JP6902941B2 - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面および実施形態は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。
半導体デバイス等の電子デバイスの製造においては、被処理基板を処理した後に、被処理基板の表面に付着した有機物を除去する、いわゆるアッシング処理が行われることがある。アッシング処理では、一般的には、プラズマ処理装置内において酸素ガスのプラズマが生成され、酸素ガスのプラズマによって被処理基板の有機物が除去される。
しかしながら、被処理基板が、例えば低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ膜）や金属層等の酸化を避けるべき層を含む場合には、アッシング処理用のガスとして酸素ガスを用いることができない。そこで、例えば、酸素ガスの代わりに水素ガスやＨ2Ｏガスを用いてアッシング処理を行うことが提案されている。
特開２０１６−１１１０３３号公報 特開２００６−０７３７２２号公報
ところで、水素ガスやＨ2Ｏガスを用いたアッシング処理は、酸素ガスを用いたアッシング処理よりも有機物の除去に時間がかかる。そのため、Ｈ2Ｏガスを用いたアッシング処理では、プラズマの電力を増加させることにより、アッシング処理の時間を短縮することが考えられる。また、プラズマの電力を増加させた場合の熱の影響を低減するため、チャンバ内の部品に石英を用いることが検討されている。
しかし、シリコン酸化物である石英の部品を用いたチャンバ内で水素ガスやＨ2Ｏガスのプラズマが生成されると、プラズマにより石英の部品の表面に消耗や還元による変質が生じる。これにより、プロセスの特性が変化したり、チャンバ内にパーティクルが発生する場合がある。そのため、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ膜）や金属層等の酸化を避けるべき層を含む被処理基板に対するアッシング処理では、パーティクルの発生を抑えることが難しい。
本発明の一側面は、プラズマ処理方法であって、基板処理工程とチャンバ内処理工程とを含む。基板処理工程では、チャンバ内に搬入された被処理基板に対して水素含有ガスのプラズマを用いて所定の処理が行われ、処理後の被処理基板がチャンバ内から搬出される。チャンバ内処理工程では、基板処理工程が少なくとも１回行われた後に、チャンバ内の部材の表面が酸素含有ガスのプラズマで処理される。また、チャンバ内処理工程の後に、再び基板処理工程が少なくとも１回行われる。
本発明の種々の側面および実施形態によれば、パーティクルの発生を抑えることができる。
図１は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。 図２は、比較例におけるプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、厚さが測定された上部天板の位置を示す図である。 図４は、上部天板の各位置における厚さの測定結果の一例を示す図である。 図５は、上部天板の表層におけるシリコン元素に対する酸素元素の比率の測定結果の一例を示す図である。 図６は、Ｈ2プラズマを用いたアッシング処理によりパーティクルが発生する過程の一例を示す模式図である。 図７は、Ｈ2プラズマを用いたアッシング処理の後のＯ2プラズマを用いた処理によりパーティクルが減少する過程の一例を説明する模式図である。 図８は、実施例におけるプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。 図９は、Ｈ2プラズマの累積時間に対するパーティクルの個数の一例を示す図である。 図１０は、Ｈ2プラズマの処理時間の累積時間とＯ2プラズマの処理時間との比率を変えた場合のデポの厚さを測定した実験結果の一例を示す図である。 図１１は、処理時間の比率に対するデポの厚さを示すグラフである。 図１２は、制御部のハードウェアの一例を示す図である。
開示するプラズマ処理方法は、１つの実施形態において、基板処理工程とチャンバ内処理工程とを含む。基板処理工程では、チャンバ内に搬入された被処理基板に対して水素含有ガスのプラズマを用いて所定の処理が行われ、処理後の被処理基板がチャンバ内から搬出される。チャンバ内処理工程では、基板処理工程が少なくとも１回行われた後に、チャンバ内の部材の表面が酸素含有ガスのプラズマで処理される。また、チャンバ内処理工程の後に、再び基板処理工程が少なくとも１回行われる。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、被処理基板の表面には有機物が付着していてもよく、基板処理工程では、水素含有ガスのプラズマを用いて、被処理基板の表面に付着している有機物が除去されてもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、少なくとも１回の基板処理工程と、チャンバ内処理工程とは、交互に実行されてもよく、プラズマ処理方法は、チャンバ内処理工程の後、再び基板処理工程が行われる前に、チャンバ内で水素含有ガスのプラズマを生成する準備工程をさらに含んでもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、チャンバ内処理工程と次のチャンバ内処理工程との間に行われる基板処理工程において水素含有ガスのプラズマを用いて行われる所定の処理の累積時間に対する、１回のチャンバ内処理工程の処理時間の比率は２０％以上であってもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、チャンバ内処理工程と次のチャンバ内処理工程との間に行われる基板処理工程において水素含有ガスのプラズマを用いて行われる所定の処理の累積時間は１５００秒以下であってもよく、チャンバ内処理工程の処理時間は３００秒以上であってもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、最初に行われる基板処理工程の前に、チャンバ内処理工程がさらに行われてもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、水素含有ガスは、Ｈ2ガスまたはＨ2Ｏガスの少なくともいずれかを含んでもよい。
また、開示するプラズマ処理方法の１つの実施形態において、酸素含有ガスは、Ｏ2ガス、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、またはＯ3ガスの少なくともいずれかを含んでもよい。
また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、チャンバと、チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、チャンバ内に供給されたガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、ガス供給部およびプラズマ生成部を制御する制御部とを備える。制御部は、基板処理工程とチャンバ内処理工程とを実行する。基板処理工程では、チャンバ内に搬入された被処理基板に対して水素含有ガスのプラズマを用いて所定の処理が行われ、処理後の被処理基板がチャンバ内から搬出される。チャンバ内処理工程では、基板処理工程が少なくとも１回行われた後に、チャンバ内の部材の表面が酸素含有ガスのプラズマで処理される。また、チャンバ内処理工程の後に、再び基板処理工程が少なくとも１回行われる。
以下に、開示するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の本実施形態により、開示されるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置が限定されるものではない。
［プラズマ処理装置１００の構成］
図１は、プラズマ処理装置１００の一例を示す図である。プラズマ処理装置１００は、本体１０および制御部２０を有する。本実施例におけるプラズマ処理装置１００は、被処理基板の一例である半導体ウエハＷ上に形成された有機膜を、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いてアッシング処理する。本実施例において、半導体ウエハＷには、例えば配線となる金属層が形成されている。
本体１０は、例えば内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムによって形成された略円筒形状の気密なチャンバ１０１を有する。チャンバ１０１は接地されている。チャンバ１０１は、上部天板１０２により上下に区画されており、上部天板１０２の上面側が、アンテナ１１３が収容されるアンテナ室１０３となっており、上部天板１０２の下面側が、プラズマが生成される処理室１０４となっている。本実施例において、上部天板１０２は石英で形成されており、処理室１０４の天井壁を構成する。なお、上部天板１０２は、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックスで構成されてもよい。
上部天板１０２の下方には、石英で板状に形成されたイオントラップ１１１が設けられている。イオントラップ１１１は、処理室１０４内の空間を、空間Ｓ１および空間Ｓ２に上下に分割する。イオントラップ１１１は、空間Ｓ１内で生成されたプラズマに含まれるイオンの空間Ｓ２への侵入を抑制する。イオントラップ１１１には、イオントラップ１１１の厚さ方向に貫通する多数の貫通孔１１２が形成されており、空間Ｓ１内で生成されたプラズマに含まれる電子やラジカルは、それぞれの貫通孔１１２を介して空間Ｓ２に侵入することができる。
処理室１０４の側壁１０４ａには、一端が空間Ｓ１に連通し、他端がガス供給機構１２０に連通するガス供給管１２４が設けられている。ガス供給機構１２０から供給されたガスは、ガス供給管１２４を介して、空間Ｓ１内に供給される。ガス供給機構１２０は、ガス供給源１２１ａ〜１２１ｃ、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）１２２ａ〜１２２ｃ、およびバルブ１２３ａ〜１２３ｃを有する。ガス供給機構１２０は、ガス供給部の一例である。
ＭＦＣ１２２ａは、水素含有ガスを供給するガス供給源１２１ａに接続され、ガス供給源１２１ａから供給される水素含有ガスの流量を制御する。本実施例において、ガス供給源１２１ａは、例えばＨ2ガスを供給する。バルブ１２３ａは、ＭＦＣ１２２ａによって流量が制御された水素含有ガスのガス供給管１２４への供給および供給停止を制御する。
ＭＦＣ１２２ｂは、酸素含有ガスを供給するガス供給源１２１ｂに接続され、ガス供給源１２１ｂから供給される酸素含有ガスの流量を制御する。本実施例において、ガス供給源１２１ｂは、例えばＯ2ガスを供給する。バルブ１２３ｂは、ＭＦＣ１２２ｂによって流量が制御された酸素含有ガスのガス供給管１２４への供給および供給停止を制御する。
ＭＦＣ１２２ｃは、希ガスを供給するガス供給源１２１ｃに接続され、ガス供給源１２１ｃから供給される希ガスの流量を制御する。本実施例において、ガス供給源１２１ｃは、例えばＡｒガスを供給する。バルブ１２３ｃは、ＭＦＣ１２２ｃによって流量が制御された希ガスのガス供給管１２４への供給および供給停止を制御する。
アンテナ室１０３内には、アンテナ１１３が配設されている。アンテナ１１３は、銅やアルミニウム等の導電性の高い金属により形成されたアンテナ線１１３ａを有する。アンテナ線１１３ａは、環状や渦巻状等の任意の形状に形成される。アンテナ１１３は絶縁部材で構成されたスペーサ１１７により上部天板１０２から離間している。
アンテナ線１１３ａの端子１１８には、アンテナ室１０３の上方へ延びる給電部材１１６の一端が接続されている。給電部材１１６の他端には、給電線１１９の一端が接続されており、給電線１１９の他端には、整合器１１４を介して高周波電源１１５が接続されている。高周波電源１１５は、整合器１１４、給電線１１９、給電部材１１６、および端子１１８を介して、アンテナ１１３に、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を供給する。これにより、アンテナ１１３の下方にある処理室１０４内の空間Ｓ１に誘導電界が形成され、この誘導電界により、ガス供給管１２４から供給されたガスがプラズマ化され、空間Ｓ１内に誘導結合プラズマが生成される。アンテナ１１３は、プラズマ生成部の一例である。
処理室１０４の底壁には、絶縁性部材により形成されたスペーサ１２６を介して、半導体ウエハＷが載置される載置台１３０が設けられている。載置台１３０は、スペーサ１２６の上に設けられた基材１３１と、基材１３１の上に設けられた静電チャック１３２と、絶縁性部材で形成され、基材１３１および静電チャック１３２の側壁を覆う保護部材１３３とを有する。基材１３１および静電チャック１３２は半導体ウエハＷの形状に対応した円形状をなし、載置台１３０の全体が円筒状に形成されている。スペーサ１２６および保護部材１３３は、アルミナ等の絶縁性セラミックスで構成されている。
静電チャック１３２は、基材１３１の上面に設けられている。静電チャック１３２は、セラミックス溶射膜からなる誘電体層１４５と、誘電体層１４５の内部に埋め込まれた電極１４６とを有する。電極１４６は、例えば板状、膜状、格子状、網状等種々の形態をとることができる。電極１４６には、給電線１４７を介して直流電源１４８が接続されており、直流電源１４８から供給された直流電圧が印加される。直流電源１４８から給電線１４７を介して電極１４６に印加される直流電圧は、スイッチ（図示せず）により制御される。直流電源１４８から印加される直流電圧により、電極１４６にクーロン力やジョンセン・ラーベック力等の静電吸着力が発生し、静電チャック１３２上に載置された半導体ウエハＷが静電チャック１３２の上面に吸着保持される。静電チャック１３２の誘電体層１４５としては、Ａｌ2Ｏ3やＹ2Ｏ3等を用いることができる。
なお、載置台１３０の基材１３１内には、半導体ウエハＷの温度を制御するための温度調節機構および温度センサ（いずれも図示せず）が設けられている。また、処理室１０４の側壁１０４ａ内にも、処理室１０４内のガスの温度を制御するための温度調節機構および温度センサ（いずれも図示せず）が設けられている。また、本体１０には、載置台１３０に半導体ウエハＷが載置された状態で、半導体ウエハＷと載置台１３０との間の熱伝達量を調節するための伝熱ガス、例えばＨｅガスを、半導体ウエハＷと載置台１３０との間に供給する伝熱ガス供給機構（図示せず）が設けられている。さらに、載置台１３０には、半導体ウエハＷの受け渡しを行うための複数の昇降ピン（図示せず）が静電チャック１３２の上面に対して突没可能に設けられている。
処理室１０４の側壁１０４ａには、半導体ウエハＷを処理室１０４内へ搬入し、半導体ウエハＷを処理室１０４内から搬出するための搬入出口１５５が設けられており、搬入出口１５５はゲートバルブＧによって開閉可能となっている。ゲートバルブＧが開状態に制御されることにより、搬入出口１５５を介して半導体ウエハＷの搬入および搬出が可能となる。
処理室１０４の底壁には排気口１５９が形成されており、排気口１５９には排気機構１６０が設けられている。排気機構１６０は、排気口１５９に接続された排気管１６１と、排気管１６１の開度を調整することにより処理室１０４内の圧力を制御するＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１６２と、排気管１６１を介して処理室１０４内を排気するための真空ポンプ１６３とを有する。真空ポンプ１６３により処理室１０４内が排気され、プラズマによるエッチング処理中において、ＡＰＣバルブ１６２の開度が調整されることにより、処理室１０４内が所定の真空度に維持される。
制御部２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを有する。制御部２０内のプロセッサは、制御部２０内のメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、本体１０の各部を制御する。制御部２０によって行われる具体的な処理については、後述する。
［比較例におけるプラズマ処理］
ここで、比較例におけるプラズマ処理について説明する。図２は、比較例におけるプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。以下では、比較例におけるプラズマ処理が図１に示したプラズマ処理装置１００を用いて行われる場合について説明する。
まず、チャンバ１０１内のコンディショニングが行われる（Ｓ１００）。ステップＳ１００は、チャンバ１０１内に半導体ウエハＷが搬入されていない状態において、後述するアッシング処理と同様の処理を行うことにより、温度等のチャンバ１０１内の環境を、後述するアッシング処理における環境に近づける処理である。
具体的には、制御部２０は、ＡＰＣバルブ１６２および真空ポンプ１６３を制御し、処理室１０４内を所定の真空度（例えば２．５Ｔｏｒｒ）まで排気する。そして、制御部２０は、バルブ１２３ａを開状態に制御し、ガス供給源１２１ａから供給されるＨ2ガスが所定の流量（例えば５００ｓｃｃｍ）となるようにＭＦＣ１２２ａを制御する。また、制御部２０は、バルブ１２３ｃを開状態に制御し、ガス供給源１２１ｃから供給されるＡｒガスが所定の流量（例えば６２００ｓｃｃｍ）となるようにＭＦＣ１２２ｃを制御する。これにより、ガス供給管１２４を介して、処理室１０４内の空間Ｓ１にＨ2ガスおよびＡｒガスの混合ガスが供給される。そして、制御部２０は、図示しない温度調整機構を制御して、基材１３１や処理室１０４の側壁１０４ａを所定の温度に調節することにより、処理室１０４内を所定の温度に制御する。
そして、制御部２０は、高周波電源１１５を制御して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を所定の電力（例えば３０００Ｗ）でアンテナ１１３に印加させる。これにより、上部天板１０２を介して、アンテナ１１３の下方の処理室１０４内に磁界が発生し、発生した磁界によって処理室１０４内に誘導電界が発生する。これにより、誘導電界によって処理室１０４の空間Ｓ１内の電子が加速され、加速された電子が、空間Ｓ１内に供給されたＨ2ガスの分子や原子と衝突することにより、空間Ｓ１内に誘導結合プラズマが生成される。以下では、Ｈ2ガスおよびＡｒガスの混合ガスのプラズマをＨ2プラズマと記載する。
制御部２０は、ステップＳ１００において、Ｈ2プラズマを所定時間（例えば１２０秒間）生成する。ステップＳ１００においてＨ2プラズマが生成される時間は、ステップＳ１０２において後述されるアッシング処理の時間と同じ長さであってもよく、アッシング処理の時間より短くてもよい。そして、制御部２０は、バルブ１２３ａおよび１２３ｃを閉状態に制御し、処理室１０４内のＨ2ガスおよびＡｒガスを排気する。
次に、ゲートバルブＧが開かれ、半導体ウエハＷが処理室１０４内に搬入される（Ｓ１０１）。そして、半導体ウエハＷが、静電チャック１３２上に載置され、ゲートバルブＧが閉じられる。そして、制御部２０は、図示しないスイッチを制御して直流電源１４８からの直流電圧を給電線１４７を介して電極１４６に印加させる。これにより、半導体ウエハＷが静電チャック１３２の上面に吸着保持される。そして、制御部２０は、図示しない温度調整機構を制御して、半導体ウエハＷを所定の温度に調節する。
次に、静電チャック１３２上の半導体ウエハＷに対して、半導体ウエハＷ上の有機物を除去するアッシング処理が行われる（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２におけるアッシング処理は、ステップＳ１００におけるコンディショニングと同様の処理であるため、詳細な説明は省略する。
ステップＳ１０２のアッシング処理が所定時間（例えば１２０秒間）実行された後、制御部２０は、バルブ１２３ａおよび１２３ｃを閉状態に制御し、処理室１０４内のＨ2ガスおよびＡｒガスを排気する。そして、ゲートバルブＧが開かれ、半導体ウエハＷが処理室１０４内から搬出される（Ｓ１０３）。そして、制御部２０は、未処理の半導体ウエハＷがあるか否かを判定する（Ｓ１０４）。未処理の半導体ウエハＷがある場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、再びステップＳ１０１に示した処理が実行される。一方、未処理の半導体ウエハＷがない場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、即ち、処理対象の半導体ウエハＷのアッシング処理が全て終了した場合、本フローチャートに示す処理は終了する。
［比較例における上部天板１０２の状態］
次に、比較例においてアッシング処理が行われた後の上部天板１０２の厚さを測定した。比較例では、約１００００枚の半導体ウエハＷについてＨ2プラズマを用いたアッシング処理が行われた。図３は、厚さが測定された上部天板１０２の位置を示す図である。図３は、上部天板１０２の下面（即ち空間Ｓ１側）を示している。例えば図３に示すように、（１）〜（２５）の合計２５カ所において、約１００００枚の半導体ウエハＷについてＨ2プラズマを用いたアッシング処理を行った後の上部天板１０２の厚さを測定した。なお、図３における（２６）〜（３３）の各位置は、処理室１０４の側壁１０４ａの上端に接触している部分であり（図１参照）、空間Ｓ１内のＨ2プラズマに晒されていない部分である。
図４は、上部天板１０２の各位置における厚さの測定結果の一例を示す図である。図４に示された「基準値との差」とは、（２６）〜（３３）の各位置における上部天板１０２の厚さの平均を基準値とし、当該基準値と（１）〜（２５）の各位置の厚さとの差である。表面が削れている上部天板１０２の位置では、その位置における「基準値との差」がマイナスの値となり、表面に反応副生成物（以下、デポと記載する）が積層されている上部天板１０２の位置では、その位置における「基準値との差」がプラスの値となる。
例えば図４に示すように、（１）、（４）、（７）、（１０）、（１９）、および（２２）の各位置では、基準値との差がマイナスとなっており、これらの位置では、上部天板１０２の表面が削れていることが分かった。また、（３）、（６）、（９）、（１２）、（１５）、（１８）、（２１）、および（２４）の各位置では、基準値との差がプラスとなっており、上部天板１０２の表面にデポが積層していることが分かった。また、（３）、（６）、（９）、（１２）、（１５）、（１８）、（２１）、および（２４）の各位置では、基準値との差の値が他の位置の差の値より大きく、デポの積層により茶色に変色していた。
次に、デポによる変色が見られた位置の上部天板１０２について、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer）を用いて、表面におけるシリコン元素に対する酸素元素の比率を測定した。図５は、上部天板１０２の表層におけるシリコン元素に対する酸素元素の比率の測定結果の一例を示す図である。図５において、深さが０〜２μｍの範囲は、空間の測定値であり、深さ２μｍの位置が上部天板１０２の表面の位置となっている。
例えば図５を参照すると、深さが２〜１０μｍの範囲では、深さが１０μｍ以上の範囲に比べて、シリコン元素に対する酸素元素の比率が低下している。即ち、深さが２〜１０μｍの範囲には、上部天板１０２の母材とは異なる材質のデポが積層されており、そのデポにおけるシリコン元素に対する酸素元素の比率は、上部天板１０２の母材におけるシリコン元素に対する酸素元素の比率よりも低いことが分かった。
これをモデルを用いて説明すると、例えば図６のようになる。図６は、Ｈ2プラズマを用いたアッシング処理によりパーティクルが発生する過程の一例を示す模式図である。図６において、ハッチングが付された丸は、シリコン（Ｓｉ）元素を示し、白丸は、酸素（Ｏ）元素を示し、黒丸は、水素（Ｈ）原子または水素ラジカルを示している。
例えば図６（ａ）に示すように、初期状態では、上部天板１０２の母材は、Ｓｉ元素とＯ元素とが結合した結晶構造となっている。この状態で、Ｈ2プラズマによるアッシング処理が行われると、上部天板１０２の表面がＨ2プラズマに晒され、例えば図６（ｂ）に示すように、Ｈ2プラズマに含まれるＨラジカルが上部天板１０２の表面から上部天板１０２の結晶中に侵入する。
そして、上部天板１０２の結晶中に侵入したＨラジカルは、例えば図６（ｃ）に示すように、Ｈラジカルによる還元作用によって、上部天板１０２の結晶中のＳｉ元素とＯ元素との結合を切断し、Ｓｉ元素やＯ元素と結びつく。そして、Ｈラジカルと結びついたＯ元素は、水分子（Ｈ2Ｏ）となって上部天板１０２から離脱する。Ｏ元素が離脱した上部天板１０２の結晶は、脆弱となる。そして、Ｈ2プラズマによりアッシング処理が繰り返されると、プラズマからの入熱によって更に結合が切断されたり、熱応力によって上部天板１０２に歪みが生じたり、プラズマからのイオンの入射によるスパッタリングによって、例えば図６（ｄ）に示すように、やがて表面の一部がＳｉ含有物質のパーティクルとなって剥がれ落ちる。
これにより、表面からＳｉ含有物質が剥がれた位置の上部天板１０２の厚さは、基準値よりも薄くなり、他の位置から剥がれたＳｉ含有物質が表面に積もった位置の上部天板１０２の厚さは、基準値よりも厚くなっていると考えられる。上部天板１０２の厚さが部分的に異なると、空間Ｓ１内に生成されるプラズマの分布など、プロセスの特性が変化する。また、上部天板１０２の表面から剥がれたＳｉ含有物質は、パーティクルとなって空間Ｓ１内を漂い、やがてイオントラップ１１１の貫通孔１１２から空間Ｓ２内に侵入する。そして、空間Ｓ２内に侵入したパーティクルは、半導体ウエハＷ上に付着し、半導体ウエハＷの特性劣化を引き起こす場合がある。
そこで、本実施例では、Ｈ2プラズマを用いたアッシング処理により発生するパーティクルを抑制するため、Ｏ2プラズマにより上部天板１０２の表面を処理する。図７は、Ｈ2プラズマを用いたアッシング処理の後のＯ2プラズマを用いた処理によりパーティクルが減少する過程の一例を説明する模式図である。
例えば図７（ａ）に示す初期状態の上部天板１０２が、アッシング処理によりＨ2プラズマに晒されると、例えば図７（ｂ）に示すように、Ｈ2プラズマに含まれるＨラジカルが上部天板１０２の表面から上部天板１０２の結晶中に侵入する。そして、上部天板１０２の結晶中に侵入したＨラジカルは、例えば図７（ｃ）に示すように、上部天板１０２の結晶中のＳｉ元素とＯ元素との結合を切断し、Ｈラジカルと結びついたＯ元素は、Ｈ2Ｏ分子となって上部天板１０２から離脱する。Ｏ元素が離脱した上部天板１０２の結晶は、脆弱となる。
本実施例では、Ｈ2プラズマによるアッシング処理が行われた後、処理室１０４の空間Ｓ１内でＯ2プラズマを生成する。これにより、例えば図７（ｅ）に示すように、Ｏ2プラズマ中のＯラジカルが、Ｏ元素が離脱した上部天板１０２の表面に侵入する。そして、上部天板１０２に侵入したＯラジカルの酸化効果によって、上部天板１０２の結晶中のＳｉ元素とＨ元素との結合が切断され、Ｏラジカルは、Ｓｉ元素やＨ元素と結びつく。
上部天板１０２内に侵入したＯラジカルと結びついたＨ元素は、例えば図７（ｆ）に示すように、Ｈ2Ｏ分子となって上部天板１０２から離脱する。また、上部天板１０２内に侵入したＯラジカルと結びついたＳｉ元素は、再び酸化し、ＳｉＯの結晶を再構成する。これにより、上部天板１０２の表面の脆弱性を回復することができる。
［実施例におけるプラズマ処理］
次に、本実施例におけるプラズマ処理の一例について説明する。図８は、実施例におけるプラズマ処理の一例を示すフローチャートである。
まず、上部天板１０２等のチャンバ１０１内の部品の表面処理が行われる（Ｓ２００）。具体的には、制御部２０は、ＡＰＣバルブ１６２および真空ポンプ１６３を制御し、処理室１０４内を所定の真空度（例えば２．５Ｔｏｒｒ）まで排気する。そして、制御部２０は、バルブ１２３ｂを開状態に制御し、ガス供給源１２１ｂから供給されるＯ2ガスが所定の流量（例えば６５００ｓｃｃｍ）となるようにＭＦＣ１２２ｂを制御する。これにより、ガス供給管１２４を介して、処理室１０４内の空間Ｓ１にＯ2ガスが供給される。
そして、制御部２０は、高周波電源１１５を制御して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を所定の電力（例えば３０００Ｗ）でアンテナ１１３に印加させ、処理室１０４内に発生した誘導電界により、空間Ｓ１内にＯ2プラズマを生成する。制御部２０は、ステップＳ２００において、Ｏ2プラズマを所定時間（例えば３００秒間）生成する。これにより、チャンバ１０１内の石英で構成された上部天板１０２等の部材の表面がＯ2プラズマにより処理される。これにより、図７に示す処理の開始前までの間に、石英で構成された上部天板１０２等の部材の表面に付着したＨ元素が除去される。ステップＳ２００の処理は、チャンバ内処理工程の一例である。
次に、チャンバ１０１内のコンディショニングが行われる（Ｓ２０１）。ステップＳ２０１の処理は、チャンバ１０１内に半導体ウエハＷが搬入されていない状態において、後述するアッシング処理と同様の処理を行うことにより、温度等のチャンバ１０１内の環境を、後述するアッシング処理における環境に近づける処理である。ステップＳ２０１の処理は、準備工程の一例である。なお、ステップＳ２０１におけるコンディショニングの処理は、以下の点を除き、比較例におけるステップＳ１００（図２参照）の処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。即ち、ステップＳ２０１におけるコンディショニングの処理では、Ｈ2ガスの流量が例えば２０００ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量が例えば９２００ｓｃｃｍであり、高周波電力が２０００Ｗである点が、比較例におけるステップＳ１００の処理とは異なる。
制御部２０は、ステップＳ２０１において、Ｈ2プラズマを所定時間（例えば１２０秒間）生成した後、バルブ１２３ａおよび１２３ｃを閉状態に制御し、処理室１０４内のＨ2ガスおよびＡｒガスを排気する。なお、ステップＳ２０１においてＨ2プラズマが生成される時間は、ステップＳ２０４において後述されるアッシング処理の時間と同じ長さであってもよく、当該アッシング処理より短くてもよい。
次に、制御部２０は、Ｈ2プラズマの累積時間を計測するための変数Ｔを、ステップＳ２０１におけるＨ2プラズマの処理時間Ｔ0で初期化する（Ｓ２０２）。そして、ゲートバルブＧが開かれ、半導体ウエハＷが処理室１０４内に搬入される（Ｓ２０３）。そして、半導体ウエハＷが、静電チャック１３２上に載置され、ゲートバルブＧが閉じられる。そして、制御部２０は、図示しないスイッチを制御して直流電源１４８からの直流電圧を給電線１４７を介して電極１４６に印加させる。これにより、半導体ウエハＷが静電チャック１３２の上面に吸着保持される。そして、制御部２０は、図示しない温度調整機構を制御して、半導体ウエハＷを所定の温度に調節する。
次に、静電チャック１３２上の半導体ウエハＷに対して、半導体ウエハＷ上の有機物を除去するアッシング処理が行われる（Ｓ２０４）。なお、ステップＳ２０４におけるアッシング処理は、以下の点を除き、比較例におけるステップＳ１０２（図２参照）のアッシング処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。即ち、ステップＳ２０４におけるアッシング処理では、Ｈ2ガスの流量が例えば２０００ｓｃｃｍであり、Ａｒガスの流量が例えば９２００ｓｃｃｍであり、高周波電力が２０００Ｗであり、処理時間が例えば６０秒である点が、比較例におけるステップＳ１０２の処理とは異なる。ステップＳ２０４の処理は、基板処理工程の一例である。
ステップＳ２０４のアッシング処理が所定時間実行された後、制御部２０は、バルブ１２３ａおよび１２３ｃを閉状態に制御し、処理室１０４内のＨ2ガスおよびＡｒガスを排気する。そして、ゲートバルブＧが開かれ、半導体ウエハＷが処理室１０４内から搬出される（Ｓ２０５）。そして、制御部２０は、変数Ｔに、ステップＳ２０４におけるＨ2プラズマの処理時間Ｔ1を加算する（Ｓ２０６）。
次に、制御部２０は、変数Ｔの値が所定の閾値Ｔthより大きいか否かを判定する（Ｓ２０７）。本実施例において、閾値Ｔthは、例えば１５００秒である。変数Ｔの値が閾値Ｔth以下である場合（Ｓ２０７：Ｎｏ）、再びステップＳ２０３に示した処理が実行される。
一方、変数Ｔの値が閾値Ｔthより大きい場合（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、上部天板１０２等のチャンバ１０１内の部品の表面処理が行われる（Ｓ２０８）。ステップＳ２０８における処理は、ステップＳ２００において説明した処理と同様であるため、詳細な説明を省略する。ステップＳ２０８の処理は、チャンバ内処理工程の一例である。
次に、制御部２０は、未処理の半導体ウエハＷがあるか否かを判定する（Ｓ２０９）。未処理の半導体ウエハＷがある場合（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、再びステップＳ２０１に示した処理が実行される。一方、未処理の半導体ウエハＷがない場合（Ｓ２０９：Ｎｏ）、即ち、処理対象の半導体ウエハＷのアッシング処理が全て終了した場合、本フローチャートに示す処理は終了する。
なお、本実施例では、ステップＳ２００およびステップＳ２０８の後にステップＳ２０１が実行される。これにより、ステップＳ２００またはＳ２０８において生成されたＯ2プラズマによって処理室１０４内の部材の表面に過剰に付着したＯ元素を除去することができる。そのため、ステップＳ２０３において処理室１０４内に搬入された半導体ウエハＷにＯ元素が付着することを抑制することができる。従って、Ｏ元素による半導体ウエハＷ上の金属層の汚染を抑制することができる。
［半導体ウエハＷ上のパーティクルの数］
図９は、Ｈ2プラズマの累積時間に対するパーティクルの個数の一例を示す図である。例えば図９に示すように、Ｏ2プラズマにより処理を行わない比較例では、全般的に本実施例よりもパーティクルの数が多い。また、比較例では、Ｈ2プラズマの累積時間が長くなるほどパーティクル数が多くなる傾向にある。
一方、Ｈ2プラズマの累積時間が所定時間に達する都度、Ｏ2プラズマによる処理を行う本実施例の方法では、全般的に比較例よりもパーティクルの数が少ない。また、本実施例では、Ｈ2プラズマの累積時間が長くなっても、パーティクルが増加する傾向は見られず、少ないパーティクル数で安定している。従って、本実施例のプラズマ処理方法によれば、Ｈ2プラズマを用いたアッシング処理において、パーティクルの発生を抑制することができる。
［Ｈ2プラズマおよびＯ2プラズマの処理時間の関係］
次に、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔと、Ｏ2プラズマの処理時間Ｔ2との関係について、実験を行った。累積時間Ｔとは、Ｏ2プラズマの処理と次のＯ2プラズマの処理との間で行われるＨ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間である。また、処理時間Ｔ2とは、図８に示したステップＳ２０８において行われるＯ2プラズマの１回あたりの処理時間である。なお、以下では、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔに対する、Ｏ2プラズマの処理時間Ｔ2の比率を、単に処理時間の比率と記載する。
実験では、イオントラップ１１１の上面（空間Ｓ１側の面）に、ＳｉＯ2で構成されたテストピースを配置し、２００枚の半導体ウエハＷについてアッシング処理を行った後に、テストピース上に積層されたデポの厚さを測定した。実験における各条件および実験結果を図１０に示す。図１０は、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間ＴとＯ2プラズマの処理時間Ｔ2との比率を変えた場合のデポの厚さを測定した実験結果の一例を示す図である。図１１は、処理時間の比率に対するデポの厚さを示すグラフである。
例えば条件１では、図１０に示すように、半導体ウエハＷ１枚あたりのＨ2プラズマの処理時間Ｔ1が１２０秒であり、２５枚の半導体ウエハＷ毎にＯ2プラズマによる処理が行われるので、累積時間Ｔは１２０秒×２５＝３０００秒となる。また、条件１では、１回あたりのＯ2プラズマの処理時間Ｔ2が３０秒なので、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔに対する、Ｏ2プラズマの処理時間Ｔ2の比率は、（３０秒／３０００秒）×１００＝１％となる。他の条件における比率の算出方法についても同様である。
図１０を参照すると、Ｏ2プラズマの処理を行わない比較例では、テストピースに積層されたデポの厚さは１１３．０ｎｍであった。これに対し、Ｈ2プラズマの処理が所定時間行われる毎にＯ2プラズマによる処理を行う条件１〜６では、いずれにおいても、テストピースに積層されたデポの厚さは比較例よりもずっと少ない。
また、図１１を参照すると、近似直線３０に示すように、処理時間の比率が大きくなるほど、テストピースに積層されるデポの厚さが小さくなる傾向にあることが分かる。なお、図１１では、条件１〜６のそれぞれにおいて測定されたデポの厚さがプロットされており、比較例の測定結果についてはプロットされていない。
図９に示した実験結果は、図１０に示した条件５に対応する。即ち、図９に示した実験結果は、Ｈ2プラズマおよびＯ2プラズマにおける処理時間の比率が２０％の実験結果に対応する。そして、図１１を参照すると、処理時間の比率が大きくなるほど、テストピースに積層されるデポの厚さが小さくなる傾向にある。テストピースに積層されるデポの厚さが小さくなるということは、チャンバ１０１内に漂うパーティクルの量が少なくなることに対応する。従って、処理時間の比率が２０％以上であれば、半導体ウエハＷ上に付着するパーティクルの量をさらに低減することができる。そのため、Ｈ2プラズマおよびＯ2プラズマにおける処理時間の比率は、２０％以上であることが好ましい。
また、図９に示した実験結果では、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔは１５００秒であり、１回あたりのＯ2プラズマの処理時間Ｔ2は３００秒であった。そのため、処理時間の比率を２０％以上とするためには、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔは、１５００秒以下であることが好ましく、Ｏ2プラズマの処理時間Ｔ2は、３００秒以上であることが好ましい。
なお、上部天板１０２がＨ2プラズマに長時間晒されると、水素元素が上部天板１０２の表面からより奥に侵入する。これに対して、図７に示したように、酸素元素は水素元素より大きいため、酸素元素は、水素元素ほど上部天板１０２の奥に侵入しにくい。そのため、Ｏ2プラズマにより上部天板１０２の水素元素を取り除くには、Ｈ2プラズマに晒され、上部天板１０２の結晶中のＳｉ元素とＯ元素との結合が切断される箇所の深さが、あまり深くないことが好ましい。すなわち、上部天板１０２がＨ2プラズマに晒される時間をあまり長くし過ぎないことが好ましい。この点においても、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔは、１５００秒以下であることが好ましい。
また、Ｏ2プラズマを用いない場合であっても、Ｈ2プラズマにおけるＨ2ガスおよびＡｒガスのそれぞれの流量、ならびに、高周波電源１１５からアンテナ１１３に印加される電力を最適化することにより、テストピースに積層されるデポの厚さを１２〜１３ｎｍ程度（図１１に示した破線）まで小さくすることが可能であった。しかし、この場合であっても、本実施例において、例えば図１１に示すように、Ｈ2プラズマおよびＯ2プラズマにおける処理時間の比率を２５％以上とすることにより、Ｏ2プラズマを用いない場合に比べてデポの厚さを小さくすることが可能である。
従って、Ｈ2プラズマおよびＯ2プラズマにおける処理時間の比率は、２５％以上であることがより好ましい。また、図１１において、処理時間の比率が２５％の位置にプロットされた測定値は、図１０の条件６に対応する測定値である。図１０の条件６では、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔが１２０秒であり、１回あたりのＯ2プラズマの処理時間Ｔ2は３０秒である。そのため、処理時間の比率を２５％以上とするためには、Ｈ2プラズマの処理時間Ｔ1の累積時間Ｔは、１２０秒以下であることが好ましく、Ｏ2プラズマの処理時間Ｔ2は、３０秒以上であることが好ましい。
［制御部２０のハードウェア］
図１２は、制御部２０のハードウェアの一例を示す図である。制御部２０は、例えば図１２に示すように、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３、補助記憶装置２４、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２６、およびメディアインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２７を備える。
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３または補助記憶装置２４に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ２３は、制御部２０の起動時にＣＰＵ２１によって実行されるブートプログラムや、制御部２０のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。
補助記憶装置２４は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）等であり、ＣＰＵ２１によって実行されるプログラムおよび当該プログラムによって使用されるデータ等を格納する。ＣＰＵ２１は、補助記憶装置２４内に格納されたプログラムを、例えば補助記憶装置２４から読み出してＲＡＭ２２上にロードし、ロードされたプログラムを実行する。通信Ｉ／Ｆ２５は、通信ケーブルを介して本体１０の各部から信号を受信してＣＰＵ２１へ送り、ＣＰＵ２１が生成した信号を、通信ケーブルを介して本体１０の各部へ送信する。
ＣＰＵ２１は、入出力Ｉ／Ｆ２６を介して、ディスプレイ等の出力装置、および、キーボードやマウス等の入力装置を制御する。ＣＰＵ２１は、入出力Ｉ／Ｆ２６を介して、入力装置からデータを取得する。また、ＣＰＵ２１は、生成したデータを、入出力Ｉ／Ｆ２６を介して出力装置へ出力する。
メディアＩ／Ｆ２７は、記録媒体２８に格納されたプログラムまたはデータ等を読み取り、補助記憶装置２４に格納する。記録媒体２８は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。なお、制御部２０は、補助記憶装置２４に格納されるプログラム等を、他の装置から、通信ケーブル等を介して取得し、取得したプログラム等を補助記憶装置２４に格納してもよい。
以上、プラズマ処理装置１００の実施例について説明した。上記説明から明らかなように、本実施例のプラズマ処理装置１００によれば、Ｈ2ガスのプラズマを用いたアッシング処理よるパーティクルの発生を抑えることができる。
［その他］
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、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
例えば、上記した実施例では、水素含有ガスとしてＨ2ガスを例に説明したが、開示の技術はこれに限られず、水素含有ガスとしては、例えばＨ2ガスおよびＨ2Ｏガスの少なくともいずれかを含むガスを用いることができる。
また、上記した実施例では、酸素含有ガスとしてＯ2ガスを例に説明したが、開示の技術はこれに限られず、酸素含有ガスとしては、例えばＯ2ガス、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、またはＯ3ガスの少なくともいずれかを含むガスを用いることができる。
また、上記した実施例では、シリコン酸化物である石英で構成された上部天板１０２の消耗について説明したが、Ａｌ2Ｏ3やＹ2Ｏ3などの金属酸化物を材料としたセラミック材料で構成された上部天板や、シリコン含有物質や金属酸化物で構成されたチャンバ１０１内の部品であれば、本実施例の技術を適用することにより、部品の消耗を抑制することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、上記した実施例では、水素含有ガスのプラズマを用いて半導体ウエハＷに対して行われる処理の一例としてアッシング処理を説明したが、エッチングや成膜等、水素含有ガスのプラズマを用いて半導体ウエハＷに対して行われる他の処理においても、石英等で構成されたチャンバ１０１内の部品が消耗し、パーティクルの発生原因となる。そのため、水素含有ガスのプラズマを用いて半導体ウエハＷに対して行われる他の処理においても、当該処理の合間に、上記した実施例のように、チャンバ１０１内でＯ2プラズマを生成することにより、部品の消耗を抑制することができ、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、上記した実施例では、プラズマ源として誘導結合プラズマを用いて半導体ウエハＷに対して処理を行うプラズマ処理装置１００を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて半導体ウエハＷに対して処理をプラズマ処理装置１００であれば、プラズマ源は誘導結合プラズマに限られず、例えば、容量結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマなど、任意のプラズマ源を用いることができる。
Ｓ１、Ｓ２ 空間
Ｗ 半導体ウエハ
１００ プラズマ処理装置
１０ 本体
１０１ チャンバ
１０２ 上部天板
１０３ アンテナ室
１０４ 処理室
１１１ イオントラップ
１１３ アンテナ
１２０ ガス供給機構
１２１ ガス供給源
１２２ ＭＦＣ
１２３ バルブ
１６０ 排気機構
２０ 制御部

Claims (7)

  1. チャンバ内に搬入された被処理基板に対して水素含有ガスのプラズマを用いて所定の処理を行い、処理後の前記被処理基板を前記チャンバ内から搬出する基板処理工程と、
    前記基板処理工程が少なくとも１回行われた後に、前記チャンバ内の部材の表面を酸素含有ガスのプラズマで処理するチャンバ内処理工程と、
    前記チャンバ内処理工程の後、再び前記基板処理工程が行われる前に、前記チャンバ内で水素含有ガスのプラズマを生成する準備工程と
    を含み、
    少なくとも１回の前記基板処理工程と、前記チャンバ内処理工程とは、交互に実行され、
    前記チャンバ内処理工程と次の前記チャンバ内処理工程との間に行われる前記基板処理工程において前記水素含有ガスのプラズマを用いて行われる前記所定の処理の累積時間に対する、１回の前記チャンバ内処理工程の処理時間の比率は２０％以上であることを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 前記被処理基板の表面には有機物が付着しており、
    前記基板処理工程では、前記水素含有ガスのプラズマを用いて、前記被処理基板の表面に付着している前記有機物が除去されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記チャンバ内処理工程と次の前記チャンバ内処理工程との間に行われる前記基板処理工程において前記水素含有ガスのプラズマを用いて行われる前記所定の処理の累積時間は１５００秒以下であり、前記チャンバ内処理工程の処理時間は３００秒以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理方法。
  4. 最初に行われる前記基板処理工程の前に、前記チャンバ内処理工程がさらに行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記水素含有ガスは、Ｈ2ガスまたはＨ2Ｏガスの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  6. 酸素含有ガスは、Ｏ2ガス、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、またはＯ3ガスの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
  7. チャンバと、
    前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
    前記チャンバ内に供給されたガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    前記ガス供給部および前記プラズマ生成部を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記チャンバ内に搬入された被処理基板に対して水素含有ガスのプラズマを用いて所定の処理を行い、処理後の前記被処理基板を前記チャンバ内から搬出する基板処理工程と、
    前記基板処理工程が少なくとも１回行われた後に、前記チャンバ内の部材の表面を酸素含有ガスのプラズマで処理するチャンバ内処理工程と、
    前記チャンバ内処理工程の後、再び前記基板処理工程が行われる前に、前記チャンバ内で水素含有ガスのプラズマを生成する準備工程と
    を実行し、
    少なくとも１回の前記基板処理工程と、前記チャンバ内処理工程とは、交互に実行され、
    前記チャンバ内処理工程と次の前記チャンバ内処理工程との間に行われる前記基板処理工程において前記水素含有ガスのプラズマを用いて行われる前記所定の処理の累積時間に対する、１回の前記チャンバ内処理工程の処理時間の比率は２０％以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7190948B2 (ja) 2019-03-22 2022-12-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US20220172931A1 (en) * 2020-11-27 2022-06-02 Changxin Memory Technologies, Inc. Method of Processing an Etching Machine
CN114563922B (zh) * 2020-11-27 2023-07-04 长鑫存储技术有限公司 刻蚀机台的处理方法
JP7500450B2 (ja) * 2021-01-21 2024-06-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040237997A1 (en) * 2003-05-27 2004-12-02 Applied Materials, Inc. ; Method for removal of residue from a substrate
JP4558296B2 (ja) * 2003-09-25 2010-10-06 東京エレクトロン株式会社 プラズマアッシング方法
JP4588391B2 (ja) 2004-09-01 2010-12-01 芝浦メカトロニクス株式会社 アッシング方法及びアッシング装置
US7575007B2 (en) * 2006-08-23 2009-08-18 Applied Materials, Inc. Chamber recovery after opening barrier over copper
US20080083701A1 (en) * 2006-10-04 2008-04-10 Mks Instruments, Inc. Oxygen conditioning of plasma vessels
JP5006938B2 (ja) * 2007-11-02 2012-08-22 キヤノンアネルバ株式会社 表面処理装置およびその基板処理方法
JP5189859B2 (ja) 2008-03-05 2013-04-24 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法
JP2011003823A (ja) 2009-06-22 2011-01-06 Panasonic Corp プラズマ処理装置およびその使用方法
US20130048606A1 (en) * 2011-08-31 2013-02-28 Zhigang Mao Methods for in-situ chamber dry clean in photomask plasma etching processing chamber
JP5848626B2 (ja) 2012-02-03 2016-01-27 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
TWI584370B (zh) * 2013-08-27 2017-05-21 Tokyo Electron Ltd A substrate processing method, a substrate processing apparatus, and a memory medium
JP6284786B2 (ja) * 2014-02-27 2018-02-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置のクリーニング方法
JP6360770B2 (ja) * 2014-06-02 2018-07-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
US9543157B2 (en) * 2014-09-30 2017-01-10 Infineon Technologies Ag Method for processing a carrier, a method for operating a plasma processing chamber, and a method for processing a semiconductor wafer
US9355922B2 (en) * 2014-10-14 2016-05-31 Applied Materials, Inc. Systems and methods for internal surface conditioning in plasma processing equipment
JP2016111033A (ja) 2014-12-02 2016-06-20 東京エレクトロン株式会社 アッシング処理を行う方法

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