon coating step S201 is introduced mainly for the purpose of coating the electrode 111 with a Si—O-based film. By this coating, it is possible to prevent the reaction between the Cl radicals in the plasma and the electrode 111 on which the wafer is not placed in the metal cleaning step S203 for removing metal deposits such as AlF deposited in the processing chamber after the etching step S202. Since the etching rate of the Si—O based film by the Cl based plasma is very slow, even a slight Si—O based film coverage has an effect of protecting the electrode against the plasma during the metal cleaning process. In this example, the electrode 111 was covered with a Si—O-based film using SiCl 4 / O 2 plasma.

次に、積層されたAl含有の製品ウエハを電極111の上に載置した後に、Cl系やF系プラズマを用いて処理する。これをエッチング工程S202と定義する。エッチング後には、図1に示す処理室表面のシャワープレート101、内筒102や電極カバー103にAlFの反応生成物が堆積する。AlF反応生成物をクリーニングせずに量産処理を継続すると、処理枚数の増加と共に処理室表面のAlF堆積膜が成長を続ける。これは、やがてプロセス変動や異物の原因となる。従って、エッチング後に製品ウエハを取出してから、メタルクリーニング工程S203を実施する。この工程のプラズマ条件は、Al系化合物を揮発性物質(AlCl)に変えて除去するのに有効なCl系プラズマを用いる。特に、イオンエネルギーのアシストなく処理室表面のAlFを効率良く除去するためには、還元作用のあるガス添加が有効である(例えばボロンやカーボンや水素)。これにより主にケミカル作用でフッ化アルミや酸化アルミを除去することが可能となる。本実施例では、メタルクリーニング工程S203においてBCl/Clプラズマを用いた。 Next, after the stacked Al-containing product wafer is placed on the electrode 111, it is processed using Cl-based or F-based plasma. This is defined as an etching step S202. After the etching, AlF reaction products are deposited on the shower plate 101, the inner cylinder 102, and the electrode cover 103 on the surface of the processing chamber shown in FIG. When the mass production process is continued without cleaning the AlF reaction product, the AlF deposition film on the surface of the process chamber continues to grow as the number of processed sheets increases. This eventually causes process variations and foreign matter. Therefore, after removing the product wafer after etching, the metal cleaning step S203 is performed. As the plasma conditions in this step, Cl-based plasma effective for removing Al-based compounds by changing them to volatile substances (AlCl x ) is used. In particular, in order to efficiently remove AlF on the surface of the processing chamber without the assistance of ion energy, it is effective to add a gas having a reducing action (for example, boron, carbon, or hydrogen). This makes it possible to remove aluminum fluoride and aluminum oxide mainly by a chemical action. In this example, BCl 3 / Cl 2 plasma was used in the metal cleaning step S203.

次に、シリコンクリーニング工程S204は、シリコンコート工程S201後に堆積する電極111や処理室表面のSi−O系膜を除去するために用いる。プラズマ条件は、Si系化合物を揮発性物質(SiF)に変えて除去するのに有効なF系プラズマを用いる。本実施例では、シリコンクリーニング工程S204においてとNFプラズマを用いた。 Next, the silicon cleaning step S204 is used to remove the electrode 111 and the Si—O-based film on the surface of the processing chamber deposited after the silicon coating step S201. As the plasma conditions, F-based plasma that is effective for changing the Si-based compound into a volatile substance (SiF 4 ) and removing it is used. In this example, NF 3 plasma was used in the silicon cleaning step S204.

異物数やプロセス変動に対する効果を調べるため、図2Aのフローを用いて、約500時間の連続処理を行った。この連続処理において、電極111より上部の領域にある処理室表面のシャワープレート101や内筒102には石英製を適用した。電極111より下部の領域にある電極カバー103には石英製電極カバー或いはアルミナ製電極カバーを適用した。なお、電極カバー103は、試料台の側壁及び、側壁と連結されて試料台を支持する梁状の部材の表面を覆って構成されている。そして、石英製電極カバー又はアルミナ製電極カバーを適用する装置形態の連続処理において、異物数やプロセス変動にどのような効果があるかを調べた。以下に結果を示す。   In order to examine the effect on the number of foreign substances and process variations, continuous processing was performed for about 500 hours using the flow of FIG. 2A. In this continuous processing, quartz was applied to the shower plate 101 and the inner cylinder 102 on the surface of the processing chamber in the region above the electrode 111. A quartz electrode cover or an alumina electrode cover was applied to the electrode cover 103 in the region below the electrode 111. The electrode cover 103 is configured to cover the side wall of the sample stage and the surface of a beam-like member that is connected to the side wall and supports the sample stage. Then, the effect on the number of foreign matters and process variation was examined in the continuous processing of the apparatus configuration to which the quartz electrode cover or the alumina electrode cover was applied. The results are shown below.

図3は、目標CD(Critical Dimension)=18nmとする製品ウエハのCD推移である。処理時間の増加に従って、石英製電極カバーでは約80時間以後にCDが減少を続ける一方で、アルミナ製電極カバーでは全500時間で18±1nm以内と安定した加工を行える。   FIG. 3 shows the CD transition of the product wafer with the target CD (Critical Dimension) = 18 nm. As the processing time is increased, the CD continues to decrease after about 80 hours with the quartz electrode cover, while the alumina electrode cover can stably process within 18 ± 1 nm within 500 hours.

図4は、製品ウエハ処理における異物数の推移である。異物粒系0.04μm以上の総数を示した。アルミナ製電極カバーでは、終始異物数が10個以下と安定する一方、石英製電極カバーでは、約150時間以後に急激な異物数の増加が観測された。このため、石英製電極カバーを用いた連続処理を約210時間で中断した。また、約210時間にて発生した異物をレビューSEMで分析した結果、AlやFが検出され、異物はAlFと推定された。   FIG. 4 shows the transition of the number of foreign matters in product wafer processing. The total number of foreign particle systems of 0.04 μm or more is shown. In the electrode cover made of alumina, the number of foreign matters was stabilized to 10 or less throughout, while in the case of the quartz electrode cover, a sudden increase in the number of foreign matters was observed after about 150 hours. For this reason, continuous processing using the quartz electrode cover was interrupted in about 210 hours. Moreover, as a result of analyzing the foreign material which generate | occur | produced in about 210 hours by review SEM, Al and F were detected and the foreign material was estimated to be AlF.

また、メンテナンスにより約210時間連続処理後の石英製電極カバーを取出した結果、剥離寸前のフィルムが観測された。加えて、このフィルム表面のXPS分析の結果、AlFが検出された。従って、電極カバーからAlF堆積物が剥離するときに、異物が発生するものと考えられる。一方、アルミナ製電極カバー上には剥離寸前のAlFフィルムは観測されなかった。これらのことから、低異物且つ高精度CD安定化の実現、つまりMTBCの延長には、電極111より下部の領域にある電極カバー103にアルミナ製電極カバーを適用することが重要であることを確認した。   Further, as a result of removing the quartz electrode cover after the continuous treatment for about 210 hours by maintenance, a film just before peeling was observed. In addition, as a result of XPS analysis of the film surface, AlF was detected. Therefore, it is considered that foreign matter is generated when the AlF deposit peels from the electrode cover. On the other hand, no AlF film on the verge of peeling was observed on the alumina electrode cover. From these, it is confirmed that it is important to apply the electrode cover made of alumina to the electrode cover 103 in the region below the electrode 111 in order to realize low foreign matter and high-precision CD stabilization, that is, extension of MTBC. did.

本実施例では、NPW(ノンプロダクトウエハ)を低減するためウエハレスによるメタルクリーニングを行った。このため、ウエハレスクリーニングを実現するためのシリコンコート工程S201及びシリコンクリーニング工程S204を導入した。しかし、もちろん、ダミーウエハを用いてメタルクリーニング工程S203を実施することもできる。図2Bはウエハ有メタルクリーニングを用いる場合の量産エッチングフローの例である。エッチング工程S202にて例えば1枚又は1ロット分処理した後に、ダミーウエハを電極111の上に設置し、メタルクリーニング工程S203を実施しても良い。   In this embodiment, wafer-less metal cleaning was performed in order to reduce NPW (non-product wafer). For this reason, a silicon coating process S201 and a silicon cleaning process S204 for realizing wafer screening are introduced. However, of course, the metal cleaning step S203 can be performed using a dummy wafer. FIG. 2B is an example of a mass production etching flow in the case of using metal cleaning with a wafer. For example, after processing one sheet or one lot in the etching step S202, a dummy wafer may be placed on the electrode 111 and the metal cleaning step S203 may be performed.

また、Al化合物やその他メタル(Ti、Hf、Ta化合物等)を除去するメタルクリーニング工程のガスとして、BCl/Cl以外にもSiCl/Cl、CHF/Cl、CF/Cl、HBr/Cl、CH/Cl2、HCl/Cl、HCl、BClとCHCl等を用いても良い。 In addition to BCl 3 / Cl 2 , SiCl 4 / Cl 2 , CHF 3 / Cl 2 , CF 4 / Cl can be used as a gas for the metal cleaning process for removing Al compounds and other metals (Ti, Hf, Ta compounds, etc.). 2 , HBr / Cl 2 , CH 4 / Cl 2, HCl / Cl 2 , HCl, BCl 3 and CH x Cl y may be used.

図1に示すプラズマ処理装置において、電極111より上部のシャワープレート及び内筒は石製製とし、電極111より下部の領域にある電極カバー103はアルミナ製とすることにより、目標とするCD値が得られ、また異物数の増加を抑制することができた。   In the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, the shower plate and the inner cylinder above the electrode 111 are made of stone, and the electrode cover 103 in the area below the electrode 111 is made of alumina, so that the target CD value is In addition, an increase in the number of foreign matters was suppressed.

以上、本実施例によれば、Al材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のAlF堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce processing fluctuations and increase in pattern defects caused by the AlF deposit on the surface of the processing chamber formed by performing the etching including the Al material and the exfoliation thereof, and for a long time. It is possible to provide a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing over a long period of time.

本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理装置、特に、処理室内における処理表面材料について説明する。なお、実施例1に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。実施例1では、電極111より上部の領域にある処室表面のシャワープレート101や内筒102には石英製を適用して、電極111より下部の領域にある電極カバー103にアルミナ製電極カバーを適用することが重要であることが分かった。本実施例では、電極カバー103に石英製電極カバーを適用する場合に発生するAlF異物について、メカニズムの一般化と更なる対策法を説明する。先ず、AlF異物発生のメカニズムについて、発明者らは、メタルクリーニング工程S203におけるBCl/Clプラズマの密度とAlFの除去可能有無に関係性があることを見出した。以下に説明する。 A plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention, particularly, a processing surface material in the processing chamber will be described. Note that the matters described in the first embodiment and not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there is no particular circumstance. In the first embodiment, quartz is applied to the shower plate 101 and the inner cylinder 102 on the processing chamber surface in the region above the electrode 111, and an alumina electrode cover is attached to the electrode cover 103 in the region below the electrode 111. It turns out that it is important to apply. In this embodiment, the generalization of the mechanism and further countermeasures for AlF foreign matter generated when a quartz electrode cover is applied to the electrode cover 103 will be described. First, regarding the mechanism of AlF foreign matter generation, the inventors have found that there is a relationship between the density of BCl 3 / Cl 2 plasma in the metal cleaning step S203 and whether or not AlF can be removed. This will be described below.

図5は、図1に示すプラズマ処理装置を用いた場合のBCl/Clプラズマによるメタルクリーニング工程におけるアルミ化合物のエッチングレートとプラズマ密度の関係を調べた実験結果である。プラズマ密度は、ラングミュアプローブにより計測した。プラズマ密度が1015−3以上の領域では、AlFやAlのクリーニングレートが上昇するため、これらを除去可能であることが示された。一方で、プラズマ密度が1015−3以下の領域では、これらを除去できないことがわかった。この閾値を持つ現象は、BCl/Clプラズマ中のClラジカル密度の減少だけでなく、電子密度の減少に伴う衝突課程の違いによる還元系ラジカルの解離種の変化が影響するものと推定される。また、図1に示す本プラズマ処理装置では、電極111よりも上部で概ねプラズマ密度が1015−3以上となり、電極111より下部で概ねプラズマ密度が1015−3以下となることが確認された。プラズマ密度が1015−3の閾値でAl系堆積物の除去可能有無が変化することから、処理室表面材料のAl系材料適用に関して以下の指針が得られた。 FIG. 5 shows the experimental results of investigating the relationship between the etching rate of the aluminum compound and the plasma density in the metal cleaning process using BCl 3 / Cl 2 plasma when the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 is used. The plasma density was measured with a Langmuir probe. In the region where the plasma density is 10 15 m −3 or more, the cleaning rate of AlF 3 and Al 2 O 3 increases, and it was shown that these can be removed. On the other hand, it was found that these could not be removed in the region where the plasma density was 10 15 m −3 or less. It is estimated that the phenomenon having this threshold is influenced not only by the decrease in the Cl radical density in the BCl 3 / Cl 2 plasma, but also by the change in the dissociated species of the reducing radical due to the difference in the collision process accompanying the decrease in the electron density. The Further, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, it is confirmed that the plasma density is approximately 10 15 m −3 or more above the electrode 111 and the plasma density is approximately 10 15 m −3 or less below the electrode 111. It was done. Since the presence / absence of removal of Al-based deposits varies with the threshold of plasma density of 10 15 m −3 , the following guidelines have been obtained regarding the application of Al-based materials as processing chamber surface materials.

プラズマ密度が1015−3以上の領域で、処理室表面材料にアルミ系材料(AlやAlF)を使用すると、(1)表面材料が著しく消耗すること、(2)表面材料のAl反応生成物がチャンバ内に多量に放出されてしまうこと、によりAl系材料を使用することは適切でない。従って、プラズマ密度が1015−3以上の領域である処理室表面のシャワープレート101や内筒102は、ハロゲン系ラジカル(F、Cl、Br等)に対して高揮発性である石英製の選択が適切である。一方で、プラズマ密度が1015−3以下の領域では、AlFの堆積物は除去されないため、製品ウエハの量産時間の増加に従って処理室表面のAlFは堆積量を増すことになる。これは異物の原因になることが懸念される。実際、処理室表面材料によってAlF堆積の付着表面状態が著しく異なり、表面材料によっては異物発生の有無に大きく影響を受ける。発明者らは、このAlF堆積の付着表面状態について詳細に調べた。結果を以下に説明する。 When an aluminum-based material (Al 2 O 3 or AlF 3 ) is used as a processing chamber surface material in a region where the plasma density is 10 15 m −3 or more, (1) the surface material is significantly consumed, and (2) the surface material. It is not appropriate to use an Al-based material due to the large amount of Al reaction products released into the chamber. Therefore, the shower plate 101 and the inner cylinder 102 on the surface of the processing chamber where the plasma density is 10 15 m −3 or more are made of quartz that is highly volatile to halogen radicals (F, Cl, Br, etc.). The choice is appropriate. On the other hand, in the region where the plasma density is 10 15 m −3 or less, the AlF deposit is not removed, so that the amount of AlF deposited on the surface of the processing chamber increases as the mass production time of the product wafer increases. There is a concern that this may cause foreign matter. Actually, the adhesion surface state of AlF deposition varies greatly depending on the surface material of the processing chamber, and depending on the surface material, it is greatly influenced by the presence or absence of foreign matter. The inventors investigated in detail the adhesion surface state of this AlF deposition. The results are described below.

図6は、BCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域(電極カバー103の位置)におけるシリコンコート工程S201と製品ウエハのエッチング工程S202とメタルクリーニング工程S203とシリコンクリーニング工程S204の一貫処理一回当たりの各種表面材料の削れ量を示した。その結果、アルミナ(Al)やAlFは全く削れず、石英では僅かに削れ、Siは非常によく削れることがわかった。また、電極カバー103上にアルミナ(Al)、石英サンプル、Siサンプルを貼付し、図2Aの製品エッチングフローにて200枚の連続処理を行った。 FIG. 6 shows the silicon coating step S201, the product wafer etching step S202, the metal cleaning step S203, and the silicon cleaning step S204 in the region (position of the electrode cover 103) where the BCl 3 / Cl 2 plasma density is 10 15 m −3 or less. The amount of scraping of various surface materials per consistent treatment was shown. As a result, it was found that alumina (Al 2 O 3 ) and AlF 3 were not shaved at all, and were slightly shaved with quartz and Si was shaved very well. Further, alumina (Al 2 O 3 ), a quartz sample, and a Si sample were attached on the electrode cover 103, and 200 sheets were continuously processed in the product etching flow of FIG. 2A.

その後、各種サンプルを取出し、写真及びレーザー顕微鏡により表面状態を観測した。図7は、200枚連続処理後の石英サンプルの表面状態である。写真(左図)及びレーザー顕微鏡像(右図)より、剥離フィルムが観測された。また、このフィルムの組成は、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)観測によりAlFであることが確認された。このAlFの剥離フィルムは、僅かな気流で容易に石英サンプルより離脱する。このようにして、剥離フィルムはチャンバ内でも容易に離脱し、真空排気するターボ分子ポンプの金属製タービン翼で離脱物が反射されて、ウエハに飛来する異物となる。従って、量産処理中の異物を低減するためには、処理室表面上の剥離フィルムの形成を可能な限り抑制しなければならない。   Then, various samples were taken out and the surface state was observed with the photograph and the laser microscope. FIG. 7 shows the surface state of the quartz sample after the continuous processing of 200 sheets. From the photograph (left figure) and laser microscope image (right figure), a release film was observed. The composition of this film was confirmed to be AlF by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) observation. This AlF release film is easily detached from the quartz sample with a slight air flow. In this way, the release film is easily detached even in the chamber, and the separated matter is reflected by the metal turbine blades of the turbo molecular pump that is evacuated to become foreign matters flying to the wafer. Therefore, in order to reduce foreign matter during mass production processing, the formation of a release film on the surface of the processing chamber must be suppressed as much as possible.

一方、図8は、200枚連続処理後のアルミナサンプルの表面状態である。写真(左図)及びレーザー顕微鏡像(右図)では、AlFの剥離フィルムは観測されない。但し、サンプルのXPS観測によりAlFがデポしていることが確認された。但し、AlFデポは強固に付着しており、石英サンプルにて確認された剥離フィルムと比較して容易に剥離しない状態で、異物の原因ともならない。また、Siサンプルの表面からAlFは観測されなかった。これらをまとめると、AlFの剥離フィルムの発生は、それぞれのサンプル材料のエッチング量と関係があることがわかった。エッチング量が略0よりも大きい材料で剥離フィルムが発生し、エッチング量が非常に大きい場合と略0の場合にAlFの剥離フィルムが観測されない。すなわち、エッチング量が非常に大きいときは、AlF堆積物はリフトオフされると考えられ、エッチング量が略0よりも僅かに大きい値であるときに、AlFの剥離フィルムが発生するメカニズムがある。また、部材の交換周期の観点からエッチング量が非常に大きい材料(消耗量大)を処理室表面材料に適用するのは現実的ではない。このため、エッチング量が略0の材料をBCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域の処理室表面材料として適用するのが現実的である。また、本製品プロセスでは、BCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域にAlFが堆積することを説明した。AlF堆積物とAlF堆積物が覆う処理室表面とラジカルや堆積ラジカルの反応機構は同じであることが理想である。反応機構が違えば、堆積物の被覆面積に応じてラジカルの変化及びCD変動が生じるためである。このような変動は被覆モデルと言われる。今回の場合は、BCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域ではAlF堆積物は除去できない(エッチング量が略0)ため、製品プロセス1ターン処理(図2Aのフローでシリコンコート工程S201からシリコンクリーニング工程S204まで或いは図2Bのフローでエッチング工程とメタルクリーニング工程と定義する)におけるエッチング量が略0の材料をBCl/Clプラズマ密度1015−3以下の領域の処理室表面材料として適用するのが望ましい。 On the other hand, FIG. 8 shows the surface state of the alumina sample after the continuous processing of 200 sheets. In the photograph (left figure) and the laser microscope image (right figure), no AlF release film is observed. However, the XPS observation of the sample confirmed that AlF was deposited. However, the AlF deposit is firmly attached, and does not easily peel as compared with the peeled film confirmed in the quartz sample, and does not cause foreign matter. Moreover, AlF was not observed from the surface of the Si sample. When these were put together, it turned out that generation | occurrence | production of the peeling film of AlF has relation with the etching amount of each sample material. A release film is generated with a material having an etching amount greater than about 0, and no AlF release film is observed when the etching amount is very large or substantially zero. That is, when the etching amount is very large, the AlF deposit is considered to be lifted off. When the etching amount is a value slightly larger than approximately 0, there is a mechanism in which an AlF release film is generated. In addition, it is not realistic to apply a material having a very large etching amount (a large amount of consumption) to the processing chamber surface material from the viewpoint of the member replacement cycle. For this reason, it is realistic to apply a material having an etching amount of approximately 0 as a processing chamber surface material in a region where the BCl 3 / Cl 2 plasma density is 10 15 m −3 or less. In the present product process, it has been described that AlF is deposited in a region where the BCl 3 / Cl 2 plasma density is 10 15 m −3 or less. Ideally, the reaction mechanism of radicals and deposition radicals is the same as the surface of the processing chamber covered by the AlF deposits and the AlF deposits. This is because if the reaction mechanism is different, radical changes and CD fluctuations occur according to the coverage of the deposit. Such variation is referred to as a covering model. In this case, since the AlF deposit cannot be removed in the region where the BCl 3 / Cl 2 plasma density is 10 15 m −3 or less (the etching amount is substantially 0), the product process 1 turn processing (silicon coating by the flow of FIG. 2A) Processing of a region having an etching amount of substantially 0 in the region of BCl 3 / Cl 2 plasma density of 10 15 m −3 or less in step S201 to silicon cleaning step S204 or defined as an etching step and a metal cleaning step in the flow of FIG. 2B It is desirable to apply as a chamber surface material.

上記より、アルミ化合物を除去困難なBCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域(電極カバー103の位置)は、図6の結果より製品プロセスのエッチング量が略0であるフッ化アルミやアルミナ(酸化アルミ)材料を適用するのが好ましい。また、その他に、BCl/Clプラズマ密度が1015−3以下の領域において、製品プロセスのエッチング量が略0である処理室表面材料としてイットリウム化合物(Y、YF、YClやこれらの混合物)があり、これをプラズマ密度が1015−3以下の領域(電極カバー103の位置)の処理室表面材料に用いることもできる。また、本実施例では、難揮発性材料としてAlデポの場合を示した。しかし、剥離フィルムの発生はAl材料以外のデポでも生じ、そのメカニズムは以下のように一般化することが可能である。例えば、難揮発性反応生成物が処理室表面にデポする製品ウエハのエッチングプロセスがあったとして、難揮発性デポを除去するクリーニングを構築する。構築した難揮発性デポのクリーニングレートが略0以上である領域の処理室表面材料には石英材料を適用する。続いて、難揮発性デポのクリーニングレートが略0である領域では、製品プロセスにおける難揮発性デポの堆積と処理室表面材料のエッチングの競合で剥離フィルムとなる可能性がある。そのため、処理室表面材料に、製品プロセスのエッチング量が略0である表面材料を適用する。また、難揮発性材料としては、AlFの他に、AlO、ランタノイド系化合物、III−V族化合物等が想定される。また、難揮発性デポのクリーニングレートが略0である表面材料は、難揮発性デポに含有する材料(例えば、YFデポならY化合物、AlFデポならAl化合物、Ga系デポならGa化合物、P系デポならP化合物)を用いると、被覆モデルによるプロセス変動の抑制を期待できるため、長時間の量産処理に有効である。 Based on the above, in the region where the BCl 3 / Cl 2 plasma density is less than 10 15 m −3 where the aluminum compound is difficult to remove (position of the electrode cover 103), the etching amount of the product process is substantially zero from the result of FIG. It is preferable to apply aluminum fluoride or alumina (aluminum oxide) material. In addition, in a region where the BCl 3 / Cl 2 plasma density is 10 15 m −3 or less, yttrium compounds (Y 2 O 3 , YF 3 , YCl 3 and a mixture thereof), which can also be used as a processing chamber surface material in a region where the plasma density is 10 15 m −3 or less (position of the electrode cover 103). Further, in this example, the case of Al deposit as the hardly volatile material is shown. However, the generation of the release film also occurs in deposits other than the Al material, and the mechanism can be generalized as follows. For example, assuming that there is an etching process of a product wafer in which a hardly volatile reaction product is deposited on the surface of the processing chamber, a cleaning for removing the hardly volatile deposit is constructed. Quartz material is applied to the processing chamber surface material in the region where the cleaning rate of the constructed hardly volatile deposit is approximately 0 or more. Subsequently, in the region where the cleaning rate of the hardly volatile depot is approximately 0, there is a possibility that the film becomes a release film due to competition between the deposition of the hardly volatile depot and the etching of the processing chamber surface material in the product process. Therefore, a surface material whose etching amount in the product process is substantially zero is applied to the processing chamber surface material. Moreover, as a hardly volatile material, AlO, a lanthanoid compound, a III-V group compound, etc. other than AlF are assumed. In addition, the surface material having a hardly volatile depot cleaning rate of about 0 is a material contained in the hardly volatile depot (for example, Y compound for YF depot, Al compound for AlF depot, Ga compound for Ga depot, P compound) If the depot is a P compound), it can be expected to suppress process fluctuations due to the coating model, which is effective for mass production processing for a long time.

図1に示すプラズマ処理装置において、難揮発性デポのクリーニングレートが略0以上である領域の処理室表面材料には石英材料を用い、難揮発性デポのクリーニングレートが略0である領域では、製品プロセスのエッチング量が略0である表面材料を用いたところ、目標とするCD値が得られ、また異物数の増加を抑制することができた。   In the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a quartz material is used for the processing chamber surface material in the region where the cleaning rate of the hardly volatile depot is approximately 0 or more, and in the region where the cleaning rate of the hardly volatile depot is approximately 0, When a surface material having an etching amount of about 0 in the product process was used, a target CD value was obtained and an increase in the number of foreign matters could be suppressed.

以上、本実施例によれば、Al材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のAlF堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce processing fluctuations and increase in pattern defects caused by the AlF deposit on the surface of the processing chamber formed by performing the etching including the Al material and the exfoliation thereof, and for a long time. It is possible to provide a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing over a long period of time.

本発明の第3の実施例に係るプラズマ処理装置について説明する。なお、実施例1又は実施例2に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。実施例2では、アルミ化合物を除去するメタルクリーニング工程におけるBCl/Clプラズマのプラズマ密度が1015−3を境界として、シャワープレート101や内筒102の処理室表面材料は石英製、電極カバー103の処理室表面材料はアルミナ(酸化アルミ)やフッ化アルミ製であることが望ましいことを説明した。本実施例では、上記処理室表面材料を使い分ける境界をより明確にした例について説明する。 A plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. Note that the matters described in the first embodiment or the second embodiment but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there are no special circumstances. In Example 2, the processing chamber surface material of the shower plate 101 and the inner cylinder 102 is made of quartz, with the plasma density of BCl 3 / Cl 2 plasma in the metal cleaning process for removing the aluminum compound being 10 15 m −3 as a boundary. It has been described that the treatment chamber surface material of the cover 103 is preferably made of alumina (aluminum oxide) or aluminum fluoride. In this embodiment, an example will be described in which the boundary for properly using the processing chamber surface material is clarified.

図9は、実施例1の装置にプラズマ遮蔽板901を搭載したマイクロ波ECRエッチング装置である。プラズマ遮蔽板901は、ラジカル、ガスや反応生成物が排気可能な通孔を備えてアースされており、電極カバー103より下部ではプラズマ密度を略0とすることができる。本実施例では、複数の開口を有するドーナツ板状のプラズマ遮蔽板を、試料台の上部周辺を取り囲むように配置した。このプラズマ遮蔽板901の適用によりプラズマを遮蔽板より上部の領域に閉じ込めることで、アルミ化合物を除去可能なBCl/Clプラズマ密度1015−3以下の領域を、プラズマ遮蔽板901より下部であるとより明瞭に定義することができる。従って、プラズマ遮蔽板より上部の領域である処理室表面のシャワープレート101や内筒102は、石英製を、プラズマ遮蔽板より下部の領域である電極カバー103は、アルミナ(酸化アルミ)やフッ化アルミ材料を適用する。また、プラズマ遮蔽板より僅か上部の領域ではプラズマ密度が低くなり、ECR面と比較してAlF堆積物のクリーニングレートが低下する傾向にある。そのため、電磁石142のコイル電流を上げて共鳴磁場を制御することにより、プラズマ密度の高いECR面をプラズマ遮蔽板に近づける方法が有効である。従って、プラズマ遮蔽板より上部の領域におけるプラズマ密度が1015−3以上となるようにBCl/Clプラズマのコイル電流を調整する。 FIG. 9 shows a microwave ECR etching apparatus in which a plasma shielding plate 901 is mounted on the apparatus of the first embodiment. The plasma shielding plate 901 is grounded with a through hole through which radicals, gases and reaction products can be exhausted, and the plasma density can be made substantially zero below the electrode cover 103. In this example, a donut plate-shaped plasma shielding plate having a plurality of openings was disposed so as to surround the upper periphery of the sample stage. By applying the plasma shielding plate 901, the plasma is confined in a region above the shielding plate, so that a region of BCl 3 / Cl 2 plasma density of 10 15 m −3 or less where the aluminum compound can be removed is located below the plasma shielding plate 901. Can be more clearly defined. Therefore, the shower plate 101 and the inner cylinder 102 on the surface of the processing chamber, which is an area above the plasma shielding plate, are made of quartz, and the electrode cover 103, which is an area below the plasma shielding plate, is made of alumina (aluminum oxide) or fluoride. Apply aluminum material. Further, in the region slightly above the plasma shielding plate, the plasma density is low, and the cleaning rate of the AlF deposit tends to be lower than that of the ECR surface. Therefore, a method of bringing the ECR surface having a high plasma density closer to the plasma shielding plate by increasing the coil current of the electromagnet 142 and controlling the resonance magnetic field is effective. Therefore, the coil current of the BCl 3 / Cl 2 plasma is adjusted so that the plasma density in the region above the plasma shielding plate is 10 15 m −3 or more.

本実施例では、処理室表面材料を使い分ける境界をより明確にするために、メタルクリーニング工程に用いるガスとしてBCl/Clを例にしてプラズマ密度を制御可能なプラズマ遮蔽板901が重要であることを説明した。しかし、メタルクリーニング工程に用いるガスがSiCl/Cl又はCHF/Cl又はCF/Cl又はHBr/Cl又はCH/Cl又はHCl/Cl又はHCl又はBCl又はCHClであってもよい。プラズマ遮蔽板よりも下方の領域のプラズマ密度を0とできるため、プラズマ遮蔽板が有効となる。 In this embodiment, in order to clarify the boundary for selectively using the processing chamber surface material, the plasma shielding plate 901 capable of controlling the plasma density is important by using BCl 3 / Cl 2 as an example of the gas used in the metal cleaning process. I explained that. However, the gas used in the metal cleaning process is SiCl 4 / Cl 2 or CHF 3 / Cl 2 or CF 4 / Cl 2 or HBr / Cl 2 or CH 4 / Cl 2 or HCl / Cl 2 or HCl or BCl 3 or CH x. it may be a Cl y. Since the plasma density in the region below the plasma shielding plate can be zero, the plasma shielding plate is effective.

図9に示すプラズマ処理装置において、プラズマ遮蔽板より上部の領域の処理室表面材料には石英材料を用い、プラズマ遮蔽板より下部の領域の処理室表面材料にはアルミナやフッ化アルミ材料を用いたところ、目標とするCD値が得られ、また異物数の増加を抑制することができた。   In the plasma processing apparatus shown in FIG. 9, quartz material is used for the processing chamber surface material in the region above the plasma shielding plate, and alumina or aluminum fluoride material is used for the processing chamber surface material in the region below the plasma shielding plate. As a result, a target CD value was obtained, and an increase in the number of foreign matters could be suppressed.

以上、本実施例によれば、Al材料を含むエッチングを行うことにより形成される処理室表面のAlF堆積物とその剥離物に起因して生じる加工変動やパターン欠陥の増加を低減し、長時間に渡りプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce processing fluctuations and increase in pattern defects caused by the AlF deposit on the surface of the processing chamber formed by performing the etching including the Al material and the exfoliation thereof, and for a long time. It is possible to provide a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing over a long period of time.

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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の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。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

101:シャワープレート、102:内筒、103:電極カバー、110:ウエハ、111:電極(試料台)、120:処理室、132:ガス供給装置、140:天板、142:電磁石、150:高周波電源、161:RFバイアス電源、162:整合器、171:真空排気バルブ、S201:処理室表面材料であるシャワープレートや内筒と電極にSi−O系膜を被覆するシリコンコート工程、S202:エッチング工程、S203:メタルクリーニング工程、S204:シリコンクリーニング工程、901:プラズマ遮蔽板。 101: Shower plate, 102: Inner cylinder, 103: Electrode cover, 110: Wafer, 111: Electrode (sample stage), 120: Processing chamber, 132: Gas supply device, 140: Top plate, 142: Electromagnet, 150: High frequency Power source, 161: RF bias power source, 162: Matching unit, 171: Vacuum exhaust valve, S201: Silicon coating process for covering Si-O-based film on shower plate or inner cylinder and electrode as processing chamber surface material, S202: Etching Step, S203: Metal cleaning step, S204: Silicon cleaning step, 901: Plasma shielding plate.

Claims (7)

真空容器内部に配置され内側が減圧される処理室と、当該処理室内の下部に配置され上面に処理対象のウエハが載せられる試料台とを備え、前記ウエハ上面に予め形成されたアルミニウムを含んだ膜層を有する膜構造をプラズマによりエッチング処理するためのプラズマ処理装置であって、
石英を含んで構成され前記処理室の内側壁面を構成し前記プラズマに接する第1の内壁部材と、
前記第1の内壁部材の下方で前記プラズマに接しない位置に配置されアルミニウム或いはイットリウムを含んで構成された第2の内壁部材と、
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber disposed inside the vacuum chamber and depressurized inside, and a sample stage disposed at the lower portion of the processing chamber and on which the wafer to be processed is placed, the surface including aluminum formed in advance on the upper surface of the wafer A plasma processing apparatus for etching a film structure having a film layer with plasma,
A first inner wall member comprising quartz and constituting an inner wall surface of the processing chamber and contacting the plasma;
A second inner wall member disposed below the first inner wall member at a position not in contact with the plasma and configured to contain aluminum or yttrium;
A plasma processing apparatus comprising:
請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマは、塩素或いはフッ素を含む処理用ガスを用いて生成されるもの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 1,
The plasma processing apparatus is characterized in that the plasma is generated using a processing gas containing chlorine or fluorine.
請求項1または2に記載のプラズマ処理装置であって、
前記プラズマは、前記処理室内に供給された電界及び磁界の相互作用により生成されるものであり、
前記第1の内壁部材は、前記プラズマが形成される高さにおいて当該プラズマを囲むように配置されており、
前記第2の内壁部材は、前記試料台上面の下方の高さに配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
The plasma is generated by the interaction of an electric field and a magnetic field supplied into the processing chamber,
The first inner wall member is disposed so as to surround the plasma at a height at which the plasma is formed,
The plasma processing apparatus, wherein the second inner wall member is disposed at a height below the upper surface of the sample stage.
請求項3に記載のプラズマ処理装置であって、
前記第2の内壁部材は、前記試料台の側壁と連結されて当該試料台を支持する梁状の部材の表面を覆って構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 3,
The plasma processing apparatus, wherein the second inner wall member covers a surface of a beam-like member that is connected to a side wall of the sample stage and supports the sample stage.
請求項1乃至4の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
前記処理室内に配置され前記プラズマの移動を抑制する或いは当該プラズマを所定の範囲に閉じ込める部材を更に備え、
前記第1の内壁部材は前記部材の上方に配置されており、
第2の内壁部材は前記部材の下方に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A member disposed in the processing chamber to suppress the movement of the plasma or confine the plasma in a predetermined range;
The first inner wall member is disposed above the member;
The plasma processing apparatus, wherein the second inner wall member is disposed below the member.
請求項1乃至5の何れか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
前記アルミニウムを含んだ膜層を有する膜構造をプラズマによりエッチングしたときに形成される前記処理室内の堆積物を除去するための塩素を含むメタルクリーニングガスを供給するガス供給装置を有し、
前記メタルクリーニングガスがプラズマ化されたときのプラズマ密度は、前記第1の内壁部材が配置された領域では1015−3以上であり、前記第2の内壁部材が配置された領域では1015−3以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A gas supply device for supplying a metal cleaning gas containing chlorine for removing deposits in the processing chamber formed when the film structure having the film layer containing aluminum is etched by plasma;
Plasma density when the metal cleaning gas is turned into plasma is, in the first inner wall member is disposed area is a 10 15 m -3 or more, and in the second inner wall member is disposed region 10 15 m- 3 or less, The plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項6に記載のプラズマ処理装置において、
前記メタルクリーニングガスは、BCl/Cl、SiCl/Cl、CHF/Cl、CF/Cl、HBr/Cl、CH/Cl、HCl/Cl、HCl、BCl又はCHCl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 6, wherein
The metal cleaning gas is BCl 3 / Cl 2 , SiCl 4 / Cl 2 , CHF 3 / Cl 2 , CF 4 / Cl 2 , HBr / Cl 2 , CH 4 / Cl 2 , HCl / Cl 2 , HCl, BCl 3 Or a plasma processing apparatus characterized by being CH x Cl y .
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