JP3854017B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特にプラズマ処理装置の内部部品上の堆積物剥離を防止し、プラズマ処理の安定稼動に有効なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。プラズマ処理装置としては、例えば、ドライエッチング装置、プラズマCVD装置などが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
炭素原子（Ｃ）とフッ素原子（Ｆ）を含むガスによるプラズマ処理では、プラズマ処理装置の内面に、ＣＦ成分の反応生成物が堆積する場合が多い。また、プラズマ耐性からの要求や、装置の電気的制約から、処理室の内面に石英部品を使用する場合が有る。石英部品を使用する場合の石英部品の表面処理は、通常フレーム処理と呼ばれる表面平滑化処理が実施される。加工時に半透明となっていた石英部品は、フレーム処理により透明となり、かつ、表面に付着していた微細な加工時の石英粒子などが溶融して一体化されるので、異物の除去効果も得られる。しかし、プラズマ処理室内で石英部品を使用する場合、石英表面に付着する堆積物の対策を考慮する必要がある。すなわち、堆積物が付着しないようにするか、付着しても剥離しないようにするか、あるいは付着した堆積物を定期的にプラズマクリーニングするかなどの対応が必要である。
【０００３】
例えば、特開平10-163180号では、石英表面に付着した堆積物の剥離を抑制するため、付着力の強化を図っている。すなわち、ドライエッチング装置において、基板用電極の上方対向面に設置した石英天板の平均表面粗さRaを0.2〜5μｍの範囲に仕上げることで、石英天板の表面積を増大させてデポ物の付着力を強化し、デポ物の落下を抑制させている。その結果、チャンバー内に浮遊するパーティクルの数が低減され、半導体基板上に付着する異物の数を低減させる方法を公開している。また、表面が平滑な石英天板を用いると、処理基板の25枚目で100個を超える異物が生じており、この原因は、デポの一部が塊状に脱落してパーティクルとなってチャンバー内に浮遊することから、ウエハに付着する異物の数が多くなったと推察されている。
【０００４】
また、酸化シリコン（以下、単に酸化膜と称す）のエッチングにおいては、Jounal of Vacuum Science and Technology, A15(3), pp.659-663 (1997)に報告されているように、エッチング室内壁に堆積した反応生成物の吸着脱離特性がエッチング特性に影響を及ぼし、堆積膜がある状態とない状態ではエッチング特性が変動するので、エッチングの前に堆積膜を除去するためのポストエッチトリートメントが必要である旨、記載されている。この報告は、酸化膜エッチング装置などにおいては、堆積膜を単に強固に付着させて剥離しないようにするだけでは不十分な場合もあることを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
石英表面がプラズマに接するようなプラズマエッチング装置でプラズマ処理を数十時間以上断続的に継続して行うと、石英にRF(高周波)バイアスがかかっていない場所では、石英部品の表面を粗面化したものでも、またフレーム処理で平滑にしたものでも、堆積物が数十μｍ以上に厚く堆積し、はがれてしまうことがあった。堆積物がはがれると、被プラズマ処理基板上に異物が多く付着し半導体製品の生産に支障を来たすため、堆積物がはがれる前に清掃して除去する必要がある。こういった清掃をするためには、現状、プラズマ処理を中断しなければいけないので、時間当たりの生産量を上げる為に清掃頻度をなるべく少なくすることが必要であった。これを実現するために、石英部品から剥がれる堆積物の量をさらに抑制する必要があった。
【０００６】
また、石英部品の表面堆積物の吸着脱離がエッチング特性に及ぼす影響を調べた結果、本発明で述べるような、電磁波を円板状アンテナから放射し、アンテナ周囲に電磁波の導波路として石英などの誘電体を配置したプラズマ処理装置においては、石英表面に堆積物が付着してもエッチング特性への影響は少ないが、石英温度が低いときと昇温して高温になったときとでは、エッチング特性の変動が若干見とめられた。この変動は小さいが、変動幅を最小化することも必要である。
【０００７】
本発明の目的は、プラズマ処理装置内の石英部品に堆積する堆積物の剥がれを抑制することができ、これを起因とする異物を抑制することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、炭素、フッ素原子を含むプロセスガスを用いるプラズマ処理装置において、石英部品上の堆積物を起因とする異物及びエッチング特性の変動を抑制し、安定なエッチング特性が得られるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、減圧できる真空容器からなるプラズマ処理室に処理用ガスを導入してプラズマを発生させ、被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、被処理基板を搬送して電極上に設置する工程と、少なくとも炭素原子とフッ素原子を含むガスを流量を設定してプラズマ処理室に導入する工程と、プラズマ処理室の圧力を制御して所定の圧力に設定する工程と、プラズマ処理室に高周波電力を加えてプラズマを発生させる工程と、前記高周波電力を所定の値に制御して設定する工程と、被処理基板を電極上に静電吸着により支持する工程と、前記被処理基板を支持した電極に高周波バイアスを印加して被処理基板をプラズマ処理する工程と、プラズマ処理が終了した時点で前記電極への高周波バイアスの印加を停止する工程と、プラズマ処理用ガスの供給を停止し、静電吸着支持の解放に必要なプラズマ回路を形成するための除電用ガスを供給する工程と、プラズマ処理の終了した前記被処理基板を静電吸着支持から解放する工程と、除電用ガスの供給を停止し、プラズマ処理室を高真空排気する工程と、静電吸着支持から解放された前記被処理基板をプラズマ処理室から搬出する工程と、必要に応じて、次にプラズマ処理を施す被処理基板をプラズマ処理室に搬入して、前記一連のプラズマ処理を繰り返す連続処理工程と、同種の被処理基板を連続処理する連続基板処理の直前に、前記プラズマ発生用の高周波電力、あるいは、前記電極に印加する高周波バイアス電力のうち少なくともどちらか一方を、前記連続基板処理時より高い出力にしてプラズマ処理を実施するか、あるいは、前記連続基板処理時の被処理基板一枚のプラズマ処理時間より長い時間プラズマ処理を実施する工程と、からなるプラズマ処理方法にある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、減圧できる真空容器からなるプラズマ処理室に処理用ガスを導入してプラズマを発生させ、被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、被処理基板を搬送して電極上に設置する手段と、少なくとも炭素原子とフッ素原子を含むガスを流量を設定してプラズマ処理室に導入する手段と、プラズマ処理室の圧力を制御して所定の圧力に設定する手段と、プラズマ処理室に高周波電力を加えてプラズマを発生させる手段と、前記高周波電力を所定の値に制御して設定する手段と、被処理基板を電極上に静電吸着により支持する手段と、前記被処理基板を支持した電極に高周波バイアスを印加して被処理基板をプラズマ処理する手段と、プラズマ処理が終了した時点で前記電極への高周波バイアスの印加を停止する手段と、プラズマ処理用ガスの供給を停止し、静電吸着支持の解放に必要なプラズマ回路を形成するための除電用ガスを供給する手段と、プラズマ処理の終了した前記被処理基板を静電吸着支持から解放する手段と、除電用ガスの供給を停止し、プラズマ処理室を高真空排気する手段と、静電吸着支持から解放された前記被処理基板をプラズマ処理室から搬出する手段と、必要に応じて、次にプラズマ処理を施す被処理基板をプラズマ処理室に搬入して、前記一連のプラズマ処理を繰り返す連続処理手段と、同種の被処理基板を連続処理する連続基板処理の直前に、前記プラズマ発生用の高周波電力、あるいは、前記電極に印加する高周波バイアス電力のうち少なくともどちらか一方を、前記連続基板処理時より高い出力にしてプラズマ処理を実施するか、あるいは、前記連続基板処理時の被処理基板一枚のプラズマ処理時間より長い時間プラズマ処理を実施する手段と、を備えたプラズマ処理装置にある。
【００１１】
炭素原子（Ｃ）とフッ素原子（Ｆ）を含むガスによるプラズマ処理において、石英部品の温度と表面形状と堆積物の状態等を走査型電子顕微鏡観察や堆積実験で検討した結果、石英表面が滑らかな場合は、石英表面に一様に堆積物が付着するのに対し、石英表面に微細な凹凸を付け、かつ高温にすると、堆積物が島状に付着することがわかった。また、高温で長時間処理すると、堆積物の島の面積が小さくなり、堆積物が消失することが判明した。特に、ＣＦ系のガスを用いた酸化膜の高選択エッチングプロセスでは１３０℃付近以上の高温にすると堆積物の消失現象が認められた。
【００１２】
また、島状に分離し孤立した堆積物は、１００時間の連続処理中にはがれ落ちてくることがなかった。また、石英表面の堆積物は、短時間のプラズマクリーニングで除去できる量であった。
【００１３】
このとき、石英表面の微細な窪みには堆積物が付着していなかった。また、ミクロ的な観察の結果から判断すると、石英表面上の堆積物の付着力は特に強くなっているとは考えられないが、堆積物が微少な島状に孤立しているため、わずかな付着力でも剥離しにくい状態となっている。石英部品の温度変動に起因する熱応力も島状の堆積物にはほとんど発生せず、はがれにくくなっていると考えられる。
【００１４】
堆積物が島状に孤立したのは、以下の理由によるものと考えられる。
【００１５】
石英部品が高温であると、石英(ＳｉＯ2)は、ＣＦ系の化学種との反応速度が増し、揮発性の化合物を形成するため、石英表面に反応生成物が堆積しないと考えられる。特に石英表面の微細な凸部は、平坦な場所に比べて高温になり易く、この反応を促進すると考えられる。また、石英表面の微細な窪みなど、堆積性の高い入射粒子に対して陰になっている微細な部分では、石英部品が低温の場合でも堆積性の化学種が到達しにくく、フッ素リッチな化学種が相対的に多くなり、その部分が堆積膜で覆われ難い。そして、石英部品が高温になったとき、Ｆラジカルなどが石英（ＳｉＯ2)のＳｉ原子と結合してエッチングが進行し、酸素を含む揮発性物質が生成する。それが周辺の堆積物をエッチングし、堆積物を島状に孤立させ、さらには消失させるに至ると考えられる。これを裏付けるように、プラズマ処理室に設置して使用した石英部品の微細な窪みの深さと幅は、深く広くなっていた。また、良く観察すると石英上でない場所、例えば、既に堆積している反応生成物の上や、石英表面に試験的に張り付けた耐プラズマ性テープの上には、同程度の高い温度にしても堆積が起こっていた。
【００１６】
このように、この現象は特に、石英の温度とCF系化学種と表面の微細構造との化学的、構造的関係に大きく関わっていると考えられる。また、特に酸化膜のエッチングプロセスでは、所望のエッチング形状を得る為にプロセス条件を堆積性のCF系化学種とFラジカルが競合している条件にしているので、石英の高温化により、石英表面の堆積がエッチングに変わり、本発明の効果が得られると考える。
【００１７】
また、連続してプラズマ処理する場合、石英部品を薄くするなどにより、熱容量を小さくし、さらに与えられた熱量が他の部品に逃げ難い断熱構造にすると、プラズマ加熱により石英部品が加熱され、温度が上がる。プラズマ処理の初期に反応生成物が堆積する温度であっても、プラズマ処理により石英表面が高温になり、全体としてプラズマ処理する時間の大部分を高温で処理する場合には、先に述べたように、堆積物を孤立させ、はがれを抑制することができる。また、はじめから高温に保つことによって、堆積させないことができた。
【００１８】
また、エッチング特性の安定性に関しては、石英部品の表面温度が低いと、堆積物が付着しやすく、その分堆積性のエッチング種が基板上に到達しにくくなる。その結果、レジストなど、ラジカル種でエッチング特性が影響を受けやすい膜のエッチング特性が影響を受ける。また、石英部品の温度が高くなると、堆積しにくい状況となるので、堆積性のエッチング種が基板に供給され、定常的なエッチング特性が得られる。したがって、有用な基板を連続処理する直前に、通常のプラズマ処理時より高い電力条件でプラズマ処理を実施すると、石英部品の温度がより早く上昇し、有用な基板のエッチング特性の安定性もより良くなる。なお、本発明の石英部品は略１５０℃以下の温度に上限温度が抑えられているため、急激な堆積物の脱離や放出が発生しない。そのため、石英部品上の堆積物をエッチング毎に除去する必要もなく、安定なエッチング特性が得られる。
【００１９】
このように、本発明を実施することにより、堆積物の剥がれを起因とする異物を抑制することができ、また、安定なエッチング特性が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
図1に本発明を適用したシリコン酸化膜ドライエッチング装置を示す。本実施例のエッチング装置は、エッチング処理室１００の上方に平板状のアンテナ１１１、下方に電極１３０があり、電極１３０に被プラズマ処理基板Ｗを載せる構造になっている。また、処理室に酸素、Ｃ4Ｆ8、Ａｒガスを導入する配管がなされている（図示略）。導入されたガスは、エッチング処理室１００下方の真空室１０５に接続された圧力制御手段１０７を通り、真空排気系１０６により排気される。また、プラズマＰを生成したり、部品や被プラズマ処理基板Ｗに高周波バイアスをかける為に、高周波電源系１２０、１４０から発生した高周波をマッチング回路・フィルタ系１２１、１４１を介して、アンテナ１１１、電極１３０に印加できる。アンテナ１１１に接続している高周波電源系１２０は、４５０Mhzの高周波を発生できる。また、複数枚の被プラズマ処理基板を自動搬送して、1枚づつプラズマ処理し、連続して数十枚以上処理ができる（図示略）。
【００２１】
本発明の特徴である石英部品は、本実施例ではアンテナ１１１および電極１３０の周辺部に設置している。ここでは、アンテナ１１１の周りにある石英部品を上部石英リング１０３、下側を下部石英リング１０４と呼ぶ。以下では、主に上部石英リング１０３によって本発明の実施例を説明するが、他の石英部品にも同様なことが当てはまる。上部石英リング１０３は、プラズマに接触する部品を３mmの板状にし、その外側の厚い誘電体部品１１２とは別パーツで作られて、断熱構造になっている。石英リングの板厚が薄いほど放電中の石英リング表面の温度が一時的にではあるが、より高くなる。化学反応は一般的に温度に対して指数関数的に速く進むので、石英リングは薄い方が良いが、本実施例は、石英リングの強度も考慮して上記の厚みにしている。
【００２２】
本実施例の石英部品の表面は、研削加工後、#400のサンドブラスト処理をし、その後、純水超音波洗浄し、ＨＦ水溶液で約１μmウェットエッチングし、さらに純水超音波洗浄したものである。この石英部品の表面には、数μｍおきに数μｍ〜数十μｍの深さで約２μｍの幅の溝が表面全体に形成されている。
【００２３】
本実施例の装置を用いて行なった、基板の連続処理時の石英リング１０３の温度上昇を図２に示した。
【００２４】
まず、処理室内の部品の温度上昇を図る為に、アンテナ１１１に４５０Mhzの周波数の電力を印加し、通常の１．５倍の投入電力でプレヒート処理２０１をしている。その後、被プラズマ処理基板を連続して２５枚処理する。石英リング１０３の温度は、本実施例の場合、被プラズマ処理基板の処理が始まった時は、１３０℃以下であるが、４枚連続で処理すると１３０℃以上になり、それ以後、２５枚処理するまでの間は１３０℃以上の温度で推移した。また、本実施例では早く石英リングの温度を上げるためにプレヒート処理２０１を行なったが、プレヒート処理２０１がなくても、連続処理によって石英部品が１３０℃以上になる時間が長い場合には、堆積物の剥がれを抑制する効果があった。また、このプレヒート処理は、被処理基板のエッチング速度の経時変化を抑制する効果もある。特に基板設置電極の周辺部にSi部品がある場合、プレヒート処理時に基板設置電極に通常より大きい高周波電力をかける場合はその効果が大きい。
【００２５】
本実施例では、石英部品の高温化のために石英部品を断熱構造とし、プラズマ加熱により加熱する方法を取ったが、加熱方法は、ランプ加熱や電気抵抗ヒータ等を用いることができ、加熱機能を装置に組み込めば、装置コストは上がるが、プラズマ加熱時間を考慮に入れなくてもよい利点がある。
【００２６】
図３に、本処理条件で合計１００時間プラズマ処理する間に基板上に付着した異物数の推移を示す。縦軸に０．２μm以上の異物数、横軸に放電時間を示した。１００時間のプラズマ処理の間、異物数は３０個以下に抑えられており、まとまって剥がれ落ちることがなかった。
【００２７】
図４に処理後の上側石英リングの表面の断面を模式図を的に示した。堆積物４０１は溝４０２を境にして孤立しており、場所によっては、消失していた。図４では断面のみ示したが、溝は縦横に走っており、堆積物４０１は島状になっていた。
【００２８】
また、この島状の堆積物は３０μm以下の大きさになっており、堆積物を１０μm/minの速さで除去できるクリーニング条件でプラズマクリーニングすれば、３分で除去できると言える。したがって、被プラズマ処理基板を25枚処理する毎、あるいは、数ロット毎、あるいは1日毎に、比較的短いプラズマ処理時間でプラズマクリーニングするだけで、堆積物は消失するといえる。また、プレヒート処理を、クリーニング条件で行えば、石英部品が低温のときに表面につく堆積物の量を減らすことができる利点がある。
【００２９】
プラズマクリーニング条件としては、導入するガスのうち、炭素(Ｃ)とフッ素(Ｆ)と酸素(Ｏ)の総原子数が（Ｃ原子数）≦（１／４Ｆ原子数＋Ｏ原子数）である条件が必要で、特に酸素の流量が大きい条件がクリーニング効果が大きいが、次に処理する基板への影響や装置の制限などを考慮にいれて、状況に応じて選択できる。
【００３０】
石英表面に凹凸をつくる方法について、図５に、研削＋サンドブラスト後の石英の表面状態を示す略図を示した。研削やサンドブラストなどの物理的な加工を行なうと、強度的に危険の少ない微細な（３μｍから１０μｍの深さの）凹部（ひび割れ）５０２や凸部ができ、本発明の効果がある。しかし、そのままでは、加工で生じた石英の粒子５０３が付着していることが多いので、このような物理的な加工の後には、化学的エッチング処理をすると良い。化学的エッチング処理により、石英の粒子５０３を分解、除去すると、石英の粒子５０３を起因とした異物がすくなくなる。上記の化学的エッチング処理では、表面の石英粒子５０３を除去するだけで、平滑化はせず、石英のひび割れからできた凹部５０２は残すようにする。具体的には、石英の凸凹した表面から０．５から５μｍを等方的にエッチングする程度のエッチング量にする。
【００３１】
図６に、研削＋サンドブラスト後に化学的エッチング処理をした石英の表面状態を示す略図を示す。これは、図５で示した石英表面をHF溶液で、１μｍ程度エッチングした表面を模式的に示している。表面の石英粒子が除去され、また、微細な溝５０２の場所は、２μｍ程度の幅の溝６０２になって残っている。
【００３２】
凹凸を作成する方法に関しては、本実施例で示した研削またはサンドブラスト時の微細な凹凸やひび割れを利用する方法のほか、凹部のパターンのマスクを作成して、ドライエッチングや、ウェットエッチングで作ることができる。また、所望の間隔に溝をけがいた後、化学的エッチングを施して作成しても良い。また、機械加工により凹凸を作ってもよい。
【００３３】
なお、石英部品表面に反応生成物が堆積することを抑制できる温度は、プラズマ処理条件が、有機膜からなるレジストと窒化シリコンに対してシリコン酸化膜を高選択エッチングすることを目的としたエッチングである場合、プラズマの近くに位置する石英部品については、ほぼ同程度の温度であると考えられるが、エッチング条件が堆積性が強い条件では、堆積を抑制する為に１３０℃以上の温度が必要になる可能性があり、逆に、堆積性が少ない条件や、プラズマから離れているために堆積性の生成物が入射する量が少ない場所では、石英部品が１３０℃より若干低い温度でも、堆積物を抑制できる効果があると考えられる。
【００３４】
また、石英部品を種々の表面加工条件・処理条件で作成し、堆積状態を検討した結果、通常の粗さ測定による判定で同一表面粗さと判断される石英表面でも、堆積状態が異なっていた。そして、本発明の効果を出す為には、通常の表面粗さ計では検出が難しい５μｍ以下の幅の溝が石英表面にあると効果が大きいと考えられた。
【００３５】
石英部品の表面を#150から#1000のそれぞれの粗さのサンドブラストで処理した表面をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察したところ、溝同士の間隔が異なることがわかった（２〜２０μｍ）。また、サンドブラストが細かいほうが、溝が多く、溝同士の間隔が狭く、堆積物は消失し易かった。特に高温で長時間処理する場合は溝が多い方が良いと考える。
【００３６】
一方、石英表面に堆積が起こる温度のままプラズマ処理する時間が長く、堆積が起こらない温度でのプラズマ処理が短い場合は、堆積物を消失させるに至らないので、０．５〜５mm程度に溝の間隔をあけると良いと考える。これは、フレーム処理をした石英表面の堆積物の割れと剥がれの状態から、各々の堆積物の大きさを５mm以下、より好ましくは、２mm以下にすれば、熱応力による剥がれを回避し、かつ、各々の堆積物の付着面積を広く取れると考えられるからである。
【００３７】
以上、実施例では石英部品は上下の石英リングについてのみ示したが、側壁や電極の側面などの場所でも本発明の効果は得られる。また、ＣＦ系のガスを用いた他の材質の膜をエッチングする装置や、誘導結合方式やμ波方式のプラズマ発生方式をもちいるエッチング装置でも本発明は効果があるといえる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマ処理装置内の石英部品に堆積する堆積物の剥がれを抑制することができ、これを起因とする異物を抑制することができる。また、安定なエッチング特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の石英部品を設置したドライエッチング装置の概略断面図である。
【図２】石英部品の温度変化を示すグラフである。
【図３】異物数の推移を示すグラフである。
【図４】石英表面への堆積形態を示す模式図である。
【図５】研削＋サンドブラスト後の石英の表面状態を示す略図である。
【図６】研削＋サンドブラスト後に化学的エッチング処理をした石英の表面状態を示す略図である。
【符号の説明】
１００…処理室，１０２…側壁，１０３…上部石英リング，１０４…下部石英リング、１０５…真空室，１０６…真空排気系，１０７…圧力制御手段，１１１…アンテナ，１１２…誘電体部品，１２０…高周波電源系，１２１…マッチング回路・フィルタ系，１３０…下部電極，１４０…高周波電源系，１４１…マッチング回路・フィルタ系，２０１…プレヒート処理、４０１…堆積物、４０２…凹部、５０２…凹部、５０３…石英の粒子、６０２…凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method, and more particularly, to a plasma processing apparatus and a plasma processing method that prevent the separation of deposits on internal parts of the plasma processing apparatus and are effective for stable operation of the plasma processing. Examples of the plasma processing apparatus include a dry etching apparatus and a plasma CVD apparatus.
[0002]
[Prior art]
In plasma processing using a gas containing carbon atoms (C) and fluorine atoms (F), a reaction product of a CF component often deposits on the inner surface of the plasma processing apparatus. In addition, there are cases where quartz parts are used on the inner surface of the processing chamber because of requirements from plasma resistance and electrical restrictions of the apparatus. In the case of using a quartz part, the surface treatment of the quartz part is usually a surface smoothing process called a frame process. Quartz parts that were translucent at the time of processing become transparent due to the frame treatment, and because the finely processed quartz particles attached to the surface are fused and integrated, the effect of removing foreign matter is also obtained. It is done. However, when quartz parts are used in the plasma processing chamber, it is necessary to consider measures against deposits adhering to the quartz surface. In other words, it is necessary to take measures such as preventing deposits from adhering, preventing deposits from being peeled even if they adhere, or periodically cleaning the deposited deposits.
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-163180, in order to suppress the separation of deposits adhering to the quartz surface, the adhesion is strengthened. That is, in a dry etching apparatus, the average surface roughness Ra of the quartz top plate placed on the upper facing surface of the substrate electrode is finished in the range of 0.2 to 5 μm, thereby increasing the surface area of the quartz top plate and attaching the deposit. Strengthens the wearing force and suppresses the fall of deposits. As a result, the number of particles floating in the chamber is reduced, and a method for reducing the number of foreign substances adhering to the semiconductor substrate is disclosed. In addition, when a quartz top plate with a smooth surface is used, more than 100 foreign substances are generated on the 25th substrate of the processing substrate. This is because part of the deposit is dropped into a lump and becomes particles in the chamber. It is speculated that the number of foreign substances adhering to the wafer has increased.
[0004]
In addition, in the etching of silicon oxide (hereinafter simply referred to as oxide film), as reported in Journal of Vacuum Science and Technology, A15 (3), pp.659-663 (1997), The adsorption and desorption characteristics of the deposited reaction products affect the etching characteristics, and the etching characteristics fluctuate with and without the deposited film, so a post-etch treatment is necessary to remove the deposited film before etching. It is described that it is. This report shows that, in an oxide film etching apparatus or the like, it is sometimes insufficient to simply attach the deposited film firmly so as not to peel off.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
If the plasma treatment is continued intermittently for several tens of hours or more with a plasma etching system in which the quartz surface is in contact with the plasma, the surface of the quartz part will be roughened in places where there is no RF (high frequency) bias applied to the quartz. In some cases, the deposited material was thickened to several tens of μm or more and peeled off even if it was smoothed by flame treatment. When the deposits are peeled off, many foreign substances adhere to the substrate to be plasma-processed and interfere with the production of the semiconductor product. Therefore, it is necessary to clean and remove the deposits before peeling off. In order to perform such cleaning, the plasma processing must be interrupted at present, and therefore it is necessary to reduce the frequency of cleaning as much as possible in order to increase the production amount per hour. In order to achieve this, it was necessary to further suppress the amount of deposits that peeled off from the quartz part.
[0006]
In addition, as a result of investigating the effect of adsorption and desorption of surface deposits on quartz parts on etching characteristics, electromagnetic waves are emitted from a disk-shaped antenna as described in the present invention, and quartz or the like is used as an electromagnetic wave waveguide around the antenna. In a plasma processing apparatus with a dielectric material, even if deposits adhere to the quartz surface, there is little effect on the etching characteristics, but the etching is performed when the quartz temperature is low and when the temperature is raised to a high temperature. Some variation in characteristics was observed. Although this variation is small, it is also necessary to minimize the variation range.
[0007]
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of suppressing the peeling of deposits deposited on quartz parts in the plasma processing apparatus and suppressing foreign substances resulting therefrom. It is in.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a stable etching characteristic in a plasma processing apparatus using a process gas containing carbon and fluorine atoms by suppressing foreign matter caused by deposits on a quartz part and fluctuations in etching characteristics. The object is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a plasma processing method in which plasma is generated by introducing a processing gas into a plasma processing chamber composed of a vacuum vessel that can be depressurized, and the substrate to be processed is transported and placed on an electrode. A step of introducing a gas containing at least carbon atoms and fluorine atoms into the plasma processing chamber by setting a flow rate, a step of controlling the pressure of the plasma processing chamber to set a predetermined pressure, and a high frequency in the plasma processing chamber A step of generating plasma by applying electric power, a step of controlling and setting the high-frequency power to a predetermined value, a step of supporting a substrate to be processed on an electrode by electrostatic adsorption, and supporting the substrate to be processed Applying a high-frequency bias to the electrode to plasma-treat the substrate to be processed; stopping the application of the high-frequency bias to the electrode when the plasma treatment is completed; The step of stopping the supply of the plasma processing gas and supplying the gas for discharging to form the plasma circuit necessary for releasing the electrostatic chucking support, and the substrate to be processed after the plasma processing from the electrostatic chucking support. A step of releasing, a step of stopping supply of the gas for static elimination and evacuating the plasma processing chamber to a high vacuum, a step of unloading the substrate to be processed released from the electrostatic adsorption support from the plasma processing chamber, and as required Then, the plasma processing chamber is carried into the plasma processing chamber, and the plasma processing chamber repeats the series of plasma processing, and immediately before the continuous substrate processing for continuously processing the same type of processing substrate. Plasma processing is performed with at least one of the generating high-frequency power and the high-frequency bias power applied to the electrodes at a higher output than that during the continuous substrate processing. Or, alternatively, the step of performing the continuous substrate processing longer plasma treatment than the substrate to be processed one plasma treatment time for, in a plasma processing method comprising.
[0010]
Another feature of the present invention is that a plasma is generated by introducing a processing gas into a plasma processing chamber composed of a vacuum container that can be depressurized, and the substrate to be processed is transferred to an electrode in the plasma processing apparatus for plasma processing the substrate to be processed. Means for setting on, means for introducing a gas containing at least carbon atoms and fluorine atoms into the plasma processing chamber by setting a flow rate, means for controlling the pressure of the plasma processing chamber to set to a predetermined pressure, and plasma Means for generating plasma by applying high-frequency power to the processing chamber; means for controlling and setting the high-frequency power to a predetermined value; means for supporting a substrate to be processed on an electrode by electrostatic adsorption; Means for applying a high-frequency bias to the electrode supporting the substrate to plasma-treat the substrate to be processed, and stopping the application of the high-frequency bias to the electrode when the plasma treatment is completed Means for stopping the supply of the plasma processing gas and supplying a charge eliminating gas for forming a plasma circuit necessary for releasing the electrostatic attraction support; and Means for releasing from the adsorption support, means for stopping the supply of the gas for static elimination and evacuating the plasma processing chamber to a high vacuum, means for carrying out the substrate to be processed released from the electrostatic adsorption support from the plasma processing chamber, If necessary, the substrate to be processed next is carried into the plasma processing chamber, and the continuous processing means for repeating the series of plasma processing and immediately before the continuous substrate processing for continuously processing the same type of processed substrate. At least one of the high-frequency power for generating plasma and the high-frequency bias power applied to the electrode is set to a higher output than that during the continuous substrate processing, and plasma processing is performed. Implementing either or in the plasma processing apparatus and a means for implementing a longer time plasma processing a substrate to be processed one of plasma treatment time during the continuous substrate processing.
[0011]
In the plasma treatment with a gas containing carbon atoms (C) and fluorine atoms (F), the quartz surface is smooth as a result of examining the temperature, surface shape and deposit state of the quartz parts by scanning electron microscope observation and deposition experiments. In this case, it was found that the deposit adhered uniformly to the quartz surface, whereas the deposit adhered to the island surface when fine irregularities were added to the quartz surface and the temperature was raised. In addition, it was found that the area of the island of the deposit becomes smaller and the deposit disappears when it is treated at a high temperature for a long time. In particular, in a highly selective etching process of an oxide film using a CF-based gas, the disappearance phenomenon of the deposit was observed when the temperature was higher than about 130 ° C.
[0012]
Moreover, the isolated deposits separated into islands did not come off during the continuous treatment for 100 hours. Further, the deposit on the quartz surface was an amount that could be removed by a short time plasma cleaning.
[0013]
At this time, no deposit adhered to the fine depressions on the quartz surface. Judging from the results of microscopic observations, the adhesion of deposits on the quartz surface is not considered to be particularly strong, but the deposits are isolated in small islands, so that It is in a state where it is difficult to peel even with adhesive force. It is considered that thermal stress caused by temperature fluctuations of quartz parts hardly occurs in the island-like deposits and is difficult to peel off.
[0014]
The reason why the deposits were isolated in islands is thought to be due to the following reasons.
[0015]
When the quartz part is at a high temperature, the reaction rate of quartz (SiO 2 ) increases with the CF type chemical species and forms a volatile compound, so that it is considered that no reaction product is deposited on the quartz surface. In particular, fine protrusions on the quartz surface are likely to be hotter than flat places, and this reaction is considered to be promoted. In addition, in minute parts that are shaded by highly depositable incident particles, such as fine depressions on the quartz surface, even when the quartz parts are at low temperatures, it is difficult for sedimentary chemical species to reach, and fluorine-rich chemicals. The number of seeds is relatively large, and the portion is hardly covered with the deposited film. Then, when the quartz part becomes high temperature, F radicals and the like are combined with Si atoms of quartz (SiO 2 ) and etching proceeds to generate a volatile substance containing oxygen. This is thought to etch the surrounding deposits, isolate the deposits into islands, and even disappear. To support this, the depth and width of the fine depressions of the quartz parts installed and used in the plasma processing chamber were deep and wide. Also, when observed closely, it is deposited even at a similar high temperature on a place that is not on quartz, for example, on a reaction product that has already been deposited or on a plasma-resistant tape that has been experimentally attached to the quartz surface. Was happening.
[0016]
Thus, this phenomenon is considered to be particularly related to the chemical and structural relationship between the temperature of quartz, the CF type chemical species, and the surface microstructure. In particular, in the oxide film etching process, the process conditions are set so that the deposition CF type species and F radicals compete with each other in order to obtain a desired etching shape. It is considered that the deposition of is changed to etching and the effect of the present invention can be obtained.
[0017]
In the case of continuous plasma treatment, if the heat capacity is reduced by thinning the quartz part, etc., and if a heat insulation structure is provided in which the amount of heat applied does not easily escape to other parts, the quartz part is heated by plasma heating, and the temperature Goes up. Even if the reaction product is deposited at the initial stage of the plasma treatment, the quartz surface becomes hot due to the plasma treatment, and when the majority of the plasma treatment time is treated at a high temperature as a whole, as described above. In addition, the deposit can be isolated and peeling can be suppressed. Moreover, it was possible to prevent deposition by keeping the temperature high from the beginning.
[0018]
Regarding the stability of the etching characteristics, if the surface temperature of the quartz part is low, deposits are likely to adhere, and accordingly, the depositing etching species are less likely to reach the substrate. As a result, the etching characteristics of a film such as a resist whose etching characteristics are easily affected by radical species are affected. Further, when the temperature of the quartz part becomes high, it becomes difficult to deposit, so that a depositing etching species is supplied to the substrate and a steady etching characteristic can be obtained. Therefore, if the plasma processing is performed under a higher power condition than during normal plasma processing immediately before the useful substrate is continuously processed, the temperature of the quartz part rises faster, and the stability of the etching characteristics of the useful substrate is better. Become. In addition, since the upper limit temperature of the quartz component of the present invention is suppressed to a temperature of about 150 ° C. or less, rapid desorption and release of deposits do not occur. Therefore, it is not necessary to remove the deposit on the quartz part for each etching, and stable etching characteristics can be obtained.
[0019]
As described above, by carrying out the present invention, foreign substances caused by the peeling of the deposit can be suppressed, and stable etching characteristics can be obtained.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a silicon oxide dry etching apparatus to which the present invention is applied. The etching apparatus of the present embodiment has a structure in which a
[0021]
In the present embodiment, the quartz component which is a feature of the present invention is installed in the periphery of the
[0022]
The surface of the quartz part of this example is subjected to sandblasting # 400 after grinding, and then ultrasonically cleaned with pure water, wet-etched with an HF aqueous solution for about 1 μm, and further ultrasonically cleaned with pure water. . On the surface of this quartz part, grooves having a depth of several μm to several tens of μm and a width of about 2 μm are formed on the entire surface every several μm.
[0023]
FIG. 2 shows the temperature rise of the
[0024]
First, in order to increase the temperature of the components in the processing chamber, the power of a frequency of 450 Mhz is applied to the
[0025]
In this embodiment, the quartz part is made of a heat insulating structure and heated by plasma heating in order to increase the temperature of the quartz part. However, the heating method can use a lamp heating, an electric resistance heater, etc. However, there is an advantage that the plasma heating time does not have to be taken into consideration.
[0026]
FIG. 3 shows the transition of the number of foreign substances adhering to the substrate during the plasma treatment for a total of 100 hours under the present treatment conditions. The number of foreign matters of 0.2 μm or more is shown on the vertical axis, and the discharge time is shown on the horizontal axis. During the plasma treatment for 100 hours, the number of foreign matters was suppressed to 30 or less, and they did not come off together.
[0027]
FIG. 4 schematically shows a cross section of the surface of the upper quartz ring after the treatment. The
[0028]
Further, this island-shaped deposit has a size of 30 μm or less, and it can be said that it can be removed in 3 minutes if plasma cleaning is performed under a cleaning condition capable of removing the deposit at a speed of 10 μm / min. Therefore, it can be said that the deposit disappears only by plasma cleaning in a relatively short plasma processing time every time 25 substrates to be plasma processed are processed, every few lots, or every day. Further, if the preheating treatment is performed under the cleaning conditions, there is an advantage that the amount of deposits on the surface can be reduced when the quartz part is at a low temperature.
[0029]
As the plasma cleaning condition, the total number of atoms of carbon (C), fluorine (F), and oxygen (O) in the introduced gas is (C number of atoms) ≦ (1 / 4F number of atoms + O number of atoms). In particular, the condition where the flow rate of oxygen is large has a large cleaning effect, but it can be selected according to the situation in consideration of the influence on the substrate to be processed next, the limitation of the apparatus, and the like.
[0030]
About the method of making unevenness on the quartz surface, FIG. 5 is a schematic diagram showing the surface state of quartz after grinding and sandblasting. When physical processing such as grinding or sand blasting is performed, fine concave portions (cracks) 502 and convex portions having a low strength risk (3 μm to 10 μm depth) can be formed, and the effects of the present invention are achieved. However, as it is, the
[0031]
FIG. 6 is a schematic diagram showing the surface state of quartz that has been subjected to chemical etching treatment after grinding and sandblasting. This schematically shows a surface obtained by etching the quartz surface shown in FIG. 5 with an HF solution by about 1 μm. The quartz particles on the surface are removed, and the location of the
[0032]
Concerning the method of creating irregularities, in addition to the method using the fine irregularities and cracks during grinding or sandblasting shown in this example, create a concave pattern mask and make it by dry etching or wet etching Can do. Alternatively, the grooves may be formed at desired intervals, and then chemical etching may be performed. Moreover, you may make an unevenness | corrugation by machining.
[0033]
The temperature at which reaction products can be prevented from depositing on the surface of the quartz part is the plasma processing conditions for etching with the purpose of highly selective etching of the silicon oxide film with respect to the resist made of organic film and silicon nitride. In some cases, the quartz parts located near the plasma are considered to have approximately the same temperature. However, if the etching conditions are highly depositable, a temperature of 130 ° C. or higher is required to suppress deposition. On the contrary, in a condition where the deposition property is low, or in a place where the deposition product is incident because the distance from the plasma is small, even if the quartz part is slightly lower than 130 ° C., the deposit It is thought that there is an effect that can be suppressed.
[0034]
In addition, as a result of preparing quartz parts under various surface processing conditions and processing conditions and examining the deposition state, the deposition state was different even on the quartz surface, which was judged to have the same surface roughness as determined by ordinary roughness measurement. In order to obtain the effect of the present invention, it was considered that the effect was great when a groove having a width of 5 μm or less, which was difficult to detect with a normal surface roughness meter, was present on the quartz surface.
[0035]
When the surface of the quartz part treated with sandblasting having a roughness of # 150 to # 1000 was observed with an SEM (scanning electron microscope), it was found that the intervals between the grooves were different (2 to 20 μm). The finer the sandblast, the more grooves, the narrower the gaps between the grooves, and the easier the deposits to disappear. In particular, when processing at a high temperature for a long time, it is better to have more grooves.
[0036]
On the other hand, if the plasma treatment is performed for a long time at the temperature at which deposition occurs on the quartz surface and the plasma treatment at a temperature at which deposition does not occur is short, the deposit will not be lost. I think that it is good to leave an interval. This is because if the size of each deposit is set to 5 mm or less, more preferably 2 mm or less, from the state of cracking and peeling of the deposit on the quartz surface subjected to the frame treatment, and peeling due to thermal stress is avoided, and This is because it is considered that the adhesion area of each deposit can be widened.
[0037]
As described above, in the embodiments, the quartz parts are shown only for the upper and lower quartz rings, but the effects of the present invention can be obtained even in places such as the side walls and the side surfaces of the electrodes. Further, the present invention can be said to be effective in an apparatus that etches a film of another material using a CF-based gas or an etching apparatus that uses an inductive coupling method or a μ-wave type plasma generation method.
[0038]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, peeling of the deposit deposited on the quartz component in a plasma processing apparatus can be suppressed, and the foreign material resulting from this can be suppressed. In addition, stable etching characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a dry etching apparatus provided with a quartz part of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a temperature change of a quartz part.
FIG. 3 is a graph showing changes in the number of foreign objects.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a form of deposition on a quartz surface.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the surface condition of quartz after grinding + sandblasting.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a surface state of quartz subjected to chemical etching treatment after grinding + sand blasting.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
被処理基板を搬送して電極上に設置する工程と、
少なくとも炭素原子とフッ素原子と酸素原子を含むガスを流量を設定してプラズマ処理室に導入する工程と、
プラズマ処理室の圧力を制御して所定の圧力に設定する工程と、
プラズマ処理室に高周波電力を加えてプラズマを発生させる工程と、
前記高周波電力を所定の値に制御して設定する工程と、
被処理基板を電極上に静電吸着により支持する工程と、
前記被処理基板を支持した電極に高周波バイアスを印加して被処理基板をプラズマ処理する工程と、
プラズマ処理が終了した時点で前記電極への高周波バイアスの印加を停止する工程と、
プラズマ処理用ガスの供給を停止し、静電吸着支持の解放に必要なプラズマ回路を形成するための除電用ガスを供給する工程と、
プラズマ処理の終了した前記被処理基板を静電吸着支持から解放する工程と、除電用ガスの供給を停止し、プラズマ処理室を高真空排気する工程と、
静電吸着支持から解放された前記被処理基板をプラズマ処理室から搬出する工程と、
次にプラズマ処理を施す被処理基板をプラズマ処理室に搬入して、前記一連のプラズマ処理を繰り返す連続処理工程と、
表面に微細な凹凸部を付けた前記石英からなる部品を同種の被処理基板を連続処理する連続基板処理の直前に１３０℃以上の高温にする工程と
からなり、石英表面の微細な凸部に島状に分離し孤立した堆積物を形成することを特徴とするプラズマ処理方法。In a plasma processing method comprising a vacuum vessel capable of depressurization, introducing a processing gas into a plasma processing chamber in which parts made of quartz are arranged at a position where the plasma comes into contact, generating plasma, and plasma processing the substrate to be processed,
A step of transporting the substrate to be processed and installing it on the electrode;
Introducing a gas containing at least carbon atoms, fluorine atoms and oxygen atoms into the plasma processing chamber by setting a flow rate;
A step of controlling the pressure in the plasma processing chamber and setting it to a predetermined pressure;
A step of generating plasma by applying high-frequency power to the plasma processing chamber;
Controlling and setting the high-frequency power to a predetermined value;
Supporting the substrate to be processed on the electrode by electrostatic adsorption;
Plasma treatment of the substrate to be processed by applying a high frequency bias to the electrode supporting the substrate to be processed;
Stopping the application of a high frequency bias to the electrode when the plasma treatment is completed;
A step of stopping the supply of the plasma processing gas and supplying a static elimination gas for forming a plasma circuit necessary for releasing the electrostatic adsorption support;
A step of releasing the substrate to be processed that has been subjected to the plasma processing from the electrostatic adsorption support, a step of stopping the supply of the gas for discharging and evacuating the plasma processing chamber to a high vacuum,
Carrying out the substrate to be processed released from the electrostatic adsorption support from the plasma processing chamber;
Next, a substrate to be processed is carried into a plasma processing chamber, and a continuous processing step for repeating the series of plasma processing,
It consists of a step of heating a part made of quartz with fine irregularities on the surface to a high temperature of 130 ° C. or more immediately before the continuous substrate processing for continuously processing the same type of substrate to be processed. A plasma processing method characterized by forming an isolated deposit separated into islands.
前記石英からなる部品の表面には３μｍ以上１０μｍ以下の深さで５μｍ以下の幅の微細な凹凸部が形成され、さらに表面から０．５μｍ以上５μｍ以下を化学的エッチングされたものであって、
被処理基板を搬送して電極上に設置する手段と、
少なくとも炭素原子とフッ素原子と酸素原子を含むガスを流量を設定してプラズマ処理室に導入する手段と、
プラズマ処理室の圧力を制御して所定の圧力に設定する手段と、
プラズマ処理室に高周波電力を加えてプラズマを発生させる手段と、
前記高周波電力を所定の値に制御して設定する手段と、
被処理基板を電極上に静電吸着により支持する手段と、
前記被処理基板を支持した電極に高周波バイアスを印加して被処理基板をプラズマ処理する手段と、
プラズマ処理が終了した時点で前記電極への高周波バイアスの印加を停止する手段と、
プラズマ処理用ガスの供給を停止し、静電吸着支持の解放に必要なプラズマ回路を形成するための除電用ガスを供給する手段と、
プラズマ処理の終了した前記被処理基板を静電吸着支持から解放する手段と、 除電用ガスの供給を停止し、プラズマ処理室を高真空排気する手段と、
静電吸着支持から解放された前記被処理基板をプラズマ処理室から搬出する手段と、
必要に応じて、次にプラズマ処理を施す被処理基板をプラズマ処理室に搬入して、前記一連のプラズマ処理を繰り返す連続処理手段と、
表面に微細な凹凸部を付けた前記石英からなる部品を同種の被処理基板を連続処理する連続基板処理の直前に１３０℃以上の高温にする手段と
からなり、石英表面の微細な凸部に島状に分離し孤立した堆積物を形成することを特徴とするプラズマ処理装置。In a plasma processing apparatus that comprises a vacuum vessel that can be depressurized, introduces a processing gas into a plasma processing chamber in which parts made of quartz are arranged at a position in contact with plasma, generates plasma, and plasma-processes a substrate to be processed.
On the surface of the component made of quartz, fine irregularities having a depth of 3 μm or more and 10 μm or less and a width of 5 μm or less are formed, and 0.5 μm or more and 5 μm or less are chemically etched from the surface,
Means for transporting the substrate to be processed and placing it on the electrode;
Means for introducing a gas containing at least carbon atoms, fluorine atoms and oxygen atoms into the plasma processing chamber by setting a flow rate;
Means for controlling the pressure in the plasma processing chamber and setting it to a predetermined pressure;
Means for applying high frequency power to the plasma processing chamber to generate plasma;
Means for controlling and setting the high-frequency power to a predetermined value;
Means for supporting the substrate to be processed on the electrode by electrostatic adsorption;
Means for plasma-treating the substrate to be processed by applying a high frequency bias to the electrode supporting the substrate to be processed;
Means for stopping the application of a high-frequency bias to the electrode when the plasma treatment is completed;
Means for stopping the supply of the plasma processing gas and supplying a static elimination gas for forming a plasma circuit necessary for releasing the electrostatic adsorption support;
Means for releasing the substrate to be processed that has been subjected to plasma processing from electrostatic attraction support; means for stopping supply of the gas for discharging and evacuating the plasma processing chamber to high vacuum;
Means for carrying out the substrate to be processed released from the electrostatic adsorption support from the plasma processing chamber;
If necessary, a continuous processing means for carrying a substrate to be plasma processed next into the plasma processing chamber and repeating the series of plasma processing;
It consists of a means for raising the temperature of 130 ° C or more immediately before the continuous substrate processing for continuously processing the same type of substrate to be processed to the minute convex portion on the quartz surface. A plasma processing apparatus characterized by forming an isolated deposit separated into islands.
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