JP5731881B2 - プラズマ処理装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器内部の処理室にプラズマを形成し、処理室内に配置された半導体ウエハ等の基板状の試料を処理するプラズマ処理装置及びその運転方法に関する。

上記のようなプラズマ処理装置では、複数枚のウエハを一枚ずつ連続的に処理している。ウエハの処理枚数が増大するに伴い、処理室内部の壁面は反応生成物が堆積し、製品であるウエハに異なる影響を与える。製品不良の発生を防ぐため、予め定められた間隔で処理室内部をクリーニングすることが従来から行われている。

この様な従来の技術の例としては、特許文献１が知られている。特許文献１には、容器内に発生する反応やプラズマの強さや量、生成物の量、種類等に対応しており、これら波長のスペクトルの強さ（光の強度）を検出することにより、装置の状態を判断することが開示されている。

特開２００４−４７６２８号公報

上記の従来技術は、次の点について考慮が不十分であったため、問題が生じていた。特許文献１の発明は、発光から付着物の量を検出するものであるが、検出した結果をプラズマ処理装置の動作の効率向上を役立てるための工夫については、十分検討されていなかった。

本発明の目的は、処理室内の付着物の堆積を取り除く処理のタイミングをより適切にすることで、処理装置の非稼働時間を低減し、処理の効率を向上させるプラズマ処理装置の運転方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、代表的な本発明のプラズマ処理装置の運転方法は、真空容器の内部に配置された処理室内にウエハを配置してこの処理室内にプラズマを形成して当該ウエハを処理するプラズマ処理装置の運転方法であって、
予め定められた間隔で前記処理室内にプラズマを形成してこの処理室内側の壁面の付着物を除去するクリーニング処理を少なくとも１回実施するクリーニング用モードを有し、
前記クリーニング用モードにおいて、前記クリーニング処理中に検知したデータを用いて検出された前記処理室内の付着物の量と前記クリーニング処理の終了後の前記処理室のリーク量とが各々所定の値以下である場合に前記クリーニング用モードを終了することを特徴とする。

本発明によれば、プラズマ処理装置の非稼働時間を低減し、処理の効率を向上させることができる。

図１は、本発明の実施例に関わるプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す断面図である。 図２は、図１の装置とＬＡＮ等のネットワークを介して接続している生産管理用ＨＯＳＴコンピュータを示す図である。 図３は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートの従来仕様である。 図４は、本発明の実施例のエッチング処理間における手動作業の工程を見直し、自動・半自動にすることで、人が介在する作業の省力化を実現したフローチャートである。 図５は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れの時間に伴う変化を示すタイムチャートである。 図６は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置のリークチェック後、リークレートが所定値内なら、プラズマクリーニング実施回数をリセットし、エッチング処理を実施する作業をタイムチャートに示したものである。 図７は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置のプラズマクリーニングを実施することで、処理室に付着する堆積物が除去され、次エッチング処理を行う処理を繰り返す作業をタイムチャートに示したものである。

以下、実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

本発明の実施例を図１乃至図７を用いて説明する。図１は、本発明の実施例に関わるプラズマ処理装置の構成の概略を模式的に示す断面図である。特に本実施例では、マイクロ波ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）を用いたエッチング装置を説明している。

プラズマエッチング装置１００は、処理室（真空容器）、真空処理室内で処理される試料を設置するための試料台１１３、そして、処理室内の気体を排出するための排気手段を備える。

上記処理室内において、加工対象であるウエハが試料台１１３上に戴置されると、マイクロ波は、マイクロ波電源であるプラズマ発生高周波電源１０１から真空処理室内に導入される。真空処理室の周りにはソレノイドコイル１０７が設置されており、これより発生する磁界と、入射してくるマイクロ波により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を起こす。これにより、プロセスガスは、真空処理室内において効率よく高密度にプラズマ化される。ガス供給系１１２からのプロセスガスは一定流量に制御するマスフローコントローラ１１１を介して真空処理室内に供給される。

試料台１１３下部には、バイアス用高周波電源１１４が接続されている。バイアス用高周波電源１１４から高周波電力を印加することにより、プラズマ１０２からウエハへイオンが引き込まれて、試料に入射するイオンを加速する。

処理後のガスは、排気系真空ポンプ１１０であるドライポンプとターボ分子ポンプにより排気される。このとき、排気途中にある可変コンダクタンスバルブ１０９の開度を調節することで、圧力計１０８により真空処理室内圧力を一定に制御する。

上記処理室の側壁には、処理室の内側状態を測定するための観測窓１０３が設けられている。観測窓１０３に取り付けられた光ファイバ１０４を介して、真空処理室内で発光するプラズマ１０２は発光分光器１０５に伝送される。発光分光器１０５よりＯＥＳ（OES;Optical Emission Spectroscopy）解析を行い、プラズマ１０２の発光はそれぞれの波長に分光される。各分光の発光強度（分光スペクトル）はインターフェース１０６を介して、発光分光器１０５のサンプリング周期毎に制御装置１１５に転送される。発光の各波長のスペクトル強度を検出することで、時間に伴う相対的変化が確認される。

制御装置１１５は、演算器・入力装置・記憶装置から構成されている。演算器は、処理のための処理条件や装置の運転条件等を演算し、各部品に指令を与え、装置の運転の調節を行う。入力装置はマウスやキーボード等の演算器に対する指示等を入力する装置のことである。記憶装置は、処理を行う複数のレシピや装置パラメータ等が記憶されている。

各部から制御コントローラに集まった値は、ディスプレイである画面表示機器１１６、点灯信号１１７、アラーム１１８、ＨＯＳＴコンピュータ１２０によってオペレータに報知する。ＨＯＳＴコンピュータ１２０を図２に示す。図１の装置とＬＡＮ等のネットワーク１１９を介して接続している生産管理用のＨＯＳＴコンピュータ１２０は、遠隔地からの操作が可能である。

次に、本実施例におけるプラズマ処理装置の動作をより詳細に説明する。図３、図４は、図１に示す実施例に係るプラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートである。

図３は、プラズマ処理装置の動作の流れを示すフローチャートの従来仕様である。ステップ２０１において、リークチェックの時間を設定する。リークチェックとは、処理室内の排気を停止し、単位時間あたりの圧力上昇差を測定することである。リークチェックにより求めた値をリークレートと言う。リークレートは、処理室の堆積物から発生するガス（アウトガス流量）と大気からの漏れ流量の和である。

ステップ２０２において、エッチング処理を行い、リークチェック設定時間になると、ステップ２０３において、リークチェックを自動的に開始する。リークチェック設定時間に、処理中のロットが存在する場合は、処理中のロット終了後に、一旦処理をストップさせて、リークチェックを実施する。

ステップ２０４において、リークチェックから得られた値であるリークレートを所定値と比較し、リークレートが所定値内（Ｙ）であれば装置が正常状態であると判定し、ステップ２０５において、エッチング処理を実施する。一方、ステップ２０４において、リークレートが所定値外（Ｎ）なら、エッチング処理は稼動させず、ステップ２０６において、画面表示機器１１６やＨＯＳＴコンピュータ１２０を用いてリークレートの結果をユーザーに報告する。

図３のタイムチャートを図５に示す。ステップ２０４でリークレートが所定値外（Ｎ）であった場合、次エッチング処理を実施するまでの作業を、従来は、全て手作業で実施していた。

本発明では、このエッチング処理間における手動作業の工程を見直し、自動・半自動にすることで、人が介在する作業の省力化を実現した。これを図４に示す。

図４において、ステップ２０７のリークチェックの時間設定からステップ２１０のリークレートを所定値と比較するまでの作業については、図３におけるステップ２０１からステップ２０４と同様である。

ステップ２１０において、リークレートを所定値と比較し、リークレートが所定値外（Ｎ）なら、エッチング処理は稼動させず、ステップ２１２において、プラズマクリーニング回数を＋１加算し、ステップ２１３において、プラズマクリーニングレシピを設定する。

プラズマクリーニングは、処理室に付着している堆積物を、プラズマ発光により除去する方法である。処理室に付着している堆積物は、以下の２点より推定可能である。
（１）処理済みのエッチングレシピ
（２）ステップ２０８でエッチング処理と同時に実施した発光分光器１０５から行ったＯＥＳ解析結果

処理室に付着している堆積物の種類を判別すると、堆積物の種類に応じて、それを除去するクリーニングガスが決定される。プラズマクリーニングレシピにおいて、ガス以外の項目については、実測値を基に決定する。また、実施した結果については、以後、プラズマクリーニング設定の際の参考のため、記憶装置に保存される。

プラズマクリーニング処理時間については、所定時間内とする。プラズマクリーニング処理時間が所定時間外となる場合は、レシピ内の他の値を調節する。

ステップ２１４において、選択したプラズマクリーニングレシピを実行する。この時、発光分光器１０５によるＯＥＳ解析を稼動する。プラズマクリーニング終了後、ステップ２１５において、堆積物量を所定値と比較し、堆積物量が所定値内（Ｙ）なら、ステップ２１６において、リークチェックを実施する。

リークチェック後、ステップ２１７において、リークレートを所定値と比較し、リークレートが所定値内（Ｙ）なら、ステップ２１８において、プラズマクリーニング実施回数をリセットし、ステップ２１１に移行して、エッチング処理を実施する。上記の作業をタイムチャートに示したものが図６である。

図４のフローチャートのステップ２１５において、堆積物量が所定値内でない（Ｎ）なら、ステップ２１９において、プラズマクリーニングの実施回数（所定値≧２）を確認する。所定回数内（Ｎ）ならば、ステップ２１２に移行して、プラズマクリーニング実施回数を＋１加算し、ステップ２１３において、プラズマクリーニングレシピを設定し、ステップ２１４において、プラズマクリーニング処理を実行する。

しかし、上記の作業（ステップ２１２〜ステップ２１４）を繰り返しても、ステップ２１５において、堆積物が所定値内でなく、ステップ２１９において、プラズマクリーニング実施回数が所定値を超えた（Ｙ）場合には、ＷＥＴクリーニングを実施して、処理室内の堆積物除去を行う。

ＷＥＴクリーニングは、以下の手順で手作業により実施する。装置の真空処理室を窒素等の不活性ガスで大気圧に戻した後、処理室を開放し、水や揮発性の薬液で拭き、内部パーツの交換を行う。このように真空処理室を大気開放して、装置内部の隅々を清掃する。ＷＥＴクリーニングの実施には、数時間を要する。

ＷＥＴクリーニングを実施する必要がある場合には、ステップ２２０において、ＷＥＴクリーニングの報知を行う。報知方法は、画面表示機器１１６、点灯信号１１７、アラーム１１８である。

その場合、プラズマクリーニング実施回数を増加させるほどスループットが低下する。そのため、適当な回数でプラズマクリーニング処理を止める必要がある。そのため、ステップ２１２において、プラズマクリーニング処理回数を＋１加算してカウントし、ステップ２１９において、プラズマクリーニング回数を制限する。

また、ステップ２１５において、堆積物量が所定値内（Ｙ）であるが、ステップ２１７において、リークレートが所定値でない（Ｎ）場合も、ステップ２２０において、ＷＥＴクリーニングの報知を行う。

上記の場合は、処理室内で試料台１１３より下部に堆積物が付着していることがわかる。これは、以下の理由からである。処理室で試料台１１３より上部はプラズマ１０２と接するため、プラズマクリーニングにより、処理室内の試料台１１３より上部に付着する堆積物は除去できる。しかし、処理室内において試料台１１３より下部はプラズマ１０２と接しないため、プラズマクリーニングにより、試料台１１３より下部に付着する堆積物を除去できないからである。

ＷＥＴクリーニング報知後、オペレータがＷＥＴクリーニング以外の処理を実行することも可能であるが、ＷＥＴクリーニングを実行するまでＷＥＴクリーニングの報知を定期的に行い、警告を促し続ける。

エッチング処理後、リークチェックを実施し、リークレートが所定値外の場合、プラズマクリーニングを実施することで、処理室に付着する堆積物が除去され、次エッチング処理を行う。これらの処理を繰り返したタイムチャートを図７に示す。

図７に示すように、エッチング処理回数に伴って、エッチング処理外の時間Ｔが増加する。これは、エッチング処理を繰り返す程、処理室に付着する堆積物が増加するため、必要なプラズマクリーニングの処理時間が長くなるからである。

そこで、本発明では、リークレートによって、リークチェックの頻度を自動で調整する。リークレートが良好な場合は、可能な限りリークチェックの頻度を減少する。また、リークレートが良好でない場合は、リークチェックの頻度を増加する。これにより、装置の安全性が高まる。

１００ プラズマエッチング装置
１０１ プラズマ発生高周波電源
１０２ プラズマ
１０３ 観測窓
１０４ 光ファイバ
１０５ 発光分光器
１０６ インターフェース
１０７ ソレノイドコイル
１０８ 圧力計
１０９ 可変コンダクタンスバルブ
１１０ 排気系真空ポンプ
１１１ マスフローコントローラ
１１２ ガス供給系
１１３ 試料台
１１４ バイアス用高周波電源
１１５ 制御装置
１１６ 画面表示機器
１１７ 点灯信号
１１８ アラーム
１１９ ネットワーク
１２０ ＨＯＳＴコンピュータ

Claims (10)

1. 真空容器の内部に配置された処理室内にウエハを配置してこの処理室内にプラズマを形成して当該ウエハを処理するプラズマ処理装置の運転方法であって、
   予め定められた間隔で前記処理室内にプラズマを形成してこの処理室内側の壁面の付着物を除去するクリーニング処理を少なくとも１回実施するクリーニング用モードを有し、
   前記クリーニング用モードにおいて、前記クリーニング処理中に検知したデータを用いて検出された前記処理室内の付着物の量と前記クリーニング処理の終了後の前記処理室のリーク量とが各々所定の値以下である場合に前記クリーニング用モードを終了することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
2. 請求項１に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
   前記ウエハのプラズマ処理が終了後に前記処理室のリーク量を検出した結果に応じて前記クリーニング用モードの運転を実施するものであり、
   検出された前記処理室のリーク量の値の大小に応じて、当該処理室のリーク量の検出の間隔が調節されて設定されることを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
3. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
   前記検出された付着物の量が前記所定の値より大きいと判定された場合に再度前記クリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
4. 請求項１または２に記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
   前記検出された付着物の量が前記所定の値以下であって且つこの付着物の量が検出されたクリーニング処理後のリーク量が前記所定の値より大きな場合に再度プラズマを用いた前記クリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のプラズマ処理装置の運転方法であって、
   前記クリーニング用モードにおいて前記クリーニング処理の回数が所定の値を超えていると判定された場合は当該判定の結果またはＷＥＴクリーニングの必要を報知することを特徴とするプラズマ処理装置の運転方法。
6. 真空容器の内部に配置された処理室内にウエハを配置してこの処理室内にプラズマを形成して当該ウエハを処理し、予め定められた間隔で前記処理室内にプラズマを形成してこの処理室内側の壁面の付着物を除去するクリーニング処理を少なくとも１回実施するクリーニング用モードを実施するプラズマ処理装置であって、
   前記クリーニング用モードにおいて、前記クリーニング処理中に検知したデータを用いて検出された前記処理室内の付着物の量と前記クリーニング処理の終了後の前記処理室のリーク量とが各々所定の値以下である場合に前記クリーニング用モードを終了する制御部を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
7. 請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記ウエハのプラズマ処理が終了後に前記処理室のリーク量を検出した結果に応じて前記クリーニング用モードの運転を実施するものであり、
   前記制御部は、検出された前記処理室のリーク量の値の大小に応じて、当該処理室のリーク量の検出の間隔が調節されて設定されることを特徴とするプラズマ処理装置。
8. 請求項６または７に記載のプラズマ処理装置であって、
   前記制御部は、前記検出された付着物の量が前記所定の値より大きいと判定された場合に再度前記クリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
9. 請求項６乃至８の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
   前記制御部は、前記検出された付着物の量が前記所定の値以下であって且つこの付着物の量が検出されたクリーニング処理後のリーク量が前記所定の値より大きな場合に再度プラズマを用いた前記クリーニング処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 請求項６乃至９の何れかに記載のプラズマ処理装置であって、
    前記制御部は、前記クリーニング用モードにおいて前記クリーニング処理の回数が所定の値を超えていると判定された場合は当該判定の結果またはＷＥＴクリーニングの必要を報知することを特徴とするプラズマ処理装置。

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