JP7401313B2 - Treatment method and plasma treatment equipment - Google Patents
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Description
本開示は、処理方法及びプラズマ処理装置に関する。 The present disclosure relates to a processing method and a plasma processing apparatus.
プラズマ処理により生成された副生成物をウェハ上に堆積し、堆積膜を形成する工程がある。例えば、特許文献1は、酸化シリコンから構成された領域をエッチングし、且つ該領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する工程と、前記堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルにより前記領域をエッチングする工程とを交互に繰り返す技術を提案する。堆積物(以下、「副生成物」ともいう。)は、ウェハ上に堆積するとともに、ウェハの周囲に設けられた外周部材(以下、「エッジリング」ともいう。)上にも堆積する。
There is a step of depositing by-products generated by plasma processing on a wafer to form a deposited film. For example,
本開示は、外周部材の消耗を抑制しながら外周部材の上の堆積物を除去することができる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique that can remove deposits on a peripheral member while suppressing wear and tear on the peripheral member.
本開示の一の態様によれば、チャンバ内において被処理体を載置する載置台と、前記載置台の周囲に配置される外周部材と、前記外周部材に電圧を印加する第1の電源と、を有するプラズマ処理装置を用いて被処理体を処理する処理方法であって、前記第1の電源から前記外周部材に電圧を印加しながら、被処理体を堆積性の前駆体を有するプラズマに晒す工程と、前記プラズマに晒す工程の間、前記外周部材の上に堆積する炭素を含む堆積膜の状態を観測し、観測した前記堆積膜の状態に基づき、前記外周部材に印加する電圧を制御する工程と、を有する処理方法が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a mounting table on which an object to be processed is placed in a chamber, an outer peripheral member disposed around the mounting table, and a first power source that applies voltage to the outer peripheral member. A processing method for processing an object to be processed using a plasma processing apparatus having the above, wherein the object to be processed is exposed to plasma having a depositable precursor while applying a voltage from the first power source to the outer circumferential member. During the exposing step and the plasma exposing step, the state of a deposited film containing carbon deposited on the outer peripheral member is observed, and the voltage applied to the outer peripheral member is controlled based on the observed state of the deposited film. A processing method is provided, comprising the steps of:
一の側面によれば外周部材の消耗を抑制しながら外周部材の上の堆積物を除去することができる。 According to one aspect, deposits on the outer circumferential member can be removed while suppressing wear and tear on the outer circumferential member.
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for implementing the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.
[プラズマ処理装置]
一実施形態に係るプラズマ処理装置1について、図1を参照して説明する。図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置1の一例を示す断面模式図である。一実施形態に係るプラズマ処理装置1は、容量結合型の平行平板処理装置であり、チャンバ10を有する。チャンバ10は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の容器であり、接地されている。
[Plasma processing equipment]
A
チャンバ10の底部には、セラミックス等からなる絶縁板12を介して円柱状の支持台14が配置され、この支持台14の上に例えば載置台16が設けられている。載置台16は、静電チャック20と基台16aとを有し、静電チャック20の上面にウェハWを載置する。ウェハWの周囲には、例えばシリコンからなる環状のエッジリング24が配置されている。エッジリング24は、フォーカスリングとも呼ぶ。エッジリング24は、載置台16の周囲に配置される外周部材の一例である。基台16a及び支持台14の周囲には、例えば石英からなる環状のインシュレータリング26が設けられている。静電チャック20の中央側の内部では、導電膜からなる第1の電極20aが絶縁層20bに挟まれている。第1の電極20aは電源22と接続する。電源22から第1の電極20aに印加した直流電圧によって静電力を発生させ、静電チャック20のウェハ載置面にウェハWを吸着する。なお、静電チャック20は、ヒータを有し、これにより温度を制御してもよい。
A
支持台14の内部では、例えばリング状又は渦巻状の冷媒室28が形成されている。チラーユニット(図示せず)から供給される所定温度の冷媒、例えば冷却水が、配管30a、冷媒室28、配管30bを通り、チラーユニットに戻される。冷媒がかかる経路を循環することにより、冷媒の温度によってウェハWの温度を制御できる。さらに、伝熱ガス供給機構から供給される伝熱ガス、例えばHeガスが、ガス供給ライン32を介して静電チャック20の表面とウェハWの裏面とのすき間に供給される。この伝熱ガスによって、静電チャック20の表面とウェハWの裏面の間での熱伝達係数が下がり、冷媒の温度によるウェハWの温度の制御がより効果的になる。また、静電チャック20にヒータを有する場合、ヒータによる加熱と冷媒による冷却によって、ウェハWの温度を応答性が高く、且つ精度の高い制御が可能となる。
A ring-shaped or spiral-
上部電極34は、載置台16に対向してチャンバ10の天井部に設けられる。上部電極34と載置台16の間はプラズマ処理空間となる。上部電極34は、絶縁性の遮蔽部材42を介してチャンバ10の天井部の開口を閉塞する。上部電極34は、電極板36と電極支持体38とを有する。電極板36は、載置台16との対向面に形成された多数のガス吐出孔37を有し、シリコンやSiC等のシリコン含有物から形成される。電極支持体38は、電極板36を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから形成される。電極支持体38の内部では、多数のガス通流孔41a、41bがガス拡散室40a、40bから下方に延び、ガス吐出孔37に連通している。
The
ガス導入口62は、ガス供給管64を介して処理ガス供給源66に接続する。ガス供給管64には、処理ガス供給源66が配置された上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)68および開閉バルブ70が設けられている。処理ガスは、処理ガス供給源66から供給され、マスフローコントローラ68および開閉バルブ70により流量及び開閉を制御され、ガス供給管64を介してガス拡散室40a、40b、ガス通流孔41a、41bを通りガス吐出孔37からシャワー状に吐出される。
The
プラズマ処理装置1は、第1の高周波電源90及び第2の高周波電源48を有する。第1の高周波電源90は、第1の高周波電力(以下、「HFパワー」ともいう。)を発生する電源である。第1の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第1の高周波電力の周波数は、例えば27MHz~100MHzの範囲内の周波数である。第1の高周波電源90は、整合器88及び給電ライン89を介して基台16aに接続されている。整合器88は、第1の高周波電源90の出力インピーダンスと負荷側(基台16a側)のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第1の高周波電源90は、整合器88を介して上部電極34に接続されていてもよい。
The
第2の高周波電源48は、第2の高周波電力(以下、「LFパワー」ともいう。)を発生する電源である。第2の高周波電力は、第1の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第1の高周波電力と共に第2の高周波電力が用いられる場合には、第2の高周波電力はウェハWにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。第2の高周波電力の周波数は、例えば400kHz~13.56MHzの範囲内の周波数である。第2の高周波電源48は、整合器46及び給電ライン47を介して基台16aに接続されている。整合器46は、第2の高周波電源48の出力インピーダンスと負荷側(基台16a側)のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
The second high
なお、第1の高周波電力を用いずに、第2の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第2の高周波電力の周波数は、13.56MHzよりも大きな周波数、例えば40MHzであってもよい。プラズマ処理装置1は、第1の高周波電源90及び整合器88を備えなくてもよい。かかる構成により、載置台16は下部電極としても機能する。また、上部電極34は、ガスを供給するシャワーヘッドとしても機能する。
Note that plasma may be generated using the second high frequency power without using the first high frequency power, that is, using only a single high frequency power. In this case, the frequency of the second high frequency power may be higher than 13.56 MHz, for example 40 MHz. The
第2の可変電源50は上部電極34と接続し、直流電圧を上部電極34に印加する。第1の可変電源55はエッジリング24と接続し、直流電圧をエッジリング24に印加する。なお、第1の可変電源55は、外周部材に電圧を印加する第1の電源の一例である。第2の可変電源50は、上部電極34に電圧を印加する第2の電源の一例である。
A second
排気装置84は、排気管82と接続する。排気装置84は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有し、チャンバ10の底部に形成された排気口80から排気管82を通して排気を行い、チャンバ10内を所望の真空度に減圧する。また、排気装置84は、図示しないチャンバ10内の圧力を計測する圧力計の値を用いながら、チャンバ10内の圧力を一定に制御する。搬入出口85はチャンバ10の側壁に設けられている。ゲートバルブ86の開閉により搬入出口85からウェハWを搬入出する。
バッフル板83は、インシュレータリング26とチャンバ10の側壁の間に環状に設けられる。バッフル板83は、複数の貫通孔を有し、アルミニウムで形成され、その表面はY2O3等のセラミックスで被覆されている。
The
かかる構成のプラズマ処理装置1においてプラズマエッチング処理等の所定のプラズマ処理を行う際には、ゲートバルブ86を開き、搬入出口85を介してウェハWをチャンバ10内に搬入し、載置台16の上に載置し、ゲートバルブ86を閉じる。処理ガスをチャンバ10の内部へ供給し、チャンバ10内を排気装置84により排気する。
When performing predetermined plasma processing such as plasma etching processing in the
第1の高周波電力及び第2の高周波電力を載置台16に印加する。電源22から直流電圧を第1の電極20aに印加し、ウェハWを載置台16に吸着させる。なお、直流電圧を第2の可変電源50から上部電極34に印加してもよい。
The first high frequency power and the second high frequency power are applied to the mounting table 16. A DC voltage is applied from the
プラズマ処理空間に生成されたプラズマ中のラジカルやイオンによってウェハWの被処理面にエッチング等のプラズマ処理が施される。 Plasma processing such as etching is performed on the processing surface of the wafer W by radicals and ions in the plasma generated in the plasma processing space.
プラズマ処理装置1には、装置全体の動作を制御する制御部200が設けられている。制御部200に設けられたCPUは、ROM及びRAM等のメモリに格納されたレシピに従って、エッチング等の所望のプラズマ処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力(ガスの排気)、第1の高周波電力及び第2の高周波電力や電圧、各種ガス流量が設定されてもよい。また、レシピには、チャンバ内温度(上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハW温度、静電チャック温度等)、チラーから出力される冷媒の温度などが設定されてもよい。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、CD-ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
The
[堆積工程及びスパッタ工程]
近年、例えば、堆積性のエッチングと非堆積性のエッチングとを所定の回数繰り返し行うALE(Atomic Layer Etching)の技術等において堆積量の制御が重要になっている。特に載置台16の温度を、例えば-数十℃~-百数十℃程度に制御し、エッチングを行う極低温エッチングでは、エッチングにより生成される副生成物の堆積量は増加する。よって、極低温エッチングでは、ウェハ上に堆積する副生成物の堆積量を制御することがより重要になる。
[Deposition process and sputtering process]
In recent years, controlling the amount of deposition has become important, for example, in the ALE (Atomic Layer Etching) technique, in which depositional etching and non-depositional etching are repeated a predetermined number of times. In particular, in cryogenic etching in which the temperature of the mounting table 16 is controlled to, for example, about -several tens of degrees Celsius to -100s of tens of degrees Celsius, the amount of deposited by-products generated by etching increases. Therefore, in cryogenic etching, it is more important to control the amount of byproducts deposited on the wafer.
以下では、図2を用いて、エッチング処理により副生成物を堆積する工程と、副生成物を堆積しながらスパッタする工程について説明する。図2は、堆積工程及びスパッタ工程を説明するための図である。 Below, a process of depositing by-products by etching treatment and a process of sputtering while depositing by-products will be described using FIG. 2. FIG. 2 is a diagram for explaining the deposition process and the sputtering process.
例えば、ウェハW上の酸化シリコンから構成された領域をエッチングし、該領域上に炭素を含む堆積物を形成する堆積工程がある。この堆積工程では、処理ガス供給源66から炭素を含むC4F8等のフロロカーボンガスや、CH4等のハイドロカーボンガスの処理ガスが供給される。処理ガスは、CH2F2等のハイドロフロロカーボンガスでもよい。処理ガスには、不活性ガスが含まれてもよい。以下では、不活性ガスとしてアルゴンガスが含まれるとする。
For example, there is a deposition process in which a region made of silicon oxide on the wafer W is etched and a deposit containing carbon is formed on the region. In this deposition step, a processing gas such as a fluorocarbon gas containing carbon such as C 4 F 8 or a hydrocarbon gas such as CH 4 is supplied from the processing
処理ガスは、第1の高周波電力及び第2の高周波電力によりプラズマとなる。プラズマには、図2に示すように、例えば、CHxラジカル(CHx*)、CyFzラジカル(CyFz*)等のラジカル102及びアルゴンイオン(Ar+ )101が含まれる。
The processing gas is turned into plasma by the first high frequency power and the second high frequency power. As shown in FIG. 2, the plasma includes, for example,
ここで、図2(a)は、エッジリング24に直流電圧を印加していない場合であり、図2(b)は、エッジリング24に直流電圧を印加している場合である。アルゴンイオン101には異方性があり、図2(a)では、矢印A1に示すように第2の高周波電力が印加されている載置台16へ向かって移動し、ウェハW上の酸化シリコンのエッチングに寄与する。ラジカル102は、ウェハW上にて等方的に作用する。これにより、エッチング処理時に生成された炭素を含む副生成物がウェハW上に堆積する。プロセス中、エッジリング24は、プラズマに晒される。これにより、炭素を含む副生成物は、ウェハW上だけでなくエッジリング24上にも堆積する(図2(a)のd)。
Here, FIG. 2A shows a case where no DC voltage is applied to the
エッジリング24上に炭素を含む副生成物が堆積した状態で、例えば堆積性のエッチングから非堆積性のエッチングが順に又は交互に行われると、エッジリング24上の堆積物の影響でプラズマに偏りが生じ、エッチングが適正に行われない場合がある。そこで、第1の可変電源55からエッジリング24に直流電圧を印加して、図2(b)の矢印A2に示すように、プラズマ中のアルゴンイオン101をエッジリング24に引き込み、エッジリング24上をスパッタする。これにより、エッジリング24の上に堆積した炭素を含む副生成物がスパッタされ、除去される。
For example, if deposition etching and non-depositional etching are performed sequentially or alternately with carbon-containing by-products deposited on the
しかしながら、常に、エッジリング24に直流電圧を印加すると、直流電圧を印加しない場合と比べてエッジリング24の消耗が早くなる。エッジリング24が新品の場合、エッジリング24の上面とウェハWの上面とは同じ高さである。これに対して、エッジリング24が消耗すると、エッジリング24の厚さが薄くなって、エッジリング24の上面がウェハWの上面よりも低くなる。この結果、エッジリング24上のシースとウェハW上のシースの間に段差が生じる。
However, if a DC voltage is always applied to the
この段差により、ウェハWのエッジ部においてイオンの照射角度が斜めになり、ウェハW上に形成した凹部の形状が斜めになるチルティングが発生する。よって、チルティングが生じないようにエッジリング24の消耗を抑制し、かつ、エッジリング24の上の堆積物を除去することが望ましい。そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置1では、エッジリング24の消耗を抑制しながらエッジリング24の上の堆積物を除去する処理方法を提供する。そのために、本実施形態では、エッジリング24上のエッチング処理時に生成された堆積物の堆積状態をモニタし、堆積状態に応じてエッジリング24に直流電圧を印加するか否かを制御する。なお、堆積物の堆積状態とは、例えば、堆積量に限られず、堆積膜の厚さ又は堆積膜の被覆率でもよい。
Due to this level difference, the ion irradiation angle becomes oblique at the edge portion of the wafer W, and tilting occurs in which the shape of the recess formed on the wafer W becomes oblique. Therefore, it is desirable to suppress wear of the
[堆積状態のモニタ]
次に、エッジリング24上の堆積物の厚さをモニタする方法について、図3を参照しながら説明する。図3は、エッジリングの堆積状態のモニタ方法の一例を示す図である。本モニタ方法では、第1の可変電源55とエッジリング24とを接続する給電ラインに電流計100を接続する。そして、第1の可変電源55に所定の直流電圧Vdcを印加したときにエッジリング24とプラズマとの間のプラズマシースに電位差Vdcが生じ、これによってエッジリング24に引き込まれたイオンの量に応じて電流計100に流れる電流値iを測定する。
[Monitoring the deposition condition]
Next, a method of monitoring the thickness of the deposit on the
図3(a)に示すように、エッジリング24上に堆積物が存在しない場合、第1の可変電源55からエッジリング24に直流電圧を印加したときに電流計100に流れる電流値i1は、プラズマシースの抵抗成分をRsとしたとき、i1=Vdc/Rs・・・(1)と算出される。
As shown in FIG. 3(a), when there is no deposit on the
一方、図3(b)に示すように、エッジリング24上に堆積物dが存在する場合、抵抗成分は、堆積物dによる抵抗成分Rdを加えて合計抵抗成分(Rs'+Rd)となる。よって、エッジリング24に直流電圧Vdcを印加したときに電流計100に流れる電流値i2は、i2=Vdc/(Rs'+Rd)・・・(2)と算出される。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when a deposit d exists on the
堆積物dの抵抗成分Rdは、エッジリング24の抵抗成分Rs、Rs'と比較して十分に大きいため、Rd>>Rsとすると、式(1)及び式(2)からi2<<i1となり、エッジリング24に堆積物が堆積することで電流値iが減少することが予測される。よって、エッジリングの堆積物の量と電流値iとの相関関係のデータを予め収集してメモリに記憶しておくことで、プラズマ処理中に電流値iをモニタすることでエッジリング24上の堆積物の有無を判定できる。
Since the resistance component Rd of the deposit d is sufficiently large compared to the resistance components Rs and Rs' of the
例えば、電流値iをモニタすることでエッジリング24上の堆積膜の被覆率との相関情報を算出し、図4のグラフに一例を示すように、エッジリングの堆積膜の被覆率と電流値iとの相関関係のデータを予め用意してもよい。これにより、エッジリング24の電圧印加のタイミングを電流値iから判定することができる。
For example, by monitoring the current value i, correlation information with the coverage of the deposited film on the
図4に示す閾値I1及び閾値I2は、エッジリング24上をスパッタするタイミングとして予め設定されている。閾値I1は、閾値I2よりも大きい値に設定されている。ただし、閾値I1又は閾値I2のみが予め設定されてもよい。例えば、電流値iが閾値I1以下になったときに、エッジリング24上の堆積膜の被覆率が所定以上になったと判定し、エッジリングへの直流電圧の印加を開始してもよい。この場合、電流値iが閾値I1よりも大きくなったときに、エッジリング24上の堆積膜の被覆率が所定未満になったと判定し、エッジリング24への直流電圧の印加を停止してもよい。
The threshold value I 1 and the threshold value I 2 shown in FIG. 4 are set in advance as the timing for sputtering on the
エッジリングへの直流電圧の印加は、オン・オフの2値に限られない。例えば、エッジリングへの直流電圧の印加を低(Low)・高(High)に制御してもよい。例えば、電流値iが閾値I1以下になったときに、エッジリングへの直流電圧の印加を低に制御してもよい。そして、電流値iが閾値I2以下になったときに、エッジリングへの直流電圧の印加を高に制御してもよい。また、電流値iが閾値I1よりも大きくなったときに、エッジリングへの直流電圧の印加を停止してもよい。 The application of DC voltage to the edge ring is not limited to two values, on and off. For example, the application of DC voltage to the edge ring may be controlled to be low or high. For example, when the current value i becomes equal to or less than the threshold value I1 , the application of the DC voltage to the edge ring may be controlled to be low. Then, when the current value i becomes equal to or less than the threshold value I2 , the application of the DC voltage to the edge ring may be controlled to be high. Further, when the current value i becomes larger than the threshold value I1 , the application of the DC voltage to the edge ring may be stopped.
なお、エッジリング24上の堆積物をモニタする方法は、図3に示す方法に限られない。例えば、エッジリング24に光を照射し、その反射光をモニタすることで、エッジリング24上の堆積物の厚さを判定できる。また、それ以外の公知の技術を用いて堆積物の状態をモニタしてもよい。
Note that the method for monitoring the deposits on the
[電圧印加制御処理]
次に、図5を参照しながら、一実施形態に係るエッジリングの電圧印加制御処理について説明する。図5は、電圧印加制御処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、制御部200により制御される。なお、制御部200にエッジリングの電圧印加制御処理方法を実行させるプログラムは、制御部200のメモリに格納されており、CPUによりメモリから読み出されて実行される。
[Voltage application control processing]
Next, with reference to FIG. 5, a voltage application control process for the edge ring according to an embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of voltage application control processing. This process is controlled by the
なお、電圧印加制御処理は、プラズマ処理装置1において炭素を含む処理ガスのプラズマが生成され、ウェハW及びエッジリング24が処理ガスのプラズマに晒されている間、実行される。
Note that the voltage application control process is executed while a plasma of a processing gas containing carbon is generated in the
本処理が開始されると、制御部200は、第1の可変電源55に接続された電流計100により電流値iを取得する(ステップS11)。次に、制御部200は、電流値iが予め定められた閾値I1以下であるかを判定する(ステップS12)。
When this process is started, the
電流値iが予め定められた閾値I1以下である場合、制御部200は、エッジリング24へ直流電圧を印加する(ステップS13)。一方、電流値iが予め定められた閾値I1よりも大きい場合、制御部200は、エッジリング24へ直流電圧を印加しない(ステップS14)。
If the current value i is less than or equal to the predetermined threshold value I1 , the
次に、制御部200は、処理を終了するかを判定する(ステップS15)。制御部200は、ステップS15において本処理を終了すると判定するまで、ステップS11に戻り、ステップS11以降の処理を行う。
Next, the
図6は、以上に説明した電圧印加制御による効果の一例を示す図である。図6(a)の横軸はエッジリング24への直流電圧の印加時間を示し、縦軸はエッジリング24の消耗量を示す。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the effect of the voltage application control described above. The horizontal axis in FIG. 6(a) indicates the application time of DC voltage to the
図6(a)の線Aは、エッジリング24への直流電圧の印加を連続して行った場合のエッジリング24の消耗量の一例を示す。この場合、エッジリング24への直流電圧の印加時間に対応してエッジリング24が消耗する。
Line A in FIG. 6A shows an example of the amount of wear of the
一方、図6(a)の線Bは、本実施形態に係る電圧印加制御により図6(b)に示すように、エッジリング24へ断続的に直流電圧を印加した場合のエッジリング24の消耗量の一例を示す。この場合、エッジリング24への直流電圧の印加を不連続に行っているため、直流電圧を連続的に印加した線Aと比べエッジリング24の消耗量を低減できる。これにより、エッジリング24の消耗量を最小化することができる。
On the other hand, line B in FIG. 6(a) indicates wear and tear on the
[エッチングレートの変動]
以上から、エッジリング24へ断続的に直流電圧を印加することで、エッジリング24の消耗量を減らすことができることわかった。しかしながら、エッジリング24へ直流電圧を印加すると、ウェハWのプロセス特性に影響を与える。
[Change in etching rate]
From the above, it has been found that the amount of wear of the
図7は、エッジリング24に直流電圧を印加し、ウェハWにプラズマエッチング処理を施したときの実験結果の一例を示す。この実験におけるプロセス条件を以下に示す。
FIG. 7 shows an example of experimental results when a DC voltage was applied to the
<プロセス条件>
ガス CF4ガス、C4F8ガス、N2ガス
HFパワー 一定値
LFパワー 一定値
図7の横軸は、エッジリングに印加する直流電圧(エッジリングDC電圧)を示し、縦軸は、ウェハWの中央部(センタ)のエッチングレート(E/R)を示す。これによれば、エッジリング24に直流電圧を印加することにより、ウェハWの中央部のエッチングレートが上昇し、エッジリング24に印加する直流電圧が大きくなるほど、エッチングレートが高くなることがわかった。
<Process conditions>
Gas CF 4 gas, C 4 F 8 gas, N 2 gas HF power constant value LF power constant value The horizontal axis in FIG. 7 shows the DC voltage applied to the edge ring (edge ring DC voltage), and the vertical axis shows the wafer The etching rate (E/R) of the central portion (center) of W is shown. According to this, it was found that by applying a DC voltage to the
さらに、図8では、HFパワー及びLFパワーを3段階に変えてプラズマエッチング処理を行った。HFパワー及びLFパワー以外のプロセス条件は、図7のプロセス条件と同じである。 Furthermore, in FIG. 8, plasma etching treatment was performed while changing the HF power and LF power in three stages. Process conditions other than HF power and LF power are the same as those in FIG. 7.
図8に示す線Bは、HFパワー及びLFパワーを、説明の便宜上、基準パワーとして「中」とした場合のエッチングレートの結果である。線Aは、HFパワー及びLFパワーを基準パワーよりも高く設定した場合のエッチングレートの結果である。線Cは、HFパワー及びLFパワーを基準パワーよりも低く設定した場合のエッチングレートの結果である。 Line B shown in FIG. 8 is the result of the etching rate when the HF power and LF power are set to "medium" as the reference power for convenience of explanation. Line A is the etching rate result when the HF power and LF power are set higher than the reference power. Line C is the etching rate result when the HF power and LF power are set lower than the reference power.
この結果によれば、HFパワー及びLFパワーを上記3段階に変動させたいずれの場合にも、エッチングレートが上昇する傾向は同じであった。つまり、エッジリング24に直流電圧を印加した場合には、ウェハWの中央部のエッチングレートが上昇し、エッチングレートの制御性が悪くなることがわかった。
According to the results, the tendency for the etching rate to increase was the same in all cases in which the HF power and LF power were varied in the three stages described above. In other words, it has been found that when a DC voltage is applied to the
[HFパワー及びLFパワーの補正]
そこで、エッジリング24に印加する直流電圧と、エッチングレートと、HFパワー及びLFパワーとの関係から、エッジリング24に直流電圧を印加しなかった場合に対して、印加した場合のウェハWの中央部におけるエッチングレートのシフト量を予測した。そして、得られたエッチングレートのシフト量に対して、当該エッチングレートをシフトさせないための近似式を算出し、近似式からHFパワーの補正値及びLFパワーの補正値を求めた。
[HF power and LF power correction]
Therefore, from the relationship between the DC voltage applied to the
これによれば、エッジリング24に直流電圧を印加したときに、プラズマ処理中に印加するHFパワー及びLFパワーをHFパワーの補正値及びLFパワーの補正値により補正することで、ウェハWの中央部のエッチングレートのシフトを抑えることができる。これにより、エッチングレートの面内均一性又は制御性を高め、エッジリング24に電圧を印加したときのウェハWに対するプロセス特性の低下を防ぐことができる。
According to this, when a DC voltage is applied to the
図9(a)の横軸はウェハの枚数であり、縦軸はウェハWの中央部のエッチングレートである。図9(a)中の「実測値」は、実験計画法を用いてウェハ毎にプロセスパラメータを変えてウェハWの中央部のエッチングレートを測定した結果である。 The horizontal axis in FIG. 9A is the number of wafers, and the vertical axis is the etching rate at the center of the wafer W. The "actual measurement value" in FIG. 9A is the result of measuring the etching rate at the center of the wafer W by changing the process parameters for each wafer using the experimental design method.
図9(a)中の「評価値(計算値)」は、「実測値」から多変量解析を用いて、プロセスパラメータに対するウェハWの中央部のエッチングレートの関係を示す近似式を求め、「実測値」と同様にウェハ毎にプロセスパラメータを変えてウェハWの中央部のエッチングレートを算出した結果である。これによれば、「評価値」が「実測値」とほぼ同じになったため、近似式の精度は高いものと言える。 The "evaluation value (calculated value)" in FIG. 9(a) is obtained by calculating an approximate formula showing the relationship between the etching rate of the central part of the wafer W and the process parameter using multivariate analysis from the "actual measurement value". This is the result of calculating the etching rate at the center of the wafer W by changing the process parameters for each wafer, similar to the "Actual Measured Value". According to this, since the "evaluation value" is almost the same as the "actual value", it can be said that the accuracy of the approximate formula is high.
図9(b)は、「実測値」から求められた近似式から、ウェハWの中央部のエッチングレートが同一であるときのエッジリング24に印加する電圧とHFパワー及びLFパワーの補正値との相関を算出した相関情報である。
FIG. 9(b) shows the voltage applied to the
これにより、本実施形態に係るHFパワー及びLFパワーの補正によってエッジリング24に直流電圧を印加した場合であっても、ウェハWの中央部におけるエッチングレートがシフトせず、エッチングレートの制御性を確保できる。
As a result, even when a DC voltage is applied to the
なお、図9(b)は、HFパワー及びLFパワーを同一比率で変化させた場合のエッジリングの印加電圧と、HFパワー及びLFパワーとの相関関係を示すが、HFパワー及びLFパワーは、同一比率で変化させることに限られない。 Note that FIG. 9(b) shows the correlation between the applied voltage of the edge ring and the HF power and LF power when the HF power and LF power are changed at the same ratio. It is not limited to changing at the same ratio.
[プロセスパラメータの補正]
なお、使用する近似式は、実測値に近似する式であれば、一次関数を用いた近似式であってもよいし、それ以外の関数(二次関数等)を用いた近似式であってもよい。HFパワー及びLFパワーに対して、かかる近似式を用いた補正を行うことで、ウェハWの中央部のエッチングレートを変化させずに、ウェハWのプロセス特性の面内均一性を確保することができる。
[Process parameter correction]
The approximation formula used may be an approximation formula using a linear function, as long as it approximates the actual measured value, or an approximation formula using other functions (quadratic function, etc.). Good too. By correcting the HF power and LF power using such approximate formulas, it is possible to ensure in-plane uniformity of process characteristics of the wafer W without changing the etching rate at the center of the wafer W. can.
エッジリング24に印加する直流電圧の変動値(差分)に対して、どれだけHFパワー及びLFパワーを補正すべきかは、近似式により求められる。よって、その相関情報を制御部200のメモリに予め記憶しておく。
How much the HF power and LF power should be corrected with respect to the fluctuation value (difference) of the DC voltage applied to the
例えば、図9(b)に示すグラフでは、横軸の第1の可変電源55の最大出力値(エッジリングDC電圧として表記)に対するエッジリング24に印加する直流電圧の割合に対して、縦軸(左)はエッジリング24に印加しないときのHFパワーの設定値からの補正する割合を示し、縦軸(右)はエッジリング24に印加しないときのLFパワーの設定値からの補正する割合を示す。
For example, in the graph shown in FIG. 9(b), the vertical axis corresponds to the ratio of the DC voltage applied to the
この例では、エッジリング24に印加する直流電圧を「30%」増やすと、HFパワーを設定値から「12.5%」減算し、LFパワーを設定値から「12.5%」減算する。そして、補正後のHFパワー及び補正後のLFパワーを印加する。
In this example, when the DC voltage applied to the
このようにして、エッジリング24に印加する直流電圧又はその変動分に応じてHFパワー及びLFパワーを補正することで、エッジリング24に直流電圧を印加した場合であっても、ウェハWの中央部のエッチングレートの上昇を抑えることができる。これにより、エッジリング24に印加する直流電圧によりウェハWのエッジ部のチルティングの発生を抑えつつ、エッチングレートの制御性を高めることができる。
In this way, by correcting the HF power and LF power according to the DC voltage applied to the
なお、本実施形態では、エッジリング24に印加する直流電圧又はその変動分に応じてHFパワー及びLFパワーを補正したが、エッジリング24に印加する直流電圧に応じて補正するプロセスパラメータは、HFパワー及びLFパワーに限られない。補正するプロセスパラメータは、生成されるプラズマ密度が変動するプロセス条件であれば、どのようなパラメータであってもよい。補正するプロセスパラメータは、例えばエッチングレートが変動するプロセス条件であってもよい。
Note that in this embodiment, the HF power and LF power are corrected according to the DC voltage applied to the
例えば、補正するプロセスパラメータは、LFパワーのみでもよいし、HFパワーのみでもよい。補正するプロセスパラメータは、第2の可変電源50から上部電極34に印加する直流電圧であってもよいし、処理ガス供給源66から供給するガスの種類及び/又はガスの流量であってもよいし、チャンバ10内の圧力であってもよい。
For example, the process parameter to be corrected may be only LF power or only HF power. The process parameter to be corrected may be the DC voltage applied to the
つまり、プロセスパラメータは、第1の高周波電源90から印加される第1の周波数の高周波電力、第2の高周波電源48から印加される第1の周波数よりも低い第2の周波数の高周波電力、チャンバ10内に供給するガス、チャンバ10内の圧力、及び、第2の可変電源50から上部電極34に印加する電圧の少なくともいずれかであり得る。
In other words, the process parameters include high frequency power at a first frequency applied from the first high
[処理方法及び補正処理]
最後に、一実施形態に係る制御部200が行う処理方法及び補正処理について、図10及び図11を参照して説明する。図10は、一実施形態に係る処理方法の一例を示すフローチャートである。図11は、一実施形態に係る補正処理の一例を示すフローチャートである。なお、制御部200に処理方法及び補正処理方法を実行させるプログラムは、制御部200のメモリに格納されており、CPUによりメモリから読み出されて実行される。
[Processing method and correction processing]
Finally, the processing method and correction processing performed by the
図10に示す処理が開始されると、エッジリングの電圧印加制御処理が実行される(ステップS10)。この電圧印加制御処理は、図5に示すように電流値i(つまり、エッジリング24上の堆積物の状態)によって、エッジリング24に直流電圧を印加するかを判定し、直流電圧を印加するタイミングを制御する。このとき、図5のステップS15の処理を終了するかの判定において、制御部200は、エッジリング24に直流電圧が印加されていると判定したときに、図5の処理を終了すると判定する。
When the process shown in FIG. 10 is started, edge ring voltage application control process is executed (step S10). In this voltage application control process, as shown in FIG. 5, it is determined whether or not to apply a DC voltage to the
図5のエッジリングの電圧印加制御処理が終了すると、図10に戻り、補正処理が実行される(ステップS20)。補正処理の一例について、図11を参照して説明する。本補正処理が開始されると、制御部200は、エッジリング24に印加した直流電圧(DC電圧)の値を取得する(ステップS21)。次に、制御部200は、エッジリング24に印加した直流電圧値のうち、今回の直流電圧値と前回の直流電圧値との差分を算出する(ステップS22)。なお、今回の直流電圧値と前回の直流電圧値の取得間隔は、どのように設定されてもよい。また、今回の直流電圧値と前回の直流電圧値の差分に限られず、今回の直流電圧値と前回又はそれ以前の直流電圧値との差分であってもよい。例えば、今回の直流電圧値と前回及び前々回の直流電圧値の平均値との差分を用いてもよい。
When the edge ring voltage application control process in FIG. 5 is completed, the process returns to FIG. 10 and a correction process is executed (step S20). An example of the correction process will be described with reference to FIG. 11. When the main correction process is started, the
次に、制御部200は、図9(b)に示すエッジリング24に印加する直流電圧の差分とHFパワー及びLFパワーの補正値との相関情報を記憶したメモリを参照して、直流電圧値の差分に対するHFパワー及びLFパワーの補正値を算出する(ステップS23)。なお、図9(b)の相関情報の例は、エッジリング24に印加する直流電圧とプロセスパラメータの補正値との相関関係を示す情報の一例であり、これに限られない。前記相関情報は、今回の直流電圧値及び前回の直流電圧値の変動分(差分)と、プロセスパラメータの補正値との相関を示す情報でもよいし、今回の直流電圧値とプロセスパラメータの補正値との相関を示す情報であってもよい。後者の場合、ステップS22をスキップし、ステップS3にて、メモリに記憶した相関情報を参照して、ステップS21にて取得した今回の直流電圧値に対するHFパワーの補正値とLFパワーの補正値とを算出すればよい。
Next, the
次に、制御部200は、レシピに設定されたHFパワーの設定値から、ステップS23にて算出したHFパワーの補正値を減算し、補正後のHFパワーとする(ステップS24)。また、レシピに設定されたLFパワーの設定値から、ステップS23にて算出したLFパワーの補正値を減算し、補正後のLFパワーとする(ステップS24)。
Next, the
次に、制御部200は、補正後のHFパワーを印加し、補正後のLFパワーを印加する。制御部200は、その他のプロセス条件についてはレシピに設定された設定値に制御し、プラズマ処理を実行し(ステップS25)、本補正処理を終了し、図10に戻り全体の処理を終了する。
Next, the
以上に説明したように、本実施形態の補正処理によれば、エッジリング24に直流電圧を印加するタイミングを断続的に制御することで、エッジリング24の消耗を抑制できる。また、エッジリング24に直流電圧を印加したときに、印加する直流電圧に応じてプロセスパラメータ(例えばHFパワー等)を補正することでウェハWの中央部のエッチングレートの上昇を抑えることができる。これにより、エッジリング24の消耗を抑制しながら、エッジリング24に印加する直流電圧によりウェハWのエッジ部のチルティングの発生を抑えつつ、ウェハWの中央部におけるエッチングレートの上昇を抑制しながらエッジリング24上の堆積物を除去できる。
As described above, according to the correction process of this embodiment, wear and tear on the
特に載置台16の温度を、例えば-数十℃~-百数十℃程度に制御し、エッチングを行う極低温エッチングでは、エッチングにより生成される副生成物の堆積量は増加する。よって、本実施形態に係る処理方法は、極低温エッチングにおいてより有効な技術として利用できる。ただし、もちろん、本実施形態に係る処理方法は、極低温エッチングに限られない。 In particular, in cryogenic etching in which the temperature of the mounting table 16 is controlled to, for example, about -several tens of degrees Celsius to -100s of tens of degrees Celsius, the amount of deposited by-products generated by etching increases. Therefore, the processing method according to this embodiment can be used as a more effective technique in cryogenic etching. However, of course, the processing method according to this embodiment is not limited to cryogenic etching.
今回開示された一実施形態に係る処理方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。 The processing method and plasma processing apparatus according to the presently disclosed embodiment should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The embodiments described above can be modified and improved in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims. The matters described in the plurality of embodiments described above may be configured in other ways without being inconsistent, and may be combined without being inconsistent.
エッジリング24に印加する電圧は、直流電圧に限られず、交流電圧であってもよい。交流電圧をエッジリング24に印加する場合、第1の可変電源55の代わりに整合器、ブロッキングコンデンサを介して交流電源が接続される。この交流電源は、プラズマ中のイオンが追従できる周波数fを有する交流、つまりイオンプラズマ周波数よりも低い低周波または高周波の交流ACを出力し、そのパワー、電圧波高値または実効値を可変できるようになっている。エッチングプロセス中に交流電源からの交流電圧がブロッキングコンデンサを介してエッジリング24に印加されると、エッジリング24には自己バイアス電圧が発生する。即ち、エッジリング24に負の直流電圧成分が印加されたことになる。
The voltage applied to the
本開示の実施例では、エッチングプロセスについて説明したが、これに限定されるものではない。実施例ではエッチングプロセスの中で、処理基板に対して堆積膜を形成する工程についてであったが、Chemical Vapor Deposition(CVD)やPhysical Vapor Deposition(PVD) など、処理基板に対して堆積膜を形成する工程においても同様な効果が得られる。 In the embodiments of the present disclosure, an etching process has been described, but the present disclosure is not limited thereto. In the example, the process of forming a deposited film on a processing substrate in the etching process was described, but it is also possible to form a deposited film on a processing substrate using chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), etc. A similar effect can be obtained in the step of
また、本開示の堆積工程は、炭素を含む処理ガスを用いることで説明したが、これに限定されるものではない。例えばCVDで用いられるTEOSガスのように堆積性のプリカーサ(前駆体)を発生することができる処理ガスのプラズマを用いた時も、同様にエッジリングにも堆積する。また、PVDではプラズマスパッタリングによってターゲットから発生したプリカーサを処理基板上に堆積させるが、同様にエッジリングにも堆積する。すなわち、プラズマ空間に堆積性のあるプリカーサが存在していると同様にエッジリングにも堆積する。これらのプロセスにおいても、エッジリングに電圧を印加することによって、エッジリングへの堆積を防ぐことが出来、また、堆積膜の状態を観察し、印加電圧を調整することによって、エッジリングの消耗を最小限に抑えることが出来る。 Furthermore, although the deposition process of the present disclosure has been described using a processing gas containing carbon, it is not limited thereto. For example, when a plasma of a processing gas capable of generating a deposition precursor, such as TEOS gas used in CVD, is used, deposition also occurs on the edge ring in the same way. Furthermore, in PVD, precursors generated from a target by plasma sputtering are deposited on the processing substrate, and are similarly deposited on the edge ring. That is, if a depositable precursor exists in the plasma space, it will also deposit on the edge ring. Even in these processes, deposition on the edge ring can be prevented by applying a voltage to the edge ring, and wear on the edge ring can be prevented by observing the state of the deposited film and adjusting the applied voltage. It can be kept to a minimum.
本開示のプラズマ処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のどのタイプのプラズマ処理装置にも適用可能である。 The plasma processing apparatus of the present disclosure can perform any type of plasma processing including Capacitively Coupled Plasma (CCP), Inductively Coupled Plasma (ICP), Radial Line Slot Antenna (RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma (ECR), and Helicon Wave Plasma (HWP). It is also applicable to devices.
本明細書では、被処理体の一例としてウェハWを挙げて説明した。しかし、被処理体は、これに限らず、FPD(Flat Panel Display)に用いられる各種基板、プリント基板等であっても良い。 In this specification, the wafer W has been described as an example of the object to be processed. However, the object to be processed is not limited to this, and may be various substrates used for FPD (Flat Panel Display), printed circuit boards, and the like.
1 プラズマ処理装置
10 チャンバ
16 載置台
16a 基台
20a 第1の電極
24 エッジリング
34 上部電極
48 第2の高周波電源
50 第2の可変電源
55 第1の可変電源
66 処理ガス供給源
90 第1の高周波電源
W ウェハ
1
Claims (9)
前記第1の電源から前記外周部材に電圧を印加しながら、被処理体を堆積性の前駆体を有するプラズマに晒す工程と、
前記プラズマに晒す工程の間、前記外周部材の上に堆積する炭素を含む堆積膜の被覆率又は膜厚を観測し、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚に基づき、前記外周部材に印加する電圧を制御する工程と、
を有し、
前記外周部材に印加する電圧を制御する工程は、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚が所定の閾値以上の場合、前記外周部材に電圧を印加し、前記所定の閾値は、前記第1の電源から電圧を印加したときに流れる電流値と前記外周部材の上の前記堆積膜の量の相関情報により決定される、処理方法。 A plasma processing apparatus includes a mounting table on which an object to be processed is placed in a chamber, an outer peripheral member disposed around the mounting table, and a first power supply that applies a voltage to the outer peripheral member. A processing method for processing a processing body, the processing method comprising:
a step of exposing the object to be processed to plasma having a depositable precursor while applying a voltage from the first power source to the peripheral member;
During the step of exposing to the plasma, the coverage or film thickness of the carbon-containing deposited film deposited on the outer peripheral member is observed, and the voltage is applied to the outer peripheral member based on the observed coverage or film thickness of the deposited film. a step of controlling the voltage to be applied;
has
The step of controlling the voltage applied to the outer circumferential member includes applying a voltage to the outer circumferential member when the observed coverage rate or film thickness of the deposited film is equal to or greater than a predetermined threshold value, and the predetermined threshold value is equal to or greater than the first The processing method is determined based on correlation information between a current value flowing when a voltage is applied from a power source and an amount of the deposited film on the outer peripheral member .
補正した前記プロセスパラメータを含むプロセス条件に従いプラズマ処理を実行する工程と、を有する、
請求項1に記載の処理方法。 correcting the process parameters based on the voltage applied to the outer circumferential member with reference to a storage unit that stores correlation information between the voltage applied to the outer circumferential member and the correction value of the process parameter;
performing plasma processing according to process conditions including the corrected process parameters;
The processing method according to claim 1.
請求項2に記載の処理方法。 The process parameter is a process condition under which the generated plasma density varies;
The processing method according to claim 2.
請求項2又は3に記載の処理方法。 The process parameter is a process condition under which the etching rate varies;
The processing method according to claim 2 or 3.
請求項2~4のいずれか一項に記載の処理方法。 The process parameters include high frequency power at a first frequency applied from a first high frequency power source, high frequency power at a second frequency lower than the first frequency applied from a second high frequency power source, and high frequency power at a second frequency lower than the first frequency applied from a second high frequency power source. At least one of the supplied gas and the voltage applied from the second power source to the upper electrode facing the mounting table.
The processing method according to any one of claims 2 to 4.
請求項1~5のいずれか一項に記載の処理方法。 The step of controlling the voltage applied to the outer peripheral member includes not applying a voltage to the outer peripheral member when the observed coverage rate or film thickness of the deposited film is smaller than the predetermined threshold.
The treatment method according to any one of claims 1 to 5 .
請求項1~6のいずれか一項に記載の処理方法。 the plasma with the depositional precursor is generated by a process gas capable of generating the depositional precursor;
The processing method according to any one of claims 1 to 6 .
請求項7に記載の処理方法。 The processing gas contains carbon.
The processing method according to claim 7 .
前記制御部は、
前記第1の電源から前記外周部材に電圧を印加しながら、被処理体を堆積性の前駆体を有するプラズマに晒す工程と、
前記プラズマに晒す工程の間、前記外周部材の上に堆積する炭素を含む堆積膜の被覆率又は膜厚を観測し、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚に基づき、前記外周部材に印加する電圧を制御する工程と、
を制御し、
前記外周部材に印加する電圧を制御する工程は、観測した前記堆積膜の被覆率又は膜厚が所定の閾値以上の場合、前記外周部材に電圧を印加し、前記所定の閾値は、前記第1の電源から電圧を印加したときに流れる電流値と前記外周部材の上の前記堆積膜の量の相関情報により決定される、
プラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus comprising: a mounting table on which an object to be processed is placed in a chamber; a peripheral member disposed around the mounting table; a first power source that applies voltage to the peripheral member; and a control unit. And,
The control unit includes:
a step of exposing the object to be processed to plasma having a depositable precursor while applying a voltage from the first power source to the peripheral member ;
During the step of exposing to the plasma, the coverage or film thickness of the carbon-containing deposited film deposited on the outer peripheral member is observed, and the voltage is applied to the outer peripheral member based on the observed coverage or film thickness of the deposited film. a step of controlling the voltage to be applied;
control,
The step of controlling the voltage applied to the outer circumferential member includes applying a voltage to the outer circumferential member when the observed coverage rate or film thickness of the deposited film is equal to or greater than a predetermined threshold value, and the predetermined threshold value is equal to or greater than the first determined by correlation information between the current value flowing when a voltage is applied from the power supply and the amount of the deposited film on the outer peripheral member,
Plasma processing equipment.
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