KR101153330B1 - 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법, 그 클리닝 방법을 실행하는 플라즈마 처리 장치 및 그 클리닝 방법을 실행하는 프로그램을 기억하는 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기(32) 내에서 피(被)처리체(W)에 대하여 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리를 행하도록 한 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법에 있어서, 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과, 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기 내를 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 갖는다. 이에 따라, 처리 용기의 내벽면이나 처리 용기 내의 부재에 손상을 주는 일 없이, 클리닝을 효율적으로, 그리고 신속하게 행한다.
플라즈마, 클리닝, 압력

Description

플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법, 그 클리닝 방법을 실행하는 플라즈마 처리 장치 및 그 클리닝 방법을 실행하는 프로그램을 기억하는 기억 매체 {METHOD OF CLEANING PLASMA-TREATING APPARATUS, PLASMA-TREATING APPARATUS WHERE THE CLEANING METHOD IS PRACTICED, AND MEMORY MEDIUM MEMORIZING PROGRAM EXECUTING THE CLEANING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등에 대하여 마이크로파나 고주파에 의해 생긴 플라즈마를 작용시켜 처리를 행할 때에 사용되는 플라즈마 처리 장치 및 그의 클리닝 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 제품의 고(高)밀도화 및 고미세화에 수반하여 반도체 제품의 제조 공정에 있어서, 성막, 에칭, 애싱(ashing) 등의 처리를 위해 플라즈마 처리 장치가 많이 이용되고 있으며, 특히, 0.1mTorr(13.3mPa)~수10mTorr(수Pa) 정도의 비교적 압력이 낮은 고(高)진공 상태에서도 안정되게 플라즈마를 일으킬 수 있는 점에서 마이크로파나 고주파를 이용하여, 고밀도 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치가 사용되는 경향이 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치는, 일본공개특허공보 평3-191073호, 일본공개특허공보 평5-343334호, 일본공개특허공보 평9-181052호, 일본공개특허공보 2000- 3908호 및, 일본공개특허공보 2003-332326호에 개시되어 있다. 여기에서, 예를 들면 마이크로파를 이용한 일반적인 플라즈마 처리 장치를, 도 5를 참조하여 개략적으로 설명한다. 도 5는 마이크로파를 이용한 종래의 일반적인 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5에 있어서, 이 플라즈마 처리 장치(2)는, 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기(4) 내에 반도체 웨이퍼(W)를 올려놓는 재치대(holding stage; 6)를 형성하고 있고, 이 재치대(6)에 대향하는 천정부에 마이크로파를 투과하는 원판 형상의 질화 알루미늄이나 석영 등으로 이루어지는 천판(top plate; 8)을 기밀하게 형성하고 있다. 그리고 처리 용기(4)의 측벽에는, 용기 내로 소정의 가스를 도입하기 위한 샤워 헤드(9)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 천판(8)의 상면에 두께 수㎜ 정도의 원판 형상의 평면 안테나 부재(10)와, 이 평면 안테나 부재(10)의 반경 방향에 있어서의 마이크로파의 파장을 단축하기 위한, 예를 들면 유전체로 이루어지는 지파재(wavelength-shortening plate; 12)를 형성하고 있다. 그리고, 평면 안테나 부재(10)에는 다수의, 예를 들면 긴 홈 형상의 관통구멍으로 이루어지는 슬롯(14)이 형성되어 있다. 이 슬롯(14)은 일반적으로는, 동심원상으로 배치되거나, 혹은 소용돌이 형상으로 배치되어 있다. 그리고, 평면 안테나 부재(10)의 중심부에 동축(coaxial) 도파관(16)의 중심 도체(18)를 접속하여, 마이크로파 발생기(20)로부터 발생한, 예를 들면 2.45GHz의 마이크로파를 모드 변환기(22)에서 소정의 진동 모드로 변환한 후에 유도하도록 되어 있다.
그리고, 마이크로파를 안테나 부재(10)의 반경 방향으로 방사상으로 전파시키면서 평면 안테나 부재(10)에 형성한 슬롯(14)으로부터 마이크로파를 방출시켜서 이를 천판(8)에 투과시켜, 하방의 처리 용기(4) 내로 마이크로파를 도입하고, 이 마이크로파에 의해 처리 용기(4) 내의 처리 공간(S)에 플라즈마를 일으켜 반도체 웨이퍼(W)에 에칭이나 성막 등의 소정의 플라즈마 처리를 행하도록 되어 있다.
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그런데, 전술한 바와 같은 플라즈마 처리를 행한 경우에는, 처리 용기(4) 내의 내벽면이나, 재치대(6)나 샤워 헤드(9) 등의 용기 내 구조물의 표면에 파티클(particle) 등의 원인이 되는 불필요한 막이 부착하기 때문에, 예를 들면 웨이퍼를 1매 처리할 때마다, 혹은 소정의 복수매를 처리할 때마다, 나아가서는 정기적으로, 혹은 부정기적으로 처리 용기 내로 클리닝 가스를 흘려 보내서 상기 불필요한 막을 제거하는 클리닝 처리(드라이 클리닝)가 행해지고 있다.
이 클리닝 처리를 행하는 경우에는, 클리닝 가스로서, 예를 들면 제거할 대상막이 CF계 막이면, 예를 들면 O2가스가 사용되고, Si계 막이면, 예를 들면 NF3 가스 등이 사용된다. 그리고, 클리닝 효율을 높이기 위해 처리 용기 내에 플라즈마를 일으켜 클리닝 가스를 활성화시키고, 또한, 처리 용기 내의 온도도 높이도록 하고 있다. 또한, 처리 용기 내의 압력은, 수Torr 정도의 높은 압력 조건하에서 행하거나, 100mTorr 정도의 낮은 압력 조건하에서 행하거나 하는 것이 일반적이다.
그러나, 플라즈마를 이용한 상기한 클리닝시의 처리 용기 내의 압력은, 클리닝 상태에 큰 영향을 준다. 구체적으로, 처리 용기 내에는 불필요한 막이 균일하게 부착되는 것이 아니라, 불필요한 막이 많이 부착되는 경향이 있는 장소나 부착되기 어려운 장소가 있고, 또한 장소나 온도에 따라 불필요한 막이 제거되기 쉬운 장소, 혹은 제거되기 어려운 장소도 있다. 따라서, 예를 들면 클리닝시의 압력이 낮은 경우에는, 전자(electron) 온도가 높아서 클리닝 작용이 큰 이온이 주체가 되기 때문에, 불필요한 막은 이온에 의해 충돌되어 용이하게 제거되게 되는 결과, 클리닝 속도가 빨라지는 이점을 갖지만, 불필요한 막이 조기에 제거된 부분에서는 부재의 표면이 조사 에너지가 높은 상기 이온에 의해 충돌되어 부재 자체가 손상을 입는다는 문제가 있었다.
이에 대하여, 클리닝시의 압력이 높은 경우에는, 클리닝 작용이 작은 라디칼(활성종)이 주체가 되기 때문에, 불필요한 막이 조기에 제거된 부분에서 부재의 표면이 라디칼에 의해 충돌되어 부재 자체는 거의 손상을 입는 일이 없다는 이점을 갖지만, 클리닝 속도 자체가 늦어진다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점에 착안하여, 이를 유효하게 해결하고자 창안된 것이다. 본 발명의 목적은, 처리 용기의 내벽면이나 처리 용기 내의 부재에 손상을 주는 일 없이, 클리닝을 효율적으로 그리고 신속하게 행할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 이의 클리닝 방법을 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법은, 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피(被)처리체에 대하여 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리를 행하도록 한 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법에 있어서, 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과, 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기 내를 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과, 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기 내를 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 갖도록 했기 때문에, 처리 용기의 내벽면이나 처리 용기 내의 부재에 손상을 주는 일 없이, 클리닝을 효율적으로 그리고 신속하게 행할 수 있다.
바람직하게는, 제1 클리닝 공정을 행한 후에, 제2 클리닝 공정을 행하도록 한다. 이에 따르면, 이온과 비교해 조사 에너지가 적은 라디칼을 주체로 하는 클리닝을 마지막에 행하도록 하고 있기 때문에, 이미 불필요한 막이 제거되어 표면이 노출되어 있는 처리 용기의 내벽면이나 부재 표면에 손상을 줄 우려를 한층 억제할 수 있다.
혹은, 제2 클리닝 공정을 행한 후에, 제1 클리닝 공정을 행해도 좋다.
바람직하게는, 제1 압력은 10mTorr~750mTorr 미만의 범위 내이며, 제2 압력은 750mTorr~5Torr의 범위 내이다.
바람직하게는, 처리 용기의 벽면 및/또는 피처리체를 올려놓는 재치대는 가열되어 있다.
바람직하게는, 제1 클리닝 공정과 제2 클리닝 공정과의 사이의 전환 타이밍은, 당해 클리닝 처리를 실행하기 전에 피처리체에 대하여 행해져 있던 플라즈마 처리의 적산(積算) 처리량에 기초하여 구해진다.
바람직하게는, 제1 클리닝 공정과 제2 클리닝 공정과의 사이의 전환 타이밍은, 처리 용기 내에서 생기는 플라즈마로부터의 발광량에 기초하여 구해진다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와, 피처리체를 올려놓기 위해 처리 용기 내에 형성한 재치대와, 처리 용기 내로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과, 처리 용기 내에서 플라즈마를 일으키기 위한 플라즈마 형성 수단과, 전술한 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법을 실행하도록 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 재치대 및/또는 처리 용기의 벽면에는 가열 수단이 형성되어 있다.
본 발명의 기억 매체는, 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와, 피처리체를 올려놓기 위해 처리 용기 내에 형성한 재치대와, 처리 용기 내로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과, 처리 용기 내에서 플라즈마를 일으키기 위한 플라즈마 형성 수단과, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비한 플라즈마 처리 장치를 클리닝 처리함에 있어서, 전술한 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법을 실행하도록 플라즈마 처리 장치를 제어하는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기억한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 구성도이다.
도 2A는 본 발명에 따른 제1 실시예의 클리닝 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2B는 본 발명에 따른 제2 실시예의 클리닝 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 3은 부재 온도와 클리닝 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 처리 용기 내의 압력과 활성종 및 이온의 각 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 마이크로파를 이용한 종래의 일반적인 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 클리닝 방법의 적합한 일 실시예의 형태에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 예를 나타내는 구성도이다. 여기에서는 플라즈마 처리 장치로서 레이디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA: Radial Line Slot Antenna) 방식의 평면 안테나 부재를 이용한 경우를 예로 들어 설명한다.
도시하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(30)는, 예를 들면 측벽이나 저부(bottom)가 알루미늄 합금 등의 도체에 의해 구성되어, 전체가 통체(cylindrical) 형상으로 성형된 처리 용기(32)를 갖고 있으며, 내부는 밀폐된 처리 공간(S)으로서 구성되어, 이 처리 공간에 플라즈마가 형성된다. 이 처리 용기(32) 자체는 접지되어 있다.
이 처리 용기(32) 내에는, 상면에 피처리체로서의, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)를 올려놓는 재치대(34)가 수용된다. 이 재치대(34)는, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹재에 의해 평탄한 대략 원판 형상으로 형성되어 있으며, 예를 들면 알루미늄 등으로 이루어지는 지주(support; 36)를 통하여 용기 저부로부터 기립되어 있다.
이 처리 용기(32)의 측벽에는 개구(38)가 형성됨과 아울러, 이 개구(38)에는, 처리 용기(32)의 내부에 대하여 웨이퍼를 반입?반출할 때에 개폐되는 게이트 밸브(40)가 형성되어 있다. 또한, 이 처리 용기(32)의 측벽에는, 가열 수단으로서 복수개의 히터봉(heater rod; 42)이 매립(embed)되어 있고, 필요에 따라서 용기 측벽을 가열하여 소정의 온도로 유지할 수 있도록 되어 있다. 용기 저부에는 배기구(44)가 형성됨과 아울러, 이 배기구(44)에는, 압력 제어 밸브(46) 및 진공 펌프(48)가 순차로 개재하여 접속된 배기로(50)가 접속되어 있고, 필요에 따라서 처리 용기(32) 내를 진공흡인하여 소정의 압력을 유지할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 처리 용기(32)의 천정부는 개구되어, 여기에 예를 들면 Al23 등의 세라믹재로 이루어지는, 마이크로파에 대해서는 투과성을 갖는 천판(52)이 O링 등의 시일(seal) 부재(54)를 통하여 기밀하게 형성된다. 이 천판(52)의 두께는 내압성을 고려하여 예를 들면 20㎜ 정도로 설정된다.
그리고, 이 천판(52)의 상면에 상기 처리 용기(32) 내에서 플라즈마를 일으키기 위한 플라즈마 형성 수단(56)이 형성되어 있다. 구체적으로, 이 플라즈마 형성 수단(56)은, 상기 천판(52)의 상면에 형성된 원판 형상의 평면 안테나 부재(58)를 갖고 있고, 이 평면 안테나 부재(58)상에 지파재(60)가 형성된다. 이 지파재(60)는, 예를 들면 질화 알루미늄 등으로 이루어지고, 마이크로파의 파장을 단축하기 위해 고(高)유전율 특성을 갖고 있다. 상기 평면 안테나 부재(58)는, 상기 지파재(60)의 상방 전면(全面)을 덮는 도전성의 중공 원통 형상 용기로 이루어지는 도파 상자(62)의 저판(bottom plate)으로서 구성된다. 이 도파 상자(62)의 상부에는, 이것을 냉각하기 위해 냉매를 흘리는 냉각 재킷(64)이 형성된다.
이 도파 상자(62)의 중심에는 동축 도파관(66)의 외관(outer pipe; 66a)이 접속되고, 내측의 내부 도체(66b)는, 상기 지파재(60)의 중심의 관통 구멍을 지나 상기 평면 안테나 부재(58)의 중심부에 접속된다. 그리고, 이 동축 도파관(66)은, 모드 변환기(68) 및 직사각형 도파관(70)을 통하여 매칭 기능(도시하지 않음)을 갖는, 예를 들면 2.45GHz의 마이크로파 발생기(72)에 접속되어 있고, 상기 평면 안테나 부재(58)로 마이크로파를 전반하도록 되어 있다. 이 주파수는 2.45GHz에 한정되지 않고, 다른 주파수, 예를 들면 8.35GHz를 이용해도 좋다.
상기 평면 안테나 부재(58)는, 크기가 300㎜ 사이즈의 웨이퍼 대응인 경우에 는, 예를 들면 직경이 400~500㎜, 두께가 1~수㎜의 도전성 재료로 이루어지는, 예를 들면 표면이 은 도금된 구리판 혹은 알루미늄판으로 이루어지며, 이 원판에는, 예를 들면 긴 홈 형상의 관통 구멍으로 이루어지는 다수의 슬롯(58a)이 형성되어 있다. 이 슬롯(58a)의 배치 형태는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 동심원상, 소용돌이 형상, 혹은 방사상으로 배치시켜도 좋고, 안테나 부재 전면(全面)에 균일하게 되도록 분포시켜도 좋다. 이 평면 안테나 부재(58)는, 소위 RLSA(Radial Line Slot Antenna) 방식의 안테나 구조로 되어 있으며, 이에 따라, 고밀도 플라즈마 및 저(低)전자 에너지의 특징이 얻어진다.
또한 상기 재치대(34)의 상방에는 이 처리 용기(32) 내로 플라즈마 처리시나 클리닝시에 필요로 하는 가스를 유량 제어하면서 공급하기 위한 가스 공급 수단(74)이 형성되어 있다. 구체적으로, 이 가스 공급 수단(74)은, 가스 유로를 격자 형상으로 형성하여 이 가스 유로의 도중에 다수의 가스 분사 구멍(76)을 형성하여 이루어지는 샤워 헤드부(78)를 갖고 있다. 상기 처리 공간(S) 내는 이 샤워 헤드부(78)의 격자 형상의 개구부를 통하여 상하 방향으로 가스가 유통될 수 있도록 되어 있다. 이 샤워 헤드부(78)의 전체는, 클리닝 가스와의 관계에서 내구성을 유지하기 위해, 석영이나 알루미늄 등으로 형성할 수 있지만, 특히, 할로겐계 가스를 사용하는 경우에는 석영이 바람직하다.
또한, 상기 재치대(34)의 하방에는, 웨이퍼(W)의 반출입시에 이것을 승강시키는 복수, 예를 들면 3개의 승강핀(80)(도 1에 있어서는 2개만 표기함)이 형성되어 있으며, 이 승강핀(80)은, 신축 가능한 벨로우즈(82)를 통해 용기 저부를 관통 하여 형성한 승강 로드(84)에 의해 승강된다. 또한 상기 재치대(34)에는, 상기 승강핀(80)을 삽입통과시키기 위한 핀 삽입 통과 구멍(86)이 형성되어 있다. 상기 재치대(34)의 전체는 내열 재료, 예를 들면 알루미나 등의 세라믹에 의해 구성되어 있으며, 이 세라믹 중에 가열 수단(88)이 형성된다. 이 가열 수단(88)은, 재치대(34)의 대략 전역에 걸쳐서 매립된 박판 형상의 저항 가열 히터(88a)를 갖고 있고, 이 저항 가열 히터(88a)는, 지주(36) 내를 지나는 배선(90)을 통하여 히터 전원(92)에 접속되어 있다.
또한, 이 재치대(34)의 상면측에는, 내부에 예를 들면 그물눈 형상으로 배치된 척 전극(94a)을 갖는 얇은 정전 척(94)이 형성되어 있고, 이 재치대(34)상, 상세하게는 이 정전 척(94)상에 올려놓여지는 웨이퍼(W)를 정전 흡착력에 의해 흡착할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이 정전 척(94)의 상기 척 전극(94a)은, 상기 정전 흡착력을 발휘하기 위해 배선(96)을 통하여 직류 전원(98)에 접속되어 있다. 또한 이 배선(96)에는, 플라즈마 처리시에 예를 들면 13.56MHz의 바이어스용 고주파 전력을 상기 정전 척(94)의 척 전극(94a)에 인가하기 위해 바이어스용 고주파 전원(100)이 접속되어 있다.
또한 처리 용기(32)의 상부 측벽에는 관찰용 개구(102)가 형성됨과 아울러, 이 개구(102)에는 O링 등의 시일 부재(104)를 통하여 석영판 등으로 이루어지는 관찰창(106)이 기밀하게 부착되어 있다. 그리고, 이 관찰창(106)의 외측에 수광기(108)가 형성되어 있어, 플라즈마로부터의 빛의 강도 등을 검출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 관찰창(106)이나 수광기(108)를 형성하지 않는 경우도 있다.
그리고, 이 플라즈마 처리 장치(30)의 전체 동작은, 예를 들면 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어 수단(110)에 의해 제어되도록 되어 있으며, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 플랙시블 디스크나, CD(Compact Disc)나, 하드 디스크나, 플래시 메모리 등의 기억 매체(112)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 이 제어 수단(110)으로부터의 지령에 의해, 각 가스의 공급이나 유량 제어, 마이크로파나 고주파의 공급이나 전력 제어, 프로세스 온도나 프로세스 압력의 제어나 수광기(108)의 광검출량에 기초하는 제어 등이 행해진다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(30)를 이용하여 행해지는 플라즈마 성막 방법 및 플라즈마를 이용한 클리닝 방법에 대해서 설명한다.
우선, 플라즈마 성막 방법에 대해서 설명하면, 게이트 밸브(40)를 통하여 반도체 웨이퍼(W)를 반송 아암(도시하지 않음)에 의해 처리 용기(32) 내에 수용하고, 승강핀(80)을 상하 이동시킴으로써 웨이퍼(W)를 재치대(34)의 상면의 재치면에 올려놓고, 그리고, 이 웨이퍼(W)를 정전 척(94)에 의해 정전 흡착한다.
이 웨이퍼(W)는 재치대(34)의 가열 수단(88)에 의해 소정의 프로세스 온도로 유지되고, 성막용의 원료 가스나 플라즈마 여기용 가스 등을 각각 소정의 유량으로 흘려 샤워 헤드부(78)로부터 처리 용기(32) 내로 공급하고, 압력 제어 밸브(46)를 제어하여 처리 용기(32) 내를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 이와 동시에, 플라즈마 형성 수단(56)의 마이크로파 발생기(72)를 구동함으로써, 이 마이크로파 발생기(72)에서 발생한 마이크로파를, 직사각형 도파관(70) 및 동축 도파관(66)을 통하여 평면 안테나 부재(58)로 공급하여 처리 공간(S)에, 지파재(60)에 의해 파장 이 짧아진 마이크로파를 도입하고, 이에 따라 처리 공간(S)에 플라즈마를 발생시켜 소정의 플라즈마를 이용한 성막 처리를 행한다. 이때, 용기 측벽은, 이것에 매립된 히터봉(42)에 의해 소정의 온도로 가열되어 있다.
전술한 바와 같은 플라즈마 성막 처리를 행하면, 목적으로 하는 웨이퍼(W)의 표면에 박막이 퇴적될 뿐만 아니라, 처리 용기(32)의 내벽면이나 용기 내의 각종 부재, 예를 들면 재치대(34)의 표면이나, 승강핀(80)의 표면이나, 샤워 헤드부(78) 등의 표면에도 불필요한 막이 부착되게 된다. 그리고, 이러한 불필요한 막은, 벗겨져 떨어지면 제품 수율의 원인이 되는 파티클을 발생시키는 점에서, 클리닝 가스를 처리 용기(32) 내로 흘려서 상기 불필요한 막을 제거하는 클리닝 처리(드라이클리닝)가 행해지게 된다.
다음으로, 본 발명의 클리닝 방법에 대해서 도 2A~도 4를 참조하여 설명한다. 도 2A 및 도 2B는 본 발명에 따른 클리닝 방법을 설명하기 위한 플로우 차트, 도 3은 부재 온도와 클리닝 속도와의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 4는 처리 용기 내의 압력과 활성종 및 이온의 각 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 클리닝 방법에서는, 처리 용기(32)의 내벽면이나 처리 용기(32) 내의 각종 부재에 주어지는 손상을 가능한 한 억제하면서 효율적으로 그리고 신속하게 클리닝 처리를 행하기 위해, 처리 용기(32) 내의 압력이 저압 조건의 클리닝 공정과 고압 조건의 클리닝 공정을 조합하여 행하도록 되어 있다.
구체적으로는, 상기 처리 용기(32) 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 용기(32) 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과, 상기 처리 용기(32) 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 용기(32) 내를 상기 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 조합하여 행하도록 한다.
도 2A는 본 발명의 클리닝 방법의 제1 실시예를 나타낸다. 클리닝 중에는, 재치대(34)의 보호를 위해 더미 웨이퍼를 올려놓아 두어도 좋고, 혹은 이것을 올려놓아두지 않고 빈 상태로 해도 좋다. 또한 모재 온도가 높을수록, 불필요한 막은 용이하게 제거되기 때문에, 가열 수단(42, 88)을 갖고 있는 용기 측벽이나 재치대(34) 중, 적어도 하나는 가열시켜 두는 것이 바람직하다.
여기에서는, 우선, 처리 용기(32) 내를 비교적 압력이 낮은 제1 압력으로 유지하여 제1 클리닝 공정을 행한다(S1). 클리닝 가스는 단독으로, 혹은 Ar 이나 He 등의 플라즈마 여기용 가스인 희가스와 함께 샤워 헤드부(78)로부터 공급된다. 이 클리닝 가스로서는, 예를 들면 클리닝에 의해 제거되는 막이 CF계 막이면 O2 가스가 이용되고, Si계 막이면 NF3 가스 등이 이용되지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 제거 대상막의 종류에 따라 이용하는 클리닝 가스는 여러 종류로 변경된다.
상기 제1 압력은, 예를 들면 10mTorr(1.3Pa)~750mTorr(100Pa) 미만의 범위 내로서, 클리닝 처리 중은 처리 용기(32)의 압력을 상기 압력 범위 내로 설정해 둔다. 이 저압 조건의 제1 클리닝 공정에서는, 후술하는 바와 같이 전자 밀도가 높아 클리닝 작용이 큰 이온이 주체가 되기 때문에, 노출되어 있는 모재 표면(부재 표면)으로의 조사 에너지는 높아져 손상 가능성은 커지지만, 그만큼, 클리닝 속도 가 높아지는 특성을 갖고 있다.
이와 같이 제1 클리닝 공정은 전환 타이밍이 되기까지 실행되고(S2의 NO), 어느 정도의 시간이 경과하여 전환 타이밍이 왔으면(S2의 YES), 다음에 제2 클리닝 공정으로 이행한다(S3).
이 제2 클리닝 공정에서는, 처리 용기(32) 내를 상기 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행한다(S3). 이 제2 클리닝 공정에서 이용하는 가스는 상기 제1 클리닝 공정과 동일하여, 클리닝 가스를 단독으로, 혹은 Ar이나 He 등의 플라즈마 여기용 가스인 희가스와 함께 샤워 헤드부(78)로부터 공급한다.
상기 제2 압력은, 예를 들면 750mTorr(100Pa)~5Torr(1333Pa)의 범위 내로서, 클리닝 처리 중은 처리 용기(32) 내의 압력을 상기 압력 범위 내로 설정해 둔다.
이 고압 조건의 제2 클리닝 공정에서는, 후술하는 바와 같이, 클리닝 작용이 작은 라디칼(활성종)이 주체가 되기 때문에, 모재 표면(부재 표면)으로의 조사 에너지는 낮아져 손상 가능성은 작아지지만, 그만큼, 클리닝 속도가 낮아지는 특성을 갖고 있다.
이와 같이, 제2 클리닝 공정은 종료 타이밍이 올 때까지 실행하고(S4의 NO), 어느 정도의 시간이 경과하여 종료 타이밍이 왔으면(S4의 YES), 클리닝 처리를 종료하게 된다.
상기 도 2A에 나타내는 경우에는, 먼저 제1 클리닝 공정(S1)을 행하고, 그 후에 제2 클리닝 공정(S3)을 행하도록 했지만, 이에 한정되지 않고, 도 2B에 나타 내는 제2 실시예와 같이 상기 순서를 역으로 하여 먼저 제2 클리닝 공정을 행하고, 그 후에 제1 클리닝 공정을 행하도록 해도 좋다. 즉, 이 제2 실시예에서는 우선 제2 클리닝 공정(S11)을 행하고, 전환 타이밍이 왔으면(S12의 YES), 제1 클리닝 공정으로 전환하여 제1 클리닝 공정(S13)을 실행한다. 그리고, 종료 타이밍이 왔으면(S14의 YES), 이 클리닝 처리를 종료하게 된다. 이 제2 실시예에 있어서의 제1 및 제2 클리닝 공정의 가스종(種)이나 처리 용기(32) 내의 압력 등은 제1 실시예의 제1 및 제2 클리닝 공정과 각각 동일하다.
여기에서, 제1 실시예에 있어서의 제1 클리닝 공정으로부터 제2 클리닝 공정으로의 전환 타이밍 및, 제2 실시예에 있어서의 제2 클리닝 공정으로부터 제1 클리닝 공정으로의 전환 타이밍은, 예를 들면 처리 용기(32)의 측벽에 형성한 수광기(108)에서 얻어진 플라즈마의 광량의 변화를 기초로 하여 제어 수단(110)이 판단한다. 구체적으로는, 처리 용기(32) 내에는 불필요한 막이 부착되기 쉬운 부분이나 부착되기 어려운 부분이 존재하고, 부착되어 있는 막두께도 장소에 따라 상당히 다르다.
또한, 클리닝 처리시에는, 불필요한 막이 제거되기 쉬운 부분이나 제거되기 어려운 부분이 존재하여, 예를 들면 히터를 갖는 재치대(34)나 용기 측벽 등의 온도가 높은 부분은 불필요한 막이 제거되기 쉽고, 히터를 갖고 있지 않는 천판(52)이나 샤워 헤드부(78) 등의 온도가 낮은 부분은 불필요한 막이 제거되기 어렵게 되어 있다.
따라서, 클리닝 처리의 진행에 따라서, 불필요한 막이 모든 모재 표면에서 동시에 완전하게 제거되는 것이 아니라, 어떤 부분에서는 불필요한 막이 완전히 제거되어 모재 표면이 노출되고, 다른 부분에서는 불필요한 막이 아직 부착되어 있는 상태가 존재하며, 클리닝 처리의 진행에 따라, 점차 모재 표면의 노출되는 비율이 증가하여, 이상적으로는 최종적으로 모든 불필요한 막이 제거되게 된다. 이 경우, 모재 표면이 노출됨에 따라, 즉, 불필요한 막으로 덮여 있는 표면적이 적어짐에 따라, 라디칼이나 활성종이 불필요한 막과 반응할 확률이 감소하기 때문에, 이에 수반하여 플라즈마의 발광량이 변화하게 된다.
그리고, 이 발광량의 변화를 수광기(108)로 검출하여 상기 전환 타이밍을 인식할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마의 광량의 변화와, 클리닝 처리의 진행 정도와의 상관 관계를 미리 구해 두어, 예를 들면 전(全) 모재 표면의 절반 정도의 모재 표면이 노출된 시점이 전환 타이밍이 되도록 설정하면 좋다. 이 전환 타이밍은, 상기 수광기(108)의 광량 변화에 따라서 여러 종류 설정할 수 있음은 물론이다.
또한 마찬가지로, 제1 실시예에 있어서의 제2 클리닝 공정(S3)의 종료 타이밍이나 제2 실시예에 있어서의 제1 클리닝 공정(S13)의 종료 타이밍도, 전술한 바와 같이 수광기(108)로부터의 광량의 변화, 즉 예를 들면 불필요한 막이 완전히 없어진 때의 광량을 검출한 시점을 에칭 처리의 종료 포인트로서 설정하면 좋다.
또한, 상기 전환 타이밍이나 클리닝 종료 타이밍을 구하기 위해 수광기(108)를 이용하지 않고, 이 클리닝 처리를 실행하기 전에, 웨이퍼(W)에 대하여 행해진 플라즈마 처리의 적산 처리량에 기초하여 구하도록 해도 좋다.
구체적으로는, 예를 들면 플라즈마 성막 처리를 예로 들면, 전회(前回)의 클 리닝 처리로부터 이번 회의 클리닝 처리를 개시하기 전까지 행해진 플라즈마 성막 처리의 적산 막두께양(매엽 클리닝인 경우에는 1매의 웨이퍼에 대한 막두께에 상당)은 판명되어 있으며, 또한 단위 시간당 클리닝 막두께양도 경험적으로 판명되어 있기 때문에, 상기 적산 막두께양 및 단위 시간당 클리닝 막두께양 등을 기초로 하여, 상기 제1 및 제2 클리닝 공정의 각 처리 시간을 구해, 상기 클리닝 공정의 전환 타이밍 및 클리닝 처리의 종료 타이밍을 시간 관리에 의해 구하도록 해도 좋다.
나아가서는, 상기 수광기(108)에서 구한 광량과 상기 시간 관리를 조합하도록 해도 좋다. 예를 들면 도 2A 중의 제1 클리닝 공정(S1)이나 도 2B 중의 제2 클리닝 공정(S11)인 최초의 클리닝 공정은 시간 관리를 하여 각각 소정의 시간만큼 실행하고, 그리고, 나중의 클리닝 공정(도 2A 중의 제2 클리닝 공정(S3)이나 도 2B 중의 제1 클리닝 공정(S13))은 수광기(108)의 검출 광량에 기초하여 종료 타이밍을 구한다.
이와 같이, 처리 용기(32) 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기(32) 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과, 처리 용기(32) 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 처리 용기(32) 내를 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 갖도록 했기 때문에, 처리 용기(32)의 내벽면이나 처리 용기(32) 내의 부재에 손상을 주는 일 없이, 클리닝을 효율적으로 그리고 신속하게 행할 수 있다.
또한, 특히 제1 실시예의 경우에는, 제1 클리닝 공정을 먼저 행하고, 나중에 제2 클리닝 공정을 행하도록 하고 있는 점에서, 이온과 비교해 조사 에너지가 적은 라디칼을 주체로 하는 클리닝을 마지막에 행하도록 하고 있기 때문에, 이미 불필요한 막이 제거되어 표면이 노출되어 있는 처리 용기(32)의 내벽면이나 부재 표면에 손상을 줄 우려를 한층 억제할 수 있다.
바꿔 말하면, 모재 부재에 대한 조사 에너지가 큰 제1 클리닝 공정을 제2 실시예와 같이 나중에 행하면, 모재 표면이 조사 에너지가 큰 이온에 노출되는 시간이 길어지기 때문에, 그만큼, 모재 표면이 손상을 입을 확률이 커지지만, 조사 에너지가 작은 라디칼이 주체가 되는 제2 클리닝 공정을 나중에 행하는 제1 실시예의 경우에는, 모재 표면이 손상을 입을 확률을 적게 할 수 있다.
여기에서 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명 방법의 저압 조건의 클리닝 처리와 고압 조건의 클리닝 처리의 조합의 이점에 대해서 설명한다. 도 3은 부재 온도와 클리닝 속도와의 관계를 나타내는 그래프, 도 4는 처리 용기 내의 압력과 활성종 및 이온의 각 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 처리 용기(32)의 내벽이나 재치대(34)나 천판(52)이나 샤워 헤드부(78) 등을 형성하는 모재 온도에 관하여, 특성 곡선(A1)으로 나타내는 이온을 주체로 하는 클리닝을 행하는 경우에는, 모재 온도가 변화해도 클리닝 속도는 대략 일정하여 그다지 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
이에 대하여, 특성 곡선(B1)으로 나타내는 라디칼을 주체로 하는 클리닝을 행하는 경우에는, 온도가 낮을 때에는 클리닝 속도는 매우 작지만, 모재 온도가 높아지면 2차 함수적으로 클리닝 속도는 급격히 증가하여 커져 있다. 특히 모재 온도가 120℃ 이상에서 특성 곡선(B1)의 라디칼에 의한 클리닝 속도가 특히 커져 있 는 것을 알 수 있다.
일반적으로, 저항 가열 히터(88a)를 갖는 재치대(34)나 히터봉(42)을 갖는 처리 용기(32)의 내벽은, 클리닝 처리시에, 예를 들면 200℃ 정도로 가열하고 있기 때문에, 이들의 온도를 120℃ 이상으로 가열해 두면, 상기 재치대(34)나 용기 내벽면에 부착된 불필요한 막은 클리닝에 의해 신속히 제거할 수 있지만, 온도가 낮은 다른 부분, 예를 들면 천판(52)의 내측 표면이나 샤워 헤드부(78)의 표면 온도는 예를 들면 80℃ 정도여서, 이 표면에 부착되어 있는 불필요한 막은 신속하게 제거할 수 없는 것을 알 수 있다.
또한 도 4에 있어서, 특성 곡선(A2)으로 나타나는 이온 밀도에 관해서는, 처리 용기(32) 내의 압력이 50mTorr 정도일 때에 밀도가 가장 높고, 그보다도 압력이 작아지거나, 혹은 커지거나 하면, 밀도는 점차 저하되어 가는 것을 알 수 있다.
이에 대하여, 특성 곡선(B2)으로 나타나는 활성종(라디칼) 밀도에 관해서는, 처리 용기(32) 내의 압력이 커짐에 따라 밀도가 커져 최종적으로는 포화되어 있고, 750mTorr 정도에서 포화 밀도의 80% 정도의 밀도로 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 3 및 도 4의 그래프로부터, 처리 용기 내의 압력이 낮은, 예를 들면 750mTorr 미만의 저압 조건하에서는 이온 밀도가 높아져 이온에 의한 클리닝 효과가 주류로 되어(도 4 참조), 저온 부분도 충분히 클리닝 할 수 있는 것을 알 수 있다(도 3 참조). 단, 이온은 조사 에너지가 비교적 높기 때문에, 오버 클리닝시에 이 이온에 모재 표면이 장시간에 걸쳐 노출되면 모재 표면이 손상을 입을 우려가 발생한다.
또한 처리 용기 내의 압력이 높은, 예를 들면 750mTorr 이상의 고압 조건하에서는 활성종(라디칼)에 의한 클리닝 효과가 주류로 되어(도 4 참조), 고온 부분(120℃ 이상)이면 클리닝 효과가 충분히 커져 있는 것을 알 수 있다(도3 참조). 단, 활성종의 조사 에너지는 상기 이온과 비교해 작기 때문에, 오버 클리닝 시에 모재 표면이 장시간에 걸쳐 노출되어도 모재 표면이 손상을 입는 일은 거의 없다.
이상의 결과로부터, 상기 2가지 압력 조건, 즉 저압 조건(제1 압력)에 의한 클리닝 공정과, 고압 조건(제2 압력)에 의한 클리닝 공정을 조합하여 실행함으로써, 저압 조건에서 이온으로밖에 제거하기 어려운 개소나 부착량이 많은 개소의 불필요한 막을 제거하고, 고압 조건에서 이온에 장시간 노출하게 되는 손상의 발생을 회피함과 아울러, 부착량이 많은 개소의 불필요한 막을 제거하도록 하고, 이에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 처리 용기(32)의 내벽면이나 처리 용기(32) 내의 부재에 손상을 주는 일 없이, 클리닝을 효율적으로 그리고 신속하게 행할 수 있다.
특히, 저압 조건(제1 압력)의 클리닝 공정(제1 클리닝 공정)을 행한 후에, 고압 조건(제2 압력)의 클리닝 공정(제2 클리닝 공정)을 행하도록 한 경우에는, 전술한 바와 같이 라디칼은 조사 에너지가 이온과 비교해 작기 때문에, 노출되어 있는 모재 표면에 대한 손상이 거의 발생하는 일이 없어, 손상되는 것을 억제할 수 있다.
여기에서 도 4로부터 판단하면, 제1 압력은 전술한 바와 같이 750mTorr 미만이며, 바람직하게는 600mTorr 이하이다. 더욱 바람직하게는, 클리닝을 효율적으로 할 수 있는 압력, 예를 들면 300mTorr 이하이다. 또한, 그 하한은 클리닝을 실질 적으로 할 수 있는 압력, 예를 들면 10mTorr 정도이다. 또한 제2 압력은 전술한 바와 같이 750mTorr 이상이며, 바람직하게는 라디칼 밀도가 포화되는 900mTorr 이상이다. 또한, 그 상한은 플라즈마가 생성되는 한계 압력인, 예를 들면 5Torr 정도이다.
또한, 상기 실시예에서는 플라즈마 처리 장치로서 마이크로파 발생기(72)를 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 13.56MHz 등의 고주파를 이용한 평행평판형이나 ICP형의 플라즈마 처리 장치 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 플라즈마 처리로서 플라즈마 성막 처리를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 플라즈마 에칭 처리 장치나 플라즈마 애싱 처리 장치 등의 경우에도, 불필요한 막이 용기 내벽면이나 용기 내의 부재 표면에 부착되기 때문에, 이들 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 여기에서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 유리 기판, LCD 기판, 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 처리 장치의 기술 분야에 있어 이용된다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피(被)처리체에 대하여 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리를 행하도록 한 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법에 있어서,
    상기 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 용기 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과,
    상기 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 용기 내를 상기 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 갖고,
    상기 제1 클리닝 공정을 행한 후에, 상기 제2 클리닝 공정을 행하는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  3. 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기 내에서 피처리체에 대하여 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리를 행하도록 한 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법에 있어서,
    상기 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 용기 내를 제1 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제1 클리닝 공정과,
    상기 처리 용기 내로 클리닝 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시켜 상기 처리 용기 내를 상기 제1 압력보다도 높은 제2 압력으로 유지하여 클리닝을 행하는 제2 클리닝 공정을 갖고
    상기 제2 클리닝 공정을 행한 후에, 상기 제1 클리닝 공정을 행하는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 압력은 10mTorr~750mTorr 미만의 범위 내이며, 상기 제2 압력은 750mTorr~5Torr의 범위 내인 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 처리 용기의 벽면과 상기 피처리체를 올려놓는 재치대(holding stage) 중의 어느 일방 또는 양방은 가열되어 있는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 클리닝 공정과 상기 제2 클리닝 공정과의 사이의 전환 타이밍은, 상기 클리닝 처리를 실행하기 전에 상기 피처리체에 대하여 행해져 있던 플라즈마 처리의 적산(積算) 처리량에 기초하여 구해지는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 클리닝 공정과 상기 제2 클리닝 공정과의 사이의 전환 타이밍은, 상기 처리 용기 내에서 생기는 플라즈마로부터의 발광량에 기초하여 구해지는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  8. 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    피처리체를 올려놓기 위해 상기 처리 용기 내에 형성한 재치대와,
    상기 처리 용기 내로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내에서 플라즈마를 일으키기 위한 플라즈마 형성 수단과,
    제2항 또는 제3항에 기재된 클리닝 방법을 실행하도록 제어하는 제어 수단을 구비한 플라즈마 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 재치대와 상기 처리 용기의 벽면 중 어느 일방 또는 양방에는 가열 수단이 형성되어 있는 플라즈마 처리 장치.
  10. 진공흡인 가능하게 이루어진 처리 용기와,
    피처리체를 올려놓기 위해 상기 처리 용기 내에 형성한 재치대와,
    상기 처리 용기 내로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과,
    상기 처리 용기 내에서 플라즈마를 일으키기 위한 플라즈마 형성 수단과,
    장치 전체의 동작을 제어하는 제어 수단
    을 구비한 플라즈마 처리 장치를 클리닝 처리함에 있어서, 제2항 또는 제3항에 기재된 클리닝 방법을 실행하도록 상기 플라즈마 처리 장치를 제어하는 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기억하는 기억 매체.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마를 마이크로파에 의해 발생시키는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마이크로파는, 레이디얼 라인 슬롯 안테나 방식의 평면 안테나 부재에 마이크로파를 공급함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 클리닝 방법.
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