(57)【要約】【課題】本開示は、チャンバの内の広い範囲のクリーニングが可能である基板処理装置と、クリーニング方法を提供することを目的とする。【解決手段】チャンバと、該チャンバの中にあり、内部に電極を有するサセプタと、該サセプタに対向する金属プレートと、異なるインピーダンスを有する複数のインピーダンス調整部と、該複数のインピーダンス調整部のうちの１つを該電極につなげるように構成された選択装置と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2020204093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの中にあり、内部に電極を有するサセプタと、
前記サセプタに対向する金属プレートと、
異なるインピーダンスを有する複数のインピーダンス調整部と、
前記複数のインピーダンス調整部のうちの１つを前記電極につなげる選択装置と、を備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記複数のインピーダンス調整部は、第１キャパシタを有する第１インピーダンス調整部と、第２キャパシタを有する第２インピーダンス調整部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記複数のインピーダンス調整部は、キャパシタを有する第１インピーダンス調整部と、配線のみを有する第２インピーダンス調整部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記複数のインピーダンス調整部は、キャパシタを有する第１インピーダンス調整部と、コイルを有する第２インピーダンス調整部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記複数のインピーダンス調整部は、キャパシタとコイルの並列回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記金属プレートに接続された交流電源を備え、
前記複数のインピーダンス調整部は、第１インピーダンス調整部と第２インピーダンス調整部を有し、
前記第１インピーダンス調整部のインピーダンスと、前記電極のインピーダンスの和は、前記電極のインピーダンスより小さく、
前記第２インピーダンス調整部のインピーダンスと、前記電極のインピーダンスの和は、前記電極のインピーダンスより大きいことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記金属プレートは、スリットを有するシャワーヘッドであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
チャンバの中にあるサセプタの電極を第１インピーダンス調整部を介して接地した状態で、前記サセプタと対向した金属プレートに高周波電力を印加し、前記サセプタと前記金属プレートに挟まれた第１領域にプラズマを生じさせることと、
前記電極を、前記第１インピーダンス調整部と異なるインピーダンスの第２インピーダンス調整部を介して接地した状態で、前記金属プレートに高周波電力を印加し、前記第１領域と、前記サセプタの下面側の第２領域と、にプラズマを生じさせることと、を備えたクリーニング方法。
【請求項９】
前記第２領域にプラズマが生じているとき、前記サセプタを囲むように設けられた排気ダクトの中の第３領域にもプラズマが生じることを特徴とする請求項８に記載のクリーニング方法。
【請求項１０】
前記電極を前記第１インピーダンス調整部を介して接地した状態で前記第１領域に生じさせたプラズマで、前記サセプタの上に置かれた基板に処理を施すことを特徴とする請求項８又は９に記載のクリーニング方法。
【請求項１１】
前記電極を前記第１インピーダンス調整部を介して接地して前記第１領域にプラズマを生じさせるときには、炭化水素のプラズマを発生させ、
前記電極を前記第２インピーダンス調整部を介して接地して前記第１領域と前記第２領域にプラズマを生じさせるときには、酸素系プラズマを発生させることを特徴とする請求項１０に記載のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は基板処理装置と、チャンバ内のクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)又はＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)において、チャンバ内をクリーニングするための手法はリモートプラズマ方式とダイレクトプラズマ方式に大別される。ＮＦ３などハロゲンによるリモートプラズマクリーニングによれば、ＲＦ電極とサセプタ間以外の箇所もクリーニングしやすい。しかし、例えばＨＭカーボンプロセスでは成膜温度が５００℃以上と高温であるため、チャンバパーツにダメージを与える。例えば酸素のみによるリモートプラズマクリーニングでは活性種が失活しやすくクリーニング効率が悪い。
【０００３】
一方、例えば酸素プラズマによるダイレクトプラズマクリーニングでは、プラズマ及び活性種は実質的にＲＦ電極とサセプタの間のみに生じるため、別の箇所のクリーニング効率が悪い。例えば、サセプタ下部又はサセプタを囲む排気ダクトの中のクリーニングが不十分になり得る。チャンバ内において適切なクリーニングがなされないとチャンバ内にパーティクルが発生する場合がある。また、効率の悪いクリーニングはスループットを低下させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０９０９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の方法では、クリーニング効率が悪く、意図する場所のクリーニングができない問題があった。
【０００６】
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、チャンバ内の広い範囲のクリーニングが可能な基板処理装置と、クリーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る基板処理装置は、チャンバと、該チャンバの中にあり、内部に電極を有するサセプタと、該サセプタに対向する金属プレートと、異なるインピーダンスを有する複数のインピーダンス調整部と、該複数のインピーダンス調整部のうちの１つを該電極につなげる選択装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本開示のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、高周波電力の伝送経路におけるインピーダンスを調整することで、意図する場所のクリーニングを進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る基板処理装置の構成例を示す図である。
【図２】図２Ａは複数のインピーダンス調整部の構成例を示す回路図である。図２Ｂは、複数のインピーダンス調整部の別の例を示す図である。
【図３】図３Ａは、複数のインピーダンス調整部の別の例を示す図である。図３Ｂは、複数のインピーダンス調整部の別の例を示す図である。
【図４】第１インピーダンス調整部を用いてプラズマ処理又は通常クリーニングするときのプラズマを示す図である。
【図５】第２インピーダンス調整部を用いて広範囲クリーニングするときのプラズマを示す図である。
【図６】別の例に係る複数のインピーダンス調整部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
基板処理装置、チャンバ内のクリーニング方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態．
図１は、実施形態に係る基板処理装置１０の構成例を示す図である。この基板処理装置１０は、チャンバ１２と、チャンバ１２の中にあるサセプタ１６とを備えている。サセプタ１６は、基体１６ａと、基体１６ａの内部にある電極１６ｂとを備えている。基体１６ａは例えばＳｉＣなどの炭素系材料、黒鉛材料、又はセラミックである。電極１６ｂの大部分はこの基体１６ａに埋め込まれている。基体１６ａの中又は周辺にサセプタヒータを設けることができる。サセプタ１６の上には、サセプタ１６に対向する金属プレート１４が設けられている。金属プレート１４にはスリット１４ａが設けられている。サセプタ１６と金属プレート１４によって平行平板構造が提供されている。金属プレート１４には交流電源が接続されている。交流電源によって、金属プレート１４に、例えばＨＲＦ(High-RF)とＬＲＦ(Low-RF)が印加される。ＨＲＦの周波数は例えば１３．５６ＭＨｚ又は２７ＭＨｚであり、ＬＲＦの周波数は例えば５ＭＨｚ又は４００−５００ｋＨｚである。
【００１３】
チャンバ１２にＯリング３４を介して排気ダクト３０がのせられている。排気ダクト３０はサセプタ１６を囲む形状とすることができる。排気ダクト３０の上にＯリング３２を介して金属プレート１４がのせられている。
【００１４】
図１には３つのガス源２３、２４、２５が示されている。これらのガス源２３、２４、２５から金属プレート１４のスリット１４ａを介して、サセプタ１６と金属プレート１４の間の空間にガスが供給され、そのガスが、例えば基板処理又はクリーニングに利用される。この例では、金属プレート１４は、ＲＦパワーが印可される高周波電極であると同時に、スリット１４ａを通じてガスを提供するシャワーヘッドである。別の例によれば、金属プレートとサセプタの間の空間に、任意の位置からガスを提供できる。基板処理又はクリーニングなどに使用したガスは、排気ダクト３０を通って排気口２６に導かれる。
【００１５】
この基板処理装置１０は、異なるインピーダンスを有する複数のインピーダンス調整部を備えている。図１の例では、複数のインピーダンス調整部の例として、第１インピーダンス調整部４２と、第２インピーダンス調整部４４がある。複数のインピーダンス調整部のうちの１つを電極１６ｂにつなげるために、選択装置４０が設けられている。選択装置４０は例えばスイッチである。図１の例では、選択装置４０によって、第１インピーダンス調整部４２と電極１６ｂが接続されている。図１に示すとおり、第１インピーダンス調整部４２と第２インピーダンス調整部４４は接地される。接地の手段は、例えば接地金属との接触、接地用端子との接触、又はチャンバ１２との接触とし得る。
【００１６】
図２Ａは、複数のインピーダンス調整部の構成例を示す回路図である。電極１６ｂはインダクタンス成分を有するので、インダクタとして図示されている。図２Ａの例では、複数のインピーダンス調整部は、第１キャパシタ４２ａを有する第１インピーダンス調整部４２と、第２キャパシタ４４ａを有する第２インピーダンス調整部４４と、を備えている。      
【００１７】
インピーダンスＺはレジスタンスＲとリアクタンスＸを用いると以下で表される。
Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ
また、電極１６ｂの持つインダクタンス成分によるインピーダンスＺＬと、電極１６ｂに接続されるキャパシタによるインピーダンスＺＣは以下で表される。
ＺＬ＝ｊＸＬ＝ｊωＬ
ＺＣ＝ｊＸｃ＝１／(ｊωＣ)＝−ｊ/(ωＣ)
ここで、
Ｌは電極１６ｂのインダクタンスであり、
ωは金属プレート１４に印可されるＲＦパワーの角周波数すなわち２πｆであり、
Ｃは電極１６ｂに接続されるキャパシタのキャパシタンスである。
なお、インダクタンスＬは電極１６ｂの形状により決まる。
【００１８】
サセプタ１６からＧＮＤに至るインピーダンスは、インピーダンスＺＬとインピーダンスＺＣとの足し合わせになる。サセプタ１６にのせられた基板にプラズマ処理を施したり、チャンバ内部に通常クリーニングを施したりする場合、平行平板間にプラズマを生成し、他の部分でのプラズマ生成を抑制する。この場合、ＺＬ＋ＺＣを低い値にする。図２Ａの例では、第１キャパシタ４２ａのキャパシタンスＣＡを調整することで、低いＺＬ＋ＺＣを実現する。キャパシタンスＣＡによって提供されるインピーダンスをＺＣＡとするとＺＬ＋ＺＣＡを小さい値とする。具体的には、第１インピーダンス調整部４２のインピーダンスと、電極１６ｂのインピーダンスの和を、電極１６ｂのインピーダンスより小さくする。この例では、ＺＬ＋ＺＣＡ＜ＺＬとなるようキャパシタンスＣＡを設計し、選択装置４０によって電極１６ｂと第１インピーダンス調整部４２を接続し、サセプタ１６をＧＮＤとして機能させることで、金属プレート１４−サセプタ１６間で放電させる。平行平板間にガスを提供し、金属プレート１４にＲＦパワーを印可することで、平行平板間にプラズマが生じる。
【００１９】
選択装置４０によって電極１６ｂと第１インピーダンス調整部４２を接続してプラズマを生成する場合は、平行平板間だけにプラズマを生成することを意図するので、ＺＬとＺＣＡが打ち消し合いＺＬ＋ＺＣＡが低くなるように、キャパシタンスＣＡを調整する。
例えば、ＺＬ＋ＺＣＡを０にするためには、ＺＬ＋ＺＣＡ＝ｊωＬ−ｊ／(ωＣＡ)が０になるようにキャパシタンスＣＡを決める。そのようなＣＡは１／(ω２Ｌ)に等しい。ＺＬ＋ＺＣＡは必ずしも０にする必要はなく、十分低い値であれば平行平板以外への放電を実質的に抑制できる。
【００２０】
図４は、第１インピーダンス調整部４２を用いてプラズマ処理又は通常クリーニングするときのプラズマを示す図である。プラズマ５０は金属プレート１４とサセプタ１６の間に生じ、それ以外の部分には有意なプラズマは生じていない。
【００２１】
他方、図２Ａの第２インピーダンス調整部４４は、チャンバ内の平行平板の間の空間以外の領域にプラズマを生じさせるために設けられている。第２インピーダンス調整部４４は、サセプタ１６からＧＮＤに至るインピーダンスを大きくするものである。第２キャパシタ４４ａのキャパシタンスをＣＢとし、キャパシタンスＣＢによって提供されるインピーダンスをＺＣＢとすると、ＺＬ＋ＺＣＢを大きい値とする。具体的には、ＺＬ＋ＺＣＢ＞ＺＬ＋ＺＣＡとなるように、キャパシタンスＣＢを設計する。そして、選択装置４０によって電極１６ｂと第２インピーダンス調整部４４を接続し、チャンバ内にガスを提供し、金属プレート１４にＲＦパワーを印可することで、チャンバ内にプラズマが生じる。
【００２２】
このとき、サセプタ１６からＧＮＤに至るインピーダンスが高いので、平行平板間の放電に加えて、又はそれに代えて、金属プレート１４とチャンバ１２の間に放電が生じる。したがって、第２インピーダンス調整部４４で電極１６ｂを接地した場合には、チャンバの広い範囲にプラズマが発生する。
【００２３】
図５は、第２インピーダンス調整部４４を用いて広範囲クリーニングするときのプラズマを示す図である。プラズマ５０はチャンバ１２の中のほぼ全域に生じている。一例によれば、プラズマ５０は、金属プレート１４とサセプタ１６の間に生じたプラズマ５０Ａと、排気ダクト３０の中に生じたプラズマ５０Ｂと、サセプタ１６の下方に生じたプラズマ５０Ｃを含む。このようなプラズマ５０が広範囲のクリーニングを可能とする。
【００２４】
このように、複数のインピーダンス調整部は、サセプタ１６からＧＮＤに至るインピーダンスを調整して、プラズマが生じる位置を自在に変更するために設けられている。図２Ａの第１キャパシタ４２ａと第２キャパシタ４４ａは、複数のインピーダンス調整部の一例であり、別の構成を有する複数のインピーダンス調整部を提供することができる。
【００２５】
図２Ｂは、複数のインピーダンス調整部の別の例を示す図である。複数のインピーダンス調整部は、キャパシタ４２ｂを有する第１インピーダンス調整部４２と、配線４４ｂのみを有する第２インピーダンス調整部４４と、を備えている。この場合、広範囲クリーニングは、電極１６ｂを配線４４ｂを介して接地した状態で行われる。電極１６ｂのインピーダンスＺＬだけで十分高いインピーダンスが得られるのであれば、第２インピーダンス調整部４４は配線だけでよい。
【００２６】
図３Ａは、複数のインピーダンス調整部の別の例を示す図である。複数のインピーダンス調整部は、キャパシタ４２ｃを有する第１インピーダンス調整部４２と、コイル４４ｃを有する第２インピーダンス調整部４４と、を備えている。この場合、第２インピーダンス調整部４４のインピーダンスと、電極１６ｂのインピーダンスＺＬの和を、電極１６ｂのインピーダンスＺＬより大きくし得る。
【００２７】
図３Ｂは、複数のインピーダンス調整部の別の例を示す図である。複数のインピーダンス調整部は、第１インピーダンス調整部４２としてキャパシタ４２ｄを有し、第２インピーダンス調整部４４としてキャパシタとコイルの並列回路４４ｄを備えている。図２Ａ、２Ｂ、３Ａの例では、インピーダンス調整部として、キャパシタ又は配線を用いる。しかしながら、金属プレート１４に印可するＲＦパワーの周波数などによっては、１つのインピーダンス調整部においてキャパシタとコイルを併用することで、意図するインピーダンスを実現しうる。
【００２８】
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂは複数のインピーダンス調整部の構成例を示すものであり、別の回路を採用することも可能である。図６は、別の例に係る複数のインピーダンス調整部の構成例を示す図である。図６の例では、複数のインピーダンス調整部として、インピーダンスの異なる、第１インピーダンス調整部６２、第２インピーダンス調整部６４、第３インピーダンス調整部６６を備える。一例によれば、電極１６ｂを第１インピーダンス調整部６２を介して接地した場合には実質的に平行平板間にのみプラズマが生成され、電極１６ｂを第２インピーダンス調整部６４又は第３インピーダンス調整部６６を介して接地した場合にはチャンバ内の平行平板間以外の領域にもプラズマが生成される。第２インピーダンス調整部６４と第３インピーダンス調整部６６のインピーダンスの違いが、チャンバ内におけるプラズマ分布の相違をもたらし得る。第２インピーダンス調整部６４と第３インピーダンス調整部６６を使い分けることで、意図する場所のクリーニングを進めることができる。なお、様々なプラズマ分布を実現するために、３つ以上のインピーダンス調整部を設けてもよい。
【００２９】
一例によれば、チャンバ内のクリーニング方法は、電極１６ｂを第１インピーダンス調整部４２を介して接地した状態で、金属プレート１４に高周波電力を印加し、サセプタ１６と金属プレート１４に挟まれた第１領域にプラズマを生じさせることを含む。この第１領域に生じたプラズマは、サセプタ１６の上に置かれた基板に成膜したり、当該基板の膜をエッチングしたり、当該基板を改質したりすることに利用し得る。このプラズマを、チャンバ内のクリーニングに用いてもよい。プラズマの利用目的に応じて供給するガスを変更する。
【００３０】
例えば、電極１６ｂを第１インピーダンス調整部４２を介して接地している場合において、炭化水素のプラズマを発生させ、カーボン又はカーボンを含む膜を基板に成膜することができる。例えば高温プロセスを要するＨＭカーボンを成膜することができる。カーボン成膜時には、拡散によりサセプタの下面にもカーボンが堆積する。そして、ＨＭカーボンは、ハロゲンによるリモートクリーニングが困難である。
【００３１】
このような、サセプタの下面に堆積した堆積物は、平行平板間にだけプラズマを生じさせる通常クリーニングでは、除去できない。
【００３２】
そこで、上記の構成を採用したチャンバ内のクリーニング方法では、電極１６ｂを、第１インピーダンス調整部４２と異なるインピーダンスの第２インピーダンス調整部４４を介して接地した状態で、金属プレート１４に高周波電力を印加し、平行平板間の第１領域と、サセプタの下面側の第２領域と、にプラズマを生じさせる。このプラズマは例えば酸素系のプラズマである。このプラズマによってサセプタ１６の下面に堆積した堆積物を除去し得る。別の例によれば、第２インピーダンス調整部４４のインピーダンスの調整によって、又は、第３インピーダンス調整部を用いることによって、第１領域と第２領域に加えて、排気ダクト３０の中の第３領域にもプラズマを発生させることができる。
【００３３】
第２インピーダンス調整部４４を利用した広範囲クリーニングでは、第２インピーダンス調整部４４のインピーダンスを調整することで、チャンバの任意の場所にプラズマを生成させうる。上述した通常クリーニングと広範囲クリーニングでは、酸素系プラズマを発生させることができる。
【００３４】
一例によれば、１４．５ｍｍのギャップを有する平行平板間に７．６ｓｌｍのＯ２と２．４ｓｌｍのＡｒを提供しつつ、チャンバ内圧力を６５０Ｐａとし、ＨＲＦを２５００Ｗとし、金属プレート１４の温度を２４０℃、サセプタ１６の温度を６５０℃、チャンバ１２壁面の温度を１６０℃とした。このとき、図２Ａの第１キャパシタ４２ａの容量を１０００ｐＦとし、電極１６ｂを第１キャパシタ４２ａで接地すると、サセプタの下面側には放電は生じなかった。しかし、同様の条件下で、図２Ａの第２キャパシタ４４ａの容量を２５０００ｐＦとし、電極１６ｂを第２キャパシタ４４ａで接地すると、サセプタの下面側に放電が生じた。
【符号の説明】
【００３５】
１２  チャンバ、  １６  サセプタ、  １６ａ  基体、  １６ｂ  電極、  ４０  選択装置、  ４２  第１インピーダンス調整部、  ４４  第２インピーダンス調整部
【図１】
2020204093.tif 000003
【図２】
2020204093.tif 000004
【図３】
2020204093.tif 000005
【図４】
2020204093.tif 000006
【図５】
2020204093.tif 000007
【図６】
2020204093.tif 000008