JP2023157446A - Plasma processing method, plasma processing device, and stage - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、プラズマ処理方法、プラズマ処理装置、およびステージに関する。 The present disclosure relates to a plasma processing method, a plasma processing apparatus, and a stage.
特許文献1には、処理容器の天井部に配置され、ガスからプラズマを生成するためのマイクロ波を処理容器の内部に導入するマイクロ波導入モジュールと、処理容器の天井部に形成された、ガスをプラズマ空間に導入する複数のガス供給孔とを有し、処理容器内に配置されたウエハにプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ装置が記載されている。また、処理容器(チャンバ)の天井部の内部表面に、表面波が通りやすいように、イットリア(Y2O3)等の絶縁材料を溶射することが記載されている。また、ステージとしてアルミニウムを含有するものが記載されている。
本開示は、フッ素含有ガスによるプラズマ処理の際に、フッ素含有ガスとアルミニウムを含有するステージとの反応によるアルミニウムフッ化物の生成を抑制できる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique that can suppress the generation of aluminum fluoride due to a reaction between a fluorine-containing gas and a stage containing aluminum during plasma processing using a fluorine-containing gas.
本開示の一態様に係るプラズマ処理方法は、処理容器と、前記処理容器内で基板を載置するアルミニウムを含有する物質で構成されたステージと、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ源と、前記処理容器の内壁の前記プラズマが作用する部分に形成されたY2O3部分とを有するプラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法であって、前記処理容器内にフッ素含有ガスのプラズマを生成することと、前記フッ素含有ガスのプラズマと前記Y2O3部分との反応によりYF3ガスを生成することと、前記ステージ表面にYF3を堆積させ、YF3を主体とする保護膜を形成することと、を有する。 A plasma processing method according to one aspect of the present disclosure includes a processing container, a stage made of a material containing aluminum on which a substrate is placed within the processing container, and a plasma source that generates plasma in the processing container. , a plasma processing method in a plasma processing apparatus having a Y 2 O 3 portion formed in a portion of the inner wall of the processing container where the plasma acts, the method comprising: generating plasma of a fluorine-containing gas in the processing container; , generating YF 3 gas by a reaction between the plasma of the fluorine-containing gas and the Y 2 O 3 portion, and depositing YF 3 on the stage surface to form a protective film mainly composed of YF 3 . and has.
本開示によれば、フッ素含有ガスによるプラズマ処理の際に、フッ素含有ガスとアルミニウムを含有するステージとの反応によるアルミニウムフッ化物の生成を抑制できる技術が提供される。 According to the present disclosure, a technique is provided that can suppress the generation of aluminum fluoride due to a reaction between a fluorine-containing gas and a stage containing aluminum during plasma processing using a fluorine-containing gas.
以下、添付図面を参照して実施の形態について具体的に説明する。 Embodiments will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
図1は一実施形態に係るプラズマ処理方法を実施可能なプラズマ処理装置の一例を示す断面図、図2は図1のプラズマ処理装置のA-A断面を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus capable of implementing a plasma processing method according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an AA cross section of the plasma processing apparatus in FIG.
プラズマ処理装置100は、マイクロ波プラズマによりプラズマ処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置であり、プラズマにより成膜処理を行う成膜装置であるPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)装置として構成される。
The
プラズマ処理装置100は、基板Wを収容する処理容器(チャンバ)1を有し、処理容器1内に放射されたマイクロ波によって処理容器1内の天壁部の内壁面近傍に形成される表面波プラズマにより、基板Wに対してCVD成膜を行う。CVD成膜により形成される膜としては、例えば窒化珪素膜(SiN膜)のようなSi含有膜が例示される。なお、基板Wとしては半導体ウエハが例示されるが、半導体ウエハに限らず、FPD基板やセラミックス基板等の他の基板であってもよい。
The
プラズマ処理装置100は、処理容器1の他に、プラズマ源2と、ガス供給機構3と、制御部4とを有する。
The
処理容器1は、上部が開口された略円筒状の容器本体10と、容器本体10の上部開口を閉塞する天壁部20とを有している。処理容器1の内部には、基板Wを載置するステージ11が水平に設けられ、その上方にプラズマ処理空間が形成される。容器本体10はアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなり、接地されている。天壁部20は、アルミニウムまたはステンレス鋼等の金属材料からなり円盤状をなす。容器本体10および天壁部20がアルミニウムの場合には、表面に陽極酸化処理が施されていてもよい。
The
容器本体10と天壁部20との接触面にはシールリング129が介装され、これにより、処理容器1の内部が気密にシールされている。また、処理容器1の内壁の天壁部20を含む領域の表面にはイットリア(Y2O3)皮膜150が形成されている。Y2O3皮膜150は溶射皮膜であってよい。Y2O3皮膜150は、耐プラズマ性の膜として形成されるとともに、後述するように、ステージ11に保護膜を形成するためのY2O3部分として機能する。
A
処理容器1内に設けられたステージ11は、処理容器1の底部中央に立設された筒状の支持部材12により支持されている。ステージ11の上表面が基板載置面となる。ステージ11は、アルミニウム(Al)を含有する物質、例えば絶縁性セラミックスである窒化アルミニウム(AlN)で構成されている。また、ステージ11を構成する材料は、同じくAlを含有する絶縁性セラミックスであるアルミナ(Al2O3)であってもよく、さらに金属アルミニウムであってもよい。支持部材12は金属であってもセラミックスであってもよい。支持部材12が金属の場合は、支持部材12と処理容器1の底部との間に絶縁部材12aが介装される。
A
ステージ11内には、ヒータ13が設けられており、ヒータ13にはヒータ電源14が接続されている。ヒータ電源14からヒータ13に給電されることにより、ステージ11が例えば700℃までの任意の温度に加熱される。ステージ11には基板Wを昇降するための3本の昇降ピン(図示せず)が設けられており、昇降ピンをステージ11から突出させた状態で基板Wの受け渡しが行われるようになっている。なお、ステージ11には基板Wを静電吸着するための静電チャックや、基板Wの裏面に熱伝達用のガスを供給するガス流路等が設けられてもよい。また、ステージ11に電極を設け、その電極にプラズマ中のイオンを引き込むための高周波バイアスを印加するようにしてもよい。
A
処理容器1の底部には排気管15が接続されており、排気管15には真空ポンプを含む排気装置16が接続されている。排気装置16を作動させると処理容器1内が排気され、これにより、処理容器1内が所定の真空度まで高速に減圧される。処理容器1の側壁には、基板Wの搬入出を行うための搬入出口17と、搬入出口17を開閉するゲートバルブ18とが設けられている。
An
プラズマ源2は、マイクロ波を生成し、生成したマイクロ波を処理容器1内に放射してプラズマを生成するためのものであり、マイクロ波出力部30と、マイクロ波供給部40とを有する。
The plasma source 2 is for generating microwaves and radiating the generated microwaves into the
マイクロ波出力部30は、マイクロ波電源と、マイクロ波を発振させるマイクロ波発振器と、発振されたマイクロ波を増幅するアンプと、増幅されたマイクロ波を複数に分配する分配器とを有する。そして、マイクロ波を複数に分配して出力する。
The
マイクロ波出力部30から出力されたマイクロ波は、マイクロ波供給部40を通って処理容器1の内部に放射される。また、処理容器1内には後述するようにガスが供給され、供給されたガスは、導入されたマイクロ波により励起され、表面波プラズマを形成する。
The microwave output from the
マイクロ波供給部40は、マイクロ波出力部30から出力されたマイクロ波を伝送しチャンバ1内に供給する。マイクロ波供給部40は、複数のアンプ部42と、天壁部20の中央に配置された中央マイクロ波導入部43aと、天壁部20の周縁部に等間隔に配置された6つの周縁マイクロ波導入部43bとを有する。複数のアンプ部42は、マイクロ波出力部30の分配器にて分配されたマイクロ波を増幅するものであり、中央マイクロ波導入部43aおよび6つの周縁マイクロ波導入部43bのそれぞれに対応して設けられる。中央マイクロ波導入部43aおよび6つの周縁マイクロ波導入部43bは、それぞれに対応して設けられたアンプ部42から出力されたマイクロ波を処理容器1内に放射する機能およびインピーダンスを整合する機能を有する。
The
中央マイクロ波導入部43aおよび周縁マイクロ波導入部43bは、筒状の外側導体52およびその中心に設けられた棒状の内側導体53を同軸状に配置して構成される。外側導体52と内側導体53の間は、マイクロ波電力が給電され、マイクロ波が伝播するマイクロ波伝送路44となっている。
The central
中央マイクロ波導入部43aおよび周縁マイクロ波導入部43bには、一対のスラグ54と、その先端部に位置するインピーダンス調整部材140とが設けられている。スラグ54を移動させることにより、処理容器1内の負荷(プラズマ)のインピーダンスをマイクロ波出力部30におけるマイクロ波電源の特性インピーダンスに整合させる。インピーダンス調整部材140は、誘電体で形成され、その比誘電率によりマイクロ波伝送路44のインピーダンスを調整するようになっている。
The central
中央マイクロ波導入部43aは、さらに、遅波材121、スロット122を有するスロットアンテナ124、および、誘電体部材123を備える。また、周縁マイクロ波導入部43bは、さらに、遅波材131、スロット132を有するスロットアンテナ134、および、誘電体部材133を備える。遅波材121および131は、天壁部20の上面に設けられ、誘電体部材123および133は、天壁部20の内部に設けられている。スロット122および132は、それぞれ天壁部20の遅波材121と誘電体部材123との間の部分、天壁部20の遅波材131と誘電体部材133との間の部分に設けられ、それらのスロットが形成された部分がスロットアンテナ124および134となる。
The central
遅波材121および131は、円板状をなし、内側導体53の先端部分を囲むように配置され、真空よりも大きい誘電率を有しており、例えば、石英、アルミナ(Al2O3)等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により構成されている。遅波材121および131は、マイクロ波の波長を真空中よりも短くしてアンテナを小さくする機能を有している。遅波材121および131は、その厚さによりマイクロ波の位相を調整することができ、スロットアンテナ124および134が定在波の「はら」になるようにその厚さを調整し、反射が最小で、スロットアンテナ124および134の放射エネルギーが最大となるようにする。
The slow-
誘電体部材123および133は、遅波材121および131と同様、例えば、石英、アルミナ(Al2O3)等のセラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂やポリイミド系樹脂により形成されている。誘電体部材123および133は、天壁部20の内部に形成された空間に嵌め込まれており、天壁部20の下面の誘電体部材123および133に対応する部分には凹状をなす窓部21が形成されている。したがって、誘電体部材123および133は、処理容器1内に露出しており、マイクロ波をプラズマ生成空間Uに供給する誘電体窓として機能する。
The
なお、周縁マイクロ波導入部43bおよび誘電体部材133の個数は6つに限らず、2つ以上であってよいが、3つ以上が好ましい。また、マイクロ波供給部の構成は、マイクロ波供給部40の形態に限らず、例えば、スロットアンテナ124および134を用いる代わりに、モノポールアンテナ等の他の種類のアンテナを用いた形態であってもよい。
Note that the number of peripheral
ガス供給機構3は、プラズマ処理のための処理ガスを処理容器1内に供給する。処理ガスとしては、原料ガスや反応ガスのような成膜のためのガスと、処理容器1内のクリーニングのためのフッ素含有ガスが用いられる。また、フッ素含有ガスは、後述する、ステージ11表面への保護膜形成のためのプラズマ処理にも用いられる。
The gas supply mechanism 3 supplies processing gas for plasma processing into the
例えば、SiN膜のようなSi含有膜を成膜する場合には、成膜のためのガスとして、原料ガスであるSi含有ガスと、窒化ガスのような反応ガスを用いることができ、クリーニングガスとしてプラズマにより励起されたNF3ガスを用いることができる。そして、ステージ11表面の保護膜形成のためのプラズマ処理にもNF3ガスのプラズマを用いることができる。
For example, when forming a Si-containing film such as a SiN film, a Si-containing gas as a raw material gas and a reactive gas such as a nitriding gas can be used as the film-forming gas, and a cleaning gas NF 3 gas excited by plasma can be used as a source. Further, NF 3 gas plasma can also be used for plasma treatment for forming a protective film on the surface of the
ガス供給機構3は、ガス供給部61と、ガス供給部61からガスを供給するガス供給配管62と、天壁部20に設けられたガス流路63と、ガス流路63からのガスを吐出するガス吐出口64とを有する。ガス吐出口64は、天壁部20の窓部21の誘電体部材123および133の周囲に複数設けられている(図2参照)。なお、ガス供給機構3は、本例のように天壁部20からガスを吐出するものに限るものではない。例えば、Si含有膜の成膜においては、原料ガスであるSi含有ガスをなるべくプラズマ化したくない場合があり、その場合は、天壁部20から下方に延びるノズルを用いて、原料ガスを基板Wの近傍に供給してもよい。
The gas supply mechanism 3 includes a
制御部4は、プラズマ処理装置100の各構成部の動作や処理、例えば、ガス供給機構3のガス供給、プラズマ源2のマイクロ波の位相や出力、排気装置16による排気等の制御を行う。制御部4は、典型的にはコンピュータであり、主制御部と、入力装置と、出力装置と、表示装置と、記憶装置とを備えている。主制御部は、CPU(中央処理装置)、RAMおよびROMを有している。記憶装置は、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を有しており、制御に必要な情報の記録および読み取りを行うようになっている。制御部4では、CPUが、RAMを作業領域として用いて、ROMまたは記憶装置の記憶媒体に格納された処理レシピ等のプログラムを実行することにより、プラズマ処理装置100を制御する。
The control unit 4 controls the operation and processing of each component of the
次に、以上のように構成されるプラズマ処理装置100におけるプラズマ処理について説明する。
Next, plasma processing in the
プラズマ処理装置100において成膜処理を行う場合には、まず、処理容器1内に基板Wを搬入しない状態で、プリコートを行う(プリコート工程)。次に、処理容器1内に基板Wを搬入して成膜を行う(成膜工程)。次に処理容器1から基板Wを搬出した状態で処理容器1内をクリーニングする(クリーニング工程)。
When performing a film formation process in the
プリコート工程は、成膜工程に先立って行われる。プリコート工程では、処理容器1内に基板Wが存在しない状態で、成膜工程で基板W上に形成される膜またはその膜の成分を含むプリコート膜を処理容器1の内部の少なくともステージ11の表面に堆積させる。このとき、プリコート膜は、処理容器1の側壁や天壁部20の表面にも堆積される。プリコート膜としては、基板Wに成膜しようとする膜と同じ材料または成膜しようとする膜の成分を含む材料を用いることができる。例えば成膜しようとする膜がSiN膜の場合、同じSiN膜であってもよいし、SiCN膜や、SiON膜、SiOC膜等、他のSi系の膜であってもよい。
The precoating process is performed prior to the film forming process. In the pre-coating process, a film formed on the substrate W in the film-forming process or a pre-coating film containing a component of the film is coated on at least the surface of the
成膜工程は、プリコート工程が行われた後、1枚の基板Wに対して、または複数枚の基板Wに対して連続的に行われる。複数枚の基板Wとしては100枚程度までが例示される。形成される膜は特に限定されないが、シリコン(Si)含有膜、例えばSiN膜が好適な例として例示される。SiCN膜、SiO2膜、SiON膜等の他のSi含有膜であってもよい。 The film forming process is performed continuously on one substrate W or on a plurality of substrates W after the precoating process is performed. An example of the plurality of substrates W is up to about 100 substrates. Although the film to be formed is not particularly limited, a silicon (Si)-containing film, such as a SiN film, is exemplified as a suitable example. Other Si-containing films such as SiCN film, SiO 2 film, SiON film, etc. may also be used.
SiN膜を形成する場合には、成膜用のガスとして、Si含有ガスと窒素含有ガスを用いることができる。Si含有ガスとしては、例えば、モノシラン(SiH4)ガス、ジシラン(Si2H6)ガス、トリメチルシラン(SiH(CH3)3)ガスのようなシラン系化合物ガスを用いることができる。また窒素含有ガスとしては、例えば、アンモニア(NH3)ガス、窒素(N2)ガス等を用いることができる。SiCN膜の場合には、成膜用のガスとして、上記のようなSi含有ガスおよび窒素含有ガスに、炭素含有ガスを添加したものを用いることができる。炭素含有ガスとしては、エチレン(C2H4)ガス、アセチレン(C2H2)ガス、エタン(C2H6)ガス、プロピレン(C3H6)ガス、トリメチルシラン((CH3)3SiH)ガスのような炭化水素系ガスを用いることができる。SiO2膜の場合は、Si含有ガスと酸素含有ガスを用いることができる。Si含有ガスとしては上記のようなシラン系化合物ガスを用いることができる。また、酸素含有ガスとしては、例えば、酸素(O2)ガス、一酸化窒素(NO)ガス、亜酸化窒素(N2O)ガス等を用いることができる。SiON膜の場合は、成膜用のガスとして、上記のようなSi含有ガスと酸素含有ガスに、上記のような窒素含有ガスを添加したものを用いることができる。いずれの場合も、他のガスとして、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガスを希釈ガスまたはプラズマ生成ガスとして用いてもよい。 When forming a SiN film, a Si-containing gas and a nitrogen-containing gas can be used as the film-forming gas. As the Si-containing gas, for example, a silane compound gas such as monosilane (SiH 4 ) gas, disilane (Si 2 H 6 ) gas, or trimethylsilane (SiH(CH 3 ) 3 ) gas can be used. Further, as the nitrogen-containing gas, for example, ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, etc. can be used. In the case of a SiCN film, a gas containing carbon may be used as the film-forming gas to the Si-containing gas and nitrogen-containing gas as described above. Examples of carbon-containing gases include ethylene (C 2 H 4 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, ethane (C 2 H 6 ) gas, propylene (C 3 H 6 ) gas, and trimethylsilane ((CH 3 ) 3 A hydrocarbon-based gas such as SiH) gas can be used. In the case of a SiO 2 film, a Si-containing gas and an oxygen-containing gas can be used. As the Si-containing gas, the above-mentioned silane compound gas can be used. Further, as the oxygen-containing gas, for example, oxygen (O 2 ) gas, nitrogen monoxide (NO) gas, nitrous oxide (N 2 O) gas, etc. can be used. In the case of a SiON film, a gas containing nitrogen as described above can be used as a film-forming gas to the Si-containing gas and oxygen-containing gas as described above. In either case, other gases such as argon (Ar) gas and helium (He) gas may be used as the diluting gas or plasma generating gas.
形成される膜はとしては、Si含有膜に限定されず、例えば、Ti膜、TiN膜のようなTi系膜や、カーボン膜であってもよい。 The film to be formed is not limited to a Si-containing film, and may be, for example, a Ti-based film such as a Ti film or a TiN film, or a carbon film.
成膜工程においては、まず、ゲートバルブ18を開け、搬送アーム(図示せず)上に保持された基板Wを搬入出口17から処理容器1内に搬入し、ステージ11上に載置し、ゲートバルブ18を閉じる。このとき、ステージ11はヒータ13により加熱され、ステージ11上の基板Wの温度が制御される。上述したSiN膜の成膜の際には、基板Wの温度は500℃以上であることが好ましい。より好ましくは500~650℃である。そして、成膜する膜に応じて上述したガスを処理容器1に導入し、処理容器1内の圧力を制御し、プラズマCVDにより成膜処理を行う。処理容器1内の圧力は、プラズマ源から基板Wまでの距離、プラズマの広がり方、また、成膜速度や成膜する膜厚等に応じて任意に選択することができる。成膜する膜がSiN膜の場合には、266Pa以下の圧力を用いることができる。
In the film forming process, first, the
プラズマの生成にあたっては、処理容器1内にガスを導入しつつプラズマ源2のマイクロ波出力部30からマイクロ波を出力する。このとき、マイクロ波出力部30から分配されて出力されたマイクロ波は、マイクロ波供給部40のアンプ部42で増幅された後、中央マイクロ波導入部43aおよび周縁マイクロ波導入部43bを伝送される。そして、伝送されたマイクロ波は、遅波材121および131、スロットアンテナ124および134のスロット122および132、ならびにマイクロ波透過窓である誘電体部材123および133を透過して処理容器1内に放射される。この際に、スラグ54を移動させることによりインピーダンスが自動整合され、電力反射が実質的にない状態で、マイクロ波が放射される。放射されたマイクロ波は天壁部20の表面を表面波となって伝播する。このマイクロ波の電界により処理容器1内に導入されたガスが励起されて、処理容器1内の天壁部20直下のプラズマ生成空間Uに表面波プラズマが形成される。この表面波プラズマによるプラズマCVDにより基板W上に例えばSiN膜が成膜される。
To generate plasma, gas is introduced into the
本実施形態のプラズマ処理装置100では、基板Wは、プラズマ生成領域とは離れた領域に配置されており、基板Wへは、プラズマ生成領域から拡散したプラズマが供給されるため、本質的に低電子温度で高密度のプラズマとなる。プラズマの電子温度が低くコントロールされるため、形成される膜や基板Wの素子に対してダメージを与えることなく成膜を行うことができ、高密度のプラズマにより高品質の膜を得ることができる。また、成膜温度が高いほど膜質が向上することから、成膜する膜がSiN膜の場合、上述のように成膜温度を500℃以上と高温にすることにより、さらに高品質の膜を形成することができる。
In the
以上のようにしてSiN膜等の膜を成膜後、基板Wを処理容器1から搬出する。複数の基板Wに対して成膜処理を行う場合は以上の動作を繰り返し実施する。このような処理を所定の枚数の基板Wに対して行うことにより成膜工程が完了する。
After forming a film such as a SiN film as described above, the substrate W is carried out from the
以上のような成膜工程の後、クリーニング工程を実施する。成膜工程の後の処理容器1内には、図3に示すように、プリコート膜202と基板Wに形成された膜200と同様の成分の堆積物201が堆積されている。これらが堆積した状態で次の成膜を行うとパーティクル等の原因となるため、これらをクリーニング除去するクリーニング工程を実施する。なお、図3では、Y2O3皮膜150は省略している。
After the film forming process as described above, a cleaning process is performed. As shown in FIG. 3, a
クリーニング工程は、フッ素含有ガスにより行われる。フッ素含有ガスとして例えばプラズマにより励起されたNF3ガスのラジカルやイオンを用いることができる。この際のプラズマは、クリーニング用に別途設けたリモートプラズマではなく、プラズマ処理装置100のプラズマ源2を用いて生成してよい。NF3ガスはガス供給機構3から処理容器1内に供給される。NF3ガスはArガスやHeガスで希釈されてもよい。また、クリーニング速度の調整のため、塩素(Cl2)ガス、O2ガス、N2ガス、臭化水素(HBr)ガス、四フッ化炭素(CF4)ガス等が添加されてもよい。プラズマにより励起されたNF3ガスは、例えば、基板W上に形成する膜がSiN膜のようなSi含有膜である場合に好適に用いることができる。
The cleaning step is performed using a fluorine-containing gas. For example, radicals or ions of NF 3 gas excited by plasma can be used as the fluorine-containing gas. The plasma at this time may be generated using the plasma source 2 of the
クリーニングに用いるフッ素含有ガスとしては、F2ガス、CF系ガス、ClF3ガス等、NF3ガス以外のガスを用いることもできる。他のフッ素含有ガスは、プラズマにより励起されなくてもよく、ArガスやHeガスで希釈されてもよい。また、フッ素含有ガスに、他の添加ガスを添加してもよい。これらのフッ素含有ガスは、処理容器1内に付着・堆積される膜の材質に応じて選択することができる。
As the fluorine-containing gas used for cleaning, gases other than NF 3 gas, such as F 2 gas, CF-based gas, and ClF 3 gas, can also be used. Other fluorine-containing gases do not need to be excited by plasma, and may be diluted with Ar gas or He gas. Further, other additive gases may be added to the fluorine-containing gas. These fluorine-containing gases can be selected depending on the material of the film to be attached and deposited in the
ところで、クリーニング工程では、ステージ11に保護膜が形成されていない場合、ステージ温度が例えば450℃以上の高温になると、クリーニングが終了した後のオーバークリーニング時に、クリーニングガスであるフッ素含有ガスによりステージ11がダメージを受ける。すなわち、クリーニングガスであるフッ素含有ガスとステージ11を構成するAl含有物質とが反応して、三フッ化アルミニウム(AlF3)に代表されるアルミニウムフッ化物(AlFx)が生成され、それが昇華する。昇華したAlFxは処理容器1内のコールドスポット(100℃以下)へ蒸着し、次の成膜時にパーティクルとなって基板W上に付着して悪影響を及ぼすおそれがある。
By the way, in the cleaning process, if a protective film is not formed on the
具体的には、SiN膜を成膜する場合には、図4に示すように、成膜後にAlNからなるステージ11の表面にSiN膜204が堆積されており、クリーニング工程において、フッ素含有ガスとしてプラズマにより励起されたNF3ガスを用い、以下の反応により、堆積されたSiN膜204を除去する。
SiN(solid)+F*(gas)→SiF4(gas)+NF3(gas)
そして、ステージ11上のSiNのクリーニングが終了した後のオーバークリーニング時には、ステージ温度が例えば450℃以上と高温になると、ステージ11はF*によりダメージを受ける。すなわち、以下のような反応が生じ、AlF3が生成され、昇華する。
AlN(solid)+F*(gas)→AlF3(gas)+NF3(gas)
昇華したAlF3は処理容器1内のコールドスポットへ蒸着し、次の成膜時にパーティクルとなるおそれがある。このようなステージ11のダメージは、高温ほど顕著になる。
Specifically, when forming a SiN film, as shown in FIG. 4, a
SiN (solid) + F * (gas) → SiF 4 (gas) + NF 3 (gas)
Then, during overcleaning after cleaning of the SiN on the
AlN (solid) + F * (gas) → AlF 3 (gas) + NF 3 (gas)
There is a possibility that the sublimated AlF 3 will be deposited on a cold spot in the
このため、本実施形態では、ステージ11は、表面にYF3を主体とする保護膜が形成されたものとする。YF3を主体とする保護膜はフッ素含有ガスのプラズマによりプラズマ処理を行うことにより形成することができる。ステージ11の表面にYF3を主体とする保護膜を形成することにより、フッ素含有ガスとステージ11との反応によるAlFxの生成を抑制する。
Therefore, in this embodiment, the
以下、ステージ表面に保護膜を形成するためのプラズマ処理方法について説明する。図5はステージ表面に保護膜を形成するプラズマ処理方法を説明するための図である。まず、上述したように、プラズマが作用する、天壁部20を含む内壁領域の表面に、Y2O3部分としてY2O3皮膜150が予め形成された処理容器1内にフッ素含有ガスのプラズマ(F*)を生成する(図5(a))。生成されたプラズマと、処理容器1の天壁部20のY2O3皮膜150とを反応させ、YF3を含むガスを生成させる(図5(b))。そして、YF3を含むガスをステージ11の表面で固化させて堆積させ、YF3を主体とする保護膜160を形成する(図5(c))。以上の処理は、ステージ11に基板が載置されていない状態で行われる。
A plasma processing method for forming a protective film on the stage surface will be described below. FIG. 5 is a diagram for explaining a plasma processing method for forming a protective film on the stage surface. First, as described above, a fluorine-containing gas is introduced into the
保護膜160の形成に用いるフッ素含有ガスとしては、クリーニング工程と同様、NF3ガスを好適に用いることができる。NF3ガスはArガスやHeガスで希釈されてもよい。また、フッ素含有ガスは、F2ガス、CF系ガス、ClF3ガス等であってもよい。この際に用いるフッ素含有ガスは、クリーニング工程と同じものであっても異なるものであってもよい。
As the fluorine-containing gas used to form the
保護膜160の膜厚は10~100nmの範囲であってよく、例えば50nmである。この程度の厚さの保護膜160を形成するために、例えば、トータルで1~24時間のプラズマ処理を行う。YF3を主体とする保護膜160は、YF3単体であってもよいし、YF3の他にO等の他の成分が含有されていてもよい。また、この際のプラズマ処理を実施する際のステージ温度は、フッ素含有ガスがNF3ガスの場合、400℃以下であってよく、320℃以下が好ましい。
The thickness of the
このようにステージ11の表面にYF3を主体とする保護膜160を形成することにより、クリーニング工程の際におけるステージ11のフッ素含有ガス、例えばプラズマにより励起されたNF3ガス(F*)によるダメージを抑制することができる。このため、AlFxの生成を抑制することができ、AlFxの蒸着による成膜時におけるパーティクルの発生が抑制される。
By forming the
すなわち、YF3はAlF3よりも蒸気圧が著しく低く昇華しにくいため、YF3を主体とする保護膜160を形成することにより、フッ素含有ガスとの反応が抑制され、Alを含有する物質で構成されたステージ11からAlFxが昇華することを抑制できる。図6は、YF3の蒸気圧曲線をAlF3の蒸気圧曲線と比較して示す図である。この図から、YF3はAlF3に対して蒸気圧が10桁低く昇華しにくいことがわかる。
In other words, since YF 3 has a significantly lower vapor pressure than AlF 3 and is less likely to sublime, forming the
本実施形態では、YF3を主体とする保護膜160を形成するためのプラズマ処理を、処理容器1内にマイクロ波プラズマを生成して行うので、処理容器1の天壁部20に形成されたY2O3皮膜150に直接プラズマを作用させることができる。これにより、比較的容易にステージ11表面にYF3を主体とする保護膜160を形成することができる。
In this embodiment, the plasma treatment for forming the
従来、SiN膜の成膜に用いるPECVD装置では、CVD成膜には容量結合プラズマを用い、クリーニング処理にはフッ素含有ガスであるNF3ガスのリモートプラズマを用いることが一般的である。しかし、リモートプラズマを保護膜の形成に使用する場合は、Y2O3皮膜150に直接NF3プラズマを暴露させ難く、YF3の生成が十分なされない。これに対して、本実施形態では、上述のようにマイクロ波プラズマを直接Y2O3皮膜150に作用させるので、YF3の生成に必要な活性化エネルギーを十分に供給することができ、ステージ11表面にYF3を主体とする保護膜160を比較的容易に形成することができる。また、マイクロ波プラズマは高密度プラズマなので、F*を効率良く生成することができ、YF3を生成しやすい。
Conventionally, in a PECVD apparatus used for forming a SiN film, capacitively coupled plasma is used for CVD film formation, and remote plasma of NF 3 gas, which is a fluorine-containing gas, is generally used for cleaning processing. However, when remote plasma is used to form the protective film, it is difficult to directly expose the Y 2 O 3 film 150 to NF 3 plasma, and YF 3 is not sufficiently generated. On the other hand, in this embodiment, as described above, the microwave plasma is applied directly to the Y 2 O 3 film 150, so that the activation energy necessary for the generation of YF 3 can be sufficiently supplied, and the stage A
このとき、マイクロ波プラズマの条件(例えば、処理容器1内の圧力、マイクロ波パワー、NF3ガス流量、ステージ温度)を調整することにより、YF3を主体とする保護膜160の形成を最適化することができる。保護膜160の形成の際には、マイクロ波プラズマをY2O3皮膜150に作用させてYF3ガスを生成させるため、クリーニング工程の際よりもプラズマエネルギーを高くすることが好ましい。特に、上記条件のうち処理容器1内の圧力の影響が大きく、低圧ほどプラズマとY2O3皮膜150との反応が促進され、かつ生成されたYF3粒子が下方に導かれやすく、ステージ11上へYF3を堆積しやすくなる。このような観点から、処理容器1内の圧力は20Pa以下が好ましい。また、マイクロ波パワーが高いほどYF3を堆積しやすくなるため、マイクロ波導入部1本あたり500W以上が好ましい。クリーニング工程においては、例えば、処理容器1内の圧力が1000Pa程度、マイクロ波導入部1本あたりのパワーが450W程度で行われるが、保護膜160の形成においては、以上のように、クリーニング工程より低圧かつ高パワーの条件が好ましい。
At this time, the formation of the
さらに、ステージの中央部と周縁部とでプラズマ条件を変化させて、ステージ11表面における保護膜160の膜厚分布を調整してもよい。例えば、クリーニング工程において、ステージ11の中央部のほうがオーバークリーニングになりやすいので、中央部を周縁部よりも厚くする。このときの膜厚調整は、例えば、中央マイクロ波導入部43aと周縁マイクロ波導入部43bのパワーを変化させることにより行うことができ、中央マイクロ波導入部43aのパワーを大きくすることにより、ステージ11の中央部の膜厚を厚くすることができる。
Furthermore, the film thickness distribution of the
本実施形態においては、Y2O3皮膜150をプラズマ処理することにより、比較的容易にかつ低コストでステージ11上にYF3を主体とする保護膜160を形成することができる。保護膜160を形成する際にはY2O3皮膜150を消耗させることになるが、Y2O3皮膜150のうち保護膜160の形成に消費される分を5%程度にすることで、Y2O3皮膜150の寿命に対する影響を比較的小さくすることができる。なお、Y2O3皮膜150の厚さが予め定められた寿命の厚さになった時点で、Y2O3皮膜150の張り替えが行われる。
In this embodiment, by subjecting the Y 2 O 3 film 150 to plasma treatment, the
未使用のプラズマ処理装置100の場合は、最初に、以上のようなプラズマ処理によりステージ11の表面にYF3を主体とする保護膜160を形成する。その後、上述したプリコート工程、成膜工程、クリーニング工程を繰り返し行う。これにより、クリーニング工程の際のフッ素含有プラズマによるステージ11表面でのAlFx生成反応が抑制され、成膜工程における基板Wへのパーティクルの付着が抑制される。
In the case of an unused
また、何回か成膜工程を行った後のプラズマ処理装置100の場合は、成膜工程の後、フッ素含有ガス、例えば、プラズマにより励起されたNF3ガスによりクリーニング工程を実施し、ステージ11および処理容器1に堆積された膜、例えばSiN膜を除去する。このとき、ステージ11の表面にはAlFxが生成され、このまま成膜工程を行った場合には、処理容器1にはAlFxが蒸着してしまう。このため、クリーニング工程の後、加熱工程を行い、AlFxを昇華させて除去し、ステージ11および処理容器1に堆積物が存在していない状態とする。加熱工程では、ステージ11の温度を例えば500℃以上600℃未満として、AlFxを昇華させる。そして、この加熱工程の後、上述したプラズマ処理によりステージ11の表面にYF3を主体とする保護膜160を形成する。その後は、上述したプリコート工程、成膜工程、クリーニング工程を繰り返し行う。
In addition, in the case of the
実際にプラズマ処理によりステージ表面に保護膜を形成できるかどうかを確認した実験を行った。ここでは、図1に示すプラズマ処理装置100を用い、ステージ11上にAl2O3製のサンプルチップを置いて、NF3ガスを含む処理ガスを処理容器1内に供給しつつ、処理容器1内の圧力:20Pa、マイクロ波導入部43a、43bのパワー:500W、温度:320℃の条件でプラズマ処理を行った。処理後、サンプルチップをTEM像で確認したところ、図7に示すように、厚さが50nm程度の膜が形成されていることが確認された。膜の組成分析を行ったところ、図8に示すように、膜の主成分はYとFであることが確認された。この結果から、プラズマ処理により、YF3を主体とする保護膜が形成されることが確認された。
An experiment was conducted to confirm whether a protective film could actually be formed on the stage surface using plasma treatment. Here, using the plasma
図1のプラズマ処理装置100では、Y2O3部分として、処理容器1内壁の天壁部20を含む領域の表面に形成されたY2O3皮膜150を設けたが、Y2O3部分はこれに限らず、プラズマが作用する位置に設けられていればよい。例えば、図9に示すように、誘電体部材123および133の表面に形成されたY2O3皮膜151であってもよい。また、図10に示すように、誘電体部材123および133の代わりに、Y2O3で構成された誘電体部材123aおよび133aを設け、これらをY2O3部分として用いてもよい。また、Y2O3部分がY2O3皮膜150、Y2O3皮膜151、誘電体部材123a、133aの2つ以上であってもよい。
In the
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全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、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 Although the embodiments have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The embodiments described above may be omitted, replaced, or modified in various forms without departing from the scope and spirit of the appended claims.
例えば、上記実施形態では、プラズマ処理装置として、複数のマイクロ波導入部から処理容器内にマイクロ波を放射して生成された表面波プラズマを用いて成膜するものを例示したが、これに限るものではない。マイクロ波導入部は1本であってもよいし、また、プラズマ処理は、マイクロ波を放射してプラズマを生成するものが特に好ましいが、これに限らず、例えば、容量結合型プラズマ(CCP)や、誘導結合型プラズマ(ICP)、磁気共鳴(ECR)プラズマ等、他の種々のプラズマを用いたものであってよい。 For example, in the above embodiment, the plasma processing apparatus is exemplified as one that forms a film using surface wave plasma generated by radiating microwaves into the processing container from a plurality of microwave introduction parts, but the invention is not limited to this. It's not a thing. The number of microwave introduction parts may be one, and the plasma treatment is particularly preferably one in which plasma is generated by emitting microwaves, but the present invention is not limited to this, and for example, capacitively coupled plasma (CCP) can be used. Various other plasmas may be used, such as inductively coupled plasma (ICP), magnetic resonance (ECR) plasma, etc.
また、上記実施形態では、基板に対するプラズマ処理が成膜処理の場合を例にとって説明したが、基板のプラズマ処理の後にフッ素含有ガスによりクリーニング処理を行う場合であれば成膜処理に限らない。 Further, in the above embodiments, the plasma processing for the substrate is described as a film forming process, but the plasma processing is not limited to a film forming process as long as the cleaning process is performed using a fluorine-containing gas after the plasma processing of the substrate.
1;処理容器
2;プラズマ源
3;ガス供給機構
4;制御部
11;ステージ
20;天壁部
30;マイクロ波出力部
40;マイクロ波供給部
100;成膜装置
123a,133a;Y2O3で構成された誘電体部材(Y2O3部分)
150,151;Y2O3皮膜(Y2O3部分)
W;基板
1; Processing container 2; Plasma source 3; Gas supply mechanism 4;
150, 151; Y 2 O 3 film (Y 2 O 3 part)
W; Substrate
Claims (18)
前記処理容器内にフッ素含有ガスのプラズマを生成することと、
前記フッ素含有ガスのプラズマと前記Y2O3部分との反応によりYF3ガスを生成することと、
前記ステージ表面にYF3を堆積させ、YF3を主体とする保護膜を形成することと、
を有するプラズマ処理方法。 a processing container, a stage made of a material containing aluminum on which a substrate is placed within the processing container, a plasma source that generates plasma within the processing container, and a portion of the processing container on which the plasma acts. A plasma processing method in a plasma processing apparatus having a formed Y 2 O 3 portion,
generating a fluorine-containing gas plasma in the processing container;
generating YF 3 gas by a reaction between the plasma of the fluorine-containing gas and the Y 2 O 3 moiety;
Depositing YF 3 on the stage surface to form a protective film mainly composed of YF 3 ;
A plasma processing method comprising:
プラズマ処理により前記ステージの表面にYF3を主体とする保護膜を形成することと、
前記ステージの上に基板を載置して前記基板に対してプラズマ処理を行うことと、
前記基板に対する前記プラズマ処理の後、前記処理容器内をフッ素含有ガスによりクリーニングすることと、
を有し、
前記ステージの表面にYF3を主体とする保護膜を形成することは、
前記処理容器内にフッ素含有ガスのプラズマを生成することと、
前記フッ素含有ガスのプラズマと前記Y2O3部分との反応によりYF3ガスを生成することと、
前記ステージ表面にYF3を堆積させ、YF3を主体とする保護膜を形成することと、
を有する、プラズマ処理方法。 a processing container, a stage made of a material containing aluminum on which a substrate is placed within the processing container, a plasma source that generates plasma within the processing container, and a portion of the processing container on which the plasma acts. A plasma processing method in a plasma processing apparatus having a formed Y 2 O 3 portion,
forming a protective film mainly composed of YF 3 on the surface of the stage by plasma treatment;
placing a substrate on the stage and performing plasma processing on the substrate;
After the plasma processing on the substrate, cleaning the inside of the processing container with a fluorine-containing gas;
has
Forming a protective film mainly composed of YF 3 on the surface of the stage
generating a fluorine-containing gas plasma in the processing container;
generating YF 3 gas by a reaction between the plasma of the fluorine-containing gas and the Y 2 O 3 moiety;
Depositing YF 3 on the stage surface to form a protective film mainly composed of YF 3 ;
A plasma processing method comprising:
その後、前記基板に対して前記プラズマ処理を行うことと、前記処理容器内をフッ素含有ガスによりクリーニングすることとを繰り返し行う、請求項10または請求項11に記載のプラズマ処理方法。 Forming a protective film mainly composed of YF 3 on the surface of the stage by the plasma processing is performed on the unused plasma processing apparatus,
12. The plasma processing method according to claim 10, wherein thereafter, performing the plasma processing on the substrate and cleaning the inside of the processing container with a fluorine-containing gas are repeatedly performed.
前記クリーニングすることの後に、前記ステージの堆積物を加熱により除去することをさらに有し、
前記堆積物を加熱により除去することの後、前記フッ素含有ガスのプラズマにより前記ステージの表面にYF3を主体とする保護膜を形成することを実施し、
その後、前記基板に対して前記プラズマ処理を行うことと、前記クリーニングすることを繰り返し行う、請求項10または請求項11に記載のプラズマ処理方法。 After performing the plasma processing on the substrate in a state where the protective film is not formed on the stage, cleaning the inside of the processing container with a fluorine-containing gas,
After the cleaning, the method further comprises removing deposits on the stage by heating,
After removing the deposits by heating, forming a protective film mainly composed of YF 3 on the surface of the stage using plasma of the fluorine-containing gas;
12. The plasma processing method according to claim 10, wherein the plasma processing and the cleaning are repeated on the substrate.
前記処理容器内で基板を載置するアルミニウムを含有する物質で構成されたステージと、
前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ源と、
前記処理容器の前記プラズマが作用する部分に形成されたY2O3部分と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記処理容器内にフッ素含有ガスのプラズマを生成することと、
前記フッ素含有ガスのプラズマと前記Y2O3部分との反応によりYF3ガスを生成することと、
前記ステージ表面にYF3を堆積させ、YF3を主体とする保護膜を形成することと、
が実施されるように制御する、プラズマ処理装置。 a processing container;
a stage made of a material containing aluminum on which a substrate is placed within the processing container;
a plasma source that generates plasma within the processing container;
a Y 2 O 3 portion formed in a portion of the processing container where the plasma acts;
a control unit;
The control unit includes:
generating a fluorine-containing gas plasma in the processing container;
generating YF 3 gas by a reaction between the plasma of the fluorine-containing gas and the Y 2 O 3 moiety;
Depositing YF 3 on the stage surface to form a protective film mainly composed of YF 3 ;
A plasma processing device that controls the process so that it is carried out.
アルミニウムを含有する物質で構成され、表面にYF3を主体とする保護膜が形成されている、ステージ。 A stage on which a substrate is placed within a processing container in which a fluorine-containing gas plasma is generated, the stage comprising:
A stage made of a material containing aluminum, with a protective film mainly composed of YF3 formed on the surface.
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| JP2022067377A JP2023157446A (en) | 2022-04-15 | 2022-04-15 | Plasma processing method, plasma processing device, and stage |
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