JP7561575B2

JP7561575B2 - レシピ更新方法

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Publication number: JP7561575B2
Application number: JP2020183470A
Authority: JP
Inventors: 理史浦川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2024-10-04
Anticipated expiration: 2040-11-02
Also published as: JP2022073471A; US20220137603A1; US12211678B2; KR20220059422A; KR102888083B1

Description

本開示は、レシピ更新方法に関するものである。

従来、半導体ウエハ等の基板を載置する載置台に高周波電力を印加してプラズマを生成することにより、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す技術が知られている。

特開２０１７－１１１６９号公報

本開示は、高周波電力の印加後に載置台の温度が安定するまでの時間を短縮することができる技術を提供する。

本開示の一態様によるレシピ更新方法は、プラズマ生成用の高周波電力の印加タイミングを含む第１レシピを用いて、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す工程と、前記第１レシピに対応付けて、前記載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングと、前記載置台の温度の第１最大値とを計測する工程と、前記第１レシピの前記印加タイミングを前記基準タイミングに変更して得られる第２レシピを用いて、前記基板に対してプラズマ処理を施す工程と、前記第２レシピに対応付けて、前記載置台の温度の第２最大値を計測する工程と、前記第２最大値が前記第１最大値よりも小さい場合に、前記第１レシピを前記第２レシピに更新する工程とを含む。

本開示によれば、高周波電力の印加後に載置台の温度が安定するまでの時間を短縮することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置のレシピ更新方法の流れの一例を示すフローチャートである。図２は、実施形態に係るレシピ更新方法による載置台の温度の安定時間の短縮について説明するための図である。図３は、実施形態に係るレシピ更新方法の実行に用いられるプラズマ処理装置の一例を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

ところで、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す場合、プラズマを生成するステップの間の中断期間において、載置台の温度が設定された設定温度に調整され、印加タイミングが到来した場合に、載置台にプラズマ生成用の高周波電力が印加される。このため、設定温度に調整された載置台が印加タイミングにおいて生成されるプラズマにより加熱され、結果として、載置台の温度が設定温度から大幅に上昇するオーバーシュートが発生する。高周波電力の印加後にオーバーシュートが発生すると、載置台の温度が再び設定温度に安定するまでの時間が長くなる。

そこで、高周波電力の印加後に載置台の温度が安定するまでの時間を短縮することが期待されている。

（実施形態に係るプラズマ処理装置のレシピ更新方法の流れの一例）
図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置のレシピ更新方法の流れの一例を示すフローチャートである。実施形態に係るレシピ更新方法は、プラズマ生成用の高周波電力の印加タイミングを含むレシピを更新することにより、基板が載置される載置台の温度が安定するまでの時間を短縮する。

まず、プラズマ生成用の高周波電力の印加タイミングを含む第１レシピを用いて、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す（ステップＳ１０１）。第１レシピは、例えば、プラズマ処理装置が有する記憶部に格納されている。基板に対して施されるプラズマ処理は、プラズマを生成する複数のステップと、ステップの間の、プラズマを生成しない中断期間とからなる。中断期間においては、プラズマの消失に伴う抜熱によって、載置台の温度が設定温度から降下する。中断期間においては、例えば、載置台に設けられたヒータを用いて、載置台の温度が設定温度に調整される。第１レシピの印加タイミングは、例えば、中断期間の次のステップを開始するタイミングに設定されている。

次に、第１レシピに対応付けて、載置台の温度が最小値まで降下する「基準タイミング」と、載置台の温度の「第１最大値」とを計測する（ステップＳ１０２）。基準タイミングは、中断期間に含まれる。載置台の温度は、高周波電力の印加タイミングにおいて生成されるプラズマにより載置台が加熱されることによって、第１最大値まで上昇する。載置台の温度は、第１レシピに対応する第１最大値まで上昇する。

次に、第１レシピの印加タイミングを基準タイミングに変更して第２レシピを生成する（ステップＳ１０３）。

次に、第２レシピを用いて、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す（ステップＳ１０４）。第２レシピの印加タイミングは、載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングと一致するため、載置台の温度が設定温度から大幅に上昇するオーバーシュートが抑制され得る。

次に、第２レシピに対応付けて、載置台の温度の「第２最大値」を計測する（ステップＳ１０５）。載置台の温度は、高周波電力の印加タイミングにおいて生成されるプラズマにより載置台が加熱されることによって、第２最大値まで上昇する。載置台の温度は、第２レシピに対応する第２最大値まで上昇する。

次に、第２最大値が第１最大値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。第２最大値が第１最大値以上であると判定した場合（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、第１レシピの更新を中止し（ステップＳ１０７）、処理は終了する。

一方、第２最大値が第１最大値よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）、第１レシピを第２レシピに更新する（ステップＳ１０８）。第２レシピの印加タイミングを基準タイミングよりもさらに早めると、載置台の温度の最大値をより小さくできる可能性がある。このため、以降では、第２レシピよりも印加タイミングが早い他のレシピを生成する処理を繰り返す。図１中、第２レシピとは異なる他のレシピを識別する変数を「ｎ」（ｎは３以上の自然数）で示し、ステップＳ１０８の第１レシピの更新時に「ｎ＝３」と設定されるものとする。

第１レシピを更新する工程（ステップＳ１０８）の後、第（ｎ－１）レシピの印加タイミングを早めて第ｎレシピを生成する（ステップＳ１０９）。例えば、第２レシピの印加タイミングを基準タイミングから所定時間早めることによって、第３レシピが生成される。

次に、第ｎレシピを用いて、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す（ステップＳ１１０）。第ｎレシピの印加タイミングは、載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングよりも早いため、載置台の温度が設定温度から大幅に上昇するオーバーシュートが抑制され得る。

次に、第ｎレシピに対応付けて、載置台の温度の「第ｎ最大値」を計測する（ステップＳ１１１）。載置台の温度は、高周波電力の印加タイミングにおいて生成されるプラズマにより載置台が加熱されることによって、第ｎ最大値まで上昇する。載置台の温度は、第ｎレシピに対応する第ｎ最大値まで上昇する。例えば、載置台の温度は、第３レシピに対応する第３最大値まで上昇する。

次に、第ｎ最大値が第（ｎ－１）レシピに対応付けて計測された第（ｎ－１）最大値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。例えば、第３最大値が第２最大値よりも小さいか否かを判定する。第ｎ最大値が第（ｎ－１）最大値よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１１２、Ｙｅｓ）、第（ｎ－１）レシピを第ｎレシピに更新する（ステップＳ１１３）。例えば、第２レシピを第３レシピに更新する。第ｎレシピの印加タイミングをさらに早めると、載置台の温度の最大値をより小さくできる可能性がある。このため、第（ｎ－１）レシピを更新する工程（ステップＳ１１３）の後、変数ｎを更新して（ステップＳ１１４、ｎ＝ｎ＋１）ステップＳ１０９に戻り、第ｎレシピを生成する。例えば、第２レシピを第３レシピに更新した後、第３レシピの印加タイミングを所定時間早めることによって、第４レシピが生成される。第４レシピが生成されると、ステップＳ１１０において、第４レシピを用いてプラズマ処理が施され、ステップＳ１１１において、第４レシピに対応付けて、載置台の温度の第４最大値が計測される。

その後、第ｎ最大値が第（ｎ－１）最大値以上となるまでステップＳ１０９～Ｓ１１４の処理が繰り返される。第ｎ最大値が第（ｎ－１）最大値以上となると（ステップＳ１１２、Ｎｏ）、第（ｎ－１）レシピの更新を中止し、処理は終了する。

（載置台の温度の安定時間の短縮）
図２は、実施形態に係るレシピ更新方法による載置台の温度の安定時間の短縮について説明するための図である。図２は、第１レシピを第２レシピに更新した場合の実験結果を示している。

図２の「第１レシピ」は、第１レシピを用いて載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施した結果を示す。第１レシピを用いる場合、プラズマを生成するステップＳ１、Ｓ２の間の中断期間において載置台の温度が設定温度（一例として、５０℃）から降下し、印加タイミングの後に載置台の温度が第１レシピに対応する第１最大値である約５２℃まで上昇している。載置台の温度が再び設定温度の５０℃に安定するまでの時間は２７ｓｅｃである。

図２の「第２レシピ」は、第２レシピを用いて載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施した結果を示す。第２レシピの印加タイミングは、載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングに変更されている。第２レシピを用いる場合、印加タイミングの後に載置台の温度が第２レシピに対応する第２最大値である約５１．４℃まで上昇している。載置台の温度が再び設定温度の５０℃に安定するまでの時間は約１６ｓｅｃまで短縮されている。

第１レシピによりプラズマ処理を施す場合、設定温度に調整された載置台が印加タイミングにおいて生成されるプラズマにより加熱される。このため、載置台の温度が設定温度から大幅に上昇し、第１レシピに対応する第１最大値が増大する。これに対して、第２レシピによりプラズマ処理を施す場合、載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングと印加タイミングとが一致するため、印加タイミングにおいて生成されるプラズマから載置台への入熱の影響が抑制される。このため、載置台の温度が設定温度に対してそれほど上昇せず、第２レシピに対応する第２最大値の増大が抑制される。結果として、載置台への高周波電力の印加後に発生するオーバーシュートが抑制され、載置台の温度の安定時間を短縮できる。

（プラズマ処理装置の一例）
図３は、実施形態に係るレシピ更新方法の実行に用いられるプラズマ処理装置の一例を示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１は、チャンバ１０、ガス供給部２０、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）電力供給部３０、排気システム４０、及び制御部５０を含む。

本実施形態において、チャンバ１０は、支持部１１（載置台とも呼ぶ）及び上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２を含む。支持部１１は、チャンバ１０内の処理空間１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、支持部１１の上方に配置され、チャンバ１０の天板の一部として機能し得る。

支持部１１は、処理空間１０ｓにおいて基板Ｗを支持するように構成される。本実施形態において、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の上面で基板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基板Ｗを囲むように配置される。支持部１１の内部にはヒータ１１１ａが設けられる。ヒータ１１１ａは、ヒータ電源１１１ｂに接続される。ヒータ電源１１１ｂは、制御部５０からの制御の下で、ヒータ１１１ａに調整された電力を供給する。これにより、ヒータ１１１ａが発する熱が制御され、支持部１１の温度が調整される。

上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、ガス供給部２０からの１又はそれ以上の処理ガスを処理空間１０ｓに供給するように構成される。本実施形態において、上部電極シャワーヘッドアセンブリ１２は、ガス入口１２ａ、ガス拡散室１２ｂ、及び複数のガス出口１２ｃを含む。ガス入口１２ａは、ガス供給部２０及びガス拡散室１２ｂと流体連通される。複数のガス出口１２ｃは、ガス拡散室１２ｂ及び処理空間１０ｓと流体連通される。本実施形態において、上部電極シャワーヘッドアセンブリ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を介して処理空間１０ｓに供給するように構成される。

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。本実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、各々のガスソース２１から各々の流量制御器２２を介してガス入口１２ａに供給するように構成される。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。更に、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。

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アセンブリ１２、又は、下部電極１１１及び上部電極シャワーヘッドアセンブリ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。本実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、２つのＲＦ生成部３１ａ，３１ｂ及び２つの整合回路３２ａ，３２ｂを含む。本実施形態において示されたＲＦ電力供給部３０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を介して下部電極１１１に供給するように構成される。ＲＦスペクトルは、３Ｈｚ～３０００ＧＨｚの範囲の電磁スペクトルの一部を包含する。半導体プロセスのような電子材料プロセスに関して、プラズマ生成のために用いられるＲＦスペクトルは、好ましくは１００ｋＨｚ～３ＧＨｚ、より好ましくは２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内である。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。また、本実施形態において示されたＲＦ電力供給部３０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。更に、図示は省略するが、ここでは他の実施形態が考慮される。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信号を更に他のＲＦ生成部から下部電極１１１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アセンブリ１２に印加されてもよい。また更に、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。ＲＦ信号の位相整合が制御されてもよく、２又はそれ以上のＲＦ信号の振幅変調の位相整合は、同期化されてもよく、非同期であってもよい。

排気システム４０は、例えばチャンバ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、圧力弁や、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のような真空ポンプを含んでもよい。

本実施形態において、制御部５０は、ここで述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な指示を処理する。制御部５０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１の各要素を制御するように構成され得る。制御部５０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を含む。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）、及び、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のような補助記憶装置からなるグループから選択される少なくとも１つのメモリタイプを含んでもよい。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１との間で通信してもよい。

（実施形態の効果）
上記実施形態に係るレシピ更新方法は、プラズマ処理装置のレシピ更新方法である。実施形態に係るレシピ更新方法は、第１レシピを用いてプラズマ処理を施す工程と、基準タイミングと第１最大値とを計測する工程と、第２レシピを用いてプラズマ処理を施す工程と、第２最大値を計測する工程と、第１レシピを更新する工程とを含む。第１レシピを用いてプラズマ処理を施す工程は、プラズマ生成用の高周波電力の印加タイミングを含む第１レシピを用いて、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す。基準タイミングと第１最大値とを計測する工程は、第１レシピに対応付けて、載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングと、載置台の温度の第１最大値とを計測する。第２レシピを用いてプラズマ処理を施す工程は、第１レシピの印加タイミングを基準タイミングに変更して得られる第２レシピを用いて、基板に対してプラズマ処理を施す。第２最大値を計測する工程は、第２レシピに対応付けて、載置台の温度の第２最大値を計測する。第１レシピを更新する工程は、第２最大値が前記第１最大値よりも小さい場合に、前記第１レシピを前記第２レシピに更新する。これにより、実施形態に係るレシピ更新方法によれば、載置台への高周波電力の印加後に発生するオーバーシュートを抑制することができるため、高周波電力の印加後に載置台の温度が安定するまでの時間を短縮することができる。

また、実施形態に係るレシピ更新方法は、第ｎレシピ（ｎは３以上の自然数）を用いてプラズマ処理を施す工程と、第ｎ最大値を計測する工程と、第（ｎ－１）レシピを更新する工程とをさらに含む。第ｎレシピを用いてプラズマ処理を施す工程は、第１レシピを更新する工程の後、第（ｎ－１）レシピの印加タイミングを早めて得られる第ｎレシピを用いて基板に対してプラズマ処理を施す。第ｎ最大値を計測する工程は、第ｎレシピに対応付けて、載置台の温度の第ｎ最大値を計測する。第（ｎ－１）レシピを更新する工程は、第ｎ最大値が第（ｎ－１）レシピに対応付けて計測された第（ｎ－１）最大値よりも小さい場合に、第（ｎ－１）レシピを第ｎレシピに更新する。これにより、実施形態に係るレシピ更新方法によれば、第２レシピの印加タイミングをさらに早めて載置台の温度の最大値を小さくすることができ、載置台の温度が安定するまでの時間をより短縮することができる。

また、実施形態において、第ｎレシピを用いてプラズマ処理を施す工程と、第ｎ最大値を計測する工程と、第（ｎ－１）レシピを更新する工程とは、第ｎ最大値が第（ｎ－１）最大値以上となるまで、繰り返される。そして、第（ｎ－１）レシピを更新する工程は、第ｎ最大値が第（ｎ－１）最大値以上となる場合に、第（ｎ－１）レシピの更新を中止する。これにより、実施形態に係るレシピ更新方法によれば、載置台の温度の最大値を最小化することができ、載置台の温度が安定するまでの時間をより短縮することができる。

以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全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。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣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。

例えば、上記の実施形態では、第１レシピの印加タイミングを基準タイミングに変更して得られる第２レシピを用いて載置台上の基板に対してプラズマ処理を施す場合を例に説明したが、開示の技術はこれに限定されない。例えば、第２レシピを用いてプラズマ処理を施す工程において、変更後の印加タイミングが到来した場合に、載置台に設けられたヒータへの供給電力を設定された設定電力から一時的に下げてもよい。これにより、載置台への高周波電力の印加時にヒータの加熱による温度上昇を抑制することができ、載置台の温度が安定するまでの時間をより短縮することができる。また、印加タイミングの後、載置台の温度が設定された設定温度に到達する時点で、ヒータへの供給電力を設定電力に戻してもよい。これにより、載置台への高周波電力の印加後に載置台の温度を設定温度に維持することができる。

１プラズマ処理装置
１１支持部（載置台）
３０ＲＦ電力供給部
１１１ａヒータ
１１１ｂヒータ電源
５０制御部
５１コンピュータ
５１１処理部
５１２記憶部
５１３通信インターフェース
Ｗ基板

Claims

プラズマ処理装置のレシピ更新方法であって、
プラズマ生成用の高周波電力の印加タイミングを含む第１レシピを用いて、載置台に載置された基板に対してプラズマ処理を施す工程と、
前記第１レシピに対応付けて、前記載置台の温度が最小値まで降下する基準タイミングと、前記載置台の温度の第１最大値とを計測する工程と、
前記第１レシピの前記印加タイミングを前記基準タイミングに変更して得られる第２レシピを用いて、前記基板に対してプラズマ処理を施す工程と、
前記第２レシピに対応付けて、前記載置台の温度の第２最大値を計測する工程と、
前記第２最大値が前記第１最大値よりも小さい場合に、前記第１レシピを前記第２レシピに更新する工程と
を含む、レシピ更新方法。
前記第１レシピを更新する工程の後、第（ｎ－１）レシピ（ｎは３以上の自然数）の前記印加タイミングを早めて得られる第ｎレシピを用いて前記基板に対してプラズマ処理を施す工程と、
前記第ｎレシピに対応付けて、前記載置台の温度の第ｎ最大値を計測する工程と、
前記第ｎ最大値が前記第（ｎ－１）レシピに対応付けて計測された第（ｎ－１）最大値よりも小さい場合に、前記第（ｎ－１）レシピを前記第ｎレシピに更新する工程と
をさらに含む、請求項１に記載のレシピ更新方法。
前記第ｎレシピを用いてプラズマ処理を施す工程と、前記第ｎ最大値を計測する工程と、前記第（ｎ－１）レシピを更新する工程とは、前記第ｎ最大値が前記第（ｎ－１）最大値以上となるまで、繰り返され、
前記第（ｎ－１）レシピを更新する工程は、前記第ｎ最大値が前記第（ｎ－１）最大値以上となる場合に、前記第（ｎ－１）レシピの更新を中止する、請求項２に記載のレシピ更新方法。
前記第２レシピを用いてプラズマ処理を施す工程は、変更後の前記印加タイミングにおいて、前記載置台に設けられたヒータへの供給電力を設定された設定電力から下げる、請求項１～３のいずれか一つに記載のレシピ更新方法。
前記第２レシピを用いてプラズマ処理を施す工程は、変更後の前記印加タイミングの後、前記載置台の温度が設定された設定温度に到達する時点で、前記ヒータへの供給電力を前記設定電力に戻す、請求項４に記載のレシピ更新方法。