JPH11102897A - ウェーハ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハを複数枚処理する毎にプラズマクリ
ーニングした場合に、プラズマクリーニング前後の形成
膜厚変動を抑制するウェーハ処理方法を提供する。 【解決手段】 プラズマクリーニング工程を含むウェー
ハ処理方法において、プラズマクリーニング時またはプ
ラズマクリーニング終了後次のウェーハ処理工程前に、
プラズマ反応領域ａの温度を低下させる温度制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ処理方法
に関し、特に、プラズマクリーニング時またはプラズマ
クリーニング終了後次のウェーハ処理工程前に、プラズ
マ反応領域の温度を低下させてプラズマクリーニング前
後の膜厚変動を抑えるウェーハ処理方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理においては、プラズマガス
の化学反応熱やイオン等の入射エネルギーにより反応室
内の温度が上昇する。ウェーハ処理中の温度を考慮して
ウェーハをプラズマ処理するプラズマ処理装置として、
プラズマ処理対象の試料（ウェーハ）を載置した試料載
置台を冷却しながらエッチング等の処理を行うプラズマ
処理装置（特開平８−２５５７８８号公報、特開平６−
１１２１６５号公報参照）が知られている。

【０００３】また、プラズマＣＶＤ装置では、ウェーハ
を下部電極（サセプタ）上に載置しこれを加熱しながら
上部電極との間でプラズマを励起してウェーハ上に成膜
する。これらのプラズマ処理装置において、現在は、ウ
ェーハを１枚ずつ反応室内にセットして１枚毎に処理す
る枚葉型の装置が主流となりつつある。

【０００４】このようなプラズマ処理装置においては、
反応生成物がウェーハ以外の反応室内の各部に付着して
堆積する。このように堆積した反応生成物が剥離すると
ダストとなり、これが処理中のウェーハ上に再付着する
とウェーハ品質を低下させる。そこでこのようなダスト
の発生を防止するために一定処理枚数毎に装置内がクリ
ーニングされる。このクリーニングは、ウェーハ処理を
中断して装置内にウェーハをセットしない状態で所定の
ガスを導入してプラズマを励起するプラズマクリーニン
グにより行われる。このようなクリーニングはウェーハ
を１枚処理する毎に行うことが本来望ましいが、特に枚
葉型の製造装置にあっては、プラズマクリーニングに要
する時間が設備生産性を大きく左右するため、プラズマ
クリーニングをウェーハ１枚毎に行うのではなく複数枚
処理する毎に行うことで設備生産性を高めている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェー
ハを複数枚処理する毎にプラズマクリーニングした場
合、プラズマクリーニング前後のウェーハ上の形成膜厚
に変動が発生することが確認された。

【０００６】図５は、ウェーハ５枚毎にプラズマクリー
ニングを実施した場合の各ウェーハ上の形成膜厚を示す
グラフである。図５に示すように、ウェーハ５枚毎にプ
ラズマクリーニング（ＲＦ Ｃｌｅａｎ）を行った前後
の５枚目と６枚目で膜厚が変動している。この膜厚の変
動は、以後のプラズマクリーニングの前後（１０枚目と
１１枚目、１５枚目と１６枚目等）でも同様に発生す
る。

【０００７】これによれば、プラズマクリーニングを境
に周期的な形成膜厚変動（プラズマクリーニング後の形
成膜厚が厚い）が発生していることがわかる。なお、形
成膜はＰ（プラズマ）−ＳｉＯＮで、プラズマクリーニ
ングはＣＦ₄ ＋Ｎ₂Ｏ ガスを使用し、１０００ＷのＲＦ
パワーで行った。このように、プラズマクリーニング前
後のウェーハ上の形成膜厚に変動が発生してしまうと、
膜厚のバラツキによるデバイス信頼性の低下が避けられ
ない。

【０００８】本発明は、上記従来技術を考慮してなされ
たものであって、ウェーハを複数枚処理する毎にプラズ
マクリーニングした場合に、プラズマクリーニング前後
のウェーハ上の膜厚変動を抑制するウェーハ処理方法の
提供を目的とする。

【０００９】ここで、本発明者は、上記膜厚変動は、膜
形成１枚毎の、即ちウェーハ１枚処理する毎のプラズマ
クリーニングでは形成膜厚変動が発生しないこと、及び
膜形成パラメータであるガス流量、膜形成圧力、ウェー
ハ温度、ＲＦパワー等の変動によるものではないことを
実験で確認し、上記膜厚変動の原因はプラズマ印加によ
る反応領域の温度上昇と推定した。この推定は以下の実
験により正しいものと検証された。

【００１０】図６は、ウェーハ処理の流れにおける膜厚
計測対象を示す説明図、図７は、形成膜厚差のプラズマ
クリーニング後の放置時間依存性を示すグラフである。
実験は図６に示すように、膜形成５枚毎にプラズマクリ
ーニングを行い、プラズマクリーニング前のウェーハ
（Ｗ５）と後のウェーハ（Ｗ６）のそれぞれの膜厚を測
定した。

【００１１】この場合、クリーニング終了後次のウェー
ハ（Ｗ６）の処理を開始するまでの放置時間を変えてウ
ェーハ（Ｗ５）とウェーハ（Ｗ６）の膜厚差を測定し
た。その結果を、図７に示す。放置時間については、ガ
スを流さず到達圧力までポンプにより真空引きする方法
（図中、黒四角で示す）、及びＮ₂Ｏ ガスを１分間に２
リットルの割合で流し圧力を６６７Ｐａで制御する１５
秒間と、ガスを流さずスロットルバルブを開いて到達圧
力まで真空引き１５秒間とを繰り返す方法（図中、黒丸
で示す）の二つの方法で調べた。後者は、反応領域の温
度をより早く低下させるための条件である。

【００１２】これによれば、プラズマクリーニング後の
放置時間を延ばすことで形成膜厚差が小さくなり、その
度合いは反応領域の温度をより早く低下させるための条
件の方（黒丸）が顕著であることがわかった。即ち、プ
ラズマクリーニング中のプラズマ印加により反応領域が
温度上昇してウェーハ処理の温度条件よりも高くなる。
このため、クリーニング前後の反応領域の温度差が大き
くなる。そこで、次のウェーハ（Ｗ６）を処理する前に
反応領域の温度を前のウェーハ（Ｗ５）と同じになるよ
うに低下させることにより膜厚差が小さくなる。この結
果より、プラズマクリーニング前後での形成膜厚変動
は、プラズマ印加による反応領域の温度上昇が原因と検
証された。

【００１３】

【課題を解決するための手段】従って前述の目的を達成
するため、本発明においては、プラズマクリーニング工
程を含むウェーハ処理方法において、プラズマクリーニ
ング時またはプラズマクリーニング終了後次のウェーハ
処理工程前に、プラズマ反応領域の温度を低下させる温
度制御を行うことを特徴とするウェーハ処理方法を提供
する。

【００１４】上記構成によれば、ウェーハ処理を中断し
て行うプラズマクリーニング時またはプラズマクリーニ
ング終了後次のウェーハ処理工程前に、プラズマ反応領
域の温度制御が行われて、プラズマクリーニングによる
温度上昇が抑制され、或いはプラズマクリーニングによ
り温度上昇したプラズマ反応領域の温度の低下が促進さ
れる。これにより、ウェーハを複数枚処理する毎にプラ
ズマクリーニングした場合に、プラズマクリーニング前
後の反応領域の温度差を小さくして形成膜厚変動の発生
を抑制することができる。

【００１５】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプラ
ズマＣＶＤ装置の全体構成図であり、図２は、図１の各
プロセスチャンバの断面図である。

【００１６】図１に示すように、ウェーハ処理装置であ
る平行平板型のプラズマＣＶＤ装置１０は、薄膜成形後
にプラズマクリーニングを行うプラズマクリーニング仕
様のＣＶＤ装置であり、ロードロックチャンバ１１と、
ロードロックチャンバ１１の周囲に開閉自在な扉１２を
介して設置された複数のプロセスチャンバ１３を有して
いる。ウェーハキャリア１４からロードロックチャンバ
１１に送り込まれたウェーハＷは、搬送ロボット１５に
より、ロードロックチャンバ１１から各プロセスチャン
バ１３内に搬送される。

【００１７】図２に示すように、プロセスチャンバ１３
は、下部電極も兼ねるウェーハ保持体であるサセプタ１
６と、サセプタ１６の上方に離間して配置された上部電
極も兼ねるガスを整流する網目状のフェースプレート１
７と、プラズマ発生用の高周波コイル１８とを備えてい
る。プロセスチャンバ１３の内部圧力は、スロットルバ
ルブ（図示しない）により設定圧力になるよう制御され
ている。フェースプレート１７とサセプタ１６との間に
はプラズマ反応領域ａが形成され、フェースプレート１
７とサセプタ１６の間でＲＦプラズマ（例えば１３．５
６ＭＨｚ）が印加される。

【００１８】プロセスチャンバ１３の下方には、プロセ
スチャンバ１３の底面１３ａを介して（又はチャンバ内
で直接）サセプタ１６を加熱昇温するランプ１９が設置
されている。サセプタ１６の温度は、サセプタ１６内部
の熱電対（図示しない）により設定温度（約４００℃）
に制御される。プロセスチャンバ１３の上部には、フェ
ースプレート１７に向けて成膜ガスを送り込むガス導入
口２０が設けられている。成膜ガスは、マスフローコン
トローラ（図示しない）により流量制御され、フェース
プレート１７から反応領域ａに均等に供給される。

【００１９】また、このプロセスチャンバ１３には、サ
セプタ１６とフェースプレート１７との間のプラズマ反
応領域ａの温度を低下させる温度制御手段２１（後述）
が備えられている。この温度制御手段２１により、ウェ
ーハ処理過程のプラズマクリーニング時またはプラズマ
クリーニング終了後次のウェーハ処理工程前におけるプ
ラズマ反応領域ａの温度制御が行われて、プラズマクリ
ーニング時のプラズマ印加に伴う温度上昇をクリーニン
グ中に直接抑制し、或いはクリーニング終了後にクリー
ニングにより温度上昇したプラズマ反応領域ａの温度の
低下を促進させる。

【００２０】上記構成を有するプラズマＣＶＤ装置１０
において、搬送ロボット１５によりプロセスチャンバ１
３内に搬送されたウェーハＷは、サセプタ１６上に移載
される。その後、反応ガスのプラズマを発生させてウェ
ーハＷ上に薄膜を形成する。成膜されたウェーハＷは次
のプロセスチャンバ１３内に移送され、同様にして成膜
される。このようにしてウェーハＷ上に各チャンバ１３
での薄膜が積層され多層膜が形成される。各プロセスチ
ャンバ１３内で順番に成膜処理されたウェーハＷはロー
ドロックチャンバ１１からウェーハキャリア１４に戻さ
れる。このようなウェーハ処理は連続して行われる。

【００２１】ここで、各プロセスチャンバ１３におい
て、例えば５枚のウェーハＷへの薄膜形成後、ウェーハ
Ｗがプロセスチャンバ１３内にセットされていない状態
でプラズマを励起してプロセスチャンバ１３内のクリー
ニングを行う。このプラズマクリーニング時のプラズマ
により反応領域ａの温度が上昇するが、温度制御手段２
１の作動により、プラズマクリーニング前後の温度差、
即ち、クリーニング前の５枚目のウェーハ処理時の温度
とクリーニング後の６枚目のウェーハ処理時の温度の差
を小さくして形成膜厚変動の発生を抑制することができ
る。

【００２２】従って、従来技術で課題となっていたプラ
ズマクリーニング前後での形成膜厚変動を抑制し、安定
した膜形成が可能となる。これにより、膜厚のバラツキ
が減少しデバイスの信頼性が向上するとともに、プラズ
マクリーニング後の必要放置時間を短縮することがで
き、設備生産性の向上が可能となる。同時に、プラズマ
クリーニングの安定化（エッチング速度の安定化）も可
能となる。

【００２３】なお、ここでは、平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置で説明したが、本発明はこれに限るものではな
く、ウェーハ処理工程中にプラズマクリーニングを行う
ことができるエッチング装置やスパッタ装置或いは洗浄
装置等、プラズマクリーニング仕様のプラズマによるウ
ェーハ処理装置であればよい。また、形成膜種を限定す
るものではない。

【００２４】（実施例１）以下、本発明の第１実施例を
図面に基づいて説明する。図３は、本発明の第１実施例
に係る、図２のプロセスチャンバに備えられた温度制御
手段の説明図である。

【００２５】図３に示すように、プロセスチャンバ１３
内のフェースプレート１７の周囲には、冷却媒体の流通
路となる円環状の冷却器２２と、この冷却器２２を収納
しフェースプレート１７の周縁に開口する冷気路２３が
配置されている。冷却器２２には、開閉バルブ２４によ
り通路が開閉されてバルブ開時冷却器２２へ冷却媒体が
導入される冷媒導入路２５と、冷却媒体の排出が行われ
る冷媒排出路２６が接続されている。冷気路２３のフェ
ースプレート１７近傍には、フェースプレート１７の温
度を検出する熱電対２７が設置されている。この熱電対
２７からの検出情報は制御部２８に送出され、制御部２
８により開閉バルブ２４の開閉が自動的に操作される。

【００２６】即ち、プラズマクリーニング時にフェース
プレート１７の温度が上昇すると、熱電対２７からその
検出情報が制御部２８に送出され、制御部２８によりバ
ルブ開状態になって冷却媒体が冷却器２２に導入され
る。この冷却媒体により、冷気路２３を介してフェース
プレート１７が冷却される。

【００２７】このように、プラズマ反応領域ａの温度上
昇に伴うフェースプレート１７の温度上昇を熱電対２７
が検出した場合に、開閉バルブ２４の開閉が自動的に操
作されて冷却媒体によるフェースプレート１７の温度制
御を行うことにより、クリーニング時のプラズマ印加に
伴うプラズマ反応領域ａの温度上昇が、プラズマクリー
ニング中に直接抑制され又はクリーニング終了後次のウ
ェーハ処理工程前に温度低下が促進されるため、プラズ
マクリーニング前後の形成膜厚変動を回避することがで
きる。

【００２８】（実施例２）以下、本発明の第２実施例を
図面に基づいて説明する。図４は、本発明の第２実施例
に係る、図２のプロセスチャンバに備えられた温度制御
手段の説明図である。

【００２９】図４に示すように、プロセスチャンバ１３
内のフェースプレート１７の周囲には、フェースプレー
ト１７の下面側に向けて開口するガス供給路２９が設置
されている。ガス供給路２９には、開閉バルブ３０によ
り通路が開閉されてバルブ開時ガス供給路２９へ不活性
ガス（Ｎ₂ ，Ａｒ，Ｈｅ等）が導入されるガス導入路３
１が接続されている。このガス供給路２９を介して、プ
ラズマクリーニング終了後にフェースプレート１７側か
らプラズマ反応領域ａに不活性ガスが供給される。ガス
供給路２９は、ウェーハ処理装置１０の構造に応じて適
当な箇所に設けてよい。

【００３０】このように、プラズマクリーニング終了後
にガス供給路から不活性ガスが供給されて、プラズマ印
加により温度上昇したプラズマ反応領域ａの温度の低下
が促進されるため、プラズマクリーニング前後の形成膜
厚変動を抑制することができる。

【００３１】なお、プラズマクリーニング終了後次のウ
ェーハ処理工程前のウェーハ放置時間として、膜厚変動
の発生を抑制できる充分な時間を確保することができれ
ば、自然冷却によるプラズマ反応領域ａの温度低下が得
られるため、特別な冷却手段を設けることなく温度のみ
を検出して温度管理することによりプラズマクリーニン
グ前後の形成膜厚変動を抑制することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るウェ
ーハ処理方法によれば、ウェーハ処理を中断して行うプ
ラズマクリーニング時またはプラズマクリーニング終了
後次のウェーハ処理工程前に、プラズマ反応領域の温度
制御が行われて、プラズマクリーニングに伴うプラズマ
反応領域の温度上昇がクリーニング中に抑制され又はク
リーニング後に温度低下が促進されるので、ウェーハを
複数枚処理する毎にプラズマクリーニングした場合に、
プラズマクリーニング前後の形成膜厚変動の発生を抑制
することができ、安定した膜形成が可能となる。これに
より、膜厚のバラツキが減少しデバイスの信頼性が向上
するとともに、プラズマクリーニング後の必要放置時間
を短縮することができ、設備生産性の向上が可能とな
る。同時に、プラズマクリーニングの安定化（エッチン
グ速度の安定化）も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装
置の全体構成図。

【図２】 図１の各プロセスチャンバの断面図。

【図３】 本発明の実施例１に係る、図２のプロセスチ
ャンバに備えられた温度制御手段の説明図。

【図４】 本発明の実施例２に係る、図２のプロセスチ
ャンバに備えられた温度制御手段の説明図。

【図５】 従来のウェーハ処理方法によりプラズマクリ
ーニングを実施した場合の各ウェーハ上の形成膜厚を示
すグラフ。

【図６】 ウェーハ処理の流れにおける膜厚計測対象を
示す説明図。

【図７】 形成膜厚差のプラズマクリーニング後の放置
時間依存性を示すグラフ。

【符号の説明】 １０：プラズマＣＶＤ装置、１１：ロードロックチャン
バ、１３：プロセスチャンバ、１４：ウェーハキャリ
ア、１５：搬送ロボット、１６：サセプタ、１７：フェ
ースプレート、１９：ランプ、２１：温度制御手段、２
２：冷却器、２３：冷気路、２４：開閉バルブ、２５：
冷気導入パイプ、２６：冷気排出パイプ、２７：熱電
対、２８：制御部、２９：ガス供給路、３０：開閉バル
ブ、３１：ガス導入路、Ｗ：ウェーハ、ａ：プラズマ反
応領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマクリーニング工程を含むウェーハ
   処理方法において、 プラズマクリーニング時またはプラズマクリーニング終
   了後次のウェーハ処理工程前に、プラズマ反応領域の温
   度を低下させる温度制御を行うことを特徴とするウェー
   ハ処理方法。
2. 【請求項２】前記温度制御は、上部電極と下部電極間に
   プラズマ反応領域が形成され、かつ前記下部電極上にウ
   ェーハが搭載されるウェーハ処理装置において、前記上
   部電極側を冷却して行うことを特徴とする請求項１に記
   載のウェーハ処理方法。