(57)【要約】【課題】プラズマを利用した基板処理装置においてチャンバ内の状態をプロセスの最初から最後まで安定させること。【解決手段】本発明は、処理対象となる基板（ウェハ１０）を内部に配置するチャンバ２と、チャンバ２内に反応ガスを導入する反応ガス導入部３と、反応ガス導入部３によってチャンバ２内に反応ガスが導入された状態でチャンバ２内にプラズマを発生させるプラズマ発生装置４と、チャンバ２内に配置され、プラズマ発生装置４によって発生したプラズマおよび反応ガスによってウェハ１０がエッチングされる際に発生する材料と同じ材料から成るプロセス安定化部材２０とを備える基板処理装置１である。【選択図】図１
2008078252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象となる基板を内部に配置するチャンバと、
前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段によって前記チャンバ内に反応ガスが導入された状態で前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内に配置され、前記プラズマ発生手段によって発生したプラズマおよび前記反応ガスによって前記基板がエッチングされる際に発生する材料と同じ材料から成るプロセス安定化部材と
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記プロセス安定化部材は、前記チャンバ内壁にコーティングされている
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記プロセス安定化部材は、粘着材付きテープを介在して前記チャンバ内壁に接着されている
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記プロセス安定化部材は、前記チャンバ内に露出する部品の表面にコーティングされている
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記プロセス安定化部材は、前記チャンバ内において前記基板がエッチングされる際に発生する材料の付着量が多い位置に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記基板がエッチングされる際に発生する材料が複数ある場合、これらの材料に応じて複数のプロセス安定化部材を配置する
ことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項７】
チャンバ内に反応ガスを導入した状態でプラズマを発生させ、当該チャンバ内の基板に対するエッチングを行う基板処理方法において、
前記チャンバ内で前記基板のエッチングを行うにあたり、前記プラズマおよび前記反応ガスによって前記基板がエッチングされる際に発生する材料と同じ材料から成るプロセス安定化部材を、予め前記チャンバ内に配置した状態でエッチングを行う
ことを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内に反応ガスを導入した状態でプラズマを発生させ、このチャンバ内に配置した基板に対するエッチングを行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の一つであるドライエッチングプロセスにおいてウェハ処理を行うと、プロセスガス自体からの生成物やエッチング時の副生成物がチャンバ内壁やチャンバ内のパーツ表面に付着するといった現象が発生する（例えば、特許文献１参照。）。ここで、ドライエッチング装置のプロセスチャンバ側壁材料は一般にＡｌ2Ｏ3などのアルマイト、セラミックスまたは石英などから成る。それらの表面に、酸化膜エッチングであればＣ系などの堆積物が、Ｓｉ系のエッチングであればＳｉＯ系の堆積物やＳｉとハロゲンとの化合物およびＣ系の堆積物などが付着する。また、メタルエッチングあるいはビアコンタクトなどの加工であればメタル成分も付着する。
【０００３】
これら堆積物の付着によってプロセスの初期と処理後のチャンバ内表面状態が変化することにより、プロセス条件の変動が発生する。このようなプロセス条件の変動を緩和するため、従来技術では製品処理前に類似ウェハを処理して堆積物をコーティングすることによってチャンバ内表面状態を安定させる手法（エイジング）や、製品処理後に堆積物を除去するためにプラズマ処理を行い、常にチャンバ内を奇麗な状態に保ち安定させる方法（プラズマクリーニング）などが適用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０１５４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような技術については次のような問題がある。すなわち、製品処理前のエイジングによる堆積物コーティングでは、プロセス安定性の緩和はできるものの十分な対策とは言い難い。つまり、製品処理中にも堆積物はどんどん付着するためダミーウェハを処理しただけでは必ずしも十分な安定性を得ることはできない。また、堆積物を厚く付けすぎると堆積物の剥がれや光学測定用窓部分への堆積も同時に発生し、エンドポイントの検知ができなくなり、製品自体の処理枚数が減ってしまう。また、毎回製品処理前にダミーウェハでエイジングを行う必要があるのでその時間およびコストがかかるという問題がある。これらにより、製品処理枚数、製品処理の作業時間が多くかかることになる。
【０００６】
また、プラズマクリーニングによる方法では、堆積物を除去するためプラズマ処理を行うと、堆積物がない部分にもプラズマによるダメージが入り、パーツ交換頻度が高くなるという問題が生じる。また、ウェハレスなどで行えば基台表面の消耗が発生し、これが原因でメタルコンタミなどが発生してしまう。例えば、ＳＦ6等を用いた場合、ＡｌＦなどの発生が懸念される。また、製品処理後にプラズマクリーニング処理を行うので、その分製造工程に時間がかかる。この点、ウェハ搬送時間中のみで行えばよいが、プラズマクリーニング処理後に更にエイジングを行わないとダストが発生する場合もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、処理対象となる基板を内部に配置するチャンバと、チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入手段と、ガス導入手段によってチャンバ内に反応ガスが導入された状態でチャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、チャンバ内に配置され、プラズマ発生手段によって発生したプラズマおよび反応ガスによって基板がエッチングされる際に発生する材料と同じ材料から成るプロセス安定化部材とを備える基板処理装置である。
【０００８】
このような本発明では、プラズマおよび反応ガスによって基板がエッチングされる際に発生する材料と同じ材料から成るプロセス安定化部材をチャンバ内に配置しているため、この状態でチャンバ内に反応ガスを導入してプラズマを発生させると、チャンバ内は当該材料が既に含まれる雰囲気になることから、安定した雰囲気でエッチングを行うことができる。つまり、プラズマの発生条件として当該材料が不安定要素となることから、当該材料が存在しない状態から発生し始める状態にかけて非常に不安定となる。一方、当該材料がプロセス初期からある程度含まれている状態であれば、プロセス途中に発生する当該材料の影響を相対的に少なくすることができる。これを利用して、チャンバ内に予め当該材料から成るプロセス安定化部材を配置しておくことで、プロセスの最初から最後まで安定したプラズマ条件で処理を行うことができるようになる。
【０００９】
このプロセス安定化部材としては、チャンバ内壁にコーティングしておくこと、粘着材付きテープを介在させてチャンバ内壁に接着しておくこと、チャンバ内に露出する部品の表面にコーティングしておくことが挙げられる。また、チャンバ内において基板がエッチングされる際に発生する当該材料の付着量の多い位置にプロセス安定化部材を配置することで、より効果的にチャンバ内雰囲気を安定化させることができる。さらに、当該材料が複数ある場合には、これらの材料に応じて複数のプロセス安定化部材を配置する。
【００１０】
さらに、本発明は、チャンバ内に反応ガスを導入した状態でプラズマを発生させ、当該チャンバ内の基板に対するエッチングを行う基板処理方法であり、チャンバ内で基板のエッチングを行うにあたり、プラズマおよび反応ガスによって基板がエッチングされる際に発生する材料と同じ材料から成るプロセス安定化部材を、予めチャンバ内に配置した状態でエッチングを行う方法である。
【００１１】
このような方法によって、プロセス初期からプラズマ発生条件の不安定要素となる材料が存在する雰囲気をチャンバ内に構成でき、相対的に安定した雰囲気によるエッチングを行うことができる。すなわち、当該材料が存在しない状態から発生し始める状態にかけてプラズマ発生条件が非常に不安定となるため、当該材料をプロセス初期からある程度含ませておくことで、プロセス途中に発生する当該材料の影響を相対的に少なくすることができる。本発明は、これを利用して、チャンバ内に予め当該材料から成るプロセス安定化部材を配置しておき、プロセスの最初から最後まで安定したプラズマ条件で処理を行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００１２】
したがって、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、プラズマおよび反応ガスによるエッチングプロセスの安定性を向上させることが可能となる。また、製品処理前のエイジングや処理後のクリーニングにかかる時間を省くことができ、生産性の向上および製品コストダウンを図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置の概要を説明する模式図である。すなわち、本実施形態に係る基板処理装置１は、主としてプラズマエッチング装置から成るもので、処理対象となるウェハ１０等の基板を内部に配置するチャンバ２と、チャンバ２内に反応ガスを導入するガス導入部３と、チャンバ２内に反応ガスを導入した状態で高周波やマイクロ波などによりプラズマを発生させるプラズマ発生装置４とを備えている。
【００１４】
特に、本実施形態の基板処理装置では、プラズマおよび反応ガスによって基板がエッチングされる際に発生する材料（以下、「デポ材料」と言う。）と同じ材料から成るプロセス安定化部材２０を事前にチャンバ２内に配置してある点に特徴がある。
【００１５】
図１に示す例では、チャンバ２の内壁にプロセス安定化部材２０であるデポ材料のコーティングを施してある。このように、事前にその基板処理で付着するデポ材料をチャンバ２の内壁に被着しておくことで、優れたプロセス安定性を発揮することができる。
【００１６】
ここで、プラズマエッチング装置から成る基板処理装置１は、石英、セラミックス、金属等から成るチャンバ（真空容器）２を備えており、このチャンバ２内にウェハ１０等の処理対象となる基板を配置し、反応ガスを導入してこのガスを高周波、マイクロ波などにより励起してプラズマを発生させる。そして、処理対象のウェハ１０に対してプラズマから生成されたイオンを加速して衝突させエッチングを行う。
【００１７】
このようなプラズマエッチング装置では、プラズマおよび反応ガスによる反応生成物がデポ材料としてチャンバ２内に発生する。従来のプラズマエッチング装置では、このデポ材料の発生によるチャンバ２内雰囲気の状態変化がプラズマ発生条件に大きな影響を与えるため、チャンバ２内に付着したデポ材料を定期的に除去して安定化を図る必要がある。
【００１８】
一方、本実施形態のプラズマエッチング装置から成る基板処理装置１では、予めチャンバ２内にデポ材料をコーティングしておくことで、デポ材料がプロセス初期からある程度チャンバ２内に含まれている状態にしておき、プロセス途中に発生するデポ材料の影響を相対的に少なくしている。つまり、このデポ材料と同じ材料から成る部材をプロセス安定化部材２０としてチャンバ２内に配置することにより、製品をいくら処理してもチャンバ２内の表面状態は変わらないことになる。これにより、チャンバ２内の雰囲気を最初からデポ材料のある状態としてプラズマ発生条件を設定でき、プロセスの最初から最後まで安定したプラズマ条件で処理を行うことができるようになる。
【００１９】
上記プロセス安定化部材２０としては、チャンバ２の内壁の全面にコーティングしてもよいが、チャンバ２内に露出する部品の一部にコーティングしておいてもよい。例えば、チャンバ内で部材を規定するボルトの頭部分やステージ回りの部材の表面にコーティングすることが考えられる。これにより、別途プロセス安定化部材２０として用意する必要なく、部品点数の増加を抑制することができる。
【００２０】
また、プラズマ処理の際にデポ材料が多く付着する位置に合わせてプロセス安定化部材２０を配置すれば、効率良くデポ材料の雰囲気を構成することができる。例えば、ウェハ１０を配置するステージの周辺に設けられるシリコンリングの位置や、チャンバ２内においてプラズマ発生条件や反応ガスの種類に応じてデポ材料が多く付着する位置に配置する。通常であればその位置に多くデポ材料が付着することから、そこに予め同じデポ材料から成るプロセス安定化部材２０を配置しておくことで、プロセス当初からデポ材料の雰囲気を効率良く構成できることになる。
【００２１】
プロセス安定化部材２０は、コーティング以外にも、粘着材付きテープを介在してチャンバ内壁に接着するようにしてもよい。例えば、テープの一方面に粘着材を設けておき、他方面にデポ材料をコーティングしたものを用い、チャンバ２内壁に粘着材によってこのテープを接着する。このようなテープによるデポ材料の接着によれば、最適な箇所、最適な面積に必要なデポ材料を取り付けることができ、また、このテープの付け替えによって他の材料のものであっても容易に対応できるようになる。
【００２２】
また、テープによるデポ材料の接着以外にも、板状のデポ材料をチャンバ２内に配置するようにしてもよい。例えば、処理対象となるウェハ１０の周辺を囲むリング状のシリコン（シリコンリング）に板状のデポ材料を取り付けてもよい。板状にすることでプロセス安定化部材２０の製造が容易となり、配置場所の決定を行う際のテストにも容易に対応できることになる。
【００２３】
さらに、チャンバ２内で発生するデポ材料が複数種類ある場合には、これらのデポ材料に応じて複数の材質から成る複数のプロセス安定化部材２０をチャンバ２内に配置してもよい。
【００２４】
このようなデポ材料から成るプロセス安定化部材２０をチャンバ２内に配置することで、処置対象のウェハ１０に対するエッチングを行ってもチャンバ２内の表面状態の変化を少なくすることができ、プロセスの最初から最後まで安定したプラズマ雰囲気による処理を行うことが可能となる。
【００２５】
また、チャンバ２に窓部が設けられており、この窓部を介してチャンバ２内を介在させた発光量による処理時間の検出を行う構成の場合には、この窓部にはデポ材料のコーティングをしなければデポ付着による発光量の低下の時間を長くとることができ、実質的に製品処理を数多くこなせるようになる。
【００２６】
また、従来行われていた基板処理前のデポ材料のコーティングのためのエイジング処理、また、製品処理後のプラズマ処理によるドライクリーニングなど、本実施形態では一切行うことは必要がなくなり、製造時間、工数の削減を図ることができる。さらに、チャンバ２内のパーツ表面は常にデポ材料で覆われるため、プラズマに直接晒されることはなく、プラズマダメージによるパーツ消耗に関しても改善することができる。
【００２７】
次に、具体的な例について説明する。
（１）テープによる貼り付け
Ｓｉ（シリコン）テープなど、基材の表面にシリコン等のデポ材料をコーティングし、それをチャンバ内の各パーツに貼ることによって、表面をデポ材料で覆う。特に、チャンバ内側壁や上部電極など大きなもの、形状が直接コーティングに向かないパーツに関してはこの方法が最適となる。具体的には、ポリイミドテープやカーボンテープ、ＣｕテープやＡｌテープを用いる。
【００２８】
図２は、テープによるデポ材料の貼り付けについて説明する模式図である。すなわち、このプロセス安定化部材２０は、基材となるテープ材料（基材の一方面に粘着材が設けられたもの）にデポ材料がコーティングされたものである。テープにコーティングするデポ材料は１０μｍ厚程度あれば十分であり、５００μｍ厚程度の金属箔に接着剤がコーティングされたテープでもよい。このようなテープをチャンバ２の内壁の必要箇所に適宜貼り付けていく。
【００２９】
（２）ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタなどによる直接コーティング
この具体例では、チャンバ内で用いるパーツに直接デポ材料をコーティングするものである。例えば、チャンバ内に露出するネジの頭にデポ材料をＣＶＤやスパッタ等によってコーティングする。これにより、別途部材を設ける必要がなく、パーツ点数の増加や製造装置の組み立て工数の増加を防ぐことができる。
【００３０】
（３）コーティングの材質について
コーティング材質としては酸化膜および低誘電率材料（以下、「Ｌｏｗ−ｋ材料」と言う。）などの加工プロセスにおいてはＣ系およびＳｉＯ系またはその混合した材料などが考えられる。また、ビアコンタクトなどでは下地の金属(例えば、Ａｌ、Ｃｕ)などがチャンバ内に付着することが考えられるためコーティングの対象となる。
【００３１】
また、Ｓｉ系のプロセスに関してはＳｉＯ系およびＣ系またＳｉのハロゲン化物質なども考えられる。さらに、メタルエッチングであればＡｌ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉｒなど被エッチング物質が候補となる。コーティング材料に関しては個々のプロセスにおけるデポ材料の主成分を見きわめ、選択できるような形をとる。
【００３２】
次に、具体的なプロセスと対応させた説明を行う。
（１）Ｓｉ系材料のドライエッチング
図３は、一般的なＳｉ系のエッチングで起き得るプロセス変動の一例を説明する模式図である。図３（ａ）に示す初期状態から、ＰＲ（フォトレジスト）やＨａｒｄマスクを介してドライエッチングを施すと、図３（ｂ）右図で示すようにチャンバ２の内壁にＳｉＯx、Ｓｉ、ＳｉＣｌx(Ｓｉ＋エッチャント生成物)、ＳｉＣx系のデポ材料などが付着していく（図中○印参照）。そして、このデポ材料がウェハ１０への再付着の原因になったり、エッチャント食われなどによる処理レートの低下さらにはエッチャント不足による形状異常などの不安定原因となる。
【００３３】
図３（ｃ）は、ウェハの処理枚数に対するエッチングレートの変動を想定した図である。従来のドライエッチング装置では、初期段階からある程度エイジングを行ってから製品の製造を行っている。
【００３４】
一方、本実施形態では、初期のチャンバ内壁にＳｉ、Ｃなどの材料から成るプロセス安定化部材をコーティング等した状態でプラズマ発生条件等のプロセスの合わせ込みを行う。つまり、初期の段階からデポ材料がチャンバ内に存在する雰囲気を作り出し、この状態でプラズマ発生条件の合わせ込みを行う。これにより、所望のプロセスを安定的に使える。合わせ込みの基本はデポジションガスとエッチャントガスとの流量比などで調整できる。
【００３５】
（２）Ｌｏｗ−ｋ材料のホールエッチング
図４は、ＳｉＣなどＬｏｗ−ｋ材料のホールエッチング時に起きるプロセス変動の一例を説明する模式図である。図４（ａ）に示すように、複数レイヤ構成においてホールエッチングを行うと、最初にエッチングされるＳｉＣ単独でのレート変動は緩やかであるが、下地レイヤであるＣｕのエッチングが始まると（図４（ｂ）参照）、チャンバ２内にＣｕが飛散して（図４（ｂ）右図○印参照）、急激なレート低下が起こる（図４（ｃ）参照）。また、Ｃ系のデポ材料の付着でも緩やかなレート低下は予測される。
【００３６】
本実施形態では、これに対応するため、初期のチャンバ２の内壁にＣｕ、Ｃなどの材料から成るプロセス安定化部材をコーティング等しておき、この状態でプラズマ発生条件等のプロセスの合わせ込みを行う。これにより、所望のプロセスを安定的に使える。合わせ込みの基本はデポジションガスとエッチャントガスとの流量比などで調整できる。
【００３７】
（３）フォトレジストのドライエッチング
図５は、フォトレジスト系膜のエッチバック時に下地金属が露出する場合に起きるプロセス変動の一例を説明する模式図である。図５（ａ）に示すように、ＰＲｍａｓｋ（フォトレジストマスク）を介して最初にＣ系のみがエッチングされるときのデポ材料では緩やかなレート低下が予想されるが（図５（ｃ）参照）、図５（ｂ）に示すように、下地金属のエッチングが始まると、金属デポ材料がチャンバ内に飛散して（図５（ｂ）右図○印参照）、ウェハ１０への再付着、エッチャント(Ｆ*など)食われにより、比較的大きな変動が起こることが想定される（図５（ｃ）参照）。
【００３８】
本実施形態では、これに対応するため、初期のチャンバ２の内壁にＣや金属デポ材料などから成るプロセス安定化部材をコーティング等しておき、この状態でプラズマ発生条件等のプロセスの合わせ込みを行う。これにより、所望のプロセスを安定的に使える。合わせ込みの基本はデポジションガスとエッチャントガスとの流量比などで調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係る基板処理装置の概要を説明する模式図である。
【図２】テープによるデポ材料の貼り付けについて説明する模式図である。
【図３】一般的なＳｉ系のエッチングで起き得るプロセス変動の一例を説明する模式図である
【図４】ＳｉＣなどＬｏｗ−ｋ材料のホールエッチング時に起きるプロセス変動の一例を説明する模式図である。
【図５】フォトレジスト系膜のエッチバック時に下地金属が露出する場合に起きるプロセス変動の一例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…基板処理装置、２…チャンバ、３…反応ガス導入部、４…プラズマ発生装置、１０…ウェハ、２０…プロセス安定化部材
【図１】
2008078252.tif 000003
【図２】
2008078252.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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