(57)【要約】【課題】パーティクルを効率よく除去することを目的とする。【解決手段】処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、処理容器内にて基板を載置する第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極とのいずれかにプラズマ生成用の高周波を印加する工程と、基板の周囲に設けられたエッジリングに負の電圧を印加する工程と、前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマによりクリーニング処理を行う工程と、を有するクリーニング処理方法が提供される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、
処理容器内にて基板を載置する第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極とのいずれかにプラズマ生成用の高周波を印加する工程と、
基板の周囲に設けられたエッジリングに負の電圧を印加する工程と、
前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマによりクリーニング処理を行う工程と、
を有するクリーニング処理方法。
【請求項２】
前記クリーニング処理を行う工程は、前記第１電極に基板を載置しない、
請求項１に記載のクリーニング処理方法。
【請求項３】
前記負の電圧を印加する工程は、−５００Ｖ以上の電圧であって、０Ｖよりも小さい電圧を印加する、
請求項２に記載のクリーニング処理方法。
【請求項４】
前記クリーニング処理を行う工程は、前記エッジリングと、前記エッジリングの周辺である前記基板の外周及び前記エッジリングの周囲のカバーリングとをクリーニングする、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のクリーニング処理方法。
【請求項５】
処理容器と、前記処理容器内にて基板を載置する第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極と、基板の周囲に設けられたエッジリングと、制御部と、を有するプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、
前記第１電極と前記第２電極とのいずれかにプラズマ生成用の高周波を印加する工程と、
前記エッジリングに負の電圧を印加する工程と、
前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマによりクリーニング処理を行う工程と、
を制御する、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、クリーニング処理方法及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大流量のガスを処理容器内に供給し、圧力上昇による衝撃波を発生させ、その衝撃波により処理容器内に付着したパーティクルを剥離させ、剥離したパーティクルをガスの粘性力により排気することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４３９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の手法では、処理容器内のパーティクルが除去しきれない場合がある。例えば、載置台上の半導体ウエハ（以下、「ウエハ」という。）の周囲に配置されるエッジリングおよびその周辺にパーティクルが残存する場合がある。そうすると、パーティクルが載置台に載置されたウエハの最外周等に吸着し、ウエハの処理に影響を与えることで歩留まりを低下させ、生産性を悪くする。また、載置台周辺以外であっても処理容器内に配置された部品からパーティクルが発生するとウエハの処理に影響を与える。
【０００５】
本開示は、パーティクルを効率よく除去することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一の態様によれば、処理容器内にクリーニングガスを供給する工程と、処理容器内にて基板を載置する第１電極と、前記第１電極に対向する第２電極とのいずれかにプラズマ生成用の高周波を印加する工程と、基板の周囲に設けられたエッジリングに負の電圧を印加する工程と、前記クリーニングガスからプラズマを生成し、前記プラズマによりクリーニング処理を行う工程と、を有するクリーニング処理方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、パーティクルを効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の一例を示す断面模式図。
【図２】一実施形態に係るクリーニング処理方法の一例を示すフローチャート。
【図３】一実施形態に係るクリーニング処理方法の一例を示すタイムチャート。
【図４】一実施形態に係るクリーニングの作用を説明するための図。
【図５】一実施形態に係るクリーニングの効果を擬似的に実験した結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
［プラズマ処理装置］
一実施形態に係るプラズマ処理装置１について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１の一例を示す断面模式図である。
【００１１】
本実施形態にかかるプラズマ処理装置１は、容量結合型の平行平板のプラズマ処理装置であり、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の処理容器１０を有している。処理容器１０は接地されている。
【００１２】
処理容器１０の底部には、セラミックス等からなる絶縁板１２を介して支持台１４が配置され、支持台１４の上には、載置台１６が設けられている。支持台１４及び載置台１６は、例えばアルミニウムから形成される。
【００１３】
載置台１６の上面には、基板の一例であるウエハＷを静電気力で吸着保持する静電チャック２０が設けられている。静電チャック２０は、導電膜からなる電極２０ａを一対の絶縁層２０ｂまたは絶縁シートで挟んだ構造を有する。静電チャック２０の上には、ウエハＷが載置される。電極２０ａには電源２２が接続されている。ウエハＷは、電源２２から供給される直流電圧により生じたクーロン力等の静電気力により静電チャック２０に吸着保持される。
【００１４】
ウエハＷの周囲には、プラズマ処理の均一性向上のために、例えばシリコンからなる導電性のエッジリング２４が配置される。エッジリング２４の周囲には、載置台１６及び支持台１４の側面まで延在する、例えば石英からなる円筒状のカバーリング２６が配置される。
【００１５】
支持台１４の内部には、例えば環状に冷媒室２８が設けられている。冷媒室２８には、配管３０ａ，３０ｂを介して、外部に設けられたチラーユニットから所定温度の熱交換媒体、例えば冷却水が供給され、循環する。これにより、熱交換媒体の温度によって載置台１６上のウエハＷの温度が制御される。また、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン３２を介して静電チャック２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給され、これによって載置台１６とウエハＷとの熱伝達を良くし、ウエハＷの温度制御性を高めることができる。
【００１６】
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源４８及び第２の高周波電源９０を備えている。第１の高周波電源４８は、第１の高周波電力（以下、「ＨＦパワー」ともいう。）を発生する電源である。第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば２７ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源４８は、整合器４６及び給電棒４７を介して載置台１６（下部電極）に接続されている。整合器４６は、第１の高周波電源４８の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源４８は、整合器４６を介して、シャワーヘッド（上部電極）３４に接続されていてもよい。第１の高周波電源４８は、一例のプラズマ生成部を構成している。
【００１７】
第２の高周波電源９０は、第２の高周波電力（以下、「ＬＦパワー」ともいう。）を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力として用いられる。第２の高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源９０は、整合器８８及び給電棒８９を介して載置台１６（下部電極）に接続されている。整合器８８は、第２の高周波電源９０の出力インピーダンスと負荷側（下部電極側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
【００１８】
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚよりも大きな周波数、例えば４０ＭＨｚであってもよい。プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源４８及び整合器４６を備えなくてもよい。第２の高周波電源９０は一例のプラズマ生成部を構成する。なお、載置台１６は、静電チャック２０を有しなくてもよい。
【００１９】
載置台１６の上方には、載置台１６と対向する位置にシャワーヘッド３４が設けられている。シャワーヘッド３４と載置台１６の間はプラズマが生成されるプラズマ生成空間１０Ｓとなっている。シャワーヘッド３４は、下部電極として機能する載置台１６に対して上部電極として機能する。
【００２０】
シャワーヘッド３４は、絶縁性遮蔽部材４２を介して、処理容器１０の上部に支持されている。シャワーヘッド３４は、多数のガス孔３７を有する電極板３６と、電極板３６を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる電極支持体３８とを有する。電極板３６は、シリコンやＳｉＣから形成される。電極支持体３８の内部には、ガス拡散室４０が設けられ、ガス拡散室４０からは多数のガス管４１が下方に延び、ガス管４１の先端がガス孔３７になっている。
【００２１】
電極支持体３８にはガス拡散室４０へガスを導くガス導入口６２が取り付けられており、このガス導入口６２にはガス供給管６４が接続されている。ガス供給管６４には、上流側から順にガス供給部６６、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）６８及び開閉バルブ７０が接続されている。ガスは、ガス供給部６６から供給され、マスフローコントローラ６８及び開閉バルブ７０により流量及び供給タイミングを制御される。ガスは、ガス供給管６４からガス導入口６２を通ってガス拡散室４０に至り、ガス管４１を介してガス孔３７からシャワー状にプラズマ生成空間１０Ｓに導入される。
【００２２】
プラズマ処理装置１は、電源５０及び電源９４を備えている。電源５０は、シャワーヘッド３４に接続されている。電源５０はプラズマ生成空間１０Ｓにて生成されたプラズマ中の正イオンを電極板３６に引き込むための電圧を、シャワーヘッド３４に印加する。電源９４は、載置台１６に接続されている。電源９４はプラズマ生成空間１０Ｓにて生成されたプラズマ中の正イオンを載置台１６に引き込むための電圧を、載置台１６に印加する。電源５０、９４はバイポーラ電源であってもよい。
【００２３】
処理容器１０の底部には排気口７８が形成され、排気管８１を介して排気部８０に接続されている。排気口７８につながる排気路には、プラズマ生成空間１０Ｓに生成されるプラズマを捕捉又は反射して排気部８０への漏洩を防止する排気プレート７７が設けられている。排気プレート７７としては、アルミニウム材にイットリア（Ｙ２Ｏ３）等のセラミックスを被覆したものを用いることができる。
【００２４】
排気部８０は、Adaptive Pressure Control（ＡＰＣ：圧力制御）バルブ８２、Turbo Molecular Pump（ＴＭＰ：ターボ分子ポンプ）８３及びドライポンプ８４を有する。
【００２５】
排気管８１には、自動圧力制御バルブ８２を介してターボ分子ポンプ８３及びドライポンプ８４が接続されている。ドライポンプ８４にて処理容器１０内を粗引きした後、ターボ分子ポンプ８３にて処理容器１０内を真空引きする。その際、自動圧力制御バルブ８２の開度を調整することにより圧力を制御する。
【００２６】
処理容器１０の側壁にはウエハＷの搬入出口８５が設けられており、搬入出口８５はゲートバルブ８６により開閉可能になっている。かかる構成の処理装置において、エッチング等のプラズマ処理を行う際、まず、ゲートバルブ８６を開状態とする。そして、搬入出口８５を介して搬送アームに保持されたウエハＷを処理容器１０内に搬入し、リフターピンを用いて搬送アームからウエハＷを受け取り、ウエハＷを載置台１６上に載置する。
【００２７】
ガス供給部６６から処理ガスを供給し、ガス管４１を介してガス孔３７から処理容器１０内へシャワー状に供給する。また、排気部８０により処理容器１０内を排気する。
【００２８】
プラズマ処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部２００が設けられている。制御部２００は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部２００は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部２００では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部２００では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、プロセス用制御プログラム、クリーニング用制御プログラム及びレシピデータが格納されている。
【００２９】
プロセッサは、プロセス用制御プログラムを実行し、ウエハＷに所定のプラズマ処理を行う。また、制御部２００は、クリーニング用制御プログラムを実行し、エッジリング２４と、その周辺であるウエハＷの外周及びカバーリング２６と、のクリーニングを行う。
【００３０】
［クリーニング処理］
次に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１が実行するクリーニング処理の一例について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るクリーニング処理の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係るクリーニング処理の一例を示すタイムチャートである。本実施形態に係るクリーニング処理方法は、制御部２００により制御される。
【００３１】
クリーニング処理は、プラズマ処理装置１によるウエハＷの処理の間に実行される。クリーニング処理が行われるタイミングは、いずれかに限られるものではないが、例えば１枚のウエハＷ処理毎にクリーニング処理を行ってもよいし、所定枚数のウエハＷ処理後に一度の割合でクリーニング処理を行ってもよい。クリーニング処理は、定期的又は不定期に行ってもよい。また、２５枚のウエハＷが収納されたロットの開始直前に行ってもよいし、ロットの終了直後に行ってもよいし、ロット間のアイドル中に行ってもよい。また、本処理が開始される前にウエハＷの搬出が行われ、静電チャック２０にウエハＷが載置されていない状態で以下のクリーニング処理が開始される。
【００３２】
本処理が開始されると、制御部２００は、排気部８０により処理容器１０内を所定の圧力まで真空引きする（ステップＳ１０）。次に、制御部２００は、ガス供給部６６からＯ２ガスを供給し、処理容器１０内を調圧する（ステップＳ１２）。Ｏ２ガスは、クリーニングガスの一例であり、クリーニングガスは、Ｏを含むガスであれば、Ｏ２ガスに限られず、オゾンガスであってもよいる。
【００３３】
次に、制御部２００は、第１の高周波電源４８から出力したＨＦパワーを載置台１６に印加する（ステップＳ１４）。次に、制御部２００は、電源９４から出力した、−５００Ｖ以上であって０よりも小さい直流電圧を載置台１６に印加する（ステップＳ１６）。
【００３４】
次に、制御部２００は、所定時間が経過したかを判定し（ステップＳ１８）、所定時間が経過するまでステップＳ１６の処理を実行し、所定時間が経過したらステップＳ２０に進む。
【００３５】
次に、制御部２００は、ステップＳ２０において、電源９４からの直流電圧の印加を停止する。次に、制御部２００は、ＨＦパワーの印加を停止し（ステップＳ２２）、排気部８０による排気及び調圧を停止し、Ｏ２ガスの供給を停止し（ステップＳ２４）、本処理を終了する。
【００３６】
以上に説明した本実施形態に係るクリーニング処理によれば、図３（ａ）に示すように、Ｏ２ガスの供給（Ｇａｓ  ＯＮ）、ＨＦパワーの印加（ＲＦ  ＯＮ）、直流電圧の印加（ＤＣ  ＯＮ）はほぼ同時に行われる。ただし、ＨＦパワーの印加は、直流電圧の印加よりも前に行われてもよい。Ｏ２ガスの供給の停止（Ｇａｓ  ＯＦＦ）、ＨＦパワーの印加の停止（ＲＦ  ＯＦＦ）、直流電圧の印加の停止（ＤＣ  ＯＦＦ）についてもほぼ同時に行われる。ただし、ＨＦパワーの印加の停止は、直流電圧の印加の停止よりも後に行われてもよい。
【００３７】
本実施形態に係るクリーニング処理では、Ｏ２ガスがＨＦパワーによりプラズマ化し、プラズマ生成空間１０ＳにＯ２プラズマが生成された状態で、エッジリング２４に負の直流電圧が印加される。これにより、図４に示すように、プラズマ中の正のイオンが負の直流電圧が印加されたエッジリング２４と、ウエハＷの外周及びカバーリング２６とに引き込まれる。
【００３８】
これにより、イオンの物理的衝突によってエッジリング２４、ウエハＷの外周及びカバーリング２６に付着した反応生成物が剥がされる。剥がされた反応生成物は、排気部８０から排気され、処理容器１０の外部に除去される。
【００３９】
以上により、プラズマが生成された状態でエッジリング２４に負の直流電圧を印加することで、図４の領域Ａｒに示すウエハＷの外周、エッジリング２４及びカバーリング２６のクリーニング対象に付着したパーティクルを効果的に除去できる。
【００４０】
なお、図３（ｂ）に示すように、Ｏ２ガスの供給、ＨＦパワーの印加を行った後、直流電圧を印加しない状態（ＤＣ  ＯＦＦ）でＯ２プラズマによりクリーニング処理を行い、途中で直流電圧を印加して引き続きクリーニング処理を行ってもよい。これによれば、直流電圧が印加されていない間、Ｏ２プラズマ中のラジカルによって主に化学的にクリーニングが行われ、直流電圧が印加された後、Ｏ２プラズマ中のイオンによる物理的なクリーニングが実行される。これによっても、クリーニング対象に付着したパーティクルを効率よく除去でき、クリーニング効果を高めることができる。更に、図３（ｂ）に示す直流電圧のオンのタイミングとオフのタイミングとを逆にしてもよい。これによっても、直流電圧が印加されている間、Ｏ２プラズマ中のイオンによって主に物理的なクリーニングが行われ、直流電圧が印加されていない間、Ｏ２プラズマ中のラジカルによって主に化学的なクリーニングが行われる。これによっても、クリーニング効果を高めることができる。
【００４１】
なお、本実施形態におけるクリーニング処理では、載置台１６にウエハＷを載置しない、状態で実行されるウエハレスドライクリーニング（ＷＬＤＣ）が実行された。この場合、載置台１６にウエハＷが載置されていないため、静電チャック２０の表面がプラズマに暴露される。このため、プラズマにより静電チャック２０にダメージを与えないように、電源９４から印加される負の電圧は、−５００Ｖ以上の電圧であって０Ｖよりも小さい電圧であることが好ましい。
【００４２】
ただし、本実施形態におけるクリーニング処理は、載置台１６にダミーウエハ等を載置した状態で実行してもよい。この場合、静電チャック２０の表面はプラズマに暴露されないため、クリーニング処理時に静電チャック２０へのダメージは生じ難い。このため、この場合には電源９４から−５００Ｖ以下の負の電圧を印加してもよい。
【００４３】
［効果］
最後に、本実施形態に係るクリーニング処理の効果の一例について、図５を参照しながら説明する。図５は、一実施形態に係るクリーニングの効果を擬似的に得るための実験を行った結果を示す図である。この実験では、図５（ａ）に示すようにエッジリング２４上に有機膜Ｔを形成した状態でエッチングを行った。そして、有機膜Ｔのエッチングレートを測定することで、エッジリング２４上の反応生成物のクリーニングの効果を擬似的に検証した。このときのプロセス条件は以下である。
【００４４】
＜プロセス条件＞
ガス種      Ｏ２ガス
ＨＦパワー  ＯＮ
ＬＦパワー  ＯＦＦ
上記プロセス条件において有機膜Ｔをエッチングしたときのエッチングレートを図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）の右に示すエッジリング２４に直流電圧を印加した場合（ＤＣ＝−１００Ｖ）のエッチングレートは、図５（ｂ）の左に示すエッジリング２４に直流電圧を印加しなかった場合（ＤＣ＝０Ｖ）のエッチングレートよりも２割以上アップした。
【００４５】
以上から、プラズマが生成された状態でエッジリング２４に負の直流電圧を印加することで、エッジリング２４にイオンを引き込み、エッジリング２４及びその周辺のクリーニング効果を効果的に高めることができることがわかる。
【００４６】
なお、本実施形態に係るクリーニング処理方法では、ＨＦパワーを印加してガスをプラズマ化した状態でエッジリング２４に負の直流電圧を印加してイオンを引き込み、エッジリング２４及びその周辺のクリーニングを行う。
【００４７】
しかしながら、これに限られず、ＨＦパワーを印加してガスをプラズマ化した状態でエッジリング２４にＬＦパワー又はＬＦパワーと同程度の周波数のＲＦパワーをエッジリング２４印加して、エッジリング２４及びその周辺のクリーニングを行ってもよい。更に、ＨＦパワーを印加してガスをプラズマ化した状態でエッジリング２４にＬＦパワー又はＬＦパワーと同程度の周波数のＲＦパワーを印加し、かつ、エッジリング２４に直流電圧を印加して、エッジリング２４及びその周辺のクリーニングを行ってもよい。
【００４８】
また、負に帯電した粒子に対しては正の直流電圧を印加することでクリーニングを行うこともできる。
【００４９】
また、本実施形態に係るクリーニング処理方法では、プラズマ生成用の高周波としてＨＦパワーを用いたが、ＬＦパワー又はマイクロ波パワーを用いてもよい。
【００５０】
今回開示された一実施形態に係るクリーニング処理方法及びプラズマ処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００５１】
本開示のプラズマ処理装置は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition ）装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  …プラズマ処理装置
１０…処理容器
１６…載置台（下部電極）
２０…静電チャック
２４…エッジリング
２６…カバーリング
３４…シャワーヘッド（上部電極）
４８…第１の高周波電源
５０…電源
６６…ガス供給部
８０…排気部
８２…ＡＰＣバルブ
８３…ＴＭＰ
８４…ドライポンプ
９０…第２の高周波電源
９４…電源
２００…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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