JP6275610B2 - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.

近年のLSIにおける急速な微細化に伴い、エッチング工程における加工寸法精度には高度な制御性と同時に、デバイスの特性ばらつき低減のため、プロセス性能の高い安定性が要求される。一般に、エッチング工程におけるプロセス性能の経時変化は、短期的なプロセス性能変動と長期的なプロセス性能変動に分類される。前者は、エッチングチャンバー内の部材等の温度変動により、チャンバー内壁等へのラジカル付着確率が変化すること等に起因する。後者は、エッチング処理の過程で発生した反応生成物等がチャンバー内壁に付着すること等に起因する。また、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の微細化に伴い、近年ではゲート酸化膜に高誘電率(High−K)材料を採用したMetal Gate/ High−K(MG/HK)構造が主流となっている。High−Kゲート酸化膜材料には、ハフニウム酸化膜(HfO)などが用いられ、メタルゲート材料には、各種メタル材料が用いられる。MG/HKプロセスの導入により、エッチング工程にて高いプロセス安定性を確保するには、メタル系反応生成物に対する安定化手法が必要となる。非特許文献1に記載されているように、一般にメタル系反応生成物は、SiやCから構成される反応生成物を対象とするフッ素を主体とした従来のプラズマクリーニングでは、除去が困難な場合があり、処理室内に残留するメタル系反応生成物に対する効果的な抑制方法の検討が必要である。これまでにメタル系反応生成物起因のプロセス変動に対する安定化手法として下記に示すような技術が検討されてきた。 Along with the rapid miniaturization of LSIs in recent years, high dimensional accuracy in the etching process requires high controllability and high process performance stability in order to reduce device characteristic variations. In general, changes in process performance over time in an etching process are classified into short-term process performance fluctuations and long-term process performance fluctuations. The former is caused by a change in the probability of radical adhesion to the inner wall of the chamber due to temperature fluctuations of the members in the etching chamber. The latter is attributed to the fact that reaction products generated during the etching process adhere to the inner wall of the chamber. Further, along with the miniaturization of MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), in recent years, a metal gate / high-K (MG / HK) structure in which a high dielectric constant (High-K) material is used for a gate oxide film has become mainstream. It has become. A Hafnium oxide film (HfO 2 ) or the like is used as the High-K gate oxide film material, and various metal materials are used as the metal gate material. In order to ensure high process stability in the etching process by introducing the MG / HK process, a stabilization method for the metal-based reaction product is required. As described in Non-Patent Document 1, in general, metal-based reaction products are difficult to remove by conventional plasma cleaning mainly composed of fluorine for reaction products composed of Si and C. Therefore, it is necessary to study an effective method for suppressing metal-based reaction products remaining in the processing chamber. To date, the following techniques have been studied as a stabilization method against process fluctuations caused by metal-based reaction products.

まず特許文献1に記載されるようなシーズニング手法を用いてチャンバー雰囲気を一定に保つ技術や、塩素を主体としたプラズマクリーニングが実施されてきた。ただし、シーズニングや塩素を主体としたプラズマクリーニングには、プロセスの特性上、ノンプロダクトウェハ(非製品ウェハ、ダミーウェハ)が相当数必要となり、コスト面で問題となることがしばしばある。   First, a technique for keeping the chamber atmosphere constant by using a seasoning technique as described in Patent Document 1 and plasma cleaning mainly using chlorine have been implemented. However, seasoning and plasma cleaning mainly composed of chlorine require a considerable number of non-product wafers (non-product wafers, dummy wafers) due to the characteristics of the process, which is often problematic in terms of cost.

また特許文献2や特許文献3に記載される技術のように、製品ウェハ処理前に、チャンバー内壁にSiやO、C等で構成された膜を形成し、製品ウェハ処理後に取り除くことで、チャンバー内壁状態を製品ウェハ処理毎にリセットする方法が知られている。さらに特許文献2に記載された技術は、上記膜形成プロセスに加えて、塩素を主体としたメタルクリーニングプロセスを有しており、電極上に形成された被覆膜による電極保護効果からメタルクリーニング中の電極自体の削れを抑制でき、ノンプロダクトウェハを不要とすることが記載されている。   Further, as in the technique described in Patent Document 2 and Patent Document 3, a film composed of Si, O, C, or the like is formed on the inner wall of the chamber before processing the product wafer, and is removed after processing the product wafer. A method of resetting the inner wall state every time a product wafer is processed is known. Furthermore, the technique described in Patent Document 2 has a metal cleaning process mainly composed of chlorine in addition to the film forming process described above, and during the metal cleaning due to the electrode protection effect of the coating film formed on the electrode. It is described that the electrode itself can be prevented from being scraped and a non-product wafer is unnecessary.

特開2010−177480号公報JP 2010-177480 A 特開2011−192872号公報JP 2011-192872 A 米国特許第7767584号明細書U.S. Pat. No. 7,767,584

A. Le Gouil 他4名: J. Vac. Sci. Technol. B24(5)(2006)2191A. Le Gouil and 4 others: J. Vac. Sci. Technol. B24 (5) (2006) 2191

そこで発明者等は、上記従来技術を今後ともLSI等の微細加工に適用していく場合の課題の有無について検討を行った。その結果、上記の従来技術では、以下の点についての考慮が十分なされていないことが分かった。
(1)エッチングプロセス中に壁面に形成された被覆膜が消耗されるため、エッチングプロセスの途中で壁面が部分露出してエッチャントの消耗量が変化する。これに起因するプロセス変動を防止するためには、ウェハ処理前において被覆膜はプロセス完了まで残存する膜厚として形成される必要がある。しかし、マスク(Si系)エッチングプロセスなど被覆膜に対するエッチング選択比が低いウェハ処理条件が用いられる場合、壁面に形成された被覆膜の消耗量が多く、プロセス完了まで残存させるために必要となる被覆膜厚が膨大になり、被覆膜形成プロセスの時間が極めて長くなるため、著しくスループットが低下する。
(2)また、被覆膜は処理室内全体にある程度均一に形成されるため、ウェハ処理中は消耗されない電極上には塩素系プラズマクリーニングからの電極保護に必要となる膜厚よりはるかに厚い被覆膜が形成され、これをウェハ処理毎に完全に除去するために多くの時間を要し、これもスループットを低下させる要因となる。
(3)さらに、壁面に形成する被覆膜は温度や残留物といったチャンバー内壁の雰囲気により組成や膜厚が変化し、エッチング工程におけるプラズマ状態の変動要因になるという懸念がある。
(4)最後に、被覆膜の組成はウェハ処理中のプラズマ状態に直接影響を及ぼすため、被覆膜形成条件を変更した場合、同時にウェハ処理条件の変更を要し、量産が開始された後、あるいは量産に近い時期にある工程に対して上記技術を新規に適用する、あるいは既存の被覆膜形成条件を変更することは極めて困難で、上記技術の適用可能な工程には制限がある。
Accordingly, the inventors have examined whether or not there is a problem in the case where the above-described conventional technology is applied to microfabrication of LSI or the like in the future. As a result, it has been found that the above-described prior art does not sufficiently consider the following points.
(1) Since the coating film formed on the wall surface is consumed during the etching process, the wall surface is partially exposed during the etching process, and the amount of consumption of the etchant changes. In order to prevent process variations caused by this, the coating film needs to be formed as a film thickness that remains until the process is completed before the wafer processing. However, when wafer processing conditions with a low etching selectivity to the coating film, such as a mask (Si-based) etching process, are used, the amount of consumption of the coating film formed on the wall surface is large, which is necessary for remaining until the process is completed. Since the coating film thickness becomes enormous and the coating film forming process takes a very long time, the throughput is significantly reduced.
(2) Further, since the coating film is formed to some extent uniformly throughout the processing chamber, the coating film is much thicker than the film thickness required for electrode protection from chlorine plasma cleaning on the electrode that is not consumed during wafer processing. A coating film is formed, and it takes a lot of time to completely remove the film every wafer processing, which also causes a decrease in throughput.
(3) Furthermore, there is a concern that the coating film formed on the wall surface changes in composition and film thickness depending on the atmosphere on the inner wall of the chamber such as temperature and residue, and becomes a variation factor of plasma state in the etching process.
(4) Finally, since the composition of the coating film directly affects the plasma state during wafer processing, if the coating film forming conditions are changed, the wafer processing conditions must be changed at the same time, and mass production is started. It is extremely difficult to apply the above technology to a process that is later or close to mass production, or to change the existing coating film forming conditions, and there are limitations to the process to which the above technology can be applied. .

本発明の目的は、適用工程が制限されず、ウェハ処理中のプラズマ状態を安定化し、かつプラズマ処理の効率を向上するスループットの高いプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a high-throughput plasma processing method and plasma processing apparatus that can stabilize the plasma state during wafer processing and improve the efficiency of plasma processing without limiting the application process.

上記目的を達成するための一実施形態として、金属元素を含有する膜が配置された第一の試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記第一の試料がプラズマ処理される処理室内にプラズマを用いて被覆膜を形成する第一の工程と、
前記第一の工程後、前記処理室内に配置された試料台に第二の試料を配置する第二の工程と、
前記第二の工程後、プラズマを用いて前記被覆膜を除去する第三の工程と、
前記第三の工程後、前記第二の試料を前記処理室から搬出する第四の工程と、
前記第四の工程後、前記第一の試料を前記試料台に載置するとともに前記処理室内で前記第一の試料をプラズマ処理する第五の工程と、
前記第五の工程後、プラズマを用いて前記処理室内の前記被覆膜上に堆積した堆積膜を除去する第六の工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法とする。
As an embodiment for achieving the above object, in a plasma processing method for plasma processing a first sample in which a film containing a metal element is disposed,
A first step of forming a coating film using plasma in a processing chamber in which the first sample is subjected to plasma processing;
After the first step, a second step of placing a second sample on a sample stage disposed in the processing chamber;
After the second step, a third step of removing the coating film using plasma,
A fourth step of carrying out the second sample from the processing chamber after the third step;
After the fourth step, a fifth step of placing the first sample on the sample stage and plasma-treating the first sample in the processing chamber;
After the fifth step, there is provided a plasma processing method comprising a sixth step of removing a deposited film deposited on the coating film in the processing chamber using plasma.

また、金属元素を含有する膜が配置された試料をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記試料がプラズマ処理される処理室内にプラズマを用いて被覆膜を形成する第一の工程と、
前記第一の工程後、前記試料を前記試料台に載置するとともに前記処理室内で前記試料をプラズマ処理する第二の工程と、
前記第二の工程後、プラズマを用いて前記処理室内の金属元素を含有する堆積膜を除去する第三の工程と、
前記第三の工程後、プラズマを用いて前記処理室内の前記被覆膜上に堆積した堆積膜を除去する第四の工程と、
前記試料の所定の枚数だけ前記第二の工程ないし前記第四の工程を繰り返しした後、プラズマを用いて前記処理室内の被覆膜を除去する第五の工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法とする。
Further, in a plasma processing method of plasma processing a sample in which a film containing a metal element is arranged,
A first step of forming a coating film using plasma in a processing chamber in which the sample is plasma-treated;
After the first step, a second step of placing the sample on the sample stage and plasma processing the sample in the processing chamber;
After the second step, a third step of removing the deposited film containing the metal element in the processing chamber using plasma,
A fourth step of removing the deposited film deposited on the coating film in the processing chamber using plasma after the third step;
And a fifth step of removing the coating film in the processing chamber using plasma after repeating the second step to the fourth step by a predetermined number of samples. The processing method.

また、試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記試料が載置される試料台と、前記試料台に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記試料台に印加される電圧を検知する電圧検知手段と、前記試料台上を被覆する被覆膜の膜厚をモニターする被覆膜厚モニター手段とを備えるプラズマ処理装置において、
前記被覆膜厚モニター手段は、前記電流検知手段により検知された電流と前記電圧検知手段により検知された電圧を用いて求められたインピーダンスと予め求められたインピーダンスとの差分に基づいて前記試料台上に被覆された被覆膜の膜厚と予め求められた所望の膜厚との大小関係を求め、
被覆膜が前記試料台上に被覆されているとき、前記試料のプラズマ処理を行う制御装置をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置とする。
Further, a processing chamber in which the sample is plasma-processed, a plasma generation unit that generates plasma in the processing chamber, a sample stage on which the sample is placed, a current detection unit that detects a current flowing through the sample stage, In a plasma processing apparatus comprising: a voltage detection means for detecting a voltage applied to the sample stage; and a coating thickness monitor means for monitoring the thickness of a coating film covering the sample stage.
The coating film thickness monitoring unit is configured such that the sample stage is based on a difference between an impedance obtained by using the current detected by the current detection unit and the voltage detected by the voltage detection unit and an impedance obtained in advance. Obtain the magnitude relationship between the film thickness of the coating film coated thereon and the desired film thickness determined in advance,
The plasma processing apparatus further includes a control device that performs plasma processing of the sample when the coating film is coated on the sample stage.

本発明によれば、適用工程が制限されず、ウェハ処理中のプラズマ状態を安定化し、かつプラズマ処理の効率を向上するスループットの高いプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-throughput plasma processing method and plasma processing apparatus that can stabilize the plasma state during wafer processing and improve the efficiency of plasma processing without limiting the application process.

本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理装置の構成を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the structure of the plasma processing apparatus which concerns on the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理方法におけるエッチング処理シーケンス図である。It is an etching process sequence diagram in the plasma processing method concerning the 1st example of the present invention. 図2Aに示すエッチング処理シーケンスを簡略化したシーケンス図である。It is the sequence diagram which simplified the etching process sequence shown to FIG. 2A. 本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理方法における塩素系プラズマクリーニング条件の一例を示す。An example of chlorine-based plasma cleaning conditions in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention will be described. 本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理方法におけるフッ素系プラズマクリーニング条件の一例を示す。An example of fluorine plasma cleaning conditions in the plasma processing method according to the first embodiment of the present invention will be described. 本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the plasma processing apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. 塩素系プラズマクリーニングによる電極表面の削れ量と電極保護可能な被覆膜厚の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the scraping amount of the electrode surface by chlorine system plasma cleaning, and the coating film thickness which can protect an electrode. 本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理方法におけるエッチング処理シーケンス図である。It is an etching process sequence diagram in the plasma processing method which concerns on the 2nd Example of this invention.

発明者等は、上記課題について検討し、次のようなステップを採用した。即ち、プラズマ処理方法において、まず処理材のロット処理前に被覆膜を形成する。この被覆膜形成は塩素系プラズマによる電極ダメージから電極表面を保護することを目的としている。次にダミーウェハを電極上に載置した状態で電極表面以外に形成された被覆膜を除去し、ダミーウェハを搬出した後、製品ウェハ処理を実施する。最後に製品ウェハ処理で生じる反応生成物を除去するため、金属系反応生成物に対する塩素系プラズマクリーニング、金属系以外の反応生成物に対するフッ素系プラズマクリーニングを実施する。製品ウェハ処理から塩素系プラズマクリーニング、フッ素系プラズマクリーニングまでは、一度に連続処理される製品ウェハ枚数分だけ繰り返し実施され、すべての製品ウェハ処理が完了した後、残った電極上の被覆膜を除去する。上記手順により製品ウェハ処理中は被覆膜がプラズマに影響せず、塩素系プラズマクリーニング中には被覆膜により電極が保護されるといった状態を作ることができる。
以下、実施例を用いて本発明を説明する。なお、図中において同一符号は同一構成要素を示す。
The inventors examined the above-mentioned problems and adopted the following steps. That is, in the plasma processing method, first, a coating film is formed before the lot processing of the processing material. The purpose of this coating film formation is to protect the electrode surface from electrode damage caused by chlorine-based plasma. Next, after the dummy wafer is placed on the electrode, the coating film formed on the portion other than the electrode surface is removed, and after the dummy wafer is carried out, product wafer processing is performed. Finally, in order to remove reaction products generated in the product wafer processing, chlorine-based plasma cleaning for metal-based reaction products and fluorine-based plasma cleaning for non-metal-based reaction products are performed. From product wafer processing to chlorine-based plasma cleaning and fluorine-based plasma cleaning are repeated for the number of product wafers that are continuously processed at once, and after all product wafer processing is completed, the coating film on the remaining electrode is removed. Remove. According to the above procedure, it is possible to create a state in which the coating film does not affect the plasma during product wafer processing and the electrode is protected by the coating film during chlorine plasma cleaning.
Hereinafter, the present invention will be described using examples. In the drawings, the same reference numerals indicate the same components.

本発明の第1の実施例に係るプラズマ処理方法及び装置について、図1から図4を用いて説明する。図1は、本実施例に係るプラズマ処理装置の一例であるマイクロ波ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマエッチング装置の構成を説明するための縦断面図であり、処理室内部に設置された電極、真空容器外部に設置された電界、磁界の供給装置、および電源を模式的に示している。これら以外の機器、装置は、本実施例に係る技術分野の通常の知識を有する者により、本実施例に係る発明の作用、効果を著しく損なわないように、求められる性能或いは仕様に応じて配置または削除可能である。   A plasma processing method and apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining the configuration of a microwave ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma etching apparatus which is an example of a plasma processing apparatus according to the present embodiment. An electric field, a magnetic field supply device, and a power supply installed outside the container are schematically shown. Equipment and devices other than these are arranged according to required performance or specifications so as not to significantly impair the operation and effect of the invention according to this embodiment by those who have ordinary knowledge in the technical field according to this embodiment. Or it can be deleted.

図1に示すプラズマ処理装置では、上部が開放された円筒形状を有する処理室101の上方に、反応性ガスを導入するための複数の貫通孔を有する円板形状のシャワープレート102と誘電体窓103(石英製等)とが設置されており、処理室101は、その誘電体窓103によって気密に封止されている。反応性ガスは、ガス供給装置104によって流量を制御され、シャワープレート102を介して処理室101に供給される。処理室101の外周および上方には、処理室101内部に磁場を形成するソレノイドコイル105が配置されており、ソレノイドコイル105の電流によって処理室101内の磁場を制御することができる。また、処理室101上部の開放部には、電磁波を発生させるマグネトロン106と電磁波を伝送する導波管107(またはアンテナ)が設置され、誘電体窓103の上方にある円筒形状の空間(空洞共振部)に連結されている。本実施例で使用される電磁波は、マグネトロン106による2.45GHzのマイクロ波であるが、これは効果・作用によって、特に限定されない。マグネトロン106により発振されたマイクロ波は、導波管107内部を伝播して誘電体窓103を透過し、処理室101内部に導入される。処理室101の下部には、真空排気管108を通して真空排気ポンプ(図示省略)が接続され、処理室101の真空排気が可能である。また、処理室101上部のシャワープレート102に対向するように処理室101下部に設置された基板電極(試料台)109は、誘電体膜(図示省略)で被覆されている。ウェハ(試料)110は、ロボットアーム等(図示省略)の搬送装置によって処理室101内部に搬送される。そして、基板電極109上に載置され、直流電源111から基板電極109内部の電極(図示省略)に印加される直流電圧によって静電的に吸着される。高周波電源112は、高周波整合器113を介して、高周波を基板電極109に印加することができる。処理室101の中段には、グランドに接続されたアース114が設置されており、高周波電源112により基板電極109上に印加された高周波電流は、プラズマを介してアース114に流れる。また、アース114上部には円筒形状の内筒115(石英製)が設置され、絶縁されている。   In the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, a disc-shaped shower plate 102 having a plurality of through holes for introducing a reactive gas and a dielectric window above a processing chamber 101 having a cylindrical shape with an open top. 103 (made of quartz or the like) is installed, and the processing chamber 101 is hermetically sealed by the dielectric window 103. The flow rate of the reactive gas is controlled by the gas supply device 104 and is supplied to the processing chamber 101 via the shower plate 102. A solenoid coil 105 that forms a magnetic field inside the processing chamber 101 is disposed on the outer periphery and above the processing chamber 101, and the magnetic field in the processing chamber 101 can be controlled by the current of the solenoid coil 105. In addition, a magnetron 106 that generates electromagnetic waves and a waveguide 107 (or antenna) that transmits electromagnetic waves are installed in an open part above the processing chamber 101, and a cylindrical space (cavity resonance) above the dielectric window 103. Part). The electromagnetic wave used in the present embodiment is a 2.45 GHz microwave by the magnetron 106, but this is not particularly limited by the effect and action. The microwave oscillated by the magnetron 106 propagates through the waveguide 107, passes through the dielectric window 103, and is introduced into the processing chamber 101. A vacuum exhaust pump (not shown) is connected to the lower portion of the processing chamber 101 through a vacuum exhaust pipe 108 so that the processing chamber 101 can be evacuated. In addition, a substrate electrode (sample stage) 109 installed at the lower portion of the processing chamber 101 so as to face the shower plate 102 at the upper portion of the processing chamber 101 is covered with a dielectric film (not shown). The wafer (sample) 110 is transferred into the processing chamber 101 by a transfer device such as a robot arm (not shown). Then, it is placed on the substrate electrode 109 and is electrostatically attracted by a DC voltage applied from the DC power source 111 to an electrode (not shown) inside the substrate electrode 109. The high frequency power source 112 can apply a high frequency to the substrate electrode 109 via the high frequency matching unit 113. An earth 114 connected to the ground is installed in the middle of the processing chamber 101, and the high-frequency current applied to the substrate electrode 109 by the high-frequency power source 112 flows to the earth 114 through plasma. A cylindrical inner cylinder 115 (made of quartz) is installed above the ground 114 and insulated.

上記プラズマ処理装置におけるエッチング処理は、以下の流れで開始される。処理室101内にガス供給装置104よりプロセスガスが導入され、所望の圧力が制御される。マグネトロン106より発振されて処理室101内部に供給された電磁波と、処理室101内部に形成された磁場による電子サイクロトロン共鳴により、処理用ガスが励起され、処理室101内にプラズマが生成される。基板電極109に接続された高周波電源112から高周波電力が印加され、プラズマから基板電極109上に載置されたウェハ110上面へイオンが引き込まれ、エッチング処理が施される。   The etching process in the plasma processing apparatus starts with the following flow. A process gas is introduced into the processing chamber 101 from the gas supply device 104, and a desired pressure is controlled. The processing gas is excited by an electromagnetic wave oscillated from the magnetron 106 and supplied into the processing chamber 101 and electron cyclotron resonance by a magnetic field formed in the processing chamber 101, and plasma is generated in the processing chamber 101. High frequency power is applied from a high frequency power source 112 connected to the substrate electrode 109, ions are drawn from the plasma onto the upper surface of the wafer 110 placed on the substrate electrode 109, and an etching process is performed.

図2Aは、本実施例に係るプラズマ処理方法におけるエッチングシーケンスを示す図である。本実施例に係るプラズマ処理方法では以下の6つの要素で構成され、図2Aに示す手順に従いエッチング処理が行われる。すなわち、(1)壁面への被覆膜形成、(2)基板電極109上以外の被覆膜除去、(3)製品ウェハ処理、(4)塩素を主体としたプラズマクリーニング、(5)フッ素を主体としたプラズマクリーニング、(6)基板電極109上の残留被覆膜の除去、である。   FIG. 2A is a diagram illustrating an etching sequence in the plasma processing method according to the present embodiment. The plasma processing method according to the present embodiment includes the following six elements, and an etching process is performed according to the procedure shown in FIG. 2A. (1) Formation of coating film on wall surface, (2) Removal of coating film other than on substrate electrode 109, (3) Product wafer processing, (4) Plasma cleaning mainly composed of chlorine, (5) Fluorine Mainly plasma cleaning, (6) removal of the remaining coating film on the substrate electrode 109.

尚、製品ウェハは任意の枚数が一度に連続処理され、製品ウェハ処理後には毎回必ず、塩素を主体としたプラズマクリーニングとフッ素を主体としたプラズマクリーニングが処理される。   Any number of product wafers are continuously processed at a time, and after each product wafer process, plasma cleaning mainly composed of chlorine and plasma cleaning mainly composed of fluorine are always processed.

以下に、図2Aに示す処理シーケンスに従い各要素の詳細を述べる。まず、処理室101内壁にプラズマAにより被覆膜を形成する(ステップS201)。被覆膜は基板電極109表面および、処理室101内の上部・下部問わず壁面全体に形成される。この被覆膜は、Siを含有する被覆膜であり、炭素を主成分とする膜、Siを主成分とする膜、Siと酸素(O)を含有する膜、またはSiと炭素(C)を含有する膜、Siと窒素(N)を含有する膜のいずれかである。これらの被覆膜を形成するためのプロセスガスには、例えば、Siと酸素(O)を含有する膜には、SiClとOの混合ガス、Siと炭素(C)を含有する膜には、SiClとCHの混合ガス、Siと窒素(N)を含有する膜には、SiClとNの混合ガスが使用され、また、それらは、Ar等の希ガスによって希釈してもよい。これらのプロセスガスを使用し、プラズマを生成することにより被覆膜が形成される。本実施例では、SiClとOの混合ガスによってSiOを主成分とする膜を形成した場合について説明する。 Details of each element will be described below in accordance with the processing sequence shown in FIG. 2A. First, a coating film is formed by plasma A on the inner wall of the processing chamber 101 (step S201). The coating film is formed on the surface of the substrate electrode 109 and on the entire wall surface regardless of the upper and lower portions in the processing chamber 101. This coating film is a coating film containing Si, a film containing carbon as a main component, a film containing Si as a main component, a film containing Si and oxygen (O), or Si and carbon (C). Or a film containing Si and nitrogen (N). The process gas for forming these coating films includes, for example, a film containing Si and oxygen (O), a mixed gas of SiCl 4 and O 2 , and a film containing Si and carbon (C). Is a mixed gas of SiCl 4 and CH 4, and a mixed gas of SiCl 4 and N 2 is used for a film containing Si and nitrogen (N), and these are diluted with a rare gas such as Ar. Also good. A coating film is formed by generating plasma using these process gases. In this embodiment, a case where a film mainly composed of SiO 2 is formed by a mixed gas of SiCl 4 and O 2 will be described.

次に、ダミーウェハが処理室101内に搬送され基板電極109上に載置される(ステップS202)。その後プラズマBによるフッ素を主体としたプラズマクリーニングにより処理室101内の壁面に形成された被覆膜が除去される(ステップS203)。この時基板電極109上にはダミーウェハが載置されているため、基板電極109上表面の被覆膜はダミーウェハに保護され、プラズマに晒されずエッチングされない。基板電極109上表面以外のすべての処理室101内壁の被覆膜が除去された後、ダミーウェハは搬出される(ステップS204)。以上から、処理室101内には基板電極109上表面のみに被覆膜が形成された状態ができる。プラズマBのプロセスガスとして、例えば、NF3やSF6、またはAr等の希釈ガスの混合ガスが用いられる。ここまでで、上記(1)壁面への被覆膜形成(S201)、(2)基板電極109上以外の被覆膜除去(S202−S204)が終了する。   Next, the dummy wafer is transferred into the processing chamber 101 and placed on the substrate electrode 109 (step S202). Thereafter, the coating film formed on the wall surface in the processing chamber 101 is removed by plasma cleaning mainly using fluorine by the plasma B (step S203). At this time, since the dummy wafer is placed on the substrate electrode 109, the coating film on the surface of the substrate electrode 109 is protected by the dummy wafer, and is not exposed to plasma and is not etched. After all the coating films on the inner walls of the processing chamber 101 other than the upper surface of the substrate electrode 109 are removed, the dummy wafer is carried out (step S204). From the above, a state in which the coating film is formed only on the upper surface of the substrate electrode 109 can be formed in the processing chamber 101. As the process gas of plasma B, for example, a mixed gas of NF3, SF6, or a diluent gas such as Ar is used. Up to this point, (1) coating film formation on the wall surface (S201) and (2) removal of coating films other than on the substrate electrode 109 (S202-S204) are completed.

基板電極109上のみに被覆膜が形成されると、シリコン膜やカーボン膜、メタル膜などが積層された製品ウェハが基板電極109上に載置される(ステップS205)。次に、プラズマが生成され、エッチング等のプラズマ処理がなされ(ステップS206)。その後、製品ウェハは基板電極109上から搬出される(ステップS207)。プラズマは単一または複数のステップによって構成された任意のプラズマである。これにより、上記(3)製品ウェハ処理が終了する。   When the coating film is formed only on the substrate electrode 109, a product wafer on which a silicon film, a carbon film, a metal film, or the like is stacked is placed on the substrate electrode 109 (step S205). Next, plasma is generated and plasma processing such as etching is performed (step S206). Thereafter, the product wafer is unloaded from the substrate electrode 109 (step S207). A plasma is any plasma constructed by a single or multiple steps. Thereby, the (3) product wafer processing is completed.

製品ウェハ処理が完了すると、プラズマCを形成することにより塩素を主体としたプラズマクリーニングが実施され(ステップS208)、製品ウェハ処理の過程で生じた処理室101内壁に堆積した反応生成物のうちメタルを含有した反応生成物が除去される。本クリーニングでは、ClガスとSiClガスの混合ガスまたはClガスとBClガスの混合ガスを用いることができる。引き続き、プラズマDを形成することによりフッ素を主体としたプラズマクリーニング処理(ステップS209)によって、処理室101内壁に堆積した反応生成物のうちメタルを含有していないシリコンやカーボン等で構成された反応生成物が除去される。これにより、上記(4)塩素を主体としたプラズマクリーニング、(5)フッ素を主体としたプラズマクリーニングが終了する。 When the product wafer processing is completed, plasma cleaning mainly including chlorine is performed by forming plasma C (step S208), and metal among the reaction products deposited on the inner wall of the processing chamber 101 generated during the product wafer processing. The reaction product containing is removed. In this cleaning, a mixed gas of Cl 2 gas and SiCl 4 gas or a mixed gas of Cl 2 gas and BCl 3 gas can be used. Subsequently, a reaction composed of silicon or carbon containing no metal among the reaction products deposited on the inner wall of the processing chamber 101 by the plasma cleaning process (step S209) mainly composed of fluorine by forming the plasma D. The product is removed. As a result, (4) plasma cleaning mainly composed of chlorine and (5) plasma cleaning mainly composed of fluorine are completed.

これらの塩素を主体としたプラズマクリーニング処理、フッ素を主体としたプラズマクリーニング処理は、一度に連続処理される製品ウェハ処理枚数分だけ、製品ウェハ毎に繰り返し実施される。   The chlorine-based plasma cleaning process and the fluorine-based plasma cleaning process are repeatedly performed for each product wafer by the number of product wafers processed continuously.

一度に連続処理された最後の製品ウェハ処理後に基板電極109上に残存した被覆膜は、プラズマBによるフッ素を主体としたプラズマクリーニングにより完全に除去される(ステップS210)。   The coating film remaining on the substrate electrode 109 after the last product wafer processing, which is continuously processed at one time, is completely removed by plasma cleaning mainly composed of fluorine by the plasma B (step S210).

以上のエッチング処理シーケンスによりプロセスが実施される。また基板電極109上に形成された被覆膜はプラズマCによる塩素を主体としたプラズマクリーニングとプラズマDによるフッ素を主体としたプラズマクリーニングにより消耗される(膜減りする)。ここで、一度に連続処理される製品ウェハ処理枚数をN、基板電極109上に形成される被覆膜厚をZ、プラズマCによる塩素を主体とするプラズマクリーニングにより消耗される被覆膜厚をX、プラズマDによるフッ素を主体とするプラズマクリーニングにより消耗される被覆膜厚をYとすると被覆膜Zは、以下の式(1)を満たすように形成される。   The process is performed by the above etching process sequence. The coating film formed on the substrate electrode 109 is consumed (reduced in film thickness) by plasma cleaning mainly using chlorine by plasma C and plasma cleaning mainly by fluorine by plasma D. Here, N is the number of processed product wafers that are continuously processed at one time, Z is the coating film thickness formed on the substrate electrode 109, and the coating film thickness is consumed by plasma cleaning mainly composed of chlorine by plasma C. When the coating film thickness consumed by the plasma cleaning mainly composed of fluorine by X and plasma D is Y, the coating film Z is formed to satisfy the following formula (1).

Z>N(X+Y) ・・・(1)
被覆膜Zが厚くなりすぎた場合、基板電極109へのウェハ吸着力やウェハへの熱伝導の低下により製品ウェハ表面温度に影響を与える可能性があるため、被覆膜厚Zを十分薄くできるよう一度に連続処理される製品ウェハ処理枚数Nは1ロット(25枚)程度が望ましい。
Z> N (X + Y) (1)
If the coating film Z becomes too thick, it may affect the surface temperature of the product wafer due to a decrease in the wafer adsorption force to the substrate electrode 109 and the heat conduction to the wafer. The number of processed product wafers N that are continuously processed at one time is preferably about one lot (25).

図3は、上記プラズマCにおける塩素を主体としたプラズマクリーニング条件を示す。この塩素を主体としたプラズマクリーニングは、処理室101内壁に堆積したメタルを含有した反応生成物を効率的に除去し、かつ被覆膜に高いエッチング選択比を有する。この塩素を主体としたプラズマクリーニングにはClガスに添加ガスが混合され、添加ガスには、SiClガスあるいはBClガスのいずれかが使用される。またClガスに対する添加ガスの流量比は、0.2から0.5の範囲で使用可であり、0.3から0.4の範囲が好適である。処理室101内の圧力は0.3Paから3.0Paの範囲が望ましい。また、それらは添加ガスに加えてAr等の希ガスにより希釈してもよい。 FIG. 3 shows plasma cleaning conditions mainly composed of chlorine in the plasma C. This chlorine-based plasma cleaning efficiently removes reaction products containing metal deposited on the inner wall of the processing chamber 101 and has a high etching selectivity to the coating film. In this plasma cleaning mainly composed of chlorine, an additive gas is mixed with Cl 2 gas, and either SiCl 4 gas or BCl 3 gas is used as the additive gas. The flow rate ratio of the additive gas to the Cl 2 gas can be used in the range of 0.2 to 0.5, and preferably in the range of 0.3 to 0.4. The pressure in the processing chamber 101 is preferably in the range of 0.3 Pa to 3.0 Pa. Further, they may be diluted with a rare gas such as Ar in addition to the additive gas.

図4は、上記プラズマDにおけるフッ素を主体としたプラズマクリーニング条件を示す。このフッ素を主体としたプラズマクリーニングは、処理室101内壁に堆積したメタルを含有していないシリコンやカーボン等で構成された反応生成物を効率的に除去し、かつ被覆膜に高いエッチング選択比を有する。処理室101内の圧力は0.05Paから10Paの範囲で使用可であり、0.1Paから10Paが実用的な範囲、0.1Paから3.0Paが好適な範囲である。   FIG. 4 shows plasma cleaning conditions mainly for fluorine in the plasma D. This fluorine-based plasma cleaning efficiently removes reaction products composed of silicon, carbon, etc. that do not contain metal deposited on the inner wall of the processing chamber 101, and has a high etching selectivity to the coating film. Have The pressure in the processing chamber 101 can be used in the range of 0.05 Pa to 10 Pa, 0.1 Pa to 10 Pa is a practical range, and 0.1 Pa to 3.0 Pa is a suitable range.

図2Bは、図2Aに示すエッチング処理シーケンスを簡略化したシーケンス図である。図2Bに示す本実施例に係る他のプラズマ処理方法では以下の5つの要素で構成され、図2Aに示す手順に対し、スループット向上を目的に“基板電極109上以外の被覆膜除去”の要素を省略してプロセスを簡略化したものである。すなわち、(1)壁面への被覆膜形成、(2)製品ウェハ処理、(3)塩素を主体としたプラズマクリーニング、(4)フッ素を主体としたプラズマクリーニング、(5)基板電極109上の残留被覆膜の除去、である。図2AにおけるステップS201、S205からS210が、図2BにおけるステップS211、S212からS217に対応する。図2Aの処理手順同様、製品ウェハは任意の枚数が一度に連続処理され、製品ウェハ処理後には毎回必ず、塩素を主体としたプラズマクリーニングとフッ素を主体としたプラズマクリーニングが処理される。 FIG. 2B is a simplified sequence diagram of the etching process sequence shown in FIG. 2A. The other plasma processing method according to the present embodiment shown in FIG. 2B is composed of the following five elements. Compared with the procedure shown in FIG. 2A, “removing the coating film other than on the substrate electrode 109” is performed for the purpose of improving the throughput. The process is simplified by omitting elements. That is, (1) coating film formation on the wall surface, (2) product wafer processing, (3) plasma cleaning mainly composed of chlorine, (4) plasma cleaning mainly composed of fluorine, (5) on the substrate electrode 109 Removing the remaining coating film. Steps S201 and S205 to S210 in FIG. 2A correspond to steps S211 and S212 to S217 in FIG. 2B. Similar to the processing procedure of FIG. 2A, an arbitrary number of product wafers are continuously processed at one time, and after each product wafer processing, plasma cleaning mainly composed of chlorine and plasma cleaning mainly composed of fluorine are always processed.

図1に示すプラズマ処理装置及び、図3と図4に示すクリーニング条件を用い、図2Aに示すエッチング処理シーケンスに従って、品種の異なるウェハの処理を、1ロット25枚として複数回繰り返したところ、被覆膜に対するエッチング選択比が高く、被覆膜厚を薄くでき、被覆膜除去に要する時間も低減でき、かつウェハ処理中のプラズマ状態を安定化でき、プラズマ処理効率を向上させることができた。   Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 and the cleaning conditions shown in FIGS. 3 and 4, according to the etching process sequence shown in FIG. The etching selectivity to the coating film is high, the coating film thickness can be reduced, the time required to remove the coating film can be reduced, the plasma state during wafer processing can be stabilized, and the plasma processing efficiency can be improved. .

また、図1に示すプラズマ処理装置及び、図3と図4に示すクリーニング条件を用い、図2Bに示すエッチング処理シーケンスに従って、1ロット25枚のウェハの処理を複数回繰り返したところ、上記効果の他、工程を省略することにより、よりスループットの向上を図ることができた。   1 and the cleaning conditions shown in FIGS. 3 and 4 were used to repeat the processing of 25 wafers per lot a plurality of times in accordance with the etching process sequence shown in FIG. 2B. In addition, the throughput could be further improved by omitting the steps.

以上、本実施例によれば、適用工程が制限されず、ウェハ処理中のプラズマ状態を安定化し、かつプラズマ処理の効率を向上するスループットの高いプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a high-throughput plasma processing method and plasma processing apparatus that stabilize the plasma state during wafer processing and improve the efficiency of plasma processing without limiting the application process. .

本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理方法及び装置について図5から図7を用いて説明する。なお、実施例1に記載され、本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。図5は、本発明の第2の実施例に係るプラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。本実施例では実施例1に示すプラズマ処理装置の構成に加えて、以下の構成を具備又は実施することにより、基板電極(試料台)109上の被覆膜を常にモニターし、塩素を主体としたプラズマクリーニングによる基板電極109にダメージが生じない被覆膜厚を維持・管理することができる。図6は、塩素を主体としたプラズマクリーニングによる基板電極109表面の削れ量と基板電極109表面の保護可能な被覆膜厚の関係を示したグラブである。図6から分かるとおり、電極上の被覆膜が10nm以上であれば被覆膜による保護効果によって塩素プラズマクリーニング処理中の電極表面に対するエッチングを無視できる程度に小さくできる。そこで、電極上の被覆膜を10nm以上に維持していればノンプロダクトウェハ(ダミーウェハ)による基板電極109の保護無しに塩素を主体としたプラズマクリーニングが実施できる。   A plasma processing method and apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the matters described in the first embodiment and not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there are no special circumstances. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the structure of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this example, in addition to the configuration of the plasma processing apparatus shown in Example 1, the following configuration is provided or implemented, so that the coating film on the substrate electrode (sample stage) 109 is always monitored, and chlorine is mainly used. Thus, it is possible to maintain and manage the coating film thickness so that the substrate electrode 109 is not damaged by the plasma cleaning. FIG. 6 is a grab showing the relationship between the amount of scraping of the surface of the substrate electrode 109 by plasma cleaning mainly composed of chlorine and the protective coating thickness of the surface of the substrate electrode 109. As can be seen from FIG. 6, when the coating film on the electrode is 10 nm or more, the etching effect on the electrode surface during the chlorine plasma cleaning process can be made small enough to be ignored by the protective effect of the coating film. Therefore, if the coating film on the electrode is maintained at 10 nm or more, plasma cleaning mainly composed of chlorine can be performed without protecting the substrate electrode 109 with a non-product wafer (dummy wafer).

以下、主に実施例1と異なる点について説明する。高周波電源112と基板電極109間には、高周波電流値または電圧値を測定することができる電圧/電流プローブ(以下V/Iプローブ)201が接続されており、測定値からインピーダンスを算出できる演算部202、基板電極109上の被覆膜が10nmのときのインピーダンス値を格納しているリファレンスデータ格納部203、処理手順を制御するプロセスシーケンス制御部204が接続されている。   Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described. A voltage / current probe (hereinafter referred to as V / I probe) 201 capable of measuring a high-frequency current value or a voltage value is connected between the high-frequency power source 112 and the substrate electrode 109, and an arithmetic unit capable of calculating impedance from the measured value 202, a reference data storage unit 203 for storing an impedance value when the coating film on the substrate electrode 109 is 10 nm, and a process sequence control unit 204 for controlling the processing procedure are connected.

一般に、基板電極109に高周波電力が印加された場合、高周波電流は基板電極109および処理室101内に形成されたプラズマを介し、アース114へ流れる。また、プラズマとアース114および基板電極109表面にはシースが形成される。処理室101内壁に図2Aに示すステップS201のように被覆膜を形成する場合、基板電極109上に被覆膜が形成される。例えば本実施例にてSiClとOの混合ガスにより形成される被覆膜の主成分はSiOであり絶縁膜が形成される。ここで、絶縁膜の高周波インピーダンスZは以下の式(2)で記述される。Cは静電容量、ωは角周波数、εは絶縁膜の比誘電率、dは被覆膜厚、Sは被覆膜面積である。 In general, when high-frequency power is applied to the substrate electrode 109, the high-frequency current flows to the ground 114 through the plasma formed in the substrate electrode 109 and the processing chamber 101. A sheath is formed on the surface of the plasma and ground 114 and the substrate electrode 109. When a coating film is formed on the inner wall of the processing chamber 101 as in step S <b> 201 shown in FIG. 2A, the coating film is formed on the substrate electrode 109. For example, in this embodiment, the main component of the coating film formed by the mixed gas of SiCl 4 and O 2 is SiO 2 and an insulating film is formed. Here, the high-frequency impedance Z of the insulating film is described by the following equation (2). C is the capacitance, ω is the angular frequency, ε is the dielectric constant of the insulating film, d is the coating film thickness, and S is the coating film area.

Z=1/jωC=d/jεS ・・・(2)
異なる被覆膜厚に対して、形成されるプラズマ密度が一定であると仮定すると、被覆膜の比誘電率ε、面積Sが既知の場合には、基板電極109から、プラズマおよびアース114間の合成高周波インピーダンスを測定することで、被覆膜の厚み変化をインピーダンス変化として測定することが可能である。
Z = 1 / jωC = d / jεS (2)
Assuming that the plasma density to be formed is constant for different coating thicknesses, if the relative dielectric constant ε and the area S of the coating film are known, the substrate electrode 109 is connected to the plasma and the ground 114. By measuring the synthetic high-frequency impedance, it is possible to measure the thickness change of the coating film as the impedance change.

図7は、インピーダンスを用いた基板電極109上の被覆膜厚モニターを応用した本実施例に係るプラズマ処理方法におけるエッチング処理シーケンス図である。以下、主に実施例1で示したエッチング処理シーケンスと異なる点について説明する。なお、図2AにおけるステップS201からS204が図7におけるステップS701からS704に対応する。また、ステップS205からS207がステップS705に対応する。また、ステップS208からS209がステップS706からS707に対応する。図7においては、基板電極109上以外の被覆膜が除去され(ステップS703)、製品ウェハ処理が実施され(ステップS705)、前記プラズマDによるフッ素を主体としたプラズマクリーニングが処理(ステップS707)された直後に、Ar等の希ガスによるプラズマが形成されると同時に、1W〜50Wの範囲で高周波バイアスが印加される(ステップS708)。このプラズマ放電中にV/Iプローブ201による高周波電流値または電圧値を測定し(ステップS709)、この測定値から演算部202にてインピーダンス値が算出され、リファレンスデータ格納部203に保存されている基板電極109上被覆膜が10nmのときのインピーダンス値と比較され(ステップS710)、差分の正負から基板電極109上の被覆膜厚が10nm以上であるか、否かが決定される(ステップS711)。インピーダンス値比較結果から基板電極109上の被覆膜厚が10nm以上の場合は次の製品ウェハ処理が実施され(ステップS705)、10nm未満の場合は基板電極109上に残存する被覆膜を前記プラズマBによるフッ素を主体としたプラズマクリーニングにて除去し(ステップS712)、処理室101内への被覆膜厚形成(ステップS701)へ戻って処理シーケンスが再度開始される。以上の構成は、全てプロセスシーケンス制御部204に接続され、適切なシーケンスで動作するよう、そのタイミング、動作量がコントロールされる。本実施例に係るプラズマ処理装置において、これらの手順は、自動的に実施されるような装置構成となっており、自動シーケンス化が可能である。本手法により、基板電極109上の被覆膜厚を10nm以上に常に維持し、基板電極109のダメージが生じないノンプロダクトウェハ載置が不要な塩素を主体としたプラズマクリーニングが実施できる。   FIG. 7 is an etching process sequence diagram in the plasma processing method according to the present embodiment in which a coating film thickness monitor on the substrate electrode 109 using impedance is applied. Hereinafter, differences from the etching processing sequence shown mainly in the first embodiment will be described. Note that steps S201 to S204 in FIG. 2A correspond to steps S701 to S704 in FIG. Steps S205 to S207 correspond to step S705. Steps S208 to S209 correspond to steps S706 to S707. In FIG. 7, the coating film other than on the substrate electrode 109 is removed (step S703), product wafer processing is performed (step S705), and plasma cleaning mainly using fluorine by the plasma D is processed (step S707). Immediately after being formed, plasma with a rare gas such as Ar is formed, and at the same time, a high frequency bias is applied in the range of 1 W to 50 W (step S708). During this plasma discharge, the high-frequency current value or voltage value by the V / I probe 201 is measured (step S709), and the impedance value is calculated from the measured value by the calculation unit 202 and stored in the reference data storage unit 203. It is compared with the impedance value when the coating film on the substrate electrode 109 is 10 nm (step S710), and whether or not the coating film thickness on the substrate electrode 109 is 10 nm or more is determined from the positive or negative difference (step S710). S711). From the impedance value comparison result, if the coating film thickness on the substrate electrode 109 is 10 nm or more, the next product wafer processing is performed (step S705). If the coating film thickness is less than 10 nm, the coating film remaining on the substrate electrode 109 is The plasma B is removed by plasma cleaning mainly composed of fluorine (step S712), and the process sequence is started again by returning to the formation of the coating film thickness in the processing chamber 101 (step S701). All the above configurations are connected to the process sequence control unit 204, and the timing and operation amount thereof are controlled so as to operate in an appropriate sequence. In the plasma processing apparatus according to the present embodiment, these procedures are performed automatically and can be automatically sequenced. According to this method, the coating film thickness on the substrate electrode 109 is always maintained at 10 nm or more, and the plasma cleaning mainly composed of chlorine which does not require the non-product wafer mounting and does not cause the substrate electrode 109 to be damaged can be performed.

図5に示すプラズマ処理装置及び、図3と図4に示すクリーニング条件を用い、図7に示すエッチング処理シーケンスに従って、品種の異なるウェハの処理を、1ロット25枚として複数回繰り返したところ、被覆膜に対するエッチング選択比が高く、被覆膜厚を薄くでき、被覆膜除去に要する時間も低減でき、かつウェハ処理中のプラズマ状態を安定化でき、プラズマ処理効率を向上することができた。また、基板電極上に形成された被覆膜の厚さを求めることによりダミーウェハを不要とすることができる。   Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 5 and the cleaning conditions shown in FIGS. 3 and 4, according to the etching process sequence shown in FIG. The etching selectivity to the coating film is high, the coating film thickness can be reduced, the time required to remove the coating film can be reduced, the plasma state during wafer processing can be stabilized, and the plasma processing efficiency can be improved. . Moreover, a dummy wafer can be made unnecessary by obtaining the thickness of the coating film formed on the substrate electrode.

以上、本実施例によれば、適用工程が制限されず、ウェハ処理中のプラズマ状態を安定化し、かつプラズマ処理の効率を向上するスループットの高いプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a high-throughput plasma processing method and plasma processing apparatus that stabilize the plasma state during wafer processing and improve the efficiency of plasma processing without limiting the application process. .

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の本実施例では、特にECRプラズマ装置についての実施例を述べたが、本発明は他のプラズマ生成装置または方法、例えば誘導結合型プラズマ(ICP)、容量結合型プラズマ(CCP)を用いても同様の効果がある。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, in the above-described embodiment, the embodiment of the ECR plasma apparatus has been particularly described. However, the present invention can be applied to other plasma generation apparatuses or methods such as inductively coupled plasma (ICP) and capacitively coupled plasma (CCP). Even if used, the same effect is obtained. The above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

101…処理室、102…シャワープレート、103…誘電体窓、104…ガス供給装置、105…ソレノイドコイル、106…マグネトロン、107…導波管、108…真空排気管、109…基板電極(試料台)、110…ウェハ(試料)、111…直流電源、112…高周波電源、113…高周波整合器、114…アース、115…内筒、201…V/Iプローブ、202…演算部、203…リファレンスデータ格納部、204…プロセスシーケンス制御部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Processing chamber, 102 ... Shower plate, 103 ... Dielectric window, 104 ... Gas supply apparatus, 105 ... Solenoid coil, 106 ... Magnetron, 107 ... Waveguide, 108 ... Vacuum exhaust pipe, 109 ... Substrate electrode (sample stand) 110 ... Wafer (sample), 111 ... DC power supply, 112 ... High frequency power supply, 113 ... High frequency matcher, 114 ... Ground, 115 ... Inner cylinder, 201 ... V / I probe, 202 ... Calculation unit, 203 ... Reference data Storage unit, 204... Process sequence control unit.

Claims (9)

金属元素を含有する膜が配置された第一の試料を処理室内にてプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
プラズマを用いて被覆膜を前記処理室内に形成する第一の工程と、
前記第一の工程後、前記処理室内に配置された試料台に第二の試料を載置する第二の工程と、
前記第二の工程後、プラズマを用いて前記被覆膜を除去する第三の工程と、
前記第三の工程後、前記第二の試料を前記処理室から搬出する第四の工程と、
前記第四の工程後、前記第一の試料を前記試料台に載置するとともに前記第一の試料をプラズマ処理する第五の工程と、
前記第五の工程後、前記第一の試料のプラズマ処理により堆積した堆積膜を除去する第六の工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
In a plasma processing method of performing plasma processing on a first sample in which a film containing a metal element is disposed in a processing chamber,
A first step of forming a coating film in the processing chamber using plasma;
After the first step, a second step of placing a second sample on a sample stage disposed in the processing chamber;
After the second step, a third step of removing the coating film using plasma,
A fourth step of carrying out the second sample from the processing chamber after the third step;
After the fourth step, a fifth step of placing the first sample on the sample stage and plasma-treating the first sample;
And a sixth step of removing the deposited film deposited by the plasma treatment of the first sample after the fifth step.
請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
前記第六の工程は、前記被覆膜に対して選択的に前記堆積膜を除去するプラズマ処理であることを特徴とするプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the sixth step is a plasma processing for selectively removing the deposited film with respect to the coating film.
請求項1に記載のプラズマ処理方法において、
前記第三の工程後の被覆膜の膜厚をZ、前記第一の試料の枚数をN、前記第六の工程にて除去される被覆膜の膜厚をXとするとき、前記ZがZ>N×Xを満たすように前記第一の工程により被腹膜が形成されることを特徴とするプラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
When the film thickness of the coating film after the third step is Z, the number of the first samples is N, and the film thickness of the coating film removed in the sixth step is X, the Z Wherein the peritoneum is formed by the first step so as to satisfy Z> N × X.
請求項1または請求項2に記載のプラズマ処理方法において、
前記第一の試料の枚数をNとするとき、前記第五の工程と前記第六の工程を前記N回繰り返した後、プラズマを用いて前記試料台上の被覆膜を除去する第七の工程をさらに有することを特徴とするプラズマ処理方法。
In the plasma processing method of Claim 1 or Claim 2,
When the number of the first samples is N, the fifth step and the sixth step are repeated N times, and then a seventh film for removing the coating film on the sample table using plasma is used. The plasma processing method further comprising a step.
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、
前記第六の工程は、プラズマを用いて前記処理室内に堆積し金属元素を含有する堆積膜を除去する第一のクリーニング工程と、
前記第一のクリーニング工程後、プラズマを用いて前記処理室内に堆積し金属元素以外を含有する堆積膜を除去する第二のクリーニング工程を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
In the plasma processing method according to any one of claims 1 to 4,
The sixth step includes a first cleaning step of removing a deposited film deposited in the processing chamber using plasma and containing a metal element;
After the first cleaning step, the plasma processing method includes a second cleaning step of removing a deposited film that is deposited in the processing chamber using plasma and contains other than a metal element.
請求項5に記載のプラズマ処理方法において、
前記第一のクリーニング工程のプラズマは、ClガスとSiClガスの混合ガスまたはClガスとBClガスの混合ガスを用いて生成されることを特徴とするプラズマ処理方法。
In the plasma processing method of Claim 5,
The plasma in the first cleaning step is generated using a mixed gas of Cl 2 gas and SiCl 4 gas or a mixed gas of Cl 2 gas and BCl 3 gas.
請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、
前記被覆膜がシリコンを含有する膜であることを特徴とするプラズマ処理方法。
In the plasma processing method according to any one of claims 1 to 6,
The plasma processing method, wherein the coating film is a film containing silicon.
試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記試料が載置される試料台と、前記試料台に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記試料台に印加される電圧を検知する電圧検知手段と、前記試料台上に被覆する被覆膜の膜厚をモニタする膜厚モニタ手段とを備えるプラズマ処理装置において、
前記膜厚モニタ手段は、前記電流検知手段により検知された電流と前記電圧検知手段により検知された電圧を用いて求められたインピーダンスと、予め求められたインピーダンスと、の差分に基づいて前記膜厚と、所望の膜厚と、の大小関係を求め、
前記被覆膜が前記試料台上に被覆しているとき、前記求められた大小関係に基づいて前記試料のプラズマ処理を行う制御装置をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing chamber in which a sample is plasma-processed, a plasma generation means for generating plasma in the processing chamber, a sample stage on which the sample is placed, a current detection means for detecting a current flowing through the sample stage, and the sample In a plasma processing apparatus comprising a voltage detection means for detecting a voltage applied to a table, and a film thickness monitor means for monitoring the film thickness of a coating film coated on the sample table,
The film thickness monitoring means is based on a difference between an impedance obtained using the current detected by the current detection means and a voltage detected by the voltage detection means, and an impedance obtained in advance. And the desired film thickness,
A plasma processing apparatus, further comprising: a control device that performs plasma processing of the sample based on the obtained magnitude relationship when the coating film covers the sample stage.
請求項に記載のプラズマ処理装置において、
前記制御装置は、前記膜厚が10nm未満の場合、
前記試料台上に被覆する被覆膜の厚さが前記所望の膜厚に到達するまで前記試料台上に被覆膜を被覆した後、次の試料のプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 8 , wherein
When the film thickness is less than 10 nm, the control device
The plasma is characterized in that after the coating film is coated on the sample table until the thickness of the coating film to be coated on the sample table reaches the desired film thickness, the plasma treatment of the next sample is performed. Processing equipment.
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