JP7462383B2 - クリーニング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、クリーニング処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
従来から、大流量のガスを処理容器内に供給し、圧力上昇による衝撃波を発生させ、その衝撃波により処理容器内に付着したパーティクルを剥離させ、剥離したパーティクルをガスの粘性力により排気することが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2005-243915号公報
しかしながら、上記の手法では、処理容器内のパーティクルが除去しきれない場合がある。例えば、載置台上の半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という。)の周囲に配置されるエッジリングおよびその周辺にパーティクルが残存する場合がある。そうすると、パーティクルが載置台に載置されたウエハの最外周等に吸着し、ウエハの処理に影響を与えることで歩留まりを低下させ、生産性を悪くする。また、載置台周辺以外であっても処理容器内に配置された部品からパーティクルが発生するとウエハの処理に影響を与える。
本開示は、パーティクルを効率よく除去することができる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、(a)処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、(b)処理容器内にて基板を載置する第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極とのいずれかにプラズマ生成用の高周波電力供給する工程と、(c)基板の周囲に設けられたエッジリングに負の電圧を印加する工程と、(d)前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマによりクリーニング処理を行う工程と、を有するクリーニング方法が提供される。

一の側面によれば、パーティクルを効率よく除去することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。 一実施形態に係るクリーニング処理方法の一例を示すフローチャート。 一実施形態に係るクリーニング処理方法の一例を示すタイムチャート。 一実施形態に係るクリーニングの作用を説明するための図。 一実施形態に係るクリーニングの効果を擬似的に実験した結果を示す図。
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。
[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を用いて説明する。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。
本実施形態にかかるプラズマ処理装置1は、容量結合型の平行平板のプラズマ処理装置であり、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処理容器10を有している。処理容器10は接地されている。
処理容器10の底部には、セラミックス等からなる絶縁板12を介して支持台14が配置され、支持台14の上には、載置台16が設けられている。支持台14及び載置台16は、例えばアルミニウムから形成される。
載置台16の上面には、基板の一例であるウエハWを静電気力で吸着保持する静電チャック20が設けられている。静電チャック20は、導電膜からなる電極20aを一対の絶縁層20bまたは絶縁シートで挟んだ構造を有する。静電チャック20の上には、ウエハWが載置される。電極20aには電源22が接続されている。ウエハWは、電源22から供給される直流電圧により生じたクーロン力等の静電気力により静電チャック20に吸着保持される。
ウエハWの周囲には、プラズマ処理の均一性向上のために、例えばシリコンからなる導電性のエッジリング24が配置される。エッジリング24の周囲には、載置台16及び支持台14の側面まで延在する、例えば石英からなる円筒状のカバーリング26が配置される。
支持台14の内部には、例えば環状に冷媒室28が設けられている。冷媒室28には、配管30a,30bを介して、外部に設けられたチラーユニットから所定温度の熱交換媒体、例えば冷却水が供給され、循環する。これにより、熱交換媒体の温度によって載置台16上のウエハWの温度が制御される。また、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、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の上面とウエハWの裏面との間に供給され、これによって載置台16とウエハWとの熱伝達を良くし、ウエハWの温度制御性を高めることができる。
プラズマ処理装置1は、第1の高周波電源48及び第2の高周波電源90を備えている。第1の高周波電源48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48は、整合器46及び給電棒47を介して載置台16(下部電極)に接続されている。整合器46は、第1の高周波電源48の出力インピーダンスと負荷側(下部電極側)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48は、整合器46を介して、シャワーヘッド(上部電極)34に接続されていてもよい。第1の高周波電源48は、一例のプラズマ生成部を構成している。
第2の高周波電源90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の高周波電力は基板Wにイオンを引き込むためのバイアス電圧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90は、整合器88及び給電棒89を介して載置台16(下部電極)に接続されている。整合器88は、第2の高周波電源90の出力インピーダンスと負荷側(下部電極側)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48及び整合器46を備えなくてもよい。第2の高周波電源90は一例のプラズマ生成部を構成する。なお、載置台16は、静電チャック20を有しなくてもよい。
載置台16の上方には、載置台16と対向する位置にシャワーヘッド34が設けられている。シャワーヘッド34と載置台16の間はプラズマが生成されるプラズマ生成空間10Sとなっている。シャワーヘッド34は、下部電極として機能する載置台16に対して上部電極として機能する。
シャワーヘッド34は、絶縁性遮蔽部材42を介して、処理容器10の上部に支持されている。シャワーヘッド34は、多数のガス孔37を有する電極板36と、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なる電極支持体38とを有する。電極板36は、シリコンやSiCから形成される。電極支持体38の内部には、ガス拡散室40が設けられ、ガス拡散室40からは多数のガス管41が下方に延び、ガス管41の先端がガス孔37になっている。
電極支持体38にはガス拡散室40へガスを導くガス導入口62が取り付けられており、このガス導入口62にはガス供給管64が接続されている。ガス供給管64には、上流側から順にガス供給部66、マスフローコントローラ(MFC)68及び開閉バルブ70が接続されている。ガスは、ガス供給部66から供給され、マスフローコントローラ68及び開閉バルブ70により流量及び供給タイミングを制御される。ガスは、ガス供給管64からガス導入口62を通ってガス拡散室40に至り、ガス管41を介してガス孔37からシャワー状にプラズマ生成空間10Sに導入される。
プラズマ処理装置1は、電源50及び電源94を備えている。電源50は、シャワーヘッド34に接続されている。電源50はプラズマ生成空間10Sにて生成されたプラズマ中の正イオンを電極板36に引き込むための電圧を、シャワーヘッド34に印加する。電源94は、載置台16に接続されている。電源94はプラズマ生成空間10Sにて生成されたプラズマ中の正イオンを載置台16に引き込むための電圧を、載置台16に印加する。電源50、94はバイポーラ電源であってもよい。
処理容器10の底部には排気口78が形成され、排気管81を介して排気部80に接続されている。排気口78につながる排気路には、プラズマ生成空間10Sに生成されるプラズマを捕捉又は反射して排気部80への漏洩を防止する排気プレート77が設けられている。排気プレート77としては、アルミニウム材にイットリア(Y)等のセラミックスを被覆したものを用いることができる。
排気部80は、Adaptive Pressure Control(APC:圧力制御)バルブ82、Turbo Molecular Pump(TMP:ターボ分子ポンプ)83及びドライポンプ84を有する。
排気管81には、自動圧力制御バルブ82を介してターボ分子ポンプ83及びドライポンプ84が接続されている。ドライポンプ84にて処理容器10内を粗引きした後、ターボ分子ポンプ83にて処理容器10内を真空引きする。その際、自動圧力制御バルブ82の開度を調整することにより圧力を制御する。
処理容器10の側壁にはウエハWの搬入出口85が設けられており、搬入出口85はゲートバルブ86により開閉可能になっている。かかる構成の処理装置において、エッチング等のプラズマ処理を行う際、まず、ゲートバルブ86を開状態とする。そして、搬入出口85を介して搬送アームに保持されたウエハWを処理容器10内に搬入し、リフターピンを用いて搬送アームからウエハWを受け取り、ウエハWを載置台16上に載置する。
ガス供給部66から処理ガスを供給し、ガス管41を介してガス孔37から処理容器10内へシャワー状に供給する。また、排気部80により処理容器10内を排気する。
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は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部200は、プラズマ処理装置1の各部を制御する。制御部200では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置1を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部200では、表示装置により、プラズマ処理装置1の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、プロセス用制御プログラム、クリーニング用制御プログラム及びレシピデータが格納されている。
プロセッサは、プロセス用制御プログラムを実行し、ウエハWに所定のプラズマ処理を行う。また、制御部200は、クリーニング用制御プログラムを実行し、エッジリング24と、その周辺であるウエハWの外周及びカバーリング26と、のクリーニングを行う。
[クリーニング処理]
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置1が実行するクリーニング処理の一例について、図2及び図3を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係るクリーニング処理の一例を示すフローチャートである。図3は、本実施形態に係るクリーニング処理の一例を示すタイムチャートである。本実施形態に係るクリーニング処理方法は、制御部200により制御される。
クリーニング処理は、プラズマ処理装置1によるウエハWの処理の間に実行される。クリーニング処理が行われるタイミングは、いずれかに限られるものではないが、例えば1枚のウエハW処理毎にクリーニング処理を行ってもよいし、所定枚数のウエハW処理後に一度の割合でクリーニング処理を行ってもよい。クリーニング処理は、定期的又は不定期に行ってもよい。また、25枚のウエハWが収納されたロットの開始直前に行ってもよいし、ロットの終了直後に行ってもよいし、ロット間のアイドル中に行ってもよい。また、本処理が開始される前にウエハWの搬出が行われ、静電チャック20にウエハWが載置されていない状態で以下のクリーニング処理が開始される。
本処理が開始されると、制御部200は、排気部80により処理容器10内を所定の圧力まで真空引きする(ステップS10)。次に、制御部200は、ガス供給部66からOガスを供給し、処理容器10内を調圧する(ステップS12)。Oガスは、クリーニングガスの一例であり、クリーニングガスは、Oを含むガスであれば、Oガスに限られず、オゾンガスであってもよいる。
次に、制御部200は、第1の高周波電源48から出力したHFパワーを載置台16に印加する(ステップS14)。次に、制御部200は、電源94から出力した、-500V以上であって0よりも小さい直流電圧を載置台16に印加する(ステップS16)。
次に、制御部200は、所定時間が経過したかを判定し(ステップS18)、所定時間が経過するまでステップS16の処理を実行し、所定時間が経過したらステップS20に進む。
次に、制御部200は、ステップS20において、電源94からの直流電圧の印加を停止する。次に、制御部200は、HFパワーの印加を停止し(ステップS22)、排気部80による排気及び調圧を停止し、Oガスの供給を停止し(ステップS24)、本処理を終了する。
以上に説明した本実施形態に係るクリーニング処理によれば、図3(a)に示すように、Oガスの供給(Gas ON)、HFパワーの印加(RF ON)、直流電圧の印加(DC ON)はほぼ同時に行われる。ただし、HFパワーの印加は、直流電圧の印加よりも前に行われてもよい。Oガスの供給の停止(Gas OFF)、HFパワーの印加の停止(RF OFF)、直流電圧の印加の停止(DC OFF)についてもほぼ同時に行われる。ただし、HFパワーの印加の停止は、直流電圧の印加の停止よりも後に行われてもよい。
本実施形態に係るクリーニング処理では、OガスがHFパワーによりプラズマ化し、プラズマ生成空間10SにOプラズマが生成された状態で、エッジリング24に負の直流電圧が印加される。これにより、図4に示すように、プラズマ中の正のイオンが負の直流電圧が印加されたエッジリング24と、ウエハWの外周及びカバーリング26とに引き込まれる。
これにより、イオンの物理的衝突によってエッジリング24、ウエハWの外周及びカバーリング26に付着した反応生成物が剥がされる。剥がされた反応生成物は、排気部80から排気され、処理容器10の外部に除去される。
以上により、プラズマが生成された状態でエッジリング24に負の直流電圧を印加することで、図4の領域Arに示すウエハWの外周、エッジリング24及びカバーリング26のクリーニング対象に付着したパーティクルを効果的に除去できる。
なお、図3(b)に示すように、Oガスの供給、HFパワーの印加を行った後、直流電圧を印加しない状態(DC OFF)でOプラズマによりクリーニング処理を行い、途中で直流電圧を印加して引き続きクリーニング処理を行ってもよい。これによれば、直流電圧が印加されていない間、Oプラズマ中のラジカルによって主に化学的にクリーニングが行われ、直流電圧が印加された後、Oプラズマ中のイオンによる物理的なクリーニングが実行される。これによっても、クリーニング対象に付着したパーティクルを効率よく除去でき、クリーニング効果を高めることができる。更に、図3(b)に示す直流電圧のオンのタイミングとオフのタイミングとを逆にしてもよい。これによっても、直流電圧が印加されている間、Oプラズマ中のイオンによって主に物理的なクリーニングが行われ、直流電圧が印加されていない間、Oプラズマ中のラジカルによって主に化学的なクリーニングが行われる。これによっても、クリーニング効果を高めることができる。
なお、本実施形態におけるクリーニング処理では、載置台16にウエハWを載置しない、状態で実行されるウエハレスドライクリーニング(WLDC)が実行された。この場合、載置台16にウエハWが載置されていないため、静電チャック20の表面がプラズマに暴露される。このため、プラズマにより静電チャック20にダメージを与えないように、電源94から印加される負の電圧は、-500V以上の電圧であって0Vよりも小さい電圧であることが好ましい。
ただし、本実施形態におけるクリーニング処理は、載置台16にダミーウエハ等を載置した状態で実行してもよい。この場合、静電チャック20の表面はプラズマに暴露されないため、クリーニング処理時に静電チャック20へのダメージは生じ難い。このため、この場合には電源94から-500V以下の負の電圧を印加してもよい。
[効果]
最後に、本実施形態に係るクリーニング処理の効果の一例について、図5を参照しながら説明する。図5は、一実施形態に係るクリーニングの効果を擬似的に得るための実験を行った結果を示す図である。この実験では、図5(a)に示すようにエッジリング24上に有機膜Tを形成した状態でエッチングを行った。そして、有機膜Tのエッチングレートを測定することで、エッジリング24上の反応生成物のクリーニングの効果を擬似的に検証した。このときのプロセス条件は以下である。
<プロセス条件>
ガス種 Oガス
HFパワー ON
LFパワー OFF
上記プロセス条件において有機膜Tをエッチングしたときのエッチングレートを図5(b)に示す。図5(b)の右に示すエッジリング24に直流電圧を印加した場合(DC=-100V)のエッチングレートは、図5(b)の左に示すエッジリング24に直流電圧を印加しなかった場合(DC=0V)のエッチングレートよりも2割以上アップした。
以上から、プラズマが生成された状態でエッジリング24に負の直流電圧を印加することで、エッジリング24にイオンを引き込み、エッジリング24及びその周辺のクリーニング効果を効果的に高めることができることがわかる。
なお、本実施形態に係るクリーニング処理方法では、HFパワーを印加してガスをプラズマ化した状態でエッジリング24に負の直流電圧を印加してイオンを引き込み、エッジリング24及びその周辺のクリーニングを行う。
しかしながら、これに限られず、HFパワーを印加してガスをプラズマ化した状態でエッジリング24にLFパワー又はLFパワーと同程度の周波数のRFパワーをエッジリング24印加して、エッジリング24及びその周辺のクリーニングを行ってもよい。更に、HFパワーを印加してガスをプラズマ化した状態でエッジリング24にLFパワー又はLFパワーと同程度の周波数のRFパワーを印加し、かつ、エッジリング24に直流電圧を印加して、エッジリング24及びその周辺のクリーニングを行ってもよい。
また、負に帯電した粒子に対しては正の直流電圧を印加することでクリーニングを行うこともできる。
また、本実施形態に係るクリーニング処理方法では、プラズマ生成用の高周波としてHFパワーを用いたが、LFパワー又はマイクロ波パワーを用いてもよい。
今回開示された一実施形態に係るクリーニング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。
本開示のプラズマ処理装置は、ALD(Atomic Layer Deposition )装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
1 …プラズマ処理装置
10…処理容器
16…載置台(下部電極)
20…静電チャック
24…エッジリング
26…カバーリング
34…シャワーヘッド(上部電極)
48…第1の高周波電源
50…電源
66…ガス供給部
80…排気部
82…APCバルブ
83…TMP
84…ドライポンプ
90…第2の高周波電源
94…電源
200…制御部

Claims (15)

  1. (a)処理容器内で基板をプラズマ処理する工程と、
    (b)前記(a)の後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、
    (c)前記処理容器内にて基板を載置する第1電極と、前記第1電極に対向する第2電極とのいずれかにプラズマ生成用の高周波電力を供給する工程と、
    (d)前記基板の周囲に設けられたエッジリングに負の電圧を印加する工程と、
    (e)前記第1電極に前記基板又はダミーウエハを載置した状態で、前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより、前記基板の外周及び前記エッジリングに付着した反応生成物を除去するクリーニング処理を行う工程と、
    を有するクリーニング方法。
  2. 処理容器と、
    前記処理容器内で第1電極として機能し、基板を載置する載置台と、
    前記基板を囲むように、前記載置台上に配置されるエッジリングと、
    前記載置台に対向して配置され、プラズマ生成部を構成する第2電極と、
    を含むプラズマ処理装置のクリーニング方法であり、
    (a)前記処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、
    (b)前記第2電極にプラズマ生成用の高周波電力供給する工程と、
    (c)前記エッジリングに負の電圧を印加する工程と、
    (d)前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより、前記基板の外周及び前記エッジリングに付着した反応生成物を除去するクリーニング処理を行う工程と、
    を有するクリーニング方法。
  3. 前記クリーニング処理を行う工程は、前記載置台に基板を載置しない、
    請求項2に記載のクリーニング方法。
  4. 前記エッジリングに負の電圧を印加する工程は、負の直流電圧を印加する、
    請求項1~3のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  5. 前記エッジリングに負の電圧を印加する工程は、-500V以上の電圧であって、0Vよりも小さい電圧を印加する、
    請求項4に記載のクリーニング方法。
  6. 前記エッジリングに負の電圧を印加する工程は、-500V以下の電圧を印加する、
    請求項4に記載のクリーニング方法。
  7. 前記エッジリングに負の電圧を印加する工程は、前記プラズマ生成用の高周波電力よりも低い周波数を有する高周波電力を前記エッジリングにさらに供給する、
    請求項1~6のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  8. 前記クリーニングガスは、酸素含有ガスである、
    請求項1~7のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  9. (f)前記クリーニング処理を行う工程の開始後、所定時間が経過したか否かを判定する工程と、
    (g)前記判定する工程において、所定時間が経過したと判定した場合に、前記クリーニングガスの供給、前記プラズマ生成用の高周波電力の供給及び前記負の電圧の印加を停止する工程と、を更に有する、
    請求項1~8のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  10. 前記()において、前記クリーニングガスの供給の停止、前記プラズマ生成用の高周波電力の供給の停止及び前記負の電圧の印加の停止を同時に行う、
    請求項9に記載のクリーニング方法。
  11. 前記()において、前記負の電圧の印加を停止した後に、前記プラズマ生成用の高周波電力の供給を停止する、
    請求項9に記載のクリーニング方法。
  12. 前記プラズマ生成用の高周波電力を供給する工程、前記エッジリングに負の電圧を印加する工程及び前記クリーニング処理を行う工程を同時に行う、
    請求項1~11のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  13. 前記プラズマ生成用の高周波電力を供給する工程の後に前記エッジリングに負の電圧を印加する工程を行う、
    請求項1~11のいずれか一項に記載のクリーニング方法。
  14. 処理容器と、
    前記処理容器内にて基板を載置する第1電極と、
    前記第1電極に対向する第2電極と、
    前記基板の周囲に設けられるエッジリングと、
    制御部と、を有するプラズマ処理装置であって、
    前記制御部は、
    (a))処理容器内で基板をプラズマ処理する工程と、
    (b)前記(a)の後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、
    (c)前記第1電極と前記第2電極とのいずれかにプラズマ生成用の第1の高周波電力を供給する工程と、
    (d)前記エッジリングに負の電圧及び/又は前記第1の高周波電力よりも低い周波数を有する第2の高周波電力を供給する工程と、
    (e)前記第1電極に前記基板又はタミーウエハを載置した状態で、前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより、前記基板の外周及び前記エッジリングに付着した反応生成物を除去するクリーニング処理を行う工程と、
    を制御する、プラズマ処理装置。
  15. 処理容器と、
    前記処理容器内で第1電極として機能し、基板を載置する載置台と、
    前記基板を囲むように、前記載置台上配置されるエッジリングと、
    前記載置台に対向して配置され、プラズマ生成部を構成する第2電極と、
    制御部と、を有するプラズマ処理装置であって、
    前記制御部は、
    (a)前記処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、
    (b)前記第2電極にプラズマ生成用の第1の高周波電力を供給する工程と、
    (c)前記エッジリングに負の電圧及び/又は前記第1の高周波電力よりも低い周波数を有する第2の高周波電力を供給する工程と、
    (d)前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより、前記基板の外周及び前記エッジリングに付着した反応生成物を除去するクリーニング処理を行う工程と、
    を制御する、プラズマ処理装置。
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