JP7058545B2 - ガス供給管のクリーニング方法および処理システム - Google Patents

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Description

本開示の種々の側面および実施形態は、ガス供給管のクリーニング方法および処理システムに関する。
半導体装置等の製造においては、半導体ウエハ(以下、ウエハと記載する)に対して処理ガスを用いてエッチングや成膜等の処理が行われる。処理ガスの流量は、処理後のウエハの特性に大きく影響するため、処理ガスの流量を制御する流量制御器には、高い精度が求められる。そのため、流量制御器は、定期的に校正される。流量制御器は、例えば、処理ガスを処理チャンバに供給するガス供給管の容積を用いて校正される。
また、エッチングや成膜等の処理には、ハロゲン含有ガスなどの腐食性の高いガスが用いられる場合がある。その場合、処理ガスによりガス供給管の内壁が損傷する場合がある。これを防止するために、ハロゲン含有処理ガスに対する耐性を有する材料により、ガス供給管の内壁をコーティングする技術が知られている(例えば、下記の特許文献1参照)。
特許第5855644号公報
ところで、処理ガスの種類によっては、ガス供給管内に存在する水分や残留ガスと反応し、ガス供給管内に固体が生成されることがある。例えば、ガス供給管内にNH3ガスとCl2ガスとが存在すると、ガス供給管内にNH4Clが生成されることがある。このような固体は、ガス供給管に接続されている流量制御器やバルブ等の内部にも生成される。ガス供給管等に固体が生成されてしまうと、流量制御器による処理ガスの流量の制御量に誤差が生じることがある。
例えば、ガス供給管の容積を基準とするビルドアップ法により流量制御器が校正された場合には、ガス供給管の容積が変化することで流量の制御量がずれることがある。また、オリフィスの前後の圧力差に基づいて流量を制御する流量制御器では、生成された固体によりオリフィスの開口が狭くなり、流量の制御量がずれることがある。また、熱式の流量制御器では、配管内に付着した固体により配管の熱分布が変化するため、流量の制御量がずれることがある。
また、ガス供給管内に生成された固体が成長し、やがてパーティクルとなってガス供給管内を流れ、バルブ等の機器に付着し、機器の誤動作を招くことがある。また、ガス供給管内を流れたパーティクルが、処理チャンバ内に侵入し、ウエハに付着して不良の原因となることがある。
本開示の一側面は、ガス供給管のクリーニング方法であって、皮膜形成工程と、除去工程とを含む。皮膜形成工程では、ガス供給管内に、第1の化合物を含む第1のガスおよび第2の化合物を含む第2のガスが供給されている状態で、ガス供給管の温度が第1の温度に制御されることにより、ガス供給管の内壁に、第1の化合物と第2の化合物との重合により化合物の皮膜が形成される。第1の温度は、第1の化合物と第2の化合物とが重合する温度である。除去工程では、皮膜が形成されたガス供給管を介して処理チャンバ内に供給された処理ガスにより、チャンバ内の被処理体に所定の処理が行われた後に、ガス供給管の温度が、皮膜が解重合する第2の温度に制御されることにより、皮膜が除去される。また、第1の化合物はイソシアネートであり、第2の化合物はアミンまたは水酸基を有する化合物である。
本開示の種々の側面および実施形態によれば、ガス供給管に接続された流量制御器の精度低下を抑制すると共に、被処理体がパーティクルで汚染されること防止することができる。
図1は、本開示の一実施形態における処理システムの一例を示すシステム構成図である。 図2は、プラズマ処理装置の概略の一例を示す断面図である。 図3は、処理システムによって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図4は、皮膜形成処理の一例を示すフローチャートである。 図5は、処理システムの各バルブの状態の一例を示す図である。 図6は、処理システムの各バルブの状態の一例を示す図である。 図7Aは、皮膜が形成される前の配管の断面の一例を示す図である。 図7Bは、皮膜が形成された後の配管の断面の一例を示す図である。 図8は、キャリブレーションの一例を示すフローチャートである。 図9は、ステップS211が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。 図10は、ステップS221が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。 図11は、ステップS222が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。 図12は、ステップS231が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。 図13は、プラズマ処理の一例を示すフローチャートである。 図14Aは、各工程におけるウエハの状態の一例を示す断面図である。 図14Bは、各工程におけるウエハの状態の一例を示す断面図である。 図14Cは、各工程におけるウエハの状態の一例を示す断面図である。 図14Dは、各工程におけるウエハの状態の一例を示す断面図である。 図14Eは、各工程におけるウエハの状態の一例を示す断面図である。 図14Fは、各工程におけるウエハの状態の一例を示す断面図である。 図15Aは、保護膜の形成過程の一例を模式的に示す図である。 図15Bは、保護膜の形成過程の一例を模式的に示す図である。 図15Cは、保護膜の形成過程の一例を模式的に示す図である。 図16Aは、エッチングの原理を模式的に示す図である。 図16Bは、エッチングの原理を模式的に示す図である。 図16Cは、エッチングの原理を模式的に示す図である。 図17は、皮膜除去処理の一例を示すフローチャートである。 図18は、デポが付着した配管の断面の一例を示す図である。 図19は、ステップS900が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。
以下に、開示されるガス供給管のクリーニング方法および処理システムの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示されるガス供給管のクリーニング方法および処理システムが限定されるものではない。
[処理システム1の構成]
図1は、本開示の一実施形態における処理システム1の一例を示すシステム構成図である。処理システム1は、例えば図1に示されるように、プラズマ処理装置10、制御装置11、および配管システム12を備える。配管システム12は、複数の流量制御器FC1~FCn(nは2以上の整数)、複数のバルブV11~V1n、複数のバルブV21~V22、および、バルブV3を有する。なお、以下では、複数の流量制御器FC1~FCnのそれぞれを区別することなく総称する場合に流量制御器FCと記載し、複数のバルブV11~V1nのそれぞれを区別することなく総称する場合にバルブV1と記載する。また、配管システム12内の配管を区別することなく総称する場合に配管Lと記載する。配管システム12は、ガス供給管の一例である。
それぞれの流量制御器FCの入力端には、バルブV6および配管L4を介してガスソースが接続されている。図1の例では、流量制御器FC1~FCn-2には、それぞれバルブV6および配管L4を介してガスソースGSが接続されている。流量制御器FCn-1には、バルブV6および配管L4を介してガスソースGSC1が接続されており、流量制御器FCnには、バルブV6および配管L4を介してガスソースGSC2が接続されている。それぞれの配管L4は、配管L5を介してバルブV5の入力端に接続されている。それぞれのバルブV5の出力端は、配管L6を介してガスソースGSPに接続されている。
ガスソースGSPは、例えば窒素ガス等のパージガスを供給する。それぞれのガスソースGSは、プラズマ処理装置10内でウエハWにエッチング等の処理を行う際に使用される処理ガスを供給する。処理ガスには、例えば、有機金属化合物を含むアミノシラン系ガス、フルオロカーボン系ガス、酸素原子および炭素原子を有するガス(例えば二酸化炭素ガス等)、窒素ガス、水素含有ガス、および、希ガス等が含まれる。フルオロカーボン系ガスは、例えばCxFyガス(x、yは1~10の整数)と表すことができる。フルオロカーボン系ガスとしては、例えばCF4ガス、C4F6ガス、またはC4F8ガス等が用いられる。希ガスとしては、例えばArガスまたはHeガス等が用いられる。
ガスソースGSC1は、第1の化合物を含む第1のガスを供給する。ガスソースGSC2は、第2の化合物を含む第2のガスを供給する。第1の化合物は、原料モノマーであり、イソシアネートである。第2の化合物は、原料モノマーであり、アミンまたは水酸基を有する化合物である。ガスソースGSC1は、第1のガスソースの一例であり、ガスソースGSC2は、第2のガスソースの一例である。
本実施形態では、配管システム12内に第1のガスと第2のガスとが供給される。そして、配管システム12の温度が、第1の化合物と第2の化合物が重合反応を起こす温度に制御される。これにより、配管システム12内の配管L、流量制御器FC、およびバルブV等の内壁に、有機化合物の皮膜が形成される。第2の化合物がアミンである場合には、皮膜を構成する化合物は、尿素結合を有する重合体またはオリゴマーであり得る。第2の化合物が水酸基を有する化合物である場合には、皮膜を構成する化合物は、ウレタン結合を有する重合体またはオリゴマーであり得る。
第1の化合物と第2の化合物の重合は、皮膜を構成する化合物の解重合が発生する温度よりも低い温度で発生する。第1の化合物と第2の化合物の重合は、例えば0℃以上、150℃以下の温度範囲内において発生する。
以下、第1の化合物、第2の化合物、および皮膜を構成する化合物を例示する。第1の化合物としては、以下の式(1)に示す一官能性イソシアネートおよび式(2)に示す二官能性イソシアネートが例示される。式(1)および式(2)において、Rはアルキル基(直鎖状アルキル基もしくは環状アルキル基)またはアリール基である。第1の化合物であるイソシアネートとしては、例えば脂肪族化合物または芳香族化合物を用いることができる。脂肪族化合物としては、脂肪族鎖式化合物または脂肪族環式化合物を用いることができる。脂肪族化合物としては、例えばヘキサメチレンジイソシアネートが挙げられる。また、脂肪族環式化合物としては、例えば1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(H6XDI)が挙げられる。
Figure 0007058545000001

Figure 0007058545000002
また、第2の化合物としては、以下の式(3)に示す一官能性アミンおよび式(4)に示す二官能性アミンが例示される。式(3)および式(4)において、Rはアルキル基(直鎖状アルキル基もしくは環状アルキル基)またはアリール基である。なお、式(1)および式(2)においてRで示される原子団であって、第2の化合物と重合する第1の化合物の当該原子団は、式(3)および式(4)においてRで示される原子団であって、第1の化合物と重合する第2の化合物の当該原子団と同一であってもよく、異なっていてもよい。第2の化合物であるアミンとしては、例えば脂肪族化合物または芳香族化合物を用いることができる。脂肪族化合物としては、脂肪族鎖式化合物または脂肪族環式化合物を用いることができる。脂肪族化合物としては、例えば1,12-ジアミノドデカン(DAD)が挙げられる。脂肪族環式化合物としては、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(H6XDA)が挙げられる。なお、第2の化合物であるアミンは、二級アミンであってもよい。
Figure 0007058545000003

Figure 0007058545000004
また、第2の化合物としては、以下の式(5)に示す水酸基を有する一官能性化合物および式(6)に示す水酸基を有する二官能性化合物が例示される。式(5)および式(6)において、Rはアルキル基(直鎖状アルキル基もしくは環状アルキル基)またはアリール基である。なお、式(1)および式(2)においてRで示される原子団であって、第2の化合物と重合する第1の化合物の当該原子団は、式(5)および式(6)においてRで示される原子団であって、第1の化合物と重合する第2の化合物の当該原子団と同一であってもよく、異なっていてもよい。水酸基を有する化合物は、アルコールまたはフェノールである。第2の化合物であるアルコールとしては、例えばジエチレングリコール、1,2-シクロヘキサンジオールが挙げられる。また、第2の化合物であるフェノールとしては、例えばヒドロキノン、1,2,4-トリヒドロキシベンゼンが挙げられる。
Figure 0007058545000005

Figure 0007058545000006
皮膜を構成する化合物としては、以下の式(7)~式(10)に示す尿素結合を有する化合物が挙げられる。式(7)に示す化合物は、式(1)に示す化合物と式(3)に示す化合物との重合により生成される。式(8)に示す化合物は、式(1)に示す化合物と式(4)に示す化合物との重合により生成される。あるいは、式(8)に示す化合物は、式(2)に示す化合物と式(3)に示す化合物との重合により生成される。式(9)に示す化合物は、式(2)に示す化合物と式(4)に示す化合物との重合により生成される。また、式(10)に示す化合物は、式(9)に示すポリマーの両末端をそれぞれ、イソシアネート基を有するモノマー(例えば式(1)に示す化合物)、アミノ基を有するモノマー(例えば式(3)に示す化合物)で終端させた構造を有する。なお、式(9)および式(10)において、nは2以上の整数である。
Figure 0007058545000007

Figure 0007058545000008

Figure 0007058545000009

Figure 0007058545000010
また、皮膜を構成する別の化合物としては、以下の式(11)~式(15)に示すウレタン結合を有する化合物が挙げられる。式(11)に示す化合物は、式(1)に示す化合物と式(5)に示す化合物との重合により生成される。式(12)に示す化合物は、式(1)に示す化合物と式(6)に示す化合物との重合により生成される。式(13)に示す化合物は、式(2)に示す化合物と式(5)に示す化合物との重合により生成される。式(14)に示す化合物は、式(2)に示す化合物と式(6)に示す化合物との重合により生成される。また、式(15)に示す化合物は、式(14)に示すポリマーの両末端をそれぞれ、イソシアネート基を有するモノマー(例えば式(1)に示す化合物)、水酸基を有するモノマー(例えば式(5)に示す化合物)で終端させた構造を有する。なお、式(14)および式(15)において、nは2以上の整数である。
Figure 0007058545000011

Figure 0007058545000012

Figure 0007058545000013

Figure 0007058545000014

Figure 0007058545000015
以下の式(16)~(26)は、式(2)、式(4)、および式(6)においてRで示す原子団の構造を例示している。式(16)~(26)において、R1は、イソシアネート基、アミノ基、または水酸基である。式(16)~式(22)に示すように、第1の化合物および第2の化合物の各々は、Rで示す原子団として、ベンゼン環を有していてもよい。式(16)~式(19)に示す化合物の各々は、イソシアネート基、アミノ基、または水酸基とベンゼン環との間に炭素を有していない。式(20)~式(22)に示す化合物の各々は、イソシアネート基、アミノ基、または水酸基とベンゼン環との間に炭素を有している。式(23)および式(24)に示すように、第1の化合物および第2の化合物の各々は、Rで示す原子団として、脂環式炭化水素を有していてもよい。また、式(25)および式(26)に示すように、第1の化合物および第2の化合物の各々では、Rで示す原子団が脂肪族によって構成されていてもよい。
Figure 0007058545000016

Figure 0007058545000017

Figure 0007058545000018

Figure 0007058545000019

Figure 0007058545000020

Figure 0007058545000021

Figure 0007058545000022

Figure 0007058545000023

Figure 0007058545000024

Figure 0007058545000025

Figure 0007058545000026
それぞれの流量制御器FCの出力端には、それぞれ配管L7を介してバルブV1の入力端が接続されている。それぞれのバルブV1の出力端は、それぞれ分岐管L2を介して主管L1に接続されている。図1の例では、n個の流量制御器FCのうちk番目の流量制御器FCの出力端が、n個のバルブV1のうちk番目のバルブV1を介して主管L1に接続されている。
配管L0は、主管L1、複数の分岐管L2、および接続管L3を含む。主管L1の下流側の端部は、バルブV21およびV22の入力端に接続されている。バルブV21の出力端は、配管L8を介してプラズマ処理装置10に接続されている。即ち、主管L1の下流側の端部は、バルブV21および配管L8を介してプラズマ処理装置10に接続されている。バルブV22の出力端は、配管L11を介して、プラズマ処理装置10と排気装置50とを接続する排気管52に接続されている。主管L1の上流側は、複数の分岐管L2に接続されている。
接続管L3の一端は、主管L1に接続されており、接続管L3の他端は、バルブV3の入力端に接続されている。なお、接続管L3の一端は、複数の分岐管L2の中の一つに接続されていてもよい。バルブV3の出力端は、配管L10の一端に接続されており、配管L10の他端には、継手部18が設けられている。継手部18には、基準器40が接続される。基準器40は、タンク42、圧力センサ44、温度センサ46、配管L9、およびバルブV4を有する。タンク42には、配管L9が設けられており、配管L9には、バルブV4が設けられている。また、タンク42には、圧力センサ44および温度センサ46が接続されている。継手部18は、配管L9およびバルブV4を介してタンク42を連結することができる。
配管システム12には、配管L0内のガスの圧力を検出する圧力センサ14、および、配管L0内のガスの温度を検出する温度センサ16が設けられている。本実施形態において、圧力センサ14および温度センサ16は、主管L1に設けられている。なお、圧力センサ14および温度センサ16は、接続管L3または複数の分岐管L2の中の一つの分岐管L2に設けられていてもよい。
温度制御装置17は、制御装置11からの制御に応じて、配管システム12の温度を制御する。ガスソースGSP、それぞれのガスソースGS、ガスソースGSC1、およびガスソースGSC2の中には、室温において液体の材料を気化させることによりガスを発生させるガスソースが含まれ得る。温度制御装置17は、配管システム12の温度を、各ガスが気体の状態を維持できる温度に制御する。これにより、配管システム12は、室温において液体の材料であっても、当該材料を気化させた状態で配管システム12内を流通させることができる。
制御装置11は、プロセッサ、メモリ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラム、および、各処理の条件等を含むレシピが格納されている。プロセッサは、メモリから読み出したプログラムを実行し、メモリ内に記憶されたレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介してプラズマ処理装置10および配管システム12の各部を制御する。これにより、制御装置11は、各ガスソースからプラズマ処理装置10内に供給されたガスにより、プラズマ処理装置10内でウエハWにエッチング等の所定の処理を実行する。また、制御装置11は、配管システム12に含まれる配管等の内壁に付着した反応副生成物(デポ)を除去するクリーニングを実行する。
[プラズマ処理装置10の構成]
図2は、プラズマ処理装置10の概略の一例を示す断面図である。本実施形態におけるプラズマ処理装置10は、平行平板の電極を備えるプラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置10は、略円筒形状を有する処理チャンバ20を備える。処理チャンバ20は、例えばアルミニウム等で構成されており、その内壁面には陽極酸化処理が施されている。処理チャンバ20は保安接地されている。
処理チャンバ20の底部上には、例えば石英等の絶縁材料で構成された略円筒状の支持部21が設けられている。支持部21は、処理チャンバ20内において、処理チャンバ20の底部から鉛直方向に延在している。処理チャンバ20内には、載置台PDが設けられている。載置台PDは、支持部21によって支持されている。
載置台PDは、載置台PDの上面において、被処理体の一例であるウエハWを保持する。載置台PDは、静電チャックESCおよび下部電極LEを含む。下部電極LEは、第1プレート22aおよび第2プレート22bを含む。第1プレート22aおよび第2プレート22bは、例えばアルミニウム等の金属により略円盤状に形成されている。第2プレート22bは、第1プレート22a上に設けられている。第1プレート22aと第2プレート22bとは電気的に接続されている。
第2プレート22b上には、静電チャックESCが設けられている。静電チャックESCは、導電膜である電極を、一対の絶縁層の間または一対の絶縁シートの間に配置した構造を有する。静電チャックESCの電極には、スイッチSWを介して直流電源23が電気的に接続されている。静電チャックESCは、スイッチSWを介して直流電源23から印加された直流電圧により生じるクーロン力等の静電力により、静電チャックESCの上面においてウエハWを吸着する。これにより、静電チャックESCは、静電チャックESCの上面においてウエハWを保持することができる。
第2プレート22bの周縁部上には、ウエハWのエッジおよび静電チャックESCを囲むようにフォーカスリングFRが設けられている。フォーカスリングFRにより、エッチング等のウエハWに対する処理の均一性が向上する。フォーカスリングFRは、処理対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば石英から構成され得る。
第2プレート22bの内部には、冷媒を循環させるための流路24が設けられている。流路24には、処理チャンバ20の外部に設けられたチラーユニット(図示略)から配管26aを介して冷媒が供給される。流路24に供給された冷媒は、配管26bを介してチラーユニットに戻される。制御装置11は、チラーユニットを制御して冷媒の温度を制御することにより、第2プレート22bを所定の温度に冷却する。
また、第2プレート22bの上部には、加熱素子であるヒータHTが設けられている。ヒータHTには、ヒータ電源HPが接続されている。ヒータ電源HPからヒータHTに電力が供給されることにより、第2プレート22bが加熱される。流路24内を循環する冷媒による冷却と、ヒータHTによる加熱とにより、静電チャックESCを介して、静電チャックESC上のウエハWの温度が所定温度に制御される。なお、ヒータHTは、静電チャックESC内に設けられてもよい。
また、プラズマ処理装置10には、例えばHeガス等の伝熱ガスが供給される配管28が設けられている。配管28を介して供給された伝熱ガスは、静電チャックESCの上面とウエハWの裏面との間に供給される。制御装置11は、静電チャックESCの上面とウエハWの裏面との間に供給される伝熱ガスの圧力を制御することにより、静電チャックESCとウエハWとの間の熱伝導率を制御することができる。
プラズマ処理装置10は、上部電極30を備える。上部電極30は、載置台PDの上方において、載置台PDと対向する位置に配置されている。下部電極LEと上部電極30とは、互いに略平行に設けられている。上部電極30と下部電極LEとの間は、ウエハWにプラズマ処理を行うためのプラズマが生成される処理空間Sである。
上部電極30は、例えば石英等の絶縁部材32を介して、処理チャンバ20の上部に支持されている。上部電極30は、電極板34および電極支持体36を含む。電極板34は、例えばシリコンを含む材料により構成され、電極板34の下面は処理空間Sに面している。電極板34には複数のガス吐出孔34aが設けられている。
電極支持体36は、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成され、電極板34を着脱自在に支持する。電極支持体36は、水冷構造を有していてもよい。電極支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。ガス拡散室36aからは、ガス吐出孔34aに連通する複数のガス流通孔36bが下方に延びている。電極支持体36には、ガス拡散室36aに処理ガスを導くガス導入口36cが形成されており、ガス導入口36cには、配管L8が接続されている。配管L8は、バルブV21を介して主管L1に接続されている。
処理チャンバ20内には、処理チャンバ20の内壁に沿ってデポシールド54が着脱自在に設けられている。デポシールド54は、支持部21の外周にも設けられている。デポシールド54は、例えばアルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理チャンバ20の底部側、かつ、支持部21と処理チャンバ20の側壁との間には排気プレート56が設けられている。排気プレート56は、例えば、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。処理チャンバ20内の排気プレート56の下方には、排気口20aが設けられている。排気口20aには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気管52には、配管L11を介してバルブV22が接続されている。排気装置50は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理チャンバ20内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。処理チャンバ20の側壁にはウエハWを搬入または搬出するための開口20bが設けられており、開口20bはゲートバルブ58により開閉可能となっている。
プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源62および第2の高周波電源64を備える。第1の高周波電源62は、プラズマ生成用の第1の高周波電力を発生する電源であり、27~100MHzの範囲内の周波数、一例においては60MHzの周波数の高周波電力を発生する。第1の高周波電源62は、整合器66を介して上部電極30に接続されている。整合器66は、第1の高周波電源62の出力インピーダンスと負荷(上部電極30)側の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。なお、第1の高周波電源62は、整合器66を介して下部電極LEに接続されていてもよい。
第2の高周波電源64は、ウエハWにイオンを引き込むための第2の高周波電力、即ち、高周波バイアス電力を発生する電源であり、400kHz~13.56MHzの範囲内の周波数、一例においては13.56MHzの周波数の高周波バイアス電力を発生する。第2の高周波電源64は、整合器68を介して下部電極LEに接続されている。整合器68は、第2の高周波電源64の出力インピーダンスと負荷(下部電極LE)側の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。
プラズマ処理装置10は、電源70を備える。電源70は、上部電極30に接続されている。電源70は、処理空間S内に存在する正イオンを電極板34に引き込むための電圧を、上部電極30に印加する。一例においては、電源70は、負の直流電圧を発生する直流電源である。このような電圧が電源70から上部電極30に印加されることにより、処理空間Sに存在する正イオンが電極板34に衝突する。これにより、電極板34から二次電子、シリコン原子、またはその両方が放出される。
排気装置50、第1の高周波電源62、整合器66、第2の高周波電源64、整合器68、電源70、ヒータ電源HP、スイッチSW、およびチラーユニット等は、制御装置11によって制御される。
[処理システム1によって行われる処理]
図3は、処理システム1によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
まず、配管システム12に含まれる配管L、流量制御器FC、およびバルブVの内壁に、有機化合物の皮膜を形成する皮膜形成処理が実行される(S10)。皮膜形成処理は、皮膜形成工程の一例である。
次に、内壁に皮膜が形成された配管Lを用いて、各流量制御器FCのキャリブレーションが行われる(S20)。ステップS20では、例えば配管L0内の容積が測定される。
次に、プラズマ処理装置10内に搬入されたウエハWに対し、エッチング等のプラズマ処理が実行される(S30)。ステップS30が実行されることにより、処理ガスが流通する配管L、流量制御器FC、およびバルブVの内壁に形成された皮膜にデポが付着する。ステップS30は、処理工程の一例である。
次に、制御装置11は、メンテナンス条件が満たされたか否かを判定する(S40)。メンテナンス条件とは、例えば、所定数のウエハWについてプラズマ処理が実行されたこと、プラズマ処理の累積時間が所定時間に達したこと等である。
メンテナンス条件が満たされていない場合(S40:No)、制御装置11は、ウエハWに対する処理を終了するか否かを判定する(S50)。ウエハWに対する処理を終了しない場合(S50:No)、再びステップS30に示されたプラズマ処理が実行される。一方、ウエハWに対する処理を終了する場合(S50:Yes)、図3のフローチャートに示された処理が終了する。なお、ウエハWに対する処理を終了する場合、後述するステップS90の皮膜除去処理が実行されてもよい。
メンテナンス条件が満たされた場合(S40:Yes)、プラズマ処理装置10内のクリーニングやプラズマ処理装置10内の消耗部品の交換等のメンテナンスが行われる(S60)。
次に、各流量制御器FCのキャリブレーションが行われる(S70)。ステップS70におけるキャリブレーションは、ステップS20におけるキャリブレーションと同様の処理である。ステップS70のキャリブレーションにおいても、例えば配管L0内の容積が測定される。
次に、制御装置11は、配管Lのクリーニング条件が満たされたか否かを判定する(S80)。ステップS80は、判定工程の一例である。配管Lのクリーニング条件は、例えば絶対的な基準や相対的な基準が満たされたか否かにより判定される。絶対的な基準とは、例えば、前回の配管Lのクリーニングから所定時間以上経過したこと、または、前回の配管Lのクリーニングから所定数以上のウエハWが処理されたこと等である。また、相対的な基準とは、例えば、ステップS20において測定された配管L0の容量とステップS70において測定された配管L0の容量との差が、所定値以上となったこと等である。
配管Lのクリーニング条件が満たされていない場合(S80:No)、再びステップS30に示されたプラズマ処理が実行される。一方、配管Lのクリーニング条件が満たされた場合(S80:Yes)、ステップS10において配管L等の内壁に形成された皮膜を除去する皮膜除去処理が実行される(S90)。これにより、皮膜と共に皮膜に付着したデポが除去される。そして、再びステップS10が実行されることにより、配管L等の内面に有機化合物の皮膜が形成される。皮膜除去処理は、除去工程の一例である。
[皮膜形成処理]
図4は、皮膜形成処理(S10)の一例を示すフローチャートである。図4に関する以下の説明では、図5および図6が適宜参照される。図5および図6は、処理システム1の各バルブの状態の一例を示す図である。
皮膜形成処理では、まず、温度制御装置17により、配管システム12の温度が所定温度TDに制御される(S100)。本実施形態において、所定温度TDは、第1のガスに含まれる第1の化合物と第2のガスに含まれる第2の化合物とが重合しない温度である。例えば、所定温度TDは、第1の化合物と第2の化合物との重合により生成された化合物が解重合する温度である。第1の化合物と第2の化合物との重合により生成された化合物は、例えば、200℃以上、350℃以下の範囲内の温度において解重合する。所定温度TDは、第2の温度の一例である。
そして、所定のバルブVが開状態に制御される(S101)。ステップS101では、例えば図5に示されるように、バルブV11~V1n、バルブV22、ガスソースGSC1に接続されたバルブV6、および、ガスソースGSC2に接続されたバルブV6が開状態に制御される。また、バルブV21、バルブV3、それぞれのバルブV5、および、それぞれのガスソースGSに接続されたバルブV6は閉状態に制御される。なお、図5において、白抜きされているバルブVは、開状態に制御されたバルブVを示しており、黒塗りされているバルブVは、閉状態に制御されたバルブVを示している。
次に、ガスソースGSC1から第1のガスが配管システム12内に供給され、ガスソースGSC2から第2のガスが配管システム12内に供給される(S102)。第1のガスの流量は、流量制御器FCn-1により制御され、第2のガスの流量は、流量制御器FCnにより制御される。そして、排気装置50により、配管システム12内のガスが排気される。また、流量制御器FC1~FCn-2も開状態に制御される。これにより、配管システム12内において、図5の太線で示された区間に第1のガスおよび第2のガスが供給される。
次に、バルブV1n-1、バルブV1n、およびバルブV22が閉状態に制御される(S103)。これにより、例えば図6に示されるように、配管システム12内において太線で示された区間に第1のガスおよび第2のガスが充填される。
次に、温度制御装置17により、配管システム12の温度が所定温度TPに制御される(S104)。本実施形態において、所定温度TPは、第1のガスに含まれる第1の化合物と第2のガスに含まれる第2の化合物とが重合する温度である。所定温度TPは、第1の温度の一例である。第1の化合物と第2の化合物とは、例えば、0℃以上、150℃以下の範囲内の温度において重合する。
図7Aは、皮膜が形成される前の配管Lの断面の一例を示す図である。図7Bは、皮膜が形成された後の配管Lの断面の一例を示す図である。例えば図7Aに示されるような状態の配管Lにおいて、ステップS104が実行されることにより、配管Lの内壁は、例えば図7Bに示されるように、化合物の皮膜CFで覆われる。なお、皮膜CFは、流量制御器FC1~FCn-2、バルブV11~V1n-2の内壁にも形成される。
以降、ステップS90の皮膜除去処理が実行されるまでは、温度制御装置17は、配管システム12の温度を、第1の化合物と第2の化合物との重合により生成された化合物が解重合しない温度に制御する。第1の化合物と第2の化合物との重合により生成された化合物は、例えば200℃以上350℃以下の範囲内の温度において解重合する。そのため、温度制御装置17は、配管システム12の温度を、例えば200℃未満、または350℃以上の範囲内の温度に制御する。好ましくは、温度制御装置17は、配管システム12の温度を、例えば200℃未満の温度であって、各ガスソースから供給されたガスが気体の状態を維持できる温度に制御する。
[キャリブレーション]
図8は、キャリブレーション(S20)の一例を示すフローチャートである。なお、図8に示されたフローチャートは、1つの流量制御器FCのキャリブレーションについて示されているが、他の流量制御器FCのキャリブレーションについても同様である。また、ステップS70におけるキャリブレーションも、図8に示される処理と同様の処理である。
図8に示されたキャリブレーションでは、まず、基準器40が配管L0に接続される(S200)。具体的には、基準器40の配管L9を継手部18に接続することにより、基準器40が配管L10およびバルブV3を介して接続管L3に着脱可能に接続される。
次に、配管L0に設けられた圧力センサ14および温度センサ16が校正される(S210)。なお、ステップS210は、初めて圧力センサ14および温度センサ16を使用するとき、または、前回の校正から予め設定した期間が経過したときに行われればよく、ステップS200が実行された後に必ずしも実行される必要はない。ステップS210には、ステップS211およびS212が含まれる。
ステップS210では、まず、配管L内にガスが供給される(S211)。ステップS211では、バルブV11、バルブV3、およびバルブV4が開状態に制御され、バルブV12~V1n、バルブV21、およびバルブV22が閉状態に制御される。また、バルブV5の中で、配管L5を介して流量制御器FC1に接続されているバルブV5が開状態に制御され、その他のバルブV5が閉状態に制御される。そして、ガスソースGSPからのガスが流量制御器FC1を介して配管L0内に供給される。図9は、ステップS211が実行された後の各バルブVの状態を模式的に示す図である。ステップS211が実行された後では、例えば図9において太線で示された区間の配管L0、(流量制御器FC1に接続されている)配管L7、配管L9、配管L10、およびタンク42内にガスが溜められる。
次に、配管L0に設けられた圧力センサ14および温度センサ16が校正される(S212)。ステップS212では、ステップS211で開状態に制御されたバルブV11が閉状態に制御される。そして、配管L0およびタンク42内のガスが安定状態となった後に、圧力センサ44および温度センサ46の計測値に基づいて、配管L0に設けられた圧力センサ14および温度センサ16が校正される。この校正は、圧力センサ14および温度センサ16の計測値が圧力センサ44および温度センサ46の計測値と一致するように、圧力センサ14および温度センサ16の測定値を調整することによって行われる。ステップS212の実行後には、バルブV22が開状態に制御され、排気装置50を用いて配管L内のガスが排気されてもよい。
ステップS210の実行後に、ステップS220が実行される。ステップS220では、配管L0の容積が算出される。ステップS220には、ステップS221、S222、S223、S224、およびS225が含まれる。
ステップS220では、まず、配管L0内にガスが供給される(S221)。ステップS221では、バルブV11およびV4が開状態に制御され、バルブV12~V1n、バルブV21、バルブV22、およびバルブV3が閉状態に制御される。そして、ガスソースGSPからのガスが流量制御器FC1を介して配管L0内に供給される。図10は、ステップS221が実行された後の各バルブVの状態を模式的に示す図である。ステップS221が実行された後には、例えば図10において太線で示されるように、ガスが配管L0および(流量制御器FC1に接続されている)配管L7内に溜められる。
次に、圧力センサ14および温度センサ16により、配管L0内の圧力および温度が測定される(S222)。ステップS222では、ステップS221で開状態に制御されたバルブV11が閉状態に制御される。そして、配管L0内のガスが安定状態となった後に、圧力センサ14および温度センサ16の測定値、即ち配管L0内のガスの圧力および温度が取得される。
次に、配管L0内のガスの一部が基準器40のタンク42内に供給される(S223)。ステップS223では、バルブV3が開状態に制御されることで、配管L0内のガスの一部がタンク42内に供給される。図11は、ステップS222が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。ステップS222が実行された後には、例えば図11において太線で示されるように、配管L0、配管L10、配管L9、およびタンク42内にガスが溜められる。
次に、配管L0内の圧力および温度が測定される(S224)。ステップS224では、配管L0およびタンク42内のガスが安定状態となった後に、圧力センサ14および温度センサ16の測定値、即ち配管L0内のガスの圧力および温度が取得される。なお、S224では、圧力センサ14および温度センサ16の測定値を取得することに代えて、圧力センサ44および温度センサ46の測定値、即ちタンク42内のガスの圧力および温度が取得されてもよい。
次に、配管L0の容積が算出される(S225)。制御装置11は、算出された配管L0の容積をメモリに保持する。ステップS225は、測定工程の一例である。ここで、ステップS222で測定された配管L0内の圧力および温度をそれぞれP1およびT1とし、ステップS224で測定された配管L0内の圧力および温度をそれぞれP2およびT2とする。このとき、ボイル・シャルルの法則から、これらの測定値は下記の式(27)に示される関係を有する。ただし、下記の式(27)において、V12は配管L0の容積、V42はタンク42内の空間を含む閉鎖空間の容積を表している。基準器40におけるV42は、既知の値である。
1・V12/T1=P2・(V12+V42)/T2 ・・・(27)
制御装置11は、ステップS222で測定された配管L0内の圧力P1および温度T1、ならびに、ステップS224で測定された配管L0またはタンク42内の圧力P2および温度T2を上記の式(27)に代入することで、配管L0の容積V12を算出する。そして、制御装置11は、算出された配管L0の容積の値を、メモリに保持する。なお、ステップS220が実行された後には、基準器40が配管システム12から取り外されてもよい。また、S220が実行された後には、バルブV22が開状態に制御され、排気装置50を用いて配管システム12内のガスが排気されてもよい。
ステップS220が実行された後に、ステップS230が実行される。ステップS230では、いわゆるビルドアップ法を用いて配管L0内を流れるガスの流量が算出される。ステップS230には、ステップS231、S232、およびS233が含まれる。
ステップS230では、まず、一定の設定流量で配管L0内にガスが供給される(S231)。ステップS231では、バルブV11およびバルブV22が開状態に制御され、バルブV12~V1n、バルブV21、バルブV3、およびバルブV4が閉状態に制御される。そして、ガスソースGSPからのガスが流量制御器FC1を介して配管L0内に一定の設定流量で供給される。その後、バルブV22が閉状態に制御される。図12は、ステップS231が実行された後の各バルブVの状態を模式的に示す図である。ステップS231が実行された後には、例えば図12の太線で示されるように、配管L0および(流量制御器FC1に接続されている)配管L7内にガスが溜められる。
次に、配管L0内の圧力および温度が測定される(S232)。ステップS232では、ガスソースGSPからのガスが流量制御器FC1を介して配管L0内に一定の設定流量で継続的に供給されている状態で、圧力センサ14および温度センサ16の測定値、即ち、配管L0内の圧力および温度が取得される。配管L0内の圧力および温度の測定は、少なくとも二回行われる。本実施形態では、一回目の測定は、バルブV22が閉状態に制御された第1の時点t1において行われ、二回目の測定は、第1の時点t1から時間Δtが経過した後の第2の時点t2において行われる。
次に、配管L0内のガスの流量が測定される(S233)。ステップS233では、ステップS232における測定結果から配管L0内の実際のガスの流量が算出される。具体的に、第1の時点t1において測定された配管L0内の圧力の値と、第2の時点t2において測定された配管L0内の圧力の値との差分ΔPを、時間Δt(=t2-t1)で除することで、時間Δtに対する配管L0内の圧力上昇率ΔP/Δtを算出する。
そして、圧力上昇率ΔP/Δt、配管L0の容積VL0、配管L7の容積VL7、および、第1の時点t1または第2の時点t2で測定されたガスの温度Tを下記の式(28)に代入することで、配管L0内のガスの実際の流量Qが算出される。なお、配管L7の容積VL7は、配管システム12の設計時に定められた既知の値である。また、下記の式(28)において、Cは定数である。
Q=(ΔP/Δt)・(VL0+VL7)・C/T ・・・(28)
ここで、配管L0の容積VL0と配管L7の容積VL7との和をVpとすると、配管L0内のガスの実際の流量Qは、下記の式(1-1)のように表される。なお、Vpは、バルブV11が開状態に制御され、バルブV12~V1n、バルブV21、バルブV22、バルブV3、およびバルブV4が閉状態に制御されたときの配管L0の容積と配管L0に連通する流路の容積との和である。
Q=(ΔP/Δt)・Vp・C/T ・・・(1-1)
なお、ステップS233が実行された後には、バルブV22が開状態に制御され、排気装置50を用いて配管システム12内のガスが排気されてもよい。
ステップS230が実行された後に、ステップS240が実行される。ステップS240では、ステップS230で算出されたガスの実際の流量Qに基づいて、流量制御器FC1の出力流量が校正される。流量制御器FC1の校正は、流量制御器FC1における流量の設定値と、ステップS230で算出されたガスの実際の流量Qとが一致するように、流量制御器FC1の流量の設定値を調整することによって行われる。ステップS240が実行された後には、バルブV22が開状態に制御され、排気装置50を用いて配管システム12内のガスが排気されてもよい。
[プラズマ処理]
図13は、プラズマ処理の一例を示すフローチャートである。図13に関する以下の説明では、図14Aから図14F、図15Aから図15C、および図16Aから図16Cが適宜参照される。図14Aから図14Fは、各工程におけるウエハWの状態の一例を示す断面図である。図15Aから図15Cは、保護膜の形成過程の一例を模式的に示す図である。図16Aから図16Cは、エッチングの原理を模式的に示す図である。
まず、処理対象となるウエハWが準備される(S300)。ステップS300では、例えば図14Aに示すような断面構造のウエハWが準備され、ウエハWがプラズマ処理装置10の処理チャンバ20内に搬入され、静電チャックESC上に載置される。ウエハWは、例えば図14Aに示されるように、基板SBと、被エッチング層ELと、有機膜OLと、反射防止膜ALと、マスクMK1とを備える。被エッチング層ELは、基板SB上に設けられる。被エッチング層ELは、有機膜OLに対して選択的にエッチングされる材料から構成される層であり、例えば絶縁膜が用いられる。被エッチング層ELは、例えば、酸化シリコン(SiO2)から構成され得る。なお、被エッチング層ELは、多結晶シリコンといった他の材料から構成されてもよい。
有機膜OLは、被エッチング層EL上に設けられる。有機膜OLは、炭素を含む層であり、例えば、SOH(スピンオンハードマスク)層である。反射防止膜ALは、シリコンを含有する反射防止膜であり、有機膜OL上に設けられる。
マスクMK1は、反射防止膜AL上に設けられる。マスクMK1は、レジスト材料から構成されたレジストマスクであり、フォトリソグラフィ技術によってレジスト層がパターニングされることによって作製される。マスクMK1は、例えば、ArFレジストであり得る。マスクMK1は、反射防止膜ALを部分的に覆っている。マスクMK1は、反射防止膜ALを部分的に露出させる開口OP1を画成している。マスクMK1のパターンは、例えば、ライン・アンド・スペースパターンであるが、平面視において円形の開口を提供するパターン、平面視において楕円形状の開口を提供するパターン等、他の種々の形状のパターンを有し得る。
なお、マスクMK1には、例えばポリスチレン-ブロック-ポリメチルメタクリレート(PS-b-PMMA)等のブロック・コポリマーが用いられてもよく、さらに、このPSおよびPMMAの相分離構造を利用して形成されたものであってもよい。
図13に戻って説明を続ける。以下では、図13と共に、図14A~14Fおよび図15A~15Cを参照して説明を行う。図14A~14Fは、各工程におけるウエハWの状態の一例を示す断面図である。図15A~15Cは、保護膜の形成過程の一例を模式的に示す図である。
ステップS300に引き続き、ウエハWに二次電子が照射される(S310)。ステップS310では、ステップS320およびS330の実行前に、処理チャンバ20内でプラズマを発生させて上部電極30に負の直流電圧を印可することにより、マスクMK1に二次電子が照射される。ステップS320では、酸化シリコンの保護膜SXがマスクMK1にコンフォーマル(conformal)に形成される。保護膜SXが形成されるステップS320およびS330の一連の工程の実行前において、マスクMK1に二次電子が照射されることにより、保護膜SXの形成前にマスクMK1を改質することができる。
ステップS310における処理の内容を具体的に説明する。まず、処理チャンバ20内に水素含有ガスおよび希ガスが供給され、第1の高周波電源62から高周波電力が供給されることによって、処理チャンバ20内にプラズマが生成される。水素含有ガスおよび希ガスがガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20内に供給される。そして、処理空間S中の正イオンが上部電極30に引き込まれて、当該正イオンが上部電極30に衝突することにより、上部電極30からは二次電子が放出される。放出された二次電子がウエハWに照射されることによって、マスクMK1が改質される。
また、電極板34に正イオンが衝突することによって、電極板34の構成材料であるシリコンが、二次電子と共に放出される。放出されたシリコンは、プラズマに晒されたプラズマ処理装置10の構成部品から放出される酸素と結合する。当該酸素は、例えば、支持部21、絶縁部材32、および温度センサ46といった部材から放出される。シリコンと酸素の結合により、酸化シリコン化合物が生成され、当該酸化シリコン化合物がウエハW上に堆積してマスクMK1を覆う。そして、処理チャンバ20内の処理空間Sがパージされる。
ステップS310に引き続き、ステップS320~S330が順次実行される。ステップS320~S330の一連の工程では、マスクMK1の表面にシリコン酸化膜の保護膜SXがコンフォーマルに形成される。ステップS310が実行された後、ステップS320が一回以上実行される。ステップS320およびS330は、ALD(Atomic Layer Deposition)法と同様の方法によってウエハW上に酸化シリコンの保護膜SXを均一の厚さでコンフォーマルに形成する工程である。ステップS320には、ステップS321、S322、S323、およびS324が含まれる。
ステップS320では、まず、処理チャンバ20内にガスG1が供給される(S321)。ステップS321では、例えば図15Aに示されるように、処理チャンバ20内に、シリコンを含有するガスG1が導入される。ガスG1は、有機金属化合物を含むアミノシラン系ガスを含む。有機金属化合物を含むアミノシラン系ガスとしては、例えばモノアミノシラン(H3-Si-R(Rは有機含有のアミノ基))が用いられる。ガスG1は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20内に供給される。ステップS321では、ガスG1のプラズマは生成されない。
ガスG1の分子は、例えば図15Bに示されるように、反応前駆体(層Ly1)としてウエハWの表面に付着する。ガスG1の分子(モノアミノシラン)は、化学結合に基づく化学吸着によってウエハWの表面に付着するのであり、プラズマは用いられない。ステップS321では、ウエハWの温度は、0℃以上20℃以下の範囲内の温度である。なお、当該温度範囲で化学結合によって表面に付着可能であってかつシリコンを含有するものであれば、モノアミノシラン以外のガスの利用も可能である。
次に、処理チャンバ20内の処理空間Sがパージされる(S322)。具体的には、ステップS321において供給されたガスG1が排気される。ステップS322では、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス(例えばAr)等の不活性ガスが処理チャンバ20内に供給されてもよい。即ち、ステップS322のパージは、不活性ガスを処理チャンバ20内に流すガスパージ、または、真空引きによるパージの何れであってもよい。ステップS322では、ウエハW上に過剰に付着した分子も除去され得る。これにより、反応前駆体の層Ly1は、極めて薄い単分子層となる。
次に、処理チャンバ20内においてガスG2のプラズマP1が生成される(S323)。ガスG2は、酸素原子および炭素原子を含有するガスを含み、例えば二酸化炭素ガスを含み得る。ステップS323において、ガスG2のプラズマP1が生成される際のウエハWの温度は、0℃以上20℃以下である。ガスG2は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20内に供給される。そして、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の圧力が所定の圧力に設定される。このようにして、ガスG2のプラズマP1が処理チャンバ20内において生成される。
例えば図15Bに示されるように、ガスG2のプラズマP1が生成されると、酸素の活性種および炭素の活性種、例えば、酸素ラジカル、炭素ラジカルが生成される。そして、例えば図15Cに示されるように、シリコン酸化膜である層Ly2(保護膜SXに対応している)が単分子層として形成される。炭素ラジカルは、マスクMK1への酸素浸食を抑制する機能を奏し得るので、シリコン酸化膜が保護膜としてマスクMK1の表面において安定に形成され得る。シリコン酸化膜のSi-O結合の結合エネルギーは、192kcal程度であり、CC結合、C-H結合、C-F結合のそれぞれの結合エネルギーよりも高いので、シリコン酸化膜は、保護膜としての機能を奏し得る。CC結合の結合エネルギーは、50-110kcal程度であり、C-H結合の結合エネルギーは、70-110kcal程度であり、C-F結合の結合エネルギーは、100-120kcal程度である。
次に、処理チャンバ20内の空間がパージされる(S324)。具体的には、ステップS323において供給されたガスG2が排気される。ステップS324では、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス(例えばAr)等の不活性ガスが処理チャンバ20に供給されてもよい。即ち、ステップS324のパージは、不活性ガスを処理チャンバ20内に流すガスパージ、または、真空引きによるパージの何れであってもよい。
次に、ステップS320の処理を終了するか否かが判定される(S330)。ステップS330では、ステップS320の実行回数が予め設定された回数に達したか否かが判定される。ステップS320の実行回数は、例えば図14Bに示されるウエハW上に形成される保護膜SXの厚さに対応する。即ち、1回(単位サイクル)のステップS320の実行によって形成されるシリコン酸化膜の膜厚とステップS320の実行回数との積によって、最終的にウエハW上に形成される保護膜SXの厚さが実質的に決定され得る。従って、ウエハW上に形成される保護膜SXの所望の厚さに応じて、ステップS320の実行回数が設定され得る。このように、ステップS320が繰り返し実行されることによって、マスクMK1の表面にシリコン酸化膜の保護膜SXがコンフォーマルに形成される。
ステップS330において、ステップS320の実行回数が予め設定された回数に達していないと判定される場合(S330:No)、ステップS320が再び実行される。一方、ステップS330において、ステップS320の実行回数が予め設定された回数に達していると判定された場合(S330:Yes)、ステップS320の実行が終了する。これによって、例えば図14Bに示されるように、ウエハWの表面上にシリコン酸化膜である保護膜SXが形成される。即ち、ステップS320が予め設定された回数だけ繰り返されることによって、予め設定された膜厚を有する保護膜SXが、マスクMK1の疎密によらず均一の厚さでコンフォーマルに、ウエハWの表面に形成される。マスクMK1上に設けられる保護膜SXの厚さは、ステップS320を繰り返し実行することによって、精度良く制御される。
ステップS320およびS330の一連の処理によって形成された保護膜SXは、例えば図14Bに示されるように、領域R1、領域R2、および領域R3を含む。領域R3は、マスクMK1の側面上で当該側面に沿って延在する領域である。領域R3は、反射防止膜ALの表面から領域R1の下側まで延在している。領域R1は、マスクMK1の上面および領域R3上に延在している。領域R2は、隣接する領域R3の間の反射防止膜ALの表面上に延在している。ステップS320は、ALD法と同様に保護膜SXを形成するので、マスクMK1の疎密によらずに、領域R1、領域R2、および領域R3のそれぞれの膜厚は、互いに略等しい膜厚となる。
次に、領域R1および領域R2を除去するように、保護膜SXをエッチングするエッチンバックが行われる(S340)。領域R1および領域R2を除去するためには、異方性のエッチング条件が必要である。このため、ステップS340では、ガスソースGSからフルオロカーボン系ガス(CxFyガス(x、yは1~10の整数))を含む処理ガスが処理チャンバ20内に供給される。フルオロカーボン系ガスとしては、例えば、CF4、C4F8、またはCHF3等であり得る。そして、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。処理チャンバ20内の圧力は、例えば20mT以下であることが望ましい。これにより、プラズマ中のイオンやラジカル等の活性種の平均自由工程が長くなり、異方性エッチングが促進される。
このようにして、フルオロカーボン系ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中のフッ素を含む活性種は、高周波バイアス電力による鉛直方向への引き込みによって、領域R1および領域R2を優先的にエッチングする。この結果、例えば図14Cに示されるように、領域R1および領域R2が選択的に除去され、残された領域R3によってマスクMSが形成される。マスクMSとマスクMK1とは、反射防止膜ALの表面上のマスクMK2を構成する。
次に、ステップS350およびS360の一連の工程が実行される。ステップS350およびS360の一連の工程は、反射防止膜ALをエッチングする工程である。
ステップS340が実行された後、まず、ステップS350が一回以上実行される。ステップS350では、ALE(Atomic Layer Etching)法と同様の方法によって、反射防止膜ALのうちマスクMK2で覆われていない領域が、マスクMK2の疎密によらず高選択比で精密にエッチングされる。ステップS350には、ステップS351、S352、S353、およびS354が含まれる。
ステップS350では、まず、処理チャンバ20内においてガスG3のプラズマが生成される(S351)。このプラズマに含まれるラジカルを含む混合層MX1が反射防止膜ALの表面の原子層に形成される。ステップS351において、ウエハWが静電チャックESC上に載置されている状態で、処理チャンバ20内にガスG3が供給され、当該ガスG3のプラズマが生成される。ガスG3は、シリコンを含有する反射防止膜ALのエッチングに適したエッチャントガスであり、フルオロカーボン系ガスと希ガスとを含む。ガスG3は、例えばCxFy/Arガスであり得る。CxFyはCF4であり得る。ガスG3は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20内に供給される。そして、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、ガスG3のプラズマが処理チャンバ20内において生成される。ガスG3のプラズマは炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルを含む。
図16A~16Cは、エッチングの原理を模式的に示す図である。図16A~16Cにおいて、白丸は反射防止膜ALを構成する原子を示しており、黒丸はラジカルを示している。また、図16A~16Cにおいて、円で囲まれた「+」は後述のガスG4に含まれる希ガスの原子のイオン(例えばAr原子のイオン)を示している。例えば図14Cおよび図16Aに示されるように、ステップS351によって、ガスG3のプラズマに含まれる炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルが、反射防止膜ALの表面に供給される。ステップS351によって、反射防止膜ALを構成する原子と炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルとを含む混合層MX1が、反射防止膜ALの表面に形成される。
ガスG3にはフルオロカーボン系ガスが含まれるので、ステップS351において、反射防止膜ALの表面の原子層にフッ素ラジカルおよび炭素ラジカルが供給され、当該原子層に当該両ラジカルを含有する混合層MX1が形成され得る。
なお、ArFレジストのマスクMK1においては、マスクMK2に含まれるマスクMSのSiや、ガスG3のプラズマに含まれる炭素ラジカルが、保護膜として機能する。また、フッ素ラジカル量は、電源70による直流電圧によって制御され得る。
次に、処理チャンバ20内の空間がパージされる(S352)。ステップS352では、ステップS351において供給されたガスG3が排気される。ステップS352では、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス(例えばArガス)等の不活性ガスが処理チャンバ20に供給されてもよい。即ち、ステップS352のパージは、不活性ガスを処理チャンバ20内に流すガスパージ、または、真空引きによるパージの何れであってもよい。
次に、処理チャンバ20内においてガスG4のプラズマが生成され、該プラズマにバイアス電圧が印可されて、混合層MX1が除去される(S353)。ガスG4は、例えばArガス等の希ガスを含み得る。ガスG4は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20に供給される。また、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、ガスG4のプラズマが処理チャンバ20内において生成される。
生成されたプラズマ中のガスG4の原子のイオン(例えばAr原子のイオン)は、高周波バイアス電力による鉛直方向への引き込みによって、反射防止膜ALの表面の混合層MX1に衝突し、当該混合層MX1にエネルギーを供給する。ステップS353では、例えば図16Bに示されるように、反射防止膜ALの表面に形成された混合層MX1にガスG4の原子のイオンを介してエネルギーが供給され、このエネルギーによって反射防止膜ALから混合層MX1が除去され得る。
次に、処理チャンバ20内の空間がパージされる(S354)。ステップS354では、ステップS353において供給されたガスG4が排気される。ステップS354では、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス(例えばArガス)等の不活性ガスが処理チャンバ20に供給されてもよい。即ち、ステップS354のパージは、不活性ガスを処理チャンバ20内に流すガスパージ、または、真空引きによるパージの何れであってもよい。ステップS354で行われるパージによって、例えば図16Cに示されるように、反射防止膜ALの表面の混合層MX1を構成する原子、および、ガスG4のプラズマに含まれる過剰なイオン(例えばAr原子のイオン)も十分に除去され得る。
次に、ステップS350の実行を終了するか否かが判定される(S360)。ステップS360では、ステップS350の実行回数が予め設定された回数に達したか否かが判定される。ステップS350の実行回数は、反射防止膜ALに対するエッチングの程度(深さ)に対応する。ステップS350は、有機膜OLの表面に至るまで反射防止膜ALをエッチングするように、繰り返し実行され得る。即ち、1回(単位サイクル)のステップS350の実行によってエッチングされる反射防止膜ALの厚さとステップS350の実行回数との積が反射防止膜AL自体の厚さとなるように、ステップS350の実行回数が決定され得る。従って、反射防止膜ALの厚さに応じて、ステップS350の実行回数が設定され得る。
ステップS350の実行回数が予め設定された回数に達していないと判定された場合(S360:No)、ステップS350が再び実行される。一方、ステップS350の実行回数が予め設定された回数に達していると判定された場合(S360:Yes)、ステップS350の実行が終了する。これによって、例えば図14Dに示されるように、反射防止膜ALがエッチングされて、マスクALMが形成される。即ち、ステップS350が予め設定された回数だけ繰り返されることで、反射防止膜ALが、マスクMK2の疎密(マスクMK1の疎密)によらずに、マスクMK2が提供する開口OP2の幅と同一および均一な幅でエッチングされ、また、選択比も向上される。
マスクALMは、マスクMK2と共に、開口OP3を提供する。開口OP3の幅は、マスクMK2が提供する開口OP2の幅(図14C参照)とほぼ同じ幅である。マスクMK2とマスクALMとは、有機膜OLに対するマスクMK3を構成する。反射防止膜ALのエッチングによって形成される開口OP3の幅は、ステップS350を繰り返し実行することによって精度良く制御される。
また、ステップS310からS340までの一連の工程により、均一で精度良く制御された膜厚で安定したシリコン酸化膜が反射防止膜AL上のマスクMK2の側面に形成されている。これにより、反射防止膜ALに対するステップS350のエッチングによってマスクMK2の形状(LWRおよびLER)が受ける影響を低減できる。このように、マスクMK2の形状がステップS350のエッチングによって受ける影響を低減できる。これにより、エッチングによって形成される開口OP3の幅も、ステップS350のエッチングによる影響を低減でき、マスクMK2の疎密(マスクMK1の疎密)による影響も低減できる。
次に、マスクMK3を用いて有機膜OLがエッチングされる(S370)。ステップS370は、反射防止膜ALに対するエッチング処理を行うステップS350~S360の実行後に、処理チャンバ20内で発生させたプラズマによって、マスクMK3を用いて有機膜OLに対しエッチング処理を行う工程である。マスクMK3は、反射防止膜ALをエッチングする工程(ステップS350~S360)において、反射防止膜ALから形成される。
ステップS370では、まず、ガスソースGSから配管システム12を介して窒素ガスと水素含有ガスとを含む処理ガスが処理チャンバ20内に供給される。処理ガスには、酸素が含まれていてもよい。そして、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、窒素ガスと水素含有ガスとを含む処理ガスのプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の水素の活性種である水素ラジカルは、有機膜OLの全領域のうちマスクMK3から露出した領域をエッチングする。
これにより、例えば図14Eに示されるように、有機膜OLがエッチングされて、マスクMK3が提供する開口OP3の幅(図14D参照)と同じ幅の開口OP4を有するマスクOLMが有機膜OLから形成される。マスクALMとマスクOLMとは、被エッチング層ELに対するマスクMK4を構成する。ステップS350によってマスクMK3の開口OP3の幅の均一性がマスクMK3の疎密(マスクMK2の疎密)によらずに向上されており、また、マスクMK3の形状(LWRおよびLER)も良好である。そのため、マスクMK4の開口OP4の幅の均一性もマスクMK4の疎密(マスクMK3の疎密)によらずに向上され、また、マスクMK4の形状(LWRおよびLER)も良好となる。
次に、被エッチング層ELを原子層毎に除去することによって、被エッチング層ELがエッチングされる(S380)。ステップS380には、ステップS381、S382、S383、S384、およびS385が含まれる。
ステップS380では、まず、ウエハWに二次電子が照射される(S381)。ステップS381では、処理チャンバ20内においてプラズマを発生させて処理チャンバ20に設けられた平行平板電極の上部電極30に負の直流電圧を印可することによって、マスクMK4に二次電子を照射する。また、上部電極30が有するシリコンを含有する電極板34からシリコンを放出させて該シリコンを含む酸化シリコン化合物でマスクMK4が覆われる。酸化シリコン化合物でマスクMK4が覆われた後に、処理チャンバ20内の空間がパージされる。
ステップS381では、処理チャンバ20内に水素含有ガスおよび希ガス(例えばArガス)が供給され、第1の高周波電源62から高周波電力が供給されることによって、処理チャンバ20内にプラズマが生成される。水素含有ガスおよび希ガス(例えばArガス)は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20内に供給される。そして、処理空間S内の正イオンが上部電極30に引き込まれて、当該正イオンが上部電極30に衝突する。正イオンが上部電極30に衝突することにより、上部電極30からは二次電子が放出される。
放出された二次電子がウエハWに照射されることによって、マスクMK1が改質される。また、電極板34に正イオンが衝突することによって、電極板34の構成材料であるシリコンが、二次電子と共に放出される。放出されたシリコンは、プラズマに晒されたプラズマ処理装置10の構成部品から放出される酸素と結合する。当該酸素は、例えば、支持部21、絶縁部材32、および温度センサ46等の部材から放出される。シリコンと酸素の結合により、酸化シリコン化合物が生成され、当該酸化シリコン化合物がウエハW上に堆積してマスクMK4を覆う。そして、処理チャンバ20内がパージされる。
次に、ステップS351と同様の方法によって、処理チャンバ20内においてガスG5のプラズマが生成され、該プラズマに含まれるラジカルを含む混合層MX2が被エッチング層ELの表面の原子層に形成される(S382)。ステップS382では、ウエハWが静電チャックESC上に載置されている状態で、処理チャンバ20内にガスG5が供給され、当該ガスG5のプラズマが生成される。ガスG5は、被エッチング層ELのエッチングに適したエッチャントガスであり、フルオロカーボン系ガスと希ガスとを含み、例えばCxFy/Arガスであり得る。CxFyは、例えばCF4であり得る。ガスG5は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20内に供給される。
そして、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、ガスG5のプラズマが処理チャンバ20内において生成される。ガスG5のプラズマは炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルを含む。ステップS382によって、炭素ラジカルおよびフッ素ラジカルを含む混合層MX2が被エッチング層ELの表面の原子層に形成される(図14Eおよび図16A参照)。ガスG5にはフルオロカーボン系ガスが含まれるので、ステップS381において、被エッチング層ELの表面の原子層にフッ素ラジカルおよび炭素ラジカルが供給され、当該原子層に当該両ラジカルを含有する混合層MX2が形成され得る。
次に、ステップS352と同様の方法によって、処理チャンバ20内の空間がパージされる(S383)。ステップS383では、ステップS382において供給されたガスG5が排気される。ステップS383では、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス(例えばArガス)等といった不活性ガスが処理チャンバ20に供給されてもよい。即ち、ステップS383のパージは、不活性ガスを処理チャンバ20内に流すガスパージ、または、真空引きによるパージの何れであってもよい。
次に、ステップS353と同様の方法によって、処理チャンバ20内においてガスG6のプラズマが生成され、該プラズマにバイアス電圧を印可して、混合層MX2が除去される(S384)。ガスG6は、希ガスを含み、例えばArガスを含み得る。ガスG6は、ガスソースGSから配管システム12を介して処理チャンバ20に供給される。そして、第1の高周波電源62から高周波電力が供給され、第2の高周波電源64から高周波バイアス電力が供給され、排気装置50を動作させることによって処理チャンバ20内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。これにより、ガスG6のプラズマが処理チャンバ20内において生成される。生成されたプラズマ中のガスG6の原子のイオン(例えばAr原子のイオン)は、高周波バイアス電力による鉛直方向への引き込みによって、被エッチング層ELの表面の混合層MX2に衝突し、当該混合層MX2にエネルギーが供給される。例えば図16Bに示されるように、ステップS382において被エッチング層ELの表面に形成された混合層MX2にガスG6の原子のイオンを介してエネルギーが供給され、このエネルギーによって被エッチング層ELから混合層MX2が除去され得る。
次に、ステップS354と同様の方法によって、処理チャンバ20内の空間がパージされる(S385)。ステップS385では、ステップS384において供給されたガスG6が排気される。ステップS385では、パージガスとして窒素ガスまたは希ガス(例えばArガス)等の不活性ガスが処理チャンバ20に供給されてもよい。即ち、ステップS385のパージは、不活性ガスを処理チャンバ20内に流すガスパージ、または、真空引きによるパージの何れであってもよい。例えば、図16Cに示されるように、ステップS385で行われたパージによって、被エッチング層ELの表面の混合層MX2を構成する原子、および、ガスG6のプラズマに含まれる過剰なイオン(例えばAr原子のイオン)も十分に除去され得る。
次に、ステップS360と同様の方法によって、ステップS380の実行を終了するか否かが判定される(S390)。ステップS390では、ステップS380の実行回数が予め設定された回数に達したか否かが判定される。ステップS380の実行回数は、被エッチング層ELに対するエッチングの程度(深さ)に対応する。ステップS380は、基板SBの表面に至るまで被エッチング層ELをエッチングするように、繰り返し実行され得る。即ち、1回(単位サイクル)のステップS380の実行によってエッチングされる被エッチング層ELの厚さとステップS380の実行回数との積が被エッチング層EL自体の厚さとなるように、ステップS380の実行回数が決定され得る。従って、被エッチング層ELの厚さに応じて、ステップS380の実行回数が設定され得る。
ステップS390においてステップS380の実行回数が予め設定された回数に達していないと判定された場合(S390:No)、ステップS380が再び実行される。一方、ステップS390においてステップS380の実行回数が予め設定された回数に達していると判定された場合(S390:Yes)、図13に示されたプラズマ処理が終了する。これによって、例えば図14Fに示されるように、被エッチング層ELがエッチングされたウエハWが生成される。
[皮膜除去処理]
図17は、皮膜除去処理(S90)の一例を示すフローチャートである。図17に関する以下の説明では、図18および図19が適宜参照される。図18は、デポが付着した配管の断面の一例を示す図である。図19は、ステップS900が実行された後の各バルブの状態を模式的に示す図である。なお、ステップS30におけるプラズマ処理が実行されると、例えば図18に示されるように、ステップS10の皮膜形成処理において配管L内に形成された皮膜CF上にデポDPが付着する。
皮膜除去処理では、まず、所定のバルブVが開状態に制御される(S900)。ステップS900では、例えば図19に示されるように、バルブV11~V1n、バルブV22、およびそれぞれのV5が開状態に制御され、バルブV21、バルブV3、および、それぞれのバルブV6が閉状態に制御される。
次に、温度制御装置17により、配管システム12の温度が所定温度TDに制御される(S901)。そして、ガスソースGSPからのパージガスが配管システム12内に供給され、排気装置50によって配管システム12内のガスが排気されることにより、配管システム12内がパージされる(S902)。そして、ステップS900において開状態に制御された各バルブが閉状態に制御される(S903)。
ステップS901において、配管システム12の温度が所定温度TDに制御されることにより、ステップS10において配管L等の内壁に形成された皮膜CFが解重合し、皮膜CFが配管L等の内壁から剥がれる。このとき、皮膜CFに付着しているデポDPも、皮膜CFと一緒に配管L等の内壁から剥がれる。そして、ガスソースGSPから供給されたパージガスと一緒に皮膜CFおよびデポDPが排気される。これにより、配管L内のデポDPが除去され、配管L内の状態が、例えば図7Aに示された状態となる。同様に、配管システム12内の流量制御器FCやバルブVに付着しているデポDPも、皮膜CFと共に除去される。
配管システム12内のデポDPが除去されることにより、流量制御器FCによる流量制御の精度が回復する。また、配管システム12内のデポDPが除去されることにより、パーティクルの発生源が除去され、ウエハWがパーティクルで汚染されること防止することができる。
[その他]
なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態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、上記した実施形態において、ステップS10の皮膜形成処理は、ステップS30のプラズマ処理の前に1回行われるが、開示の技術はこれに限られず、ステップS10の皮膜形成処理は、ステップS30のプラズマ処理の前に2回以上行われてもよい。
なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求お範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
CF 皮膜
FC 流量制御器
L 配管
PD 載置台
V バルブ
W ウエハ
1 処理システム
10 プラズマ処理装置
11 制御装置
12 配管システム

Claims (5)

  1. ガス供給管内に、第1の化合物を含む第1のガスおよび第2の化合物を含む第2のガスが供給されている状態で、前記ガス供給管の温度を、前記第1の化合物と前記第2の化合物とが重合する第1の温度に制御することにより、前記ガス供給管の内壁に、前記重合により化合物の皮膜を形成する皮膜形成工程と、
    前記皮膜が形成された前記ガス供給管を介して処理チャンバ内に供給された処理ガスにより、前記処理チャンバ内の被処理体に所定の処理が行われた後に、前記ガス供給管の温度を、前記皮膜が解重合する第2の温度に制御することにより、前記皮膜を除去する除去工程と
    を含み、
    前記皮膜形成工程は、
    前記ガス供給管の温度を前記第2の温度に制御する工程と、
    前記ガス供給管の両端のバルブが開いた状態で、前記ガス供給管内に前記第1のガスおよび前記第2のガスを供給する工程と、
    前記ガス供給管の両端のバルブを閉じた状態で、前記ガス供給管を前記第1の温度に制御することにより、前記ガス供給管の内壁に前記化合物の皮膜を形成する工程と
    を含み、
    前記第1の化合物は、イソシアネートであり、
    前記第2の化合物は、アミンまたは水酸基を有する化合物であることを特徴とするガス供給管のクリーニング方法。
  2. 前記皮膜形成工程は、
    前記皮膜が形成された前記ガス供給管を介して前記処理チャンバ内に供給された処理ガスにより、前記処理チャンバ内の被処理体に所定の処理を行う処理工程の前に複数回実行されることを特徴とする請求項に記載のガス供給管のクリーニング方法。
  3. 前記処理工程の後に前記ガス供給管の容積を測定する測定工程と、
    前記ガス供給管の容積の変化に基づいて前記除去工程を実行するか否か判定する判定工程と
    をさらに含み、
    前記除去工程は、前記判定工程において前記除去工程を実行すると判定された場合に実行されることを特徴とする請求項に記載のガス供給管のクリーニング方法。
  4. 前記除去工程の後に、前記皮膜形成工程がさらに行われることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載のガス供給管のクリーニング方法。
  5. 処理チャンバと、
    前記処理チャンバに接続されたガス供給管と、
    第1の化合物を含む第1のガスを前記ガス供給管に供給する第1のガスソースと、
    第2の化合物を含む第2のガスを前記ガス供給管に供給する第2のガスソースと、
    前記ガス供給管の温度を制御する温度制御装置と、
    制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記ガス供給管内に、前記第1のガスおよび前記第2のガスが供給されている状態で、前記ガス供給管の温度を、前記第1の化合物と前記第2の化合物とが重合する第1の温度に制御することにより、前記ガス供給管の内壁に、前記重合により化合物の皮膜を形成する皮膜形成工程と、
    前記皮膜が形成された前記ガス供給管を介して前記処理チャンバ内に供給された処理ガスにより、前記処理チャンバ内の被処理体に所定の処理が行われた後に、前記ガス供給管の温度を、前記皮膜が解重合する第2の温度に制御することにより、前記皮膜を除去する除去工程と
    を実行し、
    前記皮膜形成工程では、
    前記ガス供給管の温度を前記第2の温度に制御する工程と、
    前記ガス供給管の両端のバルブが開いた状態で、前記ガス供給管内に前記第1のガスおよび前記第2のガスを供給する工程と、
    前記ガス供給管の両端のバルブを閉じた状態で、前記ガス供給管を前記第1の温度に制御することにより、前記ガス供給管の内壁に前記化合物の皮膜を形成する工程と
    を実行し、
    前記第1の化合物は、イソシアネートであり、
    前記第2の化合物は、アミンまたは水酸基を有する化合物であることを特徴とする処理システム。
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