JP3790410B2 - Particle reduction method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを生成して基板の表面に処理を施す処理装置において、非処理時における処理室内のパーティクルを低減するパーティクル低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。プラズマＣＶＤ装置においては、基板への成膜が完了すると、材料ガスの供給を停止すると共にプラズマをオフ状態にして成膜室から搬送室に基板を移送し、新たな基板を成膜室に搬入して、再び材料ガスを供給すると共に成膜室内をプラズマ状態にして成膜を行ってている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ中には微粒子がパーティクルとなって飛散しているため、基板の成膜が完了してプラズマをオフ状態にした瞬間に、成膜後の基板にパーティクルが落下して堆積する虞が生じてしまう。また、基板を搬出した後であっても、支持台上にパーティクルが落下して搬入された基板の裏面にパーティクルが付着する虞が生じてしまう。プラズマＣＶＤ装置では、成膜が完了した後の基板上や基板搬送後の支持台上にパーティクルが堆積する虞があるが、特別な処置を施していないのが現状であった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、プラズマ処理装置において非処理時におけるパーティクルを低減することができるパーティクル低減方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のパーティクル低減方法は、処理室に原料ガス及び酸素及び不活性ガスを導入し、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理が施されるプラズマ処理装置において、基板の表面に処理が施された後、プラズマを発生させた状態で原料ガスの導入を停止して微粒子を基板上に落下させないようにし、プラズマを発生させた状態で基板を搬出することで微粒子を基板支持台の上に落下させないようにし、基板を搬出した後、気相中の微粒子を気化させ、かつ処理室の壁面をクリーニングしない量のフッ素ガスを処理室内に導入し、気相中の微粒子を気化させた後にフッ化ガスを停止して基板を搬入することを特徴とする。
【０００９】
そして、原料ガスはシランであり、不活性ガスはヘリウムであり、フッ化ガスはＮＦ3 ガスであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係るパーティクル低減方法を実施するプラズマＣＶＤ装置の概略側面を示してある。
【００１１】
図に示すように、基部１には円筒状のアルミニウム製の容器２が設けられ、容器２内に処理室としての成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。載置部７は、タングステン等の金属板２５の表面にアルミナ等のセラミックス２６が設けられて構成されている。載置部７の金属板２５にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００１２】
容器２の外周には電磁石９が配置され、容器２は環状の電磁石９により包囲されている。電磁石９は円環状の鉄心１０と鉄心１０に巻かれるコイル１１とにより構成され、コイル１１には三相インバータ電源１２が接続されて電磁石９に電圧が印加される。電磁石９に電圧が印加されることにより、載置部７に載置される基板６の表面に略平行に、かつ、容器２の中心軸回りに回転する磁場を生成するようになっている。
【００１３】
電磁波透過窓としての天井板４の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生すると共に、成膜室３内の磁束に作用して電子磁気音波を発生し、これがランダウ減衰によりプラズマにエネルギを移行させ、成膜室３内に強いプラズマを発生させる。
【００１４】
容器２にはシラン（例えば SiH4)等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばSi）となる材料ガスが供給される。また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素、クリーニング用のＮＦ3 等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。また、容器２には基板６の搬入・搬出口３１が設けられ、搬入・搬出口３１を通して搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００１５】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から処置流量の補助ガス（例えば酸素及びヘリウム）を成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。同時に、三相インバータ電源１２から電磁石９に電圧が印加され、成膜室３内に回転磁場が生成される。
【００１６】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。プラズマ中の電子、あるいはイオンといった荷電粒子は回転磁場の磁力線に巻き付くように回転し、更に電界にも影響されながら運動する。従って、高密度、かつ均一な密度のプラズマが成膜域に留まることになる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。尚、処理手段として、平行な磁場を形成してプラズマにより成膜を行う装置を例に挙げているが、磁場の形成は適宜変更できると共に、成膜以外でもエッチング等他の処理を行う装置を適用することも可能である。
【００１７】
基板６に対する成膜が行われた後、成膜が完了した基板６を搬送室に搬送して新たな基板６を搬入する。基板６に対する成膜が完了した後、本発明のパーティクル低減方法が実施される。図２に基づいてパーティクル低減方法を説明する。図２には本発明の一実施形態例に係るパーティクル低減方法の工程説明を示してある。
【００１８】
図に示すように、成膜工程で、成膜室３内に材料ガスのSiH4、補助ガスの酸素（Ｏ2 ）及びヘリウム（Ｈｅ）を供給すると共に、成膜室３内をプラズマ状態にして（プラズマオン）基板６の表面に処理が施される。基板６の成膜が完了した後、材料ガスのSiH4の供給を停止（材料ガスオフ）し、補助ガスのＯ2 及びＨｅを供給したまま成膜室３内をプラズマ状態にする。材料ガスの供給のないプラズマ状態が保たれることにより、成膜室３内の微粒子は空間的に捕捉され、成膜が完了した基板６の上に落下することがない。
【００１９】
この状態、即ち、補助ガスのＯ2 及びＨｅを供給したまま成膜室３内をプラズマ状態にした状態で、成膜が完了した基板６を図示しない搬送室に搬送する。補助ガスとして、Ｏ2 及びＨｅを供給するのは、補助ガスがＯ2 だけであると、成膜室３の壁面を激しくスパッタしてパーティクルを増加させてしまう虞があるため、Ｈｅを供給してパーティクルの増加を緩和している。
【００２０】
成膜が完了した基板３を搬送した後、補助ガスのＯ2 及びＨｅを供給して成膜室３内をプラズマ状態にしたまま、成膜室３内に微量のフッ化ガス（例えば、ＮＦ3 ガス）を成膜室３内に導入し、気相中に残留するパーティクルと反応させて気化させる。この時のＮＦ3 ガスの量は、壁面をクリーニングしない程度の量とする。つまり、ＮＦ3 によって壁面がエッチングされない量としている。これにより、基板３を搬送した後、ウエハ支持台５の上にパーティクルが落下・堆積することがなくなる。
【００２１】
ＮＦ3 ガスを導入して気相中に残留するパーティクルを気化させた後、ＮＦ3 ガスの供給を停止（ＮＦ3 オフ）して新たな基板３をウエハ支持台５の上に搬入する。この時、ウエハ支持台５の上にはパーティクルが堆積していないので、新たな基板３の裏面等にパーティクルが付着することがない。基板３を搬入した後、成膜室３内に材料ガスのSiH4を導入して再び成膜を実施する。
【００２２】
上述したパーティクル低減方法を実施している間、成膜室３内はプラズマ状態であるが、電磁石９による磁場の形成は、実施しても実施しなくてもどちらでもよい。
【００２３】
上述したパーティクル低減方法では、成膜が完了した後に、材料ガスを停止して補助ガスのＯ2 及びＨｅを供給したまま成膜室３内を原料ガスのないプラズマ状態にしているので、パーティクルが捕捉され、成膜が完了した基板６の上に落下することがない。また、成膜が完了した基板６を搬送した後も補助ガスのＯ2 及びＨｅを供給したまま成膜室３内をプラズマ状態に保っているので、ウエハ支持台５の上にパーティクルが落下・堆積することがない。更に、成膜室３内に微量のＮＦ3 ガスを導入し、気相中に残留するパーティクルと反応させて気化させているので、新たな基板６にパーティクルが付着することがない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のパーティクル低減方法は、処理室に原料ガス及び酸素及び不活性ガスを導入し、プラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に処理が施されるプラズマ処理装置において、基板の表面に処理が施された後、プラズマを発生させた状態で原料ガスの導入を停止して微粒子を捕捉しプラズマを発生させた状態で基板を搬出し、基板を搬出した後、気相中の微粒子を気化させ、かつ処理室の壁面をクリーニングしない量のフッ化ガスを処理室内に導入し、気相中の微粒子を気化させた後にフッ化ガスを停止して基板を搬入するようにしたので、非処理時におけるパーティクルを低減することができ、微粒子が処理が施された基板上に落下することがなくなるとともに、微粒子が基板支持台の上に落下することがなくなり、更に、搬入された基板に微粒子が付着することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係るパーティクル低減方法を実施するプラズマＣＶＤ装置の概略側面図。
【図２】本発明の一実施形態例のパーティクル低減方法の工程説明図。
【符号の説明】
１ 基部
２ 容器
３ 成膜室
４ 天井板
５ ウエハ支持台
６ 基板
７ 載置部
８ 支持軸
９ 電磁石
１０ 鉄心
１１ コイル
１２ 三相インバータ電源
１３ 高周波アンテナ
１４ 整合器
１５ 高周波電源
１６ ガス供給ノズル
１７ 補助ガス供給ノズル
１８ 排気系
２１ バイアス電源
２２ 静電電源
２５ 金属板
２６ セラミックス
３１ 搬入・搬出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a particle reduction method for reducing particles in a processing chamber during non-processing in a processing apparatus that generates plasma and processes the surface of a substrate.
[0002]
[Prior art]
Currently, in the manufacture of semiconductors, film formation using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is known. A plasma CVD apparatus introduces a material gas, which is a material of a film, into a film forming chamber in a container to form a plasma state, and promotes a chemical reaction on the substrate surface by active excited atoms in the plasma to form a film. It is a device that performs. In the plasma CVD apparatus, when the film formation on the substrate is completed, the supply of the material gas is stopped, the plasma is turned off, the substrate is transferred from the film formation chamber to the transfer chamber, and a new substrate is carried into the film formation chamber. Then, the material gas is supplied again and the film formation chamber is in a plasma state to form a film.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since fine particles are scattered as particles in the plasma, there is a risk that particles will fall and deposit on the substrate after film formation at the moment the film formation on the substrate is completed and the plasma is turned off. End up. Further, even after the substrate is unloaded, there is a risk that the particles may fall on the support table and adhere to the back surface of the loaded substrate. In the plasma CVD apparatus, particles may be deposited on the substrate after the film formation is completed or on the support table after the substrate is transported, but there is no special treatment at present.
[0004]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a particle reduction method capable of reducing particles during non-processing in a plasma processing apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the particle reduction method of the present invention introduces a source gas, oxygen and an inert gas into a processing chamber, generates plasma, and is excited and activated on the surface of the substrate by atoms / molecules. In the plasma processing apparatus to be processed, after the surface of the substrate is processed, the introduction of the raw material gas is stopped in a state where the plasma is generated so that the fine particles do not fall on the substrate, and the plasma is generated. The substrate is unloaded so that the particles do not fall on the substrate support, and after the substrate is unloaded, the vapor in the gas phase is vaporized and an amount of fluorine gas that does not clean the processing chamber wall is removed. The substrate is introduced into the processing chamber, vaporized fine particles in the gas phase, and then the substrate is loaded with the fluorination gas stopped.
[0009]
The raw material gas is silane, the inert gas is helium, and the fluorinated gas is NF 3 gas.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic side view of a plasma CVD apparatus for performing a particle reduction method according to an embodiment of the present invention.
[0011]
As shown in the figure, the base 1 is provided with a cylindrical aluminum container 2, and a film forming chamber 3 as a processing chamber is formed in the container 2. A circular ceiling plate 4 is provided on the top of the container 2, and a wafer support 5 is provided in the film forming chamber 3 in the center of the container 2. The wafer support 5 includes a disk-shaped mounting portion 7 that electrostatically attracts and holds a semiconductor substrate 6, and the mounting portion 7 is supported by a support shaft 8. The mounting portion 7 is configured by providing a ceramic 26 such as alumina on the surface of a metal plate 25 such as tungsten. A bias power source 21 and an electrostatic power source 22 are connected to the metal plate 25 of the mounting unit 7 to generate a low frequency and an electrostatic force in the mounting unit 7. The entire height of the wafer support 5 can be raised or lowered or the support shaft 8 can be expanded and contracted, so that the vertical height can be adjusted to an optimum height.
[0012]
An electromagnet 9 is disposed on the outer periphery of the container 2, and the container 2 is surrounded by an annular electromagnet 9. The electromagnet 9 includes an annular iron core 10 and a coil 11 wound around the iron core 10, and a three-phase inverter power source 12 is connected to the coil 11 to apply a voltage to the electromagnet 9. When a voltage is applied to the electromagnet 9, a magnetic field that rotates approximately in parallel with the surface of the substrate 6 placed on the placement unit 7 and around the central axis of the container 2 is generated.
[0013]
For example, a circular ring-shaped high-frequency antenna 13 is disposed on the ceiling plate 4 serving as an electromagnetic wave transmission window, and a high-frequency power source 15 is connected to the high-frequency antenna 13 via a matching unit 14. By supplying power to the high-frequency antenna 13, electromagnetic waves are incident on the film forming chamber 3 of the container 2. The electromagnetic wave incident on the container 2 ionizes the gas in the film forming chamber 3 to generate plasma, and acts on the magnetic flux in the film forming chamber 3 to generate an electron magneto-sonic wave, which is generated by Landau attenuation. Energy is transferred to the film forming chamber 3 to generate strong plasma.
[0014]
The container 2 is provided with a gas supply nozzle 16 for supplying a material gas such as silane (for example, SiH 4 ), and a material gas to be a film formation material (for example, Si) is supplied from the gas supply nozzle 16 into the film formation chamber 3. The The container 2 is provided with an auxiliary gas supply nozzle 17 for supplying an inert gas (rare gas) such as argon or helium, oxygen, hydrogen, or an auxiliary gas such as NF 3 for cleaning. There is provided an exhaust port 18 connected to a vacuum exhaust system (not shown) for exhausting the inside. Further, the container 2 is provided with a carry-in / carry-out port 31 for the substrate 6, and the substrate 6 is carried in / carrying out from the transfer chamber through the carry-in / carry-out port 31.
[0015]
In the plasma CVD apparatus described above, the substrate 6 is placed on the mounting portion 7 of the wafer support 5 and is electrostatically attracted. A material gas at a predetermined flow rate is supplied from the gas supply nozzle 16 into the film forming chamber 3, and an auxiliary gas (for example, oxygen and helium) at a treatment flow rate is supplied from the auxiliary gas supply nozzle 17 into the film forming chamber 3. The inside of 3 is set to a predetermined pressure corresponding to the film forming conditions. Thereafter, power is supplied from the high frequency power supply 15 to the high frequency antenna 13 to generate a high frequency, and power is supplied from the bias power supply 21 to the mounting portion 7 to generate a low frequency. At the same time, a voltage is applied from the three-phase inverter power supply 12 to the electromagnet 9, and a rotating magnetic field is generated in the film forming chamber 3.
[0016]
As a result, the material gas in the film forming chamber 3 is discharged and a part thereof is in a plasma state. Charged particles such as electrons or ions in the plasma rotate so as to wind around the magnetic field lines of the rotating magnetic field, and further move while being influenced by the electric field. Therefore, high-density and uniform plasma remains in the film formation region. This plasma collides with other neutral molecules in the material gas to further ionize or excite the neutral molecules. The active particles generated in this manner are adsorbed on the surface of the substrate 6 to efficiently cause a chemical reaction, and are deposited to form a CVD film. In addition, although the apparatus which forms a parallel magnetic field and forms a film by plasma is mentioned as an example as a processing means, while the formation of a magnetic field can be changed suitably, the apparatus which performs other processes, such as etching other than film-forming, is mentioned. It is also possible to apply.
[0017]
After film formation on the substrate 6 is performed, the substrate 6 on which film formation has been completed is transferred to the transfer chamber, and a new substrate 6 is carried in. After film formation on the substrate 6 is completed, the particle reduction method of the present invention is performed. The particle reduction method will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a process description of a particle reduction method according to an embodiment of the present invention.
[0018]
As shown in the figure, in the film forming process, the material gas SiH 4 and the auxiliary gases oxygen (O 2 ) and helium (He) are supplied into the film forming chamber 3 and the film forming chamber 3 is brought into a plasma state. (Plasma on) The surface of the substrate 6 is processed. After the film formation of the substrate 6 is completed, the supply of the material gas SiH 4 is stopped (the material gas is turned off), and the inside of the film formation chamber 3 is brought into a plasma state while the auxiliary gases O 2 and He are being supplied. By maintaining the plasma state without supply of the material gas, the fine particles in the film forming chamber 3 are spatially captured and do not fall onto the substrate 6 on which film formation has been completed.
[0019]
In this state, that is, in a state where the film forming chamber 3 is in a plasma state while the auxiliary gases O 2 and He are supplied, the substrate 6 on which film formation has been completed is transferred to a transfer chamber (not shown). As an auxiliary gas, to supply O 2, and He is the auxiliary gas is only O 2, since there is a possibility that vigorously sputtered wall of the film forming chamber 3 will increase the particle, supplying He To mitigate the increase in particles.
[0020]
After transporting the substrate 3 on which film formation has been completed, a small amount of fluorinated gas (for example, NF) is supplied into the film formation chamber 3 while supplying the auxiliary gases O 2 and He to keep the film formation chamber 3 in a plasma state. 3 gas) is introduced into the film forming chamber 3 and reacted with particles remaining in the gas phase to be vaporized. At this time, the amount of NF 3 gas is set so as not to clean the wall surface. That is, the amount of the wall is not etched by NF 3 . Thereby, after the substrate 3 is transported, particles are not dropped and deposited on the wafer support 5.
[0021]
After introducing NF 3 gas to vaporize particles remaining in the gas phase, the supply of NF 3 gas is stopped (NF 3 off), and a new substrate 3 is carried onto the wafer support 5. At this time, since particles are not deposited on the wafer support 5, the particles do not adhere to the back surface of the new substrate 3. After the substrate 3 is carried in, the material gas SiH 4 is introduced into the film forming chamber 3 to form a film again.
[0022]
While the above-described particle reduction method is being performed, the inside of the film forming chamber 3 is in a plasma state, but the formation of the magnetic field by the electromagnet 9 may or may not be performed.
[0023]
In the above-described particle reduction method, after the film formation is completed, the material gas is stopped and the inside of the film formation chamber 3 is brought into a plasma state without the source gas while the auxiliary gases O 2 and He are supplied. It does not fall on the substrate 6 that has been captured and has been formed. Further, since the inside of the film forming chamber 3 is kept in a plasma state while the auxiliary gases O 2 and He are supplied after the substrate 6 having been formed is transported, the particles fall on the wafer support 5. There is no accumulation. Furthermore, since a small amount of NF 3 gas is introduced into the film forming chamber 3 and reacted with particles remaining in the gas phase, the particles are not attached to the new substrate 6.
[0026]
【The invention's effect】
The particle reduction method of the present invention is a plasma treatment in which a raw material gas, oxygen and an inert gas are introduced into a treatment chamber, a plasma is generated, and the surface of the substrate is treated with atoms / molecules excited and activated there. In the apparatus, after the surface of the substrate is processed, the introduction of the source gas is stopped in the state where the plasma is generated, the fine particles are captured and the substrate is unloaded and the substrate is unloaded. Introduce a quantity of fluorinated gas into the process chamber that vaporizes the fine particles in the gas phase and does not clean the walls of the process chamber. After vaporizing the fine particles in the gas phase, stop the fluorinated gas and carry in the substrate. As a result, particles during non-treatment can be reduced, and the fine particles do not fall on the treated substrate, and the fine particles do not fall on the substrate support. Is eliminated, further, there is no adhesion of fine particles on the loaded wafer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view of a plasma CVD apparatus for performing a particle reduction method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process explanatory diagram of a particle reduction method according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base part 2 Container 3 Deposition chamber 4 Ceiling board 5 Wafer support stand 6 Substrate 7 Placement part 8 Support shaft 9 Electromagnet 10 Iron core 11 Coil 12 Three-phase inverter power supply 13 High frequency antenna 14 Matching device 15 High frequency power supply 16 Gas supply nozzle 17 Auxiliary Gas supply nozzle 18 Exhaust system 21 Bias power supply 22 Electrostatic power supply 25 Metal plate 26 Ceramics 31 Loading / unloading
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