JP3958080B2 - プラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素を含むガスすらなる処理ガスを使用して処理する際に堆積した堆積物、例えばCF系ガスを使用してシリコン酸化膜をプラズマエッチング処理する際に堆積した堆積物を洗浄除去するプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体装置の製造分野においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際に、例えば、所定の処理ガスを使用し、この処理ガスのプラズマを発生させ、このプラズマの作用によって、所望部位のエッチングを行うエッチング装置等のプラズマ処理装置が多用されている。
【0003】
上記エッチング装置では、エッチングガスのプラズマによってエッチング処理を行う際、例えば、CF系ガス等のフッ素を含むガスを含むエッチングガスを使用して、シリコン酸化膜をエッチングする際等には、処理室内にエッチングに伴う堆積物が堆積する。このため、この堆積物を除去する洗浄処理が定期的に行われている。
【0004】
このようなエッチング装置の洗浄は、従来、例えば、有機溶媒等の洗浄処理液を用いた所謂化学洗浄によって行うか、或いは、ウォータージェット、エアジェット等の所謂物理洗浄によって行うかのいずれかの方法で行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、従来では、CF系ガスを使用してシリコン酸化膜をエッチングする際に処理室内に堆積した堆積物等の洗浄は、有機溶媒等の洗浄処理液を用いた化学洗浄によって行うか、又は、ウォータージェット、エアジェット等の物理洗浄によって行われている。
【0006】
しかしながら、上記従来の洗浄方法のうち、有機溶媒等の洗浄処理液を用いた化学洗浄による方法では、被洗浄部材のエッジ部のような細かい部分に付着した堆積物を完全に除去することができない可能性があった。また、ウォータージェット、エアジェット等の物理洗浄による方法では、堆積物が付着した被洗浄部材の表面に例えば陽極酸化膜(アルマイト)や溶射膜等からなる被膜が形成されている場合に、この被膜に対しダメージを与え、被膜が剥がれてしまう可能性があった。
【0007】
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、被洗浄部材の表面に形成された陽極酸化膜や溶射膜等からなる被膜にダメージを与えることなく、被洗浄部材の表面に堆積した堆積物を良好に洗浄することのできるプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1記載の発明は、気密な処理室内に少なくともフッ素を含む処理ガスを導入して被処理基板上の被処理膜にプラズマ処理を施した際の、前記処理室内に堆積した堆積物を洗浄除去するプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法であって、表面に陽極酸化膜又は溶射膜からなる被膜が形成され、前記堆積物が堆積した被洗浄部材を、所定時間有機溶媒に接触させることにより、前記堆積物を化学的に除去する化学洗浄工程と、前記化学洗浄工程の後に、前記被洗浄部材に洗浄媒体を噴射させて、前記堆積物を物理的に除去する物理洗浄工程とを有することを特徴とする。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法であって、前記有機溶媒は、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトンのうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、前記物理洗浄工程がドライアイスペレットを圧縮空気によって噴射するCO2 ブラスト洗浄によって行われることを特徴とする。
【0012】
請求項4の発明は、請求項3記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、前記CO2 ブラスト洗浄における圧縮空気の圧力が、3.0〜4.2kg/cm2 であることを特徴とする。
【0013】
請求項5の発明は、請求項3又は4記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、前記CO2 ブラスト洗浄におけるドライアイスペレットの粒径が0.3mmから0.6mmであることを特徴とする。
【0014】
請求項6の発明は、請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、前記物理洗浄工程が、空気圧が0.2〜0.35MPaの圧縮空気に、水圧が7〜14MPaの高圧水を混入して噴射するエアジェット洗浄によって行われることを特徴とする。
【0015】
請求項7の発明は、請求項1〜6いずれか1項記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、前記化学洗浄工程と、前記物理洗浄工程の間に、気体を吹き付けて前記被洗浄部材から剥離した前記堆積物を除去するエアパージ工程を有することを特徴とする。
【0016】
請求項8の発明は、請求項1〜7いずれか1項記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、前記物理洗浄工程の後に、前記被洗浄部材を純水中に浸漬し、当該純水に超音波振動を加える純水超音波洗浄工程を有することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。
【0022】
図2は、エッチング装置の概略構成を模式的に示すもので、同図において、符号1は、材質が例えばアルミニウム等からなり、内部を気密に閉塞可能に構成され、プラズマ処理室を構成する円筒状の真空チャンバを示している。
【0023】
上記真空チャンバ1は、小径の上部1aと大径の下部1bからなる段付きの円筒形状とされており、接地電位に接続されている。また、真空チャンバ1の内部には、被処理基板としての半導体ウエハWを、被処理面を上側に向けて略水平に支持する支持テーブル(サセプタ)2が設けられている。
【0024】
この支持テーブル2は、例えばアルミニウム等の材質で構成されており、セラミックなどの絶縁板3を介して導体の支持台4に支持されている。また支持テーブル2の上方の外周には導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング5が設けられている。
【0025】
また、支持テーブル2の半導体ウエハWの載置面には、半導体ウエハWを静電吸着するための静電チャック6が設けられている。この静電チャック6は、絶縁体6bの間に電極6aを配置して構成されており、電極6aには直流電源13が接続されている。そして電極6aに電源13から電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハWが吸着されるようになっている。
【0026】
さらに、支持テーブル2には、冷媒を循環するための冷媒流路(図示せず)と、冷媒からの冷熱を効率よく半導体ウエハWに伝達するために半導体ウエハWの裏面にHeガスを供給するガス導入機構(図示せず)とが設けられ、半導体ウエハWを所望の温度に温度制御できるようになっている。
【0027】
上記支持テーブル2と支持台4は、ボールねじ7を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台4の下方の駆動部分は、ステンレス鋼(SUS)製のベローズ8で覆われ、ベローズ8の外側にはベローズカバー9が設けられている。
【0028】
また、支持テーブル2のほぼ中央には、高周波電力を供給するための給電線12が接続されている。この給電線12にはマッチングボックス11及び高周波電源10が接続され、高周波電源10からは、13.56〜150MHzの範囲の高周波電力が、支持テーブル2に供給されるようになっている。
【0029】
さらに、フォーカスリング5の外側には、環状に構成され、多数のスリットが形成されたバッフル板14が設けられており、このバッフル板14を介して、排気ポート19に接続された排気系20により、真空チャンバ1内の処理空間の真空排気が行われるよう構成されている。
【0030】
一方、支持テーブル2の上方の真空チャンバ1の天壁部分には、シャワーヘッド16が、支持テーブル2と平行に対向する如く設けられており、このシャワーヘッド16は接地されている。したがって、これらの支持テーブル2およびシャワーヘッド16は、一対の電極として機能するようになっている。
【0031】
上記シャワーヘッド16は、その下面に多数のガス吐出孔18が設けられており、且つその上部にガス導入部16aを有している。そして、その内部にはガス拡散用空隙17が形成されている。ガス導入部16aにはガス供給配管15aが接続されており、このガス供給配管15aの他端には、エッチング用の処理ガス(エッチングガス)を供給する処理ガス供給系15が接続されている。
【0032】
また、真空チャンバ1の下部1bの側壁上側には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉するゲートバルブ24が設けられている。
【0033】
一方、真空チャンバ1の上部1aの外側周囲には、真空チャンバ1と同心状に、環状の磁場形成機構(リング磁石)21が配置されており、支持テーブル2とシャワーヘッド16との間の処理空間に磁場を形成するようになっている。この磁場形成機構21は、回転機構25によって、その全体が、真空チャンバ1の回りを所定の回転速度で回転可能とされている。
【0034】
上記のように構成されたプラズマエッチング装置により、CF系ガス(例えば、CH2 F2 、C4 F6 、C5 F8 (環状と直鎖)、CF4 、CHF3 、C4 F8 (環状と直鎖)等の炭素原子とフッ素原子とを含むガス)を使用したエッチングガスを用いて、半導体ウエハW上に形成されたシリコン酸化膜のエッチングを行った。
【0035】
このエッチング手順について説明すると、まず、ゲートバルブ24を開放し、このゲートバルブ24に隣接して配置されたロードロック室(図示せず)を介して、搬送機構(図示せず)により半導体ウエハWを真空チャンバ1内に搬入し、予め所定の位置に下降されている支持テーブル2上に載置する。そして、直流電源13から静電チャック6の電極6aに所定の電圧を印加し、半導体ウエハWをクーロン力により吸着する。
【0036】
この後、搬送機構を真空チャンバ1外へ退避させた後、ゲートバルブ24を閉じ、支持テーブル2を図2に示される位置まで上昇させると共に、排気系20の真空ポンプにより排気ポート19を通じて真空チャンバ1内を排気する。
【0037】
真空チャンバ1内が所定の真空度になった後、真空チャンバ1内には、処理ガス供給系15から、上述した所定のエッチングガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ1内が所定の圧力、例えば1.33Pa〜133Pa(10mTorr〜1000mTorr)に保持される。
【0038】
そして、この状態で高周波電源10から、支持テーブル2に、所定周波数(例えば13.56MHz)の高周波電力を供給する。
【0039】
この場合に、下部電極である支持テーブル2に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド16と下部電極である支持テーブル2との間の処理空間には高周波電界が形成されるとともに、磁場形成機構21による磁場が形成され、この状態でプラズマによるシリコン酸化膜のエッチングが行われる。
【0040】
そして、所定のエッチング処理が実行されると、高周波電源10からの高周波電力の供給が停止し、エッチング処理を停止して、上述した手順とは逆の手順で、半導体ウエハWを真空チャンバ1外に搬出する。
【0041】
上記のようなエッチング処理を繰り返して行い、このエッチング処理時間が合計5時間になった時点で、真空チャンバ1内からバッフル板14を取り出し、このバッフル板14の洗浄を行った。
【0042】
バッフル板14は、前述したとおり、環状の板材からなり、この環状の板材に、径方向に沿って多数のスリットを形成して構成されており、その表面には、アルミナの溶射膜からなる被膜が形成されている。
【0043】
そして、真空チャンバ1内から取り出したバッフル板14には、堆積物が層を成すように大量に付着していた。
【0044】
このように堆積物が付着したバッフル板14を、図1に示すように、まず、有機溶媒(本実施形態ではアセトン)101からなる洗浄処理液中に浸漬して化学洗浄を行った(a)。そして、この化学洗浄を所定時間(例えば1〜12時間程度)行った後、バッフル板14を、有機溶媒101中から取り出した。
【0045】
次に、上記化学洗浄によってバッフル板14の表面から剥離した堆積物を、圧縮空気源102からの圧縮空気を吹き付けることによって取り除いた(エアパージ)(b)。この工程が終了した時点では、バッフル板14の表面のほとんどの部分の堆積物が除去されているが、スリットの端部等のエッジ部に堆積物が残った状態となっていた。
【0046】
しかる後、バッフル板14にCO2 ブラスト装置103を用いて、CO2 ブラストによる物理洗浄を施し、上記したバッフル板14のエッジ部に残った堆積物を特に除去した(c)。
【0047】
このCO2 ブラスト装置103による物理洗浄は、ドライアイスペレットを、圧縮空気によって送出し、ノズルから噴出させてバッフル板14に衝突させ、物理的に堆積物を除去するものであり、サーマルショックによって堆積物にマイクロクラックを生じさせ、ドライアイスペレットが昇華する際の膨張エネルギーを利用して表面に付着した堆積物を除去するものである。
【0048】
上記CO2 ブラスト装置103による物理洗浄の際の圧縮空気の圧力は、例えば3.0〜4.2kg/cm2 であり、ドライアイスペレットの粒径は、例えば0.3mm〜0.6mm程度である。また、CO2 ブラスト装置103による物理洗浄に要する時間は、約10分程度であった。
【0049】
このCO2 ブラスト装置103による物理洗浄の際の圧縮空気の圧力が高すぎると、バッフル板14の表面に形成された被膜がダメージを受ける可能性があり、また、この圧力が低すぎると堆積物の除去に時間がかかるため、上記の圧力範囲とすることが好ましい。
【0050】
また、上記の圧力範囲であっても、長時間CO2 ブラスト装置103による物理洗浄を行うと、被膜にダメージが与えられると予測されるが、上記のように予め有機溶媒101による化学洗浄を行うと、この化学洗浄によって付着した堆積物の大部分が除去されるため、物理洗浄の時間が上記のように10分程度の短時間となるため、被膜がダメージを受けることはない。
【0051】
さらに、有機溶媒101による化学洗浄終了時の堆積物の付着状態は、洗浄開始前の堆積物の量によらず略一定となり、スリットの端部等のエッジ部にのみ堆積物が残った状態となる。したがって、CO2 ブラスト装置103による物理洗浄に要する時間は、洗浄開始前の堆積物の量によらず略一定(約10分程度)となることから、この物理洗浄によって被膜がダメージを受けることはない。これは、各装置ごとに堆積物の量が異なる場合であっても物理洗浄の時間を装置ごとに一定にかつ短時間に行うことができる点で効果が大きい。
【0052】
上記のCO2 ブラスト装置103による物理洗浄が終了した時点では、バッフル板14のエッジ部に残った堆積物も完全に除去され、かつ、バッフル板14の表面に形成されたアルミナの溶射膜からなる被膜には、何等ダメージが見られなかった。
【0053】
そして最後に、バッフル板14を純水104中に浸漬し、超音波発生機105から純水104中に超音波振動を与えて、バッフル板14の純水超音波洗浄(リンス)を行った。
【0054】
以上のような洗浄工程によって洗浄を行うことにより、バッフル板14の表面に付着した堆積物を残らず除去することができ、かつ、バッフル板14の表面に形成されたアルミナの溶射膜からなる被膜(膜厚200μm)にタメージを与えることもなかった。
【0055】
なお、上述した実施形態においていは、化学洗浄に使用する洗浄処理液として有機溶媒であるアセトンを使用した場合について説明したが、他の洗浄処理液を使用しても良いことは勿論であり、洗浄処理液としては、各種の有機溶媒を使用することができる。
【0056】
例えば、ハイドロフルオロエーテル(HFE−7100(商品名:住友スリーエム社製))とIPA(イソプロピルアルコール)とを混合した洗浄処理液を使用して、上述した実施形態と同様に洗浄を行ったが、この場合も、上述した実施形態と同様に良好な洗浄を行うことができた。
【0057】
また、上記の他、エタノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン等のケトン類も、洗浄処理液として使用することができる。
【0058】
また、上述した実施形態においていは、バッフル板14の表面にアルミナの溶射膜からなる被膜が形成されている場合について説明したが、バッフル板14の表面に陽極酸化膜(アルマイト)からなる被膜(膜厚50μm)が形成されている場合についても、上述した実施形態と同様の洗浄工程によって洗浄を行うことにより、陽極酸化膜(アルマイト)からなる被膜にダメージを与えることなく、バッフル板14の表面に付着した堆積物を残らず除去することができた。
【0059】
次に、図3を参照して他の実施形態について説明する。この実施形態では、上述した洗浄工程におけるCO2 ブラスト装置103による物理洗浄工程に換えて、エアジェット装置103aを用いて、エアジェットによる物理洗浄工程を実施した。なお、他の洗浄工程については、図1に示した洗浄工程と同様である。
【0060】
上記エアジェット装置103aによる物理洗浄工程は、圧縮空気に高圧水を混入して、バッフル板14に噴射し、バッフル板14に堆積した堆積物を物理的に除去するものである。このエアジェット装置103aによる物理洗浄工程において使用した水圧は、例えば7〜14MPa、空気圧は、例えば0.2〜0.35MPaである。この水圧及び空気圧も、高すぎるとバッフル板14の被膜がダメージを受ける可能性があり、また、低すぎると堆積物の除去に時間がかかるため、上記の圧力範囲とすることが好ましい。また、エアジェット装置103aによる物理洗浄に要する時間は、約8分程度であった。
【0061】
以上のように、CO2 ブラスト装置103による物理洗浄工程に換えて、エアジェット装置103aによる物理洗浄工程を行った場合についても、バッフル板14の表面に形成されたアルミナの溶射膜からなる被膜や、陽極酸化膜(アルマイト)からなる被膜にダメージを与えることなく、バッフル板14の表面に付着した堆積物を残らず除去することができた。
【0062】
また、化学洗浄工程に使用する洗浄処理液は、前述した実施形態と同様に、アセトンを用いた場合も、HFE−7100(商品名:住友スリーエム社製)とIPA(イソプロピルアルコール)とを混合したものを使用した場合のどちらも、良好な洗浄を行うことができた。
【0063】
なお、上記の実施形態では、バッフル板14の洗浄について説明したが、他の部材についても、同様にして洗浄できることは勿論である。
【0064】
また、上記の実施形態では、エッチングガスとしてCF系ガスを用いた例を説明したが、NF3 やSF6 等の炭素を含まずフッ素を含む処理ガスであってもよい。また、上記の実施形態では、エッチング装置の洗浄方法を例にあげて説明したが、プラズマ処理を行う他の装置、例えばプラズマCVD装置の洗浄方法であってもよい。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、被洗浄部材の表面に形成された陽極酸化膜や溶射膜等からなる被膜にダメージを与えることなく、被洗浄部材の表面に堆積した堆積物を良好に洗浄することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の洗浄方法の一実施形態を説明するための図。
【図2】プラズマエッチング装置の概略構成を示す図。
【図3】本発明の洗浄方法の他の実施形態を説明するための図。
【符号の説明】
14……バッフル板、101……有機溶媒、102……圧縮空気源、103……CO2 ブラスト装置、104……純水、105……超音波発生機。
Claims (8)
- 気密な処理室内に少なくともフッ素を含む処理ガスを導入して被処理基板上の被処理膜にプラズマ処理を施した際の、前記処理室内に堆積した堆積物を洗浄除去するプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法であって、
表面に陽極酸化膜又は溶射膜からなる被膜が形成され、前記堆積物が堆積した被洗浄部材を、所定時間有機溶媒に接触させることにより、前記堆積物を化学的に除去する化学洗浄工程と、
前記化学洗浄工程の後に、前記被洗浄部材に洗浄媒体を噴射させて、前記堆積物を物理的に除去する物理洗浄工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項1記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法であって、
前記有機溶媒は、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトンのうちの少なくとも一つであることを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、
前記物理洗浄工程がドライアイスペレットを圧縮空気によって噴射するCO2 ブラスト洗浄によって行われることを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項3記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、
前記CO2 ブラスト洗浄における圧縮空気の圧力が、3.0〜4.2kg/cm2 であることを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項3又は4記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、
前記CO2 ブラスト洗浄におけるドライアイスペレットの粒径が0.3mmから0.6mmであることを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、
前記物理洗浄工程が、空気圧が0.2〜0.35MPaの圧縮空気に、水圧が7〜14MPaの高圧水を混入して噴射するエアジェット洗浄によって行われることを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項1〜6いずれか1項記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、
前記化学洗浄工程と、前記物理洗浄工程の間に、気体を吹き付けて前記被洗浄部材から剥離した前記堆積物を除去するエアパージ工程を有することを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。 - 請求項1〜7いずれか1項記載のプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法において、
前記物理洗浄工程の後に、前記被洗浄部材を純水中に浸漬し、当該純水に超音波振動を加える純水超音波洗浄工程を有することを特徴とするプラズマ処理装置内の被洗浄部材の洗浄方法。
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