JP2021182611A - 基板処理装置及び基板処理装置の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニング効率を向上させる基板処理装置及び基板処理装置の処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置において、基板に処理を施す処理室を備える。処理室は、光を吸収する金属ナノ粒子２２０が表面に定着された部材２１０を有し、クリーニング時におけるプラズマ光を好適に吸収することで処理室部材加熱することがき、部材のデポ付着量を減少させることにより、クリーニング処理時の処理時間を短縮、ヒータ等の他の加熱手段を設けることが困難な場所や部材であってもクリーニングすることができる。【選択図】図３

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理装置の処理方法に関する。

特許文献１には、処理容器と、前記処理容器内に配置され、基板が載置される載置台と、前記処理容器内にガスを供給するガス供給源と、を備えるプラズマ処理装置のドライクリーニング方法であって、クリーニングガスを前記処理容器内に供給し、高周波電力又はマイクロ波電力を供給することにより前記クリーニングガスのプラズマを生成する工程を含むドライクリーニング方法が開示されている。

特開２０１５−２１１１５６号公報

一の側面では、本開示は、クリーニング効率を向上させる基板処理装置及び基板処理装置の処理方法を提供する。

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板に処理を施す処理室を備え、前記処理室は、光を吸収する金属ナノ粒子が表面に定着された部材を有する、基板処理装置が提供される。

一の側面によれば、クリーニング効率を向上させる基板処理装置及び基板処理装置の処理方法を提供することができる。

本実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図。 本実施形態に係るクリーニング処理方法を示すフローチャート。 金属ナノ粒子による部材の加熱を説明する図。 プラズマ生成空間に生成されるプラズマのプラズマ光のスペクトルの一例を示すグラフ。 金属ナノ粒子の一例を示す模式図。 ロッド形状の金属ナノ粒子における波長と吸光度との関係を示すグラフの一例。 部材の温度とエッチングレートとの関係を模式的に示す図の一例。 部材の温度とプロセス時の反応生成物（デポ）の付着量との関係を示すフラフの一例。

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。

［プラズマ処理装置］
図１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置（基板処理装置）１００を示す概略断面図である。

プラズマ処理装置１００は、気密に構成され、電気的にグランド電位とされたチャンバ１を有する。チャンバ１は、円筒形状であり、例えばアルミニウムから構成される。チャンバ１内には、基板Ｗを載置する載置台ＳＴが設けられている。チャンバ１及び載置台ＳＴは、基板Ｗに所望の処理を施すための処理室を形成する。載置台ＳＴは、第１のプレート４、静電チャック５及び第２のプレート６を有する。第２のプレート６及び第１のプレート４は、導電性の金属、例えばアルミニウムから構成される。第２のプレート６は第１のプレート４及び載置台ＳＴを支持する。ウエハは基板Ｗの一例である。

基板Ｗの周囲には、例えばシリコンで形成されたエッジリング７が設けられている。エッジリング７は、フォーカスリングともいう。エッジリング７、第１のプレート４及び第２のプレート６の周囲には、例えば石英の円筒形状の内壁部材９ａが設けられている。載置台ＳＴは、内壁部材９ａと、内壁部材９ａの下端部にて連結する、例えば石英により形成された支持部材９とを介してチャンバ１の底部に配置される。

静電チャック５内の電極５ｃは、誘電体５ｂの間に挟まれ、電源１２と接続する。電源１２から電極５ｃに電圧が印加されると、クーロン力により基板Ｗが静電チャック５に静電吸着される。

第１のプレート４は、内部に流路２ｄを有する。チラーユニットから供給される熱交換媒体、例えば水は、入口配管２ｂ、流路２ｄ、出口配管２ｃを循環する。載置台ＳＴの内部には貫通孔１６及び共通ガス供給路１７が形成されている。伝熱ガス供給源１９は、貫通孔１６及び共通ガス供給路１７に伝熱ガスを供給し、基板Ｗの下面と静電チャック５の基板載置面５ａとの間の空間に伝熱ガスを導入する。なお、導入される伝熱ガスは、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガスでもよい。なお、伝熱ガスだけでなくプロセスに使用するガスも適用できる。プロセスに使用するガスの一例としては、酸素ガス（Ｏ_２）、窒素ガス（Ｎ_２）が挙げられる。

なお、載置台ＳＴには、複数、例えば３本のリフターピンが貫通している。載置台ＳＴにはピン挿通路が設けられ、ピン挿通路を挿通するリフターピンが昇降機構により上下動する。

第２のプレート６には、第１の整合器１１ａを介して第１の高周波電源１０ａが接続され、第２の整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、第１の周波数のプラズマ生成用の高周波電力を第２のプレート６に印加する。第２の高周波電源１０ｂは、第１の周波数と異なる第２の周波数であって、イオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力を第２のプレート６に印加する。ただし、第２の高周波電源１０ｂから供給された高周波電力が、プラズマ生成用に用いられる場合もある。載置台ＳＴの上方には、載置台ＳＴに対向する上部電極３が設けられている。上部電極３は、ガスシャワーヘッドとしても機能する。

上部電極３は、電極板３ｂと天板３ａとを有する。上部電極３の周囲には上部電極３を支持する絶縁性の環状部材９５が設けられ、上部電極３と環状部材９５とによりチャンバ１の上部開口が閉塞される。天板３ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に電極板３ｂを着脱自在に支持する。

天板３ａには、ガス拡散室３ｃと、ガス拡散室３ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口３ｇとが形成されている。ガス導入口３ｇには、ガス供給配管１５ａが接続されている。ガス供給配管１５ａには、ガス供給部１５、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ及び開閉弁Ｖ２が順に接続され、ガス供給配管１５ａを介してガス供給部１５から上部電極３に処理ガスが供給される。開閉弁Ｖ２及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂは、ガスのオン・オフ及び流量を制御する。

ガス拡散室３ｃの下部にはチャンバ１内に向けて多数のガス通流孔３ｄが形成され、電極板３ｂのガス導入孔３ｅと連通する。処理ガスは、ガス拡散室３ｃ、ガス通流孔３ｄを通ってガス導入孔３ｅからチャンバ１内にシャワー状に供給される。

上部電極３には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７１を介して可変直流電源７２が接続され、スイッチ７３により可変直流電源７２から出力される直流電圧の給電がオン・オフされる。可変直流電源７２からの直流電圧ならびにスイッチ７３のオン・オフは、制御部９０によって制御される。第１の高周波電源１０ａ、第２の高周波電源１０ｂから高周波電力が載置台ＳＴに印加されて処理ガスがプラズマ化する際には、必要に応じて制御部９０によりスイッチ７３がオンされ、上部電極３に所望の直流電圧が印加される。

チャンバ１の側壁から上部電極３の高さ位置よりも上方に延びるように円筒形状の接地導体１ａが設けられている。この円筒形状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。

チャンバ１の底部には排気口８１が形成され、排気口８１には排気管８２を介して排気装置８３が接続されている。排気装置８３は真空ポンプを有し、真空ポンプを作動することによりチャンバ１内を所定の真空度まで減圧する。チャンバ１内の側壁には、基板Ｗの搬入出口８４が設けられ、搬入出口８４はゲートバルブ８５により開閉可能となっている。

チャンバ１の側部内側には、内壁面に沿ってデポシールド８６が設けられている。また、内壁部材９ａに沿ってデポシールド８７が着脱自在に設けられている。デポシールド８６、８７は、チャンバ１の内壁及び内壁部材９ａにエッチング副生成物（デポ）が付着することを防止する。デポシールド８６の基板Ｗと略同じ高さ位置には、グランドに対する電位が制御可能に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）８９が設けられ、これにより異常放電が防止される。

プラズマ処理装置１００は、制御部９０によって統括的に制御される。制御部９０には、プラズマ処理装置１００の各部を制御するプロセスコントローラ９１と、ユーザインターフェース９２と、記憶部９３とが設けられている。

ユーザインターフェース９２は、工程管理者がプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有する。

記憶部９３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ９１に実行させる制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、プラズマ処理装置１００にて所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体等に格納された状態のものを利用したり、又は、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等が挙げられる。

[クリーニング処理方法]
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００にて実行されるクリーニング処理方法について、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るクリーニング処理方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るクリーニング処理方法は、制御部９０により制御され、プラズマ処理装置１００にて実行される。

図２の本処理が開始されると、チャンバ１内にクリーニングガスを供給し、第１の周波数及び／又は第２の周波数の高周波電力によりクリーニングガスのプラズマを生成する（ステップＳ１）。ここでは、上部電極３と載置台ＳＴを一対の電極（上部電極と下部電極）として、チャンバ１内の空間にクリーニングガス（例えば、Ｏ_２ガス）のプラズマが生成される。

次に、生成したクリーニングガスのプラズマにより、クリーニング処理を実行し（ステップＳ２）、チャンバ１内に付着した反応生成物を除去する。

ここで、チャンバ１の内壁面及び／又は載置台ＳＴの壁面には、少なくとも一部の表面に金属ナノ粒子２２０を有する。換言すれば、処理室（チャンバ１、載置台ＳＴ）は、表面に金属ナノ粒子２２０を有する部材２１０を含む。

金属ナノ粒子２２０による部材２１０の表面の加熱効果について、図３を用いて説明する。図３は、金属ナノ粒子２２０による部材２１０の加熱を説明する図である。

チャンバ１の内部空間（プラズマ生成空間、処理空間）に面した部材２１０において、図３（Ａ）に示すように、部材２１０の表面には、金属ナノ粒子２２０を有する。なお、金属ナノ粒子２２０は、例えば、部材２１０の表面に塗布されて定着していてもよく、部材２１０の表面に埋め込まれて定着していてもよい。また、これらに限られるものではなく、例えば、部材２１０の表面上で金属ナノ粒子２２０を成長させて定着していてもよく、透光性のバインダ材料を介して部材２１０の表面に定着していてもよく、部材２１０の表層に含有していてもよい。

また、図３（Ａ）に示すように、チャンバ１内の空間にクリーニングガス（例えば、Ｏ_２ガス）のプラズマが生成されることにより、プラズマ光が部材２１０の表面に入射する。図３（Ａ）ではプラズマ光の有するエネルギーをｈνとして示す。ｈはプランク定数、νはプラズマ光の周波数である。

図４は、プラズマ生成空間に生成されるプラズマのプラズマ光のスペクトルの一例を示すグラフである。なお、横軸は波長を示し、縦軸はプラズマ光の強度を示す。なお、強度は、最大強度を１として正規化している。ここでは、クリーニング時におけるプラズマ光の発光スペクトルの一例を示す。具体的には、クリーニングガスをＯ_２ガスとしている。図４に示す例において、部材２１０の表面に入射するプラズマ光の発光スペクトルは、例えば、７８０ｎｍ付近にピークを有する。

図３（Ａ）に戻り、金属ナノ粒子２２０は、金属ナノ粒子２２０の形状・サイズに依存した波長の光（可視光）と相互作用をする。これにより、金属ナノ粒子２２０の自由電子がプラズマ光によって励起されて振動を起こすことにより、図３（Ｂ）に示すように、プラズモン２２１を形成する（プラズモン共鳴）。

そして、金属ナノ粒子２２０の自由電子の振動が緩和される際に、金属ナノ粒子２２０の温度が上昇する。また、金属ナノ粒子２２０から部材２１０の表面に伝熱することにより、部材２１０の表面温度も上昇する。図３（Ｃ）において、温度が上昇する領域を加熱部２２２，２１２として模式的に示す。金属ナノ粒子２２０の加熱部２２２は、例えば、金属ナノ粒子２２０の全体を示す。また、部材２１０の加熱部２１２は、例えば、部材２１０の表面を示す。

このように、表面に金属ナノ粒子２２０を有する部材２１０は、プラズマ光が入射することにより、金属ナノ粒子２２０がプラズマ光を吸収して部材２１０の表面を加熱することができる。

次に、金属ナノ粒子２２０の形状およびサイズと、吸光度との関係について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、金属ナノ粒子２２０の一例を示す模式図である。ここでは、金属ナノ粒子２２０の一例として、長軸方向のサイズをＬとし、径方向のサイズをＲとするロッド形状の金属ナノ粒子２２０を示す。図６は、ロッド形状の金属ナノ粒子２２０における波長と吸光度との関係を示すグラフの一例である。なお、横軸は波長（Wevelength）を示し、縦軸は吸光度（Optical Density）を示す。ここでは、径方向のサイズＲを共通とし、長軸方向のサイズＬを変化させた場合、換言すれば、金属ナノ粒子２２０のアスペクト比を変化させた場合における各金属ナノ粒子２２０における吸光度のグラフを示す。なお、吸光度は、各金属ナノ粒子２２０における最大吸光度を１として正規化している。

図６に示す例においては、波長５２０ｎｍ付近において、金属ナノ粒子２２０の径方向のサイズＲに対応する吸光度のピークを有する。また、波長６００ｎｍ以上において、金属ナノ粒子２２０の長軸方向のサイズＬに対応する吸光度のピークを有する。

このように、ロッド形状の金属ナノ粒子２２０は、アスペクト比を変化させる（長軸方向の有効サイズＬを変化させる）ことにより、金属ナノ粒子２２０の吸光度のピークも変化する。例えば、プラズマ光が７８０ｎｍ付近にピークを有する発光スペクトル（図４参照）である場合、７８０ｎｍ付近に吸光度のピークを有する波形３００（図６参照）に対応する金属ナノ粒子２２０を用いることにより、金属ナノ粒子２２０は、Ｏ_２ガスのプラズマ光（図４参照）を好適に吸収して、部材２１０を加熱することができる。

図７は、部材２１０の温度とエッチングレートとの関係を模式的に示す図の一例である。エッチングレートが高いことは、換言すれば、クリーニング効率が高いことを示す。ここでは、クリーニング処理の一例として、クリーニングガスとしてＣＦ_４／Ａｒを用い、クリーニング対象として酸化チタンをクリーニングする際における部材２１０の温度（７０℃、１８０℃）と、エッチングレートとの関係の一例を示す。図７に示すように、部材２１０の温度が上昇することにより、熱エネルギーにより反応が促進され、エッチングレートが向上する（２１ｎｍ／ｍｉｎから２７０ｎｍ／ｍｉｎ（以上））。即ち、表面に金属ナノ粒子２２０を有する部材２１０において、金属ナノ粒子２２０がクリーニング時のプラズマ光を吸収して部材２１０を加熱することにより、部材２１０のエッチングレートを向上させることができる。これにより、クリーニング処理時の処理時間を短縮することができる。

なお、金属ナノ粒子２２０が吸光する光は、チャンバ１のクリーニング時のプラズマ光に限られるものではない。例えば、プラズマ処理装置１００を用いて基板Ｗにプラズマ処理を施すプロセス（例えば、成膜処理、エッチング処理等）におけるプラズマ光であってもよい。プラズマ処理装置１００は、チャンバ１内に所定のプロセスガスを供給し、チャンバ１内にプラズマを生成することにより、載置台ＳＴに載置された基板Ｗに所望の処理（例えば、成膜処理、エッチング処理等）を施す。この際、反応生成物（デポ）がチャンバ１の壁面等に付着する。

図８は、デポシールド８６の温度とプロセス時の反応生成物（デポ）の付着量との関係を示すグラフの一例である。ここでは、部材２１０の代わりにデポシールド８６を用いて温度とプロセス時の反応生成物（デポ）の付着量との関係を示す。プラズマ処理の一例として、不純物を含む基板Ｗにプラズマ処理を施した際におけるデポシールド８６の温度とデポシールド８６に付着するデポ付着量との関係を示す。図８に示すように、デポシールド８６の温度が上昇することにより、デポ付着量も減少する。即ち、表面に金属ナノ粒子２２０を有する部材２１０を実装した場合において、金属ナノ粒子２２０がクリーニング時のプラズマ光を吸収して部材２１０を加熱することにより、部材２１０のデポ付着量を減少させる効果が得られることが確認できる。換言すれば、部材２１０のデポ付着量を減少させることにより、クリーニング処理時の処理時間を短縮することができる。

なお、金属ナノ粒子２２０は、部材２１０の表面の少なくとも一部に有していてもよい。

例えば、部材２１０と他の部材２１０との継ぎ目部分の表面に金属ナノ粒子２２０を有していてもよい。これにより、クリーニングし難い部材２１０同士の継ぎ目部分を効率よくクリーニングすることができるので、チャンバ１全体のクリーニング時間を短縮することができる。

また、基板Ｗに近い部材２１０の表面に金属ナノ粒子２２０を有していてもよい。例えば、エッジリング７の表面に金属ナノ粒子２２０を有していてもよい。これにより、エッジリング７を好適にクリーニングすることができるので、クリーニング後のプロセスにおいて、エッジリング７に付着した反応生成物（デポ）の影響を抑制することができる。

また、金属ナノ粒子２２０は、クリーニング時におけるプラズマ光を好適に吸収するように、金属ナノ粒子２２０の形状やサイズが選択されてもよい。これにより、クリーニング効率を向上させることができ、クリーニング時間を短縮させることができる。

また、金属ナノ粒子２２０は、プロセス時におけるプラズマ光を好適に吸収するように、金属ナノ粒子２２０の形状やサイズが選択されてもよい。これにより、プロセス時における反応生成物（デポ）の付着量を抑制することができる。また、反応生成物（デポ）の付着量を抑制することで、クリーニング時間を短縮させることができる。

また、金属ナノ粒子２２０は、形状やサイズが異なる金属ナノ粒子２２０を組み合わせてもよい。これにより、例えば、クリーニング時のプラズマ光及びプロセス時のプラズマ光を吸収して、部材２１０を加熱することができる。

また、金属ナノ粒子２２０は、図５に示すロッド形状に限られるものではなく、板状、球状、ワイヤ状等であってもよい。吸光する光の波長に対応する形状及びサイズを有する金属ナノ粒子２２０を選択してもよい。また、金属ナノ粒子２２０は、貴金属（例えば、金、銀等）であってもよく、その他の金属であってもよい。

以上、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、部材２１０の表面に金属ナノ粒子２２０を有することにより、プラズマ光を吸収して部材２１０の表面を加熱することができる。これにより、ヒータ等の他の加熱手段を設けることが困難な場所や部材であっても部材２１０を加熱することができる。

また、部材２１０の表面に選択的に金属ナノ粒子２２０を有することができる。これにより、例えば、クリーニングを促進したい部分に対して選択的に金属ナノ粒子２２０を設けることにより、選択的にクリーニングを促進させることができる。これにより、金属ナノ粒子２２０が設けられていないその他の部分における過剰なクリーニングの発生を抑制しつつ、チャンバ１全体のクリーニング時間を短縮することができる。

以上、基板処理装置（プラズマ処理装置１００）及び基板処理装置の処理方法（クリーニング方法）を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる基板処理装置及び基板処理装置の処理方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記実施形態及び変形例に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

金属ナノ粒子２２０の自由電子を励起する光源としてプラズマ光を用いるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、チャンバ１内にＬＥＤ等の光源を設けてもよい。なお、これにより、プラズマ光が届かない部位においても、金属ナノ粒子２２０を励起させ、部材２１０を加熱することができる。また、プラズマを用いない基板処理装置においても適用することができる。また、光源は、例えば、常時チャンバ１内に設けられていてもよく、クリーニング時に配置してもよい。また、透光窓を設けてチャンバ１の外部の光源から部材２１０の表面に光を照射してもよい。

例えば、本実施形態に係るプラズマ処理装置（基板処理装置）１００の載置台ＳＴは、静電チャックを有していたが、これに限らず、例えば、静電チャックを有しない載置台であってもよい。この場合、載置台の載置部は、静電チャックの機能を有さず、載置部の上面に基板を載置する。

本発明に係るプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプでも適用可能である。本開示のクリーニング処理方法は、プラズマ空間を有するチャンバと、プラズマ空間内に配置された載置台と、プラズマ空間に供給されたガスからプラズマを形成するように構成されたプラズマ生成部とを有する上記プラズマ処理装置にて実行可能である。

１ チャンバ（処理室）
３ 上部電極
１０ａ 第１の高周波電源
１０ｂ 第２の高周波電源
１１ａ 第１の整合器
１１ｂ 第２の整合器
１５ ガス供給部
１００ プラズマ処理装置（基板処理装置）
２１０ 部材
２２０ 金属ナノ粒子
２２１ プラズモン
２２２，２１２ 加熱部
ＳＴ 載置台（処理室）
Ｗ 基板

Claims (7)

1. 基板に処理を施す処理室を備え、
   前記処理室は、光を吸収する金属ナノ粒子が表面に定着された部材を有する、
   基板処理装置。
2. 前記処理室内にプラズマを生成するための電源を備え、
   前記金属ナノ粒子は、前記プラズマの光を吸収する、
   請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記金属ナノ粒子は、
   前記処理室をクリーニングする際に前記処理室内に供給されるクリーニングガスのプラズマの光を吸収する、
   請求項２に記載の基板処理装置。
4. 前記金属ナノ粒子は、
   基板に処理を施す際に前記処理室内に供給されるプロセスガスのプラズマの光を吸収する、
   請求項２または請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記金属ナノ粒子は、光源の光を吸収する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
6. 前記金属ナノ粒子は、光を吸収して前記部材の表面を加熱する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
7. 光を吸収する金属ナノ粒子を表面に有する部材を含む処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するための電源と、前記処理室内にガスを供給するためのガス供給部と、を備える基板処理装置の処理方法であって、
   前記ガス供給部から前記処理室内にガスを供給し、前記電源により前記処理室内に前記ガスのプラズマを生成することで、前記金属ナノ粒子がプラズマ光を吸収して前記部材を加熱する工程を含む、
   基板処理装置の処理方法。

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