JP4656364B2

JP4656364B2 - Plasma processing method

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Publication number: JP4656364B2
Application number: JP2003068129A
Authority: JP
Inventors: 嘉英木原; 貴志松原; 鵬文邱
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2004281528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と称す。）等の被処理体にプラズマエッチング（以下、単に「エッチング」と称す。）等の所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置やＬＣＤの製造工程ではウエハやＬＣＤ基板等の被処理体に種々の成膜処理やエッチング処理等のプラズマ処理を施している。
【０００３】
例えばエッチングを行なう場合には、例えば図４の（ａ）に示すような層構造を有する被処理体（例えば、ウエハ）Ｗのエッチングを行う。このウエハＷは、図４の（ａ）に示すように、下層から上層に向けて拡散防止膜５１、層間絶縁膜５２、絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）５３及びレジスト膜５４を表面に有し、エッチングガスのプラズマを用いて図４の（ａ）、（ｂ）の順序でレジスト膜５４に形成されたパターン５４Ａに即してシリコン酸化膜５３をエッチングして例えば配線用のトレンチ５３Ａを形成する。次いで、ウエハＷにアッシングを施して同図の（ｃ）に示すようにレジスト膜５４を除去してシリコン酸化膜５３を表出させる。更に、図示してないが後工程で層間絶縁膜にビアホールを形成する。
【０００４】
このようなエッチングには例えば平行平板型のプラズマ処理装置がプラズマ処理装置として用いられる。この種のプラズマ処理装置は、例えば、気密構造のチャンバと、チャンバ内でウエハを載置し且つ下部電極を兼ねる載置台と、この載置台の上方に配置された上部電極とを備え、下部電極に高周波電力を印加してチャンバ内でプラズマを発生させ、上述のようにレジスト膜５４を介して所定のパターン５４Ａでシリコン酸化膜５３のエッチングを行って配線用のトレンチ５３Ａを形成する。また、エッチング後のアッシングは同一チャンバ内あるいは別のチャンバ内で行われる。図５は、このプラズマ処理装置の載置台の端部を示す断面図の一例である。
【０００５】
図５に示す載置台６１は、導電性材料、例えば表面がアルマイト加工されたアルミニウムによって形成されている。この載置台６１の載置面にはウエハＷを固定する静電チャック６２が配置されている。この静電チャック６２は、シート状の絶縁体６２Ａ間に電極６２Ｂが介在し、電極６２Ｂに直流電圧を印加することにより、クーロン力でウエハＷを静電吸着する。また、載置台６１の外周縁部にはフォーカスリング６３が配置され、このフォーカスリング６３によって載置台６１上に静電チャック６２を介して固定されたウエハＷを囲んでいる。
【０００６】
ところで、載置台６１はアルミニウムによって形成されているため、ウエハＷの上方に形成されるプラズマに直接曝される部位があると、その部位がプラズマによってスパッタされ、ウエハＷにアルミニウム等を含む望ましくない膜が形成される虞がある。そこで、図５に示すように、載置台６１の載置面（静電チャック６２が配置されている部分）の直径がウエハＷの直径より僅かに（例えば、４ｍｍ程度）小さく形成されている。そして、フォーカスリング６３の載置面がウエハＷの外径より大きく形成され、上から見た場合に載置台６１の上面がプラズマに直接曝されないようにしてある。
【０００７】
ところが、載置台６１が図５に示すように構成されていると、シリコン酸化膜やレジスト膜のエッチングによる副生成物がウエハＷの端部裏側まで廻り込み、ウエハＷの端部裏面側、特に裏面の傾斜部（以下、「ベベル部」と称す。）に副生成物がポリマー等として薄膜状に堆積することがある。ベベル部にポリマー等が堆積すると、後工程でこの堆積物（ポリマー等の物質）がベベル部から剥離してパーティクルの原因になり、あるいは堆積物によって段差ができてレジスト露光時にピントが合わなくなる等のトラブルの原因になる虞がある。そのため、このような堆積物の生成をできる限り防止する必要がある。
【０００８】
そこで、このような堆積物を除去するために、例えばウエハをエッチング用のチャンバから別のチャンバへ搬送し、別のチャンバ内でアッシングを行ってレジスト膜を除去すると共にウエハ端部の堆積物を除去している。
【０００９】
また、堆積物を除去する別の方法として、例えば、エッチングを行ったチャンバ内でウエハをピンで持ち上げて支持した状態で不活性ガスのプラズマを立ててウエハ裏面側の堆積物を除去するプラズマ処理方法が提案されている（特許文献１）。更に、この文献には不活性ガスに代えて酸化性ガス（例えば、酸素ガス）を供給してウエハ裏面側に酸化膜を形成し、この酸化膜によって不純物の付着を防止する方法が提案されている。これらの場合チャンバ内の圧力を５０〜３００ｍＴｏｒｒに設定すると共に、２５〜１００Ｗの高周波電力を載置台に印加してプラズマ処理を行う。
【００１０】
また、特許文献１と同種の処理方法として、ＣＶＤ成膜後、同一チャンバ内でウエハをガスシャワーヘッドの直下までピンで押し上げて保持し、ガスシャワーヘッドからウエハの表面にパージガスを供給した状態で別のガス供給部からチャンバ内にＦ系ガス等のエッチングガスを供給してプラズマ化してウエハの裏面や側面の堆積物を除去する基板処理方法及び基板処理装置が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第４９６２０４９号明細書（第２欄〜第３欄、及び実施例１）
【特許文献２】
特開平９−２８３４５９号公報（段落[００４０]〜[００４２]）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アッシング用チャンバ内でウエハ端部の堆積物を除去する方法の場合には、エッチング用のチャンバとは別にアッシング用チャンバが必要になり、装置コストが高くなると共に装置サイズが大きくなり、しかもエッチング用のチャンバからアッシング用のチャンバへウエハを搬送するため、スループットが低下するという課題があった。特許文献１、２のようにピンでウエハを持ち上げる方法の場合には、ウエハ端部の堆積物を除去する場合にも下部電極にプラズマ発生用の高周波電力を印加するため、プラズマ中のイオンが下部電極側に強く衝突し、チャンバ内の各種の部品を損傷する虞があった。
【００１３】
一方、近年はマスクパターンが超微細化し、パターン通りにエッチングをすることが難しくなって来ているため、上下の各電極に周波数の異なった高周波電力を印加する二周波印加方式の平行平板型プラズマ処理装置が用いられ、上部電極にはプラズマを発生させるために周波数の高い高周波電力を印加し、下部電極にはプラズマ中のイオンを下部電極側に引き込むために上部電極より周波数の低い高周波電力を印加する。ところが、下部電極に印加する高周波電力は、周波数及び印加電力共に低く設定されているため、特許文献１、２のようにピンを用いてウエハを下部電極から持ち上げてウエハ端部の堆積物を除去する方法では、堆積物を十分に除去することができないという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、同一のチャンバ内で連続して行われたエッチング及びアッシングによりウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を迅速且つ確実に除去することができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理方法は、一つのチャンバ内に配置され且つ第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させる上部電極と、上記上部電極の下方に配置され且つ上記第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力を印加する下部電極を兼ねる被処理体の載置台と、上記載置台に設けられ且つ上記載置台の載置面において上記被処理体を昇降させる複数のピンと、上記各機器を制御する制御装置と、を備えたプラズマ処理装置を用いて、上記制御装置を介して上記第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定すると共に上記第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定した状態で、上記チャンバ内で上記載置台上に載置された上記被処理体に対してエッチングガスを用いてエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングに続いて上記エッチングガスを酸素ガスに置換し酸素ガスの圧力を２０〜８００ｍｍＴｏｒｒの範囲内に設定してアッシングを行った後に上記アッシング時から続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記制御装置の制御下で、上記上部電極に印加する第１の高周波電力の密度を２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ ^２に設定すると共に上記載置台に印加する第２の高周波電力の密度を０．２８Ｗ／ｃｍ ^２以下に設定する工程と、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒの範囲内に設定すると共に上記チャンバ内での上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定する工程と、上記複数のピンを介して上記載置台から上記被処理体を離した状態で上記第１の高周波電力を印加した上記上部電極によって上記酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
まず、本実施形態に用いられるプラズマ処理装置について図１を参照しながら説明する。このプラズマ処理装置１は、例えば図１に示すように二周波印加方式の平行平板型のプラズマ処理装置として構成され、例えば図４に示すウエハＷ中のシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を所定のパターンに即してエッチングする。
【００２５】
上記プラズマ処理装置１は、図１に示すように、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等の金属により形成され且つ保安接地されたチャンバ２と、このチャンバ２内の底部に絶縁体３を介して配置され且つ下部電極を兼ねる載置台（以下、適宜「サセプタ」または「下部電極」と称す。）４と、このサセプタ４の上方に配置された上部電極５と、本発明のプラズマ処理方法を実施する際のプログラムを有する制御装置（図示せず）とを備え、制御装置のプログラムによる制御下でウエハＷのエッチング、アッシング及びウエハ端部の堆積物を除去する一連のプラズマ処理を行う。そして、上部電極５には整合器６を介して第１の高周波電源７が接続され、下部電極４には整合器８を介して第２の高周波電源９が接続されている。更に、上部電極５にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０が接続され、サセプタ４にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１が接続されている。
【００２６】
サセプタ４上には静電チャック１２が設けられ、その上にはウエハＷが載置されている。静電チャック１２は、絶縁体間に電極１２Ａが介在して構成され、電極１２Ａに接続された直流電源１３から直流電圧を印加することにより、クーロン力でウエハＷを静電吸着する。そして、サセプタ４の外周縁部にはウエハＷを囲むフォーカスリング１４が配置されている。このフォーカスリング１４はＳｉ等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００２７】
また、サセプタ４内には複数（例えば、３本）のピン１５（図２参照）が昇降可能に設けられ、これらのピン１５を介してサセプタ４と搬出入口からチャンバ２内へ進入したウエハ搬送機構（図示せず）との間でウエハＷの受け渡しを行う。これらのピン１５は、後述のように制御装置の制御下でウエハＷのエッチング及びアッシングを連続して行った後、所定寸法だけ上昇し、その位置を所定時間保持し、この間に酸素ガスのプラズマによってウエハＷ端部の堆積物Ｄを除去する。
【００２８】
更に、サセプタ４内には冷媒流路４Ａが形成され、その入口に接続された流入管１６Ａから冷媒（例えば、エチレングリコール水溶液等）が流入すると共にその出口に接続された流出管１６Ｂから冷媒が流出し、冷媒が冷媒流路４Ａ内を循環してサセプタ４を冷却する。また、サセプタ４内には静電チャック１２を貫通して複数箇所で開口するガス流路４Ｂが形成され、このガス流路４Ｂ内にＨｅガス等の熱伝導度の高い伝熱性ガスを供給してガス流路４Ｂの開口部から静電チャック１２とウエハＷ間に流出させ、サセプタ４とウエハＷ間の熱伝達性を高めている。
【００２９】
また、上部電極５は、シャワーヘッド状の電極板５Ａと、この電極板５Ａを支持する支持体５Ｂとから構成され、絶縁体１７を介してチャンバ２の上部に支持されている。この上部電極５と下部電極４は例えば１０〜６０ｍｍ離間している。また、支持体５Ｂの中央にはガス導入口５Ｃが設けられ、このガス導入口５Ｃにはガス供給管１８を介して処理ガス供給源１９が接続されている。ガス供給管１８には上流側から下流側に向けてマスフローコントローラ２０及びバルブ２１が順次配設されている。処理ガス供給源１９は、エッチングガスとして利用する複数のガス源を有している。エッチングガスとしては例えばＣ_５Ｆ_８とＡｒとＯ_２等の従来公知のガスを使用することができる。
【００３０】
一方、チャンバ２の底部には排気管２２が接続され、この排気管２２には排気装置２３が接続されている。また、チャンバ２の側壁の搬出入口にはゲートバルブ２４が配設され、ゲートバルブ２４が開放された搬出入口を介してウエハＷを隣接するロードロック室（図示せず）とチャンバ２の間で搬送する。
【００３１】
次に、上記プラズマ処理装置１を用いた本発明のプラズマ処理方法の一実施形態について図２の（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。まず、ゲートバルブ２４を開放してウエハＷをチャンバ２内に搬入し、静電チャック１２上に載置する。次いで、ゲートバルブ２４を閉じ、排気装置２３によってチャンバ２内を減圧した後、ガス供給管１８のバルブ２１を開放し、例えばＣ_５Ｆ_８とＡｒとＯ_２を処理ガス供給源１９から供給し、これらのガスをマスフローコントローラ２０で所定の流量（例えば、Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２の流量＝１４０／６５０／２４ｓｃｃｍ）でエッチングガスとして上部電極５からチャンバ２内へ供給すると共にエッチングガスを所定の圧力に設定する。この状態で第１の高周波電源７から上部電極５へ例えば周波数が６０ＭＨｚの第１の高周波電力を印加すると共に第２の高周波電源９から下部電極４へ例えば周波数が２ＭＨｚの第２の高周波電力を印加し、第１の高周波電力によりエッチングガスをプラズマ化すると共に第２の高周波電力によってプラズマ中のイオンを下部電極４に引き込んでイオンアシストによるエッチングの異方性を高め、ウエハＷ中のＳｉＯ_２膜を、レジスト膜を介してエッチングして例えば配線用のトレンチを形成する。この際、直流電源１３を静電チャック１２内の電極１２Ａに印加してウエハＷを静電チャック１２上に静電吸着する。
【００３２】
上述のようにＣ_５Ｆ_８とＡｒとＯ_２とからなるエッチングガスによりＳｉＯ_２膜をエッチングすると、ＳｉＯ_２膜及びレジスト膜から副生成物が生成して図２の（ａ）に模式的に示すようにウエハＷの端部にポリマー等が堆積して堆積物を形成する。引き続き、チャンバ２内の残留ガスを窒素ガス等の化学的に不活性なガスで置換した後、チャンバ２内に酸素ガスを供給してチャンバ２内を所定の圧力（例えば、２０〜８００ｍＴｏｒｒ）に設定し、上部電極５に第１の高周波電力を印加すると共に下部電極４に第２の高周波電力を印加してレジスト膜をアッシングにより除去し、配線用のトレンチが形成されたＳｉＯ_２膜を表出させる。
【００３３】
然る後、ウエハＷを次工程へ引き渡すためにピンを上昇させてサセプタ４からウエハＷを例えば１〜１８ｍｍ（本実施形態では１８ｍｍ）だけ持ち上げて図２の（ｂ）に示すように保持する。この状態で引き続きチャンバ２内に酸素ガスを供給し、アッシング時とは異なった条件で上部電極５に第１の高周波電力を印加すると共にサセプタ４に第２の高周波電力を印加して酸素ガスのプラズマを発生させ、このプラズマにより静電チャック１２から持ち上げられたウエハＷの端部の堆積物を除去する。
【００３４】
堆積物を除去する際、チャンバ２内の酸素ガスの圧力を例えば４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定することが好ましく、また、酸素ガスのチャンバ２内の滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定することが好ましい。酸素ガスの圧力が４００ｍＴｏｒｒ未満ではウエハＷ端部の堆積物の除去時間が長くなり、８００ｍＴｏｒｒを超えるとチャンバ２内の圧力の安定化時間が長くなって堆積物除去までに時間を要し、却ってスループットが低下する虞がある。また、酸素ガスの滞留時間が短いほど堆積物の除去時間が短くなるが、５０ｍ秒未満では４００〜８００ｍＴｏｒｒの圧力範囲で１５００ｓｃｃｍ以上の流量が必要となり、消費量の点で好ましくない。２６０ｍ秒を超えると堆積物の除去時間が長くなる。
【００３５】
ここで、酸素ガスの滞留時間は下記（１）式を用いて算出する。また、滞留時間を算出する時には、ウエハＷより外側のガスはエッチングに寄与しないと仮定し、計算上は考慮しない。下記▲１▼式において、τは滞留時間（秒）、Ｖはチャンバ２の体積（Ｌ）、Ｓは酸素ガスの排気速度（Ｌ／秒）、ｐはチャンバ２内の酸素ガスの圧力（Ｔｏｒｒ）、Ｑは酸素ガスの総流量（ｓｃｃｍ）である。
τ＝Ｖ／Ｓ＝ｐＶ／Ｑ・・・・（１）
【００３６】
また、ウエハＷの端部裏面側の堆積物を除去する場合には、上部電極５には第１の高周波電源７から１３．５６ＭＨｚ以上の周波数で２０００〜３０００Ｗ（電力密度に換算で２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ^２）の高周波電力を印加することが好ましい。第１の高周波電力の周波数が１３.５６ＭＨｚ未満では十分なプラズマ密度が得られないため、好ましくない。また、第１の高周波電力が２０００Ｗ未満では堆積物除去のスループットが低下し、その電力が３０００Ｗを超えるとオーバーエッチング気味になると共にチャンバ２内の部品の損傷を招く虞がある。
【００３７】
また、下部電極４には第２の高周波電源９から３．２ＭＨｚ以下の周波数で２００Ｗ（電力密度に換算で０.２８Ｗ／ｃｍ^２）以下の高周波電力を印加する。第２の高周波電力の周波数が３．２ＭＨｚを超え、あるいはその電力が２００Ｗを超えると下部電極４のセルフバイアス電位が高くなってプラズマ中のイオンの引き込みが強く、トレンチの肩落ちや下部電極４及びその周辺の部品のプラズマによる損傷を招く虞があるため、好ましくない。
【００３８】
従って、上下各電極４、５の印加電力が大きいほど堆積物の除去速度は大きくなるが、チャンバ２内の各部品が消耗し易く、エッチング特性の低下（例えば、ホール等の肩落ち等）があり、印加電力には上限がある。また、堆積物を除去する場合には酸素ガス流量が大きいほど、つまり同一の圧力において酸素ガスの滞留時間が短いほど除去速度が大きくなるが、消費量増大の観点から、酸素ガス流量にも自ずと上限がある。
【００３９】
ところで、アッシングの最適条件と堆積物除去の最適条件は相違するため、上述したようにアッシングを行った後、堆積物の除去を行うようにしている。アッシング時には上部電極５の印加電力を大きく設定すると共に下部電極４の印加電力を小さく設定する必要があり、また、酸素ガスの流量も堆積物除去の場合よりも小さく設定する必要がある。また、アッシング時には、例えばチャンバ２内の酸素ガスの圧力を２０ｍＴｏｒｒ、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、上部電極５を１５００Ｗ、下部電極４の電力を４００Ｗにそれぞれ設定することによりアッシングを円滑に行なうことができる。
【００４０】
上述のようにウエハ端部の堆積物を除去した後、チャンバ２内の残存ガスを窒素ガス等の不活性ガスで置換した後、ゲートバルブ２４を開いて処理済のウエハＷをチャンバ２から搬出し、次工程へ搬送する。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、チャンバ２内でサセプタ４に載置されたウエハＷに対してエッチングとアッシングを連続して行ってウエハＷの端部に付着した堆積物Ｄをチャンバ２内に供給される酸素ガスのプラズマによって除去する際に、チャンバ２内でサセプタ４からウエハＷを持ち上げる工程と、チャンバ２内でサセプタ４からウエハＷを持ち上げた状態で上部電極５によって酸素ガスをプラズマ化する工程を有し、チャンバ２内の酸素ガスの圧力をアッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒに設定すると共に上記チャンバ内での上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定する工程を有するため、下部電極４に印加する第２の高周波電源９の周波数及び電力が低くても、最適化された酸素ガスの供給条件下で、ウエハＷの端部に付着した堆積物Ｄを迅速且つ確実に除去してスループットを高めることができ、しかもチャンバ２内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができる。また、更に、その後のウエハ搬送機構の汚染や後工程での汚染を防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、上部電極５に印加する第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定し、下部電極４に印加する第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定するようにしたため、ウエハ端部の堆積物をより短時間で除去してスループットを高めることができ、チャンバ２内の各部品の消耗をより確実に防止することができる。
【００４３】
また、チャンバ２内の酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定するようにしたため、より確実にウエハ端部の堆積物を除去することができる。更に、堆積物を除去するに先立ってウエハＷに対してエッチング及びアッシングを連続して行うようにしたため、エッチング、アッシング及びウエハ端部の堆積物除去に至る一連の処理を効率良く行なうことができ、これら一連の工程のスループットを高めることができる。
【００４４】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。本実施例では全面をレジスト膜で被覆した３００ｍｍのウエハを４枚準備し、プラズマ処理装置を用いてシリコン酸化膜をエッチング条件に準じた下記条件で、これらのウエハについてエッチングを行ってレジスト膜による副生成物をウエハの端部に堆積物として付着させ、試料ウエハを作成した。
［エッチング条件］
▲１▼上部電極に印加する第１の高周波電源の周波数：６０ＭＨｚ
▲２▼上部電極に印加する第１の高周波電力：１５００Ｗ
▲３▼下部電極に印加する第２の高周波電源の周波数：２ＭＨｚ
▲４▼下部電極に印加する第２の高周波電力：１５００Ｗ
▲５▼サセプタ温度：−１０℃
▲６▼チャンバ内の圧力：１２０ｍＴｏｒｒ
▲７▼エッチングガスの流量：
Ｃ_５Ｆ_８＝１４０ｓｃｃｍ、Ａｒ＝６５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２＝２４ｓｃｃｍ
▲８▼処理時間：２３０秒
【００４５】
実施例１
本実施例は、ウエハの堆積物をエッチングにより除去する場合のチャンバ２内の酸素ガスの圧力と第１、第２の高周波電力の関係を調べた。即ち、上記試料ウエハの堆積物の初期の膜厚を走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と称す。）により観察し、その写真に基づいて測定した。その後、チャンバ２内のサセプタ４上に試料ウエハを載置した後、酸素ガスの流量を１２００ｓｃｃｍに制御して供給し、実験計画法（ＤＯＥ）に基づいて下記表１に示すように第１、第２の高周波電力及びチャンバ２内の酸素ガス圧力をレベル１〜レベル４の範囲で振り、ウエハ端部の堆積物をエッチングにより５秒間除去した。その後、チャンバ２から試料ウエハを取り出し、各ウエハのノッチＡ、Ｂ及びトップＡ、Ｂにおける堆積物の残存膜厚／減少膜厚をＳＥＭの観察写真に基づいて測定し、その結果を下記表２及び下記表３に示した。また、下記表１及び下記表２の測定結果を纏めて図示したものが図３である。尚、下記表１及び表２において、膜厚の単位はオングストロームである。
【００４６】
下記表２、下記表３及び図３において、ノッチとはウエハ端部のうち、ウエハのノッチ部分のことを云い、トップとはウエハ端部のうち、ノッチとは１８０°反対側の部分のことを云う。そして、ノッチＡはノッチ部分の裏面側を指し、ノッチＢはノッチ部分の裏面側の傾斜部（ベベル部）を指す。トップＡはトップ部分の裏面側を指し、トップＢはトップ部分の裏面側の傾斜部（ベベル部）を指す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【表２】

【００４９】
【表３】

【００５０】
上記表２及び上記表３を纏めた図３に示す結果によれば、チャンバ２内の酸素ガスの圧力が高いほどウエハ端部の堆積物の膜厚減少量が大きくなり、除去速度の速いことが判った。また、図３に示すように上部電極５の電力が大きいほどウエハ端部の堆積物の膜厚減少量が大きくなり、除去速度の速いことが判った。しかし、図３に示すように下部電極４の電力は図３に示すようにウエハ端部の堆積物除去には上述した他のファクターほどの効果がないことも判った。
【００５１】
実施例２
実際に堆積物を除去する場合には単に堆積物を除去する時間以外にも、チャンバ２内の圧力安定化時間を加算した時間で処理速度を評価する必要がある。そこで、本実施例では、実施例１において得られた結果を基に、上部電極の印加電圧を２０００Ｗに設定し、下記表４に示すようにチャンバ内の酸素ガス圧力を振って各圧力の安定化時間と各圧力での堆積物除去時間（下記表４ではクリーニング時間）とを測定し、これら両者の合計時間を実際の処理時間として評価した。
【００５２】
【表４】

【００５３】
上記表４に示す結果によれば、４００ｍＴｏｒｒ、６００ｍＴｏｒｒ及び８００ｍＴｏｒｒのうち、６００ｍＴｏｒｒにおける処理時間が最も短くなることが判った。即ち、堆積物除去時間は圧力が高くなるほど短くなるが、圧力安定化時間は圧力が低くなるほど短くなるため、処理時間の最短化をするためにはチャンバ内の圧力を最適化する必要がある。よって、酸素ガスの好ましい圧力範囲は４００〜８００ｍＴｏｒｒである。
【００５４】
実施例３
本実施例では、下記表５に示すように酸素ガス流量を振ってウエハを５秒間処理し、チャンバ内における酸素ガス流量と堆積物除去速度との関係をウエハのトップＡ及びトップＢのＳＥＭによって観察した。そして、ＳＥＭの観察写真に基づいて各部位の堆積物の残存膜厚を測定し、この残存膜厚と処理時間とから除去速度を求めた。これらの測定結果を下記表５に示した。尚、下記表５では残存膜厚及び除去速度は、残存膜厚／除去速度として示した。また、膜厚の単位はオングストローム、除去速度の単位はオングストローム／秒である。
【００５５】
【表５】

【００５６】
上記表５に示す結果によれば、酸素ガス流量が大きいほど堆積物の除去速度が大きいことが判った。堆積物の除去速度と酸素ガスの消費量の点から酸素ガスの流量は６００〜１５００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。また、酸素ガス流量が１２００ｓｃｃｍの場合の結果から、下部電極４の第２の高周波電力の高い方が堆積物の除去速度の大きいことが判った。
【００５７】
上述の実施例２、３によって、酸素ガスの圧力範囲は４００〜８００ｍＴｏｒｒが好ましく、酸素ガスの流量範囲は６００〜１５００ｓｃｃｍが好ましいことが判った。そこで、前記式（１）を用いて酸素ガスの好ましい圧力範囲及び好ましい流量範囲における酸素ガスの滞留時間を計算したところ、下記表６に示す結果が得られた。下記表６の結果によれば、酸素ガスの滞留時間は５０〜２６０ｍ秒が好ましいことが判った。
【００５８】
【表６】

【００５９】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明のプラズマ処理装置は、本発明方法を実施することができるプログラム仕様を有するものであれば、本発明に包含される。例えば、上記実施形態では上下の電極に互いに異なる周波数を有する高周波電力を印加してプラズマを発生させるプラズマ処理装置に場合について説明したが、上下の電極のいずれか一方に高周波電力を印加するプラズマ処理装置、上下の電極に更に別の周波数を有する高周波電力を印加するプラズマ処理装置、あるいは、これらのプラズマ処理装置に磁場形成手段を付加したプラズマ処理装置についても本発明を適用することができる。
【００６０】
本発明によれば、一つのチャンバ内に配置され且つ第１の高周波電力を印加してプラズマを発生させる上部電極と、上記上部電極の下方に配置され且つ上記第１の高周波電力より周波数の低い第２の高周波電力を印加する下部電極を兼ねる被処理体の載置台と、上記載置台に設けられ且つ上記載置台の載置面において上記被処理体を昇降させる複数のピンと、上記各機器を制御する制御装置と、を備えたプラズマ処理装置を用いて、上記制御装置を介して上記第１の高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上に設定すると共に上記第２の高周波電力の周波数を３．２ＭＨｚ以下に設定した状態で、上記チャンバ内で上記載置台上に載置された上記被処理体に対してエッチングガスを用いてエッチングを行って上記被処理体の端部に付着した物質を、上記エッチングに続いて上記エッチングガスを酸素ガスに置換し酸素ガスの圧力を２０〜８００ｍｍＴｏｒｒの範囲内に設定してアッシングを行った後に上記アッシング時から続けて上記チャンバ内に供給される酸素ガスから生成させるプラズマによって除去する方法であって、上記制御装置の制御下で、上記上部電極に印加する第１の高周波電力の密度を２．８３〜４．２５Ｗ／ｃｍ ^２に設定すると共に上記載置台に印加する第２の高周波電力の密度を０．２８Ｗ／ｃｍ ^２以下に設定する工程と、上記チャンバ内の上記酸素ガスの圧力を上記アッシング時とは異なる４００〜８００ｍＴｏｒｒの範囲内に設定すると共に上記チャンバ内での上記酸素ガスの滞留時間を５０〜２６０ｍ秒に設定する工程と、上記複数のピンを介して上記載置台から上記被処理体を離した状態で上記第１の高周波電力を印加した上記上部電極によって上記酸素ガスをプラズマ化する工程と、を備えているため、同一チャンバ内で連続して行われるエッチング及びアッシングによりウエハ等の被処理体の端部に付着した物質を、最適化された酸素ガスの供給条件下で迅速且つ確実に除去してスループットを高めることができ、しかもチャンバ内の各部品のプラズマによる損傷を防止することができるプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一実施形態の概略を示す断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置を用いた本発明方法の一実施形態を説明するための模式図で、（ａ）はアッシング処理後のサセプタを示す図、（ｂ）は本発明方法の一実施形態でウエハ端部の堆積物を除去する時のサセプタを示す図である。
【図３】図１に示すプラズマ処理装置の処理条件を実験計画法によって振ってウエハ端部の堆積物を除去した時の結果を示すグラフである。
【図４】エッチング工程を説明するための工程図で、（ａ）はエッチング直前の状態を示す図、（ｂ）はエッチング後の状態を示す図、（ｃ）はアッシング後の状態を示す図である。
【図５】プラズマ処理装置のサセプタの一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１プラズマ処理装置
２チャンバ
４サセプタ（載置台兼下部電極、保持体）
５上部電極（プラズマ発生手段）
７第１の高周波電源
９第２の高周波電源
１５ピン（離間手段）
Ｗウエハ
Ｐプラズマ
Ｄ堆積物（物質）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides a plasma processing method for subjecting an object to be processed such as a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) to a predetermined plasma process such as plasma etching (hereinafter simply referred to as “etching”).To the lawRelated.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device or an LCD, plasma processing such as various film forming processes or etching processes is performed on an object to be processed such as a wafer or an LCD substrate.
[0003]
For example, when etching is performed, an object to be processed (for example, a wafer) W having a layer structure as shown in FIG. As shown in FIG. 4A, the wafer W has a diffusion prevention film 51, an interlayer insulating film 52, an insulating film (for example, a silicon oxide film) 53, and a resist film 54 on the surface from the lower layer to the upper layer. Then, using the etching gas plasma, the silicon oxide film 53 is etched according to the pattern 54A formed on the resist film 54 in the order of FIGS. 4A and 4B to form, for example, a trench 53A for wiring. Form. Next, ashing is performed on the wafer W to remove the resist film 54 and expose the silicon oxide film 53 as shown in FIG. Further, although not shown, a via hole is formed in the interlayer insulating film in a later process.
[0004]
For such etching, for example, a parallel plate type plasma processing apparatus is used as the plasma processing apparatus. This type of plasma processing apparatus includes, for example, a chamber having an airtight structure, a mounting table on which a wafer is mounted in the chamber and also serving as a lower electrode, and an upper electrode disposed above the mounting table. Then, high frequency power is applied to generate plasma in the chamber, and the silicon oxide film 53 is etched with a predetermined pattern 54A through the resist film 54 as described above to form a trench 53A for wiring. Further, ashing after etching is performed in the same chamber or in another chamber. FIG. 5 is an example of a cross-sectional view showing the end of the mounting table of the plasma processing apparatus.
[0005]
The mounting table 61 shown in FIG. 5 is formed of a conductive material, for example, aluminum whose surface is anodized. An electrostatic chuck 62 for fixing the wafer W is disposed on the mounting surface of the mounting table 61. In this electrostatic chuck 62, an electrode 62B is interposed between sheet-like insulators 62A, and a DC voltage is applied to the electrode 62B to electrostatically attract the wafer W with Coulomb force. Further, a focus ring 63 is disposed on the outer peripheral edge of the mounting table 61, and the focus ring 63 surrounds the wafer W fixed on the mounting table 61 via the electrostatic chuck 62.
[0006]
By the way, since the mounting table 61 is made of aluminum, if there is a part that is directly exposed to the plasma formed above the wafer W, the part is sputtered by the plasma, and the wafer W is not desirable to contain aluminum or the like. A film may be formed. Therefore, as shown in FIG. 5, the diameter of the mounting surface (portion where the electrostatic chuck 62 is disposed) of the mounting table 61 is formed slightly smaller (for example, about 4 mm) than the diameter of the wafer W. The mounting surface of the focus ring 63 is formed to be larger than the outer diameter of the wafer W so that the top surface of the mounting table 61 is not directly exposed to plasma when viewed from above.
[0007]
However, when the mounting table 61 is configured as shown in FIG. 5, a by-product due to etching of the silicon oxide film or the resist film goes around to the back side of the end of the wafer W, and particularly on the back side of the end of the wafer W. A by-product may be deposited in the form of a thin film as a polymer or the like on an inclined portion (hereinafter referred to as “bevel portion”) on the back surface. If a polymer or the like is deposited on the bevel part, this deposit (a material such as a polymer) is peeled off from the bevel part in the subsequent process, causing particles, or a step is formed by the deposit and the focus is not adjusted during resist exposure. May cause trouble. Therefore, it is necessary to prevent the generation of such deposits as much as possible.
[0008]
Therefore, in order to remove such deposits, for example, the wafer is transferred from the etching chamber to another chamber, and ashing is performed in the other chamber to remove the resist film and remove the deposit at the edge of the wafer. It has been removed.
[0009]
As another method for removing deposits, for example, plasma processing for removing deposits on the back side of the wafer by raising an inert gas plasma in a state where the wafer is lifted and supported by a pin in an etched chamber. A method has been proposed (Patent Document 1). Further, this document proposes a method of supplying an oxidizing gas (for example, oxygen gas) instead of an inert gas to form an oxide film on the back side of the wafer and preventing the adhesion of impurities by this oxide film. Yes. In these cases, the pressure in the chamber is set to 50 to 300 mTorr, and plasma processing is performed by applying high frequency power of 25 to 100 W to the mounting table.
[0010]
Also, as a processing method similar to Patent Document 1, after CVD film formation, a wafer is pushed up and held by a pin to the position immediately below the gas shower head in the same chamber, and a purge gas is supplied from the gas shower head to the surface of the wafer. There has been proposed a substrate processing method and a substrate processing apparatus in which an etching gas such as an F-based gas is supplied from another gas supply unit into a chamber to form plasma and remove deposits on the back surface and side surfaces of the wafer (Patent Document 2). ).
[0011]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 4,962,209 (columns 2 to 3 and Example 1)
[Patent Document 2]
JP-A-9-28359 (paragraphs [0040] to [0042])
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of removing the deposit at the wafer edge in the ashing chamber, an ashing chamber is required in addition to the etching chamber, which increases the apparatus cost and the apparatus size. Since the wafer is transferred from the etching chamber to the ashing chamber, there is a problem that throughput is lowered. In the case of the method of lifting the wafer with pins as in Patent Documents 1 and 2, since the high frequency power for generating plasma is applied to the lower electrode even when the deposit on the edge of the wafer is removed, ions in the plasma are There was a risk of violently colliding with the lower electrode side and damaging various components in the chamber.
[0013]
On the other hand, since the mask pattern has become extremely fine in recent years and it has become difficult to perform etching according to the pattern, a parallel plate plasma of a two-frequency application type that applies high-frequency power with different frequencies to the upper and lower electrodes. A high-frequency power having a high frequency is applied to the upper electrode in order to generate plasma, and a high-frequency power having a lower frequency than that of the upper electrode is used to attract ions in the plasma to the lower electrode. Apply. However, since the high frequency power applied to the lower electrode is set to be low both in frequency and applied power, the wafer is lifted from the lower electrode by using pins as in Patent Documents 1 and 2, and the deposit at the edge of the wafer is removed. However, this method has a problem that the deposit cannot be sufficiently removed.
[0014]
  The present invention has been made to solve the above problems,Etching and ashing performed continuously in the same chamberA plasma processing method capable of quickly and surely removing a substance adhering to an end of an object to be processed such as a wafer and preventing damage of each component in the chamber due to plasma.The lawIt is intended to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The plasma processing method according to claim 1 of the present invention is the same as that in one chamber.Arranged in andPlasma is generated by applying first high frequency powerAn upper electrode, disposed below the upper electrode, andA second high frequency power having a lower frequency than the first high frequency power.Also serves as the lower electrode to be appliedWork tableAnd a plurality of pins that are provided on the mounting table and raise and lower the object to be processed on the mounting surface of the mounting table, and a control device that controls the devices.Using plasma processing equipmentWith the frequency of the first high frequency power set to 13.56 MHz or higher and the frequency of the second high frequency power set to 3.2 MHz or lower via the control device,For the object to be processed placed on the mounting table in the chamberUsing etching gasEtch the material adhering to the edge of the object to be processed.Subsequently, the etching gas is replaced with oxygen gas, and the pressure of the oxygen gas is set within a range of 20 to 800 mmTorr.After ashing, it is a method of removing by plasma generated from oxygen gas supplied into the chamber continuously from the time of ashing,Under the control of the control device, the density of the first high frequency power applied to the upper electrode is 2.83 to 4.25 W / cm. ² And the density of the second high-frequency power applied to the mounting table is 0.28 W / cm. ² The steps set below:The pressure of the oxygen gas in the chamber is 400 to 800 mTorr which is different from the ashing time.WithinAnd setting the residence time of the oxygen gas in the chamber to 50 to 260 milliseconds,Through the above pinsIn a state where the object to be processed is separated from the mounting tableBy the upper electrode to which the first high frequency power is appliedAnd a step of converting the oxygen gas into plasma.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS.
First, the plasma processing apparatus used in this embodiment will be described with reference to FIG. The plasma processing apparatus 1 is configured, for example, as a parallel plate type plasma processing apparatus of a two-frequency application type as shown in FIG. 1, for example, a silicon oxide film (SiO₂The film) is etched according to a predetermined pattern.
[0025]
As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 1 includes a chamber 2 formed of a metal such as aluminum whose surface is anodized and grounded for safety, and an insulator 3 at the bottom of the chamber 2. And a lower electrode 4 (hereinafter referred to as “susceptor” or “lower electrode” as appropriate) 4, an upper electrode 5 disposed above the susceptor 4, and the plasma processing method of the present invention. A control device (not shown) having a program for execution is provided, and under the control of the program of the control device, a series of plasma processing is performed for removing etching of the wafer W, ashing and deposits on the edge of the wafer. A first high frequency power source 7 is connected to the upper electrode 5 via a matching unit 6, and a second high frequency power source 9 is connected to the lower electrode 4 via a matching unit 8. Further, a low pass filter (LPF) 10 is connected to the upper electrode 5, and a high pass filter (HPF) 11 is connected to the susceptor 4.
[0026]
An electrostatic chuck 12 is provided on the susceptor 4, and a wafer W is placed thereon. The electrostatic chuck 12 is configured by interposing an electrode 12A between insulators, and applies a DC voltage from a DC power source 13 connected to the electrode 12A, thereby electrostatically adsorbing the wafer W with Coulomb force. A focus ring 14 surrounding the wafer W is disposed on the outer peripheral edge of the susceptor 4. The focus ring 14 is made of Si or the like, and improves etching uniformity.
[0027]
In addition, a plurality of (for example, three) pins 15 (see FIG. 2) are provided in the susceptor 4 so as to be movable up and down, and the wafers that have entered the chamber 2 from the susceptor 4 and the loading / unloading port via these pins 15 are conveyed. The wafer W is transferred to and from a mechanism (not shown). As will be described later, these pins 15 continuously etch and ash the wafer W under the control of the control device, and then rise by a predetermined dimension and hold the position for a predetermined time. Thus, the deposit D at the edge of the wafer W is removed.
[0028]
Further, a refrigerant flow path 4A is formed in the susceptor 4, and a refrigerant (for example, an ethylene glycol aqueous solution) flows from an inflow pipe 16A connected to the inlet, and the refrigerant flows from an outflow pipe 16B connected to the outlet. The refrigerant flows out and circulates in the refrigerant flow path 4A to cool the susceptor 4. A gas flow path 4B that penetrates the electrostatic chuck 12 and opens at a plurality of locations is formed in the susceptor 4, and a heat transfer gas having high thermal conductivity such as He gas is supplied into the gas flow path 4B. Thus, the heat is transferred between the electrostatic chuck 12 and the wafer W from the opening of the gas flow path 4B to enhance the heat transfer between the susceptor 4 and the wafer W.
[0029]
The upper electrode 5 includes a showerhead-like electrode plate 5A and a support 5B that supports the electrode plate 5A, and is supported on the upper portion of the chamber 2 via an insulator 17. The upper electrode 5 and the lower electrode 4 are separated by, for example, 10 to 60 mm. A gas inlet 5C is provided at the center of the support 5B, and a processing gas supply source 19 is connected to the gas inlet 5C via a gas supply pipe 18. A mass flow controller 20 and a valve 21 are sequentially arranged in the gas supply pipe 18 from the upstream side to the downstream side. The processing gas supply source 19 has a plurality of gas sources used as an etching gas. As an etching gas, for example, C₅F₈And Ar and O₂A conventionally known gas such as can be used.
[0030]
On the other hand, an exhaust pipe 22 is connected to the bottom of the chamber 2, and an exhaust device 23 is connected to the exhaust pipe 22. Further, a gate valve 24 is provided at the loading / unloading port on the side wall of the chamber 2, and the wafer W is placed between the adjacent load lock chamber (not shown) and the chamber 2 through the loading / unloading port where the gate valve 24 is opened. Transport.
[0031]
Next, an embodiment of the plasma processing method of the present invention using the plasma processing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. First, the gate valve 24 is opened, and the wafer W is loaded into the chamber 2 and placed on the electrostatic chuck 12. Next, after the gate valve 24 is closed and the inside of the chamber 2 is decompressed by the exhaust device 23, the valve 21 of the gas supply pipe 18 is opened.₅F₈And Ar and O₂Are supplied from the processing gas supply source 19 and these gases are supplied to the gas flow controller 20 at a predetermined flow rate (for example, C₅F₈/ Ar / O₂The flow rate is 140/650/24 sccm), and the etching gas is supplied into the chamber 2 from the upper electrode 5 as an etching gas, and the etching gas is set to a predetermined pressure. In this state, for example, a first high-frequency power having a frequency of 60 MHz is applied from the first high-frequency power supply 7 to the upper electrode 5 and a second high-frequency power having a frequency of 2 MHz is applied from the second high-frequency power supply 9 to the lower electrode 4. The etching gas is turned into plasma by the first high-frequency power, and ions in the plasma are drawn into the lower electrode 4 by the second high-frequency power to increase the anisotropy of etching by ion assist, so that SiO in the wafer W is increased.₂The film is etched through the resist film to form, for example, a wiring trench. At this time, the DC power supply 13 is applied to the electrode 12 </ b> A in the electrostatic chuck 12 to electrostatically attract the wafer W onto the electrostatic chuck 12.
[0032]
C as above₅F₈And Ar and O₂The etching gas consisting of₂When the film is etched, SiO₂By-products are generated from the film and the resist film, and a polymer or the like is deposited on the edge of the wafer W to form a deposit as schematically shown in FIG. Subsequently, after the residual gas in the chamber 2 is replaced with a chemically inert gas such as nitrogen gas, oxygen gas is supplied into the chamber 2 to bring the inside of the chamber 2 to a predetermined pressure (for example, 20 to 800 mTorr). The first high-frequency power is applied to the upper electrode 5 and the second high-frequency power is applied to the lower electrode 4 to remove the resist film by ashing, and SiO in which a trench for wiring is formed₂Let the membrane appear.
[0033]
Thereafter, in order to deliver the wafer W to the next process, the pins are raised and the wafer W is lifted from the susceptor 4 by, for example, 1 to 18 mm (18 mm in this embodiment) and held as shown in FIG. . In this state, oxygen gas is continuously supplied into the chamber 2, and first high frequency power is applied to the upper electrode 5 under conditions different from those during ashing, and second high frequency power is applied to the susceptor 4 to supply oxygen gas. Plasma is generated, and deposits at the edge of the wafer W lifted from the electrostatic chuck 12 are removed by the plasma.
[0034]
When removing the deposit, the pressure of the oxygen gas in the chamber 2 is preferably set to 400 to 800 mTorr, for example, and the residence time of the oxygen gas in the chamber 2 is preferably set to 50 to 260 msec. If the pressure of the oxygen gas is less than 400 mTorr, the removal time of the deposit at the end of the wafer W becomes longer, and if it exceeds 800 mTorr, the stabilization time of the pressure in the chamber 2 becomes longer and it takes time to remove the deposit. There is a risk that the throughput will decrease. Further, the shorter the residence time of the oxygen gas, the shorter the removal time of the deposit, but if it is less than 50 msec, a flow rate of 1500 sccm or more is required in the pressure range of 400 to 800 mTorr, which is not preferable in terms of consumption. If it exceeds 260 milliseconds, the removal time of the deposit becomes longer.
[0035]
Here, the residence time of oxygen gas is calculated using the following equation (1). Further, when calculating the residence time, it is assumed that the gas outside the wafer W does not contribute to the etching and is not considered in the calculation. In the following formula (1), τ is the residence time (seconds), V is the volume (L) of the chamber 2, S is the exhaust speed of the oxygen gas (L / second), p is the pressure of the oxygen gas in the chamber 2 (Torr) ), Q is the total flow rate (sccm) of oxygen gas.
τ = V / S = pV / Q (1)
[0036]
When removing the deposit on the back side of the edge of the wafer W, the upper electrode 5 is supplied to the upper electrode 5 at a frequency of 13.56 MHz or more from the first high frequency power source 7 to 2000 to 3000 W (2.83 in terms of power density). ~ 4.25W / cm²It is preferable to apply a high frequency power of If the frequency of the first high-frequency power is less than 13.56 MHz, a sufficient plasma density cannot be obtained, which is not preferable. Further, if the first high-frequency power is less than 2000 W, the deposit removal throughput decreases, and if the power exceeds 3000 W, overetching tends to occur and parts in the chamber 2 may be damaged.
[0037]
Further, the lower electrode 4 has 200 W (0.28 W / cm in terms of power density) at a frequency of 3.2 MHz or less from the second high-frequency power source 9.²) Apply the following high frequency power. When the frequency of the second high-frequency power exceeds 3.2 MHz or the power exceeds 200 W, the self-bias potential of the lower electrode 4 becomes high, and ions are strongly attracted to the plasma. And there is a possibility of causing damage to the surrounding parts by plasma, which is not preferable.
[0038]
Accordingly, the higher the applied power to the upper and

lower electrodes

4 and 5, the higher the removal rate of the deposits. However, the components in the chamber 2 are easily consumed, and the etching characteristics are deteriorated (for example, a shoulder drop such as a hole). Yes, the applied power has an upper limit. In addition, when removing deposits, the larger the oxygen gas flow rate, that is, the shorter the oxygen gas residence time at the same pressure, the greater the removal rate. From the viewpoint of increasing consumption, naturally the oxygen gas flow rate is also increased. There is an upper limit.
[0039]
Incidentally, since the optimum conditions for ashing are different from the optimum conditions for removing deposits, the deposits are removed after ashing as described above. At the time of ashing, it is necessary to set the applied power of the upper electrode 5 to be large and the applied power to the lower electrode 4 to be set small, and it is also necessary to set the flow rate of oxygen gas to be smaller than that in the case of deposit removal. In ashing, for example, the pressure of the oxygen gas in the chamber 2 is set to 20 mTorr, the flow rate of the oxygen gas is set to 300 sccm, the upper electrode 5 is set to 1500 W, and the power of the lower electrode 4 is set to 400 W, so that ashing can be performed smoothly. it can.
[0040]
After removing the deposits at the edge of the wafer as described above, the residual gas in the chamber 2 is replaced with an inert gas such as nitrogen gas, and then the gate valve 24 is opened to carry out the processed wafer W from the chamber 2. And then transported to the next process.
[0041]
As described above, according to the present embodiment, the deposit D adhered to the end of the wafer W by performing etching and ashing on the wafer W placed on the susceptor 4 in the chamber 2 in succession. 2, when the wafer W is removed by the plasma of oxygen gas supplied into the chamber 2, the process of lifting the wafer W from the susceptor 4 in the chamber 2 and the upper electrode 5 in the state where the wafer W is lifted from the susceptor 4 in the chamber 2. The pressure of oxygen gas in the chamber 2Different from ashingSet to 400-800mTorrAnd a step of setting the residence time of the oxygen gas in the chamber to 50 to 260 milliseconds.Therefore, even if the frequency and power of the second high-frequency power source 9 applied to the lower electrode 4 are lowUnder optimized oxygen gas supply conditions,The deposit D adhering to the edge of the wafer W is removed quickly and reliably.To increase throughputIn addition, damage to each component in the chamber 2 due to plasma can be prevented. Further, it is possible to prevent subsequent contamination of the wafer transfer mechanism and contamination in the subsequent process.
[0042]
Further, according to the present embodiment, the frequency of the first high-frequency power applied to the upper electrode 5 is set to 13.56 MHz or higher, and the frequency of the second high-frequency power applied to the lower electrode 4 is set to 3.2 MHz or lower. Since the setting is made, it is possible to remove the deposits at the edge of the wafer in a shorter time and increase the throughput, and it is possible to more reliably prevent the consumption of each component in the chamber 2.
[0043]
In addition, since the residence time of the oxygen gas in the chamber 2 is set to 50 to 260 milliseconds, deposits on the wafer edge can be more reliably removed. Furthermore, since the etching and ashing are continuously performed on the wafer W prior to the removal of the deposit, a series of processes from the etching, the ashing, and the removal of the deposit at the edge of the wafer can be performed efficiently. The throughput of these series of steps can be increased.
[0044]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described. In this embodiment, four 300 mm wafers whose entire surfaces are covered with a resist film are prepared, and a silicon oxide film is etched using a plasma processing apparatus under the following conditions in accordance with the etching conditions. By-products were deposited as deposits on the edge of the wafer to create a sample wafer.
[Etching conditions]
(1) Frequency of the first high frequency power source applied to the upper electrode: 60 MHz
(2) First high frequency power applied to the upper electrode: 1500 W
(3) Frequency of the second high frequency power source applied to the lower electrode: 2 MHz
(4) Second high frequency power applied to the lower electrode: 1500 W
(5) Susceptor temperature: -10 ° C
(6) Pressure in the chamber: 120 mTorr
(7) Etching gas flow rate:
C₅F₈= 140 sccm, Ar = 650 sccm, O₂= 24sccm
(8) Processing time: 230 seconds
[0045]
Example 1
In this example, the relationship between the pressure of oxygen gas in the chamber 2 and the first and second high-frequency powers when the wafer deposits are removed by etching was examined. That is, the initial film thickness of the sample wafer deposit was observed with a scanning electron microscope (hereinafter referred to as “SEM”) and measured based on the photograph. Thereafter, after placing the sample wafer on the susceptor 4 in the chamber 2, the flow rate of oxygen gas is controlled to 1200 sccm and supplied based on the experimental design method (DOE) as shown in Table 1 below. The second high-frequency power and the oxygen gas pressure in the chamber 2 were swung in the range of level 1 to level 4, and the deposit at the edge of the wafer was removed by etching for 5 seconds. Thereafter, the sample wafer is taken out from the chamber 2, and the remaining film thickness / reduced film thickness of the deposits on the notches A and B and the tops A and B of each wafer are measured based on SEM observation photographs. And in Table 3 below. FIG. 3 shows the measurement results in Table 1 and Table 2 below. In Tables 1 and 2 below, the unit of film thickness is angstrom.
[0046]
In Table 2, Table 3 and FIG. 3 below, the notch refers to the notch portion of the wafer at the wafer edge, and the top refers to the portion 180 ° opposite to the notch of the wafer edge. Say. And notch A points out the back side of a notch part, and notch B points out the inclined part (bevel part) of the back side of a notch part. Top A refers to the back side of the top portion, and top B refers to an inclined portion (bevel portion) on the back side of the top portion.
[0047]
[Table 1]

[0048]
[Table 2]

[0049]
[Table 3]

[0050]
According to the results shown in FIG. 3 in which Table 2 and Table 3 are summarized, the higher the pressure of oxygen gas in the chamber 2, the greater the reduction in the thickness of the deposit on the wafer edge, and the faster the removal rate. I understood. Further, as shown in FIG. 3, it was found that the larger the electric power of the upper electrode 5, the larger the amount of decrease in the film thickness of the deposit at the edge of the wafer, and the faster the removal rate. However, as shown in FIG.Electric powerAs shown in FIG. 3, it was also found that removal of deposits at the edge of the wafer was not as effective as the other factors described above.
[0051]
Example 2
When the deposit is actually removed, it is necessary to evaluate the processing speed by the time obtained by adding the pressure stabilization time in the chamber 2 in addition to the time for simply removing the deposit. Therefore, in this example, based on the result obtained in Example 1, the applied voltage of the upper electrode was set to 2000 W, and the oxygen gas pressure in the chamber was varied as shown in Table 4 below to stabilize each pressure. The sedimentation time at each pressure and the deposit removal time at each pressure (cleaning time in Table 4 below) were measured, and the total time of both was evaluated as the actual processing time.
[0052]
[Table 4]

[0053]
According to the results shown in Table 4 above, it was found that the processing time at 600 mTorr was the shortest among 400 mTorr, 600 mTorr and 800 mTorr. That is, the deposit removal time becomes shorter as the pressure becomes higher, but the pressure stabilization time becomes shorter as the pressure becomes lower. Therefore, in order to minimize the processing time, it is necessary to optimize the pressure in the chamber. Therefore, a preferable pressure range of the oxygen gas is 400 to 800 mTorr.
[0054]
Example 3
In this embodiment, as shown in Table 5 below, the wafer was processed for 5 seconds by varying the oxygen gas flow rate, and the relationship between the oxygen gas flow rate in the chamber and the deposit removal rate was determined by SEM of the top A and top B of the wafer. Observed. And the residual film thickness of the deposit of each site | part was measured based on the observation photograph of SEM, and the removal rate was calculated | required from this residual film thickness and processing time. These measurement results are shown in Table 5 below. In Table 5 below, the remaining film thickness and removal rate are shown as remaining film thickness / removal rate. The unit of film thickness is angstrom, and the unit of removal rate is angstrom / second.
[0055]
[Table 5]

[0056]
According to the results shown in Table 5 above, it was found that the higher the oxygen gas flow rate, the higher the deposit removal rate. From the viewpoint of deposit removal rate and oxygen gas consumption, the flow rate of oxygen gas is preferably in the range of 600-1500 sccm. Further, from the result when the oxygen gas flow rate is 1200 sccm, it was found that the higher the second high-frequency power of the lower electrode 4 is, the higher the deposit removal rate is.
[0057]
According to the above-described Examples 2 and 3, the pressure range of the oxygen gas is preferably 400 to 800 mTorr, and the flow range of the oxygen gas is600It has been found that ˜1500 sccm is preferred. Thus, when the oxygen gas residence time in the preferred pressure range and preferred flow rate range of the oxygen gas was calculated using the formula (1), the results shown in Table 6 below were obtained. According to the results in Table 6 below, it was found that the residence time of oxygen gas is preferably 50 to 260 milliseconds.
[0058]
[Table 6]

[0059]
In addition, this invention is not restrict | limited at all to the said embodiment, The plasma processing apparatus of this invention is included by this invention, if it has a program specification which can implement the method of this invention. For example, in the above-described embodiment, the case of the plasma processing apparatus that generates plasma by applying high-frequency power having different frequencies to the upper and lower electrodes has been described. However, plasma processing that applies high-frequency power to either one of the upper and lower electrodes The present invention can also be applied to an apparatus, a plasma processing apparatus that applies high-frequency power having a different frequency to the upper and lower electrodes, or a plasma processing apparatus in which a magnetic field forming means is added to these plasma processing apparatuses.
[0060]
According to the present invention,An upper electrode disposed in one chamber and generating a plasma by applying a first high-frequency power; and a second high-frequency power disposed below the upper electrode and having a lower frequency than the first high-frequency power. A mounting table for a target object that also serves as a lower electrode to be applied; a plurality of pins that are provided on the mounting table and move the target object up and down on the mounting surface of the mounting table; and a control device that controls each of the above devices. The frequency of the first high frequency power is set to 13.56 MHz or higher and the frequency of the second high frequency power is set to 3.2 MHz or lower using the plasma processing apparatus including Then, the substance attached to the end of the object to be processed by etching the object to be processed placed on the mounting table in the chamber with an etching gas is removed from the edge of the object to be processed. After the ashing, the etching gas is replaced with oxygen gas, and the pressure of the oxygen gas is set in the range of 20 to 800 mmTorr. After ashing, the gas is generated from the oxygen gas supplied into the chamber continuously after the ashing. The density of the first high-frequency power applied to the upper electrode under the control of the control device is 2.83 to 4.25 W / cm. ² And the density of the second high-frequency power applied to the mounting table is 0.28 W / cm. ² The following steps are set, and the pressure of the oxygen gas in the chamber is set within a range of 400 to 800 mTorr, which is different from that during the ashing, and the residence time of the oxygen gas in the chamber is set to 50 to 260 msec. And a step of converting the oxygen gas into plasma by the upper electrode to which the first high frequency power is applied in a state where the object to be processed is separated from the mounting table via the plurality of pins. BecauseIncrease the throughput by removing the material adhering to the edge of the object such as wafer by etching and ashing continuously in the same chamber quickly and surely under the optimized oxygen gas supply condition. In addition, it is possible to provide a plasma processing method capable of preventing damage of each component in the chamber due to plasma.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.
2A and 2B are schematic views for explaining an embodiment of the method of the present invention using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a view showing a susceptor after ashing, and FIG. 2B is a method of the present invention. It is a figure which shows a susceptor when removing the deposit of a wafer edge part by one Embodiment.
FIG. 3 is a graph showing the results when the processing conditions of the plasma processing apparatus shown in FIG.
FIGS. 4A and 4B are process diagrams for explaining an etching process, in which FIG. 4A shows a state immediately before etching, FIG. 4B shows a state after etching, and FIG. 4C shows a state after ashing; It is.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of the susceptor of the plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Plasma processing equipment
2 chambers
4 Susceptor (mounting table and lower electrode, holder)
5 Upper electrode (plasma generating means)
7 First high frequency power supply
9 Second high frequency power supply
15 pin (spacer)
W wafer
P Plasma
D Deposit (material)

Claims

An upper electrode disposed in one chamber and generating a plasma by applying a first high-frequency power; and a second high-frequency power disposed below the upper electrode and having a lower frequency than the first high-frequency power. A mounting table for a target object that also serves as a lower electrode to be applied ; a plurality of pins that are provided on the mounting table and move the target object up and down on the mounting surface of the mounting table; and a control device that controls each of the above devices. The frequency of the first high frequency power is set to 13.56 MHz or higher and the frequency of the second high frequency power is set to 3.2 MHz or lower using the plasma processing apparatus including in the material by etching using an etching gas to the placed the object to be processed on the mounting table attached to an end portion of the object to be processed within said chamber, said edge Following packaging continues from the time of the ashing after ashing was set within a range of 20~800mmTorr the pressure of oxygen gas was replaced with oxygen gas the etching gas generated from the oxygen gas supplied into the chamber A method of removing by plasma to
Under the control of the control device,
The density of the first high frequency power applied to the upper electrode is set to 2.83 to 4.25 W / cm ² and the density of the second high frequency power applied to the mounting table is set to 0.28 W / cm ² or less. A setting process;
Setting the pressure of the oxygen gas in the chamber within a range of 400 to 800 mTorr different from that during the ashing , and setting the residence time of the oxygen gas in the chamber to 50 to 260 msec;
And a step of converting the oxygen gas into plasma by the upper electrode to which the first high frequency power is applied in a state where the object to be processed is separated from the mounting table via the plurality of pins. A plasma processing method.