JP2014120680A - Plasma processing apparatus and cleaning method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波電力が供給されるアンテナを介して処理室内にプラズマを発生させて所定の処理を行うプラズマ処理装置およびそのクリーニング方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs a predetermined process by generating plasma in a processing chamber via an antenna supplied with high-frequency power, and a cleaning method therefor.
高周波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置に属するものとして、代表的なものに、容量結合型プラズマを生成する容量結合型のプラズマ処理装置と、誘導結合型プラズマを生成するプラズマ処理装置とがある。
プラズマ処理装置ではアンテナに高周波電力を供給して電磁誘導により発生する誘電磁界によってプラズマを発生させるものである。
プラズマ処理装置の構成としては、アンテナを処理室外に配置したものや、アンテナを処理室内に配置したものが知られている（例えば非特許文献１参照）。
また、プラズマ処理装置では、アンテナを処理室外に配置する場合、アンテナから発生する磁界が処理室内に及ぶように処理室壁の一部を開口して誘電体窓を設けたり、アンテナを処理室内に配置する場合、プラズマによるアンテナエッチングを回避するためアンテナとプラズマ発生部との間に誘電体を配置したりするものが知られている。
Typical examples of a plasma processing apparatus that generates plasma using high frequency include a capacitively coupled plasma processing apparatus that generates capacitively coupled plasma and a plasma processing apparatus that generates inductively coupled plasma. is there.
In a plasma processing apparatus, plasma is generated by a dielectric magnetic field generated by electromagnetic induction by supplying high-frequency power to an antenna.
Known configurations of the plasma processing apparatus include an antenna disposed outside the processing chamber and an antenna disposed within the processing chamber (see, for example, Non-Patent Document 1).
In the plasma processing apparatus, when the antenna is disposed outside the processing chamber, a dielectric window is provided by opening a part of the processing chamber wall so that the magnetic field generated from the antenna reaches the processing chamber, or the antenna is disposed in the processing chamber. In order to avoid the antenna etching due to the plasma, it is known to arrange a dielectric between the antenna and the plasma generator.
このようなプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置などに使用する場合、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する場合には、原料ガスとして一般的にモノシラン（ＳｉＨ４）ガスが用いられる。
このような原料ガスを用いてプラズマ処理により成膜をする場合、ウエハなどの被処理体上のみならず、処理室の内壁面などの処理室内の部材上にシリコン系の膜が付着する。このような処理室内への膜の付着は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する場合だけでなく、種々の処理において生じることがある。付着膜は、ある程度の膜厚になると剥離してパーティクルとなって被処理体上に落下し、被処理体上に成膜中の薄膜に混入して薄膜の膜質が劣化するなどの不都合が生じることがある。また、アンテナ近傍や誘電体にも膜が形成されると、プラズマ生成に際し誘導磁界の作用が全体的または部分的に弱められてプラズマ発生が均一にできなかったり、不安定になったりする問題もある。
When such a plasma processing apparatus is used for a plasma CVD apparatus or the like, for example, when a silicon nitride film (SiN film) is formed, monosilane (SiH 4 ) gas is generally used as a source gas.
When film formation is performed by plasma processing using such a source gas, a silicon-based film adheres not only on an object to be processed such as a wafer but also on a member in the processing chamber such as an inner wall surface of the processing chamber. Such deposition of the film into the processing chamber may occur not only in the case of forming a silicon nitride film (SiN film) but also in various processes. When the film thickness reaches a certain level, it peels off and falls as particles on the object to be processed, resulting in inconveniences such as deterioration of the film quality due to mixing with the thin film being formed on the object. Sometimes. Also, if a film is formed near the antenna or dielectric, the action of the induced magnetic field is weakened in whole or in part during plasma generation, and the plasma generation cannot be made uniform or unstable. is there.
上記問題への対策としては、例えば特許文献１および２に提案されているクリーニング方法が知られている。これらのクリーニング方法では、処理室内の部材上に堆積した膜を除去するために、フッ素系ガスをクリーニングガスとして用いられている。
具体的には、例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスなどのフッ素系ガスをクリーニングガスとして処理室内に導入するとともに、アンテナに高周波電流を流すことによりフッ素系ガスをプラズマ化する。プラズマ化されたフッ素系ガスは、処理室の内壁面などに堆積したシリコン系の膜と反応し、シリコン系の膜が分解されて四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）のガスとして処理室外に排出される。
As measures against the above problems, for example, cleaning methods proposed in
Specifically, for example, a fluorine-based gas such as nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas is introduced into the processing chamber as a cleaning gas, and the fluorine-based gas is turned into plasma by flowing a high-frequency current through the antenna. The plasma-based fluorine-based gas reacts with the silicon-based film deposited on the inner wall surface of the processing chamber, and the silicon-based film is decomposed and discharged out of the processing chamber as a silicon tetrafluoride (SiF 4 ) gas. The
しかし、フッ素系ガスを用いたクリーニングでは、フッ素系ガスが、処理室内に堆積した膜の分解だけでなく処理室内の部材を腐食させる作用があるため、処理室内壁、防着板、ヒーターステージなどの処理室内の部材に耐食性に優れた材質を選定する必要があり、装置設備のコスト増を招く。
また、クリーニング後には、フッ素系ガスやその分解成分を処理室内から十分に排除する必要があり、処理に時間を要し生産効率が低下する。また、上記排除によっても処理室内においては、クリーニングの結果生じるフッ素成分を完全に除去することが難しく、クリーニング処理直後の通常処理では残存成分による悪影響が生じるおそれがある。
また、上記のようにフッ素系ガスは、腐食性の他、毒性、温室効果などの特性を有するものもあり、排ガスの除害処理を行うことが必要になるという負担もある。
However, in cleaning using a fluorine-based gas, the fluorine-based gas not only decomposes the film deposited in the processing chamber but also corrodes the members in the processing chamber, so that the processing chamber wall, deposition plate, heater stage, etc. Therefore, it is necessary to select a material having excellent corrosion resistance for the members in the processing chamber, which increases the cost of the equipment.
Further, after cleaning, it is necessary to sufficiently remove the fluorine-based gas and its decomposition components from the processing chamber, which requires time for the processing and decreases the production efficiency. In addition, even with the above exclusion, it is difficult to completely remove the fluorine component generated as a result of cleaning in the processing chamber, and the normal processing immediately after the cleaning processing may cause an adverse effect due to the remaining components.
Further, as described above, some fluorine-based gases have characteristics such as toxicity and greenhouse effect in addition to corrosiveness, and there is a burden that it is necessary to perform exhaust gas detoxification treatment.
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、フッ素系ガスによる上記各問題点を軽減するとともに、処理室内のクリーニングを効果的に行うことができるプラズマ処理装置およびそのクリーニング方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a plasma processing apparatus and a cleaning method thereof capable of reducing the above-described problems caused by fluorine-based gas and effectively cleaning the processing chamber. For the purpose.
すなわち、本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法のうち、第１の本発明は、高周波電力をアンテナに供給しプラズマを処理室内に発生させて処理を行うプラズマ処理装置のクリーニング方法であって、
プラズマ発生用のクリーニングガスを前記処理室内に導入し、通常処理時よりも相対的に前記アンテナに近い側にプラズマを発生させ、前記プラズマによって前記処理室内のクリーニングを行うことを特徴とする。
That is, among the cleaning methods of the plasma processing apparatus of the present invention, the first present invention is a cleaning method of a plasma processing apparatus for performing processing by supplying high-frequency power to an antenna and generating plasma in a processing chamber,
A cleaning gas for generating plasma is introduced into the processing chamber, plasma is generated relatively closer to the antenna than during normal processing, and the processing chamber is cleaned by the plasma.
第２の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第１の本発明において、前記クリーニングの際の高周波電力を、通常処理時の高周波電力よりも低くして前記プラズマを通常処理時よりも相対的に前記アンテナに近い側に発生させることを特徴とする。 The plasma processing apparatus cleaning method according to the second aspect of the present invention is the method of cleaning according to the first aspect of the present invention, wherein the high frequency power at the time of the cleaning is set lower than the high frequency power at the time of normal processing so It is generated on the side relatively close to the antenna.
第３の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第２の本発明において、前記クリーニングの際の高周波電力が、通常処理時の高周波電力の１／３以下であることを特徴とする。 A cleaning method for a plasma processing apparatus according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect of the present invention, the high-frequency power during the cleaning is 1/3 or less of the high-frequency power during normal processing.
第４の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第２または第３の本発明のにおいて、前記アンテナ１本あたりに供給される高周波電力が１０Ｗ／ｃｍ２未満であることを特徴とする。 The plasma processing apparatus cleaning method according to the fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the second or third aspect of the present invention, the high-frequency power supplied per antenna is less than 10 W / cm 2. .
第５の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記クリーニングの際の処理室内圧力が、２０Ｐａ以下であることを特徴とする。 The cleaning method for a plasma processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, the pressure in the processing chamber during the cleaning is 20 Pa or less.
第６の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記クリーニングガスが、水素ガス、窒素ガス、およびアルゴンガスのうちの１種または２種以上からなることを特徴とする。 A cleaning method for a plasma processing apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the cleaning method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the cleaning gas is one or two of hydrogen gas, nitrogen gas, and argon gas. It is characterized by the above.
第７の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記クリーニングガスが、前記通常処理時に前記処理室内に導入するガスの少なくとも１種と同種であることを特徴とする。 A cleaning method for a plasma processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the method for cleaning a plasma processing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the cleaning gas is the same type as at least one kind of gas introduced into the processing chamber during the normal processing. It is characterized by being.
第８の本発明のプラズマ処理装置のクリーニング方法は、前記第１〜第７の本発明のいずれかにおいて、通常処理時よりも相対的に前記アンテナに近い側に発生させるプラズマによる前記クリーニングと、腐食性ガスを用いて前記クリーニング時の高周波電力よりも高い高周波電力でプラズマを発生させるクリーニングとをそれぞれ時機を異にして行うことを特徴とする。 The plasma processing apparatus cleaning method according to an eighth aspect of the present invention is the cleaning method according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, wherein the cleaning is performed with plasma generated relatively closer to the antenna than during normal processing. It is characterized in that cleaning using a corrosive gas to generate plasma with high frequency power higher than the high frequency power at the time of cleaning is performed at different times.
第９の本発明のプラズマ処理装置は、高周波電力が供給されるアンテナと、通常処理時用に高周波電力を供給する通常時高周波電源と、前記アンテナによって発生するプラズマによる処理が行われる処理室と、前記処理室にプラズマ発生用のクリーニングガスを導入するクリーニングガス導入ラインと、前記アンテナにクリーニング用として通常処理時よりも相対的に低い高周波電力を供給するクリーニング用高周波電源と、を備えることを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to a ninth aspect of the present invention includes an antenna to which high-frequency power is supplied, a normal-time high-frequency power source that supplies high-frequency power for normal processing, and a processing chamber in which processing using plasma generated by the antenna is performed. A cleaning gas introduction line for introducing a cleaning gas for generating plasma into the processing chamber, and a cleaning high-frequency power source for supplying a relatively low-frequency power to the antenna for cleaning as compared with normal processing. Features.
第１０の本発明のプラズマ処理装置は、前記第９の本発明において、前記通常処理によって薄膜を基板上に形成するものであることを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that, in the ninth aspect of the present invention, a thin film is formed on a substrate by the normal processing.
第１１の本発明のプラズマ処理装置は、前記第９または第１０の本発明において、前記アンテナと該アンテナへの高周波電力の供給によって生じるプラズマ発生空間とを隔てる誘電体を備えることを特徴とする。 An eleventh aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the ninth or tenth aspect of the present invention, further comprising a dielectric that separates the antenna and a plasma generation space generated by supplying high-frequency power to the antenna. .
本発明によれば、通常処理時よりも相対的にアンテナに近い側でプラズマが発生し、プラズマの作用を受けたクリーニングガスまたはプラズマ化されたクリーニングガスによってアンテナに近い側での処理室内クリーニングが行われる。特にアンテナや誘電体に付着した膜を除去して通常処理時に際してのプラズマの均一化、安定化を図ることができる。
なお、通常処理時よりも相対的にアンテナに近い側でプラズマが発生するとは、発生する位置が通常処理時よりもアンテナに近い側であること、また、プラズマの発生が通常処理時よりもアンテナに近い側に偏っていることの一方または両方を意味する。なお、通常処理には、成膜、エッチング処理などを含む。
According to the present invention, plasma is generated on the side relatively closer to the antenna than during normal processing, and cleaning in the processing chamber on the side close to the antenna is performed by the cleaning gas that has been subjected to the action of the plasma or the plasmaized cleaning gas. Done. In particular, the film adhering to the antenna and the dielectric can be removed to make the plasma uniform and stable during normal processing.
Note that plasma is generated on the side relatively closer to the antenna than at the time of normal processing is that the position where the plasma is generated is closer to the antenna than at the time of normal processing. It means one or both of being biased to the side closer to. Note that normal processing includes film formation, etching, and the like.
本発明におけるクリーニングガスとしては、特定の種類のものに限定されるものではないが、窒素（Ｎ２）ガス、Ａｒなどの希ガスなどの不活性ガスや、水素（Ｈ２）ガスなどを用いることができ、これらガスの１種または２種以上を用いることができ、２種以上のガスは混合ガスとして用いることもできる。クリーニング時に反応が生じないものが好適に用いられる。クリーニングガスとして腐食性ガスでないものを用いれば、クリーニングガスに由来する成分の除去負担が小さくなり、残存物の影響も小さくすることができる。
なお、本発明においても、クリーニングガスとして、フッ素系ガスなどの腐食性ガスを用いることも可能ではあり、プラズマの作用がアンテナに近い側に及ぶので、処理室全体に対するガスの悪影響は小さくなる。したがってフッ素系ガスなどの腐食性ガスを用いても、処理室内の部材への腐食ダメージが小さくなる。また、所望により腐食性ガスの量を少なくして処理をすることもできる。
The cleaning gas in the present invention is not limited to a specific type, but an inert gas such as nitrogen (N 2 ) gas or a rare gas such as Ar, hydrogen (H 2 ) gas, or the like is used. One or two or more of these gases can be used, and the two or more gases can be used as a mixed gas. Those that do not react during cleaning are preferably used. If a non-corrosive gas is used as the cleaning gas, the burden of removing components derived from the cleaning gas is reduced, and the influence of the residue can be reduced.
In the present invention, it is also possible to use a corrosive gas such as a fluorine-based gas as the cleaning gas, and since the plasma action reaches the side closer to the antenna, the adverse effect of the gas on the entire processing chamber is reduced. Therefore, even when a corrosive gas such as a fluorine-based gas is used, corrosion damage to members in the processing chamber is reduced. In addition, if desired, the amount of corrosive gas can be reduced for processing.
また、クリーニングガスとしては、通常処理時に処理室内に導入するガスの少なくとも１種と同種のガスを用いることができる。例えば、通常処理としてモノシランガスと窒素ガスを処理室内に導入してシリコン窒化膜を成膜する場合に、成膜に用いるガスのうちの１種と同種である窒素ガスをクリーニングガスとして用いることができる。クリーニングガスと処理用のガスとを同種とすることで、クリーニング後のガス排除の負担や残存物による悪影響を大幅に軽減することができる。 Further, as the cleaning gas, it is possible to use the same type of gas as at least one of the gases introduced into the processing chamber during normal processing. For example, when a silicon nitride film is formed by introducing a monosilane gas and a nitrogen gas into the processing chamber as a normal process, a nitrogen gas that is the same kind as one of the gases used for the film formation can be used as the cleaning gas. . By using the same type of cleaning gas and processing gas, it is possible to significantly reduce the burden of gas removal after cleaning and the adverse effects caused by the residue.
通常処理時よりも相対的にアンテナに近い側にプラズマを発生させる方法としては、特定の方法に限定されるものではないが、例えば、クリーニング時にアンテナに供給する高周波電力を、通常時にアンテナに供給する高周波電力より低くする。
例えば、クリーニングの際の高周波電力を、通常処理時の高周波電力の１／３以下にすることにより、クリーニングが可能な程度にプラズマを発生させることができる。
また、クリーニングの際にアンテナ１本あたりに供給する高周波電力を１０Ｗ／ｃｍ２未満とすることができる。
The method of generating plasma relatively closer to the antenna than during normal processing is not limited to a specific method. For example, high-frequency power supplied to the antenna during cleaning is supplied to the antenna during normal processing. Lower than the high frequency power
For example, plasma can be generated to the extent that cleaning is possible by setting the high-frequency power during cleaning to 1/3 or less of the high-frequency power during normal processing.
Further, the high frequency power supplied per antenna at the time of cleaning can be less than 10 W / cm 2 .
また、クリーニング時の処理室内の圧力は、必要とされるプラズマの状態などに応じて適宜設定することができるが、例えば、２０Ｐａ以下とするのが望ましく、１０Ｐａ以下とするのが一層望ましい。アンテナに供給する高周波電力を低くする際には、圧力を低くすることでプラズマ発生効率を高めることができる。 The pressure in the processing chamber at the time of cleaning can be appropriately set according to the required plasma state and the like. For example, it is preferably 20 Pa or less, and more preferably 10 Pa or less. When reducing the high frequency power supplied to the antenna, the plasma generation efficiency can be increased by reducing the pressure.
また、通常処理時よりも相対的にアンテナに近い側に発生させるプラズマによるクリーニングは、腐食性ガスを用いて高周波電力を高くして（例えば通常時と同様の電力）、プラズマを発生させるクリーニングと併用することができ、両クリーニングを時機を異にして行うことができる。
通常処理時よりも相対的にアンテナに近い側に発生させるプラズマによるクリーニングを適宜行うことで、アンテナによる誘導磁界を安定化することができる。アンテナ近傍への膜付着による影響は、処理室内全体への膜付着による影響よりも比較的短時間で生じる。このため、従来、腐食性ガスを用いたクリーニングでは、アンテナ近傍での膜付着による影響排除を考慮してクリーニング周期を定めている。一方、本発明では、アンテナ近傍の膜剥離は通常処理時よりも相対的にアンテナに近い側に発生させるプラズマによるクリーニングで行い、処理室全体への膜剥離は腐食性ガスを用いてクリーニングを行うことで、腐食性ガスを用いたクリーニングについて、回数を少なくし、またクリーニング間隔を長くすることができ、腐食性ガスを用いたクリーニングによる悪影響が軽減される上に、クリーニングが効果的になされる。
In addition, cleaning with plasma that is generated closer to the antenna than during normal processing includes cleaning that generates high-frequency power using corrosive gas (for example, the same power as during normal processing) and generates plasma. Both cleanings can be performed at different times.
The induction magnetic field generated by the antenna can be stabilized by appropriately performing cleaning with plasma that is generated closer to the antenna than during normal processing. The influence of the film adhesion near the antenna occurs in a relatively short time than the influence of the film adhesion on the entire processing chamber. For this reason, conventionally, in cleaning using a corrosive gas, the cleaning cycle is determined in consideration of the influence of film adhesion in the vicinity of the antenna. On the other hand, in the present invention, the film peeling near the antenna is performed by cleaning with plasma generated on the side relatively closer to the antenna than during normal processing, and the film peeling to the entire processing chamber is performed using a corrosive gas. As a result, the number of cleanings using a corrosive gas can be reduced, and the cleaning interval can be increased. The adverse effects of cleaning using a corrosive gas can be reduced, and cleaning can be performed effectively. .
また、アンテナに高周波電力を供給する高周波電源としては、特に限定されるものではなく、種々のものを用いることができる。
例えば、単一の可変出力の高周波電源を用いて、クリーニング時にアンテナに供給する高周波電力と通常処理時の高周波電力とを調整するようにしてもよい。また、プラズマをアンテナに近い側に発生させるクリーニング時の高周波電源と、通常処理時の高周波電源とを別体で備えるものであってもよい。
Further, the high frequency power supply for supplying high frequency power to the antenna is not particularly limited, and various types can be used.
For example, a single variable output high frequency power supply may be used to adjust the high frequency power supplied to the antenna during cleaning and the high frequency power during normal processing. Further, a high-frequency power source for cleaning that generates plasma on the side close to the antenna and a high-frequency power source for normal processing may be provided separately.
なお、プラズマ処理装置における通常処理としては、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）による被処理体上への薄膜の成膜のほか、プラズマによる被処理体のエッチングなどを例示することができる。また、これら通常処理における被処理体としては、シリコンウエハなどの半導体基板、ガラス基板などを例示することができる。 Examples of normal processing in the plasma processing apparatus include film formation on a target object by plasma chemical vapor deposition (plasma CVD method), etching of the target object by plasma, and the like. . Examples of the object to be processed in these normal processes include a semiconductor substrate such as a silicon wafer, a glass substrate, and the like.
以上説明したように、本発明によれば、腐食性ガスを用いてクリーニングする際の悪影響を軽減して、プラズマ処理装置の処理室内を効果的にクリーニングすることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to effectively clean the processing chamber of the plasma processing apparatus while reducing the adverse effect of cleaning with the corrosive gas.
（実施形態１）
本発明の一実施形態の誘導結合型のプラズマ処理装置１について図１を用いて説明する。
この形態のプラズマ処理装置は、原料ガスにＳｉＨ４を用い、Ｎ２との反応により、ＳｉＮ膜を形成する外部アンテナ式プラズマＣＶＤ装置に係るものである。
(Embodiment 1)
An inductively coupled
This form of plasma processing apparatus relates to an external antenna plasma CVD apparatus that uses SiH 4 as a source gas and forms a SiN film by reaction with N 2 .
プラズマ処理装置１は、図示するように、真空減圧可能な処理室２を備えており、処理室２には、処理室２内を真空排気する真空排気系３が接続されている。
処理室２内には、被処理体である基板４を保持するための基板ホルダー５が設けられている。基板４は、シリコンウエハなどの半導体基板や、ガラス基板などである。基板ホルダー５には、図示しない基板用ヒーターを設けて基板ホルダー５上の基板４を加熱できるようにしてもよい。また、基板ホルダー５を処理室２と絶縁し、さらに図示しないバイアスを掛けられるバイアス電源を備えることで、基板ホルダー５上の基板４にバイアスを印加した状態でプラズマ処理を行うことができる。
As shown in the figure, the
In the
また処理室２の外側上部には、一個もしくは複数の高周波プラズマ源６が設けられており、高周波印加プラズマ源６にはアンテナ７が内装されており、アンテナ７は、処理室２外部に配置されている。高周波プラズマ源６にはマッチングボックス１０を介して高周波電源１１の一方が接続されており、高周波電源１1の他方は接地電位に接続されている。また、処理室２も同様に接地電位に接続されている。高周波電源１１の出力周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。
高周波プラズマ源６は処理室２の上部壁部に設けられた誘電体の窓８の外側直上に設置されており、誘電体の窓８を通して処理室２内のプラズマ生成部９でプラズマを発生させることができる。
In addition, one or a plurality of high-
The high-
処理室２の一側壁には、処理室２内に原料ガスであるＳｉＨ４ガスを供給する原料ガス供給部２０が設けられており、原料ガス供給部２０は、処理室２に一端が接続された原料ガス導入管２１と、原料ガス導入管２１の他端に接続された原料ガスソース２２とを備えている。
一方、処理室２の他側壁には、処理室２内にＳｉＮ膜形成用の反応ガスとクリーニングガスを兼用するＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給部２５が設けられている。Ｎ２ガス供給部２５は、処理室２に一端が接続されたＮ２ガス導入管２６と、Ｎ２ガス導入管２６の他端に接続されたＮ２ガスソース２７とを備えている。Ｎ２ガス供給部２５は、本発明のクリーニングガス導入ラインにも相当する。
A source
On the other hand, the other side wall of the
本実施形態では、原料ガスにＳｉＨ４を用いているが、原料ガスがこれに限定されるものではない。また、原料ガスの供給部２０が処理室２の側面に位置しているが、設置位置が限定されるものではなく、かつ複数でも構わない。
また、この実施形態ではクリーニングガスとして成膜用のＮ２ガスを兼用しているが、他の不活性ガス、例えばＡｒガスやＨ２を供給する供給部を別途設けて使用しても構わない。また、供給部の位置、数も原料ガスと同様に限定されるものではない。
この実施形態では、成膜用のガスを用いるため成膜に用いる導入管を用いているが、クリーニングガス専用の導入管を設けることも可能である。
In this embodiment, SiH 4 is used as the source gas, but the source gas is not limited to this. Further, the source
In this embodiment, the N 2 gas for film formation is also used as the cleaning gas. However, a supply unit for supplying other inert gas, for example, Ar gas or H 2 may be provided separately. . Further, the position and number of the supply units are not limited as in the case of the source gas.
In this embodiment, since the film forming gas is used, the introduction pipe used for film formation is used. However, it is also possible to provide an introduction pipe dedicated to the cleaning gas.
次に、上記図１に示すプラズマ処理装置１の薄膜成膜（通常処理）時の動作について説明する。
基板ホルダー５上に、被処理体である基板４を載置して保持し、真空排気系３により処理室２内を真空排気して、処理室２内を所定の圧力の真空状態とする。処理室２内が所定圧力となった後、基板ホルダー５を基板用ヒーターで加熱し、基板ホルダー５上の基板４を所定の温度に調整する。なお、真空排気系３では、以後、処理室２内を所定の圧力に維持するように排気を継続する。
Next, the operation of the
The
さらに、原料ガス供給部２０において、原料ガスソース２２から原料ガス導入管２１を通してＳｉＨ４ガスを供給し、処理室２内にＳｉＨ４ガスを導入する。同じく、Ｎ２ガス供給部２５において、Ｎ２ガスソース２７からＮ２ガス導入管２６を通して供給し、処理室２内にＮ２ガスを供給し、例えば処理室内の圧力が２０Ｐａ超に設定される。
Further, in the source
また高周波プラズマ源６には、マッチングボックス１０を介して高周波電源１１から高周波電力を供給する。この場合、高周波電源１１は、通常時高周波電源として機能する。すると、高周波プラズマ源６の近傍では、原料および反応ガスがプラズマ生成部９に送り出され、誘電体窓８を通して高周波プラズマ源６から発生する高周波電界に晒されてプラズマ化する。この結果、基板４にシリコン窒化膜からなる薄膜が堆積する。また、その一方で、基板４だけでなく、基板ホルダー５や誘電体の窓８を含む処理室２内の各構成部品（図示しない防着板など）に膜が付着し、堆積する。処理室２内の構成部品に堆積した膜は一定の厚みになるとパーティクルになる。
The high
次に、上記図１に示すプラズマ処理装置１をクリーニングする方法について説明する。この実施形態では、特にアンテナ近傍に設置される誘電体の窓８に堆積した薄膜の除去を行う。
Next, a method for cleaning the
基板ホルダー５上に、基板４と同形状のダミー基板４ａを載置して保持する。ダミー基板４ａにより、クリーニングに際し基板ホルダー５が汚染されるのを防止できる。
次いで、真空排気系３により処理室２内を真空排気して、処理室２内を所定の圧力の真空状態とする。真空排気系３では、以後、処理室２内が所定の圧力に維持されるように排気を継続する。
On the
Next, the inside of the
所定圧力になった後、Ｎ２ガス供給部２５においてＮ２ガスソース２７からＮ２ガス導入管２６を通してＮ２ガスを供給し、処理室２内にＮ２ガスを導入する。この際のＮ２ガスはクリーニングガスとして処理室２内に導入される。Ｎ２ガス導入後の処理室２内の圧力は２０Ｐａ以下、望ましくは１０Ｐａ以下に設定する。
また高周波プラズマ源６には、マッチングボックス１０を介して高周波電源１１から高周波電力を供給する。このとき印加する電力は、安定放電可能な電力、具体的には１０Ｗ／ｃｍ２以下が望ましい。これは通常処理時の高周波電力の１／３以下になっている。すなわち、この場合、高周波電源１１は、クリーニング用高周波電源として機能する。
After reaching a predetermined pressure, N 2 and N 2 gas was supplied from a
The high
すると、高周波プラズマ源６近傍の誘電体の窓８の周りのみプラズマが生成される。このときプラズマが発生する印加電圧によりアンテナ７の表層に電子が絡みつきガスが活性化される。この活性化したガスが誘電体の窓８の最表面をたたき、堆積した薄膜が剥離される。この結果、フッ素系のガスクリーニングなしで物理的にアンテナ近傍の堆積膜のクリーニングができる。このクリーニングによってアンテナの誘電磁界が堆積した膜で損なわれないように回復処置を行うことができる。
本実施形態では、処理室２にてフッ素系のクリーニングガスを使用しないので、処理室内の構成部材に制限がなく、かつフッ素系クリーニングガス用の除害装置を必要としない。
また、フッ素系ガスなどの腐食性ガスを用いた場合でも、プラズマ発生がアンテナ近傍に限られるため、処理室２内の構成部品に与えるダメージが小さくなり、構成部品の耐食性を従来よりも低いものにすることができる。
Then, plasma is generated only around the
In the present embodiment, since no fluorine-based cleaning gas is used in the
Even when a corrosive gas such as a fluorine-based gas is used, since plasma generation is limited to the vicinity of the antenna, damage to the components in the
（実施形態２）
なお、上記実施形態では、１つの高周波電源で、通常時高周波電源とクリーニング用高周波電源とを兼ねるものとしている。本発明としては、通常時高周波電源とクリーニング用高周波電源とを別体で構成するものにしてもよい。
図２のプラズマ処理装置１ａは、高周波電源として通常時高周波電源１１ａとクリーニング用高周波電源１１ｂとを備えるものであり、それぞれマッチングボックス１０ａ、１０ｂを介して高周波プラズマ源６に接続されている。なお、その他の構成では、前記実施形態と同様であり、前記実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態では、通常時とクリーニング時とで高周波電源を切り替えて使用する以外は、通常時の処理およびクリーニング処理ともに前記実施形態のプラズマ処理装置１と同様に行うことができる。
(Embodiment 2)
In the above embodiment, one high frequency power supply serves as both a normal high frequency power supply and a cleaning high frequency power supply. In the present invention, the normal high frequency power supply and the cleaning high frequency power supply may be configured separately.
The
In this embodiment, the normal processing and cleaning processing can be performed in the same manner as the
（実施形態３）
なお、上記各実施形態では、外部アンテナ式のプラズマ処理装置について説明したが、処理室内部にアンテナを備えるものであってもよい。以下、図３に基づいて説明する。なお、前記各実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この実施形態のプラズマ処理装置１ｂにおいても、原料ガスにＳｉＨ４を用い、Ｎ２との反応により、ＳｉＮ膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であり、内部アンテナ式である。
(Embodiment 3)
In each of the above embodiments, the external antenna type plasma processing apparatus has been described. However, an antenna may be provided in the processing chamber. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. In addition, about the structure similar to each said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted or simplified.
The
プラズマ処理装置１ｂは、処理室２を備え、処理室２には、処理室２内を真空排気する真空排気系３が接続されている。
処理室２内には、基板４を保持するための基板ホルダー５が設けられている。
処理室２の外側上部には、一個もしくは複数の高周波プラズマ源３０が設けられ、高周波印加プラズマ源３０にはアンテナ３１が接続されて処理室２内に位置している。高周波プラズマ源３０にはマッチングボックス１０を介して高周波電源１１の一方が接続されており、高周波電源１１の他方は接地電位に接続されている。また、処理室２も同様に接地電位に接続されている。高周波電源１１の出力周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚである。
アンテナ３１は、表面が誘電体３２で覆われており、誘電体３２を通して処理室２内のプラズマ生成部９でプラズマを発生させる。
The
A
One or a plurality of high-
The surface of the
処理室２の一側壁には、ＳｉＨ４ガスを供給する原料ガス供給部２０が設けられており、原料ガス供給部２０は、処理室２に一端が接続された原料ガス導入管２１と、原料ガス導入管２１の他端に接続された原料ガスソース２２とを備えている。処理室２の他側壁には、処理室２内にＳｉＮ膜形成用の反応ガスとクリーニングガスを兼用するＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給部２５が設けられている。Ｎ２ガス供給部２５は、処理室２に一端が接続されたＮ２ガス導入管２６と、Ｎ２ガス導入管２６の他端に接続されたＮ２ガスソース２７とを備えている。
A source
次に、プラズマ処理装置１ｂの薄膜成膜（通常処理）時の動作について説明する。
基板ホルダー５上に、被処理体である基板４を載置して保持し、真空排気系３により処理室２内を真空排気して、処理室２内を所定の圧力の真空状態とする。処理室２内が所定圧力となった後、基板ホルダー５を基板用ヒーターで加熱し、基板ホルダー５上の基板４を所定の温度に調整する。なお、真空排気系３では、以後、処理室２内を所定の圧力（例えば２０Ｐａ超）に維持するように排気を継続する。
Next, the operation of the
The
さらに、原料ガス供給部２０において、原料ガスソース２２から原料ガス導入管２１を通してＳｉＨ４ガスを供給し、処理室２内にＳｉＨ４ガスを導入する。同じく、Ｎ２ガス供給部２５において、Ｎ２ガスソース２７からＮ２ガス導入管２６を通して供給し、処理室２内にＮ２ガスを供給する。この実施形態においてもＮ２ガス供給部２５はクリーニングガス導入ラインに相当する。
また高周波プラズマ源３０には、マッチングボックス１０を介して高周波電源１１から高周波電力を供給する。この場合、高周波電源１１は、通常時高周波電源として機能する。すると、アンテナ３１の近傍では、原料および反応ガスがプラズマ生成部９に送り出され、誘電体窓３２を通して発生する高周波電界に晒されてプラズマ化する。この結果、基板４にシリコン窒化膜からなる薄膜が堆積する。また、その一方で、基板４だけでなく、処理室２内の各構成部品に膜が付着し、堆積する。
Further, in the source
The high
次に、プラズマ処理装置１ｂをクリーニングする方法について説明する。この実施形態では、特にアンテナ３１を覆う誘電体３２に堆積した薄膜の除去を行う。
Next, a method for cleaning the
基板ホルダー５上に、基板４と同形状のダミー基板４ａを載置して保持する。ダミー基板４ａにより、クリーニングに際し基板ホルダー５が汚染されるのを防止できる。
次いで、真空排気系３により処理室２内を真空排気して、処理室２内を所定の圧力の真空状態とする。真空排気系３では、以後、処理室２内が所定の圧力に維持されるように排気を継続する。
On the
Next, the inside of the
所定圧力になった後、Ｎ２ガス供給部２５においてＮ２ガスソース２７からＮ２ガス導入管２６を通してＮ２ガスを供給し、処理室２内にクリーニングガスとしてＮ２ガスを導入する。Ｎ２ガス導入後の処理室２内の圧力は２０Ｐａ以下、望ましくは１０Ｐａ以下に設定する。
また高周波プラズマ源３０には、マッチングボックス１０を介して高周波電源１１から高周波電力を供給する。このとき印加する電力は、１０Ｗ／ｃｍ２以下が望ましい。これは通常処理時における高周波電力の１／３以下になっている。すなわち、この場合、高周波電源１１は、クリーニング用高周波電源として機能する。
After reaching a predetermined pressure to supply N 2 gas through the N 2
The high
すると、高周波プラズマ源３０近傍の誘電体３２の周りのみプラズマが生成され、プラズマが発生する印加電圧によりアンテナ３１の表層に電子が絡みつき、誘電体３２の周りに存在するガスが活性化される。この活性化したガスが誘電体３２の最表面をたたき、堆積した薄膜が剥離される。
この実施形態でも、高周波電源として通常時高周波電源とクリーニング用高周波電源とを別体で備えるものであってもよい。
Then, plasma is generated only around the dielectric 32 in the vicinity of the high-
Also in this embodiment, the normal-time high-frequency power source and the cleaning high-frequency power source may be provided separately as the high-frequency power source.
上記各実施形態では、誘導結合型のプラズマ処理装置について特に好適なものとして説明をしたが、本発明としては誘導結合型に限定されるものではなく、例えば容量結合型のプラズマ処理装置に適用することもできる。 In each of the above embodiments, the inductively coupled plasma processing apparatus has been described as being particularly suitable. However, the present invention is not limited to the inductively coupled type, and is applied to, for example, a capacitively coupled plasma processing apparatus. You can also.
次にクリーニングの処理手順の例について従来法と対比して説明する。
従来は、図４（ｂ）に示すように、所定の稼働時間が処理回数などに応じてフッ素系ガスなどの腐食性ガスを用いたクリーニングが行われている。この手順を図４（ｂ）のフローチャートに基づいて説明する。なお、この例では、クリーニングを行う閾値として稼働時間Ａが定められている。
装置が稼働した後、クリーニング後稼働合計時間Ｔ＝０が初期セットされ、プラズマ処理（稼働時間ｔ）が行われると、Ｔにｔを加算する（ステップｓ１０）。なお、Ｔは、プラズマ処理装置の不揮発メモリなどに格納しておき、装置が電源オフされた状態でも保持されるようにする。
加算されたＴは閾値Ａと比較され、ＴがＡ以上であるかの判定が行われる（ステップｓ１１）。判定は、コンピュータによって行われるものでもよく、またオペレータが判定を行うものであってもよい。ＴがＡ以上でない場合、終了かを判定し（ステップｓ１４）、終了でなければ（ステップｓ１４、Ｎ）、ステップｓ１０に戻って継続する。なお、この間、装置のオンオフとは関係なく、装置がオンになれば手順がその時点で開始される。
Next, an example of the cleaning procedure will be described in comparison with the conventional method.
Conventionally, as shown in FIG. 4B, cleaning using a corrosive gas such as a fluorine-based gas is performed according to a predetermined operation time depending on the number of treatments. This procedure will be described based on the flowchart of FIG. In this example, the operating time A is defined as a threshold for cleaning.
After the apparatus is operated, a total operation time after cleaning T = 0 is initially set, and when plasma processing (operation time t) is performed, t is added to T (step s10). Note that T is stored in a non-volatile memory or the like of the plasma processing apparatus so that it is maintained even when the apparatus is turned off.
The added T is compared with a threshold A, and it is determined whether T is equal to or greater than A (step s11). The determination may be performed by a computer or may be performed by an operator. If T is not greater than or equal to A, it is determined whether the process is finished (step s14). If T is not finished (step s14, N), the process returns to step s10 and continues. During this time, regardless of whether the device is on or off, if the device is turned on, the procedure is started at that time.
一方、稼働時間ＴがＡ以上になると（ステップｓ１１、Ｙ）、クリーニングが必要であるとしてフッ素系ガスを用いたクリーニングが行われる（ステップｓ１２）、次いで、Ｔ＝０にセットし、ステップｓ１４で終了かを判定する。
上記手順により稼働時間がＡに達する毎にフッ素系ガスを用いたクリーニングを行うことができる。
On the other hand, when the operating time T is equal to or longer than A (step s11, Y), cleaning using a fluorine-based gas is performed because cleaning is necessary (step s12), then T = 0 is set, and in step s14 Determine if it is finished.
Whenever the operating time reaches A by the above procedure, cleaning using a fluorine-based gas can be performed.
次に、本発明のクリーニング方法を含む手順について説明する。なお、この手順では、低電力でアンテナ近傍にプラズマガスを発生させてクリーニングを行う低電力不活性ガスクリーニング（この例ではクリーニングガスとして不活性ガスを用いる）と、高電力でフッ素系ガスを用いてクリーニングを行う高電力フッ素系ガスクリーニングとを組み合わせる。低電力不活性ガスクリーニングには、稼働時間における閾値ｂが設定される。また、高電力フッ素系ガスクリーニングには、稼働時間における閾値ａが設定される。閾値ａは、従来の閾値Ａよりも小さく、閾値ｂは、閾値ａよりも小さくなっている。
装置が稼働した後、低電力不活性ガスクリーニング後稼働合計時間Ｔ１＝０が初期セットされ、高電力フッ素系ガスクリーニング後稼働合計時間Ｔ２＝０が初期セットされる。
Next, a procedure including the cleaning method of the present invention will be described. In this procedure, low-power inert gas cleaning (in this example, an inert gas is used as the cleaning gas) is performed by generating plasma gas near the antenna with low power, and fluorine-based gas is used with high power. Combined with high-power fluorine gas cleaning. For the low-power inert gas cleaning, a threshold value b in the operation time is set. Moreover, the threshold value a in operation time is set for high-power fluorine-based gas cleaning. The threshold value a is smaller than the conventional threshold value A, and the threshold value b is smaller than the threshold value a.
After the apparatus is operated, the total operation time after low power inert gas cleaning T1 = 0 is initially set, and the total operation time after high power fluorine-based gas cleaning T2 = 0 is initially set.
プラズマ処理（稼働時間ｔ）が行われると、Ｔ１、Ｔ２にそれぞれｔを加算する（ステップｓ１）。なお、Ｔ１、Ｔ２は、プラズマ処理装置の不揮発メモリなどに格納しておき、装置が電源オフされた状態でも保持されるようにする。
先ず、加算されたＴ１が閾値ｂと比較され、Ｔ１がｂ以上であるかの判定が行われる（ステップｓ２）。判定は、コンピュータによって行われるものでもよく、またオペレータが判定を行うものであってもよい。
Ｔ１がｂ以上でない場合（ステップｓ２、Ｎ）、ステップｓ５に移行し、Ｔ２が閾値ａと比較され、Ｔ２がａ以上であるかの判定が行われる（ステップｓ５）。判定は、コンピュータによって行われるものでもよく、またオペレータが判定を行うものであってもよい。
Ｔ２がａ以上でなければ終了かを判定し（ステップｓ８）、終了でなければ（ステップｓ８、Ｎ）、ステップｓ１に戻って継続する。なお、この間、装置のオンオフとは関係なく、装置がオンになれば手順がその時点で開始される。
When plasma processing (operation time t) is performed, t is added to T1 and T2 respectively (step s1). Note that T1 and T2 are stored in a nonvolatile memory or the like of the plasma processing apparatus so that the apparatus is held even when the apparatus is turned off.
First, the added T1 is compared with a threshold value b, and it is determined whether T1 is equal to or greater than b (step s2). The determination may be performed by a computer or may be performed by an operator.
When T1 is not greater than or equal to b (steps s2, N), the process proceeds to step s5, where T2 is compared with a threshold value a and it is determined whether T2 is greater than or equal to a (step s5). The determination may be performed by a computer or may be performed by an operator.
If T2 is not greater than or equal to a, it is determined whether or not the process is to be terminated (step s8). During this time, regardless of whether the device is on or off, if the device is turned on, the procedure is started at that time.
一方、稼働時間Ｔ１がｂ以上になると（ステップｓ２、Ｙ）、クリーニングが必要であるとして不活性ガスを用いた低電力供給でのクリーニングが行われる（ステップｓ３）、次いで、Ｔ１＝０にセットし（ステップｓ４）、ステップｓ５に移行する。 On the other hand, when the operating time T1 is equal to or longer than b (step s2, Y), cleaning is performed with a low power supply using an inert gas because cleaning is necessary (step s3), and then T1 = 0 is set. (Step s4), the process proceeds to Step s5.
ステップｓ５でＴ２が閾値ａ以上であると判定されると（ステップｓ５、Ｙ）、フッ素系ガスを用いた高電力供給でのクリーニングが行われる（ステップｓ６）。次いで、Ｔ２＝０をセットし（ステップｓ７）、終了でなければ（ステップｓ８、Ｎ）、ステップｓ１に戻って継続する。
上記手順により短い周期で低電力不活性ガスクリーニングが行われ、長い周期で高電力フッ素系ガスクリーニングが行われることにより、全体としてフッ素系ガスを用いたクリーニングの回数を減らし、周期を長くすることができる。また、ａ＋ｂ＞Ａとすれば、クリーニング回数を増やすことなく効果的なクリーニングを行うことができる。
If it is determined in step s5 that T2 is equal to or greater than the threshold value a (step s5, Y), cleaning with high power supply using a fluorine-based gas is performed (step s6). Next, T2 = 0 is set (step s7). If not completed (step s8, N), the process returns to step s1 and continues.
Low power inert gas cleaning is performed in a short cycle by the above procedure, and high power fluorine-based gas cleaning is performed in a long cycle, thereby reducing the number of cleanings using fluorine-based gas as a whole and extending the cycle. Can do. Further, if a + b> A, effective cleaning can be performed without increasing the number of cleanings.
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to the content of the said embodiment, A suitable change is possible unless it deviates from the scope of the present invention.
１ プラズマ処理装置
１ａ プラズマ処理装置
１ｂ プラズマ処理装置
２ 処理室
４ 基板
６ 高周波プラズマ源
７ アンテナ
８ 誘電体窓
９ プラズマ生成部
１１ 高周波電源
１１ａ 通常処理時高周波電源
１１ｂ クリーニング用高周波電源
２５ Ｎ２ガス供給部
２６ Ｎ２ガス導入管
３１ アンテナ
３２ 誘電体
1 a
Claims (11)
プラズマ発生用のクリーニングガスを前記処理室内に導入し、通常処理時よりも相対的に前記アンテナに近い側にプラズマを発生させ、前記プラズマによって前記処理室内のクリーニングを行う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 plasma processing apparatus cleaning method for performing processing by supplying high-frequency power to an antenna and generating plasma in a processing chamber,
A plasma treatment characterized in that a cleaning gas for generating plasma is introduced into the processing chamber, plasma is generated relatively closer to the antenna than during normal processing, and the processing chamber is cleaned with the plasma. How to clean the device.
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