JP2021034515A - クリーニング方法及びマイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】クリーニングレートを低下させずにチャンバ内のダメージを低減する。【解決手段】マイクロ波プラズマにより基板を処理するチャンバのクリーニング方法であって、フッ素含有ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスを含むクリーニングガスを導入する工程と、マイクロ波パワーを供給する工程と、を有し、前記クリーニングガスを導入する工程は、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比を2/3〜9の範囲内にする、クリーニング方法が提供される。【選択図】図5
Description
本開示は、クリーニング方法及びマイクロ波プラズマ処理装置に関する。
マイクロ波プラズマにより基板を処理するチャンバにおいて、処理時に生成される副生成物が内壁等に付着して徐々に堆積し、パーティクルとなる。パーティクルを低減するために、所定の周期でウェットクリーニングやパーツの交換を行うが、その周期が短くなっている。
例えば、チャンバのドライクリーニングとして、特許文献1は、マイクロ波による表面波励起プラズマ発生装置において、クリーニングガスと不活性ガスとをプラズマ化し、チャンバ内をクリーニングすることを提案する。特許文献1は、クリーニングガスとして、三フッ化窒素ガス、四フッ化メタンガス及び四フッ化エチレンガスを使用することを提案する。
特許文献2は、窒素ガスを主成分として10〜20体積%のフッ素ガスを含むフッ素含有ガスに、流量比で1:0.1〜1:1となるようにヘリウムガスが添加された混合ガスを用い、混合ガス中のフッ素ガスをプラズマ化してクリーニングすることを提案する。
本開示は、クリーニングレートを低下させずにチャンバ内のダメージを低減することが可能なクリーニング方法及びマイクロ波プラズマ処理装置を提供する。
本開示の一の態様によれば、マイクロ波プラズマにより基板を処理するチャンバのクリーニング方法であって、フッ素含有ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスを含むクリーニングガスを導入する工程と、マイクロ波パワーを供給する工程と、を有し、前記クリーニングガスを導入する工程は、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比を2/3〜9の範囲内にする、クリーニング方法が提供される。
一の側面によれば、クリーニングレートを低下させずにチャンバ内のダメージを低減することができる。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
[マイクロ波プラズマ処理装置]
一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置100について、図1を用いて説明する。図1は、一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面模式図である。
一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置100について、図1を用いて説明する。図1は、一実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面模式図である。
図1は、一実施形態に係るクリーニング方法が実行され得るマイクロ波プラズマ処理装置の一例である。図1のマイクロ波プラズマ処理装置は、RLSA(登録商標)マイクロ波プラズマ処理装置として構成されており、基板(以下単に「ウェハ」と記す)にプラズマCVDにより所定膜を成膜する。
マイクロ波プラズマ処理装置100は、気密に構成され、接地された円筒状のチャンバ1を有している。チャンバ1の底壁1aの略中央部には円形の開口部10が形成されており、底壁1aには開口部10と連通し、下方に向けて突出する排気室11が設けられている。
チャンバ1の内壁は、アルミニウム等の金属材料に例えばアルミナ(Al2O3)又はイットリア(Y2O3)の溶射が施されている。チャンバ1内にはウェハWを水平に支持するためのAlN等のセラミックスからなるステージ2が設けられている。ステージ2は、排気室11の底部中央から上方に延びる円筒状のAlN等のセラミックスからなる支持部材3により支持されている。また、ステージ2には抵抗加熱型のヒーター5が埋め込まれている。ヒーター5はヒーター電源6から給電されることによりステージ2を加熱しウェハWを温調する。また、ステージ2は電極7が埋め込まれており、電極7には整合器8を介してバイアス印加用の高周波電源9が接続されている。ステージ2には、ウェハWを静電吸着するための静電チャック、温度制御機構、ウェハWの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。
ステージ2には、ウェハWを支持して昇降させるためのウェハ支持ピンがステージ2の表面に対して突没可能に設けられている。チャンバ1の側壁には環状をなすガス導入部15、16が設けられており、ガス導入部15、16には均等にガス放射孔15a、16aが形成されている。このガス導入部15、16にはガス供給部17が接続されている。ガス供給部17は、成膜時には成膜ガスを供給する。ガス供給部17は、クリーニング時にはチャンバ1の側壁からクリーニングガスを導入する。
チャンバ1の天板28は、アルミナ(Al2O3)により形成され、マイクロ波透過板になっている。天板28の中央にはマイクロ波パワーの放射口42が設けられている。放射口42の周囲に設けられたガス導入部18からガス放射孔18aを介してクリーニングガスを導入してもよい。なお、ガス導入部15、16よりも下方に、例えばシャワープレート等の別のガス導入部を設け、プラズマにより完全に解離されないほうが好ましいガスを別のガス導入部から、よりウェハWに近い領域に供給してもよい。
排気室11の側面には排気管23が接続され、排気管23には真空ポンプや自動圧力制御バルブ等を含む排気装置24が接続されている。排気装置24の真空ポンプを作動させることによりチャンバ1内のガスが、排気室11の空間11a内へ均一に排出され、排気管23を介して排気され、自動圧力制御バルブによりチャンバ1内を所定の真空度に制御可能となっている。
チャンバ1の側壁には、マイクロ波プラズマ処理装置100に隣接する搬送室(図示せず)との間でウェハWの搬入出を行うための搬入出口25と、この搬入出口25を開閉するゲートバルブ26とが設けられている。
チャンバ1の上部は開口部となっており、その開口部の周縁部がリング状の支持部27となっている。支持部27には、誘電体、例えばアルミナからなる円板状の天板28がシール部材29を介して設けられている。これにより、チャンバ1内は気密に保持される。
天板28の上方には、天板28に対応する円板状をなす平面アンテナ31が天板28に密着するように設けられている。平面アンテナ31はチャンバ1の側壁上端に係止されている。
平面アンテナ31は、導電性材料からなる円板で構成され、マイクロ波を放射するための複数のスロット32が貫通する。スロット32のパターンの例としては、T字状に配置された2つのスロット32を一対として複数対のスロット32が同心円状に配置されているものを挙げることができる。スロット32の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長(λg)に応じて決定され、例えばスロット32は、それらの間隔がλg/4、λg/2またはλgとなるように配置される。なお、スロット32は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット32の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。
この平面アンテナ31の上面には、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる板状部材33が密着して設けられている。板状部材33はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面アンテナ31を小さくする機能を有している。
平面アンテナ31と天板28との間が密着した状態となっており、また、板状部材33と平面アンテナ31との間も密着されている。また、板状部材33、平面アンテナ31、天板28、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように天板28、板状部材33の厚さが調整されている。板状部材33の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面アンテナ31の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、板状部材33と天板28を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。
なお、平面アンテナ31と天板28との間、また、板状部材33と平面アンテナ31との間は、離間していてもよい。チャンバ1の上面には、平面アンテナ31および板状部材33を覆うように、例えばアルミニウムやステンレス鋼、銅等の金属材料からなるシールド蓋体34が設けられている。チャンバ1の上面とシールド蓋体34とはシール部材35によりシールされている。シールド蓋体34には、冷却水流路34aが形成されており、冷却水流路34aに冷却水を通流させることにより、シールド蓋体34、板状部材33、平面アンテナ31、天板28を冷却する。なお、シールド蓋体34は接地されている。
シールド蓋体34の上壁の中央には開口部36が形成されており、開口部36には導波管37が接続されている。導波管37の端部には、マッチング回路38を介してマイクロ波出力部39が接続されている。これにより、マイクロ波出力部39で発生した例えば周波数2.45GHzのマイクロ波が導波管37を介して平面アンテナ31へ伝播される。なお、マイクロ波の周波数としては、100〜2450MHzの範囲の周波数を用いることができる。
導波管37は、シールド蓋体34の開口部36から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管37aと、この同軸導波管37aの上端部にモード変換器40を介して接続された水平方向に延びる矩形導波管37bとを有している。モード変換器40は、矩形導波管37b内をTEモードで伝播するマイクロ波をTEMモードに変換する機能を有している。同軸導波管37aの中心には内部導体41が延在しており、この内部導体41の下端部は、平面アンテナ31の中心に接続固定されている。これにより、マイクロ波は、同軸導波管37aの内部導体41を介して平面アンテナ31へ均一に効率よく伝播される。
マイクロ波プラズマ処理装置100は制御部50を有している。制御部50は、マイクロ波プラズマ処理装置100の各構成部、例えばマイクロ波出力部39、ヒーター電源6、高周波電源9、排気装置24、ガス供給部17のバルブや流量制御器等を制御するCPU(コンピュータ)を有する。また、制御部50は、入力装置(キーボード、マウス等)、出力装置(プリンタ等)、表示装置(ディスプレイ等)及び記憶装置(記憶媒体)を有する。制御部50は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、マイクロ波プラズマ処理装置100に、以下の成膜方法を実行させる。
かかる構成のマイクロ波プラズマ処理装置100を用いた成膜方法の一実施形態について説明する。まず、ゲートバルブ26を開き、搬入出口25からウェハWをチャンバ1内に搬入し、ステージ2上に載置する。次いで、チャンバ1内を所定圧力に調整し、ガス供給部17からガス導入部15、16、18を介してチャンバ1内に成膜ガスを導入する。そして、マイクロ波出力部39から所定パワーのマイクロ波をチャンバ1内に導入してプラズマを生成し、プラズマCVDによりウェハW上に所定の膜を成膜する。
マイクロ波出力部39からの所定のパワーのマイクロ波は、マッチング回路38を経て導波管37に導かれる。導波管37に導かれたマイクロ波は、矩形導波管37bをTEモードで伝播される。TEモードのマイクロ波はモード変換器40でTEMモードにモード変換され、TEMモードのマイクロ波が同軸導波管37aをTEMモードで伝播される。そして、TEMモードのマイクロ波は、板状部材33、平面アンテナ31のスロット32、および天板28を透過し、チャンバ1内に放射される。
マイクロ波は表面波として天板28の直下領域に広がり、これにより表面波プラズマが生成され、高電子密度かつ低電子温度のプラズマとなる。これにより、成膜ガスから解離された活性種がウェハW上で反応して所定膜が成膜される。
以上に説明した成膜を複数枚のウェハWに施していくと、徐々にチャンバ1の内壁やチャンバ1内のパーツに所定の膜が成膜され、堆積した膜が剥がれてパーティクルが発生する。そして、所定量以上のパーティクルが発生すると歩留まりが低下するため、所定の周期でチャンバ1内をウェットクリーニングする。
ウェットクリーニングは、チャンバ1内を開けて内部を薬液により洗浄するため、メンテナンスに時間がかかる。したがって、ウェットクリーニングの周期が短くなると生産性が低下する。
このため、所定枚数のウェハWを処理する度にチャンバ1内をドライクリーニングする。以下では、ドライクリーニングを単にクリーニングともいう。クリーニングでは、ウェハWをチャンバ1外に搬出した後、ガス供給部17からガス導入部15、16、18を介して、チャンバ1内にクリーニングガスを導入する。そして、マイクロ波出力部39から出力される所定パワーのマイクロ波は、天板28を透過し、チャンバ1内に放射される。
マイクロ波は表面波として天板28の直下領域に広がり、これにより表面波プラズマが生成され、高電子密度かつ低電子温度のプラズマとなる。かかるクリーニングガスのプラズマによりチャンバ1の内壁やチャンバ1内のパーツがクリーニングされる。クリーニング処理後、チャンバ1の内壁には、SiN膜等の所定膜のプリコートが行われ、次に、ウェハの処理が再開される。
[パーティクルの発生]
しかしながら、従来のドライクリーニング方法では、チャンバ1内のパーティクルを完全に除去できず、チャンバ1の内壁に副生成物が徐々に堆積していき、堆積した副生成物は、成膜時のパーティクルとなり、チャンバ1内を汚染する。
しかしながら、従来のドライクリーニング方法では、チャンバ1内のパーティクルを完全に除去できず、チャンバ1の内壁に副生成物が徐々に堆積していき、堆積した副生成物は、成膜時のパーティクルとなり、チャンバ1内を汚染する。
パーティクルを分析したところ、チャンバ1の内壁に堆積した副生成物の主成分はAlFxであった。そのパーティクル発生のメカニズムを図2に模式的に示す。クリーニングガスとして使用するNF3ガスから生成されるプラズマ中のフッ素ラジカルと、チャンバ1の天板28に使用しているアルミナ(Al2O3)とが化学反応することで、天板表面にはAlFxが生成されている。このAlFxに、クリーニングガス中の希釈ガスとして使用するアルゴンガスから生成されるプラズマ中のアルゴンイオン(Ar+)が衝突することにより、天板表面のAlFxがスパッタされ、パーティクルPとなると考えられる。
特に、表面波プラズマでは、天板やチャンバ1の上部側壁にてプラズマが強い。プラズマが強い領域において、Fで腐食されて表面にAlFxが生成される。クリーニングガスには、NF3ガス及び希釈ガスとしてArガスを供給する。プラズマ中にArイオンがエッチャントとなってとくに天板やチャンバ1の上部側壁に衝撃して天板やチャンバ1の上部側壁の表面に形成されたAlFxを剥離させ、パーティクルPとなると考えられる。
パーティクルPは、クリーニング処理の次に行われるプリコート処理においてチャンバ1の内壁に形成されるプリコート膜に凹凸を生じさせ、これにより、プリコート膜が剥がれ易くなる。また、図2に示すように、AlFxのパーティクルPがゲートバルブ26にある図示しないOリングにダメージを与える場合がある。
[実験1]
そこで、AlFxのパーティクルPの発生を減少させるクリーニング方法を選定するために、プロセス条件が異なる複数のクリーニング方法を実行した実験1の結果について、図3を参照しながら説明する。図3は、一実施形態に係るクリーニング方法に応じたパーティクルPの発生によるゲートバルブのダメージの測定結果の一例を示す図である。
そこで、AlFxのパーティクルPの発生を減少させるクリーニング方法を選定するために、プロセス条件が異なる複数のクリーニング方法を実行した実験1の結果について、図3を参照しながら説明する。図3は、一実施形態に係るクリーニング方法に応じたパーティクルPの発生によるゲートバルブのダメージの測定結果の一例を示す図である。
実験1では、図2に示すように、ゲートバルブ26の手前の搬入出口25にシリコンの試料板Dを配置した。そして、各種のプロセス条件に基づくクリーニングガスにより試料板Dがスパッタされた量をエッチング値として測定した。この実験では、試料板Dの5か所の位置でスパッタされた量を測定し、5カ所の測定値の平均値をエッチング値の平均値として算出した。測定の結果を、図3の表の最右の平均エッチング値として示す。
従来の手法を示すCase1では、チャンバ1内の圧力を100Pa、マイクロ波のパワーを4.5kW、クリーニングガスはNF3ガス及びアルゴンガスであってNF3ガスの流量を1600sccm、アルゴンガスの流量を560sccm、クリーニング時間を600秒とした。測定の結果、試料板Dの平均エッチング値は、0.1034(μm)となった。
Case2では、チャンバ1内の圧力を100Pa、マイクロ波のパワーを2.2kW、クリーニングガスはNF3ガス及びアルゴンガスであってNF3ガスの流量を1600sccm、アルゴンガスの流量を560sccm、クリーニング時間を600秒とした。Case1との相違はマイクロ波のパワーを下げたことのみである。測定の結果、試料板Dの平均エッチング値は、0.0246(μm)となった。
Case3では、チャンバ1内の圧力を100Pa、マイクロ波のパワーを4.5kW、クリーニングガスはNF3ガス及びアルゴンガスであってNF3ガスの流量を550sccm、アルゴンガスの流量を560sccm、クリーニング時間を600秒とした。Case1との相違はNF3ガスの流量を1/3程度に減らしたことのみである。測定の結果、試料板Dの平均エッチング値は、0.0184(μm)となった。
Case4では、チャンバ1内の圧力を25Pa、マイクロ波のパワーを4.5kW、クリーニングガスはNF3ガス及びアルゴンガスであってNF3ガスの流量を550sccm、アルゴンガスの流量を560sccm、クリーニング時間を600秒とした。Case1との相違は圧力を1/4に下げ、かつ、NF3ガスの流量を1/3程度に減らしたことである。測定の結果、試料板Dの平均エッチング値は、0.0126(μm)となった。
Case5では、チャンバ1内の圧力を100Pa、マイクロ波のパワーを4.5kW、クリーニングガスはNF3ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスであってNF3ガスの流量を1600sccm、アルゴンガスとヘリウムガスの合計流量を560sccm、クリーニング時間を600秒とした。Case1との相違は、NF3ガス及びアルゴンガスに加えてヘリウムガスを供給し、アルゴンガス及びヘリウムガスの流量がそれぞれ160及び400であったことである。測定の結果、試料板Dの平均エッチング値は、0.0295(μm)となった。
この結果、従来の手法を示すCase1では、平均エッチング値が他のケースと比較して高いことがわかった。つまり、Case1では、高パワーのマイクロ波及び大流量のNF3ガスを供給したために、アルゴンイオンが試料板Dを直接スパッタし、ゲートバルブ26の周辺へのダメージが最も大きいことがわかった。以上から、Case1では、天板28及びその周辺の部材へのダメージも大きく、たとえば5000枚程度のウェハを処理した後に、天板28及び交換可能なチャンバ1の上部側壁を交換することが行われていた。また、クリーニング中、ゲートバルブ26に配置されたOリングの一部がアルゴンイオンによりスパッタされるため、Oリングも交換する必要があった。
これに対して、Case2〜Case5では、いずれもゲートバルブ26周辺へのダメージを低減できた。ただし、Case2では、Case1と比べてマイクロ波のパワーを半分程度に下げ、Case3では、Case1と比べてNF3ガスの流量を1/3程度に減らし、Case4では、Case1と比べてチャンバ1内の圧力を1/4に下げた。このため、Case2〜Case4では、上記ダメージは低減できるもののクリーニングレートが低下してしまうという課題が生じる。
一方、Case5では、NF3ガス及びアルゴンガスに加えてヘリウムガスを供給することで、クリーニングレートを低下させずにチャンバ1内のダメージを低減できた。
よって、本実施形態に係るクリーニング方法は、Case5に示すプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングする。つまり、本実施形態に係るクリーニング方法は、マイクロ波プラズマにより基板を処理するチャンバのクリーニング方法であって、NF3ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスを導入する工程と、マイクロ波パワーを供給する工程とを有する。
従来のクリーニング方法では、希釈ガスとしてアルゴンガスのみを供給したが、本実施形態に係るクリーニング方法では、アルゴンイオンよりも質量が小さく、エッチング能力が低いガスとしてヘリウムガスをアルゴンガスに混合させて供給する。ヘリウムガスとアルゴンガスの混合ガスにしたのは、アルゴンガスによってプラズマを安定的に維持しながら、ヘリウムガスによってクリーニングレートを低下させずにチャンバ1内のダメージを低減させるためである。
[実験2]
次に、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例に係るクリーニング方法におけるパーティクル数を測定した実験2について図4及び図5を参照しながら説明する。図4は、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例に係るクリーニング方法におけるパーティクル数を比較した一例を示す図である。図5は、本実施形態に係るクリーニング方法におけるパーティクル数を測定した結果の他の例である。図4(a)は、比較例に係るクリーニング方法において発生したウェハ上のパーティクル数を示す。比較例に係るクリーニング方法では、図3のCase1のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングした。図4(b)は、一実施形態に係るクリーニング方法において発生したウェハ上のパーティクル数を示す。一実施形態に係るクリーニング方法では、図3のCase5のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングした。
次に、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例に係るクリーニング方法におけるパーティクル数を測定した実験2について図4及び図5を参照しながら説明する。図4は、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例に係るクリーニング方法におけるパーティクル数を比較した一例を示す図である。図5は、本実施形態に係るクリーニング方法におけるパーティクル数を測定した結果の他の例である。図4(a)は、比較例に係るクリーニング方法において発生したウェハ上のパーティクル数を示す。比較例に係るクリーニング方法では、図3のCase1のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングした。図4(b)は、一実施形態に係るクリーニング方法において発生したウェハ上のパーティクル数を示す。一実施形態に係るクリーニング方法では、図3のCase5のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングした。
図4(a)及び(b)の横軸はウェハの処理枚数を示し、縦軸は各クリーニング方法により発生したパーティクル数のうちのウェハ上のパーティクル数を示す。図4(a)の横軸が0のとき、チャンバ1の内壁及びチャンバ1内のパーツは新品の状態である。この状態から1ロット(25枚)や複数ロット等の所定の周期で比較例のクリーニングを行い、所定枚数のウェハ処理毎にウェハ上にあるパーティクル数を測定した。四角の記号は0.5μm以上のパーティクルの数を示し、三角の記号は0.5μm未満のパーティクルの数を示す。この結果、比較例に係るクリーニング方法では、800枚のウェハを処理する間、ウェハの処理枚数が増えるほどパーティクル数は増加した。
図4(b)の横軸が0のとき、チャンバ1の内壁及びチャンバ1内のパーツは800枚のウェハを処理した後の状態である。この状態から1ロット(25枚)や複数ロット等の所定の周期で一実施形態に係るクリーニングを行い、所定枚数のウェハ処理毎にウェハ上にあるパーティクル数を測定した。この結果、本実施形態に係るクリーニング方法では、横軸が0の時点、つまり、800枚のウェハを処理した時点を0とカウントして、その時点からウェハの処理枚数が200枚になる間パーティクル数は減少した。そして、200枚以上600枚までのウェハを処理する間ウェハ上のパーティクル数は50よりも少ない数を維持した。
図5の横軸はウェハの処理枚数を示し、縦軸は各クリーニング方法により発生したウェハ上のパーティクル数を示す。図5の横軸が0のとき、チャンバ1の内壁及びチャンバ1内のパーツは新品の状態である。これによれば、ウェハの処理枚数が3000〜5000枚になってもウェハ上のパーティクル数は50よりも少ない数のまま増加しなかった。更に、本実験では、本実施形態に係るクリーニング方法を所定枚数のウェハ処理毎に行い、ウェハの処理枚数が10000枚になるまで続けた。この結果、ウェハの処理枚数が10000枚になるまでパーティクル数が50よりも少なくなった。
[実験3]
次に、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例におけるクリーニングレートを測定した実験3について、図6を参照しながら説明する。図6は、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例に係るクリーニング方法におけるクリーニングレートの測定結果一例を示す図である。
次に、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例におけるクリーニングレートを測定した実験3について、図6を参照しながら説明する。図6は、一実施形態に係るクリーニング方法と比較例に係るクリーニング方法におけるクリーニングレートの測定結果一例を示す図である。
比較例に係るクリーニング方法では、図3のCase1のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングした。一実施形態に係るクリーニング方法では、図3のCase5のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングした。比較例に係るクリーニング方法の場合についてチャンバ1内のSiFの発光強度をC1に示す。一実施形態に係るクリーニング方法の場合についてチャンバ1内のSiFの発光強度をC6に示す。
図6の横軸はクリーニング時間を示し、縦軸はチャンバ1内のSiFの発光強度を示す。クリーニングの処理後、チャンバ1の内壁にはSiNのプリコート膜が形成され、ウェハの処理が再開される。よって、クリーニングにおいてSiNのプリコート膜を除去しきれていないと、クリーニングが不十分であることを示すSiFの発光強度が高くなる。SiN膜のプリコート膜が除去され、クリーニングが完了すると、SiFの発光強度は低くなる。よって、SiFの発光強度は、チャンバ1内を十分にクリーニングできているか否かの指標となる。
実験3の結果、比較例に係るクリーニング方法でクリーニングしたときのSiFの発光強度C1と、一実施形態に係るクリーニング方法でクリーニングしたときのSiFの発光強度C6とは、同程度の時間でほぼない状態になった。よって、一実施形態に係るクリーニング方法は、比較例に係るクリーニング方法と同様のクリーニングレートを維持できたことが証明された。
以上から、本実施形態に係るクリーニング方法では、NF3ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスを供給することで、クリーニングレートを低下させずにチャンバ1内のダメージを低減できることが証明できた。
[ガス流量]
本実施形態に係るクリーニング方法では、フッ素含有ガスに加えてアルゴンガス及びヘリウムガスを供給する。このとき、アルゴンガスに対するヘリウムガスの流量比が、2/3〜9の範囲内になるように各ガスを供給することが好ましい。
本実施形態に係るクリーニング方法では、フッ素含有ガスに加えてアルゴンガス及びヘリウムガスを供給する。このとき、アルゴンガスに対するヘリウムガスの流量比が、2/3〜9の範囲内になるように各ガスを供給することが好ましい。
クリーニングガスをフッ素含有ガスとアルゴンガスとから構成すると、アルゴンイオンが天板表面のAlFxを叩きパーティクルが出る。一方、クリーニングガスをフッ素含有ガスとヘリウムガスとから構成すると、プラズマが着火し難い。
このため、本実施形態に係るクリーニングガスは、フッ素含有ガスとアルゴンガスとヘリウムガスとを混合する。このとき、アルゴンイオンが天板表面のAlFxを叩いて発生させるパーティクル数を所定以下に減らすために、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比は2/3以上であることが好ましい。図3のCase5では、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比は5/2であるが、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比を2/3以上にすれば、アルゴンイオンが天板表面のAlFxを叩いて発生させるパーティクル数を所定以下に減らすことができる。また、図7は、一実施形態に係るHe/Ar比とマイクロ波パワーによるプラズマ着火の状態を示す。これによれば、所望のエッチングレートを確保するためにマイクロ波パワーを2000W以上としたとき、プラズマの着火を可能にし、安定してプラズマが生成されるために、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比(He/Ar比)は9以下であることが好ましい。
また、本実施形態に係るクリーニングガスは、アルゴンガス及びヘリウムガスの合計流量に対するフッ素含有ガスの流量比が、1/2〜3の範囲内になるように各ガスを供給することが好ましい。フッ素含有ガスを減らしすぎると、クリーニングレートが下がり、生産性が低下するため、アルゴンガス及びヘリウムガスの合計流量に対するフッ素含有ガスの流量比は1/2以上であることが好ましい。また、フッ素含有ガスの流量は500sccm以上であることが好ましい。また、フッ素含有ガスを増やしすぎると、チャンバ1内のパーツへのダメージが懸念されるため、アルゴンガス及びヘリウムガスの合計流量に対するフッ素含有ガスの流量比は、3以下(≒1600/560)であることが好ましい。
また、フッ素含有ガスは、NF3ガスであることが好ましい。例えば図3のCase5のプロセス条件でチャンバ1内をクリーニングするとき、NF3ガスは、比較的大流量の1600sccmの供給する。そして、アルゴンガス及びヘリウムガスの合計流量に対するフッ素含有ガスの流量比が、1/2〜3の範囲内になるようにフッ素含有ガスを供給する。この範囲でフッ素含有ガスを供給しつつ、4kw以上のマイクロ波パワーを供給することが好ましい。これにより、4kW以上のマイクロ波パワーによって、比較的大流量のフッ素含有ガスを含むクリーニングガスのプラズマを安定的に生成することができる。
[他のマイクロ波プラズマ処理装置]
最後に、一実施形態に係る他のマイクロ波プラズマ処理装置について、図8を参照して説明する。図8は、一実施形態に係る他のマイクロ波プラズマ処理装置100を示す断面模式図である。マイクロ波プラズマ処理装置100は、ウェハWを収容するチャンバ1を有する。マイクロ波プラズマ処理装置100は、マイクロ波によって形成される表面波プラズマにより、ウェハWに対して所定のプラズマ処理を行う。
最後に、一実施形態に係る他のマイクロ波プラズマ処理装置について、図8を参照して説明する。図8は、一実施形態に係る他のマイクロ波プラズマ処理装置100を示す断面模式図である。マイクロ波プラズマ処理装置100は、ウェハWを収容するチャンバ1を有する。マイクロ波プラズマ処理装置100は、マイクロ波によって形成される表面波プラズマにより、ウェハWに対して所定のプラズマ処理を行う。
チャンバ1は、円筒状の処理容器であり、接地されている。チャンバ1は、天井に設けられた天板12にて上部開口を閉塞され、これにより、内部を気密に保持することが可能である。チャンバ1は、アルミニウム等の金属材料に例えばY2O3の溶射が施されている。天板12は、アルミナにより形成されている。
チャンバ1内の底部中央にはウェハWを載置するステージ2が、絶縁部材を介して立設された筒状の支持部材4により支持されている。ステージ2には、整合器を介してバイアス印加用の高周波電源が接続されてもよい。
チャンバ1の底部には排気管が接続されており、排気管には真空ポンプを含む排気装置が接続されている。排気装置を作動させるとチャンバ1内が排気され、これにより、チャンバ1内が所定の真空度まで減圧される。チャンバ1の側壁には、ウェハWの搬入及び搬出を行うための搬入出口と、搬入出口を開閉するゲートバルブとが設けられている。
天板12には、チャンバ1内にマイクロ波を放射する7つの電磁波放射手段13(図8では3本のみ図示)が設けられている。電磁波放射手段13は、同軸ケーブル状をなし、内部導体とその外側の外部導体とこれらの間に設けられた誘電体とを有する。電磁波放射手段13の先端は、突出した内部導体からなるモノポールアンテナ13aを構成している。
モノポールアンテナ13aを、チャンバ1の内部空間に突出させることにより、マイクロ波がチャンバ1内に放射される。マイクロ波は、マイクロ波出力部14から出力され、制御部51の制御に従いチャンバ1内に放射される。マイクロ波出力部14は、100MHz〜2.45GHzのマイクロ波を出力する。なお、電磁波放射手段13の数は7つに限られず、2以上であればよく、3以上が好ましい。
誘電体窓19は、モノポールアンテナ13aとステージ2とから離隔して配置され、チャンバ1の内部を誘電体窓19の上の大気空間Vと下の真空空間Uとに仕切る。空間Vには、7つの電磁波放射手段13から放射された複数のマイクロ波が伝播し、ウェハW上に表面波プラズマを生成する。表面波プラズマによってウェハWに成膜等の処理が施される。チャンバ1の天板12には、ガス導入部58からガス放射孔58aが設けられている。ガス導入部58は、ガス供給部57に接続されている。ガス供給部57から供給されたクリーニングガスは、ガス導入部58及びガス放射孔58aを介してチャンバ1内に導入される。
以上、図1及び図8に一例を示したマイクロ波プラズマ処理装置100では、表面波プラズマによりチャンバ1の天板近傍でプラズマが生成される。よって、マイクロ波プラズマ処理装置100では特にチャンバ1の天板がアルゴンガスから生成されるプラズマ中のアルゴンイオンによってスパッタされ、パーティクルが生じ易い。
これに対して、本実施形態のクリーニング方法及びマイクロ波プラズマ処理装置100によれば、NF3ガス及びアルゴンガスに加えて、ヘリウムガスをアルゴンガスに対して所定の流量比で加えて供給する。これにより、アルゴンガスのスパッタ力を低減し、天板のAlFxのパーティクル数を減らし、チャンバ1内のダメージを低減できる。また、ヘリウムガスとともにアルゴンガスを供給することで、安定してプラズマを生成できる。
今回開示された一実施形態に係るクリーニング方法及びマイクロ波プラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示のマイクロ波処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。また、基板処理装置の一例としてプラズマ処理装置を挙げて説明したが、基板処理装置は、基板に所定の処理(例えば、成膜処理、エッチング処理等)を施す装置であればよく、プラズマ処理装置に限定されるものではない。例えば、CVD装置であってもよい。
1 チャンバ
2 ステージ
15、16、18、58 ガス導入部
17、57 ガス供給部
39 マイクロ波出力部
50、51 制御部
100 マイクロ波プラズマ処理装置
2 ステージ
15、16、18、58 ガス導入部
17、57 ガス供給部
39 マイクロ波出力部
50、51 制御部
100 マイクロ波プラズマ処理装置
Claims (8)
- マイクロ波プラズマにより基板を処理するチャンバのクリーニング方法であって、
フッ素含有ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスを含むクリーニングガスを導入する工程と、
マイクロ波パワーを供給する工程と、を有し、
前記クリーニングガスを導入する工程は、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比を2/3〜9の範囲内にする、
クリーニング方法。 - マイクロ波パワーを供給する工程は、4kw以上である、
請求項1に記載のクリーニング方法。 - 前記クリーニングガスを導入する工程は、前記チャンバの天板に設けられたマイクロ波パワーの放射口の周囲から前記クリーニングガスを導入する、
請求項1又は2に記載のクリーニング方法。 - 前記天板は、アルミナにより形成される、
請求項3に記載のクリーニング方法。 - 前記クリーニングガスを導入する工程は、前記チャンバの側壁から前記クリーニングガスを導入する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のクリーニング方法。 - フッ素含有ガスは、NF3ガスである、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のクリーニング方法。 - 前記クリーニングガスを導入する工程は、アルゴンガス及びヘリウムガスの合計流量に対するフッ素含有ガスの流量比を1/2〜3の範囲内にする、
請求項1〜6のいずれか一項に記載のクリーニング方法。 - マイクロ波プラズマにより基板を処理するチャンバと、制御部とを有するマイクロ波プラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
フッ素含有ガス、アルゴンガス及びヘリウムガスを含むクリーニングガスを導入する工程と、
マイクロ波パワーを供給する工程と、を制御し、
前記クリーニングガスを導入する工程は、ヘリウムガスのアルゴンガスに対する流量比が、2/3〜9の範囲内になるようにアルゴンガス及びヘリウムガスを供給するように制御する、マイクロ波プラズマ処理装置。
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