基板処理方法
【課題】 環境や洗浄部品に影響されずに、装置立上げ及びメンテナンス後の金属汚染量を低減することを可能とする。
【解決手段】 処理室内に設けられたサセプタにウェハを載置しないで、処理室に少なくとも窒素ガス（Ｎ2）を含むガスを供給しつつ排気してプラズマダミー放電する。このプラズマダミー放電に際して、金属汚染量を低下するために、プラズマダミー放電は繰り返し行うとよい。また、プラズマ放電する際の圧力を、ウェハを載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の圧力よりも低くしたり、プラズマ放電する際の高周波電力を、プラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くすると良い。プラズマダミー放電を繰り返した後、生産処理に移行させ、サセプタにウェハを載置して、ウェハにプラズマ酸化またはプラズマ窒化してウェハを処理する。
【解決手段】 処理室内に設けられたサセプタにウェハを載置しないで、処理室に少なくとも窒素ガス（Ｎ2）を含むガスを供給しつつ排気してプラズマダミー放電する。このプラズマダミー放電に際して、金属汚染量を低下するために、プラズマダミー放電は繰り返し行うとよい。また、プラズマ放電する際の圧力を、ウェハを載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の圧力よりも低くしたり、プラズマ放電する際の高周波電力を、プラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くすると良い。プラズマダミー放電を繰り返した後、生産処理に移行させ、サセプタにウェハを載置して、ウェハにプラズマ酸化またはプラズマ窒化してウェハを処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理基板の汚染量を改善した基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にデバイスを製造する基板処理装置は、クリーンルーム内に基板処理室（真空チャンバ）を備え、基板処理室外部から基板処理室内に基板を搬入し、ガスを供給しつつ排気することにより基板を処理し、処理済みの基板を基板処理室から基板処理室外へ搬出するように構成される。基板処理室内で基板は金属汚染されないことが好ましい。金属汚染された状態だとデバイスの特性が低下するからである。
【０００３】
ところで、基板処理装置を新規に製作した後の装置立上げ時や、基板処理装置のメンテナンス後の再稼働時の、真空チャンバ内の初期汚染量は、クリーンルームの環境及び真空チャンバを構成する構成部品（洗浄部品）の洗浄具合で左右される。このため、クリーンルーム環境のクリーン度を高め、メンテナンス時の洗浄部品の洗浄度を高めている。
したがって、装置立上げ時やメンテナンス後の再稼働時の初期汚染は、クリーンルームの環境及び洗浄された構成部品からの汚染ではなく、別なルートからの汚染であると考えられていた。このため、従来は、装置の立上げ時やメンテナンス後の再稼働時は、真空チャンバ内でダミー基板などを数枚処理しただけで、基板の生産処理に移行していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板の汚染は、クリーンルームの環境やメンテナンス後の洗浄部品の運搬方法及び運搬時間に影響されることがわかってきた。このため、上述した従来技術のように、装置立上げ時やメンテナンス後の再稼働時に、ダミー基板などを数枚処理しただけでは、基板の汚染を有効に防止できず、かといってダミー基板の枚数を増加すると、生産性が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消して、環境や洗浄部品に影響されずに、装置立上げ及びメンテナンス後であっても、基板の汚染量を低減することが可能な基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、基板処理室内に設けられた基板載置台に基板を載置しないで、前記基板処理室に少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電し、その後、前記基板載置台に基板を載置して、該基板を処理することを特徴とする基板処理方法である。基板の処理には、プラズマ酸化またはプラズマ窒化などのプラズマ処理、または非プラズマ処理を挙げることができる。
基板を処理せずに、少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電させると、処理室内の汚染量を低減することができる。したがって、装置立上げ時やメンテナンス後に、基板を処理しないでプラズマ放電させてから、基板を処理するようにすると、基板の汚染量を低減することができる。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、基板の処理がプラズマ酸化またはプラズマ窒化であって、基板を載置しないでプラズマ放電する際の圧力を、基板を載置して基板をプラズマ処理する際の圧力よりも低くした基板処理方法である。
圧力が低い状態でプラズマ放電すると、基板の汚染量をより低減することができる。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、基板の処理がプラズマ酸化またはプラズマ窒化であって、基板を載置しないでプラズマ放電する際の高周波電力を、基板を載置してプラズマ酸化、またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くした基板処理方法である。
高周波電力が高い状態でプラズマ放電すると、基板の汚染量をより低減することができる。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明において、基板の処理がプラズマ酸化またはプラズマ窒化であって、基板を載置しないでプラズマ放電する際の圧力を、基板を載置して基板をプラズマ処理する際の圧力よりも低くし、かつ基板を載置しないでプラズマ放電する際の高周波電力を、基板を載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くした基板処理方法である。
圧力が低く、かつ高周波電力が高い状態でプラズマ放電すると、基板の汚染量をより低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置立上げ時及びメンテナンス後の装置再稼働時であっても、基板処理前に、基板の処理を伴わないプラズマ処理を行なうことによって、基板処理時の汚染量を低減することができ、その結果、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の基板処理方法の実施の形態を説明する。基板処理方法を実施するためのプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。このＭＭＴ装置は、酸化処理や窒化処理の均一性に優れいているので、酸化窒化装置として使用される。
【００１２】
図９に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第２の容器である下側容器２１１と、該下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１３】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられ、シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０からなっており、前記ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａ流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
なお、プラズマ処理炉には、上述した反応ガス２３０を供給するガス供給管２３２の他に、酸素ガス（Ｏ2）や窒素（Ｎ2）ガスを供給するガス供給管（ガスライン）が設けられている。
【００１４】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００１５】
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段２１６は例えば筒状の永久磁石からなっている。磁界形成手段２１６は筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００１６】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウエハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００１７】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１８】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、磁界形成手段２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００１９】
筒状電極２１５及び磁界形成手段２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び磁界形成手段２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００２０】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるための基板突上手段であるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６が設けられる。
【００２１】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウエハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００２２】
また、制御手段であるコントローラ１２１は高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。
【００２３】
上記のような構成において、ウエハ２００表面を、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
【００２４】
ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部（クリーンルーム）からウエハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウエハ２００をウエハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００２５】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲内でウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
【００２６】
ウエハ２００を処理温度に加熱したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００２７】
磁界形成手段２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、ウェハ搬入と逆の手順で処理室２０１外のクリーンルームへ搬送される。
【００２８】
なお、コントローラ１２１により高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。
【００２９】
さて、上述したように構成されたＭＭＴ装置において、特に新規装置の立上げ時や、メンテナンス後の再稼働時、処理室内でダミー基板などを数枚処理しただけで、ウェハの生産処理に移行すると、クリーンルーム環境を高清浄にしたり、洗浄部品を高清浄に保っているにもかかわらず、ウェハをプラズマ酸化またはプラズマ窒化すると、プラズマ処理ウェハが金属汚染されるという問題があった。これは、クリーンルームの環境やメンテナンス後の洗浄部品の運搬方法及び運搬時間に影響されることにも起因している。
【００３０】
そこで、実施の形態では、ウェハの生産処理に移行する前に、処理室２０１内に設けられた基板載置台としてのサセプタ２１７にウェハ２００を載置しないで、処理室２０１に少なくとも窒素ガスＮ2を含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電する。その後、ウェハの生産処理に移行させ、サセプタ２１７にウェハ２００を載置して、ウェハ２００にプラズマ酸化またはプラズマ窒化するようにしている。
【００３１】
このようにウェハを処理せずに、少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電させると、処理室２０１内の金属汚染量を低減することができることがわかった。したがって、装置立上げ時やメンテナンス後に、ウェハを処理しないでプラズマ放電させてから、ウェハを処理するようにしたので、ウェハの金属汚染量を低減することができる。
【００３２】
この場合において、ウェハを載置しないでプラズマ放電する際の圧力が、ウェハを載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の圧力よりも低くすることが好ましい。圧力が低い状態でプラズマ放電すると、電子及びイオンの衝突力が大きく、十分に金属汚染物が出ると考えられる。その後、その圧力よりも高い圧力で行なうと、衝突力が小さいので金属汚染物が出ずらいからである。
【００３３】
また、ウェハを載置しないでプラズマ放電する際の高周波電力が、ウェハを載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くすることが好ましい。高周波電力が高い状態でプラズマ放電すると、電子及びイオンの衝突力が大きく、十分に金属汚染物が出ると考えられる。その後、その高周波電力よりも低い状態でプラズマ放電すると、衝突力が小さいので金属汚染物が出ずらいからである。
【００３４】
さて、上述したように、ウェハを処理しないでプラズマ放電させてから、ウェハを処理するようにすると、ウェハの金属汚染量を低減することができるが、その評価実験を上記ＭＭＴ装置を用いて行った。
ウェハをチャンバ内のサセプタ２１７に設置することなく、ＡＰＣ２４２によるガス調圧を行なった後、高周波電力（ＲＦ）を筒状電極２１５に印加して、チャンバ内にプラズマを生成させる。本実験では高周波電力をオンして６０秒放電させた後、高周波電力をオフさせる。このオン／オフシーケンスを任意の回数実施することで金属汚染量の低減効果を確認した。以下、詳述する。
【００３５】
まず始めに、ウェハを処理しない際に使用するガスを決定するために、Ｎ2とＯ2を比較した。その結果を図１〜図４に示す。これらのデータは、使用するガスをＮ2とＯ2どちらを採用するかを決定するために行なった実験である。
その内容は、Ｎ2ダミー放電（ウェハなしのダミー処理においてＮ2ガスを流してプラズマ放電させること）を所定バッチ回数繰り返して、チャンバ内の金属汚染を低減させる。その後、評価用のウェハを処理室内に入れて、処理したいプロセス（プラズマ酸化、またはプラズマ窒化）を行ない、そのウェハの金属汚染量を測定している。図１〜図４において、酸化Ｄａｔａ（酸化データ）ないし窒化Ｄａｔａ（窒化データ）という表記中の「酸化」又は「窒化」の意味は、ダミー放電処理後に行なったプロセス内容を意味する。横軸はバッチ回数（ダミー放電回数）、縦軸はダミー放電処理後に行ったプロセスにより汚染されたウェハの金属汚染量のデータである。
【００３６】
金属汚染量は、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）で測定した。プロセス処理後、チャンバから処理済みのウェハを搬出し、搬出したウェハ表面を測定した。測定金属種は、ナトリウムＮａ、アルミニウムＡｌ、カリウムＫ、鉄Ｆｅである。
測定方法は次の通りである。まず、一晩以上チャンバをオープンにしてから、Ｎ2ダミー放電又はＯ2ダミー放電を１回ないし２回行った後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数１ないし２）。このときの測定値を初期金属汚染量とした。つぎに、Ｎ2又はＯ2ダミー放電を３８回ないし３９回繰り返し行なった後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化処理又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数３８）。つぎに、Ｎ2又はＯ2ダミー放電を７５回ないし７６回繰り返し行なった後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化処理又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数７５）。そして、Ｎ2又はＯ2ダミー放電を１１２回ないし１１３回繰り返し行なった後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化処理又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数１１２）。
この間、チャンバ内には、プロセスがプラズマ窒化処理の場合には窒素ガスを、またプロセスがプラズマ酸化処理の場合には酸素ガスを流し続けている。
【００３７】
図１は、Ｎ2ダミー放電時の窒化データである。すなわち、Ｎ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ窒化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、ガス：Ｎ2、流量：３００ｓｃｃｍ、ＲＦ：３００Ｗ、圧力：１０Ｐａ、時間：３０秒、ウェハなしである。またプラズマ窒化条件は、ガス：Ｎ2、流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦ：２５０Ｗ、圧力：３０Ｐａ、時間：２４秒、ウェハあり、である。
図からわかるように、Ａｌの金属汚染量には目立った変化は見られないが、矢印で示すようにＮａ，Ｋの金属汚染量は漸減しているのがわかる。また、Ｆｅは激減しており、バッチ回数が３８回、７５回、１１２回では測定不能である。
【００３８】
図２は、Ｎ2ダミー放電時の酸化データである。すなわち、Ｎ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ酸化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図１のときと同じである。また、プラズマ酸化条件は、ガス：Ｏ2、流量：３００ｓｃｃｍ、ＲＦ：３００Ｗ、圧力：１０Ｐａ、時間：１００秒である。
図からわかるように、Ａｌ，Ｆｅ金属汚染量には目立った変化は見られないが、矢印で示すようにＮａ，Ｋ金属汚染量は漸減しているのがわかる。
【００３９】
図３は、Ｏ2ダミー放電時の窒化データである。すなわち、Ｎ2ではなく、Ｏ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ窒化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、ガス：Ｎ2をガス：Ｏ2にした点を除き、図１のときと同じである。また、プラズマ窒化条件は、図１のときと同じである。
図からわかるように、図１のＮ2ダミー放電の場合と異なり、Ｆｅを除いた他の金属は、バッチ回数によっては金属汚染量は変らないことがわかる。なお、唯一例外的に、Ｆｅだけは金属汚染量が漸減している。
【００４０】
図４は、Ｏ2ダミー放電時の酸化データである。すなわち、Ｎ2ではなく、Ｏ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ酸化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＯ2ダミー放電条件は、図３のときと同じである。また、プラズマ酸化条件は、図２のときと同じである。
図からわかるように、図２のＮ2ダミー放電の場合と異なり、いずれの金属種も、バッチ回数によっては金属汚染量は変らないことがわかる。
【００４１】
したがって、図１〜図４より、ダミー放電に使用するガスは、少なくともＮ2を含むガスが効果的であることがわかる。また、ダミー放電後に行うプロセスは、プラズマ窒化、プラズマ酸化で効果的であることがわかる。
【００４２】
次に、ダミー放電時におけるチャンバ内圧力とプラズマ放電を起こさせる高周波電力（ＲＦパワー）との影響について評価した。その結果を、図５〜図８に示す。ここでは、ウェハ表面のみならず裏面の金属汚染も測定している。また、評価対象とするバッチ回数は図１の場合と比べて多くした。図５、図６は測定箇所がウェハ表面であり、図７、図８は測定箇所がウェハ裏面である。ウェハ表面の場合は、通常の搬送で処理したウェハ表面を測定するが、ウェハ裏面の場合は、ウェハを裏返して搬送して、ウェハのサセプタ接触面側の金属汚染量を測定する。また、バッチ回数を１〜４回行った後のプロセス処理にて取得した金属汚染量の測定値を初期汚染量とした。
【００４３】
図５は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の窒化データ（表面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、ガス：Ｎ2、流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦ：２００Ｗ、圧力：５Ｐａ、時間：６０秒、ウェハなしである。また、プラズマ窒化条件は、ガス：Ｎ2、流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦ：２００Ｗ、圧力：１３０Ｐａ、時間：４０秒、ウェハあり、である。バッチ回数は１回、１０５回、及び１０１３回行った。すなわち、ダミー放電時とプロセス時との高周波印加電力は同じとしたが、ダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ａｌ，及びＦｅの金属汚染量はいずれも矢印で示すように漸減しているのがわかる。特に、Ａｌ及びＦｅについては、バッチ回数が１０１３回目で測定不能となるほど低下している。なお、Ｋ金属汚染量は、１０１３回目で上昇に転じているが、初期汚染量を超えてはいない。
【００４４】
図６は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の酸化データ（表面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図５のときと同じである。また、プラズマ酸化条件は、ガス：Ｏ2、流量：１５ｓｃｃｍ、ガス：Ｋｒ、流量：３７５ｓｃｃｍ、ＲＦ：１５０Ｗ、圧力：６５Ｐａ、時間：２６秒、ウェハあり、である。すなわち、ダミー放電時の電力をプロセス時よりも大きくし、しかもダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ａｌ，及びＦｅ金属汚染量はいずれも矢印で示すように漸減しているのがわかる。特に、Ａｌについては、バッチ回数が１０１３回目で測定不能となるほど低下している。なお、Ｋ金属汚染量は、バッチ回数が１０１５回目で上昇に転じているが、その上昇値は、バッチ回数が３回目の値を大きく下回っている。
【００４５】
図７は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の窒化データ（裏面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図５のときと同じである。また、プラズマ窒化条件も、図５のときと同じである。すなわち、ダミー放電時とプロセス時との高周波印加電力は同じとしたが、ダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ｋ、Ｆｅの裏面金属汚染量はいずれも矢印で示すように漸減しているのがわかる。特に、Ｆｅについては、バッチ回数が１０１３回目で測定不能となるほど低下している。なお、Ａｌ金属汚染量には特に変化はなかった。
【００４６】
図８は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の酸化データ（裏面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図６のときと同じである。また、プラズマ酸化条件も、図６のときと同じである。すなわち、ダミー放電時の電力をプロセス時よりも大きくし、しかもダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ａｌ，Ｋ，Ｆｅのいずれの裏面金属汚染量も、矢印で示すように漸減しているのがわかる。
したがって、図５〜ず８より、ダミー放電時に、生産条件より低い圧力、又は高いパワーを使用することで、ダミー処理時に金属汚染をより低減させ、生産時にはより低い金属汚染量になることが確認できた。
【００４７】
上述したように、実施の形態によれば、プラズマ窒化及び酸化装置において、Ｎ2を用いたプラズマダミー放電を行なうようにしたので、ウェハ表面と裏面の金属汚染を低減させることができる。また、Ｎ2ガスを用い、チャンバ内圧力が生産条件以下の範囲の条件を用いたプラズマダミー放電を行なうようにしたので、ウェハ表面と裏面の金属汚染を低減させることができる。また、プラズマ窒化及び酸化装置において、Ｎ2ガスを用い、ＲＦパワーが生産条件以上の範囲の条件を用いたプラズマダミー放電を行なうようにしたので、ウェハ表面と裏面の金属汚染を低減させることができる。
【００４８】
したがって、各種半導体製造装置（プラズマ処理装置）において、装置立上げ後、及びメンテナンス後であって、生産前にチャンバをプラズマ処理することにより、初期の金属汚染状態にあったチャンバを、金属汚染量の少ない運用可能状態にして、生産性の安定を向上することができる。
また、本実施の形態によれば、Ｎ2ガス供給系として、装置に装備されている既存のＮ2ガスラインを使用できるので、装置が簡潔となり、装置の製作費を低減できる。また、ダミーウェハを使う必要がなく、ダミー放電回数を増やすだけで良いので、資源の有効利用が図れる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、プラズマ放電後に、ウェハをプラズマ酸化、またはプラズマ窒化する場合について説明したが、これ以外のプラズマ処理、またはプラズマを用いない処理にも、本発明は適用可能である。一般的にデバイスを製造するとき、金属汚染された状態だとデバイスの特性が低下するが、本発明は、この金属汚染を防止できるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2ダミー放電時の窒化データを示す図である。
【図２】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2ダミー放電時の酸化データを示す図である。
【図３】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＯ2ダミー放電時の窒化データを示す図である。
【図４】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＯ2ダミー放電時の酸化データを示す図である。
【図５】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の窒化データ（表面）を示す図である。
【図６】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の酸化データ（表面）を示す図である。
【図７】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の窒化データ（裏面）を示す図である。
【図８】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の酸化データ（裏面）を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室（基板処理室）
２１７ サセプタ（基板載置台）
２２４ プラズマ生成領域
２３２ ガス供給管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理基板の汚染量を改善した基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にデバイスを製造する基板処理装置は、クリーンルーム内に基板処理室（真空チャンバ）を備え、基板処理室外部から基板処理室内に基板を搬入し、ガスを供給しつつ排気することにより基板を処理し、処理済みの基板を基板処理室から基板処理室外へ搬出するように構成される。基板処理室内で基板は金属汚染されないことが好ましい。金属汚染された状態だとデバイスの特性が低下するからである。
【０００３】
ところで、基板処理装置を新規に製作した後の装置立上げ時や、基板処理装置のメンテナンス後の再稼働時の、真空チャンバ内の初期汚染量は、クリーンルームの環境及び真空チャンバを構成する構成部品（洗浄部品）の洗浄具合で左右される。このため、クリーンルーム環境のクリーン度を高め、メンテナンス時の洗浄部品の洗浄度を高めている。
したがって、装置立上げ時やメンテナンス後の再稼働時の初期汚染は、クリーンルームの環境及び洗浄された構成部品からの汚染ではなく、別なルートからの汚染であると考えられていた。このため、従来は、装置の立上げ時やメンテナンス後の再稼働時は、真空チャンバ内でダミー基板などを数枚処理しただけで、基板の生産処理に移行していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板の汚染は、クリーンルームの環境やメンテナンス後の洗浄部品の運搬方法及び運搬時間に影響されることがわかってきた。このため、上述した従来技術のように、装置立上げ時やメンテナンス後の再稼働時に、ダミー基板などを数枚処理しただけでは、基板の汚染を有効に防止できず、かといってダミー基板の枚数を増加すると、生産性が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消して、環境や洗浄部品に影響されずに、装置立上げ及びメンテナンス後であっても、基板の汚染量を低減することが可能な基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、基板処理室内に設けられた基板載置台に基板を載置しないで、前記基板処理室に少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電し、その後、前記基板載置台に基板を載置して、該基板を処理することを特徴とする基板処理方法である。基板の処理には、プラズマ酸化またはプラズマ窒化などのプラズマ処理、または非プラズマ処理を挙げることができる。
基板を処理せずに、少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電させると、処理室内の汚染量を低減することができる。したがって、装置立上げ時やメンテナンス後に、基板を処理しないでプラズマ放電させてから、基板を処理するようにすると、基板の汚染量を低減することができる。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、基板の処理がプラズマ酸化またはプラズマ窒化であって、基板を載置しないでプラズマ放電する際の圧力を、基板を載置して基板をプラズマ処理する際の圧力よりも低くした基板処理方法である。
圧力が低い状態でプラズマ放電すると、基板の汚染量をより低減することができる。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、基板の処理がプラズマ酸化またはプラズマ窒化であって、基板を載置しないでプラズマ放電する際の高周波電力を、基板を載置してプラズマ酸化、またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くした基板処理方法である。
高周波電力が高い状態でプラズマ放電すると、基板の汚染量をより低減することができる。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明において、基板の処理がプラズマ酸化またはプラズマ窒化であって、基板を載置しないでプラズマ放電する際の圧力を、基板を載置して基板をプラズマ処理する際の圧力よりも低くし、かつ基板を載置しないでプラズマ放電する際の高周波電力を、基板を載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くした基板処理方法である。
圧力が低く、かつ高周波電力が高い状態でプラズマ放電すると、基板の汚染量をより低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置立上げ時及びメンテナンス後の装置再稼働時であっても、基板処理前に、基板の処理を伴わないプラズマ処理を行なうことによって、基板処理時の汚染量を低減することができ、その結果、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の基板処理方法の実施の形態を説明する。基板処理方法を実施するためのプラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Modified Magnetron Typed Plasma Source）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、シャワープレートを介して反応ガスを処理室に導入し、処理室をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界をかけてマグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。このＭＭＴ装置は、酸化処理や窒化処理の均一性に優れいているので、酸化窒化装置として使用される。
【００１２】
図９に、このようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。ＭＭＴ装置は、第２の容器である下側容器２１１と、該下側容器２１１の上に被せられる第１の容器である上側容器２１０とから処理室２０１が形成されている。上側容器２１０はドーム型の酸化アルミニウム又は石英で形成されており、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持手段であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
【００１３】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられ、シャワーヘッド上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられ、下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０からなっており、前記ガス導入口２３４は、ガスを供給する供給管であるガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａ流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の反応ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から反応ガス２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気する排気口であるガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５はガスを排気する排気管であるガス排気管２３１により圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポンプ２４６に接続されている。
なお、プラズマ処理炉には、上述した反応ガス２３０を供給するガス供給管２３２の他に、酸素ガス（Ｏ2）や窒素（Ｎ2）ガスを供給するガス供給管（ガスライン）が設けられている。
【００１４】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として断面が筒状であり、好適には円筒状の第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理室２０１の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力印加する高周波電源２７３が接続されている。
【００１５】
また、断面が筒状であり、好適には円筒状の磁界形成手段２１６は例えば筒状の永久磁石からなっている。磁界形成手段２１６は筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。
【００１６】
処理室２０１の底側中央には、基板であるウエハ２００を保持するための基板保持手段としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７はウエハ２００を加熱できるようになっている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムで構成され、内部に加熱手段としてのヒータ（図中省略）が一体的に埋め込まれている。ヒータは高周波電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。
【００１７】
また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを可変するための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。
【００１８】
ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも前記処理室２０１、サセプタ２１７、筒状電極２１５、磁界形成手段２１６、シャワーヘッド２３６、及び排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。
【００１９】
筒状電極２１５及び磁界形成手段２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び磁界形成手段２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。
【００２０】
サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させる昇降手段であるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａを有し、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるための基板突上手段であるウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６が設けられる。
【００２１】
また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送手段により処理室２０１へウエハ２００が搬入、または搬出され、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００２２】
また、制御手段であるコントローラ１２１は高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源と接続し、それぞれを制御している。
【００２３】
上記のような構成において、ウエハ２００表面を、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面を所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
【００２４】
ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部（クリーンルーム）からウエハを搬送する図中省略の搬送手段によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は、まずサセプタ２１７が下った状態になっており、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過してサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き出された状態で、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開き、図中省略の搬送手段によってウエハ２００をウエハ突上げピンの先端に載置し、搬送手段は処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉まり、サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。
【００２５】
サセプタ２１７に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲内でウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
【００２６】
ウエハ２００を処理温度に加熱したら、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、反応ガスを処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けてシャワー状に導入する。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値に制御しておく。
【００２７】
磁界形成手段２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。表面処理が終わったウエハ２００は、図示略の搬送手段を用いて、ウェハ搬入と逆の手順で処理室２０１外のクリーンルームへ搬送される。
【００２８】
なお、コントローラ１２１により高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれたヒータに高周波電力を印加する高周波電源への電力ＯＮ・ＯＦＦをそれぞれを制御している。
【００２９】
さて、上述したように構成されたＭＭＴ装置において、特に新規装置の立上げ時や、メンテナンス後の再稼働時、処理室内でダミー基板などを数枚処理しただけで、ウェハの生産処理に移行すると、クリーンルーム環境を高清浄にしたり、洗浄部品を高清浄に保っているにもかかわらず、ウェハをプラズマ酸化またはプラズマ窒化すると、プラズマ処理ウェハが金属汚染されるという問題があった。これは、クリーンルームの環境やメンテナンス後の洗浄部品の運搬方法及び運搬時間に影響されることにも起因している。
【００３０】
そこで、実施の形態では、ウェハの生産処理に移行する前に、処理室２０１内に設けられた基板載置台としてのサセプタ２１７にウェハ２００を載置しないで、処理室２０１に少なくとも窒素ガスＮ2を含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電する。その後、ウェハの生産処理に移行させ、サセプタ２１７にウェハ２００を載置して、ウェハ２００にプラズマ酸化またはプラズマ窒化するようにしている。
【００３１】
このようにウェハを処理せずに、少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電させると、処理室２０１内の金属汚染量を低減することができることがわかった。したがって、装置立上げ時やメンテナンス後に、ウェハを処理しないでプラズマ放電させてから、ウェハを処理するようにしたので、ウェハの金属汚染量を低減することができる。
【００３２】
この場合において、ウェハを載置しないでプラズマ放電する際の圧力が、ウェハを載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の圧力よりも低くすることが好ましい。圧力が低い状態でプラズマ放電すると、電子及びイオンの衝突力が大きく、十分に金属汚染物が出ると考えられる。その後、その圧力よりも高い圧力で行なうと、衝突力が小さいので金属汚染物が出ずらいからである。
【００３３】
また、ウェハを載置しないでプラズマ放電する際の高周波電力が、ウェハを載置してプラズマ酸化またはプラズマ窒化する際の高周波電力よりも高くすることが好ましい。高周波電力が高い状態でプラズマ放電すると、電子及びイオンの衝突力が大きく、十分に金属汚染物が出ると考えられる。その後、その高周波電力よりも低い状態でプラズマ放電すると、衝突力が小さいので金属汚染物が出ずらいからである。
【００３４】
さて、上述したように、ウェハを処理しないでプラズマ放電させてから、ウェハを処理するようにすると、ウェハの金属汚染量を低減することができるが、その評価実験を上記ＭＭＴ装置を用いて行った。
ウェハをチャンバ内のサセプタ２１７に設置することなく、ＡＰＣ２４２によるガス調圧を行なった後、高周波電力（ＲＦ）を筒状電極２１５に印加して、チャンバ内にプラズマを生成させる。本実験では高周波電力をオンして６０秒放電させた後、高周波電力をオフさせる。このオン／オフシーケンスを任意の回数実施することで金属汚染量の低減効果を確認した。以下、詳述する。
【００３５】
まず始めに、ウェハを処理しない際に使用するガスを決定するために、Ｎ2とＯ2を比較した。その結果を図１〜図４に示す。これらのデータは、使用するガスをＮ2とＯ2どちらを採用するかを決定するために行なった実験である。
その内容は、Ｎ2ダミー放電（ウェハなしのダミー処理においてＮ2ガスを流してプラズマ放電させること）を所定バッチ回数繰り返して、チャンバ内の金属汚染を低減させる。その後、評価用のウェハを処理室内に入れて、処理したいプロセス（プラズマ酸化、またはプラズマ窒化）を行ない、そのウェハの金属汚染量を測定している。図１〜図４において、酸化Ｄａｔａ（酸化データ）ないし窒化Ｄａｔａ（窒化データ）という表記中の「酸化」又は「窒化」の意味は、ダミー放電処理後に行なったプロセス内容を意味する。横軸はバッチ回数（ダミー放電回数）、縦軸はダミー放電処理後に行ったプロセスにより汚染されたウェハの金属汚染量のデータである。
【００３６】
金属汚染量は、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）で測定した。プロセス処理後、チャンバから処理済みのウェハを搬出し、搬出したウェハ表面を測定した。測定金属種は、ナトリウムＮａ、アルミニウムＡｌ、カリウムＫ、鉄Ｆｅである。
測定方法は次の通りである。まず、一晩以上チャンバをオープンにしてから、Ｎ2ダミー放電又はＯ2ダミー放電を１回ないし２回行った後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数１ないし２）。このときの測定値を初期金属汚染量とした。つぎに、Ｎ2又はＯ2ダミー放電を３８回ないし３９回繰り返し行なった後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化処理又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数３８）。つぎに、Ｎ2又はＯ2ダミー放電を７５回ないし７６回繰り返し行なった後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化処理又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数７５）。そして、Ｎ2又はＯ2ダミー放電を１１２回ないし１１３回繰り返し行なった後、測定用ウェハをチャンバ内に入れてプラズマ窒化処理又はプラズマ酸化処理し、処理後のウェハの金属汚染量を測定した（バッチ回数１１２）。
この間、チャンバ内には、プロセスがプラズマ窒化処理の場合には窒素ガスを、またプロセスがプラズマ酸化処理の場合には酸素ガスを流し続けている。
【００３７】
図１は、Ｎ2ダミー放電時の窒化データである。すなわち、Ｎ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ窒化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、ガス：Ｎ2、流量：３００ｓｃｃｍ、ＲＦ：３００Ｗ、圧力：１０Ｐａ、時間：３０秒、ウェハなしである。またプラズマ窒化条件は、ガス：Ｎ2、流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦ：２５０Ｗ、圧力：３０Ｐａ、時間：２４秒、ウェハあり、である。
図からわかるように、Ａｌの金属汚染量には目立った変化は見られないが、矢印で示すようにＮａ，Ｋの金属汚染量は漸減しているのがわかる。また、Ｆｅは激減しており、バッチ回数が３８回、７５回、１１２回では測定不能である。
【００３８】
図２は、Ｎ2ダミー放電時の酸化データである。すなわち、Ｎ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ酸化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図１のときと同じである。また、プラズマ酸化条件は、ガス：Ｏ2、流量：３００ｓｃｃｍ、ＲＦ：３００Ｗ、圧力：１０Ｐａ、時間：１００秒である。
図からわかるように、Ａｌ，Ｆｅ金属汚染量には目立った変化は見られないが、矢印で示すようにＮａ，Ｋ金属汚染量は漸減しているのがわかる。
【００３９】
図３は、Ｏ2ダミー放電時の窒化データである。すなわち、Ｎ2ではなく、Ｏ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ窒化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、ガス：Ｎ2をガス：Ｏ2にした点を除き、図１のときと同じである。また、プラズマ窒化条件は、図１のときと同じである。
図からわかるように、図１のＮ2ダミー放電の場合と異なり、Ｆｅを除いた他の金属は、バッチ回数によっては金属汚染量は変らないことがわかる。なお、唯一例外的に、Ｆｅだけは金属汚染量が漸減している。
【００４０】
図４は、Ｏ2ダミー放電時の酸化データである。すなわち、Ｎ2ではなく、Ｏ2ダミー放電を行った後、ウェハにプラズマ酸化したときのウェハの金属汚染量を示す。このときのＯ2ダミー放電条件は、図３のときと同じである。また、プラズマ酸化条件は、図２のときと同じである。
図からわかるように、図２のＮ2ダミー放電の場合と異なり、いずれの金属種も、バッチ回数によっては金属汚染量は変らないことがわかる。
【００４１】
したがって、図１〜図４より、ダミー放電に使用するガスは、少なくともＮ2を含むガスが効果的であることがわかる。また、ダミー放電後に行うプロセスは、プラズマ窒化、プラズマ酸化で効果的であることがわかる。
【００４２】
次に、ダミー放電時におけるチャンバ内圧力とプラズマ放電を起こさせる高周波電力（ＲＦパワー）との影響について評価した。その結果を、図５〜図８に示す。ここでは、ウェハ表面のみならず裏面の金属汚染も測定している。また、評価対象とするバッチ回数は図１の場合と比べて多くした。図５、図６は測定箇所がウェハ表面であり、図７、図８は測定箇所がウェハ裏面である。ウェハ表面の場合は、通常の搬送で処理したウェハ表面を測定するが、ウェハ裏面の場合は、ウェハを裏返して搬送して、ウェハのサセプタ接触面側の金属汚染量を測定する。また、バッチ回数を１〜４回行った後のプロセス処理にて取得した金属汚染量の測定値を初期汚染量とした。
【００４３】
図５は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の窒化データ（表面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、ガス：Ｎ2、流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦ：２００Ｗ、圧力：５Ｐａ、時間：６０秒、ウェハなしである。また、プラズマ窒化条件は、ガス：Ｎ2、流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦ：２００Ｗ、圧力：１３０Ｐａ、時間：４０秒、ウェハあり、である。バッチ回数は１回、１０５回、及び１０１３回行った。すなわち、ダミー放電時とプロセス時との高周波印加電力は同じとしたが、ダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ａｌ，及びＦｅの金属汚染量はいずれも矢印で示すように漸減しているのがわかる。特に、Ａｌ及びＦｅについては、バッチ回数が１０１３回目で測定不能となるほど低下している。なお、Ｋ金属汚染量は、１０１３回目で上昇に転じているが、初期汚染量を超えてはいない。
【００４４】
図６は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の酸化データ（表面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図５のときと同じである。また、プラズマ酸化条件は、ガス：Ｏ2、流量：１５ｓｃｃｍ、ガス：Ｋｒ、流量：３７５ｓｃｃｍ、ＲＦ：１５０Ｗ、圧力：６５Ｐａ、時間：２６秒、ウェハあり、である。すなわち、ダミー放電時の電力をプロセス時よりも大きくし、しかもダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ａｌ，及びＦｅ金属汚染量はいずれも矢印で示すように漸減しているのがわかる。特に、Ａｌについては、バッチ回数が１０１３回目で測定不能となるほど低下している。なお、Ｋ金属汚染量は、バッチ回数が１０１５回目で上昇に転じているが、その上昇値は、バッチ回数が３回目の値を大きく下回っている。
【００４５】
図７は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の窒化データ（裏面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図５のときと同じである。また、プラズマ窒化条件も、図５のときと同じである。すなわち、ダミー放電時とプロセス時との高周波印加電力は同じとしたが、ダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ｋ、Ｆｅの裏面金属汚染量はいずれも矢印で示すように漸減しているのがわかる。特に、Ｆｅについては、バッチ回数が１０１３回目で測定不能となるほど低下している。なお、Ａｌ金属汚染量には特に変化はなかった。
【００４６】
図８は、Ｎ2、低圧、ハイパワーダミー時の酸化データ（裏面）を示す。このときのＮ2ダミー放電条件は、図６のときと同じである。また、プラズマ酸化条件も、図６のときと同じである。すなわち、ダミー放電時の電力をプロセス時よりも大きくし、しかもダミー放電時の圧力をプロセス時よりも低くした。
図からわかるように、Ｎａ，Ａｌ，Ｋ，Ｆｅのいずれの裏面金属汚染量も、矢印で示すように漸減しているのがわかる。
したがって、図５〜ず８より、ダミー放電時に、生産条件より低い圧力、又は高いパワーを使用することで、ダミー処理時に金属汚染をより低減させ、生産時にはより低い金属汚染量になることが確認できた。
【００４７】
上述したように、実施の形態によれば、プラズマ窒化及び酸化装置において、Ｎ2を用いたプラズマダミー放電を行なうようにしたので、ウェハ表面と裏面の金属汚染を低減させることができる。また、Ｎ2ガスを用い、チャンバ内圧力が生産条件以下の範囲の条件を用いたプラズマダミー放電を行なうようにしたので、ウェハ表面と裏面の金属汚染を低減させることができる。また、プラズマ窒化及び酸化装置において、Ｎ2ガスを用い、ＲＦパワーが生産条件以上の範囲の条件を用いたプラズマダミー放電を行なうようにしたので、ウェハ表面と裏面の金属汚染を低減させることができる。
【００４８】
したがって、各種半導体製造装置（プラズマ処理装置）において、装置立上げ後、及びメンテナンス後であって、生産前にチャンバをプラズマ処理することにより、初期の金属汚染状態にあったチャンバを、金属汚染量の少ない運用可能状態にして、生産性の安定を向上することができる。
また、本実施の形態によれば、Ｎ2ガス供給系として、装置に装備されている既存のＮ2ガスラインを使用できるので、装置が簡潔となり、装置の製作費を低減できる。また、ダミーウェハを使う必要がなく、ダミー放電回数を増やすだけで良いので、資源の有効利用が図れる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、プラズマ放電後に、ウェハをプラズマ酸化、またはプラズマ窒化する場合について説明したが、これ以外のプラズマ処理、またはプラズマを用いない処理にも、本発明は適用可能である。一般的にデバイスを製造するとき、金属汚染された状態だとデバイスの特性が低下するが、本発明は、この金属汚染を防止できるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2ダミー放電時の窒化データを示す図である。
【図２】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2ダミー放電時の酸化データを示す図である。
【図３】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＯ2ダミー放電時の窒化データを示す図である。
【図４】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＯ2ダミー放電時の酸化データを示す図である。
【図５】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の窒化データ（表面）を示す図である。
【図６】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の酸化データ（表面）を示す図である。
【図７】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の窒化データ（裏面）を示す図である。
【図８】本発明の基板処理方法の有効性を評価するためのＮ2，低圧，ハイパワー時の酸化データ（裏面）を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室（基板処理室）
２１７ サセプタ（基板載置台）
２２４ プラズマ生成領域
２３２ ガス供給管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理室内に設けられた基板載置台に基板を載置しないで、前記基板処理室に少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電し、
その後、前記基板載置台に基板を載置して、該基板を処理することを特徴とする基板処理方法。
【請求項１】
基板処理室内に設けられた基板載置台に基板を載置しないで、前記基板処理室に少なくとも窒素ガスを含むガスを供給しつつ排気してプラズマ放電し、
その後、前記基板載置台に基板を載置して、該基板を処理することを特徴とする基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−５２８７（Ｐ２００６−５２８７Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８２３３９（Ｐ２００４−１８２３３９）
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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