JPWO2012060423A1 - Radical cleaning apparatus and method - Google Patents

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Abstract

プラズマ発生室の内壁の消耗を減少せしめてプラズマ発生室の寿命を延ばし、低温での処理が可能な、μ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを利用したラジカルクリーニング装置として、真空槽21内に被処理基板Sを載置する基板支持ステージ22が設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、μ波印加手段又は高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室27と、プラズマ発生室27の下に設けた高周波電源28bが接続された第1のシャワープレート28と、第1のシャワープレート28の下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレート29とを備え、第1のシャワープレート28と第2のシャワープレート29とで画成されたラジカル生成室30を第1のシャワープレート28の下及び第2のシャワープレート29の上に有してなり、被処理基板Sをエッチングし、そしてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。この装置を用いて、ラジカルクリーニング方法を実施する。As a radical cleaning device using μ wave plasma and high frequency plasma, or a high frequency plasma, which can extend the life of the plasma generation chamber by reducing the consumption of the inner wall of the plasma generation chamber and can be processed at low temperature, A substrate support stage 22 on which the substrate to be processed S is placed is installed. The μ wave applying means or the high frequency applying means, the plasma generating chamber 27 for generating plasma by the μ wave applying means or the high frequency applying means, The first shower plate 28 is provided with a first shower plate 28 to which a high frequency power supply 28b provided below is connected, and a second shower plate 29 also serving as a discharge electrode provided under the first shower plate 28. And the second shower plate 29, the radical generation chamber 30 is formed under the first shower plate 28 and the second shower plate 28. Will have on the shower plate 29 is configured to the target substrate S is etched, and radical cleaning to remove the etch residue product. A radical cleaning method is performed using this apparatus.

Description

本発明は、ラジカルクリーニング装置及び方法に関し、特にμ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを利用したラジカルクリーニング装置及び方法に関する。   The present invention relates to a radical cleaning apparatus and method, and more particularly to a radical cleaning apparatus and method using μ-wave plasma and high-frequency plasma, or high-frequency plasma.

Siトランジスターを作る工程においてソース、ドレインと配線とのコンタクトとのためのNi及びCoのサリサイド形成の前工程として、また、ゲートPoly−Si膜と配線とのコンタクトの前工程として基板表面にある自然酸化膜を除去するために、以前はHFによる洗浄が行われていた。しかし、デバイスのシュリンクが進むにつれてHF溶液が微細ホールの中にうまく入らず、自然酸化膜の除去が十分でなくなってきた。   In the process of making a Si transistor, as a pre-process for forming a salicide of Ni and Co for the contact between the source, drain and wiring, and as a pre-process for the contact between the gate Poly-Si film and the wiring, In order to remove the oxide film, cleaning with HF has been performed in the past. However, as the device shrinks, the HF solution does not enter the fine holes well, and the removal of the natural oxide film has become insufficient.

上記問題を解決するために、NFHやNFHラジカルを用いた気相でのラジカルエッチング技術(CDT)が使用され始めている。NFHラジカルでSiOのエッチングを行うと残留生成物(NHSiF等が生成される。この残留生成物を除去するために、一般的には200℃程度に加熱して蒸発させている。これは、(NHSiFが120℃程度で蒸発する特性を応用したものである。NFHラジカルを形成するためには、N、H、NHガスをμ波プラズマで分解して真空槽にHラジカルを導入し、別途導入されたNFと反応させていた(例えば、特許文献1参照)。この際、μ波によるプラズマの発生は、石英チューブ若しくはサファイヤチューブ内にN、H、NHガスを導入し、μ波を照射することで行われていた。In order to solve the above problem, a radical etching technique (CDT) in a gas phase using NF 2 H or NFH 2 radicals has begun to be used. When SiO 2 is etched with NFH radicals, residual products (NH 4 ) 2 SiF 6 and the like are generated. In order to remove this residual product, it is generally evaporated by heating to about 200 ° C. This is an application of the characteristic that (NH 4 ) 2 SiF 6 evaporates at about 120 ° C. In order to form NFH radicals, N 2 , H 2 , and NH 3 gases were decomposed with μ-wave plasma, H radicals were introduced into a vacuum chamber, and reacted with separately introduced NF 3 (for example, patents). Reference 1). At this time, the generation of the plasma by the μ wave was performed by introducing N 2 , H 2 , NH 3 gas into the quartz tube or the sapphire tube and irradiating the μ wave.

このμ波プラズマを用いる場合について、図1を参照して、以下説明する。図1に示すように、石英チューブ1内にガス導入系2を経てN、H、NHガスを導入すると共に、石英チューブ1内に、整合器3及び導波管4を経てμ波を導入し、石英チューブ1内に導入されたガスをμ波プラズマで分解してHラジカルを生成させていた。このHラジカルを真空槽5内へ導入して、この真空槽内で別途導入されたNFガスと反応させ、NFHラジカルを形成していた。しかし、発生するプラズマPが小さな石英チューブ内に集中することからチューブ内壁の消耗が激しく、頻繁に交換する必要があった。これが、装置の運転コストを引き上げる大きな原因の一つになっていた。The case of using this μ wave plasma will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 1, N 2 , H 2 , and NH 3 gases are introduced into a quartz tube 1 through a gas introduction system 2, and a microwave is introduced into the quartz tube 1 through a matching unit 3 and a waveguide 4. Then, the gas introduced into the quartz tube 1 was decomposed with μ-wave plasma to generate H radicals. The H radicals were introduced into the vacuum chamber 5 and reacted with NF 3 gas separately introduced in the vacuum chamber to form NFH radicals. However, since the generated plasma P is concentrated in a small quartz tube, the inner wall of the tube is consumed so much that it has to be frequently replaced. This has been one of the main reasons for raising the operating cost of the apparatus.

また、エッチングで生じた残留生成物を除去するためには、基板を200℃程度まで加熱する必要があった。さらに、半導体デバイス(実デバイス)において、層間絶縁膜としてBPSGが使用されている場合は、りん系残留物が形成されるために400℃までの加熱が必要であった。400℃までの加熱は装置的には高価になり好ましくない。また、高温での加熱はデバイスに対して熱ダメージを与える場合もあり、低温での処理が望まれる。さらにまた、出来るならば1室で上記処理を全て行えることが望ましいという要求もある。   Further, in order to remove the residual product generated by etching, it is necessary to heat the substrate to about 200 ° C. Further, when BPSG is used as an interlayer insulating film in a semiconductor device (actual device), heating up to 400 ° C. is necessary because a phosphorus-based residue is formed. Heating up to 400 ° C. is not preferable because it is expensive in terms of equipment. In addition, heating at a high temperature may cause thermal damage to the device, and processing at a low temperature is desired. Furthermore, there is also a demand that it is desirable to perform all of the above processing in one room if possible.

特開2010−165954号公報JP 2010165595 A

本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、プラズマ発生室の内壁の消耗を減少せしめてプラズマ発生室の寿命を延ばし、低温での処理が可能な、μ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを利用したラジカルクリーニング装置及び方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and reduce the consumption of the inner wall of the plasma generation chamber, thereby extending the life of the plasma generation chamber and enabling processing at a low temperature. Another object of the present invention is to provide a high frequency plasma or a radical cleaning apparatus and method using the high frequency plasma.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の第1の発明は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第1のシャワープレートと、該第1のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートとを備え、該第1のシャワープレートと第2のシャワープレートとで画成されたラジカル生成室を該第1のシャワープレートの下及び該第2のシャワープレートの上に有してなり、該被処理基板をエッチングし、そしてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とする。   According to a first aspect of the radical cleaning apparatus of the present invention, in the radical cleaning apparatus having a vacuum chamber, a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber, and a μ wave applying means or a high frequency applying means is provided. A plasma generating chamber for generating plasma by the μ wave applying means or the high frequency applying means, a first shower plate connected to a high frequency power source provided under the plasma generating chamber, and the first shower plate And a second shower plate also serving as a discharge electrode, and a radical generation chamber defined by the first shower plate and the second shower plate is disposed under the first shower plate and the second shower plate. It is provided on the second shower plate, etches the substrate to be processed, and removes etching residual products to perform radical cleaning. It is comprised so that it may do.

上記ラジカルクリーニング装置の第1の発明において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とする。   In the first invention of the radical cleaning device, the μ wave applying means comprises a μ wave introducing means, a μ wave shielding member, and a μ wave diffusing dielectric member, and the high frequency applying means includes a gas inside. It is characterized by comprising a gas introduction member provided with an introduction path, and a top plate to which a high-frequency power source provided under the gas introduction member is connected.

上記ラジカルクリーニング装置の第1の発明において、該第1のシャワープレートをアース電位にするために、該第1のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とする。   In the first invention of the radical cleaning device, there is provided a means for switching between application of a high frequency power source to the first shower plate and grounding in order to set the first shower plate to ground potential. To do.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の第2の発明は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第1のシャワープレートと、該第1のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えてなり、該被処理基板をエッチングした後にラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とする。   A second aspect of the radical cleaning apparatus according to the present invention is a radical cleaning apparatus having a vacuum chamber, wherein a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber, and a μ wave applying means or a high frequency applying means is provided. A plasma generating chamber for generating plasma by the μ wave applying means or the high frequency applying means, a first shower plate connected to a high frequency power source provided under the plasma generating chamber, and the first shower plate And a radical generation chamber provided underneath, and configured to perform radical cleaning after etching the substrate to be processed.

上記ラジカルクリーニング装置の第2の発明において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とする。   In the second invention of the radical cleaning device, the μ wave applying means comprises a μ wave introducing means, a μ wave shielding member, and a μ wave diffusing dielectric member, and the high frequency applying means includes a gas inside. It is characterized by comprising a gas introduction member provided with an introduction path, and a top plate to which a high-frequency power source provided under the gas introduction member is connected.

上記ラジカルクリーニング装置の第2の発明において、さらに、該第1のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートを備え、該ラジカル生成室が該第1のシャワープレートと該第2のシャワープレートとで画成された空間であり、該被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめ、該エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とする。   In the second invention of the radical cleaning device, further comprising a second shower plate that also serves as a discharge electrode provided under the first shower plate, wherein the radical generation chamber has the first shower plate and the first shower plate. 2 is a space defined by the shower plate, and is configured to generate plasma in the space on the substrate to be processed and to remove radicals generated by the etching to perform radical cleaning. It is characterized by that.

上記ラジカルクリーニング装置の第2の発明において、該第1のシャワープレートをアース電位にするために、該第1のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とする。   In the second invention of the radical cleaning device, characterized in that there is provided means for switching between application of a high-frequency power source to the first shower plate and grounding in order to make the first shower plate have a ground potential. To do.

上記ラジカルクリーニング装置の第2の発明において、該装置は、被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置、又は多数枚同時処理するバッチ装置であることを特徴とする。   In the second invention of the radical cleaning device, the device is a single wafer device for cleaning substrates to be processed one by one, or a batch device for simultaneously processing a large number of substrates.

本発明に係るラジカルクリーニング方法の第1の発明は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にNガスとHラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してHラジカルを生成させ、このHラジカルをアース電位の第1のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へNFガスを導入し、該HラジカルとNFガスとを反応させてNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルを生成させ、このNFラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングし、次いで該μ波の印加又は高周波の印加を停止すると共に、該Nガス、Hラジカル生成用ガス及びNFガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第1のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第2のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とする。A first aspect of the radical cleaning method according to the present invention is a method for performing radical cleaning in a vacuum chamber, wherein N 2 gas and H radical generation gas are introduced into a plasma generation chamber, and μ wave or high frequency To generate plasma, decompose the gas by the plasma to generate H radicals, introduce the H radicals through the first shower plate at the ground potential, and introduce the radicals into the radical generation chamber. NF 3 gas is introduced into the production chamber, and the H radical and NF 3 gas are reacted to generate NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals. This NF x H y radical with the etched surface of the substrate to be processed by irradiating the substrate to be processed placed in the vacuum chamber, and then stopping the application or high frequency application of the μ-wave, said N 2 Scan, and stopping the introduction of the H radical generation gas and NF 3 gas, while introducing an inert gas into the vacuum chamber, the second serving as the discharge electrodes by applying a high frequency to the first shower plate Etching residual products generated by etching using plasma ions and radicals generated by applying high frequency to the shower plate to discharge, generating plasma on the substrate to be processed placed in the vacuum chamber Is removed by evaporation.

本発明のラジカルクリーニング方法の第2の発明は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にNガスとHラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してHラジカルを生成させ、このHラジカルをアース電位の第1のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へNFガスを導入し、該HラジカルとNFガスとを反応させてNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルを生成させ、このNFラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングすることを特徴とする。A second aspect of the radical cleaning method of the present invention is a method for performing radical cleaning in a vacuum chamber, wherein N 2 gas and H radical generation gas are introduced into a plasma generation chamber, and μ wave or high frequency is generated. Applied to generate plasma, decompose the gas by this plasma to generate H radicals, introduce the H radicals through the first shower plate at the ground potential, and introduce the radicals into the radical generation chamber. An NF 3 gas is introduced into the room, the H radical and the NF 3 gas are reacted to generate NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals, and the NF x H y radicals are The surface of the substrate to be processed is etched by irradiating the substrate to be processed placed in the vacuum chamber.

本発明に係るラジカルクリーニング方法の第2の発明において、該被処理基板表面をエッチングした後、該μ波又は高周波の印加を停止すると共に、該Nガス、Hラジカル生成用ガス及びNFガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第1のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第2のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とする。In the second invention of the radical cleaning method according to the present invention, after etching the surface of the substrate to be processed, the application of the μ wave or high frequency is stopped, and the N 2 gas, H radical generating gas and NF 3 gas are stopped. And introducing an inert gas into the vacuum chamber and applying a high frequency to the first shower plate to apply a high frequency to the second shower plate that also serves as a discharge electrode to discharge, Plasma is generated on a substrate to be processed placed in the vacuum chamber, and etching residual products generated by the etching are evaporated and removed using ions and radicals of the plasma.

上記ラジカルクリーニング方法の第1及び2の発明において、該不活性ガスが、該Nガス及びHラジカル生成用ガスの導入口、若しくはNFガスの導入口を経て該真空槽内へ導入されるか、又は該真空槽内へ直接導入されることを特徴とする。In the first and second inventions of the radical cleaning method, the inert gas is introduced into the vacuum chamber through the N 2 gas and H radical generating gas inlet or the NF 3 gas inlet. Or is directly introduced into the vacuum chamber.

上記ラジカルクリーニング方法の第1及び2の発明において、該不活性ガスは、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類のガスであることを特徴とする。In the first and second inventions of the radical cleaning method, the inert gas is at least one gas selected from the group consisting of H 2 , Ar, He, Ne, and Xe.

上記ラジカルクリーニング方法の第1及び2の発明において、該被処理基板として、その表面にSiO膜が形成されている基板を用いることを特徴とする。In the first and second inventions of the radical cleaning method, a substrate having a SiO 2 film formed on a surface thereof is used as the substrate to be processed.

上記ラジカルクリーニング方法の第1及び2の発明において、上記第1及び2の発明のラジカルクリーニング装置のいずれかを用いてラジカルクリーニングを実施することを特徴とする。   In the first and second inventions of the radical cleaning method, the radical cleaning is performed using any one of the radical cleaning devices of the first and second inventions.

本発明によれば、Hラジカル生成のためのプラズマを発生させるために、好ましくは平行平板型のプラズマ放電室(プラズマ発生室)を設置して放電空間を広げ、μ波を好ましくは誘電体部材を用いて大面積に拡散させて放電空間に導入することで、又は高周波を大面積に拡散させて放電空間に導入することで、単位面積当たりのプラズマ密度を小さくすることができる。その結果、放電空間を覆っている壁へのダメージを低減させることにより、放電室の寿命が大幅に長くなるので、従来の石英チューブで行われていた頻繁な交換が不要になると共に、大幅な運転コストの低減につながるという効果を奏することができる。   According to the present invention, in order to generate plasma for generating H radicals, a parallel plate type plasma discharge chamber (plasma generation chamber) is preferably installed to widen the discharge space, and the μ wave is preferably a dielectric member. The plasma density per unit area can be reduced by diffusing in a large area using and introducing it into the discharge space, or by diffusing a high frequency into the discharge space and introducing it into the discharge space. As a result, by reducing damage to the walls covering the discharge space, the life of the discharge chamber is significantly increased, eliminating the need for frequent replacements that have been done with conventional quartz tubes, There is an effect that the operation cost is reduced.

また、第1のシャワープレートを通過させたHラジカルと導入したNFガスとの反応を行う反応室(ラジカル生成室)を備え、さらに所定の孔径を有する第2のシャワープレートを介して生成したNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルのみを基板に供給することができるため、イオンの影響が無くなり、SiNとの選択比の高いラジカルクリーニングが可能になるという効果を奏することができる。本発明で用いる被処理基板には、表面にSiO膜以外に、半導体デバイス(実デバイス)を構成する種々の膜が形成されている基板も含まれている。そのため、基板表面の一部が、例えばSiNとなっている場合もある。従って、SiNをエッチングしてしまうと、本来エッチングされてはいけない部分をけずってしまうことになるので、SiNとの選択比が高いクリーニングが必要となる。本発明は、そのような場合にも適している。In addition, a reaction chamber (radical generation chamber) that performs a reaction between the H radical that has passed through the first shower plate and the introduced NF 3 gas is provided, and further generated through a second shower plate having a predetermined pore size. Since only NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals can be supplied to the substrate, there is no influence of ions, and radical cleaning with a high selectivity with SiN is possible. Can be played. Substrates used in the present invention include substrates on which various films constituting semiconductor devices (actual devices) are formed in addition to the SiO 2 film on the surface. Therefore, a part of the substrate surface may be SiN, for example. Therefore, if SiN is etched, a portion that should not be etched is removed, so that cleaning with a high selectivity to SiN is required. The present invention is also suitable for such a case.

さらに、エッチング後に、連続して被処理基板と対抗する第2のシャワープレートに高周波を印加すると共に、不活性ガスを導入して被処理基板上にプラズマを発生させるので、エッチング残留生成物を除去するための基板温度の低温化が計れると共に、エッチングプロセスと残留生成物除去プロセスとを一貫して一つの真空槽で行うことができるので、装置コストの低減にもつながるという効果を奏することができる。   Further, after etching, a high frequency is continuously applied to the second shower plate that opposes the substrate to be processed, and an inert gas is introduced to generate plasma on the substrate to be processed, thereby removing residual etching products. In addition, the temperature of the substrate can be lowered, and the etching process and the residual product removal process can be performed consistently in one vacuum chamber, so that it is possible to reduce the cost of the apparatus. .

従来技術によるμ波照射によるHラジカル生成を行うための装置の一構成を模式的に示す断面概略図。The cross-sectional schematic which shows typically one structure of the apparatus for performing the H radical generation by microwave irradiation by a prior art. 本発明によるμ波プラズマ及び高周波プラズマを使用したラジカルクリーニング装置の一構成例を模式的に示す断面概略図。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a radical cleaning apparatus using μ wave plasma and high frequency plasma according to the present invention. 本発明によるμ波プラズマ及び高周波プラズマを使用したラジカルクリーニング装置の別の構成例を模式的に示す断面概略図。The cross-sectional schematic which shows typically another structural example of the radical cleaning apparatus using micro wave plasma and high frequency plasma by this invention. 本発明による高周波(RF)プラズマを使用したラジカルクリーニング装置の一構成例を模式的に示す断面概略図。The cross-sectional schematic which shows typically the example of 1 structure of the radical cleaning apparatus using the high frequency (RF) plasma by this invention. 本発明によるRFプラズマを使用したラジカルクリーニング装置の別の構成例を模式的に示す断面概略図。The cross-sectional schematic which shows typically another structural example of the radical cleaning apparatus using RF plasma by this invention. 実施例1において得られた、μ波を印加した際のμ波照射時間(秒)とSiO膜のエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示すグラフ。6 is a graph showing the relationship between the μ wave irradiation time (seconds) when the μ wave is applied and the etching amount (etching thickness (nm)) of the SiO 2 film, obtained in Example 1. 実施例1において得られた、μ波印加時間を80秒に固定して、第2のシャワープレートにRFを印加するRF照射時間(秒)とエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示すグラフ(a)、SiO膜のエッチング及びエッチング残留生成物(NHSiF除去の一連のプロセスを説明するための模式的概略図((b)〜(d))。The relationship between the RF irradiation time (second) for applying RF to the second shower plate and the etching amount (etching thickness (nm)) with the μ wave application time fixed at 80 seconds, obtained in Example 1. the graph (a), etching and etching residual product of SiO 2 film (NH 4) 2 SiF 6 schematically schematic diagram for illustrating a series of process of elimination ((b) ~ (d) ). 実施例2において得られた、RF用天板にRF(13.56MHz)を印加した際のRF照射時間(秒)とSiO膜のエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示すグラフ。The relationship between RF irradiation time (second) when applying RF (13.56 MHz) to the RF top plate obtained in Example 2 and the etching amount (etching thickness (nm)) of the SiO 2 film is shown. Graph. 実施例2において得られた、RF用天板のRF(13.56MHz)印加時間を60秒に固定して、第2のシャワープレートにRFを印加するRF照射時間(秒)とエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示すグラフ(a)、SiO膜のエッチング及びエッチング残留生成物(NHSiF除去の一連のプロセスを説明するための模式的概略図((b)〜(d))。The RF (13.56 MHz) application time of the RF top plate obtained in Example 2 is fixed to 60 seconds, and the RF irradiation time (seconds) for applying RF to the second shower plate and the etching amount (etching) Graph (a) showing the relationship with the thickness (nm)), and a schematic schematic diagram for explaining a series of processes of etching the SiO 2 film and removing the etching residual product (NH 4 ) 2 SiF 6 ((b ) To (d)). 実施例2において得られた、第1のRF電源の周波数を変化させた場合(13.56MHz、40MHz及び80MHz)のRF照射時間(秒)とSiO膜のエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示すグラフ。RF irradiation time (seconds) when the frequency of the first RF power source obtained in Example 2 was changed (13.56 MHz, 40 MHz, and 80 MHz) and the etching amount (etching thickness (nm) of the SiO 2 film ).

以下、本発明に係るラジカルクリーニング装置及び方法の実施の形態について、μ波プラズマ及び高周波プラズマを用いる場合と、高周波プラズマだけを用いる場合について、それぞれ、説明する。重複する箇所に関しては、一部省略してある。   Hereinafter, embodiments of the radical cleaning apparatus and method according to the present invention will be described for a case where μ wave plasma and high frequency plasma are used, and a case where only high frequency plasma is used, respectively. Some overlapping parts are omitted.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の第1の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有し、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、真空槽の開口部を有する上蓋に、大気側から順に、μ波導入手段、μ波導入手段の周辺に設けたμ波遮蔽部材、μ波遮蔽部材の下に設けたμ波拡散用誘電体部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなるμ波印加手段と、その下に平行に設けた、NガスとHラジカル生成用ガスとを導入するためのガス導入口を備えたHラジカル生成用プラズマ発生室と、このプラズマ発生室の下に平行に設けた、生成ラジカルを通過せしめるための、高周波電源が接続された第1のシャワープレートと、第1のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートとを備え、第1のシャワープレートと第2のシャワープレートとで画成された空間であるラジカル生成室を第1のシャワープレートの下及び第2のシャワープレートの上に有してなり、このラジカル生成室(空間)は、第1のシャワープレートを通過してくるHラジカルと反応するガス(例えば、NFガス)を導入するためのガス導入口を有し、空間内で両者を反応させて、被処理基板をエッチングするためのラジカル(例えば、NF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカル)を生成せしめるように構成され、また、真空槽内へ不活性ガスを導入し、例えば、上記プラズマ発生室に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入し、第2のシャワープレートの下であって、真空槽内の上部の被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめてエッチング残留生成物を除去するように構成されてなり、そして第1のシャワープレートをアース電位にするために、第1のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。上記プラズマ発生室は上記したように平行平板型であっても、また、ICPモードであってもよい。According to the first embodiment of the radical cleaning apparatus of the present invention, this radical cleaning apparatus has a vacuum chamber, and a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber, and the vacuum chamber In order from the atmosphere side, the microwave introduction means, the microwave shielding member provided around the microwave introduction means, the microwave diffusion dielectric member provided below the microwave shielding member, Generation of plasma for H radical generation provided with a μ wave applying means comprising a dielectric member for μ wave diffusion, and a gas inlet for introducing N 2 gas and H radical generation gas provided in parallel thereunder. And a discharge electrode provided under the first shower plate, which is provided in parallel under the plasma generation chamber and to which a high-frequency power source is connected for allowing the generated radicals to pass therethrough. Second shower And a radical generation chamber, which is a space defined by the first shower plate and the second shower plate, is provided below the first shower plate and above the second shower plate. The radical generation chamber (space) has a gas inlet for introducing a gas (for example, NF 3 gas) that reacts with the H radical passing through the first shower plate. It is configured to react to generate radicals for etching the substrate to be processed (for example, NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals). Active gas is introduced, for example, from the gas inlet provided in the plasma generation chamber through the plasma generation chamber and the radical generation chamber, through the gas inlet provided in the radical generation chamber, or in the vacuum chamber An inert gas is directly introduced into the vacuum chamber from the gas inlet, and plasma is generated in the space above the substrate to be processed under the second shower plate and in the upper portion of the vacuum chamber. The apparatus is configured to remove residual products and includes means for switching between application of a high-frequency power source to the first shower plate and ground to bring the first shower plate to ground potential. May be a single-wafer apparatus that cleans the substrates to be processed one by one, or a batch apparatus that simultaneously processes a large number of sheets. The plasma generation chamber may be a parallel plate type as described above, or may be an ICP mode.

上記NF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルとしては、例えば、NFHやNFHラジカル等を挙げることができる。Examples of the NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radical include NF 2 H and NFH 2 radicals.

不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生するが、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、プラズマ発生室内の圧力が真空槽内のプラズマ空間の圧力よりも低くなり、不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び/又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。   The introduction of the inert gas into the vacuum chamber can be carried out through the above-described path, and discharge occurs in the vacuum chamber and plasma is generated, but the vacuum chamber directly from the gas inlet provided in the vacuum chamber. If introduced into the chamber, the pressure in the plasma generation chamber becomes lower than the pressure in the plasma space in the vacuum chamber, which may cause inconvenience. Therefore, it is more preferable to introduce into the vacuum chamber through the plasma generation chamber and / or the radical generation chamber.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の第2の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有し、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、真空槽の開口部を有する上蓋に、大気側から順に、μ波導入手段と、μ波導入手段の周辺に設けたμ波遮蔽部材と、μ波遮蔽部材の下に設けたμ波拡散用誘電体部材と、μ波拡散用誘電体部材の下に平行に設けた、NガスとHラジカル生成用ガスとを導入するためのガス導入口を備えたHラジカル生成用プラズマ発生室と、このプラズマ発生室の下に平行に設け、高周波電源が接続された生成ラジカルを通過せしめるための第1のシャワープレートと、第1のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えてなり、このラジカル生成室は、第1のシャワープレートを通過してくるHラジカルと反応するガス(例えば、NFガス)を導入するためのガス導入口を有し、空間内で両者を反応させて、被処理基板をエッチングするためのラジカル(例えば、NF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカル)を生成せしめるように構成されており、また、第1のシャワープレートをアース電位にするために、第1のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。この場合、被処理基板のエッチング後、別の真空槽を用いて、被処理基板上のエッチング残留生成物を除去することができる。According to the second embodiment of the radical cleaning apparatus according to the present invention, the radical cleaning apparatus has a vacuum chamber, and a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber. In order from the air side to the upper lid having the opening, the μ wave introducing means, the μ wave shielding member provided around the μ wave introducing means, and the μ wave diffusion dielectric member provided below the μ wave shielding member A plasma generation chamber for generating H radicals provided with a gas inlet for introducing N 2 gas and a gas for generating H radicals, which are provided in parallel under the dielectric member for μ wave diffusion, and this plasma generation A first shower plate for passing the generated radicals connected in parallel under the chamber and connected to the high-frequency power supply; and a radical generation chamber provided under the first shower plate. The chamber is the first It has a gas inlet for introducing a gas (for example, NF 3 gas) that reacts with H radicals passing through the power plate, and reacts both in the space to etch the radical ( For example, the first shower is configured to generate NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals, and the first shower plate is set to the ground potential. Means for switching between application of a high-frequency power source to the plate and grounding are provided, and this apparatus may be a single-wafer apparatus for cleaning substrates to be processed one by one or a batch apparatus for simultaneously processing a large number of sheets. In this case, after etching the substrate to be processed, an etching residual product on the substrate to be processed can be removed using another vacuum chamber.

上記ラジカルクリーニング装置の第2の実施の形態において、さらに、第1のシャワープレートの下に平行に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートを備え、ラジカル生成室が第1のシャワープレートと第2のシャワープレートとで画成された空間であり、真空槽内の上部の被処理基板上の空間に第2のプラズマを発生せしめ、上記エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。   In the second embodiment of the radical cleaning device, a second shower plate that also serves as a discharge electrode provided in parallel below the first shower plate is further provided, and the radical generation chamber has the first shower plate and the first shower plate. The second plasma is generated in the space above the substrate to be processed in the upper part of the vacuum chamber, and the residual etching product generated by the etching is removed to generate radicals. It is configured to be cleaned.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の第3の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、大気側から順に、真空槽の開口部を覆う高周波印加手段であって、内部に屈曲した形状を有するガス導入用径路が設けられたガス導入用部材及びこのガス導入用部材の下に設けた第1高周波電源が接続された高周波用天板からなる高周波印加手段と、この天板の下に天板と平行に設けた第1のプラズマ発生室と、このプラズマ発生室の下に平行に設けた、生成したラジカルを通過せしめるための、第2の高周波電源が接続された第1のシャワープレートと、第1のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートとを備え、第1のシャワープレートと第2のシャワープレートとで画成された空間であるラジカル生成室を第1のシャワープレートの下及び第2のシャワープレートの上に有し、このラジカル生成室内に第1のシャワープレートを通過してくるHラジカルと反応するガスを導入してHラジカルと反応させてラジカルを生成せしめ、このラジカルで被処理基板をエッチングするように構成され、次いで真空槽内へ不活性ガスを導入し、例えば、上記ガス導入用部材に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入し、第2のシャワープレートの下であって、真空槽内の上部の被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されてなり、また、第1のシャワープレートをアース電位にするために、第1のシャワープレートに対する第2の高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。   According to the third embodiment of the radical cleaning apparatus of the present invention, this radical cleaning apparatus is a radical cleaning apparatus having a vacuum chamber, and a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber. The high-frequency applying means for covering the opening of the vacuum chamber in order from the atmosphere side, the gas introduction member provided with a gas introduction path having a bent shape inside, and provided below the gas introduction member A high-frequency applying means comprising a high-frequency top plate connected to a first high-frequency power source, a first plasma generation chamber provided in parallel with the top plate under the top plate, and provided in parallel under the plasma generation chamber In addition, a first shower plate connected to a second high-frequency power source for allowing the generated radicals to pass through, and a second electrode serving also as a discharge electrode provided under the first shower plate A radical generation chamber, which is a space defined by the first shower plate and the second shower plate, below the first shower plate and above the second shower plate. A gas that reacts with H radicals passing through the first shower plate is introduced into the radical generation chamber to react with H radicals to generate radicals, and the substrate to be processed is etched with these radicals. Introducing an inert gas into the vacuum chamber, for example, from the gas introduction port provided in the gas introduction member through the plasma generation chamber and the radical generation chamber, or through the gas introduction port provided in the radical generation chamber, or An inert gas is directly introduced into the vacuum chamber directly from the gas inlet provided in the vacuum chamber, and is located under the second shower plate and in the vacuum chamber. It is configured to generate radicals in the space above the substrate to be processed to remove etching residual products and perform radical cleaning, and in order to set the first shower plate to ground potential, Means is provided for switching between application of the second high-frequency power source to the shower plate and grounding, and this apparatus is a batch apparatus that simultaneously processes a large number of sheets, even if it is a single wafer apparatus that cleans substrates to be processed one by one. May be.

上記ガス導入用径路は、直線状ではなく、ガス導入用部材内で一度屈曲して、プラズマ発生室内へ向かうように構成された形状を有しており、これによりプラズマ発生室内からプラズマ成分が逆流しないように構成されている。ガス導入用径路は、直線状であっても良く、この場合には、プラズマ逆流防止用のフィルターを径路の途中に設ける構造とすれば良い。また、このプラズマ発生室は上記したように平行平板型であっても、ICPモードであってもよい。なお、上記ガス導入用径路が設けられたガス導入用部材の代わりに、第1のプラズマ発生室の側壁にガス導入用径路を設けても良い。   The gas introduction path is not linear, but has a shape configured to bend once in the gas introduction member and go to the plasma generation chamber, so that the plasma component flows back from the plasma generation chamber. It is configured not to. The gas introduction path may be linear, and in this case, a structure for providing a plasma backflow prevention filter in the middle of the path may be used. The plasma generation chamber may be a parallel plate type as described above, or may be an ICP mode. Note that, instead of the gas introduction member provided with the gas introduction path, a gas introduction path may be provided on the side wall of the first plasma generation chamber.

不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生するが、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、プラズマ発生室内の圧力が真空槽内のプラズマ空間の圧力よりも低くなり、不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び/又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。   The introduction of the inert gas into the vacuum chamber can be carried out through the above-described path, and discharge occurs in the vacuum chamber and plasma is generated, but the vacuum chamber directly from the gas inlet provided in the vacuum chamber. If introduced into the chamber, the pressure in the plasma generation chamber becomes lower than the pressure in the plasma space in the vacuum chamber, which may cause inconvenience. Therefore, it is more preferable to introduce into the vacuum chamber through the plasma generation chamber and / or the radical generation chamber.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の第4の実施の形態によれば、このラジカルクリーニング装置は、真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、大気側から順に、真空槽の開口部を覆う高周波印加手段であって、内部に屈曲した形状を有するガス導入用径路が設けられたガス導入用部材及びこのガス導入用部材の下に設けた第1高周波電源が接続された高周波用天板からなる高周波印加手段と、この天板の下に平行に設けた第1のプラズマ発生室と、プラズマ発生室の下に平行に設けた、生成したラジカルを通過せしめるための、第2の高周波電源に接続した第1のシャワープレートと、第1のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えており、このラジカル生成室内に第1のシャワープレートを通過してくるHラジカルと反応するガスを導入してHラジカルと反応させ、ラジカルを生成せしめ、このラジカルで被処理基板をエッチングするように構成さており、また、第1のシャワープレートをアース電位にするために、第1のシャワープレートに対する第2の高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えており、この装置は被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。この場合、被処理基板のエッチング後、別の真空槽を用いて、被処理基板上のエッチング残留生成物を除去することができる。   According to the fourth embodiment of the radical cleaning apparatus of the present invention, this radical cleaning apparatus is a radical cleaning apparatus having a vacuum chamber, and a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber. The high-frequency applying means for covering the opening of the vacuum chamber in order from the atmosphere side, the gas introduction member provided with a gas introduction path having a bent shape inside, and provided below the gas introduction member A high-frequency applying means comprising a high-frequency top plate connected to a first high-frequency power source, a first plasma generation chamber provided in parallel under the top plate, and a parallel generation under the plasma generation chamber were generated. A first shower plate connected to a second high-frequency power source for passing radicals, and a radical generation chamber provided under the first shower plate. A gas that reacts with the H radical passing through the first shower plate is introduced into the radical generation chamber to react with the H radical, thereby generating a radical, and the substrate to be processed is etched with this radical. Further, in order to set the first shower plate to the ground potential, there is provided means for switching between application of the second high-frequency power source to the first shower plate and ground, and this apparatus cleans the substrates to be processed one by one. It may be a single wafer processing apparatus or a batch apparatus that processes a large number of sheets simultaneously. In this case, after etching the substrate to be processed, an etching residual product on the substrate to be processed can be removed using another vacuum chamber.

上記ラジカルクリーニング装置の第4の実施の形態において、さらに、第1のシャワープレートの下に平行に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートを備え、ラジカル生成室が第1のシャワープレートと第2のシャワープレートとで画成された空間であり、真空槽内の上部の被処理基板上の空間に第2のプラズマを発生せしめ、上記エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。   In the fourth embodiment of the radical cleaning device, a second shower plate also serving as a discharge electrode provided in parallel below the first shower plate is further provided, and the radical generation chamber has the first shower plate and the first shower plate. The second plasma is generated in the space above the substrate to be processed in the upper part of the vacuum chamber, and the residual etching product generated by the etching is removed to generate radicals. It is configured to be cleaned.

上記ラジカルクリーニング装置の第4の実施の形態におけるガス導入用径路は、直線状ではなく、ガス導入用部材内で一度屈曲して、プラズマ発生室内へ向かうように構成された形状を有しており、これにより発生室内からプラズマ成分が逆流しないように構成されている。ガス導入用径路は、上記したように直線状であっても良く、この場合には、プラズマ逆流防止用のフィルターを径路の途中に設ける構造とすれば良い。また、上記第1のプラズマ発生室は上記したように平行平板型であっても、また、ICPモードであってもよい。なお、上記ガス導入用径路が設けられたガス導入用部材については、上記した通りである。   The gas introduction path in the fourth embodiment of the radical cleaning device is not linear, but has a shape configured to bend once in the gas introduction member and go into the plasma generation chamber. Thus, the plasma component is configured not to flow backward from the generation chamber. The gas introduction path may be linear as described above. In this case, a structure for providing a plasma backflow prevention filter in the middle of the path may be used. The first plasma generation chamber may be a parallel plate type as described above, or may be an ICP mode. The gas introduction member provided with the gas introduction path is as described above.

本発明に係るラジカルクリーニング方法の第1の実施の形態によれば、このクリーニング方法は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にNガスとHラジカル生成用ガス(例えば、Hガス又はNHガス等)とを導入し、この導入されたガスにμ波を印加してμ波プラズマを発生させ、このプラズマにより上記ガスを分解してHラジカルを生成させ、このHラジカルをアース電位の第1のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へNFガスを導入し、HラジカルとNFガスとを反応させてNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルを生成させ、このNFラジカルを、放電電極を兼ねる第2のシャワープレートを通過させて、真空槽内に載置された被処理基板(例えば、表面にSiO膜が形成されている基板)上に照射し、被処理基板表面(例えば、表面に形成されているSiO膜)をエッチングし、次いで、所望により、エッチング後、μ波の印加を停止すると共に、Nガス、Hラジカル生成用ガス及びNFガスの導入を停止し、真空槽内へ不活性ガス(例えば、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類の不活性ガス)を導入し、例えば、上記プラズマ発生室に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口からラジカル生成室を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入すると共に、第1のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第2のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することからなる。According to the first embodiment of the radical cleaning method of the present invention, this cleaning method is a method of performing radical cleaning in a vacuum chamber, and includes N 2 gas and H radical generating gas in the plasma generation chamber. (For example, H 2 gas or NH 3 gas) is introduced, and a μ wave is applied to the introduced gas to generate a μ wave plasma, and the plasma is decomposed to generate H radicals. The H radical passes through the first shower plate having the ground potential and is introduced into the radical generation chamber, and NF 3 gas is introduced into the radical generation chamber to cause the H radical and NF 3 gas to react with each other to generate NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals are generated, and the NF x H y radicals pass through a second shower plate that also serves as a discharge electrode. By, substrate to be processed placed in the vacuum chamber (e.g., the substrate SiO 2 film is formed on the surface) was irradiated onto the substrate to be processed surface (e.g., SiO 2 film formed on the surface ), And then, if desired, after the etching, the application of μ-wave is stopped and the introduction of N 2 gas, H radical generating gas and NF 3 gas is stopped, and an inert gas (for example, , H 2 , Ar, He, Ne, and Xe), and the plasma generation chamber and the radical are introduced from, for example, a gas inlet provided in the plasma generation chamber. The inert gas is introduced into the vacuum chamber through the generation chamber, from the gas inlet provided in the radical generation chamber, through the radical generation chamber, or directly from the gas inlet provided in the vacuum chamber. By applying a high frequency to the shower plate, a high frequency is applied to the second shower plate that also serves as a discharge electrode to cause discharge, and plasma is generated on the substrate to be processed placed in the vacuum chamber. It consists of evaporating and removing etching residual products generated by etching using radicals.

上記ラジカルクリーニング方法の第1の実施の形態において、不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生する。この場合、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、上記したような不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び/又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。   In the first embodiment of the radical cleaning method, the introduction of the inert gas into the vacuum chamber can be performed through the above-described path, and a discharge occurs in the vacuum chamber to generate plasma. In this case, if the gas is directly introduced into the vacuum chamber from the gas inlet provided in the vacuum chamber, the above-described disadvantage may occur. Therefore, it is more preferable to introduce into the vacuum chamber through the plasma generation chamber and / or the radical generation chamber.

上記ラジカルクリーニング方法の第1の実施の形態において、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスは、ラジカルクリーニング装置の第1の実施の形態の装置を用いて実施することができ、また、上記エッチングプロセスだけをラジカルクリーニング装置の第2の実施形態の装置を用いて実施し、その後、不活性ガスを導入してエッチング残留生成物を処理することができる別の真空槽を用いて実施しても良いし、連続して第1の実施の形態の装置を用いて実施しても良い。   In the first embodiment of the radical cleaning method, the etching process and the etching residual product removal process can be performed by using the apparatus of the first embodiment of the radical cleaning apparatus. Only by using the apparatus of the second embodiment of the radical cleaning apparatus, and then using another vacuum chamber capable of processing the etching residual product by introducing an inert gas. However, it may be carried out continuously using the apparatus of the first embodiment.

本発明に係るラジカルクリーニング方法の第2の実施の形態によれば、このクリーニング方法は、真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にNガスとHラジカル発生用ガス(例えば、Hガス又はNHガス等)とを導入し、第1の高周波電源から高周波を印加して高周波プラズマを発生させ、このプラズマにより上記ガスを分解してHラジカルを生成させ、このHラジカルをアース電位の第1のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へNFガスを導入し、HラジカルとNFガスとを反応させてNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルを生成させ、このNFラジカルを第2のシャワープレートを通過させて、真空槽内に載置された被処理基板上に形成されているSiO膜に照射させ、この膜をエッチングし、次いで、所望により、SiO膜をエッチングした後、高周波用天板に接続した第1の高周波電源からの高周波の印加(放電)を停止すると共に、Nガス、Hラジカル発生用ガス及びNFガスの導入を停止し、真空槽内へ不活性ガス(例えば、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類の不活性ガス)を導入し、例えば、上記ガス導入用部材に設けられたガス導入口からプラズマ発生室及びラジカル生成室を経て若しくはラジカル生成室に設けられたガス導入口からラジカル生成室を経て、又は真空槽に設けられたガス導入口から直接に、真空槽内へ不活性ガスを導入すると共に、第1のシャワープレートに第2の高周波電源から高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第2のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することからなる。According to the second embodiment of the radical cleaning method of the present invention, this cleaning method is a method for performing radical cleaning in a vacuum chamber, and includes N 2 gas and H radical generation gas in the plasma generation chamber. (For example, H 2 gas or NH 3 gas) is applied, a high frequency is applied from the first high frequency power source to generate a high frequency plasma, the gas is decomposed by this plasma to generate H radicals, The H radical passes through the first shower plate having the ground potential and is introduced into the radical generation chamber, and NF 3 gas is introduced into the radical generation chamber, and the H radical and NF 3 gas are reacted to generate NF x H y. (x = 1~3, y = 1~4 ) to generate radicals, the NF x H y radicals is passed through the second shower plate, vacuum Is irradiated on the SiO 2 film formed on the substrate to be processed placed within, the film is etched, and then, if desired, the first connected to the SiO 2 film after etching, the high-frequency baking sheet The high frequency power supply (discharge) from the high frequency power source is stopped and the introduction of N 2 gas, H radical generating gas and NF 3 gas is stopped, and inert gas (for example, H 2 , Ar, At least one kind of inert gas selected from the group consisting of He, Ne, and Xe), for example, from a gas introduction port provided in the gas introduction member through a plasma generation chamber and a radical generation chamber, or An inert gas is introduced into the vacuum chamber from the gas inlet provided in the radical generation chamber through the radical generation chamber or directly from the gas inlet provided in the vacuum chamber, and the first shower By applying a high frequency from a second high frequency power source to the second electrode, a high frequency is applied to the second shower plate that also serves as a discharge electrode to discharge, and plasma is generated on the substrate to be processed placed in the vacuum chamber. The plasma ions and radicals are used to evaporate and remove etching residual products generated by etching.

不活性ガスの真空槽内への導入は、上記したような径路を経て実施でき、真空槽内で放電が起き、プラズマが発生する。この場合、真空槽に設けられたガス導入口から直接に真空槽内へ導入すると、上記したような不都合な場合が生じる恐れがある。そのため、プラズマ発生室及び/又はラジカル生成室を経て真空槽へ導入する方がより好ましい。   The introduction of the inert gas into the vacuum chamber can be performed through the above-described path, and discharge occurs in the vacuum chamber, thereby generating plasma. In this case, if the gas is directly introduced into the vacuum chamber from the gas inlet provided in the vacuum chamber, the above-described disadvantage may occur. Therefore, it is more preferable to introduce into the vacuum chamber through the plasma generation chamber and / or the radical generation chamber.

上記NF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルとしては、上記したように、例えば、NFHやNFHラジカル等を挙げることができる。Examples of the NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radical include NF 2 H and NFH 2 radicals as described above.

上記ラジカルクリーニング方法の第2の実施の形態において、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスは、第3の実施の形態のラジカルクリーニング装置を用いて実施することができ、また、上記エッチングプロセスだけを第4の実施形態のラジカルクリーニング装置を用いて実施し、その後、不活性ガスを導入してエッチング残留生成物を処理することができる別の真空槽を用いて実施しても良いし、連続して第3の実施の形態の装置を用いて実施しても良い。   In the second embodiment of the radical cleaning method, the etching process and the etching residual product removal process can be performed using the radical cleaning apparatus of the third embodiment, and only the etching process is performed. It may be performed using the radical cleaning apparatus of the fourth embodiment, and then may be performed using another vacuum chamber that can introduce an inert gas to treat the etching residual product, or continuously. Alternatively, the apparatus of the third embodiment may be used.

次に、本発明に係るラジカルクリーニング装置の第1及び2の実施の形態について、図2及び3を参照して、詳細に説明する。   Next, first and second embodiments of the radical cleaning apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図2に模式的に示す本発明のラジカルクリーニング装置の一構成例によれば、このラジカルクリーニング装置は、図示していない真空排気系により内部を排気して真空状態にできる真空槽21を有し、真空槽21内の下部には、被処理基板Sを載置する基板支持ステージ22が配置されており、その上部には開口部を有する真空槽用上蓋21aが配置されている。この基板支持ステージ22は、被処理基板Sを加熱するためのホットプレート等の加熱手段23をその上部に備えており、また、被処理基板Sの搬送時に基板を上下に移動することができるリフトピン等の手段(図示せず)を備えている。真空槽21の壁面には、基板搬送口21b、真空槽内へ直接不活性ガスを導入する場合のガス導入口21c及び排気口21dが設けられている。不活性ガスの導入としては、以下説明するプラズマ発生室27に設けられたガス導入口27bからプラズマ発生室内へ導入する場合や、ラジカル生成室30に設けられたガス導入口29aからラジカル生成室へ導入する場合があり、その方が、直接真空槽21へ導入するよりも好ましい。   According to one configuration example of the radical cleaning apparatus of the present invention schematically shown in FIG. 2, the radical cleaning apparatus has a vacuum chamber 21 that can be evacuated by a vacuum exhaust system (not shown). A substrate support stage 22 for placing the substrate to be processed S is disposed in the lower portion of the vacuum chamber 21, and an upper lid 21a for the vacuum chamber having an opening is disposed on the upper portion. The substrate support stage 22 includes a heating means 23 such as a hot plate for heating the substrate S to be processed, and lift pins that can move the substrate up and down when the substrate S is transferred. Etc. (not shown). The wall surface of the vacuum chamber 21 is provided with a substrate transfer port 21b, a gas introduction port 21c and an exhaust port 21d when an inert gas is directly introduced into the vacuum chamber. As the introduction of the inert gas, it is introduced into the plasma generation chamber from a gas introduction port 27b provided in the plasma generation chamber 27 described below, or from the gas introduction port 29a provided in the radical generation chamber 30 to the radical generation chamber. In some cases, it is preferable to introduce it into the vacuum chamber 21 directly.

上記真空槽21の上蓋21aの上方には、大気側から順に、導波管及び整合器からなるμ波導入手段24と、μ波遮蔽部材25と、μ波拡散用誘電体部材26と、Hラジカル生成用プラズマ発生室(空間)27と、第1のシャワープレート28と、第2のシャワープレート29とが設けられており、第1のシャワープレート28と第2のシャワープレート29とで画成された空間であるラジカル生成室30を第1のシャワープレート28の下及び第2のシャワープレート29の上に有している。第1のシャワープレート28の外周縁部と第2のシャワープレート29の外周縁部とは相互に接している。   Above the upper lid 21 a of the vacuum chamber 21, in order from the atmosphere side, a μ wave introducing means 24 comprising a waveguide and a matching device, a μ wave shielding member 25, a μ wave diffusion dielectric member 26, and H A plasma generation chamber (space) 27 for generating radicals, a first shower plate 28, and a second shower plate 29 are provided, and the first shower plate 28 and the second shower plate 29 define the plasma. The radical generation chamber 30, which is a space formed, is provided below the first shower plate 28 and above the second shower plate 29. The outer peripheral edge portion of the first shower plate 28 and the outer peripheral edge portion of the second shower plate 29 are in contact with each other.

μ波遮蔽部材25は、μ波導入手段24の周辺に設けられ、μ波が大気中に漏れないように、かつμ波導入手段24から印加されるμ波が真空槽内へ導入できるように配置され、勿論、導波管に対向する部分には配置されていない。μ波拡散用誘電体部材26は、μ波導入手段24及びμ波遮蔽部材25の下に設けられ、μ波導入手段24から印加されるμ波を拡散して真空槽内へ導入できるように構成されている。Hラジカル生成用プラズマ発生室(空間)27は、μ波拡散用誘電体部材26の下に設けられ、側壁27aが絶縁物で構成されており、Oリング等の密閉シール部材を介してμ波拡散用誘電体部材26に対して平行に設けられており、図面上横長の形状をしており、NガスとHラジカル生成用ガスとを導入するためのガス導入口27bを備えている。第1のシャワープレート28は、プラズマ発生室27の下にOリング等の密閉シール部材28aを介して平行に設けられており、上記絶縁物で構成されたプラズマ発生室27で生成せしめるラジカルを通過させる所定の孔径を有し、かつ被処理基板Sの寸法と同じ又は被処理基板Sの寸法よりも大きな寸法を有しており、高周波電源28bが接続されている。第2のシャワープレート29は、第1のシャワープレート28の下にOリング等の密閉シール部材29bを介して平行に設けられており、被処理基板Sの寸法と同じ又は被処理基板Sの寸法よりも大きな寸法を有している。ラジカル生成室30は、上記したように、第1のシャワープレート28と第2のシャワープレート29とで画成された空間である。この空間は、第1のシャワープレート28を通過してくるHラジカルと反応するガスを導入するためのガス導入口29aを有し、空間内で両者を反応させてラジカルを生成せしめ、このラジカルで被処理基板をエッチングするように構成されている。また、次の工程で、例えばこの空間(ラジカル生成室30)内に不活性ガス(例えば、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類の不活性ガス)を導入し、第2のシャワープレート29の下であって、真空槽21内の上部の被処理基板S上の空間にプラズマP2を発生せしめてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されている。The μ-wave shielding member 25 is provided around the μ-wave introduction unit 24 so that the μ-wave does not leak into the atmosphere and the μ-wave applied from the μ-wave introduction unit 24 can be introduced into the vacuum chamber. Of course, it is not arranged in a portion facing the waveguide. The μ wave diffusion dielectric member 26 is provided under the μ wave introducing means 24 and the μ wave shielding member 25 so that the μ wave applied from the μ wave introducing means 24 can be diffused and introduced into the vacuum chamber. It is configured. The plasma generation chamber (space) 27 for H radical generation is provided below the dielectric member 26 for diffusing the microwave, the side wall 27a is made of an insulator, and the microwave is passed through a hermetic seal member such as an O-ring. It is provided parallel to the diffusion dielectric member 26, has a horizontally long shape in the drawing, and has a gas inlet 27b for introducing N 2 gas and H radical generating gas. The first shower plate 28 is provided below the plasma generation chamber 27 in parallel via a hermetic seal member 28a such as an O-ring, and passes through the radicals generated in the plasma generation chamber 27 made of the insulator. And has a size equal to or larger than the size of the substrate to be processed S, and is connected to the high frequency power supply 28b. The second shower plate 29 is provided below the first shower plate 28 in parallel via a sealing member 29b such as an O-ring, and is the same as the dimension of the substrate S to be processed or the dimension of the substrate S to be processed. Larger dimensions. As described above, the radical generation chamber 30 is a space defined by the first shower plate 28 and the second shower plate 29. This space has a gas inlet 29a for introducing a gas that reacts with the H radical passing through the first shower plate 28, and reacts both in the space to generate a radical. The substrate to be processed is configured to be etched. In the next step, for example, an inert gas (for example, at least one kind of inert gas selected from the group consisting of H 2 , Ar, He, Ne, and Xe) in this space (radical generation chamber 30). The plasma P2 is generated in the space above the substrate to be processed S in the vacuum chamber 21 below the second shower plate 29 to remove residual etching products and perform radical cleaning. It is configured.

上記のように構成することにより、ラジカル生成室30内に第1のシャワープレート28を通過してくるHラジカルと反応するガス(例えば、NFガス)をガス導入口29aから導入してHラジカルと反応させ、ラジカルを生成せしめることができ、その結果、この第2のシャワープレート29から、これに対向して真空槽21内に載置される被処理基板Sの表面にラジカルを照射してエッチングできる。With the configuration described above, a gas (for example, NF 3 gas) that reacts with the H radical passing through the first shower plate 28 into the radical generation chamber 30 is introduced from the gas inlet 29a, and the H radical To generate radicals. As a result, the surface of the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 21 opposite to the second shower plate 29 is irradiated with radicals. Can be etched.

また、このラジカル生成室30内にガス導入口29a若しくは27b又は両方から不活性ガスを導入しても、結果的に真空槽内にプラズマを発生させることもできる。この場合には、ガス導入口27bから不活性ガスを導入することが好ましい。ガス導入口29aから導入すると空間27を通してガスが逆流し、パーティクル発生の原因となることが有るからである。その結果、第2のシャワープレート29と真空槽21内に載置される被処理基板Sの表面との間にプラズマP2を発生せしめてエッチング残留生成物を除去できる。この装置は被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。   Even if an inert gas is introduced into the radical generation chamber 30 from the gas inlet 29a or 27b or both, plasma can be generated in the vacuum chamber as a result. In this case, it is preferable to introduce an inert gas from the gas inlet 27b. This is because if the gas is introduced from the gas introduction port 29a, the gas flows backward through the space 27 and may cause generation of particles. As a result, the plasma P2 is generated between the second shower plate 29 and the surface of the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 21, and the etching residual products can be removed. This apparatus may be a single wafer apparatus for cleaning the substrates to be processed one by one, or a batch apparatus for simultaneously processing a large number of sheets.

上記したエッチング後の残留生成物を除去する場合には、μ波導入手段24からの放電を停止し、ガス導入口27bからのガス(例えば、Nガス、Hガス又はNHガス等)の導入及びガス導入口29aからのガス(例えば、NFガス等)の導入を停止した後、第1のシャワープレート28に高周波電源28bから高周波を印加して第1のシャワープレート28と第2のシャワープレート29とを同電位に保つと共に、例えばラジカル生成室30内へガス導入口29a若しくは27b又は両方から不活性ガスを導入し、第2のシャワープレート29である放電電極を介して、第2のシャワープレート29と真空槽21内に載置された被処理基板Sとの間の上部空間に第2のプラズマP2を発生せしめ、被処理基板Sをこのプラズマに曝すことにより、被処理基板S上や真空槽21内壁に付着しているエッチング残留生成物を除去することができる。このため、本発明では、第1のシャワープレート28に対して第2の高周波電源28bの印加とアースとを切り替える手段を備えている。When removing the residual product after the etching, the discharge from the μ wave introduction means 24 is stopped, and the gas from the gas introduction port 27b (for example, N 2 gas, H 2 gas or NH 3 gas). And the introduction of a gas (for example, NF 3 gas) from the gas inlet 29a are stopped, and then a high frequency is applied to the first shower plate 28 from a high frequency power supply 28b to connect the first shower plate 28 to the second shower plate 28. The shower plate 29 is kept at the same potential, and, for example, an inert gas is introduced into the radical generation chamber 30 from the gas introduction port 29a or 27b or both, and the second shower plate 29 serves as the second shower plate 29 via the discharge electrode. The second plasma P2 is generated in the upper space between the shower plate 29 of No. 2 and the substrate to be processed S placed in the vacuum chamber 21, and the substrate to be processed S is made into this plasma. By Succoth, it is possible to remove the etch residue products adhering to the substrate S to be processed or on the vacuum chamber 21 interior wall. For this reason, in the present invention, there is provided means for switching between application of the second high-frequency power supply 28b and grounding to the first shower plate 28.

上記した図2に示すラジカルクリーニング装置は、例えば1〜4枚程度の被処理基板を処理するのに適しており、以下図3を参照して説明するラジカルクリーニング装置は、それ以上の枚数の被処理基板をクリーニング処理するものである。   The above-described radical cleaning apparatus shown in FIG. 2 is suitable for processing, for example, about 1 to 4 substrates, and the radical cleaning apparatus described below with reference to FIG. The processing substrate is cleaned.

図3に模式的に示すラジカルクリーニング装置の一構成例の場合、このラジカルクリーニング装置は、被処理基板を多数枚同時処理するための装置である。図3では50枚処理の例を示しているが、この枚数は特に制限されるものではなく、適宜、目的に合わせて設定することができる。この場合、真空槽31以外の構成は図2に示す通りであり、参照番号も同じ番号を付けてある。真空槽31内には所定の枚数の被処理基板Sが載置されてなる。図2の場合と同様に、真空槽31内へ導入されるラジカルで被処理基板Sをエッチングできるように、また、所望により、真空槽31内に発生せしめるプラズマにより、エッチング残留生成物を除去できるように構成されている。   In the case of one configuration example of the radical cleaning apparatus schematically shown in FIG. 3, this radical cleaning apparatus is an apparatus for simultaneously processing a large number of substrates to be processed. Although FIG. 3 shows an example of processing 50 sheets, this number is not particularly limited, and can be set appropriately according to the purpose. In this case, the configuration other than the vacuum chamber 31 is as shown in FIG. 2, and the same reference numerals are also given. A predetermined number of substrates to be processed S are placed in the vacuum chamber 31. As in the case of FIG. 2, the etching residual product can be removed by the plasma generated in the vacuum chamber 31 so that the substrate S can be etched by radicals introduced into the vacuum chamber 31. It is configured as follows.

上記図2及び3では、同じ真空槽内で被処理基板のエッチング及びエッチング残留生成物除去を実施する場合について説明したが、エッチング処理だけを実施するラジカルエッチング装置を用いてエッチング処理した後、別の真空槽内でエッチング残留生成物除去を実施してもよい。   In FIGS. 2 and 3, the case where the substrate to be processed is etched and the etching residual product is removed in the same vacuum chamber has been described. However, after performing the etching process using a radical etching apparatus that performs only the etching process, Etching residual products may be removed in the vacuum chamber.

また、図2及び3では、μ波拡散用誘電体部材26の下に設けた、図面上横長の形状をし、第1のプラズマP1を発生せしめるプラズマ発生室27として、平行平板型のプラズマ発生室(放電室)を画成し、放電空間を広げることで単位面積当たりのプラズマ密度を小さくすることにより放電空間を覆っている壁へのダメージを低減させている。これによりプラズマ発生室の寿命が大幅に長くなるので、従来の石英チューブを用いた場合に行われていた頻繁な交換が不要になると共に、大幅な運転コストの低減につながることになる。   In FIGS. 2 and 3, parallel plate type plasma generation is provided as a plasma generation chamber 27 provided under the μ-wave diffusion dielectric member 26 and having a horizontally long shape in the drawing and generating the first plasma P1. A chamber (discharge chamber) is defined, and the discharge space is widened to reduce the plasma density per unit area, thereby reducing damage to the wall covering the discharge space. As a result, the life of the plasma generation chamber is significantly increased, so that frequent replacements required when a conventional quartz tube is used are unnecessary, and the operation cost is greatly reduced.

さらに、エッチング後に、不活性ガスを導入して、連続して被処理基板と対抗する第2のシャワープレート29に高周波を印加して被処理基板上にプラズマを発生させ、エッチング残留生成物を除去するため、基板温度の低温化が計れ、エッチングプロセスとエッチング残留生成物除去プロセスとを一貫して一つの真空槽で行うことができるので、装置コストの低減にもつながる。   Further, after etching, an inert gas is introduced, and a high frequency is applied to the second shower plate 29 that continuously opposes the substrate to be processed to generate plasma on the substrate to be processed, thereby removing etching residual products. Therefore, the temperature of the substrate can be lowered, and the etching process and the etching residual product removal process can be performed consistently in one vacuum chamber, which leads to reduction in apparatus cost.

以下、図2に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法について説明する。図3に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法の場合も、これに準じる。   Hereinafter, the radical cleaning method of the present invention implemented using the radical cleaning apparatus shown in FIG. 2 will be described. This also applies to the radical cleaning method of the present invention implemented using the radical cleaning apparatus shown in FIG.

ガス導入口27bを介してプラズマ発生室27内にNガスとHガス又はNHガス等のHラジカル発生ガスとを導入し、この際に、μ波導入手段24からμ波放電を実施し、プラズマ発生室27内にμ波プラズマP1を発生させ、導入されたガスをこのプラズマにより分解してHラジカルを生成させる。N 2 gas and H radical generating gas such as H 2 gas or NH 3 gas are introduced into the plasma generating chamber 27 through the gas introducing port 27b, and at this time, the μ wave introducing means 24 performs the μ wave discharge. Then, the microwave plasma P1 is generated in the plasma generation chamber 27, and the introduced gas is decomposed by the plasma to generate H radicals.

上記のようにして生成されるHラジカルを、所定の孔径を有する第1のシャワープレート28を通過させてラジカル生成室30内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へガス導入口29aを介してNFガスを導入し、HラジカルとNFガスとを反応させて上記したNFラジカルを生成させ、このNFラジカルを第2のシャワープレート29を通過させて、真空槽21内に載置された被処理基板S上に照射し、表面に形成されているSiO膜等の膜をエッチングする。The H radicals generated as described above are introduced into the radical generation chamber 30 through the first shower plate 28 having a predetermined pore diameter, and NF is introduced into the radical generation chamber via the gas inlet 29a. 3 gas is introduced, H radical and NF 3 gas are reacted to generate the above NF x H y radical, and this NF x H y radical is passed through the second shower plate 29, Irradiation is performed on the substrate S to be processed, and a film such as a SiO 2 film formed on the surface is etched.

次いで、μ波導入手段24からの放電を停止すると共に、Nガス、Hラジカル発生用ガス及びNFガスの導入を停止し、例えばラジカル生成室30内へ、不活性ガスを導入し、第1のシャワープレート28に高周波電源28bから高周波を印加することにより第2のシャワープレート29である放電電極に高周波を印加して放電させ、真空槽21内に載置された被処理基板S上に第2のプラズマP2を発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用い、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去する。この第2のプラズマP2の径は被処理基板の寸法よりも大きくする。Next, the discharge from the μ wave introducing means 24 is stopped, and the introduction of N 2 gas, H radical generating gas and NF 3 gas is stopped. For example, an inert gas is introduced into the radical generating chamber 30, A high frequency is applied to one shower plate 28 from a high frequency power supply 28 b to cause the discharge electrode, which is the second shower plate 29, to discharge a high frequency, and on the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 21. The second plasma P2 is generated, and etching residual products generated by the etching are removed by evaporation using the plasma ions and radicals. The diameter of the second plasma P2 is made larger than the dimension of the substrate to be processed.

上記μ波が放電されている際には、第1のシャワープレート28(第2のシャワープレート29)はアース電位にあり、ラジカル生成室30は、単にガス導入口29aから導入されたNFガスと第1のシャワープレート28から照射されたHラジカルとの反応を起こさせるための空間として提供される。ラジカル生成室30内での反応により生成したNFラジカルは、第2のシャワープレート29を経て被処理基板S上に照射され、基板表面のSiO等の膜に対するエッチングが行われる。エッチング終了後は、μ波導入手段24からの放電を停止し、NガスとHガス又はNHガス等のHラジカル発生用ガスとの導入を停止し、ラジカル生成室30内にガス導入口29a若しくは27b又は両方から不活性ガスを導入し、第1のシャワープレート28に高周波電源28bから高周波を印加し、第1のシャワープレート28と第2のシャワープレート29とを同電位に保ち、被処理基板S上に不活性ガスのプラズマP2を発生させ、エッチングにより基板上等に形成された(NHSiF等のエッチング残留生成物を除去する。When the μ wave is discharged, the first shower plate 28 (second shower plate 29) is at the ground potential, and the radical generation chamber 30 is simply NF 3 gas introduced from the gas inlet 29a. And a space for causing a reaction between the H radicals irradiated from the first shower plate 28. The NF x H y radicals generated by the reaction in the radical generation chamber 30 are irradiated onto the substrate S to be processed through the second shower plate 29, and etching of a film such as SiO 2 on the substrate surface is performed. After the etching is finished, the discharge from the μ wave introducing means 24 is stopped, the introduction of N 2 gas and H radical generating gas such as H 2 gas or NH 3 gas is stopped, and the gas is introduced into the radical generating chamber 30. Introducing an inert gas from the mouth 29a or 27b or both, applying a high frequency from the high frequency power source 28b to the first shower plate 28, keeping the first shower plate 28 and the second shower plate 29 at the same potential, Plasma P2 of an inert gas is generated on the substrate S to be processed, and etching residual products such as (NH 4 ) 2 SiF 6 formed on the substrate and the like are removed by etching.

上記NFラジカルによるプロセスは、通常、0〜50℃で実施され、50℃を超えると急激にエッチング速度が低下する傾向がある。また、プラズマP2によるプロセスは、通常、0〜300℃で実施される。The process with the NF x H y radical is usually carried out at 0 to 50 ° C., and when it exceeds 50 ° C., the etching rate tends to decrease rapidly. Moreover, the process by plasma P2 is normally implemented at 0-300 degreeC.

上記したプロセスにおいて、被処理基板の温度は、特に制限されないが、例えば25〜300℃の範囲で行うことができる。25〜50℃のような低温でも、エッチング残留生成物の除去が可能である。また、本発明で使用できる高周波に関し、その周波数の下限は、安価に入手可能な13.56MHzであり、上限は、100MHz未満である。例えば、27MHz、40MHz等を挙げることができる。13.56MHzよりも低い周波数でも放電は可能であるが、安価に入手可能な13.56MHzを下限とすることが好ましい。   In the above-described process, the temperature of the substrate to be processed is not particularly limited, but can be performed in the range of 25 to 300 ° C., for example. Etching residual products can be removed even at a low temperature such as 25 to 50 ° C. Moreover, regarding the high frequency that can be used in the present invention, the lower limit of the frequency is 13.56 MHz, which is available at a low cost, and the upper limit is less than 100 MHz. For example, 27 MHz, 40 MHz, etc. can be mentioned. Although discharge is possible even at a frequency lower than 13.56 MHz, 13.56 MHz, which can be obtained at a low cost, is preferably set as the lower limit.

上記したエッチングプロセスにおける一般反応式は以下の通りである。
SiO+NF → (NHSiF+H
The general reaction formula in the above etching process is as follows.
SiO 2 + NF x H y → (NH 4 ) 2 SiF 6 + H 2 O

この式は、より正確に記載すれば、下記の3つの反応があると推測される。
SiO+6NFH+12H → (NHSiF+2HO+4NH
SiO+NFH+5HF+NH → (NHSiF+2HO+2H+H
SiO+2NH+2HF+2HF → (NHSiF+2H
If this equation is described more accurately, it is assumed that there are the following three reactions.
SiO 2 + 6NFH 2 + 12H 2 → (NH 4 ) 2 SiF 6 + 2H 2 O + 4NH 3
SiO 2 + NFH + 5HF + NH 3 → (NH 4 ) 2 SiF 6 + 2H 2 O + 2H 2 + H
SiO 2 + 2NH 4 + 2HF 2 + 2HF → (NH 4 ) 2 SiF 6 + 2H 2 O

上記エッチングプロセスにおいて、被処理基板表面にSiO膜の替わりにリン酸化合物を含む層が存在する場合には、エッチング残留生成物としては、HPO、(NHPO、(NHHPO、(NH)HPO等が生成されるものと予想され、これらの化合物も不活性ガスプラズマ(水素プラズマ)により除去できる。層間絶縁膜としてのSiO膜の替わりにBPSG膜(P(リン)とB(ボロン)とを含むSiO膜)やPSG膜(Pを含むSiO膜)が使用される場合も、上記と同様のエッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを用いて実施可能である。In the etching process, when a layer containing a phosphoric acid compound is present on the surface of the substrate to be processed instead of the SiO 2 film, the etching residual products include H 3 PO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 , ( NH 4 ) 2 HPO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 and the like are expected to be generated, and these compounds can also be removed by inert gas plasma (hydrogen plasma). Even when a BPSG film (SiO 2 film containing P (phosphorus) and B (boron)) or a PSG film (SiO 2 film containing P) is used instead of the SiO 2 film as an interlayer insulating film, Similar etching processes and etching residue product removal processes can be used.

次に、本発明に係るラジカルクリーニング装置の第3及び4の実施の形態について、図4及び5を参照して、詳細に説明する。   Next, third and fourth embodiments of the radical cleaning apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図4に模式的に示す本発明のラジカルクリーニング装置の一構成例によれば、このラジカルクリーニング装置は、図示していない真空排気系により内部を排気して真空状態にできる真空槽41を有し、真空槽41内の下部には、被処理基板Sを載置する基板支持ステージ42が配置されており、その上部には開口部を有する真空槽用上蓋41aが配置されている。この基板支持ステージ42は、被処理基板Sを加熱するためのホットプレート等の加熱手段43をその上部に備えており、また、被処理基板Sの搬送時に基板を上下に移動することができるリフトピン等の手段(図示せず)を備えている。真空槽41の壁面には、基板搬送口41b、真空槽内へ直接不活性ガスを導入する場合のガス導入口41c及び排気口41dが設けられている。不活性ガスの導入としては、以下説明するガス導入用部材44に設けられたガス導入口44aからプラズマ発生室内へ導入する場合や、ラジカル生成室49に設けられたガス導入口48bからラジカル生成室へ導入する場合があり、その方が、直接真空槽へ導入するよりも好ましい。   According to one configuration example of the radical cleaning apparatus of the present invention schematically shown in FIG. 4, the radical cleaning apparatus has a vacuum chamber 41 that can be evacuated to a vacuum state by a vacuum exhaust system (not shown). A substrate support stage 42 on which the substrate to be processed S is placed is disposed in the lower portion of the vacuum chamber 41, and a vacuum chamber upper lid 41a having an opening is disposed on the upper portion. The substrate support stage 42 is provided with heating means 43 such as a hot plate for heating the substrate to be processed S, and lift pins that can move the substrate up and down during the transfer of the substrate to be processed S. Etc. (not shown). The wall surface of the vacuum chamber 41 is provided with a substrate transfer port 41b, a gas introduction port 41c and an exhaust port 41d for directly introducing an inert gas into the vacuum chamber. As the introduction of the inert gas, when introducing into the plasma generation chamber from a gas introduction port 44a provided in the gas introduction member 44 described below, or from the gas introduction port 48b provided in the radical generation chamber 49, the radical generation chamber. It is preferable to introduce it directly into the vacuum chamber.

上記ラジカルクリーニング装置によれば、真空槽41の上蓋41aに対して、大気側から順に、直線状ではなく、一度屈曲してプラズマ発生室内へ向かうように構成された形状を内部に有しているガス導入用径路(ガス導入口44a)が設けられたガス導入用部材44と、第1の高周波電源45aが接続された高周波用天板であって、ガス導入用部材44の下にOリング等の密閉シール部材45bを介して設けた高周波用天板45と、この天板45の下に、側壁46aが絶縁物で構成されており、Oリング等の密閉シール部材45cを介して平行に設けた、図面上横長の形状をした第1のプラズマを発生せしめるプラズマ発生室(空間)46と、プラズマ発生室46の下にOリング等の密閉シール部材47aを介して平行に設けた、上記絶縁物で構成されたプラズマ発生室46で生成せしめたラジカルを通過させる所定の孔径を有し、かつ被処理基板Sの寸法と同じ又は被処理基板Sの寸法よりも大きな寸法を有する第1のシャワープレートであって、第2の高周波電源47bが接続された第1のシャワープレート47と、第1のシャワープレート47の下にOリング等の密閉シール部材48aを介して平行に設けた、被処理基板Sの寸法と同じ又は被処理基板Sの寸法よりも大きな寸法を有する放電電極を兼ねる第2のシャワープレート48とを備えており、第1のシャワープレート47と第2のシャワープレート48とで画成された空間であるラジカル生成室49を第1のシャワープレート47の下及び第2のシャワープレート48の上に有している。   According to the above radical cleaning device, the upper lid 41a of the vacuum chamber 41 is not linear in order from the atmosphere side, but has a shape configured to bend once toward the plasma generation chamber. A high-frequency top plate to which a gas introduction member 44 provided with a gas introduction path (gas introduction port 44 a) and a first high-frequency power source 45 a are connected, and an O-ring or the like under the gas introduction member 44. The high-frequency top plate 45 provided through the hermetic seal member 45b, and the side wall 46a is formed of an insulator below the top plate 45, and provided in parallel via the hermetic seal member 45c such as an O-ring. In addition, the above-mentioned insulation is provided in parallel with a plasma generation chamber (space) 46 for generating a first plasma having a horizontally long shape in the drawing, and a hermetic seal member 47a such as an O-ring under the plasma generation chamber 46. A first shower plate having a predetermined hole diameter for allowing radicals generated in the plasma generation chamber 46 configured to pass through and having a size equal to or larger than the size of the substrate S to be processed. A substrate to be processed, which is provided in parallel with the first shower plate 47 to which the second high-frequency power source 47b is connected, and a hermetic seal member 48a such as an O-ring under the first shower plate 47. And a second shower plate 48 that also serves as a discharge electrode having the same dimension as that of S or larger than the dimension of the substrate S to be processed. A radical generation chamber 49, which is a formed space, is provided below the first shower plate 47 and above the second shower plate 48.

上記のように構成することにより、ラジカル生成室49内に第1のシャワープレート47を通過してくるラジカルと反応するガス(例えば、NFガス)をガス導入口48bから導入してラジカルと反応させ、ラジカルを生成せしめることができ、また、このラジカル生成室49内に不活性ガスをガス導入口48b若しくは44a又は両方から導入して真空槽内にプラズマを発生させることができる。ガス導入口44aから不活性ガスを導入することがより好ましい。ガス導入口48bから導入すると空間46を通してガスが逆流し、パーティクル発生の原因となることが有るからである。その結果、この第2のシャワープレート48から、これに対向して真空槽41内に載置される被処理基板Sの表面にラジカルを照射してエッチングでき、また、第2のシャワープレート48と真空槽41内に載置される被処理基板Sの表面との間にプラズマP2を発生せしめてエッチング残留生成物を除去できる。この装置は被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置であっても、多数枚同時処理するバッチ装置であっても良い。With the configuration described above, a gas (for example, NF 3 gas) that reacts with radicals passing through the first shower plate 47 in the radical generation chamber 49 is introduced from the gas inlet 48b to react with the radicals. Thus, radicals can be generated, and an inert gas can be introduced into the radical generation chamber 49 from the gas inlet 48b or 44a or both to generate plasma in the vacuum chamber. It is more preferable to introduce an inert gas from the gas inlet 44a. This is because if the gas is introduced from the gas introduction port 48b, the gas flows backward through the space 46, which may cause particles. As a result, the surface of the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 41 opposite to the second shower plate 48 can be etched by irradiating radicals, and the second shower plate 48 Etching residual products can be removed by generating plasma P <b> 2 between the surface of the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 41. This apparatus may be a single wafer apparatus for cleaning the substrates to be processed one by one, or a batch apparatus for simultaneously processing a large number of sheets.

上記したエッチング後の残留生成物を除去する場合には、天板に接続している第1の高周波電源45aからの放電を停止し、ガス導入口44aからのガス(例えば、Nガス、Hガス又はNHガス等)の導入及びガス導入口48bからのガス(例えば、NFガス等)の導入を停止した後、第1のシャワープレート47に第2の高周波電源47bから高周波を印加して第1のシャワープレート47と第2のシャワープレート48とを同電位に保つと共に、例えばラジカル生成室49内へガス導入口48b若しくは44a又は両方から不活性ガス(例えば、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類の不活性ガス)を導入し、第2のシャワープレート48である放電電極を介して、第2のシャワープレート48と真空槽41内に載置された被処理基板Sとの間の上部空間に第2のプラズマP2を発生せしめ、被処理基板Sをこのプラズマに曝すことにより、被処理基板S上や真空槽41内壁に付着しているエッチング残留生成物を除去することができる。このため、本発明では、第1のシャワープレート47に対して第2の高周波電源47bの印加とアースとを切り替える手段を備えている。When removing the residual product after the etching, the discharge from the first high frequency power supply 45a connected to the top plate is stopped, and the gas (for example, N 2 gas, H 2) from the gas inlet 44a is stopped. 2, NH 3 gas, etc.) and gas (for example, NF 3 gas, etc.) from the gas inlet 48 b are stopped, and then a high frequency is applied to the first shower plate 47 from the second high frequency power supply 47 b. Then, the first shower plate 47 and the second shower plate 48 are kept at the same potential, and an inert gas (for example, H 2 , Ar, etc.) is introduced into the radical generation chamber 49 from the gas inlet 48 b or 44 a or both. At least one inert gas selected from the group consisting of He, Ne, and Xe), and the second shower plate 48 is discharged via the discharge electrode which is the second shower plate 48. The second plasma P2 is generated in the upper space between the substrate 48 and the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 41, and the substrate S to be processed is exposed to the plasma. Etching residual products adhering to the inner wall of the vacuum chamber 41 can be removed. For this reason, the present invention includes means for switching between application of the second high frequency power supply 47b and grounding to the first shower plate 47.

上記した図4に示すラジカルクリーニング装置は、例えば1〜4枚程度の被処理基板を処理するのに適しており、以下図5を参照して説明するラジカルクリーニング装置は、それ以上の枚数の被処理基板をクリーニング処理するものである。   The radical cleaning apparatus shown in FIG. 4 is suitable for processing, for example, about 1 to 4 substrates, and the radical cleaning apparatus described below with reference to FIG. The processing substrate is cleaned.

図5に模式的に示すラジカルクリーニング装置の一構成例の場合、このラジカルクリーニング装置は、被処理基板を多数枚同時処理するための装置である。図5では50枚処理の例を示しているが、この枚数は特に制限されるものではなく、適宜、目的に合わせて設定することができる。この場合、真空槽50以外の構成は図4に示す通りであり、参照番号も同じ番号を付けてある。真空槽50内には所定の枚数の被処理基板Sが載置されてなる。図4の場合と同様に、真空槽50内へ導入されるラジカルで被処理基板Sをエッチングできるように、また、所望により、真空槽50内に発生せしめるプラズマにより、エッチング残留生成物を除去できるように構成されている。   In the case of one configuration example of the radical cleaning apparatus schematically shown in FIG. 5, this radical cleaning apparatus is an apparatus for simultaneously processing a large number of substrates to be processed. Although FIG. 5 shows an example of processing 50 sheets, this number is not particularly limited and can be set appropriately according to the purpose. In this case, the configuration other than the vacuum chamber 50 is as shown in FIG. 4, and the same reference numerals are also given. A predetermined number of substrates to be processed S are placed in the vacuum chamber 50. As in the case of FIG. 4, the etching residual product can be removed by the plasma generated in the vacuum chamber 50 so that the substrate S can be etched by radicals introduced into the vacuum chamber 50. It is configured as follows.

上記図4及び5では、同じ真空槽内で被処理基板のエッチング及びエッチング残留生成物除去を実施する場合について説明したが、エッチング処理だけを実施するラジカルエッチング装置を用いてエッチング処理した後、別の真空槽内でエッチング残留生成物除去を実施してもよい。   In FIGS. 4 and 5, the case where the substrate to be processed is etched and the residual etching product is removed in the same vacuum chamber has been described. However, after performing the etching process using a radical etching apparatus that performs only the etching process, Etching residual products may be removed in the vacuum chamber.

また、図4及び5では、高周波用天板45の下に設けた、図面上横長の形状をし、第1のプラズマを発生せしめる第1のプラズマ発生室46として、平行平板型のプラズマ発生室(放電室)を画成し、放電空間を広げることで単位面積当たりのプラズマ密度を小さくすることにより放電空間を覆っている壁へのダメージを低減させている。これによりプラズマ発生室の寿命が大幅に長くなるので、従来の石英チューブを用いた場合に行われていた頻繁な交換が不要になると共に、大幅な運転コストの低減につながることになる。   4 and 5, a parallel plate type plasma generation chamber is provided as a first plasma generation chamber 46 which is provided below the high-frequency top plate 45 and has a horizontally long shape in the drawing and generates the first plasma. By defining a (discharge chamber) and expanding the discharge space, the plasma density per unit area is reduced to reduce damage to the walls covering the discharge space. As a result, the life of the plasma generation chamber is significantly increased, so that frequent replacements required when a conventional quartz tube is used are unnecessary, and the operation cost is greatly reduced.

さらに、エッチング後に、連続して被処理基板と対抗するシャワープレートに高周波を印加して被処理基板上にプラズマを発生させ、エッチング残留生成物を除去するため、基板温度の低温化が計れ、エッチングプロセスとエッチング残留生成物除去プロセスとを一貫して一つの真空槽で行うことができるので、装置コストの低減にもつながる。   In addition, after etching, plasma is generated on the substrate to be processed by applying a high frequency to the shower plate that opposes the substrate to be processed, and etching residual products are removed. Since the process and the etching residual product removal process can be performed consistently in one vacuum chamber, the apparatus cost can be reduced.

以下、図4に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法について説明する。図5に示すラジカルクリーニング装置を用いて実施する本発明のラジカルクリーニング方法の場合も、これに準じる。   Hereinafter, the radical cleaning method of the present invention implemented using the radical cleaning apparatus shown in FIG. 4 will be described. This also applies to the radical cleaning method of the present invention implemented using the radical cleaning apparatus shown in FIG.

ガス導入口44aを介して第1のプラズマ発生室46内にNガスとHガス又はNHガス等のHラジカ発生ガスとを導入し、この際に、高周波用天板45に第1の高周波電源45aから高周波を印加してプラズマ発生室46内に高周波プラズマP1を発生させ、導入されたガスをこのプラズマにより分解してHラジカルを生成させる。N 2 gas and H radio generated gas such as H 2 gas or NH 3 gas are introduced into the first plasma generation chamber 46 through the gas introduction port 44 a, and at this time, the first high frequency top plate 45 is supplied with the first A high frequency is applied from the high frequency power supply 45a to generate a high frequency plasma P1 in the plasma generation chamber 46, and the introduced gas is decomposed by this plasma to generate H radicals.

上記のようにして生成されるHラジカルを、所定の孔径を有する第1のシャワープレート47を通過させてラジカル生成室49内へ導入すると共に、このラジカル生成室49内へガス導入口48bを介してNFガスを導入し、HラジカルとNFガスとを反応させて上記したNFラジカルを生成させ、このNFラジカルを第2のシャワープレート48を通過させて、真空槽41内に載置された被処理基板S上に形成されているSiO膜に照射させ、この膜をエッチングする。The H radicals generated as described above are introduced into the radical generation chamber 49 through the first shower plate 47 having a predetermined hole diameter, and into the radical generation chamber 49 through the gas inlet 48b. NF 3 gas is introduced, H radical and NF 3 gas are reacted to generate the above-mentioned NF x H y radical, the NF x H y radical is passed through the second shower plate 48, and the vacuum chamber The SiO 2 film formed on the substrate to be processed S placed in 41 is irradiated and this film is etched.

次いで、第1の高周波電源45aからの放電を停止すると共に、Nガス、Hラジカル発生用ガス及びNFガスの導入を停止し、例えばラジカル生成室49内へ、不活性ガス(例えば、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類の不活性ガス)を導入し、第1のシャワープレート47に第2の高周波電源47bから高周波を印加することにより第2のシャワープレート48である放電電極に高周波を印加して放電させ、真空槽41内に載置された被処理基板S上に第2のプラズマP2を発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去する。この第2のプラズマの径は被処理基板の寸法よりも大きくする。Next, the discharge from the first high frequency power supply 45a is stopped, and the introduction of N 2 gas, H radical generating gas and NF 3 gas is stopped, and for example, an inert gas (for example, H 2 , at least one kind of inert gas selected from the group consisting of Ar, He, Ne, and Xe), and applying a high frequency to the first shower plate 47 from the second high-frequency power source 47b. The discharge electrode, which is the second shower plate 48, is discharged by applying a high frequency to generate a second plasma P2 on the substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 41, and ions and radicals of the plasma are generated. The residual etching product generated by etching is removed by evaporation. The diameter of the second plasma is made larger than the dimension of the substrate to be processed.

上記高周波用天板45に高周波が印加されている際には、第2のシャワープレート48はアース電位にあり、ラジカル生成室49は、単にガス導入口48bから導入されたNFガスと第1のシャワープレート47から照射されたHラジカルとの反応を起こさせるための空間として提供される。ラジカル生成室49内での反応により生成したNFHラジカルは、第2のシャワープレート48を経て被処理基板S上に照射され、基板表面のSiOのエッチングが行われる。エッチング終了後は、第1の高周波電源45aからの印加を停止し、NガスとHガス又はNHガス等のHラジカル発生用ガスとの導入を停止し、ラジカル生成室49内にガス導入口48b若しくは44a又は両方から不活性ガス(Hガス等)を導入し、第1のシャワープレート47に第2の高周波電源47bから高周波を印加し、第1のシャワープレート47と第2のシャワープレート48とを同電位に保ち、被処理基板S上に不活性ガスのプラズマP2を発生させ、エッチングにより基板上等に形成された(NHSiF等のエッチング残留生成物を除去する。When a high frequency is applied to the high frequency top plate 45, the second shower plate 48 is at the ground potential, and the radical generation chamber 49 is simply connected to the NF 3 gas introduced from the gas inlet 48b and the first It is provided as a space for causing a reaction with the H radical irradiated from the shower plate 47. The NFH radicals generated by the reaction in the radical generation chamber 49 are irradiated onto the substrate S to be processed through the second shower plate 48, and SiO 2 etching on the substrate surface is performed. After the etching is finished, the application from the first high frequency power supply 45a is stopped, the introduction of N 2 gas and H radical generating gas such as H 2 gas or NH 3 gas is stopped, and the gas is generated in the radical generation chamber 49. An inert gas (H 2 gas or the like) is introduced from the introduction port 48b or 44a or both, and a high frequency is applied to the first shower plate 47 from the second high-frequency power source 47b, so that the first shower plate 47 and the second The shower plate 48 is kept at the same potential, an inert gas plasma P2 is generated on the substrate S to be processed, and etching residual products such as (NH 4 ) 2 SiF 6 formed on the substrate and the like by etching are removed. To do.

上記したプロセスにおいて、被処理基板の温度は、特に制限されないが、例えば25〜300℃の範囲で行うことができる。25〜50℃のような低温でも、エッチング残留生成物の除去が可能である。   In the above-described process, the temperature of the substrate to be processed is not particularly limited, but can be performed in the range of 25 to 300 ° C., for example. Etching residual products can be removed even at a low temperature such as 25 to 50 ° C.

上記したエッチングプロセスにおける一般反応式は上記した通りである。   The general reaction formula in the above etching process is as described above.

上記エッチングプロセスにおいて、被処理基板表面にSiO膜の替わりにリン酸化合物を含む層が存在する場合には、エッチング残留生成物としては、HPO、(NHPO、(NHHPO、(NH)HPO等が生成されるものと予想され、これらの化合物も水素プラズマにより除去できる。層間絶縁膜としてのSiO膜の替わりにBPSG膜(P(リン)とB(ボロン)とを含むSiO膜)やPSG膜(Pを含むSiO膜)が使用される場合も、上記と同様にエッチング及びエッチング残留生成物を除去可能である。In the etching process, when a layer containing a phosphoric acid compound is present on the surface of the substrate to be processed instead of the SiO 2 film, the etching residual products include H 3 PO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 , ( NH 4 ) 2 HPO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 and the like are expected to be generated, and these compounds can also be removed by hydrogen plasma. Even when a BPSG film (SiO 2 film containing P (phosphorus) and B (boron)) or a PSG film (SiO 2 film containing P) is used instead of the SiO 2 film as an interlayer insulating film, Similarly, etching and etching residual products can be removed.

本発明に係るラジカルクリーニング装置の上記第2〜4の実施の形態において、第1の実施の形態と同じ構成については一部省略し、また、本発明に係るラジカルクリーニング方法の上記第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同じプロセスについては一部省略してある。   In the second to fourth embodiments of the radical cleaning apparatus according to the present invention, the same configuration as that of the first embodiment is partly omitted, and the second embodiment of the radical cleaning method according to the present invention is omitted. In this embodiment, the same processes as those in the first embodiment are partially omitted.

本実施例では、図2に示すラジカルクリーニング装置を用い、Hラジカルを生成するためにNガスとHガスとを用い、NFラジカルを生成するためにNFガスを用い、また、被処理基板として表面にSiO膜が形成されている基板を用いて、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った。その一連のプロセスフローは以下の通りである。また、μ波拡散用誘電体部材26と15mm離れたところに第1のシャワープレート28を設置した装置を用いた。In this example, the radical cleaning apparatus shown in FIG. 2 is used, N 2 gas and H 2 gas are used to generate H radicals, NF 3 gas is used to generate NF x H y radicals, and The etching process and the etching residual product removal process were performed using a substrate having a SiO 2 film formed on the surface as the substrate to be processed. The series of process flow is as follows. In addition, an apparatus in which the first shower plate 28 is installed 15 mm away from the μ-wave diffusing dielectric member 26 is used.

(1)プラズマ発生室27内にガス導入口27bからN及びHガスを導入した。
(2)μ波導入手段24からμ波を印加し、プラズマ発生室27内にプラズマP1を発生させ、このプラズマにより導入したガスを分解し、Hラジカルを生成せしめた。
(3)かくして得られたHラジカルを第1のシャワープレート28を経てラジカル生成室30へ導入すると共に、このラジカル生成室内にNFガスを導入し、両者を反応させてNFラジカルを生成せしめ、このラジカルを第2のシャワープレート29を経て真空槽21内に導入し、被処理基板上に照射し、所定の時間、被処理基板上のSiO膜をエッチングした。μ波が印加されて放電が立っている際は、第1のシャワープレート28はアース電位にあり、ラジカル生成室30は、上記したように、NFとHラジカルとの反応を起こさせるための空間を提供するのみである。
(4)μ波導入手段24からのμ波放電を停止した。
(5)Nガス、Hガス及びNFガスの導入を停止した。
(1) N 2 and H 2 gases were introduced into the plasma generation chamber 27 from the gas inlet 27b.
(2) A μ wave was applied from the μ wave introducing means 24 to generate plasma P1 in the plasma generating chamber 27, and the gas introduced by the plasma was decomposed to generate H radicals.
(3) The H radicals thus obtained are introduced into the radical production chamber 30 through the first shower plate 28, and NF 3 gas is introduced into the radical production chamber, and both are reacted to produce NF x H y radicals. This radical was introduced into the vacuum chamber 21 through the second shower plate 29, irradiated onto the substrate to be processed, and the SiO 2 film on the substrate to be processed was etched for a predetermined time. When the microwave is applied and a discharge is generated, the first shower plate 28 is at the ground potential, and the radical generation chamber 30 is used to cause a reaction between NF 3 and H radical as described above. It only provides space.
(4) The microwave discharge from the microwave introduction means 24 was stopped.
(5) The introduction of N 2 gas, H 2 gas and NF 3 gas was stopped.

(6)ガス導入口29a又は27bからラジカル生成室30内に不活性ガスとしてHガスを導入した。
(7)第1のシャワープレート28に高周波(RF)電源28bからRF印加し、第1のシャワープレート28と第2のシャワープレート29とを同電位に保って、第2のシャワープレート29を経て真空槽21内の被処理基板S上にH放電を発生させた。
(8)真空槽21内に載置された被処理基板Sに対して、所定の時間、Hプラズマ照射を行い、基板上にある(NHSiF等の残留生成物を除去した。
(9)Hガスの導入を停止し、RF電源28bの印加を停止した。
(6) H 2 gas was introduced as an inert gas into the radical generation chamber 30 from the gas inlet 29a or 27b.
(7) RF is applied to the first shower plate 28 from a high frequency (RF) power supply 28b, the first shower plate 28 and the second shower plate 29 are kept at the same potential, and the second shower plate 29 is passed through. H 2 discharge was generated on the substrate S to be processed in the vacuum chamber 21.
(8) The substrate S to be processed placed in the vacuum chamber 21 was irradiated with H 2 plasma for a predetermined time to remove residual products such as (NH 4 ) 2 SiF 6 on the substrate. .
(9) The introduction of H 2 gas was stopped, and the application of the RF power supply 28b was stopped.

上記した一連のプロセスは、(1)〜(5)のエッチングプロセスと(6)〜(9)のエッチング残留生成物除去プロセスとに分けられる。   The series of processes described above can be divided into etching processes (1) to (5) and etching residual product removal processes (6) to (9).

上記各プロセスの最適化について以下説明する。   The optimization of each process will be described below.

図6に、μ波導入手段24からμ波拡散用誘電体部材26を介してμ波:2000Wを印加した際のμ波照射時間(秒)と光学式膜厚計で測ったSiOのエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示す。この場合、被処理基板Sとして、熱シリコン酸化膜1000nmを付けたSiウェハを使用した。エッチング条件は、被処理基板温度:25℃、Nガス流量:500sccm、Hガス流量:500sccm、NFガス流量:1000sccm、Hプラズマ発生用RF(13.56MHz):1000W、300秒印加であった。FIG. 6 shows μ wave irradiation time (seconds) when μ wave: 2000 W is applied from the μ wave introducing means 24 through the μ wave diffusion dielectric member 26 and etching of SiO 2 measured by an optical film thickness meter. The relationship with the quantity (etching thickness (nm)) is shown. In this case, a Si wafer provided with a thermal silicon oxide film of 1000 nm was used as the substrate S to be processed. Etching conditions are: substrate temperature to be processed: 25 ° C., N 2 gas flow rate: 500 sccm, H 2 gas flow rate: 500 sccm, NF 3 gas flow rate: 1000 sccm, H 2 plasma generation RF (13.56 MHz): 1000 W, 300 seconds applied Met.

図6から明らかなように、エッチング量は、μ波照射時間(μ波印加時間)と共に増加し、80秒、29nmエッチング厚さで飽和している。これは、ここでセルフストップがかかっているものと判断される。H放電が不足していれば(NHSiFが堆積して見かけ上エッチング量が減少していくように見えるはずであるが、その傾向は観察されなかった。従って、この結果から、平面μ波プラズマで十分にNFラジカルが発生している事が解る。As apparent from FIG. 6, the etching amount increases with the μ wave irradiation time (μ wave application time), and is saturated at an etching thickness of 29 nm for 80 seconds. This is determined to be a self-stop here. If the H 2 discharge is insufficient, (NH 4 ) 2 SiF 6 should be deposited and the amount of etching should seem to decrease, but this tendency was not observed. Therefore, it can be seen from this result that NF x H y radicals are sufficiently generated in the planar μ-wave plasma.

図7(a)に、μ波印加時間をセルフストップがかかる80秒に固定し、RF照射時間(秒)と光学式膜厚計で測った残留生成物のエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示す。この場合、被処理基板Sとして、上記したようなSiウェハを使用し、被処理基板温度、Nガス流量、Hガス流量、NFガス流量、Hプラズマ発生用RFを上記と同様の条件に設定してエッチングを行った。Siウェハ上に存在するSiO膜をエッチングし、エッチング残留生成物(NHSiFを除去する一連のプロセスを模式的に図7(b)〜(d)に示す。すなわち、Siウェハ上に存在するSiO膜をNHFラジカル処理してSiO膜をエッチングすると、残留生成物(NHSiFが生成され(図7(b))、次いで堆積した残留生成物が除去され(図7(a)の領域A;図7(c))、除去プロセスを続けると、最終的に残留生成物が除去される(図7(a)の領域B;図7(d))。この領域BはエッチングされたSiO膜の厚さを示す。なお、便宜上、SiOが(NHSiFになっても厚さが変わらないという仮定の下でエッチング量を測定したので、領域A、Bのエッチング量は相対値に近似する。In FIG. 7 (a), the μ wave application time is fixed at 80 seconds where self-stop is applied, the RF irradiation time (seconds) and the residual product etching amount (etching thickness (nm)) measured with an optical film thickness meter. ). In this case, the Si wafer as described above is used as the substrate to be processed S, and the substrate temperature to be processed, the N 2 gas flow rate, the H 2 gas flow rate, the NF 3 gas flow rate, and the RF for generating H 2 plasma are the same as described above. Etching was performed under set conditions. A series of processes for etching the SiO 2 film existing on the Si wafer and removing the etching residual product (NH 4 ) 2 SiF 6 are schematically shown in FIGS. That is, when the SiO 2 film existing on the Si wafer is subjected to NHF radical treatment and the SiO 2 film is etched, a residual product (NH 4 ) 2 SiF 6 is generated (FIG. 7B), and then the deposited residual product The product is removed (region A in FIG. 7 (a); FIG. 7 (c)), and if the removal process is continued, the residual product is finally removed (region B in FIG. 7 (a); FIG. 7 ( d)). This region B shows the thickness of the etched SiO 2 film. For convenience, the etching amount was measured under the assumption that the thickness does not change even when SiO 2 becomes (NH 4 ) 2 SiF 6 , so the etching amounts in the regions A and B approximate to relative values.

図7から明らかなように、エッチング量は、第2のシャワープレート29へのRF照射時間(RF印加時間)と共に増加し、110秒で飽和した。すなわち、基板温度25℃においてもエッチング残留生成物の除去が出来ており、Hプラズマを併用することで除去プロセスの低温化が出来る事が解る。As is apparent from FIG. 7, the etching amount increased with the RF irradiation time (RF application time) to the second shower plate 29 and saturated at 110 seconds. That is, it can be understood that the etching residual product can be removed even at the substrate temperature of 25 ° C., and the removal process can be made low temperature by using H 2 plasma together.

上記した一連のプロセス、すなわち図6〜7にその結果を示す上記(1)〜(9)のエッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った後に、図2に示すラジカルクリーニング装置のプラズマ発生室27内の状態を観察したところ、その内壁には何らダメージの跡が観察されず、消耗されておらず、また、エッチング残留生成物を除去する際の基板温度の低温化も達成できた。   The plasma generation chamber of the radical cleaning apparatus shown in FIG. 2 after performing the above-described series of processes, that is, the etching processes (1) to (9) and the etching residual product removal process shown in FIGS. As a result of observing the state in the inner wall 27, no trace of damage was observed on the inner wall, it was not consumed, and the temperature of the substrate when removing the etching residual product could be lowered.

本実施例では、図4に示すラジカルクリーニング装置を用い、Hラジカルを生成するためにNガスとHガスとを用い、また、NFラジカルを生成するためにNFガスを用いて、エッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った。その一連のプロセスフローは以下の通りである。In this example, the radical cleaning apparatus shown in FIG. 4 is used, N 2 gas and H 2 gas are used to generate H radicals, and NF 3 gas is used to generate NF x H y radicals. Then, an etching process and an etching residual product removal process were performed. The series of process flow is as follows.

(1)第1のプラズマ発生室46内にガス導入口44aからN及びHガスを導入した。
(2)高周波(RF)用天板45に第1の高周波(RF)電源45aからRF印加し(この際、第1のシャワープレート47はアース電位とした)、第1のプラズマ発生室46内にプラズマを発生させ、このプラズマにより導入したガスを分解し、Hラジカルを生成せしめた。
(3)かくして得られたHラジカルを第1のシャワープレート47を経てラジカル生成室49へ導入すると共に、このラジカル生成室49内にNFガスを導入し、両者を反応させてNFラジカルを生成せしめ、このラジカルを第2のシャワープレート48を経て真空槽41内に導入し、所定の時間、被処理基板上のSiO膜をエッチングした。
(1) N 2 and H 2 gases were introduced into the first plasma generation chamber 46 from the gas inlet 44a.
(2) RF is applied to the high frequency (RF) top plate 45 from the first high frequency (RF) power supply 45a (at this time, the first shower plate 47 is set to the ground potential), and the inside of the first plasma generation chamber 46 A plasma was generated, and the gas introduced by the plasma was decomposed to generate H radicals.
(3) The H radicals thus obtained are introduced into the radical generation chamber 49 through the first shower plate 47, and NF 3 gas is introduced into the radical generation chamber 49, and both are reacted to produce NF x H y Radicals were generated, the radicals were introduced into the vacuum chamber 41 through the second shower plate 48, and the SiO 2 film on the substrate to be processed was etched for a predetermined time.

(4)第1のRF電源45aからの高周波の印加を停止した。
(5)Nガス、Hガス及びNFガスの導入を停止した。
(6)ガス導入口44aから第2ラジカル生成室49内に不活性ガスとしてHガスを導入した。
(7)第1のシャワープレート47に第2のRF電源47bからRF印加し、また、第1のシャワープレート47と第2のシャワープレート48とを同電位に保って、第2のシャワープレート48を経て真空槽41内の被処理基板S上にH放電を発生させた。
(8)真空槽41内に載置された被処理基板Sに対して、所定の時間、Hプラズマ照射を行った。
(9)Hガスの導入を停止し、第2のRF電源47bの印加を停止した。
(4) The application of high frequency from the first RF power supply 45a was stopped.
(5) The introduction of N 2 gas, H 2 gas and NF 3 gas was stopped.
(6) H 2 gas was introduced as an inert gas into the second radical generation chamber 49 from the gas inlet 44a.
(7) RF is applied to the first shower plate 47 from the second RF power source 47b, and the first shower plate 47 and the second shower plate 48 are kept at the same potential, and the second shower plate 48 After that, H 2 discharge was generated on the substrate S to be processed in the vacuum chamber 41.
(8) The substrate 2 to be processed placed in the vacuum chamber 41 was irradiated with H 2 plasma for a predetermined time.
(9) The introduction of H 2 gas was stopped, and the application of the second RF power supply 47b was stopped.

上記した一連のプロセスは、(1)〜(5)のエッチングプロセスと(6)〜(9)のエッチング残留生成物除去プロセスとに分けられる。   The series of processes described above can be divided into etching processes (1) to (5) and etching residual product removal processes (6) to (9).

上記各プロセスの最適化について以下説明する。   The optimization of each process will be described below.

図8に、RF用天板45にRF(13.56MHz):1000Wを印加した際のRF照射時間(秒)と光学式膜厚計で測ったSiO膜のエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示す。この場合、被処理基板Sとして、熱シリコン酸化膜1000nmを付けたSiウェハを使用した。被処理基板の温度:25℃、Nガス:500sccm、Hガス:500sccm、NFガス:1000sccm、Hプラズマ発生用RF(13.56MHz)を1000W、300秒印加した。FIG. 8 shows RF irradiation time (seconds) when RF (13.56 MHz): 1000 W is applied to the RF top plate 45 and the etching amount (etching thickness (nm) of the SiO 2 film measured with an optical film thickness meter. )). In this case, a Si wafer provided with a thermal silicon oxide film of 1000 nm was used as the substrate S to be processed. Temperature of substrate to be processed: 25 ° C., N 2 gas: 500 sccm, H 2 gas: 500 sccm, NF 3 gas: 1000 sccm, RF for generating H 2 plasma (13.56 MHz) was applied at 1000 W for 300 seconds.

図8から明らかなように、エッチング量は、RF照射時間(RF印加時間)と共に増加し、60秒、35nmエッチングで飽和している。これは、ここでセルフストップがかかっているものと判断される。H放電が不足していれば(NHSiFが堆積して見かけ上エッチング量が減少していくように見えるはずであるが、その傾向は観察されなかった。従って、この結果から、RF放電のプラズマで十分にNFラジカルが発生している事が解る。As is apparent from FIG. 8, the etching amount increases with the RF irradiation time (RF application time), and is saturated for 60 seconds and 35 nm etching. This is determined to be a self-stop here. If the H 2 discharge is insufficient, (NH 4 ) 2 SiF 6 should be deposited and the amount of etching should seem to decrease, but this tendency was not observed. Therefore, it can be seen from this result that the NF x H y radicals are sufficiently generated in the plasma of the RF discharge.

図9(a)に、RF用天板45のRF(13.56MHz)印加時間をセルフストップがかかる60秒に固定して、第2のシャワープレート48にRFを印加するRF照射時間(秒)と光学式膜厚計で測ったエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示す。この場合、被処理基板Sとして、上記したようなSiウェハを使用し、被処理基板の温度、Nガスの流量、Hガスの流量、NFガスの流量、Hプラズマ発生用RFを上記と同様にして行った。Siウェハ上に存在するSiO膜をエッチングし、エッチング残留生成物(NHSiFを除去する一連のプロセスを模式的に図9(b)〜(d)に示す。すなわち、Siウェハ上に存在するSiO膜をNHF処理してSiO膜をエッチングすると、残留生成物(NHSiFが生成され(図9(b))、次いで堆積した残留生成物を除去し(図9(a)の領域A;図9(c))、除去プロセスを続けると、最終的に残留生成物が除去される(図9(a)の領域B;図9(d))。この領域BはエッチングされたSiO膜の厚さを示す。なお、便宜上、SiOが(NHSiFになっても厚さが変わらないという仮定の下でエッチング量を測定したので、領域A、Bのエッチング量は相対値に近似する。In FIG. 9A, the RF (13.56 MHz) application time of the RF top plate 45 is fixed to 60 seconds that require self-stop, and the RF irradiation time (seconds) for applying RF to the second shower plate 48 And the etching amount (etching thickness (nm)) measured with an optical film thickness meter. In this case, the Si wafer as described above is used as the substrate to be processed S, and the temperature of the substrate to be processed, the flow rate of N 2 gas, the flow rate of H 2 gas, the flow rate of NF 3 gas, and the RF for generating H 2 plasma are set. It carried out like the above. A series of processes for etching the SiO 2 film existing on the Si wafer and removing the etching residual product (NH 4 ) 2 SiF 6 are schematically shown in FIGS. 9B to 9D. That is, when the SiO 2 film existing on the Si wafer is treated with NHF and the SiO 2 film is etched, a residual product (NH 4 ) 2 SiF 6 is generated (FIG. 9B), and then the deposited residual product Is removed (region A in FIG. 9A; FIG. 9C), and if the removal process is continued, residual products are finally removed (region B in FIG. 9A; FIG. 9D). )). This region B shows the thickness of the etched SiO 2 film. For convenience, the etching amount was measured under the assumption that the thickness does not change even when SiO 2 becomes (NH 4 ) 2 SiF 6 , so the etching amounts in the regions A and B approximate to relative values.

図9から明らかなように、エッチング量は、第2のシャワープレート48へのRF照射時間(RF印加時間)と共に増加し、120秒で飽和した。すなわち、基板温度25℃においてもエッチング残留生成物の除去が出来ており、Hプラズマを併用することで除去プロセスの低温化が出来る事が解る。As is apparent from FIG. 9, the etching amount increased with the RF irradiation time (RF application time) to the second shower plate 48 and was saturated at 120 seconds. That is, it can be understood that the etching residual product can be removed even at the substrate temperature of 25 ° C., and the removal process can be made low temperature by using H 2 plasma together.

図10に、第1の高周波電源45aの周波数を変化させた場合(13.56MHz、40MHz及び80MHz)のRF照射時間(秒)と光学式膜厚計で測ったSiO膜のエッチング量(エッチング厚さ(nm))との関係を示す。この場合、被処理基板Sとして、上記したようなSiウェハを使用し、被処理基板の温度、Nガスの流量、Hガスの流量、NFガスの流量、Hプラズマ発生用RFを上記と同様にして行った。FIG. 10 shows the RF irradiation time (seconds) when the frequency of the first high-frequency power supply 45a is changed (13.56 MHz, 40 MHz, and 80 MHz) and the etching amount (etching) of the SiO 2 film measured by the optical film thickness meter. (Thickness (nm)). In this case, the Si wafer as described above is used as the substrate to be processed S, and the temperature of the substrate to be processed, the flow rate of N 2 gas, the flow rate of H 2 gas, the flow rate of NF 3 gas, and the RF for generating H 2 plasma are set. It carried out like the above.

図10から明らかなように、13.56MHzの場合に対して、40MHzの場合の方が、エッチング速度(エッチング厚さ)が速くなっている事が解る。これは、周波数の増加に従ってプラズマ密度が増加してNFラジカルが増加したためと推測される。一般に、プラズマは周波数の2乗に比例して増加すると言われているからである。一方で、80MHzでは極端にエッチング速度の低下がみられる。これは、80MHzでは装置全体のインピーダンスが高くなり、投入電力がプラズマに入る前にほとんど消費されてしまったためである。80MHzでは放電を起こす事が出来たが、放電限界は95MHzにあり、100MHzでは放電出来なかった。以上より、本発明で使用できる周波数の下限は、安価に入手可能な13.56MHzであり、上限は、100MHz未満である。例えば、27MHz、40MHz等を挙げることができる。13.56MHzよりも低い周波数でも放電は可能であるが、安価に入手可能な13.56MHzを下限とすることが好ましい。As is apparent from FIG. 10, it can be seen that the etching rate (etching thickness) is higher in the case of 40 MHz than in the case of 13.56 MHz. This is presumably because the plasma density increased as the frequency increased, and the NF x H y radicals increased. This is because it is generally said that plasma increases in proportion to the square of the frequency. On the other hand, at 80 MHz, the etching rate is extremely reduced. This is because the impedance of the entire apparatus becomes high at 80 MHz, and the input power is almost consumed before entering the plasma. Although discharge was possible at 80 MHz, the discharge limit was 95 MHz, and discharge was not possible at 100 MHz. From the above, the lower limit of the frequency that can be used in the present invention is 13.56 MHz, which can be obtained at low cost, and the upper limit is less than 100 MHz. For example, 27 MHz, 40 MHz, etc. can be mentioned. Although discharge is possible even at a frequency lower than 13.56 MHz, 13.56 MHz, which can be obtained at a low cost, is preferably set as the lower limit.

上記した一連のプロセス、すなわち図8〜10にその結果を示す上記(1)〜(9)のエッチングプロセス及びエッチング残留生成物除去プロセスを行った後に、図4に示すラジカルクリーニング装置のプラズマ発生室46内の状態を観察したところ、その内壁には何らダメージの跡が観察されず、消耗されておらず、また、エッチング残留生成物を除去する際の基板温度の低温化も達成できた。   After performing the above-described series of processes, that is, the etching processes (1) to (9) and the etching residual product removal process shown in FIGS. 8 to 10, the plasma generation chamber of the radical cleaning apparatus shown in FIG. When the state in 46 was observed, no trace of damage was observed on the inner wall, and it was not consumed, and the temperature of the substrate when removing the etching residual product could be lowered.

本発明によれば、プラズマ発生室の内壁の消耗を減少せしめてプラズマ発生室の寿命を延ばし、低温での処理が可能な、μ波プラズマ及び高周波プラズマ、又は高周波プラズマを用いたラジカルクリーニング装置及び方法を提供できるので、本発明は、半導体デバイス等の技術分野での被処理基板表面のラジカルクリーニングに利用可能である。   According to the present invention, it is possible to extend the life of the plasma generation chamber by reducing the consumption of the inner wall of the plasma generation chamber, and to perform processing at a low temperature. Since a method can be provided, the present invention can be used for radical cleaning of a surface of a substrate to be processed in a technical field such as a semiconductor device.

1 石英チューブ 2 ガス導入系
3 整合器 4 導波管
5 真空槽 21 真空槽
21a (真空槽用)上蓋 21b 基板搬送口
21c ガス導入口 21d 排気口
22 基板支持ステージ 23 加熱手段
24 μ波導入手段 25 μ波遮蔽部材
26 μ波拡散用誘電体部材 27 プラズマ発生室(空間)
27a 側壁 27b ガス導入口
28 第1のシャワープレート 28a 密閉シール部材
28b 高周波電源 29 第2のシャワープレート
29a ガス導入口 29b 密閉シール部材
30 ラジカル生成室(空間) 31 真空槽
P1、P2 プラズマ S 被処理基板
41 真空槽
41a (真空槽用)上蓋 41b 基板搬送口
41c ガス導入口 41d 排気口
42 基板支持ステージ 43 加熱手段
44 ガス導入用部材 44a ガス導入口
45 (高周波(RF)用)天板 45a 高周波(RF)電源
45b、45c 密閉シール部材 46 プラズマ発生室(空間)
46a プラズマ発生室の側壁 47 第1のシャワープレート
47a 密閉シール部材 47b 高周波電源(RF電源)
48 第2のシャワープレート 48a 密閉シール部材
48b ガス導入口 49 ラジカル生成室(空間)
50 真空槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quartz tube 2 Gas introduction system 3 Matching device 4 Waveguide 5 Vacuum tank 21 Vacuum tank 21a (Vacuum tank) Upper lid 21b Substrate conveyance port 21c Gas introduction port 21d Exhaust port 22 Substrate support stage 23 Heating means 24 Microwave introduction means 25 μ-wave shielding member 26 μ-wave diffusion dielectric member 27 Plasma generation chamber (space)
27a Side wall 27b Gas inlet 28 First shower plate 28a Sealing seal member 28b High frequency power source 29 Second shower plate 29a Gas inlet 29b Sealing seal member 30 Radical generation chamber (space) 31 Vacuum chamber P1, P2 Plasma S Processed Substrate 41 Vacuum chamber 41a (Vacuum chamber) Upper lid 41b Substrate transport port 41c Gas inlet 41d Exhaust port 42 Substrate support stage 43 Heating means 44 Gas introducing member 44a Gas inlet 45 (for high frequency (RF)) Top plate 45a High frequency (RF) Power supply 45b, 45c Sealing member 46 Plasma generation chamber (space)
46a Side wall of plasma generation chamber 47 First shower plate 47a Sealing seal member 47b High frequency power supply (RF power supply)
48 Second shower plate 48a Sealing member 48b Gas inlet 49 Radical generation chamber (space)
50 vacuum chamber

Claims (17)

真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第1のシャワープレートと、該第1のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートとを備え、該第1のシャワープレートと第2のシャワープレートとで画成されたラジカル生成室を該第1のシャワープレートの下及び該第2のシャワープレートの上に有してなり、該被処理基板をエッチングし、そしてエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 In a radical cleaning apparatus having a vacuum chamber, a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber, and plasma is generated by the μ wave applying means or the high frequency applying means and the μ wave applying means or the high frequency applying means. A plasma generation chamber for generating a gas, a first shower plate connected to a high frequency power source provided under the plasma generation chamber, and a second shower plate also serving as a discharge electrode provided under the first shower plate Comprising a radical generating chamber defined by the first shower plate and the second shower plate, below the first shower plate and above the second shower plate, Radical cleaning characterized in that it is configured to etch a substrate to be processed and to remove radicals remaining by etching and to perform radical cleaning. -Ning device. 請求項1に記載のラジカルクリーニング装置において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 2. The radical cleaning apparatus according to claim 1, wherein the μ wave applying means comprises a μ wave introducing means, a μ wave shielding member, and a μ wave diffusing dielectric member, and the high frequency applying means includes a gas inside. A radical cleaning device comprising: a gas introduction member provided with an introduction path; and a top plate to which a high-frequency power source provided under the gas introduction member is connected. 請求項1又は2に記載のラジカルクリーニング装置において、該第1のシャワープレートをアース電位にするために、該第1のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 3. The radical cleaning apparatus according to claim 1 or 2, further comprising means for switching between application of a high-frequency power source to the first shower plate and grounding in order to set the first shower plate to ground potential. A radical cleaning device. 真空槽を有するラジカルクリーニング装置において、該真空槽内に被処理基板を載置する基板支持ステージが設置され、μ波印加手段又は高周波印加手段と、該μ波印加手段又は該高周波印加手段によりプラズマを発生させるプラズマ発生室と、該プラズマ発生室の下に設けた高周波電源が接続された第1のシャワープレートと、該第1のシャワープレートの下に設けたラジカル生成室とを備えてなり、該被処理基板をエッチングした後にラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 In a radical cleaning apparatus having a vacuum chamber, a substrate support stage for placing a substrate to be processed is installed in the vacuum chamber, and plasma is generated by the μ wave applying means or the high frequency applying means and the μ wave applying means or the high frequency applying means. A plasma generation chamber for generating a gas, a first shower plate connected to a high frequency power source provided under the plasma generation chamber, and a radical generation chamber provided under the first shower plate, A radical cleaning apparatus configured to perform radical cleaning after etching the substrate to be processed. 請求項4に記載のラジカルクリーニング装置において、該μ波印加手段が、μ波導入手段、μ波遮蔽部材、及びμ波拡散用誘電体部材からなり、また、該高周波印加手段が、内部にガス導入用径路が設けられたガス導入用部材、及び該ガス導入用部材の下に設けた高周波電源が接続された天板からなることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 5. The radical cleaning apparatus according to claim 4, wherein the μ wave applying means comprises a μ wave introducing means, a μ wave shielding member, and a μ wave diffusing dielectric member, and the high frequency applying means includes a gas inside. A radical cleaning device comprising: a gas introduction member provided with an introduction path; and a top plate to which a high-frequency power source provided under the gas introduction member is connected. 請求項4又は5に記載のラジカルクリーニング装置において、さらに、該第1のシャワープレートの下に設けた放電電極を兼ねる第2のシャワープレートを備え、該ラジカル生成室が該第1のシャワープレートと該第2のシャワープレートとで画成された空間であり、該被処理基板上の空間にプラズマを発生せしめ、該エッチングにより生成されたエッチング残留生成物を除去してラジカルクリーニングするように構成されていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 The radical cleaning apparatus according to claim 4 or 5, further comprising a second shower plate that also serves as a discharge electrode provided under the first shower plate, wherein the radical generation chamber includes the first shower plate and the second shower plate. A space defined by the second shower plate, configured to generate a plasma in a space on the substrate to be processed, and to remove radicals generated by the etching to perform radical cleaning. A radical cleaning device. 請求項4〜6のいずれか1項に記載のラジカルクリーニング装置において、該第1のシャワープレートをアース電位にするために、該第1のシャワープレートに対する高周波電源の印加とアースとを切り替える手段を備えていることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 The radical cleaning device according to any one of claims 4 to 6, further comprising means for switching between application of a high-frequency power source to the first shower plate and grounding in order to set the first shower plate to ground potential. A radical cleaning device comprising: 請求項1〜7のいずれか1項に記載のラジカルクリーニング装置において、該装置は、被処理基板を1枚ずつクリーニングする枚葉装置、又は多数枚同時処理するバッチ装置であることを特徴とするラジカルクリーニング装置。 The radical cleaning apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the apparatus is a single wafer apparatus for cleaning substrates to be processed one by one, or a batch apparatus for simultaneously processing a large number of sheets. Radical cleaning device. 真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にNガスとHラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してHラジカルを生成させ、このHラジカルをアース電位の第1のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へNFガスを導入し、該HラジカルとNFガスとを反応させてNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルを生成させ、このNFラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングし、次いで該μ波の印加又は高周波の印加を停止すると共に、該Nガス、Hラジカル生成用ガス及びNFガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第1のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第2のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とするラジカルクリーニング方法。A method for performing radical cleaning in a vacuum chamber, in which N 2 gas and H radical generating gas are introduced into a plasma generating chamber, and plasma is generated by applying μ wave or high frequency, and the plasma generates the gas. Is decomposed to generate H radicals, and the H radicals are passed through the first shower plate having a ground potential to be introduced into the radical generating chamber, and NF 3 gas is introduced into the radical generating chamber. NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals are generated by reacting with NF 3 gas, and the NF x H y radicals on the substrate to be processed placed in the vacuum chamber Is applied to etch the surface of the substrate to be processed, and then the application of the μ wave or high frequency is stopped, and the introduction of the N 2 gas, H radical generating gas and NF 3 gas is stopped. And introducing an inert gas into the vacuum chamber and applying a high frequency to the first shower plate to apply a high frequency to the second shower plate that also serves as a discharge electrode to cause discharge. A radical cleaning method comprising: generating plasma on a substrate to be processed placed on the substrate; and evaporating and removing etching residual products generated by the etching using ions and radicals of the plasma. 請求項9に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスが、該Nガス及びHラジカル生成用ガスの導入口、若しくはNFガスの導入口を経て該真空槽内へ導入されるか、又は該真空槽内へ直接導入されることを特徴とするラジカルクリーニング方法。The radical cleaning method according to claim 9, wherein the inert gas is introduced into the vacuum chamber through the N 2 gas and H radical generating gas inlet or the NF 3 gas inlet. Or the radical cleaning method characterized by introduce | transducing directly in this vacuum chamber. 請求項9又は10に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスは、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類のガスであることを特徴とするラジカルクリーニング方法。The radical cleaning method according to claim 9 or 10, wherein the inert gas is at least one gas selected from the group consisting of H 2 , Ar, He, Ne, and Xe. Cleaning method. 真空槽内においてラジカルクリーニングを実施する方法であって、プラズマ発生室内にNガスとHラジカル生成用ガスとを導入し、μ波又は高周波を印加してプラズマを発生させ、このプラズマにより該ガスを分解してHラジカルを生成させ、このHラジカルをアース電位の第1のシャワープレートを通過させてラジカル生成室内へ導入すると共に、このラジカル生成室内へNFガスを導入し、該HラジカルとNFガスとを反応させてNF(x=1〜3、y=1〜4)ラジカルを生成させ、このNFラジカルを該真空槽内に載置された被処理基板上に照射して被処理基板表面をエッチングすることを特徴とするラジカルクリーニング方法。A method for performing radical cleaning in a vacuum chamber, in which N 2 gas and H radical generating gas are introduced into a plasma generating chamber, and plasma is generated by applying μ wave or high frequency, and the plasma generates the gas. Is decomposed to generate H radicals, and the H radicals are passed through the first shower plate having a ground potential to be introduced into the radical generating chamber, and NF 3 gas is introduced into the radical generating chamber. NF x H y (x = 1 to 3, y = 1 to 4) radicals are generated by reacting with NF 3 gas, and the NF x H y radicals on the substrate to be processed placed in the vacuum chamber A radical cleaning method characterized by etching the surface of a substrate to be processed by irradiating the substrate. 請求項12に記載の方法により該被処理基板表面をエッチングした後、該μ波又は高周波の印加を停止すると共に、該Nガス、Hラジカル生成用ガス及びNFガスの導入を停止し、不活性ガスを該真空槽内に導入すると共に、該第1のシャワープレートに高周波を印加することにより放電電極を兼ねる第2のシャワープレートに高周波を印加して放電させ、該真空槽内に載置された被処理基板上にプラズマを発生させ、このプラズマのイオンとラジカルとを用いて、該エッチングにより発生したエッチング残留生成物を蒸発除去することを特徴とするラジカルクリーニング方法。After etching the surface of the substrate to be processed by the method according to claim 12, the application of the μ wave or high frequency is stopped, and the introduction of the N 2 gas, the H radical generating gas and the NF 3 gas is stopped, An inert gas is introduced into the vacuum chamber, and a high frequency is applied to the first shower plate so that a high frequency is applied to the second shower plate that also serves as a discharge electrode to cause discharge. A radical cleaning method comprising: generating plasma on a substrate to be processed; and using the ions and radicals of the plasma to evaporate and remove etching residual products generated by the etching. 請求項13に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスが、該Nガス及びHラジカル生成用ガスの導入口、若しくはNFガスの導入口を経て該真空槽内へ導入されるか、又は該真空槽内へ直接導入されることを特徴とするラジカルクリーニング方法。The radical cleaning method according to claim 13, wherein the inert gas is introduced into the vacuum chamber through the N 2 gas and H radical generating gas inlet or the NF 3 gas inlet. Or the radical cleaning method characterized by introduce | transducing directly in this vacuum chamber. 請求項13又は14に記載のラジカルクリーニング方法において、該不活性ガスは、H、Ar、He、Ne、及びXeからなる群から選ばれた少なくとも1種類のガスであることを特徴とするラジカルクリーニング方法。The radical cleaning method according to claim 13 or 14, wherein the inert gas is at least one kind of gas selected from the group consisting of H 2 , Ar, He, Ne, and Xe. Cleaning method. 請求項9〜15のいずれか1項に記載のラジカルクリーニング方法において、該被処理基板として、その表面にSiO膜が形成されている基板を用いることを特徴とするラジカルクリーニング方法。In radical cleaning method according to any one of claims 9 to 15, as該被substrate, a radical cleaning method characterized by using a substrate SiO 2 film is formed on the surface thereof. 請求項9〜16のいずれか1項に記載のラジカルクリーニング方法において、請求項1〜8のいずれか1項に記載のラジカルクリーニング装置を用いてラジカルクリーニングを実施することを特徴とするラジカルクリーニング方法。 The radical cleaning method according to any one of claims 9 to 16, wherein the radical cleaning is performed using the radical cleaning device according to any one of claims 1 to 8. .
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