JP6638360B2 - Cleaning method and cleaning apparatus for plasma processing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ドライエッチングなどに使用するプラズマ処理装置のクリーニング方法及びクリーニング装置に関し、特にプラズマ処理装置のチャンバ内を効率よく効果的にクリーニングする方法及びクリーニング装置に関する。 The present invention relates to a cleaning method and a cleaning apparatus for a plasma processing apparatus used for dry etching and the like, and more particularly to a method and a cleaning apparatus for efficiently and effectively cleaning the inside of a chamber of a plasma processing apparatus.
従来から、半導体の製造工程等では、ガスをプラズマ化して被処理基板(例えば、半導体ウェハ)に作用させ、被処理基板にエッチング処理やスパッタ処理あるいはイオン注入処理等を施す際にプラズマ処理装置が用いられている。また、このようなプラズマ処理装置としては、処理チャンバ内に平板状の上部電極と下部電極とが平行に対向するように配置され、これらの電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させながら、ガス供給部からエッチングガスを供給する、いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置が知られており、さらに、このような構造のプラズマ処理装置において磁界を用いてプラズマ密度を制御するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing process or the like, a plasma processing apparatus is used to convert a gas into plasma to act on a substrate to be processed (for example, a semiconductor wafer) and perform etching, sputtering, ion implantation, or the like on the substrate to be processed. Used. Further, as such a plasma processing apparatus, a flat upper electrode and a lower electrode are arranged in a processing chamber so as to face in parallel, and a high frequency power is applied between these electrodes to generate plasma. A so-called parallel plate type plasma processing apparatus that supplies an etching gas from a gas supply unit is known, and a plasma processing apparatus having such a structure that controls a plasma density using a magnetic field is also known. (For example, see Patent Document 1).
このようなプラズマ処理装置では、プラズマエッチング等のプラズマ処理を繰り返して行うと、プラズマ化するガスの一成分として用いられているハロゲン系ガス(例えばCF4)との反応による副生成物が処理チャンバ内に配置された各種構成部材(部品)、特に上部電極に副生成物が付着し次第に増大したり、ガス供給部のガス穴内に付着した場合にはガス供給量が減少したりするなど、プラズマ処理に悪影響を与える可能性がある。このため、定期的に処理チャンバ内の構成部材に付着した付着物を除去するクリーニングを行っている。 In such a plasma processing apparatus, when plasma processing such as plasma etching is repeatedly performed, a by-product generated by a reaction with a halogen-based gas (for example, CF 4 ) used as one component of a gas to be plasmatized is generated in the processing chamber. Plasmas such as by-products attached to various constituent members (parts) disposed therein, particularly the upper electrode, gradually increase, and when attached to the gas holes of the gas supply unit, the gas supply amount decreases. Processing may be adversely affected. For this reason, cleaning is periodically performed to remove deposits attached to components in the processing chamber.
このプラズマ処理装置の部品のクリーニング方法としては、処理チャンバ内に酸素、水素、窒素などのクリーニングガスのプラズマを発生させて付着物をエッチングし除去する方法が知られている(特許文献2)。 As a method of cleaning components of the plasma processing apparatus, a method of generating plasma of a cleaning gas such as oxygen, hydrogen, or nitrogen in a processing chamber to etch and remove deposits is known (Patent Document 2).
また、処理チャンバ内にクリーニングガスのプラズマを発生させてプラズマによって付着物をエッチングするとともに複数のコイルに通電して磁界を発生させ、かつ上部電極に付着した付着物の径方向における厚さに応じて該複数のコイルに通電する通電量をコイル毎に変更する方法が提案されている(特許文献3)。 In addition, a plasma of a cleaning gas is generated in the processing chamber to etch the deposit by the plasma, and a current is applied to a plurality of coils to generate a magnetic field. A method has been proposed in which the amount of current applied to the plurality of coils is changed for each coil (Patent Document 3).
ところで、近年メモリ等の半導体デバイスの微細化、高集積化は限界に近くなっており、積層によって容量を増やす3次元NANDメモリ等が主流になっている。この3次元NANDメモリは、積層数を増やすことによって容量を増やすことができるが、積層数が増える分、プラズマエッチング工程の処理時間も延びるので、処理チャンバ内の付着物も増加する。このため上述したようなチャンバ内のクリーニングを頻繁に行わなければならず、クリーニングを効率的に短時間で行う方法の開発が求められていた。 In recent years, miniaturization and high integration of semiconductor devices such as memories have reached the limit, and three-dimensional NAND memories and the like, which increase the capacity by lamination, have become mainstream. The capacity of the three-dimensional NAND memory can be increased by increasing the number of stacked layers. However, as the number of stacked layers increases, the processing time of the plasma etching process also increases, so that the amount of deposits in the processing chamber also increases. For this reason, the cleaning of the inside of the chamber as described above must be performed frequently, and the development of a method for efficiently performing the cleaning in a short time has been demanded.
ここで、プラズマ処理装置の処理チャンバ内の構成部材への付着物は、プラズマ化するガスの一成分として用いられているハロゲン系ガス(例えばCF4)とイットリアやアルマイトなどの半導体材料とのプラズマによる反応生成物(例えばYF3やAlF3)が主なものであり、これを除去する必要がある。 Here, the deposits on the constituent members in the processing chamber of the plasma processing apparatus are generated by plasma of a halogen-based gas (for example, CF 4 ) used as one component of a gas to be plasmatized and a semiconductor material such as yttria or alumite. (E.g., YF 3 and AlF 3 ), which must be removed.
しかしながら、特許文献2及び特許文献3に記載されたクリーニング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内でクリーニングガスのプラズマを発生させて構成部材の付着物をエッチングして除去するものであるので、処理効率が悪く構成部材に付着した副生成物が厚いときには十分に除去できない、という問題点がある。一方、構成部材に付着した副生成物を十分に除去しようとすると、これらのクリーニングガスはプラズマ化によるエッチング作用により副生成物(付着物)を除去するものであるので、クリーニング対象となる上部電極など構成部材の素材自体が損耗してしまうという問題点がある。また、除去作業に非常に手間がかかるという課題もある。
However, the cleaning methods described in
そこで、処理チャンバ内のプラズマ処理装置の構成部材、特に上部電極への付着物が多い時には、これを処理チャンバ内から一旦取り出して、化学薬品やサンドブラストにより付着物を除去している。しかしながら、半導体ウェハなどの被処理基板はプラズマ処理装置により処理することから、プラズマ処理装置を分解して副生成物が付着した構成部材を取り出すことなく、装置内で処理できれば作業効率やプラズマ処理装置の停止時間を短くするうえで望ましい。 Therefore, when there is a large amount of deposits on the components of the plasma processing apparatus in the processing chamber, particularly on the upper electrode, the deposits are once taken out of the processing chamber, and the deposits are removed by a chemical or sandblast. However, since a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer, is processed by a plasma processing apparatus, the working efficiency and the plasma processing apparatus can be improved if the plasma processing apparatus can be processed in the apparatus without disassembling the plasma processing apparatus and removing a component to which by-products adhere. This is desirable for shortening the stop time of the system.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、プラズマ処理装置を分解して処理チャンバ内から副生成物が付着した構成部材を取り出すことなく、クリーニング時における上部電極など被対象物の損耗を抑制することができるとともに、プラズマによるYF3などのフッ化物の付着物を効率よく短時間で除去することの可能なプラズマ処理装置のクリーニング方法及びこのクリーニング方法を実施するためのクリーニング装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and eliminates the wear of an object such as an upper electrode during cleaning without disassembling a plasma processing apparatus and removing a component to which by-products adhere from a processing chamber. Provided is a cleaning method for a plasma processing apparatus, which is capable of suppressing the attachment of fluoride such as YF 3 by plasma efficiently and in a short time, and a cleaning apparatus for performing the cleaning method. The purpose is to.
上記目的に鑑み、本発明は、第一に、被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバ内を減圧する減圧機構とを有するプラズマ処理装置の前記処理チャンバ内の構成部材及び/又は前記処理チャンバの内壁面に付着した付着物を除去するプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを供給し、前記水蒸気をプラズマ化し、該プラズマ化した水蒸気を含む処理ガスにより前記処理チャンバ内の構成部材及び/又は前記処理チャンバの内壁面を処理することを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法を提供する(発明1)。 In view of the above object, the present invention firstly provides a processing chamber for accommodating a substrate to be processed, a lower electrode provided in the processing chamber and on which the substrate to be processed is mounted, and a lower electrode facing the lower electrode. Cleaning of a plasma processing apparatus for removing components adhered to components in the processing chamber and / or inner wall surfaces of the processing chamber of the plasma processing apparatus having an upper electrode to perform and a pressure reducing mechanism for reducing the pressure in the processing chamber. A method comprising: supplying a processing gas containing water vapor into the processing chamber; converting the water vapor into a plasma; and treating the components in the processing chamber and / or the inside of the processing chamber by the processing gas containing the vaporized water vapor. Provided is a method for cleaning a plasma processing apparatus, characterized by processing a wall surface (Invention 1).
かかる発明(発明1)によれば、水(水蒸気)をプラズマ化すると水素ラジカル(H・)とヒドロキシラジカル(OH・)とが生成する。プラズマ処理において、処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面への付着物は、ほとんどはプラズマ化するガスの一成分として用いられている例えばCF4などのハロゲン系ガスとイットリアやアルマイト(Al2O3)などの被処理基板となる半導体材料とが反応したYF3やAlF3などのフッ化物であるので、処理チャンバ内に水蒸気を供給し、これをブラズマ化して水蒸気プラズマで処理することにより、生成した水素ラジカル(H・)が付着物となっているYF3、AlF3などのフッ化物中のFと反応してHFとすることでこれを除去する。また、残存するY、Alなどのフッ化物中の陽イオン側の元素は、ヒドロキシラジカル(OH・)との反応によりイットリア(Y2O3)、アルマイト(Al2O3)などの酸化物となる。これらによりプラズマ処理装置の処理チャンバ内の上部電極などの構成部材自身の損耗を抑制して、効率よく短時間で該構成部材をクリーニングすることができる。 According to this invention (Invention 1), when water (steam) is turned into plasma, hydrogen radicals (H.) and hydroxy radicals (OH.) Are generated. In the plasma processing, most of the deposits on components in the processing chamber and on the inner wall surface of the processing chamber are mixed with a halogen-based gas such as CF 4, which is used as one component of a gas to be converted into plasma, with yttria or alumite (Al). Since a semiconductor material to be processed, such as 2 O 3 ), is a fluoride such as YF 3 or AlF 3 that has reacted, water vapor is supplied into a processing chamber, which is converted into a plasma and processed with water vapor plasma. As a result, the generated hydrogen radicals (H.) react with F in a fluoride such as YF 3 or AlF 3 which is attached to form HF, which is removed. In addition, the remaining elements on the cation side in fluorides such as Y and Al are converted into oxides such as yttria (Y 2 O 3 ) and alumite (Al 2 O 3 ) by reaction with hydroxy radicals (OH.). Become. Thus, the components such as the upper electrode in the processing chamber of the plasma processing apparatus can be prevented from being worn, and the components can be efficiently cleaned in a short time.
上記発明(発明1)においては、前記水蒸気を含む処理ガスが、前記プラズマ処理装置の上部電極もしくは上部電極近傍から噴霧されるのが好ましい(発明2)。 In the above invention (Invention 1), it is preferable that the processing gas containing the water vapor is sprayed from an upper electrode or a vicinity of the upper electrode of the plasma processing apparatus (Invention 2).
かかる発明(発明2)によれば、水蒸気を含む処理ガスを上部電極側から噴霧してプラズマ化することにより、上部電極付近のプラズマ濃度を高めることができ、付着物の付着量が多くなりやすい上部電極を特に効率よくクリーングすることができる。 According to this invention (Invention 2), by spraying the processing gas containing water vapor from the upper electrode side into plasma, the plasma concentration in the vicinity of the upper electrode can be increased, and the amount of attached matter tends to increase. The upper electrode can be cleaned particularly efficiently.
上記発明(発明1,2)においては、前記水蒸気を含む処理ガスが、希ガス、酸素、窒素及び水素の1種又は2種以上を含有するのが好ましい(発明3)。
In the above inventions (
かかる発明(発明3)によれば、上述したプラズマ化した水蒸気によるクリーニング効果に加え、プラズマ化した他のガス成分によるエッチング効果も期待できる。このエッチング効果は酸化物よりもフッ化物に対してより優先する傾向を示すので、効率的にプラズマ処理装置の処理チャンバ内の上部電極などの構成部材に付着した付着物をクリーニングすることができる。 According to this invention (Invention 3), in addition to the cleaning effect by the above-mentioned plasma water vapor, an etching effect by other plasma gas components can be expected. Since this etching effect has a tendency to be prioritized over the fluoride over the oxide, it is possible to efficiently remove the deposit attached to the constituent members such as the upper electrode in the processing chamber of the plasma processing apparatus.
上記発明(発明1〜3)においては、前記処理ガスをプラズマ化するための高周波出力(RF出力)が5〜300W/cm2であるのが好ましい(発明4)。
In the above inventions (
かかる発明(発明4)によれば、上記出力で処理ガスに高周波電力を付与することで、該処理ガスを効率的にプラズマ化することができるとともに処理対象である付着物が付着した構成部材自身の損耗が軽微で済む。 According to this invention (Invention 4), by applying high-frequency power to the processing gas with the above output, the processing gas itself can be efficiently turned into plasma, and the component itself to which the deposit to be processed adhered Wear of the tire is minimal.
上記発明(発明1〜4)においては、前記水蒸気を含む処理ガスを減圧状態下で0.5〜20Paの圧力となるように供給するのが好ましい(発明5)。
In the above inventions (
かかる発明(発明5)によれば、処理空間である処理チャンバ内を減圧した状態で上記圧力の処理ガスを供給することで、該処理チャンバ内の処理ガスを効率よくプラズマ化しながら素早く拡散させて、短時間でクリーニングすることができるとともに処理対象である構成部材自身に与える影響が軽微で済む。 According to this invention (Invention 5), by supplying the processing gas having the above pressure in a state where the pressure inside the processing chamber, which is the processing space, is reduced, the processing gas in the processing chamber is quickly diffused while efficiently turning into plasma. In addition, cleaning can be performed in a short time, and the influence on the component itself to be processed can be negligible.
また、本発明は、第二に、被処理基板を収容する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配設され、前記被処理基板が載置される下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記処理チャンバ内を減圧する減圧機構とを有するプラズマ処理装置の前記処理チャンバ内の構成部材及び/又は前記処理チャンバの内壁面に付着した付着物を除去するプラズマ処理装置のクリーニング装置であって、前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを噴霧する噴霧機構を備えることを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング装置を提供する(発明6)。 Also, the present invention provides, secondly, a processing chamber for accommodating a substrate to be processed, a lower electrode disposed in the processing chamber and on which the substrate to be processed is mounted, and an upper electrode facing the lower electrode. And a cleaning device for a plasma processing apparatus for removing components attached to the processing chamber and / or the inner wall surface of the processing chamber of the plasma processing apparatus having a pressure reducing mechanism for reducing the pressure in the processing chamber. Thus, there is provided a cleaning apparatus for a plasma processing apparatus, comprising a spray mechanism for spraying a processing gas containing water vapor into the processing chamber (Invention 6).
かかる発明(発明6)によれば、水(水蒸気)をプラズマ化すると水素ラジカル(H・)とヒドロキシラジカル(OH・)とが生成する。プラズマ処理において、処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面への付着物は、ほとんどはプラズマ化するガスの一成分として用いられている例えばCF4などのハロゲン系ガスとイットリアやアルマイト(Al2O3)などの被処理基板となる半導体材料とが反応したYF3やAlF3などのフッ化物であるので、処理チャンバ内を減圧しながら噴霧機構から処理チャンバ内に水蒸気を供給し、上部電極及び下部電極に高周波電流を供与することで、処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面に付着した付着物を水蒸気プラズマで処理することができる。これによりプラズマ処理装置の処理チャンバ内の上部電極などの構成部材自身の損耗を抑制して、効率よく短時間で該構成部材をクリーニングすることができる。 According to this invention (Invention 6), when water (steam) is turned into plasma, hydrogen radicals (H.) and hydroxy radicals (OH.) Are generated. In the plasma processing, most of the deposits on components in the processing chamber and on the inner wall surface of the processing chamber are mixed with a halogen-based gas such as CF 4, which is used as one component of a gas to be converted into plasma, with yttria or alumite (Al). Since the semiconductor material to be processed, such as 2 O 3 ), is a fluoride such as YF 3 or AlF 3 that has reacted, water vapor is supplied from the spray mechanism into the processing chamber while the pressure inside the processing chamber is reduced, and By applying a high-frequency current to the electrode and the lower electrode, it is possible to treat the components adhered to the components inside the processing chamber and the inner wall surface of the processing chamber with the steam plasma. Thus, the wear of the components such as the upper electrode in the processing chamber of the plasma processing apparatus can be suppressed, and the components can be efficiently cleaned in a short time.
前記発明(発明6)においては、前記噴霧機構が、前記プラズマ処理装置の上部電極もしくは上部電極近傍に前記処理ガスを噴霧する噴霧口を有するのが好ましい(発明7)。 In the above invention (Invention 6), it is preferable that the spray mechanism has a spray port for spraying the processing gas at or near an upper electrode of the plasma processing apparatus (Invention 7).
かかる発明(発明7)によれば、水蒸気を含む処理ガスを上部電極側から噴霧してプラズマ化することができるので、上部電極付近のプラズマ濃度を高めることができ、付着物の付着量が多くなりやすい上部電極を特に効率よくクリーニングすることができる。 According to this invention (Invention 7), since the processing gas containing water vapor can be sprayed from the upper electrode side and turned into plasma, the plasma concentration in the vicinity of the upper electrode can be increased, and the amount of attached matter is large. The upper electrode that tends to be easily cleaned can be particularly efficiently cleaned.
本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法によれば、プラズマ処理装置の処理チャンバ内の構成部材や処理チャンバの内壁面に付着した付着物を、該処理チャンバ内に供給した水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化して処理しているので、水蒸気をプラズマ化して生成した水素ラジカル(H・)が付着物となっているYF3などのフッ化物中のFと反応してHFとすることでこれを除去する。また、残存するYなどのフッ化物中の陽イオン側の元素は、ヒドロキシラジカル(OH・)との反応によりイットリア(Y2O3)などの酸化物となり、エッチングなどのように付着物を過度に擦り取って素地を損耗するようなことがなく、選択的に除去することができる。これによりクリーニング対象となるプラズマ処理装置の上部電極などの構成部材を処理チャンバ内から取り出すことなく、その損耗を抑制して、効率よく短時間でプラズマ処理装置をクリーニングすることができる。 According to the cleaning method of the plasma processing apparatus of the present invention, the components adhered to the processing chamber of the plasma processing apparatus and the deposits adhered to the inner wall surface of the processing chamber are converted into a processing gas containing water vapor supplied into the processing chamber by plasma. Hydrogen radicals (H.) generated by turning water vapor into plasma react with F in a fluoride such as YF 3 which is attached to form HF, which is removed. . Further, the element on the cation side in the fluoride such as the remaining Y becomes an oxide such as yttria (Y 2 O 3 ) due to the reaction with the hydroxyl radical (OH ·), and excessively adheres the substance such as etching. The substrate can be selectively removed without rubbing the substrate. Accordingly, without removing the constituent members such as the upper electrode of the plasma processing apparatus to be cleaned from the processing chamber, the wear thereof can be suppressed, and the plasma processing apparatus can be efficiently cleaned in a short time.
以下、本発明の第一の実施形態によるプラズマ処理装置のクリーニング装置及びこれを用いたクリーニング方法について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, a cleaning apparatus for a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention and a cleaning method using the same will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は半導体ウェハのプラズマ処理装置に付設した本実施形態に係るクリーニング装置を示しており、図1においてプラズマ処理装置は、処理チャンバ1と、この処理チャンバ1内に設けられた構成部材としての平板状の上部電極2と、前記平板状の上部電極2と平行に対向して設けられた平板状の下部電極3とを有する。そして、下部電極3の縁部には内壁板3Aが立設置されている。これら上部電極2及び下部電極3は、高周波電流を供与するRF(高周波)電源4にそれぞれ接続されていて、RF(高周波)電源4は所望の周波数及び所望のデューティー比でプラズマ生成用の高周波電力を上部電極2及び下部電極3に印加することができるようになっている。
FIG. 1 shows a cleaning apparatus according to the present embodiment attached to a plasma processing apparatus for semiconductor wafers. In FIG. 1, the plasma processing apparatus includes a
また、処理チャンバ1の上部には上部電極2の近傍に、クリーニング装置としての水蒸気を含む処理ガスWを噴霧するガス導入管5が複数個所(本実施形態においては2か所)設けられていて、このガス導入管5の末端側は処理チャンバ1内に噴霧口5Aとして開口している一方、基端側は水蒸気を含む処理ガスWの噴霧機構(図示せず)に連通している。さらに、処理チャンバ1の下部には、減圧装置(図示せず)に接続した排気口6が形成されている。
A plurality of gas introduction pipes 5 (two in this embodiment) for spraying a processing gas W containing water vapor as a cleaning device are provided near the
ここで、水蒸気を含む処理ガスWとしては、水蒸気ガス単独だけでなく、水蒸気ガスに希ガス、酸素、窒素及び水素の1種又は2種以上を10%以下程度、特に5%以下程度配合したものを用いてもよい。これらの他のガス成分をプラズマ化して処理することにより、水蒸気プラズマによる後述するフッ化物の変性による除去効果に加え、エッチング効果も発揮することができる。特に10%以下程度の配合量であれば、エッチング効果は酸化物よりもフッ化物に対してより優先するので、処理対象の素地をいためることもない。 Here, as the processing gas W containing steam, not only steam gas alone, but also one or more of rare gas, oxygen, nitrogen, and hydrogen mixed with steam gas at about 10% or less, particularly about 5% or less. A thing may be used. By processing these other gas components by converting them into plasma, an etching effect can be exerted in addition to a removal effect by the later-described modification of fluoride by steam plasma. In particular, if the blending amount is about 10% or less, the etching effect has a higher priority than the oxide over the fluoride, so that the substrate to be treated is not hurt.
上述したようなプラズマ処理装置において、処理対象は上部電極2や下部電極3などの処理チャンバ1内の構成部材及び処理チャンバ1の内壁面である。これらの処理対象は、少なくとも表層の一部がイットリア系材料又はアルマイト系材料のものが好適である。そして、本実施形態は、このプラズマ処理装置によるCF4などのハロゲン系ガスを用いたプラズマ処理に起因して素地であるイットリアなどが変性してYF3などの付着物が付着した処理チャンバ1内の構成部材及び処理チャンバ1の内壁面をクリーニングするためのものである。このような処理対象としては、YF3などのフッ化物が厚く付着しやすい点で特に上部電極2が好適である。
In the above-described plasma processing apparatus, the processing target is a component in the
次に上述したような構成を有する本実施形態のプラズマ処理装置のクリーニング装置を用いたクリーニング方法について説明する。 Next, a cleaning method using the cleaning device of the plasma processing apparatus of the present embodiment having the above-described configuration will be described.
まず、プラズマ処理装置の処理チャンバ1を密封したら図示しない減圧装置を起動して排気口6から吸引し、処理チャンバ1内を好ましくは10−3Pa以下にまで減圧する。このように処理チャンバ1内を10−3Pa以下にまで減圧することにより、処理チャンバ1の内壁面や処理チャンバ1内の各種構成部材、特に上部電極2に付いている微細粉やその他の不純物を除去することができ、後述する水蒸気プラズマによる処理が容易となるため好ましい。
First, when the
次に図示しない噴霧機構を起動して上部電極2に近接して設けられたガス導入管5の噴霧口5Aから水蒸気を含む処理ガスWを上部電極2側から供給するとともにRF電源4を用いて高周波を印加することで水蒸気を含む処理ガスWをプラズマ化する。このように水蒸気をプラズマ化することにより水素ラジカル(H・)とヒドロキシラジカル(OH・)とが生成し、水素ラジカルが処理チャンバ1の内壁面や処理チャンバ1内の各種構成部材、特に上部電極2の付着物となっているYF3などのフッ化物中のFと反応して、これをHFとすることで除去する。また、残存するYなどのフッ化物中の陽イオン側の元素は、ヒドロキシラジカル(OH・)との反応によりイットリア(Y2O3)などの酸化物となる。ここで、YF3などのフッ化物はもともと、上部電極2や下部電極3のイットリアが変性したものであるので、処理対象、特に上部電極2に付着した付着物をエッチングなどのように過度に擦り取ることなく選択的に除去することができる。特に本実施形態においては、上部電極2側から水蒸気を含む処理ガスWを噴霧してプラズマ化しているので、上部電極2付近のプラズマ濃度を高めることができ、付着物の付着量が多くなりやすい上部電極2を特に効率よくクリーングすることができる、という効果を奏する。
Next, a spraying mechanism (not shown) is activated to supply a processing gas W containing water vapor from the spraying
なお、処理ガスWは、水蒸気ガス以外のガス成分を含んでいても良く、例えば希ガス、酸素、窒素及び水素の1種又は2種以上を含んでいても良い。この場合、上述した水蒸気のプラズマ化による作用に加え、エッチング効果も発揮することができる。特に10%以下程度の配合量であれば、エッチング効果は酸化物よりもフッ化物に対してより優先するので、上部電極2などの処理対象の素地をいためることもない。
The processing gas W may include a gas component other than the steam gas, and may include, for example, one or more of a rare gas, oxygen, nitrogen, and hydrogen. In this case, an etching effect can be exerted in addition to the above-mentioned effect of turning the water vapor into plasma. In particular, if the compounding amount is about 10% or less, the etching effect has a higher priority than the fluoride over the oxide, and therefore, the substrate to be treated such as the
ここで水蒸気を含む処理ガスWは0.5〜20Paの圧力となるように供給するのが好ましい。処理ガスWの圧力供給圧が0.5Pa未満ではプラズマ化しにくくなる一方、20Paを超えてもそれ以上の効果の向上が得られないばかりか、上部電極2などの処理対象の素地を損耗しやすくなるため好ましくない。
Here, the processing gas W containing water vapor is preferably supplied so as to have a pressure of 0.5 to 20 Pa. When the pressure supply pressure of the processing gas W is less than 0.5 Pa, it is difficult to form a plasma, and when the pressure exceeds 20 Pa, not only the effect cannot be further improved, but also the substrate to be treated such as the
また、RF電源4を用いて高周波を印加する処理ガスWをプラズマ化するための高周波出力は5〜300W/cm2であるのが好ましい。高周波出力が5W/cm2未満ではプラズマが発生しにくくなり、上部電極2などの処理対象に付着したYF3などのフッ化物としての付着物を変性する効果が十分に得られなくなる一方、300W/cm2を超えてもそれ以上の効果の向上が得られないばかりか、上部電極2など処理対象自体を破損しやすくなるため好ましくない。なお、上記出力の場合、一般的なプラズマ処理装置では装置全体としての高周波出力は2500〜10000Wの範囲内となる。
Further, it is preferable that the high frequency output for converting the processing gas W to which the high frequency is applied using the
このプラズマ化した処理ガスWによる処理時間は特に制限はないが、あまり長時間では経済的でない一方、短時間では十分なクリーニング効果が得られないことから3〜30分程度行えばよい。 There is no particular limitation on the processing time of the plasma-treated processing gas W, but if it is not economical if it is too long, a sufficient cleaning effect cannot be obtained if it is short, so it may be performed for about 3 to 30 minutes.
上述したような本実施形態のプラズマ処理装置のクリーニング方法により、処理チャンバ1内設けられた構成部材としての上部電極2、下部電極3及び内壁板3A、さらには処理チャンバ1の内壁面に付着した付着物を除去することができる。特にフッ化物としての付着物が付着しやすく、かつこの付着物が厚くなりやすい上部電極2のクリーニングに好適である。
According to the cleaning method of the plasma processing apparatus of the present embodiment as described above, the
次に本発明の第二の実施形態について説明する。第二実施形態のプラズマ処理装置のクリーニング装置は、図2に示すように水蒸気を含む処理ガスWを噴霧するガス導入管5が上部電極2に設けられ、上部電極2の下面に噴霧口5Aが形成されている以外は、前述した第一の実施形態と同じ構成を有する。このガス導入管5は、エッチング用などのハロゲンガスの供給用管と共有すればよい。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the cleaning device of the plasma processing apparatus according to the second embodiment, as shown in FIG. 2, a
本実施形態のようにガス導入管5を上部電極2に設けることにより、前述した第一の実施形態と同様の作用を発揮するだけでなく、水蒸気を含む処理ガスWを噴霧するガス導入管5を別途設ける必要がなく、半導体基板などの加工用のエッチング用などのハロゲンガスの供給用管を共用して、必要に応じて切り変えればよく、既存の装置を簡易に改良して、本実施形態の装置とすることができる。
By providing the
以上、本実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は上記各核実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、水蒸気を含む処理ガスWを噴霧するガス導入管5及び噴霧口5Aは、処理チャンバ1の上部に限定されず、下部電極3や内壁板3Aを中心にクリーニングしたい場合には、処理チャンバ1の下側に設けてもよいし、下側から上部電極2に向けて処理ガスWを噴霧する構造としてもよい。
Although the present embodiment has been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above-described nuclear embodiments, and various modifications are possible. For example, the
以下の具体的実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例1〜9〕
アルミニウム板の表面にイットリア溶射により200μmのイットリア被膜を形成しこれを素地とした。このイットリア被膜形成アルミニウム板をCF4ガスのプラズマに晒すことにより、イットリア被膜の表層に模擬付着物を形成させ、試験用の模擬上部電極2とした。この模擬上部電極2上の付着物の厚さは約2μmであった。
The following specific examples illustrate the invention in more detail.
[Examples 1 to 9]
A 200 μm yttria coating was formed on the surface of the aluminum plate by yttria spraying and used as a substrate. The simulated deposit was formed on the surface layer of the yttria coating by exposing the aluminum plate on which the yttria coating was formed to plasma of CF 4 gas, and the simulated
この試験用の模擬上部電極2を図1に示すクリーニング装置の処理チャンバ1内にセットし、この処理チャンバ1内を10−3Pa以下に減圧し、水蒸気を含む処理ガスWを表1に示すように0.5〜25Paで供給するとともに表1に示すように1〜500W/cm2の高周波出力で、処理ガスWをプラズマ化して10分間クリーニング処理を行った。これらの処理条件を表1に示す。また、処理後の上部電極2の表層の元素構成比をXPS測定するとともに、素地であるイットリア被膜の膜厚の減少量を計測した。結果を表2に示す。なお、参考例としてクリーニング模擬付着物を形成しクリーニングする前の上部電極2の表層の元素構成比のXPS測定結果を表2にあわせて示す。
The simulated
〔比較例1〕
実施例1で使用したのと同じ条件で模擬付着物を形成した試験用の上部電極2を図1に示すクリーニング装置の処理チャンバ1内にセットし、この処理チャンバ1内を10−3Pa以下に減圧し、処理ガスとしてArを10Paで供給するとともに300W/cm2の高周波出力で、処理ガスWをプラズマ化して10分間クリーニング処理を行った。これらの処理条件を表1に示す。また、処理後の上部電極2の表層の元素構成比をXPS測定するとともに、素地であるイットリア被膜の膜厚の減少量を計測した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
The
〔比較例2〕
実施例1で使用したのと同じ条件で模擬付着物を形成した試験用の上部電極2を図1に示すクリーニング装置の処理チャンバ1内にセットし、この処理チャンバ1内を10−3Pa以下に減圧し、処理ガスとしてH2を10Paで供給するとともに300W/cm2の高周波出力で、処理ガスWをプラズマ化して10分間クリーニング処理を行った。これらの処理条件を表1に示す。また、処理後の上部電極2の表層の元素構成比をXPS測定するとともに、素地であるイットリア被膜の膜厚の減少量を計測した。結果を表2に示す。
[Comparative Example 2]
The
表1及び表2から明らかなとおり、試験用の上部電極2の表層の組成の変化から実施例1〜9のクリーニング方法によれば、10分間の処理時間で参考例と比べてフッ素が減少しており付着物を選択的にクリーニングすることができることがわかる。これはYF3などのフッ化物が水蒸気プラズマに起因する水素ラジカル(H・)と反応して、HFとして除去される一方、陽イオン側のイットリウムがヒドロキシラジカル(OH・)と反応してイットリアとなるためであると考えられる。
As is clear from Tables 1 and 2, from the change in the composition of the surface layer of the test
特に水蒸気を含む処理ガスWの圧力が3Paでは、高周波電源の出力を5W/cm2以上とすることでクリーニング効果が大きいが、高周波電源の出力が300W/cm2超える実施例9では、イットリア被膜の減少が大きかった。また、高周波電源の出力が300W/cm2で水蒸気を含む処理ガスWの圧力が20Paを超える実施例8では、イットリア被膜の損耗がわずかに認められた。 In particular, when the pressure of the processing gas W containing water vapor is 3 Pa, the cleaning effect is large by setting the output of the high-frequency power supply to 5 W / cm 2 or more, but in Example 9 where the output of the high-frequency power supply exceeds 300 W / cm 2 , the yttria coating The decrease was significant. Further, in Example 8 in which the output of the high-frequency power supply was 300 W / cm 2 and the pressure of the processing gas W containing water vapor exceeded 20 Pa, slight wear of the yttria coating was observed.
これに対し、Arを処理ガスとしてプラズマ化して同様にして処理チャンバ1内で試験用の上部電極2を処理した比較例1では、イットリア被膜の損耗が認められ、水素を処理ガスとしてプラズマ化して同様にして処理チャンバ1内で試験用の上部電極2を処理した比較例1では、元素構成比が、クリーニングする前の参考例に近いものであり、10分程度のクリーニングでは付着物が十分に除去でないことがわかる。
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the test
1…処理チャンバ
2…上部電極
3…下部電極
4…RF(高周波)電源
5…ガス導入管
5A…噴霧口
6…排気口
W…水蒸気を含む処理ガス
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記付着物がフッ化物であり、
前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを供給し、
前記水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化し、
該プラズマ化した水蒸気を含む処理ガスにより前記処理チャンバ内の構成部材及び/又は前記処理チャンバの内壁面を処理する
ことを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング方法。 A processing chamber for accommodating the substrate to be processed, a lower electrode disposed in the processing chamber and on which the substrate to be processed is mounted, an upper electrode facing the lower electrode, and a reduced pressure for reducing the pressure in the processing chamber. A cleaning method for a plasma processing apparatus, comprising: removing components attached to components in the processing chamber and / or inner wall surfaces of the processing chamber of the plasma processing apparatus having a mechanism.
The deposit is fluoride,
Supplying a processing gas containing water vapor into the processing chamber;
Turning the processing gas containing water vapor into plasma,
A method for cleaning a plasma processing apparatus, comprising processing a component in the processing chamber and / or an inner wall surface of the processing chamber with the processing gas containing the water vapor converted into plasma.
前記付着物がフッ化物であり、
前記処理チャンバ内に水蒸気を含む処理ガスを噴霧する噴霧機構
を備え、
前記水蒸気を含む処理ガスをプラズマ化し、
該プラズマ化した水蒸気を含む処理ガスにより前記処理チャンバ内の構成部材を処理することを特徴とするプラズマ処理装置のクリーニング装置。 A processing chamber for accommodating the substrate to be processed, a lower electrode disposed in the processing chamber and on which the substrate to be processed is mounted, an upper electrode facing the lower electrode, and a reduced pressure for reducing the pressure in the processing chamber. A cleaning device for a plasma processing apparatus, which removes a component adhered to the processing chamber and / or an inner wall surface of the processing chamber of the plasma processing apparatus having a mechanism,
The deposit is fluoride,
A spray mechanism for spraying a processing gas containing water vapor into the processing chamber ,
Turning the processing gas containing water vapor into plasma,
A cleaning apparatus for a plasma processing apparatus, wherein a constituent member in the processing chamber is processed by the processing gas containing the water vapor converted into plasma.
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