JP2022055608A - Plasma processing method and plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。 The present disclosure relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.
特許文献１には、第１の処理ガスから生成したプラズマを用いて膜をエッチングする第１の工程と、第１の工程の後、第２の処理ガスから生成したプラズマを用いて膜をエッチングする第２の工程とを有する、プラズマエッチング方法が開示されている。第１の工程では高周波電源からプラズマ生成用の高周波電力をオンし、さらに所望時間経過後に高周波電力をオフする。また第２の工程でも高周波電力をオンし、さらに所望時間経過後に高周波電力をオフする。
本開示にかかる技術は、プラズマ処理において基板へのパーティクルの付着を抑制する。 The technique according to the present disclosure suppresses the adhesion of particles to the substrate in plasma processing.
本開示の一態様は、電極に高周波電力を供給し、チャンバの内部に供給された処理ガスを励起させてプラズマを生成し、当該プラズマを用いて基板にプラズマ処理を行う方法であって、処理条件が異なる複数の工程を含み、前記工程の各々において前記高周波電力の供給と停止を行い、前記複数の工程のうち、前記チャンバの内部の付着物を除去する工程において、前記チャンバの内部の処理圧力を制御して前記プラズマの形成領域を制御することで、当該チャンバの内部の異物を前記基板の径方向外側に排出する。 One aspect of the present disclosure is a method of supplying high-frequency power to an electrode, exciting a processing gas supplied to the inside of a chamber to generate plasma, and performing plasma processing on a substrate using the plasma. In the step of supplying and stopping the high frequency power in each of the steps including a plurality of steps having different conditions and removing the deposits inside the chamber among the plurality of steps, the treatment inside the chamber is performed. By controlling the pressure to control the plasma formation region, foreign matter inside the chamber is discharged to the outside in the radial direction of the substrate.
本開示によれば、プラズマ処理において基板へのパーティクルの付着を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress the adhesion of particles to the substrate in the plasma treatment.
半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）にプラズマ処理が行われる。プラズマ処理では、電極に高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を供給し、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによってウェハを処理する。 In the semiconductor device manufacturing process, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) is subjected to plasma processing. In plasma processing, high frequency (RF: Radio Frequency) power is supplied to the electrodes to excite the processing gas to generate plasma, and the plasma is used to process the wafer.
プラズマ処理は、例えば特許文献１に開示された方法のように、処理条件が異なる複数の工程を含み、当該工程の各々において高周波電力の供給と停止を行う場合がある。以下の説明においては、高周波電源から高周波電力（ＲＦ電力）を出力して電極に供給する状態を「ＲＦオン」といい、高周波電源からの高周波電力の出力を停止して電極に供給しない状態を「ＲＦオフ」という。
The plasma treatment includes a plurality of steps having different treatment conditions, for example, as in the method disclosed in
プラズマ処理では、ゴミ等の異物（以下、「パーティクル」という。）が発生する場合がある。パーティクルがウェハ上に付着すると、製品の歩留まりが低下し、生産効率が悪化する。そして、発明者らが鋭意検討したところ、パーティクルがウェハ上に付着するタイミングの１つは、ＲＦオン又はＲＦオフのタイミングであることが分かった。 In plasma processing, foreign matter such as dust (hereinafter referred to as "particles") may be generated. When particles adhere to the wafer, the yield of the product decreases and the production efficiency deteriorates. Then, as a result of diligent studies by the inventors, it was found that one of the timings at which the particles adhere to the wafer is the timing of RF on or RF off.
従来、プラズマ処理におけるパーティクルを低減する対策は種々提案されている。しかしながら、上述したようにＲＦオン又はＲＦオフのタイミングでパーティクルがウェハ上に付着するという知見はなく、かかるタイミングでのパーティクル低減対策も講じられていない。したがって、従来のプラズマ処理には改善の余地がある。 Conventionally, various measures for reducing particles in plasma processing have been proposed. However, as described above, there is no knowledge that particles adhere to the wafer at the timing of RF on or RF off, and no particle reduction measures are taken at such timing. Therefore, there is room for improvement in conventional plasma processing.
なお、本発明者は、ＲＦオン又はＲＦオフのタイミングでパーティクルがウェハ上に付着するという知見に基づいて、最初のＲＦオンと最後のＲＦオフ以外はＲＦオンオフを行わずにプラズマ処理を行うことを試みた。以下の説明では、このようなプラズマ処理を「ＣＰ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｌａｓｍａ）処理」という。すなわち、ＣＰ処理は、ＲＦオンオフを最小限にし、ウェハ上に付着するパーティクルを低減することを目的としている。 Based on the finding that particles adhere to the wafer at the timing of RF on or RF off, the present inventor performs plasma processing without performing RF on / off except for the first RF on and the last RF off. I tried. In the following description, such plasma treatment is referred to as "CP (Continuous Plasma) treatment". That is, the CP processing aims to minimize RF on / off and reduce particles adhering to the wafer.
しかしながら、ＣＰ処理では、例えばＲＦオン時に発生したパーティクルは、プラズマ中に浮遊するため、最終的にＲＦオフする際、当該プラズマ中のパーティクルがウェハ上に落下してしまう。このため、ＣＰ処理を行っても、ウェハ上に付着するパーティクルを無くすことはできない。 However, in the CP process, for example, the particles generated when the RF is turned on float in the plasma, so that the particles in the plasma fall on the wafer when the RF is finally turned off. Therefore, even if the CP processing is performed, the particles adhering to the wafer cannot be eliminated.
本開示にかかる技術は、プラズマ処理において基板へのパーティクルの付着を抑制する。以下、本実施形態にかかるプラズマ処理システム及びプラズマ処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 The technique according to the present disclosure suppresses the adhesion of particles to the substrate in plasma processing. Hereinafter, the plasma processing system and the plasma processing method according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the present specification and the drawings, elements having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
＜プラズマ処理システム＞
先ず、一実施形態にかかるプラズマ処理システムについて説明する。図１は、プラズマ処理システム１の構成の概略を示す縦断面図である。
<Plasma processing system>
First, the plasma processing system according to the embodiment will be described. FIG. 1 is a vertical sectional view showing an outline of the configuration of the
一実施形態において、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理装置１ａ及び制御部１ｂを含む。プラズマ処理装置１ａは、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、ＲＦ電力供給部３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１ａは、支持部１１及び上部電極シャワーヘッド１２を含む。支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド１２は、支持部１１の上方に配置され、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の一部として機能し得る。
In one embodiment, the
支持部１１は、プラズマ処理空間１０ｓにおいてウェハＷを支持するように構成される。一実施形態において、支持部１１は、下部電極１１１、静電チャック１１２、及びエッジリング１１３を含む。静電チャック１１２は、下部電極１１１上に配置され、静電チャック１１２の上面でウェハＷを支持するように構成される。エッジリング１１３は、下部電極１１１の周縁部上面においてウェハＷを囲むように配置される。また、図示は省略するが、一実施形態において、支持部１１は、静電チャック１１２及びウェハＷのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
The
上部電極シャワーヘッド１２は、ガス供給部２０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、ガス入口１２ａ、ガス拡散室１２ｂ、及び複数のガス出口１２ｃを有する。ガス入口１２ａは、ガス供給部２０及びガス拡散室１２ｂと流体連通している。複数のガス出口１２ｃは、ガス拡散室１２ｂ及びプラズマ処理空間１０ｓと流体連通している。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、１又はそれ以上の処理ガスをガス入口１２ａからガス拡散室１２ｂ及び複数のガス出口１２ｃを介してプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。
The upper
ガス供給部２０は、１又はそれ以上のガスソース２１及び１又はそれ以上の流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス入口１２ａに供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
The
ＲＦ電力供給部３０は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極１１１、上部電極シャワーヘッド１２、又は、下部電極１１１及び上部電極シャワーヘッド１２の双方のような１又はそれ以上の電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。従って、ＲＦ電力供給部３０は、プラズマ処理チャンバにおいて１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ電力供給部３０ａ及び第２のＲＦ電力供給部３０ｂを含む。
The RF
第１のＲＦ電力供給部３０ａは、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第１の整合回路３２ａを含む。一実施形態において、第１のＲＦ電力供給部３０ａは、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部３１ａから第１の整合回路３２ａを介して上部電極シャワーヘッド１２に供給するように構成される。例えば、第１のＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。
The first RF
第２のＲＦ電力供給部３０ｂは、第２のＲＦ生成部３１ｂ及び第２の整合回路３２ｂを含む。一実施形態において、第２のＲＦ電力供給部３０ｂは、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部３１ｂから第２の整合回路３２ｂを介して下部電極１１１に供給するように構成される。例えば、第２のＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。代わりに、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。
The second RF
さらに、図示は省略するが、本開示においては他の実施形態が考えられる。例えば、代替実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号をＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第２のＲＦ信号を他のＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第３のＲＦ信号をさらに他のＲＦ生成部から上部電極シャワーヘッド１２に供給するように構成されてもよい。加えて、他の代替実施形態において、ＤＣ電圧が上部電極シャワーヘッド１２に印加されてもよい。
Further, although not shown, other embodiments may be considered in the present disclosure. For example, in the alternative embodiment, the RF
またさらに、種々の実施形態において、１又はそれ以上のＲＦ信号（即ち、第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号等）の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。 Furthermore, in various embodiments, the amplitude of one or more RF signals (ie, first RF signal, second RF signal, etc.) may be pulsed or modulated. Amplitude modulation may include pulsing the RF signal amplitude between on and off states, or between two or more different on states.
排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられた排気口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
The
一実施形態において、制御部１ｂは、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１ａに実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部１ｂは、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１ａの各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部１ｂの一部又は全てがプラズマ処理装置１ａに含まれてもよい。制御部１ｂは、例えばコンピュータ５１を含んでもよい。コンピュータ５１は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１１、記憶部５１２、及び通信インターフェース５１３を含んでもよい。処理部５１１は、記憶部５１２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部５１２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース５１３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１ａとの間で通信してもよい。
In one embodiment, the
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。 Although various exemplary embodiments have been described above, various additions, omissions, substitutions, and changes may be made without being limited to the above-mentioned exemplary embodiments. It is also possible to combine elements in different embodiments to form other embodiments.
＜プラズマ処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理システム１を用いて行われるプラズマ処理について説明する。なお、プラズマ処理は特に限定されるものではないが、例えばドライエッチング処理や成膜処理等がある。
<Plasma processing method>
Next, the plasma processing performed by using the
先ず、プラズマ処理チャンバ１０の内部にウェハＷを搬入し、静電チャック１１２上にウェハＷを載置する。その後、静電チャック１１２の電極に直流電圧を印加することにより、ウェハＷはクーロン力によって静電チャック１１２に静電吸着され、保持される。また、ウェハＷの搬入後、排気システム４０によってプラズマ処理チャンバ１０の内部（プラズマ処理空間１０ｓ）を所望の真空度まで減圧する。
First, the wafer W is carried into the
次に、ガス供給部２０から上部電極シャワーヘッド１２を介してプラズマ処理空間１０ｓに処理ガスを供給する。また、第１のＲＦ電力供給部３０ａによりプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを上部電極シャワーヘッド１２に供給し、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。さらにこの際、第２のＲＦ電力供給部３０ｂによりイオン引き込み用の高周波電力ＬＦを供給する。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにプラズマ処理が施される。
Next, the processing gas is supplied from the
なお、上述したプラズマ処理では、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦの双方を用いてプラズマを生成したが、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦのいずれか一方を用いてプラズマを生成する場合もある。 In the above-mentioned plasma processing, plasma is generated using both high-frequency power HF and high-frequency power LF, but plasma may be generated using either high-frequency power HF or high-frequency power LF.
以下の説明において、第１のＲＦ電力供給部３０ａから上部電極シャワーヘッド１２への高周波電力ＨＦと、第２のＲＦ電力供給部３０ｂから下部電極１１１への高周波電力ＬＦのうち一方又は双方を供給する状態を「ＲＦオン」という場合がある。また、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦのいずれも供給しない状態を「ＲＦオフ」という場合がある。また、高周波電力ＨＦと高周波電力ＬＦをまとめて「ＲＦ電力」という場合がある。
In the following description, one or both of the high frequency power HF from the first RF
また、プラズマ処理は、処理条件が異なる複数の工程を含む。各工程では、その工程の開始時にＲＦオンし、終了時にＲＦオフする。すなわち、一のウェハＷに対するプラズマ処理では、ＲＦオンオフが繰り返し行われる。 Further, the plasma treatment includes a plurality of steps having different treatment conditions. In each step, RF is turned on at the start of the step and RF is turned off at the end of the step. That is, in the plasma processing for one wafer W, RF on / off is repeatedly performed.
その後、プラズマ処理チャンバ１０からウェハＷを搬出して、ウェハＷに対する一連のプラズマ処理が終了する。
After that, the wafer W is carried out from the
＜ウェハへのパーティクル付着の原理＞
上述したように本発明者は、プラズマ処理において、ＲＦオン又はＲＦオフのタイミングでパーティクルがウェハＷ上に付着することを見出した。このパーティクルがウェハＷ上に付着する原理について、図２を用いて説明する。
<Principle of particle adhesion to wafer>
As described above, the present inventor has found that particles adhere to the wafer W at the timing of RF on or RF off in plasma processing. The principle of these particles adhering to the wafer W will be described with reference to FIG.
先ず、図２（ａ）に示すようにＲＦオンし、プラズマ処理空間１０ｓに供給された処理ガスを励起させて、ウェハＷの上方にプラズマＰを生成する。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにプラズマ処理が施される。
First, RF is turned on as shown in FIG. 2A, and the processing gas supplied to the
このプラズマ処理では、パーティクルが発生する。パーティクル発生の要因は種々あるが、一因として、例えばプラズマ処理チャンバ１０からのパーティクルＴの発生が挙げられる。すなわち、図２（ｂ）に示すようにプラズマＰがプラズマ処理チャンバ１０の内側面に衝突することで、当該プラズマ処理チャンバ１０からパーティクルＴが発生する。この場合のパーティクルＴは、例えばイットリウム系等のパーティクルである。
In this plasma processing, particles are generated. There are various factors for particle generation, and one of the causes is, for example, the generation of particles T from the
そして、図２（ｃ）に示すようにＲＦオンした状態でプラズマ処理を行っている間、パーティクルＴの一部はウェハＷに落下して付着する。また、残りのパーティクルＴはプラズマＰ中に浮遊している。 Then, as shown in FIG. 2C, while the plasma treatment is performed with the RF turned on, a part of the particles T falls and adheres to the wafer W. Further, the remaining particles T are suspended in the plasma P.
次に、図２（ｄ）に示すようにＲＦオフすると、プラズマＰ中に浮遊していたパーティクルＴがウェハＷ上に落下する。こうして、パーティクルＴがウェハＷ上に付着する。 Next, when RF is turned off as shown in FIG. 2D, the particles T suspended in the plasma P fall onto the wafer W. In this way, the particles T adhere to the wafer W.
なお、本発明者が鋭意検討を行ったところ、図３に示すようにパーティクルＴは、ウェハＷの外周部に付着しやすいことが分かった。具体的には、ウェハＷの半径Ｄに対して、ウェハＷの中心からの径方向距離がＤ／２より外側の外周部に、パーティクルＴが付着しやすい。以下、このようにパーティクルＴが付着しやすいウェハＷの外周部を「パーティクル付着領域Ａｔ」という。 As a result of diligent studies by the present inventor, it was found that the particles T tend to adhere to the outer peripheral portion of the wafer W as shown in FIG. Specifically, the particles T are likely to adhere to the outer peripheral portion where the radial distance from the center of the wafer W is outside D / 2 with respect to the radius D of the wafer W. Hereinafter, the outer peripheral portion of the wafer W to which the particles T are likely to adhere is referred to as a “particle adhesion region At”.
＜プラズマ処理の処理条件＞
本実施形態のプラズマ処理は、処理条件が異なる複数の工程を含み、各工程では、その工程の開始時にＲＦオンし、終了時にＲＦオフする。そして、本発明者は、上述したようにＲＦオン又はＲＦオフのタイミングでパーティクルＴがウェハＷ上に付着するという知見に基づいて、ＣＰ処理を行うことを試みた。ＣＰ処理は、ＲＦオンオフを最小限にし、ウェハＷ上に付着するパーティクルを低減することを目的としている。
<Plasma processing conditions>
The plasma treatment of the present embodiment includes a plurality of steps having different treatment conditions, and in each step, RF is turned on at the start of the step and RF is turned off at the end of the step. Then, the present inventor tried to perform the CP process based on the finding that the particles T adhere to the wafer W at the timing of RF on or RF off as described above. The CP processing aims to minimize RF on / off and reduce particles adhering to the wafer W.
しかしながら、このＣＰ処理では、例えばＲＦオン時に発生したパーティクルＴは、プラズマＰ中に浮遊するため、最終的にＲＦオフする際、当該プラズマＰ中のパーティクルＴがウェハＷ上に落下してしまう。このため、ＣＰ処理を行っても、ウェハＷ上に付着するパーティクルを無くすことはできない。 However, in this CP processing, for example, the particles T generated when the RF is turned on float in the plasma P, so that the particles T in the plasma P fall onto the wafer W when the RF is finally turned off. Therefore, even if the CP processing is performed, the particles adhering to the wafer W cannot be eliminated.
一方、本発明者は、ＣＰ処理を行うことで以下の知見を得るに至った。図４は、プラズマ処理の処理条件と、ウェハＷ上に付着したパーティクルＴとの関係を示す説明図である。図４（ａ）に示すように、プラズマ処理の開始からトリム工程（Ｔｒｉｍ ｓｔｅｐ）までＣＰ処理を行った後、各工程でＲＦオンオフを行った場合、ウェハＷ上のパーティクルＴの数を減少させるには至らなかった。同様に、図４（ｂ）に示すように第１のフラッシュ工程（Ｆｌｕｓｈ１ ｓｔｅｐ）までＣＰ処理を行った後、各工程でＲＦオンオフを行った場合も、パーティクルＴの数を減少させるには至らなかった。一方、図４（ｃ）に示すように第２のフラッシュ工程（Ｆｌｕｓｈ２ ｓｔｅｐ）までＣＰ処理を行った後、各工程でＲＦオンオフを行った場合、パーティクルＴの数を減少させることができた。 On the other hand, the present inventor has obtained the following findings by performing CP treatment. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the processing conditions of plasma processing and the particles T adhering to the wafer W. As shown in FIG. 4A, when the CP processing is performed from the start of the plasma processing to the trim step and then the RF on / off is performed in each process, the number of particles T on the wafer W is reduced. Did not reach. Similarly, as shown in FIG. 4B, even when RF on / off is performed in each step after CP processing is performed up to the first flash step (Flush1 step), the number of particles T cannot be reduced. There wasn't. On the other hand, as shown in FIG. 4C, when the CP treatment was performed up to the second flash step (Flush2 step) and then the RF was turned on / off in each step, the number of particles T could be reduced.
なお、トリム工程は、ウェハＷ上に形成されたパターンの寸法を調整する工程であって、このトリム工程では、プラズマ処理中に生成した反応生成物等の付着物（以下、「デポ」という。）がプラズマ処理チャンバ１０の内部に付着する。第１のフラッシュ工程と第２のフラッシュ工程はそれぞれ、プラズマ処理チャンバ１０の内部に付着したデポを除去する工程である。
The trim step is a step of adjusting the dimensions of the pattern formed on the wafer W, and in this trim step, deposits such as reaction products generated during the plasma treatment (hereinafter referred to as “depot”). ) Adheres to the inside of the
以上のように、第１のフラッシュ工程までＣＰ処理を行った場合、ウェハＷ上のパーティクルＴの数は減少しなかったが、第２のフラッシュ工程までＣＰ処理を行った場合、パーティクルＴの数は減少した。換言すれば、第２のフラッシュ工程においてＲＦオンオフを行っても、ウェハＷ上のパーティクルＴの数は減少する。 As described above, the number of particles T on the wafer W did not decrease when the CP processing was performed up to the first flash process, but the number of particles T was not reduced when the CP processing was performed up to the second flash process. Has decreased. In other words, even if RF is turned on and off in the second flash step, the number of particles T on the wafer W is reduced.
本発明者が鋭意検討を行ったところ、このように第２のフラッシュ工程においてＲＦオンオフを行ってもパーティクルＴの数を減少できる要因は、プラズマ処理空間１０ｓの処理圧力（以下、「処理圧力」という。）にあることを見出した。図５は、第２のフラッシュ工程の処理圧力を変動させた場合に形成されるプラズマＰの形成領域（以下、「プラズマ形成領域Ａｐ」という。）と、ウェハＷ上に付着したパーティクルＴとの関係を示す説明図である。図５に示すプラズマ形成領域Ａｐは、以下に述べる条件で実験を行い、プラズマ処理空間１０ｓに形成されるプラズマＰを撮像したものである。
As a result of diligent studies by the present inventor, the factor that can reduce the number of particles T even if RF is turned on and off in the second flash step is the processing pressure in the
ここで、図４（ｃ）に示したように第２のフラッシュ工程までＣＰ処理を行った場合において、第１のフラッシュ工程の処理圧力は２０ｍＴｏｒｒであり、第２のフラッシュ工程の処理圧力は１００ｍＴｏｒｒであった。図５（ａ）は、この図４（ｃ）に示した場合において、プラズマ形成領域ＡｐとウェハＷ上に付着したパーティクルＴとの関係を示す。かかる場合、第１のフラッシュ工程のプラズマ形成領域Ａｐに比して、第２のフラッシュ工程のプラズマ形成領域Ａｐは上方（上部電極シャワーヘッド１２側）に移動し、ウェハＷ上のパーティクルＴの数が減少した。
Here, when the CP processing is performed up to the second flash step as shown in FIG. 4C, the processing pressure of the first flash process is 20 mTorr, and the processing pressure of the second flash process is 100 mTorr. Met. FIG. 5A shows the relationship between the plasma forming region Ap and the particles T adhering to the wafer W in the case shown in FIG. 4C. In such a case, the plasma forming region Ap in the second flash step moves upward (on the upper
一方、図５（ｂ）は、第１のフラッシュ工程の処理圧力が２０ｍＴｏｒｒであり、第２のフラッシュ工程の処理圧力が２０ｍＴｏｒｒである場合において、プラズマ形成領域ＡｐとウェハＷ上に付着したパーティクルＴとの関係を示す。すなわち、図５（ｂ）に示す場合では、第２のフラッシュ工程の処理圧力を第１のフラッシュ工程の処理圧力と同じにした。かかる場合、第１のフラッシュ工程のプラズマ形成領域Ａｐと第２のフラッシュ工程のプラズマ形成領域Ａｐはほぼ同じであり、ウェハＷ上のパーティクルＴの数は減少しなかった。 On the other hand, FIG. 5B shows the particles T adhering to the plasma forming region Ap and the wafer W when the processing pressure of the first flash process is 20 mTorr and the processing pressure of the second flash process is 20 mTorr. Shows the relationship with. That is, in the case shown in FIG. 5B, the processing pressure of the second flash step was made the same as the processing pressure of the first flash step. In such a case, the plasma forming region Ap in the first flash step and the plasma forming region Ap in the second flash step were substantially the same, and the number of particles T on the wafer W did not decrease.
以上のように、第２のフラッシュ工程における処理圧力を制御してプラズマ形成領域Ａｐを制御し、具体的には処理圧力を高圧にしてプラズマ形成領域Ａｐを上方に形成することで、ウェハＷ上のパーティクルＴの数を減少させることができる。 As described above, the processing pressure in the second flash step is controlled to control the plasma forming region Ap, and specifically, the processing pressure is increased to a high pressure to form the plasma forming region Ap upward on the wafer W. The number of particles T can be reduced.
次に、ウェハＷ上のパーティクルＴの数を減少させるための、フラッシュ工程における処理圧力の具体的な条件と、その作用効果について説明する。 Next, specific conditions of the processing pressure in the flash process for reducing the number of particles T on the wafer W and their action and effect will be described.
図６は、プラズマ処理装置１ａにおいて、プラズマ処理中のパーティクルＴの挙動を示す説明図である。図６には、パーティクルＴの挙動が点線で示されている。プラズマ処理中、プラズマ処理空間１０ｓには、ガス出口１２ｃから排気口１０ｅに向かう処理ガスの流れが形成される。図６には、プラズマ処理空間１０ｓにおいてパーティクルＴを排出可能なパーティクル排出領域Ａｄが示されている。このパーティクル排出領域Ａｄに浮遊するパーティクルＴは、上述した処理ガスの流れに沿って排気口１０ｅから排出される。なお、パーティクル排出領域Ａｄは、例えばプラズマ処理チャンバ１０の形状や材料等に基づいて設定されるものである。また、図６には、図３に示したパーティクル付着領域Ａｔ、すなわちパーティクルＴが付着しやすいウェハＷの外周部も示されている。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the behavior of particles T during plasma processing in the
本発明者は、処理圧力とプラズマ形成領域Ａｐとの関係を調べるため、処理圧力を変動させてプラズマ処理を行う実験を行った。図７は、処理圧力を変動させたそれぞれの場合において、プラズマ処理空間１０ｓに形成されるプラズマ形成領域Ａｐを示す説明図である。具体的には、処理圧力を、２０ｍＴｏｒｒ、４０ｍＴｏｒｒ、５０ｍＴｏｒｒ、１００ｍＴｏｒｒに変動させ、それぞれの場合においてプラズマ処理空間１０ｓに形成されるプラズマＰを撮像した。なお、図７の矢印は、プラズマ形成領域Ａｐの下端を示している。
In order to investigate the relationship between the processing pressure and the plasma forming region Ap, the present inventor conducted an experiment in which plasma processing was performed by varying the processing pressure. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a plasma forming region Ap formed in the
図７には、図６に対応するパーティクル排出領域Ａｄが示されている。プラズマ形成領域Ａｐがパーティクル排出領域Ａｄより下方まで形成されていると、当該パーティクル排出領域Ａｄより下方のプラズマＰ中に浮遊するパーティクルＴは、適切に排出されずウェハＷ上に付着する。一方、プラズマ形成領域Ａｐがパーティクル排出領域Ａｄより上方に形成されると、プラズマＰに浮遊するパーティクルＴを排出することができる。 FIG. 7 shows the particle emission region Ad corresponding to FIG. When the plasma forming region Ap is formed below the particle discharging region Ad, the particles T floating in the plasma P below the particle discharging region Ad are not properly discharged and adhere to the wafer W. On the other hand, when the plasma forming region Ap is formed above the particle discharging region Ad, the particles T floating in the plasma P can be discharged.
そして図７に示すように、処理圧力が５０ｍＴｏｒｒ以上であれば、プラズマ形成領域Ａｐがパーティクル排出領域Ａｄより上方に形成され、パーティクルＴが適切に排出されることが分かった。このようにプラズマ形成領域Ａｐがパーティクル排出領域Ａｄより上方に形成されると、図６に示したようにプラズマ形成領域ＡｐのプラズマＰ中に浮遊するパーティクルＴがウェハＷの径方向外側に移動して排気口１０ｅから排出される。そして、図３に示したウェハＷのパーティクル付着領域Ａｔに対して、パーティクルＴが付着するのを抑制することができる。
Then, as shown in FIG. 7, it was found that when the processing pressure was 50 mTorr or more, the plasma forming region Ap was formed above the particle discharging region Ad, and the particles T were appropriately discharged. When the plasma forming region Ap is formed above the particle emission region Ad in this way, the particles T suspended in the plasma P of the plasma forming region Ap move outward in the radial direction as shown in FIG. Is discharged from the
かかる知見に基づいて、本実施形態のプラズマ処理方法は、処理条件の異なる複数の工程を含み、各工程においてＲＦオンとＲＦオフを行う。そして、第２のフラッシュ工程では、処理圧力を例えば５０ｍＴｏｒｒ以上の高圧にした状態でプラズマ処理を行う。そうすると、ウェハＷ上にパーティクルＴが付着するのを抑制することができる。 Based on this finding, the plasma treatment method of the present embodiment includes a plurality of steps having different treatment conditions, and RF on and RF off are performed in each step. Then, in the second flash step, plasma treatment is performed with the treatment pressure set to a high pressure of, for example, 50 mTorr or more. Then, it is possible to prevent the particles T from adhering to the wafer W.
以上の実施形態によれば、プラズマ処理の複数の工程のうち、第２のフラッシュ工程において、プラズマ処理チャンバ１０の内部（プラズマ処理空間１０ｓ）の処理圧力を高圧力に制御してプラズマ形成領域Ａｐを制御することで、パーティクルＴをウェハＷの径方向外側に排出する。そして、ウェハＷ上にパーティクルＴが付着するのを抑制することができる。
According to the above embodiment, in the second flash step among the plurality of steps of plasma processing, the processing pressure inside the plasma processing chamber 10 (
また、以上の実施形態のプラズマ処理装置１ａは、上部電極シャワーヘッド１２と下部電極１１１にＲＦ電力が供給される、いわゆる上下部２周波印加方式のプラズマ処理装置である。このため、第２のフラッシュ工程で処理圧力を高圧力に制御すると、プラズマ形成領域Ａｐを上方（上部電極シャワーヘッド１２側）に移動させて形成することができる。この点、例えば下部電極１１１にＲＦ電力が供給される、いわゆる下部２周波印加方式のプラズマ処理装置にも本実施形態を適用することが可能であるが、下部２周波印加方式の場合、ウェハＷの上方にシースが形成されるため、プラズマ形成領域Ａｐを上方に移動させにくい。したがって、本実施形態のように上下部２周波印加方式を用いた場合に、特に顕著な効果を発揮する。
Further, the
なお、以上の実施形態では、第２のフラッシュ工程における処理圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上に調整することで、プラズマ形成領域Ａｐがパーティクル排出領域Ａｄより上方に形成され、パーティクルＴが適切に排出された。但し、ウェハＷ上へのパーティクルＴの付着を抑制するための、処理圧力５０ｍＴｏｒｒ以上の条件は、プラズマ処理チャンバ１０に依存する。例えばプラズマ処理チャンバ１０の形状や材料が異なる場合、当該プラズマ処理チャンバ１０に応じて、パーティクル排出領域Ａｄが設定される。かかる場合、プラズマ形成領域Ａｐがパーティクル排出領域Ａｄより上方に形成されるように、最適な処理圧力を設定すればよい。
In the above embodiment, by adjusting the processing pressure in the second flash step to 50 mTorr or more, the plasma formation region Ap is formed above the particle discharge region Ad, and the particles T are appropriately discharged. However, the condition of the processing pressure of 50 mTor or more for suppressing the adhesion of the particles T on the wafer W depends on the
また、以上の実施形態では、第２のフラッシュ工程における処理圧力を高圧力に制御したが、この処理圧力の制御は、トリム工程（ウェハＷ上に形成されたパターンの寸法を調整する工程）が終了する直前から開始してもよい。本発明者が鋭意検討を行ったところ、特にトリム工程のＲＦオフ時において、図２（ｄ）に示したように、プラズマＰ中に浮遊していたパーティクルＴがウェハＷ上に落下することが分かった。そこで、トリム工程が終了する直前において、処理圧力を高圧力に制御する。そうすると、上述した本実施形態の効果を享受することができ、ウェハＷ上にパーティクルＴが付着するのを抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the processing pressure in the second flash process is controlled to a high pressure, but the control of the processing pressure is performed by the trim process (the process of adjusting the dimensions of the pattern formed on the wafer W). It may start just before the end. As a result of diligent studies by the present inventor, particles T suspended in the plasma P may fall onto the wafer W, as shown in FIG. 2D, especially when the trim process is RF off. Do you get it. Therefore, the processing pressure is controlled to a high pressure immediately before the trimming process is completed. Then, the effect of the present embodiment described above can be enjoyed, and the particles T can be suppressed from adhering to the wafer W.
本発明者は、本実施形態のプラズマ処理方法を行った場合の効果を調べるための実験を行った。図８は、本実施形態の効果を示す説明図である。図８（ａ）は、従来のプラズマ処理方法を行った場合にウェハＷ上に付着するパーティクルＴを示している。従来のプラズマ処理方法では、各工程においてＲＦオンとＲＦオフを行い、トリム工程における処理圧力を１０ｍＴｏｒｒのままとした。その結果、ウェハＷ上に付着するパーティクルＴを減少させることはできなかった。 The present inventor conducted an experiment for investigating the effect when the plasma treatment method of the present embodiment was performed. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the effect of the present embodiment. FIG. 8A shows particles T adhering to the wafer W when the conventional plasma processing method is performed. In the conventional plasma processing method, RF on and RF off were performed in each step, and the treatment pressure in the trim step was kept at 10 mTorr. As a result, it was not possible to reduce the particles T adhering to the wafer W.
図８（ｂ）は、本実施形態のプラズマ処理方法を行った場合にウェハＷ上に付着するパーティクルＴを示している。本実施形態のプラズマ処理方法では、各工程においてＲＦオンとＲＦオフを行い、トリム工程までの処理圧力を従来条件と同じとし、さらにトリム工程の圧力も従来条件と同じく１０ｍＴｏｒｒとしたうえで、トリム工程が終了する直前において処理圧力を１０ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒに上げた。その結果、ウェハＷ上に付着するパーティクルＴを減少させることができた。 FIG. 8B shows particles T adhering to the wafer W when the plasma processing method of the present embodiment is performed. In the plasma processing method of the present embodiment, RF is turned on and RF is turned off in each step, the processing pressure up to the trim step is the same as the conventional condition, and the pressure in the trim step is also 10 mTorr as in the conventional condition, and then trimming is performed. Immediately before the end of the process, the processing pressure was increased from 10 mTorr to 100 mTorr. As a result, the particles T adhering to the wafer W could be reduced.
また、以上の実施形態では、図７に示したように処理圧力を変動させてプラズマ処理空間１０ｓに形成されるプラズマＰを撮像し、このプラズマ形成領域Ａｐを確認することで、第２のフラッシュ工程における最適な処理圧力を導出した。この点、処理圧力の導出は本実施形態に限定されない。例えば処理圧力と、プラズマ処理後にウェハＷに付着するパーティクルＴの数との関係を予め求めておき、この関係に基づいて、第２のフラッシュ工程における最適な処理圧力を導出してもよい。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 7, the plasma P formed in the
以上の実施形態のプラズマ処理装置１ａは容量結合型のプラズマ処理装置であったが、本開示が適用されるプラズマ処理装置はこれに限定されない。例えばプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置であってもよい。
The
今回開示された実施形態はすべての点で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、添付の請求の範囲及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。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The above embodiments may be omitted, replaced or modified in various embodiments without departing from the scope of the appended claims and their gist.
１ プラズマ処理システム
１ａ プラズマ処理装置
１ｂ 制御部
１０ プラズマ処理チャンバ
１２ 上部電極シャワーヘッド
２０ ガス供給部
３０ ＲＦ電力供給部
１１１ 下部電極
Ｗ ウェハ
1
Claims (10)
処理条件が異なる複数の工程を含み、
前記工程の各々において前記高周波電力の供給と停止を行い、
前記複数の工程のうち、前記チャンバの内部の付着物を除去する工程において、前記チャンバの内部の処理圧力を制御して前記プラズマの形成領域を制御することで、当該チャンバの内部の異物を前記基板の径方向外側に排出する、プラズマ処理方法。 It is a method of supplying high-frequency power to the electrodes, exciting the processing gas supplied to the inside of the chamber to generate plasma, and performing plasma processing on the substrate using the plasma.
Including multiple processes with different processing conditions
In each of the steps, the high frequency power is supplied and stopped, and the high frequency power is supplied and stopped.
Among the plurality of steps, in the step of removing the deposits inside the chamber, the foreign matter inside the chamber is removed by controlling the processing pressure inside the chamber to control the plasma forming region. A plasma processing method that discharges to the outside in the radial direction of the substrate.
前記チャンバの内部に配置される前記基板より上方に設けられた上部電極と、
前記チャンバの内部に配置される前記基板より上方に設けられた下部電極と、を備え、
前記工程の各々において、少なくとも前記上部電極又は前記下部電極への前記高周波電力の供給と停止を行う、請求項１～４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。 The electrode is
An upper electrode provided above the substrate arranged inside the chamber, and
A lower electrode provided above the substrate disposed inside the chamber.
The plasma processing method according to any one of claims 1 to 4, wherein in each of the steps, at least the high frequency power is supplied to and stopped from the upper electrode or the lower electrode.
チャンバと、
電極と、
前記電極に高周波電力を供給する高周波電力供給部と、
処理ガスを供給するガス供給部と、
前記高周波電力供給部及び前記ガス供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記プラズマ処理が、前記電極に前記高周波電力を供給し、前記チャンバの内部に供給された処理ガスを励起させて生成されるプラズマを用いて行われ、
前記プラズマ処理は、処理条件が異なる複数の工程を含み、
前記工程の各々において前記高周波電力の供給と停止を行い、
前記複数の工程のうち、前記チャンバの内部の付着物を除去する工程において、前記チャンバの内部の処理圧力を制御して前記プラズマの形成領域を制御することで、当該チャンバの内部の異物を前記基板の径方向外側に排出するように、前記高周波電力供給部及び前記ガス供給部を制御する、プラズマ処理装置。 It is a device that performs plasma processing on the substrate.
With the chamber
With electrodes
A high-frequency power supply unit that supplies high-frequency power to the electrodes,
The gas supply unit that supplies the processing gas and
A control unit that controls the high-frequency power supply unit and the gas supply unit is provided.
The control unit
The plasma processing is performed using plasma generated by supplying the high frequency power to the electrodes and exciting the processing gas supplied to the inside of the chamber.
The plasma treatment includes a plurality of steps having different treatment conditions.
In each of the steps, the high frequency power is supplied and stopped, and the high frequency power is supplied and stopped.
Among the plurality of steps, in the step of removing the deposits inside the chamber, the foreign matter inside the chamber is removed by controlling the processing pressure inside the chamber to control the plasma forming region. A plasma processing device that controls the high-frequency power supply unit and the gas supply unit so as to discharge the gas to the outside in the radial direction of the substrate.
前記チャンバの内部に配置される前記基板より上方に設けられた上部電極と、
前記チャンバの内部に配置される前記基板より上方に設けられた下部電極と、を備える、請求項６～９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。 The electrode is
An upper electrode provided above the substrate arranged inside the chamber, and
The plasma processing apparatus according to any one of claims 6 to 9, further comprising a lower electrode provided above the substrate arranged inside the chamber.
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