JP4804968B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に真空処理室内にある異物を除去することのできるプラズマ処理装置に関する。
半導体チップ等の製造工程にはプラズマ処理装置が広く利用されている。プラズマ処理装置は、真空処理室内に導入した処理ガス（反応性ガス）に電磁波等を介して高周波エネルギを供給してプラズマ化し、プラズマ化したガスにより、前記真空処理室内に配置した、シリコンウエハやＬＣＤ基板などの被処理体に所望の微細加工を施す。
プラズマ処理装置は、ウエハの処理を重ねるにつれ、処理室内部に反応生成物が付着することは避けられない。このため、定期的に真空処理室を大気開放し、処理室内部を薬液や水で清掃するウエットクリーニングが必要となる。
大気開放をともなうウエットクリーニングの実施した後には、真空処理室を再組み立てする復旧作業が必要となる。この復旧作業においては、真空処理室を真空排気して所定の到達圧力まで排気しなければならない。真空排気の際には、排気の開始後からリークの有無の確認をはじめ、真空到達圧力の確認が必要である。
また、プラズマ処理の開始に際しては、ウエハ搬送時あるいはプラズマ放電時に発生した異物量の確認、エッチングレートまたは成膜レートの確認などの作業が必要となる。
このように、ウエットクリーニングを実施する場合には、半導体デバイスを生産することのできない時間である装置の非稼動時間が増大し、プラズマ処理装置の稼働率が低下する。
ところで、前述のようにウエットクリーングを行った後の放電時に異物発生量の確認検査を行う場合、異物量が基準値を超えている場合がある。
このような場合には、ダミーウエハを用いたプラズマ処理（ダミー処理）を繰り返して異物量の低減を図ることが必要となる。しかし、このようなダミーウエハを用いたプラズマ処理に要する時間はプラズマ処理装置の非稼働時間であり、処理装置の稼働率を低下させる。
ところで、ウエットクリーニング直後に処理室内で発生する異物の原因は、ウエットクリーニング時に交換したシャワープレート等のスワップ部品（消耗部品）に残存する異物であることが多い。特に処理室上方にあるスワップ部品に付着している異物がウエハ上に落下してくることが問題となる。
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、真空処理室内にある異物を有効に除去することのできるプラズマ処理装置を提供する。
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
真空処理室と、該真空処理室上部に設けられ、該真空処理室に処理ガスを分散して導入するシャワープレートと、前記真空処理室内に配置され被処理体である試料を載置して保持するステージと、該ステージを前記真空処理室内で上昇および下降させるステージ駆動手段と、前記真空処理室上部に設けられ該真空処理室内に高周波電力を供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、生成したプラズマにより前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、前記ステージは、載置された前記試料との間に形成される伝熱空間に伝熱用のガスを噴出する伝熱ガス噴出口、および前記ステージ上部に設けられた前記シャワープレートに異物除去用のガスを吹き付けて付着した異物を除去する異物除去ガス噴出口とを備え、前記ステージは、前記ステージ駆動手段により前記ステージが上昇された状態で、前記異物除去ガス噴出口から異物除去用のガスを間欠的に噴出することにより、交換後の前記シャワープレートに付着している異物を除去する。
本発明は、以上の構成を備えるため、真空処理室内の上方にある異物を有効に除去することができる。
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。図１に示すように、プラズマ処理装置は、真空処理室１、真空処理室を取り囲むヨーク５、ヨーク５に取り付けたコイル６、真空処理室１内に高周波電力を供給するアンテナ７、処理室内に処理ガスを分散して供給するガス分散板８およびシャワープレート９、並びにガス分散板８およびシャワープレート９に前記処理ガスを供給するガス供給系１０を備える。
アンテナ７を構成する電極板にはアンテナ温調（温度調整）ユニット３１を介して温度調整された冷媒が供給される。また、アンテナ７には第１高周波電源１１および第３高周波電源１６からの高周波を、第１整合器１２および第３整合器１７並びにフィルタ回路１５を介して供給して、処理室１内にプラズマを生成する。また、ウエハ載置用のステージ２には第２高周波電源１３が第２整合器１４を介して接続し、ステージ２にウエハバイアス電圧を供給する。また、第３高周波電源１６と第２高周波電源１３は同一周波数の電源であり、これらの間の位相差は位相差調整ユニット１９により調整される。
アンテナ７の外周には、アンテナ外周リング２０およびシリコン板支持リング２２を備え、アンテナ７をアンテナ蓋部２３内に収容する。
ウエハ用ステージ２は、温調ユニット１８を備え、該温調ユニットを介して温度調整された冷媒をステージ２内に形成した冷媒溝内に供給する。また、ステージ２はフォーカスリング４、伝熱ガス供給源２８、供給源２８からの伝熱ガスを伝熱ガス噴出口３６に供給する伝熱ガス供給路２８ａ、伝熱ガス噴出口３６を備え、ガス源２８から供給された伝熱ガス（例えばＨｅ）を伝熱ガス噴出口３６を介して、ステージ２表面とこの表面上に載置されたウエハとの間に供給し、ウエハの温度を温調ユニットにより温度調整されたステージ２の温度に調整する。
ウエハ用ステージ２は、更に、異物除去ガス噴出口２１、該異物除去ガス噴出口２１に異物除去ガスを導入する異物除去ガス導入路２９を備える。また、異物除去ガス導入路２９には、異物除去ガス（例えば、Ａｒ（アルゴン）等の不活性ガス）を蓄積したガスボンベ３３からのガスをマスフローコントローラ３０およびガスバルブ３２を介して供給する。
前記伝熱ガス供給系は、ウエハを冷却するために、質量が軽く熱伝導性が良いＨｅガスを供給する。通常は、５ｓｃｃｍないし１５ｓｃｃｍの流量でＨｅガスを供給する。また、伝熱ガス噴出口３６は、ステージ２の表面に同心円状に複数配置してある。
次に、異物除去の方法について説明する。まず、真空処理室を高真空（例えば０．５ないし１０Ｐａ）に真空排気した後、ガスバルブ３２を開いてＡｒガスを供給する。ここで、アルゴンガスを使用する理由は、質量が重く、異物を吹き飛ばしやすいこと、および比較的安価なことである。
Ａｒガスは、マスフローコントローラ３０により、５００ｓｃｃｍないし３０００ｓｃｃｍの一定流量調整されたうえで異物除去ガス噴出２８から放出される。
図２は、異物除去ガスであるＡｒガスの流れ示す図である。図に示すように、異物除去ガス噴出口２１がら噴出したガスは、シャワープレート９とステージ２間に形成される隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法により、シャワープレートに付着した異物を減少または除去することができる。なお、Ａｒガスの流量に比例して異物の除去効果は大きくなる。
なお、このとき、シャワープレート９とステージ２間は３０ｍｍの距離で固定されている。また、このとき、アンテナ温調ユニット３６を用いてアンテナ７を加熱してもよい。アンテナ７を加熱すると、熱伝導によりシャワープレート９やシリコン板支持リング２２が加熱される。このとき、シャワープレート９やシリコン板支持リング２２に付着する異物も熱伝導により加熱され、異物の内部エネルギーが高められる。この結果、付着した異物がはがれやすくなる。
また、前記異物ガス除去ガス噴出口２１から噴出するガスの流量は一定でなくともよい。例えば、ガスバルブ３２を５秒から６０秒の間隔で間欠的に数秒開放してパルス的にガスを流してもよい。このようにパルス的にガスを流す場合は、マスフローコントローラ９により流量を調整する必要はない。
図３は、異物除去ガス供給路に貯気槽を取り付けた例を説明する図である。なお、図において図１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。図３に示すように、図１に示すマスフローコントローラ３０に代えて貯気槽３４を取り付ける。異物除去ガスの供給に際しては、まず、バルブ３２を閉じた状態で貯気槽３４にボンベ３３から高圧ガスを供給して蓄積する。次に、バルブ３２を開いて、貯気槽３４に貯めた高圧ガスを放出する。放出されたガスは、シャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、短時間に大流量の異物除去ガスを供給することが可能となる。
図４は、伝熱ガス供給系を介して異物除去ガスを噴出する例を説明する図である。なお、図において図１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３、マスフローコントローラ３０、ガスバルブ３２および異物ガス導入路を備えた異物除去ガス導入系は、伝熱ガス供給路２８ａを介して伝熱ガス噴出口に接続する。異物除去ガスの供給に際しては、伝熱ガス供給源２８と伝熱ガス供給路を２８ａを接続するバルブ３５を閉じた状態で、バルブ３２を開いて、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３からのＡｒガスをマスフローコントローラ３０を介して５００ｓｃｃｍないし３０００ｓｃｃｍの流量で伝熱ガス噴出口３６に供給し、この伝熱ガス噴出口３６からＡｒガスを噴出する。噴出されたガスはシャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、シャワープレートに対して複数の箇所から均等に異物除去ガスを供給することが可能となる。
図４は、伝熱ガス供給系を介して異物除去ガスを噴出する例を説明する図である。なお、図において図１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３、マスフローコントローラ３０、ガスバルブ３２および異物ガス導入路を備えた異物除去ガス導入系は、伝熱ガス供給路２８ａを介して伝熱ガス噴出口に接続する。異物除去ガスの供給に際しては、伝熱ガス供給源２８と伝熱ガス供給路を２８ａを接続するバルブ３５を閉じた状態で、バルブ３２を開いて、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３からのＡｒガスをマスフローコントローラ３０を介して５００ｓｃｃｍないし３０００ｓｃｃｍの流量で伝熱ガス噴出口３６に供給し、この伝熱ガス噴出口３６からＡｒガスを噴出する。噴出されたガスはシャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、シャワープレートに対して複数の箇所から均等に異物除去ガスを供給することが可能となる。
なお、図３に示すようにマスフローコントローラ３０に代えて貯気槽３４を取り付け、異物除去ガスの供給に際しては、まず、バルブ３２を閉じた状態で貯気槽３４にボンベ３３から高圧ガスを供給して蓄積する。次に、バルブ３２を開いて、貯気槽３４に貯めた高圧ガスを伝熱ガス噴出口から噴出するようにしてもよい。この場合、噴出されたガスは、シャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、短時間に大流量の異物除去ガスを供給することが可能となる。
図５は、本発明の第２の実施形態にかかるプラズマ処理装置を説明する図である。第２の実施形態では、第１の実施形態におけるステージ２（固定ステージ）が可動ステージ３に変更されている。この変更に伴う変更点以外は、第１の実施形態と重複するためその部分の説明は省略する。
図５に示すように、ステージ２が可動ステージ３へ変更されたことに伴い、ステージ駆動部２７と真空処理室１を気密に分離するベローズ２４、ステージ２の下部を覆うステージ上カバー２５およびステージ下カバー２６を備える。なお、ステージ駆動部２７は装置の大気側に配置し、前記稼働ステージ３を上下方向（シャワープレート９に接近する方向および遠ざかる方向）に駆動する。
異物の除去に際しては、まず、真空処理室を高真空（例えば０．５ないし１０Ｐａ）に真空排気した後、ステージ駆動部２７を稼動し、可動ステージ３を上限位置まで上昇させる。例えば、シャワープレート９と可動ステージ３との距離が１ｍｍとなるまで接近させる。なお、この距離は近いほど異物吹き飛ばし効果は大きくなる（距離にほぼ反比例して大きくなる）。そのため、第１実施形態に比べ、シャワープレート９と可動ステージ３との距離が近いたため、より多くの異物を低減することができる。
次に、ガスバルブ３２を開いてＡｒガスを供給する。Ａｒガスは、マスフローコントローラ３０により、５００ｓｃｃｍないし３０００ｓｃｃｍの一定流量調整されたうえで異物除去ガス噴出口２１から放出される。なお、異物の吹き飛ばし効果はＡｒガスの流量にほぼ比例して大きくなる。
図６は、異物除去ガスであるＡｒガスの流れ示す図である。図に示すように、異物除去ガス噴出口２１がら噴出したガスは、シャワープレート９とステージ２間に形成される隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法により、シャワープレートに付着した異物を減少または除去することができる。なお、Ａｒガスの流量に比例して異物の除去効果は大きくなる。
なお、このとき、アンテナ温調ユニット３６を用いてアンテナ７を加熱してもよい。アンテナ７を加熱すると、熱伝導によりシャワープレート９やシリコン板支持リング２２が加熱さる。このとき、シャワープレート９やシリコン板支持リング２２に付着する異物も熱伝導により加熱され、異物の内部エネルギーが高められる。この結果、付着した異物がはがれやすくなる。
また、前記異物ガス除去ガス噴出口２１から噴出するガスの流量は一定でなくともよい。例えば、ガスバルブ３２を５秒から６０秒の間隔で間欠的に数秒開放してパルス的にガスを流してもよい。このようにパルス的にガスを流す場合は、マスフローコントローラ９により流量を調整する必要はない。
図７は、異物除去ガス供給路に貯気槽を取り付けた例を説明する図である。なお、図において図５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、図５に示すマスフローコントローラ３０に代えて貯気槽３４を取り付ける。異物除去ガスの供給に際しては、まず、バルブ３２を閉じた状態で貯気槽３４にボンベ３３から高圧ガスを供給して蓄積する。次に、バルブ３２を開いて、貯気槽３４に貯めた高圧ガスを放出する。放出されたガスは、シャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、短時間に大流量の異物除去ガスを供給することが可能となる。
図８は、伝熱ガス供給系を介して異物除去ガスを噴出する例を説明する図である。なお、図において図５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３、マスフローコントローラ３０、ガスバルブ３２および異物ガス導入路を備えた異物除去ガス導入系は、伝熱ガス供給路２８ａを介して伝熱ガス噴出口に接続する。異物除去ガスの供給に際しては、伝熱ガス供給源２８と伝熱ガス供給路を２８ａを接続するバルブ３５を閉じた状態で、バルブ３２を開いて、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３からのＡｒガスをマスフローコントローラ３０を介して５００ｓｃｃｍないし３０００ｓｃｃｍの流量で伝熱ガス噴出口３６に供給し、この伝熱ガス噴出口３６からＡｒガスを噴出する。噴出されたガスはシャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、シャワープレートに対して複数の箇所から均等に異物除去ガスを供給することが可能となる。
図８は、伝熱ガス供給系を介して異物除去ガスを噴出する例を説明する図である。なお、図において図５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３、マスフローコントローラ３０、ガスバルブ３２および異物ガス導入路を備えた異物除去ガス導入系は、伝熱ガス供給路２８ａを介して伝熱ガス噴出口に接続する。異物除去ガスの供給に際しては、伝熱ガス供給源２８と伝熱ガス供給路を２８ａを接続するバルブ３５を閉じた状態で、バルブ３２を開いて、異物除去ガスを蓄積したガスボンベ３３からのＡｒガスをマスフローコントローラ３０を介して５００ｓｃｃｍないし３０００ｓｃｃｍの流量で伝熱ガス噴出口３６に供給し、この伝熱ガス噴出口３６からＡｒガスを噴出する。噴出されたガスはシャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、シャワープレートに対して複数の箇所から均等に異物除去ガスを供給することが可能となる。
なお、図７に示すようにマスフローコントローラ３０に代えて貯気槽３４を取り付け、異物除去ガスの供給に際しては、まず、バルブ３２を閉じた状態で貯気槽３４にボンベ３３から高圧ガスを供給して蓄積する。次に、バルブ３２を開いて、貯気槽３４に貯めた高圧ガスを伝熱ガス噴出口から噴出するようにしてもよい。この場合、噴出されたガスは、シャワープレート９とステージ２間の隙間をステージ中心部から外周部に向かって異物を吹き飛ばしながら流れる。この方法によれば、短時間に大流量の異物除去ガスを供給することが可能となる
以上では、プラズマ処理装置として有磁場平行平板タイプのプラズマ源を用いる例について説明した。しかし、本発明は、異物除去ガスを処理室下方から上方に吹き付けることにより、処理室上方に配置した部品、例えば、シャワープレートなどに付着しているウエットクリーニング後の異物を吹き飛ばして、異物を減少させるものである。従って、プラズマ源の種類に何ら制限を受けるものではない。このため無磁場平行平板プラズマ源、誘導結合プラズマ源、マイクロ波ＥＣＲプラズマ源等を用いるプラズマ処理装置対しても同様に適用することができる。
以上では、プラズマ処理装置として有磁場平行平板タイプのプラズマ源を用いる例について説明した。しかし、本発明は、異物除去ガスを処理室下方から上方に吹き付けることにより、処理室上方に配置した部品、例えば、シャワープレートなどに付着しているウエットクリーニング後の異物を吹き飛ばして、異物を減少させるものである。従って、プラズマ源の種類に何ら制限を受けるものではない。このため無磁場平行平板プラズマ源、誘導結合プラズマ源、マイクロ波ＥＣＲプラズマ源等を用いるプラズマ処理装置対しても同様に適用することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、処理室上方に配置した部品、例えば、シャワープレートなどに付着しているウエットクリーニング後の異物を吹き飛ばして排気することにより、処理室内の異物を減少させることができる。このため、ダミー処理に要する時間を低減し、あるいはダミー処理を省略することができる。これにより、使用するダミーウエハ数を削減することができるとともにプラズマ処理装置の稼働率を向上することができる。
１ 真空処理室
２ ステージ（固定）
３ 可動ステージ
４ フォーカスリング
５ ヨーク
６ コイル
７ アンテナ
８ ガス分散板
９ シャワープレート
１０ 処理ガス供給系
１１ 第１高周波電源
１２ 第１整合器
１３ 第２高周波電源
１４ 第２整合器
１５ フィルタ回路
１６ 第３高周波電源
１７ 第３整合器
１８ 温調ユニット
１９ 位相調整ユニット
２０ アンテナ外周リング
２１ 異物除去ガス噴出口
２２ シリコン板支持リング
２３ アンテナ蓋部
２４ ベローズ
２５ ステージ上カバー
２６ ステージ下カバー
２７ ステージ駆動部
２８ 伝熱ガス供給源
２８ａ 伝熱ガス供給路
２９ 異物除去ガス供給路
３０ マスフローコントローラ
３１ アンテナ温調ユニット
３２，３５ ガスバルブ
３３ ガスボンベ
３４ 貯気槽
３６ 伝熱ガス噴出口
２ ステージ（固定）
３ 可動ステージ
４ フォーカスリング
５ ヨーク
６ コイル
７ アンテナ
８ ガス分散板
９ シャワープレート
１０ 処理ガス供給系
１１ 第１高周波電源
１２ 第１整合器
１３ 第２高周波電源
１４ 第２整合器
１５ フィルタ回路
１６ 第３高周波電源
１７ 第３整合器
１８ 温調ユニット
１９ 位相調整ユニット
２０ アンテナ外周リング
２１ 異物除去ガス噴出口
２２ シリコン板支持リング
２３ アンテナ蓋部
２４ ベローズ
２５ ステージ上カバー
２６ ステージ下カバー
２７ ステージ駆動部
２８ 伝熱ガス供給源
２８ａ 伝熱ガス供給路
２９ 異物除去ガス供給路
３０ マスフローコントローラ
３１ アンテナ温調ユニット
３２，３５ ガスバルブ
３３ ガスボンベ
３４ 貯気槽
３６ 伝熱ガス噴出口
Claims (3)
- 真空処理室と、
該真空処理室上部に設けられ、該真空処理室に処理ガスを分散して導入するシャワープ
レートと、
前記真空処理室内に配置され被処理体である試料を載置して保持するステージと、
該ステージを前記真空処理室内で上昇および下降させるステージ駆動手段と、
前記真空処理室上部に設けられ該真空処理室内に高周波電力を供給してプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、生成したプラズマにより前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記ステージは、載置された前記試料との間に形成される伝熱空間に伝熱用のガスを噴出する伝熱ガス噴出口、および前記ステージ上部に設けられた前記シャワープレートに異物除去用のガスを吹き付けて付着した異物を除去する異物除去ガス噴出口とを備え、
前記ステージは、前記ステージ駆動手段により前記ステージが上昇された状態で、前記異物除去ガス噴出口から異物除去用のガスを間欠的に噴出することにより、交換後の前記シャワープレートに付着している異物を除去することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 真空処理室と、
該真空処理室上部に設けられ、該真空処理室に処理ガスを分散して導入するシャワープレートと、
前記真空処理室内に配置され被処理体である試料を載置して保持するステージと、
該ステージを前記真空処理室内で上昇および下降させるステージ駆動手段と、
前記真空処理室上部に設けられ該真空処理室内に高周波電力を供給してプラズマを生成するアンテナを備え、生成したプラズマにより前記試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、
前記ステージは、載置された前記試料との間に形成される伝熱空間に伝熱用のガスを噴出する伝熱ガス噴出口、および前記ステージ上部に設けられた前記シャワープレートに異物除去用のガスを吹き付けて付着した異物を除去する異物除去ガス噴出口とを備え、
前記アンテナ及び前記シャワープレートは、アンテナ温調ユニットにより加熱され、
前記ステージは、前記ステージ駆動手段により前記ステージが上昇された状態で、前記異物除去ガス噴出口から異物除去用のガスを間欠的に噴出することにより、交換後であって加熱された前記シャワープレートに付着している異物を除去することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 請求項１または請求項２記載のプラズマ処理装置において、
前記異物除去ガス噴出口にガスを供給するガス供給路には貯気槽を備え、該貯気槽を介して間欠的に異物除去ガスを供給することを特徴とするプラズマ処理装置。
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| JP2007250870A JP2007250870A (ja) | 2007-09-27 |
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