KR20230169926A - 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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KR20230169926A
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마사히로 스미야
류 에자키
아닐 판데이
유키 모리야
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주식회사 히타치하이테크
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Abstract

플라스마 처리 장치의 메인터넌스 후에 발생하는 이물을 저감해서, 단시간에 제품 착공 가능한 상태를 실현하는 플라스마 처리 방법을 제공한다. 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법은, 상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실의 메인터넌스 후, 이물을 소출하는 소출 공정과, 소출 공정 후, 처리실 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 퇴적 공정 후, 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정과, 제1 제거 공정 후, 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정과, 시료대에 재치된 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정을 갖는다. 플라스마 처리 공정 전, 소출 공정과 퇴적 공정과 제1 제거 공정과 제2 제거 공정을 2회 이상 반복한다.

Description

플라스마 처리 방법
본 개시는, 반도체 기판 등의 웨이퍼를 가공하는 플라스마 에칭 처리 장치에 있어서, 제품 웨이퍼의 수율 저하의 원인으로 되는 처리실 내의 이물을 단시간에 저감하는 기술에 관한 것이고, 특히, 플라스마 에칭 장치의 메인터넌스 후에 발생하는 이물을 미리 저감해서, 제품 착공 가능한 상태를 단시간에 실현하는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
반도체를 가공하는 플라스마 에칭 장치에 있어서, 반도체 디바이스의 수율 저하의 원인이 되는 이물의 관리 입경 축소화와 그 허용수는 매년 엄격함을 더하고 있다. 이물에 의한 수율의 저하는, 반도체 디바이스 제조 메이커의 수익에 크리티컬하게 영향을 끼치기 때문에, 플라스마 에칭 장치의 제조 메이커에 있어서는, 고수율 또한 고가동률의 플라스마 에칭 장치의 설계 및 제조가 강하게 요구되고 있다.
지금까지, 저이물화의 실현을 위해, 하드 면 및 프로세스 면의 양면에서 다양한 대처가 이루어져 왔다. 프로세스 면에서는, 에칭 처리의 부반응 생성물에 대한 클리닝 기술 개발, 하드 면에서는, 처리실 부재의 개발, 부품 세정 기술의 적성화, 처리실 구조의 적성화, 처리실 내 교환 부품 범위의 적성화 등이다. 그리고, 이들 기술 개발이나 최적화는 일진월보하게 진행되고 있다. 이들 개발 노력이 이루어지고 있지만, 일반적으로, 반도체 디바이스의 양산 처리에 있어서의 플라스마 에칭 처리에 있어서는, 제품 처리 매수(반도체 웨이퍼의 처리 매수)의 증가에 따라서, 플라스마 에칭 장치에 사용되고 있는 부재의 열화나 제품 처리(반도체 웨이퍼의 처리)의 부반응 생성물 등에 기인해서, 이물 및 가공 재현성의 퍼포먼스가 저하한다. 이 때문에, 양산 처리를 속행할 수 없게 되는 경우가 있다.
이러한 문제에 대해, 플라스마 에칭 장치는 파츠 교환을 수반하는 정기적인 메인터넌스 작업에 의해 이물 및 가공 재현성의 퍼포먼스를 회복시킨다. 메인터넌스 작업 후에는, 진공 리크가 규정값에 들어가기까지 진공 흡인 배기를 계속하고, 그 후, 플라스마 프로세스 등을 구사한 리커버리 처리를 실시하고, 이물수를 저하시키고 나서 제품 착공하고 있다. 그러나, 이들을 구사해도 플라스마 에칭 장치의 처리실 내에는, 웨이퍼 반송이나 웨이퍼 처리에 관계되는 가동부가 있고, 그 가동부의 동작에 기인한 이물원을 충분히 저하시킬 필요가 있다.
이 때문에, 리커버리 처리에서는, 처리실의 내벽의 표면 상태를 조정하는 시즈닝적인 이유로 실시하는 것 외에, 이들 잠재적인 이물원을 저하시키는 것에 주목해서, 제품 착공할 필요가 있다. 또한, 리커버리 처리는, 제품 처리에 기여하지 않기 때문에, 가동률 저하의 원인의 하나였다. 이 때문에, 개시자들은, 메인터넌스 후의 이물수(초기 이물수라 부름)를 설정 기준(설정 기준으로 되는 이물수) 이하로 신속하게 저하시키는 기술로서, 웨이퍼 반송이나 웨이퍼 처리에 관계되는 가동부에도 주목한 새로운 기술이 요구된다고 생각했다.
이물 저감을 목적으로 한 전형적인 종래 기술로서, 제품 웨이퍼의 에칭의 직전에 가스 배출을 행해서, 제품 웨이퍼에의 이물을 저감시키는 기술이 나타나 있다(특허문헌 1). 또한, 프로세스 가공 변동을 저감하는 기술로서, 제품 웨이퍼의 처리마다 처리 벽에 코팅막을 형성하는 기술이 나타나 있다(특허문헌 2).
일본국 특개2006-210461호 공보 미국 특허 제7767584호 명세서
반도체 디바이스의 수율의 원인이 되는 이물의 관리 입경의 축소화와 그 허용수는 매년 엄격함을 더하고 있어, 메인터넌스 후의 이물수(초기 이물수라 부름)를 설정 기준 이하로 신속하게 저하시키기 위해서는, 웨이퍼 반송이나 웨이퍼 처리에 관계되는 가동부에 기인한 잠재적인 이물원을 충분히 저하시킬 필요가 있다. 그 가동부의 동작의 일례로서는, 푸셔 핀의 상하 기구의 상하 동작, 웨이퍼 반송을 위한 출입구 밸브의 개폐 동작, 가스 도입부의 전자기 밸브의 개폐 동작, 배기 밸브의 개폐 동작 등이다. 이와 같이 해서 발생하는 이물에 대해, 종래의 리커버리 처리에서는 금후의 매우 엄격한 이물의 관리 기준을 만족시키는 것이 어려워지고 있다.
본 개시는, 이들 문제점에 주목해서, 플라스마 처리 장치의 메인터넌스 후에 발생하는 이물을 저감해서, 제품 착공 가능한 상태를 실현하는 플라스마 처리를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그 외의 과제와 신규한 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 개시 중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 하기와 같다. 일 실시형태에 따른 플라스마 처리 방법은,
시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실의 메인터넌스 후,
이물을 소출(掃出)하는 소출 공정과,
상기 소출 공정 후, 상기 처리실 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정과,
상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정과,
상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정과,
시료대에 재치(載置)된 상기 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정을 갖고,
상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 소출 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 2회 이상 반복한다.
상기 일 실시형태에 따른 플라스마 처리 방법에 따르면, 소출 공정에서 다양한 기계 동작에 의해 이물을 소출하고, 그 후의 퇴적 공정, 제1 제거 공정, 제2 제거 공정에 의해, 소출 공정에 의해 소출한 이물을 신속하게 제거하는 것을 반복한다. 이로부터, 플라스마 처리 장치를, 단시간에 제품 착공 가능한 상태로 실현할 수 있다. 또한, 이것에 더해, 제품 착공 후에 발생하는 잠재적인 이물원을 미리 저감하지만 가능해져, 플라스마 에칭의 양산 처리를 안정되게 계속할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 마이크로파 ECR 에칭 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 실시예 1에 따른 제1 시퀀스를 설명하는 플로우도.
도 3a는 리커버리 처리 횟수와 이물수의 관계를 나타내는 도면.
도 3b는 실시예 2에 따른 이물 제거의 추정 메카니즘을 나타내는 모식도.
도 4는 이물 소출 확인 시퀀스를 나타내는 플로우도.
도 5는 이물 소출 확인 시퀀스의 테스트 내용을 나타내는 표.
도 6은 이물 소출 시퀀스의 평가 No.와 이물수의 대응을 나타내는 평가 결과도.
도 7은 실시예 2에 따른 제2 시퀀스를 설명하는 플로우도.
도 8은 제2 시퀀스와 제2' 시퀀스를 사용해서 처리했을 경우의 도달 이물수를 나타내는 도면.
도 9는 제2 시퀀스 2를 사용해서 코팅 스텝 처리의 시간 의존성을 취득한 이물수의 결과를 나타내는 도면.
이하, 실시예에 대해, 도면을 사용해서 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서, 동일 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고 반복 설명을 생략할 경우가 있다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실제의 양태에 비해, 모식적으로 표시될 경우가 있지만, 어디까지나 일례이고, 본 개시의 해석을 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
제1 실시형태에 대해 설명한다. 도 1은, 실시예 1에 따른 마이크로파 ECR 에칭 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 본 개시가 적용되는 플라스마 처리 장치의 예로서, 도 1에 나타내는 마이크로파 ECR 에칭 장치(이하, 플라스마 에칭 장치라 함)(10)를 사용할 수 있다. 플라스마 에칭 장치(10)는, 처리 용기(처리실, 챔버라고도 함)(100)의 내부에 웨이퍼(110)를 재치하는 전극(웨이퍼 재치용의 전극)(111)과, 처리실(100)과 트랜스퍼 유닛(도시 생략) 사이에서 웨이퍼(110)를 공급하는 출입구인 프로세스 밸브(PV)(120)와, 가스 공급 장치의 전자기 밸브(135)와, 가스 공급을 제어하는 전자기 밸브(136), 천판(140)과, 석영제 샤워 플레이트(101)와, 석영제 내통(102)을 포함한다. 전극(웨이퍼 재치용의 전극)(111)은, 시료로서의 웨이퍼(110)를 재치하는 시료대로 되고 있다.
플라스마 에칭 장치(10)는, 어스(103)와, 전자석(142)과, 플라스마를 발생시키기 위한 마이크로파를 생성 및 전송하는 고주파 발생 장치 및 고주파 도파관(160)과, RF 바이어스 전원(161)과, 정합기(162)와, 처리실(100)의 압력을 제어하는 진공 배기 밸브(171)와, 처리실(100)의 진공도를 계측하는 페닝 게이지(180)와, 페닝 게이지(180)와 챔버(100) 사이를 차단 제어하는 전자기 밸브(181)를 더 포함한다. 플라스마 에칭 장치(10)는, 웨이퍼(110)와 전극(111)의 열매체로서 공급하는 이면 가스의 공급 장치(130)와, 이면 가스의 공급을 제어하는 전자기 밸브(131), 웨이퍼 반송 시에 반송 로봇에 웨이퍼(110)를 인도하기 위해 웨이퍼(110)를 승강시키는 기구인 푸셔 핀(150)을 더 갖고 있다.
도 2는, 실시예 1에 따른 제1 시퀀스(SEQ1)를 설명하는 플로우도이다. 제1 시퀀스(SEQ1)는, 처리실 내의 잠재적인 이물원을 저감하고 나서 제품 착공하는 플라스마 처리 장치(10)에 의해 실시되는 플라스마 처리 방법이라 할 수 있다.
본 배경에서 설명한 바와 같이, 플라스마 에칭 장치(10)의 양산 처리에서는, 처리실(100)을 구성하는 부재의 소모량이나 부품의 열화 등에 따라 양산 처리를 속행할 수 없게 된다. 이것을 회복하기 위해, 플라스마 에칭 장치(10)는 정기적인 대기 개방을 수반하는 장치 메인터넌스(PM)(S201)를 필요로 한다. 이 장치 메인터넌스(S201)의 작업 후, 진공의 리크 체크를 실시하여 리크량이 규정값에 들어갈 때까지 진공 흡인 배기를 계속한다. 리크 체크 완료 후, 초기 이물수가 기준 이하(S206, NG)로 될 때까지 리커버리 처리(S202)를 반복 실시한다(S702). 리커버리 처리(S202)가 충분해져 이물수가 기준 이하로 된 경우(S206, OK)에, 제품 착공(S207)이 가능해지고, 제품 착공(S207)이 실시된다. 여기에서, 제품 착공(S207)은, 시료대(111)에 재치된 시료(110)를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정이라 환언할 수 있다.
여기에서, 초기 이물수가 기준 이하인지의 여부를 확인하는 것(S206:이물수의 확인)은 비교적으로 긴 시간이 필요해지므로, 리커버리 처리(S202)를 일회 실시한 후에, 매회, 이물수의 확인(S206)을 실행하는 것은, 긴 시간이 필요로 되어 효율적이지 않다. 그래서, 리커버리 처리(S202)를 소정의 횟수 반복 실시(S702)한 후에, 이물수의 확인(S206)을 실시하는 것이 단시간으로 좋다.
본 실시예에서는, 리커버리 처리(S202)는, SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203), NF3 클린 스텝(S204), O2 클린 스텝(S205)의 3개의 처리를 포함하고, 이 순서(S203->S204->S205)로 복수 회(예를 들면, 12회 정도) 반복하는 구성으로 했다(S702).
여기에서, SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203)의 처리 조건은, 예를 들면, SiCl4=100ccm, O2=100ccm, 압력 0.5Pa, 마이크로파 전력 600w, 15초로 했다. NF3 클린 스텝(S204)의 처리 조건은, 예를 들면, NF3=500ccm, 압력 15Pa, 마이크로파 전력 1000w, 45초로 했다. O2 클린 스텝(S205)의 처리 조건은, 예를 들면, O2=100ccm, 압력 0.4Pa, 마이크로파 전력 600w, 30초로 했다.
또한, 이 리커버리 처리(S202)는, SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203)에서 생성되는 처리실(100)의 내부의 벽면의 표면 상에의 SiOx 코팅막이 다음 NF3 클린 스텝(S204)에서 완전하게 제거되고, NF3 클린 스텝(S204)에서 생성된 잔류 불소가 다음 O2 클린 스텝(S205)에서 완전하게 제거되도록 구성된다.
즉, SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203)은 Si와 O를 함유하는 가스(SiCl4 가스와 O2 가스)를 사용해서 플라스마 처리를 실시하는 처리 공정이고, 이 처리 공정(S203)에서 처리실(100)의 벽면의 표면 상에 SiOx 코팅막이 생성된다. 따라서, 처리 공정(S203)은, 처리실(100) 내에 SiOx 코팅막인 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정이라 환언할 수 있다. 또한, 퇴적 공정(S203)은, 실리콘 원소를 함유하는 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해진다. 실리콘 원소를 함유하는 가스는, SiCl4 가스이다.
NF3 클린 스텝(S204)은, 처리 공정(S203)에서 생성된 처리실(100)의 벽면의 표면 상의 SiOx 코팅막을 NF3 가스로 제거하는 제1 제거 공정이다. 따라서, NF3 클린 스텝(S204)은, 퇴적 공정(S203)의 후에 행해지는, 퇴적막(SiOx 코팅막)을 제거하는 제1 제거 공정이라 환언할 수 있다. 제1 제거 공정(S204)은, NF3 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해진다.
O2 클린 스텝(S205)은, 제1 제거 공정(S204)에서 생성된 처리실(100)의 벽면의 표면 상의 잔류 불소를 O2 가스로 제거하는 제2 제거 공정이다. 따라서, O2 클린 스텝(S205)은, 제1 제거 공정(S204)의 후에 행해지는, 처리실(100) 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정이라 환언할 수 있다. 제2 제거 공정(S205)은, O2 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해진다.
그리고, 플라스마 처리 공정인 제품 착공(S207)의 전에, 퇴적 공정(S203)과제1 제거 공정(S204)과 제2 제거 공정(S204)이 2회 이상 반복해서 실행된다.
O2 클린 스텝(S205)을 실시하지 않는 경우, 다음 SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203)에서 코팅막 중에 잔류 불소가 도입되어, 이물 등에 대해 폐해를 수반하는 경우가 있다.
도 3a는, 리커버리 처리(S202)의 반복의 횟수(Nr)와 이물수(Np)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3a에는, 도 2에서 나타낸 제1 시퀀스(SEQ1)에 나타내는 리커버리 처리(S202)의 처리 조건(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203), NF3 클린 스텝(S204), O2 클린 스텝(S205))의 결과와, Cl2계 가스를 사용한 비교예의 시퀀스(SEQp)의 리커버리 처리의 결과의 일례를 나타냈다. 비교예의 시퀀스(SEQp)를 사용한 리커버리 처리의 처리 조건은, Cl2 200ccm, 압력 1Pa, 마이크로파 전력 800w, 90초의 조건이다. 따라서, 본 실시예의 제1 시퀀스(SEQ1)에 있어서의 리커버리 조건의 처리 시간과 비교예의 시퀀스(SEQp)에 있어서의 리커버리 조건의 처리 시간은 동일하게 통일되어 있다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 제1 시퀀스(SEQ1), 비교예의 시퀀스(SEQp) 모두, 리커버리 처리의 반복의 횟수(Nr)의 증가에 따라서, 이물수(Np)가 저하하는 결과로 되었다. 그러나, 이물수(Np)의 저하의 빠르기와, 15회의 리커버리 처리를 반복했을 때의 도달 이물수에는 상위가 있다고 밝혀졌다(Npp_15>Np1_15). 제1 시퀀스(SEQ1)에서 크게 이물수의 감소 효과가 있는 것은, 처리실(100)의 내부의 벽면의 표면에의 코팅막의 형성과 제거를 반복하는 구성에 있다고 생각하고 있다.
도 3b는, 이물 제거의 추정 메카니즘을 나타내는 모식도이다. 초기 상태에서는, 이물의 미립자(302)가, 처리실(100)의 내부의 벽면의 표면(301)에 흡착하고 있다. SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203) 후, 이물의 미립자(302)는, SiOx계의 막(303)으로 덮인다. 다음 NF3 클린 스텝(S204)에서, SiOx계의 막(303)과 함께 이물의 미립자(302)가 제거된다. 즉, 이물의 미립자(302)는 처리실(100)의 내부의 벽면의 표면(301)의 흡착력(반데르발스력 등)을 이겨내고 제거되는 메카니즘이 있다고 추정하고 있다. 결과적으로, 개시자들은 제품 처리를 모의하는 처리 방법보다 제1 시퀀스(SEQ1)에 나타내는 리커버리 조건에서, 신속하게 이물을 저감 가능하다고 밝혀졌다. 관련 메카니즘에 대해는, 후의 실시예 3에서도 설명한다.
이상으로부터, 제1 시퀀스(SEQ1)에 나타내는 리커버리 조건(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203), NF3 클린 스텝(S204), O2 클린 스텝(S205))을 반복함에 의해, 플라스마 에칭 장치(10)를 단시간에 제품 착공 가능한 상태로 실현하는 것이 가능해진다.
실시예 2
제2 실시형태에 대해 설명한다. 개시자들은, 우선, 도 1에 나타내는 플라스마 에칭 장치(10)의 처리실(100) 내의 기계 동작 개소와 전극(111) 상에 재치한 웨이퍼(110)에 낙하하는 이물과의 대응 관계를 조사했다.
도 4는, 실시예 2에 따른 이물 소출 확인 시퀀스를 나타내는 플로우도이다. 이물 소출 확인 시퀀스에 있어서는, 장치 메인터넌스(S201) 후, 이물 소출 시퀀스(이물 소출 공정이라고도 함)(S401)를 실시하고, 그 후, 웨이퍼(110)를 처리실(100)의 내부에 반송하여 웨이퍼(110)에 낙하하는 이물의 수를 확인하는 이물수 확인(S402)을 실시했다. 이물수 확인(S402)에 있어서, 이물수가 기준 이하로 된 경우, 제품 착공(S207)이 실시된다.
이물수 확인(S402)의 조건은, 예를 들면, Ar 가스, 마이크로파 전력 800w, 0.5Pa, 30초로 했다. 도 5는, 도 4의 이물 소출 확인 시퀀스의 이물 소출 시퀀스(S401)의 테스트 내용을 나타내는 표이다. 평가 조건은 전부 5 조건이다. 도 5에, 조건마다의 조사 개소의 계통과, 그것에 대응하는 구체적인 동작 개소를 나타냈다.
평가 No.1은, 레퍼런스 조건으로서 동작 없음의 경우이다.
평가 No.2는, 배기계의 동작으로서, Ar 가스(예를 들면 프로세스 가스의 전자기 밸브(135)와 각종 프로세스 가스의 전자기 밸브(136)의 Ar에 대해 열림으로 함)를 500cc 흘리면서 진공 배기 밸브(V.V.)(171)를 5%와 100%를 전환하는 동작을 20회 실시했다.
평가 No.3은, 웨이퍼 반송계의 동작으로서, Ar 가스(예를 들면 프로세스 가스의 전자기 밸브(135)와 각종 프로세스 가스의 전자기 밸브(136)의 Ar에 대해 열림으로 함)를 500cc 흘리면서 프로세스 밸브(PV)(120)를 개폐하는 동작을 20회 실시했다.
평가 No.4는, 전극(111)의 주변부의 동작으로서, 이면 He 가스(130)를 흘리면서 푸셔 핀(Pusher Pin)(150)의 상하 동작과 이면 He 가스의 전자기 밸브(131)의 개폐 동작을 20회 실시했다.
평가 No.5는, 가스계의 동작으로서, 플라스마 에칭 장치(10)에 연결되는 전체 가스(Gas1, ···, Gas20)에 대해 각종 프로세스 가스의 전자기 밸브(135)를 개폐 동작하는 것에 더해, 처리실(100)에 도입하기 직전의 프로세스 가스의 전자기 밸브(136)의 개폐 동작을 20회 실시했다.
도 6은, 이물 소출 시퀀스의 평가 No.(No.)와 이물수(Np)의 대응을 나타내는 평가 결과도이다. 또, 신뢰성을 높이기 위해, 이물 측정점수를 3점 이상 취득했다. 그 결과, 기계 동작 없음의 레퍼런스 조건인 평가 No.1이 이물수 최소이고, 평가 No.2~No.5의 모두에 있어서 이물수(Np)가 증가하는 결과로 되었다. 이 결과로부터, 메인터넌스(S201) 후는, 배기계, 반송계, 전극 주변부, 가스계의 모두에 있어서 이물원이 존재하고 있고, 미리 이물을 소출하여 제거할 필요가 있다고 밝혀졌다.
즉, 이물 소출 시퀀스(S401)에 있어서의 이물을 토출시키는 수단은, 하기 1~4 중 하나 이상을 포함하는 동작이다. 바람직하게는, 하기 1~4의 모든 동작을 포함하는 것이, 이물을 소출하여 제거하는 관점에서는 좋다.
1:(평가 No.5 참조) 프로세스 가스 공급부(Gas1, ···, Gas20)로부터 처리실(100) 내에 흐르는 가스의 흐름을 제어하는 전자기 밸브(135, 136)의 개폐 동작이나 프로세스 가스 공급부의 전자기 밸브(136)에 의한 가스의 유량 변경 동작.
2:(평가 No.3 참조) 처리실(100)과 트랜스퍼 유닛 간에서 웨이퍼 반송에 사용하는 출입구의 프로세스 밸브(PV)(120)의 개폐 동작(즉, 시료(110)를 처리실(100)에 반입출하기 위한 밸브(120)의 개폐 동작)이나 (평가 No.4 참조) 전극(111)의 푸셔 핀(150)의 상하 동작(즉, 시료(110)를 시료대(111)의 상방에 유지하는 유지 부재(150)의 상승 및 하강 동작).
3:(평가 No.4 참조) 전극용 냉매인 He 라인의 이면 He 가스(130)의 전자기 밸브(131)의 가스 유량 변경 동작(시료(110)의 온도를 제어하기 위한 전열용 가스(130)의 유량 변경 동작)이나 He 라인의 가스 유량 변경을 위한 전자기 밸브(131)의 개폐 동작(전열용 가스(130)의 흐름을 제어하는 전자기 밸브(131)의 개폐 동작).
4:(평가 No.2 참조) 배기 밸브(171)의 동작(즉, 처리실(100)을 배기하기 위한 밸브의 개폐 동작).
이상의 결과를 바탕으로, 개시자들은, 효율이 좋은 이물 제거 방법으로서, 이물 소출 시퀀스(S401)에 더해 실시예 1에서 나타낸 신(新) 리커버리 조건(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203), NF3 클린 스텝(S204), O2 클린 스텝(S205))의 콤비네이션 처리(리커버리 처리(S202))가 최적일 가능성이 있다고 생각했다. 즉, 이물 소출 후에 바로 이물을 제거하는 방법이 최적이다.
도 7은, 실시예 2에 따른 제2 시퀀스를 설명하는 플로우도이다. 제2 시퀀스(SEQ2)도, 처리실 내의 잠재적인 이물원을 저감하고 나서 제품 착공(S207)하는 플라스마 처리 장치(10)에 의해 실시되는 플라스마 처리 방법이라 할 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 시퀀스(SEQ2)에서는, 실시예 1에서 설명한 도 2의 제1 시퀀스(SEQ1)의 플로우의 장치 메인터넌스(S201)의 후에, 이물 소출 시퀀스(S401)와, 리커버리 처리(S402)가 새롭게 추가되어 있다. 리커버리 처리(S402)는, 실시예 1에서 나타낸 리커버리 조건(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S203), NF3 클린 스텝(S204), O2 클린 스텝(S205))과 동등한 리커버리 조건(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S703), NF3 클린 스텝(S704), O2 클린 스텝(S705))으로 되어 있다.
여기에서, 본 실시예에서는, 이물 소출 시퀀스(S401)와 리커버리 처리(S402)의 반복 스텝(S701)을 웨이퍼리스(처리실(100) 내의 전극(111) 상에 웨이퍼(110)를 재치하지 않는 상태)로, 예를 들면, 3회 실시한다. 그리고, 그 후에, 이물 소출 시퀀스(S401)를 수반하지 않는 실시예 1의 리커버리 처리(S202)의 반복 스텝(S702)의 횟수를, 예를 들면, 12회로 설정해서 실시한다. 그 후, S206에서 이물수가 기준 이하인지의 여부를 확인했다. 또한 기계 동작은, 도 5에 나타낸 평가 No2 내지 No5까지의 모든 동작을 실시했다. 또, 도 7의 제2 시퀀스(SEQ2)에 있어서, 이물 소출 시퀀스(S401)의 직후의 리커버리 처리(S402)(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S703), NF3 클린 스텝(S704), O2 클린 스텝(S705))를 실시하지 않는 조건을 제2' 시퀀스(SEQ2')로 정의해서, 이물수(S206)를 확인했다. 이 2개의 시퀀스(SEQ2, SEQ2')를 사용해서, 특히 이물 소출 시퀀스(S401)의 직후의 리커버리 처리(S402)가 이물 저감 효과를 갖는지 조사했다.
도 8은, 제2 시퀀스(SEQ2)와 제2' 시퀀스(SEQ2')를 사용해서 처리했을 경우의 도달 이물수(Npr)를 나타내는 도면이다. 신뢰성을 높이기 위해, 1회의 시험에 대해 3매의 웨이퍼를 사용해서 연속으로 이물을 취득했다(1매째, 2매째, 3매째의 웨이퍼는, 도 8의 횡축에 나타내는 취득 기회(OTT)의 수치에 대응). 또한, 제2 시퀀스(SEQ2)와 제2' 시퀀스(SEQ2')의 각각 시험 횟수를 4회 이상 반복해서, 이물수의 결과 정밀도를 높였다. 제2 시퀀스(SEQ2)와 제2' 시퀀스(SEQ2')의 전체 이물 데이터의 중앙값(Nm)은, 각각 6.7개와 15.7개로 되었다.
이 결과는, 이물 소출 시퀀스(S401)의 직후에 리커버리 처리(S402)를 실시함에 의해, 도달 가능한 이물수를 저감시키는 것이 가능함을 의미한다.
보충으로서, 제1 시퀀스(SEQ1)의 결과(도 3a)에 대해 되돌아보면, 이물수(Np)는 리커버리 처리(S202)의 횟수가 9회째 이후에 있어서, 이물수(Np)의 저하가 작고, 거의 30개 부근에서 포화했다.
이들 결과를 정리하면, "제2 시퀀스(SEQ2)의 도달 이물수(Npr)(=6.7개)<제2' 시퀀스(SEQ2')의 도달 이물수(Npr)(=15.7개)<제1 시퀀스(SEQ1)의 도달 이물수(=약30개)"로 되었다.
즉, 제1 시퀀스(SEQ1)의 구성에, 이물 소출 시퀀스(S401)를 더함에 의해 도달 이물수가 15.7개로 저하하고, 또한 이물 소출 시퀀스(S401)와 리커버리 처리(S402)(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S703), NF3 클린 스텝(S704), O2 클린 스텝(S705))를 반복하는 구성을 더함에 의해, 도달 이물수는 더 저하한다(6.7개)고 밝혀졌다.
이상으로부터, 제2 시퀀스(SEQ2)에 나타내는 이물 소출 시퀀스(S401)와 리커버리 처리(S402)(SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S703), NF3 클린 스텝(S704), O2 클린 스텝(S705))를 반복하는 구성(S701)은, 도달 이물수의 저감에 유효하고, 플라스마 에칭 장치(10)를 더 단시간에 제품 착공 가능 상태로 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예의 제2 시퀀스(SEQ2)에서는, 장치 메인터넌스(PM)(S201) 후의 개시 기술로서 설명했지만, 양산 처리 중의 실시에 응용하는 것이 가능하다. 즉, 양산 처리 중에, 기계 동작부에 이물원이 축적되어 가는 상황이다. 이러한 상황에서는, 그 이물원을 정기적으로 제거할 목적으로, 본 개시를 적용해도 상관없다. 그 경우는, 제2 시퀀스(SEQ2)에 있어서 장치 메인터넌스(PM)(S201)를 실시하는 얽매임은 없이, 이물 소출 시퀀스(S401) 이후의 플로우 또는 그 일부를 양산 처리 중에 실시함으로써, 잠재적인 이물 리스크를 저감하여 양산 처리를 안정되게 계속하는 것이 가능해진다.
또한, 제1 시퀀스(SEQ1)나 제2 시퀀스(SEQ2)의 실시형태에 대해 보충 설명한다. 우선, 이물수 확인 스텝(S206)과 제품 착공(S207) 이외의 공정(S202, S401, S402)에 대해서는, 논프로덕트 웨이퍼의 매수의 저감의 관점에서, 전극(111) 상에 웨이퍼(110)를 재치하지 않는 상태에서 실시하는 것이 바람직하다. 다음으로, 제1 시퀀스(SEQ1)나 제2 시퀀스(SEQ2)에 있어서, 처리실 표면에 코팅막을 부착시키는 스텝으로서 SiCl4/O2 코팅 스텝(S703)을 사용했다. 본 실시예에서는, 이 스텝의 처리를 SiCl4 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 예로 설명했지만, 이물을 덮는 코팅막의 형성에 있어서, 대체 가스의 사용을 상정할 수 있다. 그러한 대체 코팅막으로서, SiO함유 코팅, CF함유 코팅, CH함유 코팅, BO함유 코팅, BN함유 코팅이 있다. 이것을 생성하는 구체적인 가스의 예로서는, SiBr4 가스와 O2 가스의 혼합 가스, SiF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스, C4F8 가스, C4F6 가스, CHF3 가스, CH3F 가스, CH2F2 가스 등의 플루오로카본 가스, BCl3 가스와 O2 가스의 혼합 가스, BCl3 가스와 N2 가스의 혼합 가스 등이 있다.
실시예 3
제3 실시형태에 대해 설명한다. 우선, 본 실시예에서는, 제2 실시형태에서 설명한 도 7의 제2 시퀀스(SEQ2)의 플로우에 있어서, SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S703)의 처리 시간(코팅막의 두께)을 바꿔, 이물수에의 영향을 조사했다. 또한, SiCl4 및 O2 코팅 스텝(S703)에서 생성한 처리실(100)의 내벽의 표면의 코팅막을 제거하는 NF3 클린 스텝(S704)의 시간은, 코팅 스텝(S703) 시간의 3배로 했다. 즉, 코팅 스텝(S703)의 코팅 시간(TC)을 5초(sec), 15초(sec), 30초(sec)에 대해, NF3 클린 스텝(S704)의 시간을 각각 15초(sec), 30초(sec), 45초(sec)로 했다.
도 9는, 제2 시퀀스(SEQ2)를 사용해서 코팅 스텝 처리의 시간 의존성을 취득한 이물수의 결과를 나타내는 도면이다. 여기에서도, 신뢰도를 높이기 위해, 1회의 시험에 대해 3매의 웨이퍼를 사용해서 연속으로 이물을 취득했다(1매째, 2매째, 3매째의 웨이퍼는, 도 9의 횡축에 나타내는 취득 기회(OTT)의 수치에 대응). 또한, 코팅 시간(TC)마다 시험 횟수를 3회 반복해서, 이물수(Np)의 결과 정밀도를 높였다. 코팅 시간(TC)이 30초, 15초, 5초의 전체 이물 데이터의 중앙값(Nm)은, 각각 3.7개, 5.0개, 15.3개로 되었다. 이 결과로부터, 코팅 시간(TC)이 15초 이상에서 이물의 저감 효과가 크고, 그 이상 시간을 연장해도 이물 저감 효과가 적다고 생각된다.
한편, 코팅 스텝 처리 시간(TC)과 처리실(100) 내에 형성되는 SiOx 코팅 막두께 사이에는 리니어의 관계가 있다고 사전 검사에서 확인되고 있고, 코팅 스텝 처리 시간(TC)이 5초에서 약 17㎚의 막이 퇴적한다. 또한, 발생하는 이물의 입경은, 100㎚ 이하가 대부분이고, 이러한 미소 이물을 저감하는 것이 요구된다. 환언하면, 100㎚ 이하에서 많이 발생하는 이물 저감을 위해서는, 코팅막 50㎚(코팅 스텝 처리 시간(TC):15초) 이상의 막두께를 사용함으로써, 이물 제거가 촉진되는 결과를 얻었다.
이상으로부터, 에칭 장치(10)에서 발생하는 이물의 입경 100㎚ 이하의 이물 저감에, 코팅막 50㎚(코팅 스텝 처리 시간(TC):15초) 이상의 막두께를 사용한 제1 시퀀스(SEQ1)나 제2 시퀀스(SEQ2)가 유효하고, 플라스마 에칭 장치(10)를 단시간에 제품 착공 가능 상태로 실현하는 것이 가능해진다.
실시예 1, 2, 3에 따른 플라스마 처리 방법은, 이하와 같이 정리할 수 있다.
(1):시료(110)를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
상기 시료(110)가 플라스마 처리되는 처리실(100)의 메인터넌스(S201) 후,
이물을 소출하는 소출 공정(S401)과,
상기 소출 공정 후, 상기 처리실 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정(S703, S203)과,
상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정(S704, S204)과,
상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정(S705, S205)과,
시료대(111)에 재치된 상기 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정(S207)을 갖고,
상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 소출 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 2회 이상 반복한다.
(2):(1)에 있어서, 상기 소출 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 실시하고 있는 동안, 상기 시료가 상기 시료대에 재치되어 있지 않다.
(3):(1)에 있어서, 상기 소출 공정에 있어서의 이물을 토출시키는 수단은, 이하를 포함한다.
1. 프로세스 가스 공급부로부터 상기 처리실 내에 흐르는 가스의 흐름을 제어하는 전자기 밸브의 개폐 동작,
2. 상기 가스의 유량 변경 동작,
3. 상기 시료를 상기 처리실에 반입출하기 위한 밸브의 개폐 동작,
4. 상기 시료를 상기 시료대의 상방에 유지하는 유지 부재의 상승 및 하강 동작,
5. 상기 시료의 온도를 제어하기 위한 전열용 가스의 유량 변경 동작, 상기 전열용 가스의 흐름을 제어하는 전자기 밸브의 개폐 동작, 또는,
6. 상기 처리실을 배기하기 위한 밸브의 개폐 동작.
(4) 시료(110)를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
이물을 소출하는 소출 공정(S401)과,
상기 소출 공정(S401) 후, 처리실(100) 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정(S203, S703)과,
상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정(S204, S704)과,
상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정(S205, S705)과,
시료대(111)에 재치된 상기 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정(S207)을 갖고,
상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 소출 공정(S401)과 상기 퇴적 공정(S203, S703)과 상기 제1 제거 공정(S204, S704)과 상기 제2 제거 공정(S205, S705)을 2회 이상 반복한다.
(5) 시료(110)를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실(110) 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정(S203)과,
상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정(S204)과,
상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정(S205)과,
상기 시료(110)를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정(S207)을 갖고,
상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 2회 이상 반복한다.
(6):(1), (4) 또는 (5)에 있어서,
퇴적 공정(S203)은, 실리콘 원소를 함유하는 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해지고,
제1 제거 공정(S204)은, NF3 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해지고,
제2 제거 공정(S205)은, O2 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해진다.
(7):(6)에 있어서, 실리콘 원소를 함유하는 가스는, SiCl4 가스이다.
(8):(1), (4) 또는 (5)에 있어서, 퇴적막의 두께를 50㎚ 이상으로 한다.
이상, 본 개시자에 의해 이루어진 개시를 실시예에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 개시는, 상기 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 변경 가능한 것은 물론이다.
101:석영제 샤워 플레이트 102:석영제 내통
103:어스 110:웨이퍼
111:전극 120:프로세스 밸브(PV)
130:이면 가스 공급 장치
131:이면 가스의 공급을 제어하는 전자기 밸브
135:가스 공급 장치
136:가스 공급을 제어하는 전자기 밸브 140:천판
142:전자석 150:푸셔 핀
160:플라스마를 발생시키는 고주파 도파관 161:RF 바이어스 전원
162:정합기
171:처리실의 압력을 제어하는 진공 배기 밸브
180:처리실의 진공도를 계측하는 페닝 게이지
181:페닝 게이지와 챔버 간을 차단 제어하는 전자기 밸브
S201:장치 메인터넌스(PM) S203:SiCl4 및 O2 코팅 스텝
S204:NF3 클린 스텝 S205:O2 클린 스텝
S206:이물수의 계측 S207:제품 착공
301:처리실 표면 302:이물의 미립자
303:SiOx계의 막 S401:이물 소출 시퀀스
S402:이물수의 계측
S701:이물 소출 시퀀스를 함유한 처리의 반복 횟수
S702:처리의 반복 횟수 S703:SiCl4 및 O2 코팅 스텝
S704:NF3 클린 스텝 S705:O2 클린 스텝

Claims (8)

  1. 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실의 메인터넌스 후,
    이물을 소출(掃出)하는 소출 공정과,
    상기 소출 공정 후, 상기 처리실 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정과,
    상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정과,
    상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정과,
    시료대에 재치(載置)된 상기 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정을 갖고,
    상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 소출 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 2회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소출 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 실시하고 있는 동안, 상기 시료가 상기 시료대에 재치되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소출 공정에 있어서의 이물을 토출시키는 수단은,
    프로세스 가스 공급부로부터 상기 처리실 내에 흐르는 가스의 흐름을 제어하는 전자기 밸브의 개폐 동작, 상기 가스의 유량 변경 동작, 상기 시료를 상기 처리실에 반입출하기 위한 밸브의 개폐 동작, 상기 시료를 상기 시료대의 상방에 유지하는 유지 부재의 상승 및 하강 동작, 상기 시료의 온도를 제어하기 위한 전열용 가스의 유량 변경 동작, 상기 전열용 가스의 흐름을 제어하는 전자기 밸브의 개폐 동작 또는 상기 처리실을 배기하기 위한 밸브의 개폐 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  4. 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    이물을 소출하는 소출 공정과,
    상기 소출 공정 후, 처리실 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정과,
    상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정과,
    상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정과,
    시료대에 재치된 상기 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정을 갖고,
    상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 소출 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 2회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  5. 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실 내에 퇴적막을 퇴적시키는 퇴적 공정과,
    상기 퇴적 공정 후, 상기 퇴적막을 제거하는 제1 제거 공정과,
    상기 제1 제거 공정 후, 상기 처리실 내의 불소를 제거하는 제2 제거 공정과,
    상기 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 공정을 갖고,
    상기 플라스마 처리 공정 전, 상기 퇴적 공정과 상기 제1 제거 공정과 상기 제2 제거 공정을 2회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  6. 제1항, 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 퇴적 공정은, 실리콘 원소를 함유하는 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해지고,
    상기 제1 제거 공정은, NF3 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해지고,
    상기 제2 제거 공정은, O2 가스에 의해 생성된 플라스마를 사용해서 행해지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실리콘 원소를 함유하는 가스는, SiCl4 가스인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  8. 제1항, 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 퇴적막의 두께를 50㎚ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
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