KR100855617B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도 결합 플라즈마를 이용하면서, 플라즈마 점화 직후에 경사방향의 전계에 따른 문제가 잘 발생하지 않는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 유도 결합 플라즈마 방식에 패러데이 실드를 병용하여 경사방향의 전계를 제거하면서, 플라즈마를 확실히 점화할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다.
챔버(31)와, 종형 용기(32)와, 상기 종형 용기(32)의 외측에 마련된 코일(42)과, 상기 종형 용기(32)와 상기 코일(42) 사이에 마련된 패러데이 실드(44)와, 서셉터(33)와, 상기 종형 용기(32)의 상방에 마련된 도전성 부재(49)와, 상기 코일(42)에 유도 전자계를 형성시키는 제 1 고주파 전원(43)과, 상기 서셉터(33)와 상기 도전성 부재(49) 사이에 전계를 형성시키는 제 2 고주파 전원(34)을 구비하는 구성으로 한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA TREATMENT DEVICE AND PLASMA TREATMENT METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에 있어서는 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼라 함)에 플라즈마를 이용하여 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다.
이와 같은 플라즈마 처리 장치로서는, 유도 결합 플라즈마(ICP: inductive coupled plasma)를 이용하는 것과, 용량 결합 플라즈마(CCP: capacitive coupled plasma)를 이용하는 것을 들 수 있다. 이들 중, 유도 결합 플라즈마에서는 용량 결합 플라즈마보다 플라즈마 밀도가 높고, 또한 바이어스 전압이 10V 내지 20V로 용량 결합 플라즈마의 경우의 100V 내지 200V보다 낮기 때문에, 고효율이면서도 웨이퍼에 가해지는 손상이 적은 처리를 실시할 수 있다.
도 5a는 유도 결합 플라즈마를 이용한 종래의 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 이 플라즈마 에칭 장치(200)는 피처리체인 웨이퍼가 탑재되 는 서셉터(203)가 그 내부에 설치된 챔버(201)와, 챔버(201)의 상방에 연통하도록 설치된 종형 용기(bell jar)(202)와, 종형 용기(202)의 외주에 권취된 안테나(205)와, 서셉터(203)에 접속된 고주파 바이어스 전원(204)과, 안테나(205)에 접속된 고주파 전원(206)을 구비하고 있고, 고주파 전원(206)으로부터 안테나(205)에 고주파 전력을 공급함으로써 종형 용기(202)내에 유도 전자계를 형성하여 처리 가스의 플라즈마를 발생시키고, 이에 따라 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 실시하도록 구성되어 있다.
그러나, 이러한 플라즈마 에칭 장치(200)에 있어서는 도 5a에 화살표로 나타낸 바와 같이 안테나(205)로부터 서셉터(203)를 향한 경사방향의 전계가 형성되고, 특히 플라즈마 점화 직후에 이 경사방향의 전계에 의해 도 5b에 도시한 바와 같이 에칭액이 웨이퍼 표면에 대하여 경사지게 입사하여 웨이퍼 표면에 형성된 미세 패턴의 형상을 흩트리거나, 웨이퍼 표면에 전자가 경사방향으로 입사하여 전하가 축적되거나 하는 문제점이 있다.
이러한 문제의 원인이 되는 경사방향의 전계를 제거하는 방법으로서, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 93-206072 호에는 패러데이 실드를 이용하는 것이 나타나 있다. 예컨대 도 5c에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(207)는 플라즈마 에칭 장치(200')의 종형 용기(202)와 안테나(205) 사이에 설치된 전도체로 이루어진 통형 부재이며, 그 축방향과 수평인 전계 성분을 단락하는 작용에 의해, 전계의 수직 성분을 제거함으로써 경사방향의 전계가 형성되지 않도록 한다. 그러나, 이와 같이 수직방향의 전계가 제거되면, 플라즈마 점화에 유효인 전계 성분이 작아지기 때문 에 플라즈마가 점화하기 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 유도 결합 플라즈마를 이용하면서, 플라즈마 점화 직후에 경사방향의 전계에 의한 문제가 발생하기 어려운 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 유도 결합 플라즈마 방식에 있어서 패러데이 실드를 사용하더라도 플라즈마를 확실히 점화할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점은 피처리 기판을 수용하는 수용부와 이 수용부와 연통하여 절연체벽을 갖는 플라즈마 형성부로 이루어지며, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리 용기와, 상기 수용부에 설치되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와, 상기 절연체벽의 외측에 설치되고 상기 플라즈마 형성부에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 탑재대에 대향하도록 상기 절연체벽의 외측에 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 제 1 관점에 따르면, 상기 탑재대에 대향하도록 상기 절연체벽의 외측에 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하기 때문에, 플라즈마 점화시에 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하여 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 전계를 형성함으로써, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 형성되는 전계가 지배적인 상태로 될 수 있으므로, 상기 피처리 기판에 대하여 경사방향으로 형성되는 전계에 의해 발생하는 악영향을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 관점은 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버와 연통하도록 그 상방에 설치되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와, 상기 챔버내에 설치되고 피처리 기판이 탑재된 도전성 탑재대와, 상기 종형 용기의 측벽 외측에 설치되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 제 2 관점에 따르면, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하기 때문에, 플라즈마 점화시에 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하여 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 상기 피처리 기판에 대하여 수직인 전계를 형성함으로써, 상기 피처리 기판에 대하여 수직인 전계가 지배적인 상태로 될 수 있기 때문에, 상기 피처리 기판에 대하여 경사방향으로 형성되는 전계에 의해 발생하는 악영향을 확실히 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 관점은 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버와 연통하도록 그 상방에 설치되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와, 상기 챔버내에 설치되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와, 상기 종형 용기의 측벽 외측에 설치되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 종형 용기와 상기 안테나 수단 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 제 3 관점에 따르면, 상기 종형 용기와 상기 안테나 수단 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하기 때문에, 플라즈마 점화시에 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하여 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 상기 피처리 기판과 수직인 전계를 형성함으로써, 플라즈마의 점화에 필요한 전계를 인가할 수 있기 때문에,패러데이 실드를 사용하여 피처리 기판에 대하여 경사방향의 전계가 형성되는 것을 방지하면서, 플라즈마의 점화를 확실히 실행하는 것이 가능해진다.
상기 제 1 내지 제 3의 관점 모두에 있어서, 상기 탑재대는 피처리 기판을 가열하는 가열 기구를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 플라즈마 처리의 반응을 촉진할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 4 관점은 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버와 연통하도록 그 상방에 설치되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와, 상기 챔버내에 설치되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와, 상기 종형 용기의 측벽 외측에 설치되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하고, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 피처리 기판에 대하여 수직인 전계를 형성하여 플라즈마를 형성하고, 그 후 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하고, 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하여 유도 결합 플라즈마를 형성하여, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
상기 제 4 관점에 따르면, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하고, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 피처리 기판에 대하여 수직인 전계를 형성하여 플라즈마를 형성하고, 그 후 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하고, 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성시켜서 유도 결합 플라즈마를 형성하고, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 때문에, 유도 전자계에 앞서 상기 탑재대와 도전성 부재 사이에 피처리 기판에 대하여 수직인 전계를 형성하여 플라즈마를 형성할 수 있고, 이에 따라 유도 전자계에서 플라즈마를 점화했을 경우에 문제가 되는 점화 직후에 경사방향의 전계가 피처리 기판에 악영향을 미치게 하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 5 관점은 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버와 연통하도록 그 상방에 설치되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와, 상기 챔버내에 설치되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와, 상기 종형 용기의 측벽 외측에 설치되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 종형 용기와 상기 안테나 수단 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하고, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 전계를 형성하여 플라즈마를 점화하고, 그 후 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하고, 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하여 유도 결합 플라즈마를 형성하여, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
상기 제 5 관점에 따르면, 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하고, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 전계를 형성시켜서 플라즈마를 점화하고, 그 후 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하고, 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성시켜서 유도 결합 플라즈마를 형성하여, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하기 때문에, 유도 전자계에 앞서 상기 탑재대와 도전성 부재 사이에 전계를 형성함으로써, 플라즈마 점화시에 필요한 전계를 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 형성되는 전계에 의해 인가할 수 있기 때문에, 피처리 기판에 대하여 경사방향의 전계가 형성되는 것을 방지하는 패러데이 실드를 이용하여 유도 결합 플라즈마로 처리하는 경우라도 플라즈마의 점화를 확실히 실행하는 것이 가능해진다.
상기 제 4 또는 제 5 관점에서는, 상기 제 1 고주파 전원은 상기 제 2 고주파 전원이 고주파 전력의 공급을 개시한 후에, 고주파 전력의 공급을 개시하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력에 의해 형성된 전계에서 플라즈마를 점화하면서, 플라즈마의 점화 후에는 상기 제 1 고주파 전원으로부터의 고주파 전력에 의해 형성된 유도 결합 플라즈마로 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 2 고주파 전원은 상기 제 1 고주파 전원이 고주파 전력의 공급을 개시한 후에, 고주파 전력의 공급을 정지하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 피처리 기판에 큰 바이어스 전압이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리 방법에 있어서는, 피처리 기판을 가열하면서 플라즈마 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이에 따라 플라즈마 처리의 반응을 촉진할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리 방법은, 상기 피처리 기판상에 형성된 자연 산화막을 제거하는 처리에 적용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기 플라즈마 생성 가스 및 상기 처리 가스로서는 아르곤 가스 및 수소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 아르곤 가스 대신에 네온 가스, 헬륨 가스, 크세논 가스 등의 불활성 가스를 사용하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 프리크리닝 장치를 구비한 금속 성막 시스템을 나타내는 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 프리크리닝 장치에 있어서의 패러데이 실드의 사시도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프리크리닝 장치의 개략 단면도,
도 5a는 종래의 유도 결합 플라즈마 방식의 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도,
도 5b는 종래의 유도 결합 플라즈마 방식의 플라즈마 에칭 장치의 에칭액의 거동을 나타내는 도면,
도 5c는 종래의 패러데이 실드를 구비한 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 프리크리닝 장치를 구비한 금속 성막 시스템을 나타내는 개략 구성도이다. 이 금속 성막 시스템(20)은 중앙에 반송실(10)이 배치되고, 그 주위에 2개의 카세트 챔버(11, 12), 탈가스용 챔버(13), Ti 성막 장치(14), 본 실시예에 따른 프리크리닝 장치(15), TiN 성막 장치(16), Al 성막 장치(17)[텅스텐(W)으로 이루어진 금속층을 형성하는 경우에는 텅스텐(W) 성막 장치이지만, 본 실시예에서는 Al 성막 장치를 예로 설명함] 및 냉각 챔버(18)가 설치된 멀티 챔버 타입이다.
이러한 금속 성막 시스템(20)에 있어서는 콘택트 구멍 또는 관통 구멍(via hole)이 형성된 반도체 웨이퍼[이하, 단순히 웨이퍼(W)라고 함]에 배리어층을 형성하고, 그 위에 Al(알루미늄)층을 형성하여 구멍의 매립과 Al 배선의 형성을 실시한다. 구체적으로는, 우선 반송 암(19)에 의해 카세트 챔버(11)로부터 웨이퍼(W)를 한 장 꺼내어, 프리크리닝 장치(15)에 장입(裝入)하고 웨이퍼(W)의 표면에 형성되어 있는 자연 산화막을 제거한다. 다음에, 반송 암(19)에 의해 웨이퍼(W)를 탈가스용 챔버(13)에 장입하고 웨이퍼(W)의 탈가스를 실시한다. 그 후, 웨이퍼(W)를 Ti 성막 장치(14)에 장입하여 Ti막의 성막을 실시하고, 추가로 TiN 성막 장치(16)에 장입하여 TiN의 성막을 실시하여 배리어층을 형성한다. 다음에, Al 성막 장치(17)에서 Al층을 형성한다. 여기까지 소정의 성막은 종료하며, 그 후 웨이퍼(W)는 냉각 챔버(18)에서 냉각되어 카세트 챔버(12)에 수용된다.
이렇게 해서, 예컨대, 불순물 확산 영역에 달하는 콘택트 구멍이 형성된 층간절연막이 설치된 웨이퍼(W)상에, 이 불순물 확산 영역 및 층간 절연막상에 형성된 배리어층과, 이 배리어층상에 형성되어 불순물 확산 영역과 도통하는 금속층을 갖는 디바이스가 제조된다.
다음에, 상기 금속 성막 시스템(20)에 탑재되어 있는 본 실시예의 프리크리닝 장치(15)에 대해서 상세히 설명한다. 도 2는 프리크리닝 장치(15)의 개략 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 프리크리닝 장치(15)는 대략 원통형의 챔버(31)와, 챔버(31)의 상방에 챔버(31)와 연속하도록 설치된 대략 원통형의 종형 용기(32)를 가지고 있다. 챔버(31)내에는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 도전성 재료로 이루어진 서셉터(탑재대)(33)가 원통형의 지지 부재(35)에 지지된 상태로 배치되어 있다. 종형 용기(32)의 상방에는 서셉터(33)와 대향하도록 서셉터(33)와 마찬가지로 도전성 재료로 이루어진 도전성 부재(49)가 설치되어 있다.
서셉터(33)에는 제 2 고주파 전원(34)이 접속되어 있고, 이 제 2 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(33)에 고주파 전력을 공급함으로써, 서셉터(33)와 도전성 부재(49) 사이에 웨이퍼(W)에 대해서 수직인 전계가 형성되도록 되어 있다. 또한, 서셉터(33)에는 히터(36)가 매설되어 있고, 전원(37)으로부터 히터(36)에 전력 공급함으로써 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열 가능하게 구성되어 있다.
종형 용기(32)는 예컨대 석영이나 세라믹스 재료 등의 전기 절연 재료로 형성되어 있고, 그 주위에는 도 3에 도시한 바와 같이 소정 간격으로 종방향으로 개구한 슬릿부(44a)가 설치된 대략 원통형의 패러데이 실드(44)가 배치되며, 추가로 그 외측에 안테나 부재로서의 코일(42)이 권취되어 있다. 코일(42)에는 예컨대 450 kHz의 주파수를 갖는 제 1 고주파 전원(43)이 접속되어, 이 제 1 고주파 전원(43)으로부터 코일(42)에 고주파 전력을 공급함으로써, 종형 용기(32)내에 유도 전자계가 형성되도록 되어 있다. 또한, 패러데이 실드(44)는 코일(42)로부터 서셉터(33)를 향한 경사방향의 전계 형성을 방지하는 기능을 갖고 있다.
서셉터(33) 상방에는 서셉터(33)상에 탑재된 웨이퍼(W)의 외연부를 클램핑하여 유지가능한 클램프 링(38)이 설치되어 있고, 이 클램프 링(38)은 도시하지 않은 승강 기구에 의해 승강 가능하게 구성되어 있다. 클램프 링(38)은 챔버(31)내에 웨이퍼(W)를 반입하여 서셉터(33)에 설치된 지지 핀(도시하지 않음)상에 전달할 때에는 소정 위치까지 상승되고, 상기 지지 핀을 서셉터(33)내에 몰입시켜서 웨이퍼(W)를 서셉터(33)상에 탑재한 후, 웨이퍼(W)를 클램핑하여 유지할 때에는 웨이퍼(W)의 외연부에 접촉하여 클램핑하는 위치까지 하강된다.
또한, 챔버(31)의 측벽은 개구(46)를 가지고 있고, 챔버(31)의 외측 개구(46)와 대응하는 위치에는 게이트 밸브(47)가 설치되어, 이 게이트 밸브(47)를 개방한 상태로 웨이퍼(W)가 인접하는 로드 로크실(도시하지 않음)과 챔버(31)내 사이에서 반송되도록 되어 있다. 또한, 챔버(31)의 측벽에는 가스 공급 노즐(48)이 추가로 설치되어 있고, 이 가스 공급 노즐(48)로부터 후술하는 가스 공급 기구(60)로부터 공급되는 가스가 챔버(31) 및 종형 용기(32)내에 공급된다.
가스 공급 기구(60)는 플라즈마 생성 가스로서 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(61), 및 에칭 처리를 위한 처리 가스로서 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(62)을 가지고 있다. Ar 가스 공급원(61)은 가스 라인(63)이 접속되며, 이 가스 라인(63)에는 질량 유동 콘트롤러(67)와 그 전후의 개폐 밸브(65, 69)가 설치되어 있다. 또한, H2 가스 공급원(62)에는 가스 라인(64)이 접속되고, 이 가스 라인(64)에는 질량 유동 콘트롤러(68)와 그 전후의 개폐 밸브(66, 70)가 설치되어 있다. 이들 가스 라인(63, 64)은 가스 라인(71)에 접속되고, 이 가스 라인(71)이 가스 공급 노즐(48)과 접속되어 있다.
또한, 챔버(31)의 바닥 벽에는 배기관(50)이 접속되어 있고, 이 배기관(50)에는 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(51)가 접속되어 있다. 이 배기 장치(51)를 작동시킴으로써, 챔버(31) 및 종형 용기(32)내는 소정의 진공도로 유지 가능하게 되어 있다.
다음에, 이와 같이 구성되는 프리크리닝 장치(15)에 의해 웨이퍼(W) 상에 형 성된 자연 산화막을 제거하는 동작에 대하여 설명한다.
우선, 게이트 밸브(47)를 개방하여 반송실(10)에 설치된 반송 암(19)에 의해 챔버(31)내에 웨이퍼(W)를 장입하고, 서셉터(33)의 지지 핀(도시하지 않음)상에 웨이퍼(W)를 전달한다. 다음에, 상기 지지 핀을 서셉터(33)내에 몰입시켜 웨이퍼(W)를 서셉터(33)상에 탑재한 후, 클램프 링(38)을 하강시켜서 웨이퍼(W) 외연부를 클램핑시킨다. 그 후, 게이트 밸브(47)를 폐쇄하여 배기 장치(51)에 의해 챔버(31) 및 종형 용기(32)내를 배기하여 소정의 감압 상태로 하고, 이 감압 상태로 Ar 가스 공급원(61)으로부터 챔버(31) 및 종형 용기(32)내에 소정 유량으로 Ar 가스를 도입하면서, 제 2 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(33)에 고주파 전력을 공급하여 서셉터(33)와 도전성 부재(49) 사이에 웨이퍼(W)에 대하여 수직으로 전계를 형성하고, 이 전계에 의해 Ar 가스를 여기시켜 플라즈마를 점화한다.
플라즈마를 점화한 후, 제 1 고주파 전원(43)으로부터 코일(42)로의 고주파 전력의 공급을 개시하여 종형 용기(32)내에 유도 전자계를 형성하는 동시에, 제 2 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(33)로의 고주파 전력의 공급을 정지하고, 이후에는 유도 전자계에 의해 플라즈마를 유지하도록 한다. 또한, 필요한 경우에는 제 1 고주파 전원(43)으로부터의 고주파 전력의 공급 개시후에, 제 2 고주파 전원(34)으로부터의 고주파 전력의 공급을 유지할 수 있다. 이와 같은 상태로 Ar 가스 공급원(61)으로부터의 유량을 감소시키는 동시에, H2 가스 공급원(62)으로부터 챔버(31)내에 H2 가스의 도입을 개시하고, 히터(36)에 의해 웨이퍼(W)를 가열하면서, 웨이퍼(W)상의 자연 산화막을 에칭 제거하는 처리를 실시한다. 이 때, 패러데이 실드(44)에 의해, 코일(42)이 웨이퍼(W) 표면에 대하여 경사진 전계를 형성하는 것이 방지되며, 이에 따라 웨이퍼(W) 표면에 이온이나 전자가 경사지게 입사하여 웨이퍼(W)의 표면 패턴의 형상이 흐트러지거나, 웨이퍼(W)에 전하가 축적되는 것이 방지된다. 또한, 유도 결합 플라즈마는 본질적으로 바이어스 전압이 낮기 때문에 손상이 적다.
이상과 같게 하여 웨이퍼(W) 상의 자연 산화막을 제거한 후, 배기 장치(51)의 배기량 및 Ar 가스 공급원(61)으로부터의 Ar 가스 공급량 및 H2 가스 공급원(62)으로부터의 H2 가스 공급량을 조절하여 챔버(31) 및 종형 용기(32)내를 반송실(10)과 동등한 진공도로 하는 동시에, 상기 지지 핀을 서셉터(33)로부터 돌출시켜 웨이퍼(W)를 들어올리게 하고, 게이트 밸브(47)를 개방하여 반송 암(19)을 챔버(31)내에 진입시켜 웨이퍼(W)를 취출함으로써 프리크리닝 장치(15)에 있어서의 공정은 종료된다.
이러한 프로세스의 조건으로서는 예컨대, 제 1 고주파 전원(43)의 전력: 500W 내지 1000W, 주파수: 450kHz, 제 2 고주파 전원(34)의 전력: 500W 내지 1000W, 주파수: 13.56MHz, 히터(36)의 가열 온도: 50℃ 내지 500℃, 챔버(31)내의 압력: 0.133Pa 내지 13.3Pa(0.1mTorr 내지 100 mTorr)로 할 수 있다. 또한, Ar 가스 유량은 0L/분 내지 0.050L/분(0sccm 내지 50sccm)의 범위이고, H2 가스 유량은 0L/분 내지 0.200L/분(0sccm 내지 200sccm)의 범위에서 각각 적절히 가스를 공급할 수 있지만, 보다 상세하게는 점화시의 Ar 가스 유량: 0.050 L/분(50sccm), 프로세스시의 Ar 가스 유량/H2 가스 유량: 0.008/0.012L/분(8/12sccm)으로 할 수 있다.
이상과 같이 하여 플라즈마 처리함으로써, 예컨대 Si, CoSi, W, WSi, TiSi 상의 자연 산화막을 적절히 제거할 수 있다. 종래의 유도 결합 플라즈마 방식의 플라즈마 처리 장치에서는 패러데이 실드(44)를 이용하여 코일(42)로부터 서셉터(33)를 향한 경사방향의 전계를 제거하면 전계가 약해지기 때문에 플라즈마가 쉽게 점화하기 어려운 문제가 있었지만, 상기 구성에 따르면 서셉터(33)와 도전성 부재(49) 사이에 형성되는 전계에 의해 플라즈마의 점화를 확실히 실행할 수 있고, 또한 플라즈마의 점화 후에는 유도 전자계에 의한 유도 결합 플라즈마에 의해 프리크리닝 공정을 실시할 수 있다.
이와 같이 유도 결합 플라즈마를 이용함으로써, 자계 성분으로 플라즈마를 도울 수 있기 때문에 H2의 비율을 높이면서 Ar의 비율을 적게 할 수 있고, 또한 플라즈마 밀도와 바이어스 전압을 독립적으로 컨트롤하는 것이 가능해지기 때문에 플라즈마 밀도를 높게 하면서 저바이어스 전압으로 할 수 있다. 이들에 의해, 매우 효율적으로 자연 산화막의 제거를 실행하는 것이 가능해진다. 용량 결합 플라즈마에서는 플라즈마가 안정하지 않기 때문에 Ar을 적게 할 수 없고, 또한 플라즈마 밀도와 바이어스 전압을 독립적으로 컨트롤하는 것도 불가능하기 때문에, 이와 같이 효율적으로 자연 산화막의 제거를 행할 수 없다.
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 대해서 설명한다.
도 4는 본 실시예의 플라즈마 처리 장치를 적용한 프리크리닝 장치를 나타내는 단면도이다. 이 프리크리닝 장치(15')는 패러데이 실드(44)를 설치하지 않은 점 이외에는 제 1 실시예의 프리크리닝 장치(15)와 동일하게 구성되어 있다. 이러한 프리크리닝 장치(15')에 따르면, 제 1 실시예의 프리크리닝 장치(15)와 같이, 제 2 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(33)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 점화한 후, 제 1 고주파 전원(43)으로부터 코일(42)에 고주파 전력을 공급하여 유도 결합 플라즈마를 형성하여 플라즈마 처리하는 처리 동작에 의해 웨이퍼(W) 상에 형성된 자연 산화막을 제거할 수 있다.
본 실시예에 있어서는 플라즈마 점화시에 제 1 고주파 전원(43)으로부터의 전력 공급에 앞서, 상술한 바와 같이 제 2 고주파 전원(34)으로부터 서셉터(33)에 고주파 전력을 공급하고, 서셉터(33)와 도전성 부재(49) 사이에 웨이퍼(W)와 수직인 전계를 형성하기 때문에, 웨이퍼(W)에 대하여 수직방향의 전계가 지배적인 상태로 될 수 있다. 이에 따라, 경사방향의 전계에 의해 발생하는 웨이퍼(W)의 표면 성상의 열화나 전하의 축적 등의 문제가 생기기 쉬운 플라즈마 점화 직후에 경사방향의 전계가 형성되지 않기 때문에, 상기 웨이퍼(W)의 표면 성상의 열화나 전하의 축적 등의 영향을 적게 할 수 있다. 또한, 이렇게 하여 플라즈마를 점화한 후에는 제 1 고주파 전원(43)으로부터 코일(42)에 고주파 전력을 공급함으로써, 제 1 실시예와 같이 유도 결합 플라즈마에 의해 고효율이면서 손상이 적은 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형가능하다. 예 컨대, 상기 실시예에서는 본 발명을 금속 성막 시스템에 있어서 자연 산화막의 제거를 실행하는 프리크리닝 장치에 적용한 경우를 나타내었지만, 본 발명은 콘택트 에칭 등을 실시하는 다른 플라즈마 에칭 장치에 적용하는 것도 가능하고, 또한 본 발명을 플라즈마 CVD 등 그 밖의 플라즈마 처리 장치에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 이 플라즈마 처리 장치는 기존의 유도 결합 플라즈마 처리 장치의 종형 용기 상방에, 그랜드에 떨어진 도체판을 탑재함으로써 구성할 수도 있다. 이와 같이 기존의 장치에 간단한 개조를 실시함으로써 구성했을 경우에는 본 발명의 장치 비용은 매우 낮게 억제하는 것이 가능하다. 또한, 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 다른 기판일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 탑재대에 대향하도록 상기 절연체벽의 외측에 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하기 때문에, 플라즈마 점화시에 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하여 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 전계를 형성함으로써, 상기 처리 용기내를 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 형성되는 전계가 지배적인 상태로 될 수 있으므로, 상기 피처리 기판에 대하여 경사방향으로 형성되는 전계에 의해 발생하는 악영향을 억제할 수 있다. 따라서, 처리의 정밀도가 매우 높으면서, 또한 효율적으로 처리를 하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하기 때문에, 플라즈마 점화시에 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하여 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 상기 피처리 기판에 대하여 수직인 전계를 형성함으로서, 상기 피처리 기판에 대하여 수직인 전계가 지배적인 상태로 될 수 있으므로, 상기 피처리 기판에 대하여 경사방향으로 형성되는 전계에 의해 발생하는 악영향을 확실히 억제할 수 있다. 따라서, 처리의 정밀도가 매우 높고, 또한 효율적으로 처리할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법이 확실히 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 종형 용기와 상기 안테나 수단 사이에 설치된 패러데이 실드와, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 설치된 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하기 때문에, 플라즈마 점화시에 상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하여 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 상기 피처리 기판과 수직인 전계를 형성함으로써, 플라즈마의 점화에 필요한 전계를 인가할 수 있기 때문에, 패러데이 실드를 이용하여 피처리 기판에 대하여 경사방향의 전계가 형성되는 것을 방지하면서, 플라즈마 점화를 확실히 실행하는 것이 가능해진다. 따라서, 유도 결합 플라즈마 방식에 패러데이 실드를 병용했을 경우에 플라즈마가 잘 점화되지 않는 문제를 해소한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법이 실현된다.

Claims (13)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    피처리 기판을 수용하는 수용부와 상기 수용부와 연통하여 절연체벽을 갖는 플라즈마 형성부로 이루어지며, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 처리 용기와,
    상기 수용부에 마련되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와,
    상기 절연체벽의 외측에 마련되고 상기 플라즈마 형성부에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과,
    상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하여, 플라즈마의 점화 후에 유도 결합 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전원과,
    상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    피처리 기판과의 사이에서, 상기 피처리 기판의 기판면에 대하여 수직인 전계를 발생하도록 상기 탑재대에 대향하도록 상기 절연체벽의 외측에 마련된 접지된 도전성 부재와,
    상기 탑재대에 플라즈마 점화용 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  2. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    피처리 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버와 연통하도록 상기 챔버의 상방에 마련되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와,
    상기 챔버내에 마련되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와,
    상기 종형 용기의 측벽 외측에 마련되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과,
    상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하여, 플라즈마의 점화 후에 유도 결합 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전원과,
    상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    피처리 기판과의 사이에서, 상기 피처리 기판의 기판면에 대하여 수직인 전계를 발생하도록 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 마련된 접지된 도전성 부재와,
    상기 탑재대에 플라즈마 점화용 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  3. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    피처리 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버와 연통하도록 상기 챔버의 상방에 마련되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와,
    상기 챔버내에 마련되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와,
    상기 종형 용기의 측벽 외측에 마련되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과,
    상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하여, 플라즈마의 점화 후에 유도 결합 플라즈마를 형성하는 제 1 고주파 전원과,
    상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
    상기 종형 용기와 상기 안테나 수단 사이에 마련된 패러데이 실드와,
    피처리 기판과의 사이에서, 상기 피처리 기판의 기판면에 대하여 수직인 전계를 발생하도록 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 마련된 접지된 도전성 부재와,
    상기 탑재대에 플라즈마 점화용 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재대는 피처리 기판을 가열하는 가열 기구를 갖는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  5. 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버와 연통하도록 상기 챔버의 상방에 마련되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와, 상기 챔버내에 마련되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와, 상기 종형 용기의 측벽 외측에 마련되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 마련된 접지된 편평한 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하고, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 피처리 기판의 기판면에 대하여 수직인 전계를 형성하여 플라즈마를 형성한 후, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하고, 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하여 유도 결합 플라즈마를 형성하여, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  6. 피처리 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버와 연통하도록 상기 챔버의 상방에 마련되고 절연체로 이루어진 측벽 및 천장 벽을 갖는 종형 용기와, 상기 챔버내에 마련되고 피처리 기판이 탑재되는 도전성 탑재대와, 상기 종형 용기의 측벽 외측에 마련되고 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하는 안테나 수단과, 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하는 제 1 고주파 전원과, 상기 안테나 수단에 의해 형성된 유도 전자계에 의해 해리되어 플라즈마가 되는 플라즈마 생성 가스 및 플라즈마 처리를 실행하기 위한 처리 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 종형 용기와 상기 안테나 수단 사이에 마련된 패러데이 실드와, 상기 천장 벽의 상방에 상기 탑재대와 대향하여 마련된 접지된 편평한 도전성 부재와, 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하는 제 2 고주파 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    상기 제 2 고주파 전원으로부터 상기 탑재대에 고주파 전력을 공급하고, 상기 탑재대와 상기 도전성 부재 사이에 피처리 기판의 기판면에 대하여 수직인 전계를 형성하여 플라즈마를 점화한 후, 상기 제 1 고주파 전원으로부터 상기 안테나 수단에 고주파 전력을 공급하고, 상기 종형 용기내에 유도 전자계를 형성하여 유도 결합 플라즈마를 형성하여, 피처리 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 고주파 전원은 상기 제 1 고주파 전원이 고주파 전력의 공급을 개시한 후에, 고주파 전력의 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    피처리 기판을 가열하면서 플라즈마 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는 피처리 기판상에 형성된 자연 산화막을 제거하는 처리인 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 가스 및 상기 처리 가스는, 각각 아르곤 가스 및 수소 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 방법.
  11. 삭제
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 부재는 편평한 것을 특징으로 하는
    플라즈마 처리 장치.
  13. 삭제
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