KR101681061B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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유타카 후지노
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Abstract

처리 용기 내로 복수의 마이크로파를 도입하여, 플라즈마를 생성시키는 방식의 플라즈마 처리 장치를 이용하고, 복수의 마이크로파의 파워의 합계를 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하로 하여 플라즈마를 생성시킨다. 예를 들면, 플라즈마 산화 처리에서는, 플라즈마 생성용의 희가스와 산소 함유 가스를 이용하여 처리 온도를100 ℃ 이하, 마이크로파의 공급 개시부터 30 초간에서의 평균 산화 레이트를 0.03 nm/초 이하로 한다. 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시에는 임피던스 정합을 행하지 않고, 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)를 처리할 시 임피던스 정합을 행하는 것이 바람직하다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA TREATMENT METHOD AND PLASMA TREATMENT DEVICE}
본 발명은, 플라즈마를 이용하여 피처리체에 실리콘 산화막(SiO2막), 실리콘 질화막(SiN막) 등의 박막을 형성하는 플라즈마 처리 방법 및 이에 이용되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 과정에서는, 플라즈마를 이용하여, 피처리체에 대하여 예를 들면 산화 처리, 질화 처리 등의 성막 처리가 행해지고 있다. 최근에는, 차세대 이후의 디바이스 개발에 대하여, 미세화에 대한 대응이 더욱 더 요구되고 있고, 성막 처리에서도, 극박막(極薄膜)을 균일한 두께로 형성하는 기술의 요구가 높아지고 있다.
반도체 웨이퍼 상에의 박막 형성에 관한 종래 기술로서, 특허 문헌 1(국제공개 WO2002/058130)에서는, 복수의 슬롯을 가지는 평면 안테나를 이용하여 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성시키는 슬롯 안테나 방식의 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 실리콘 산화막을 형성하는 기술이 제안되고 있다.
상기 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 방법에서는, 대략 1.6 nm 정도의 얇은 실리콘 산화막을 형성할 수 있다고 상정된다. 그러나, 향후, 차세대 이후의 디바이스 개발에서는, 더 얇은 막 두께로 박막을 형성하는 것이 기대된다.
따라서, 플라즈마를 이용하여 피처리체의 표면에, 예를 들면 두께 1 nm 이하의 박막을, 막 두께를 컨트롤하면서 형성하는 방법이 요구되고 있었다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 복수의 마이크로파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 생성시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 상기 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 방법이다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시의 마이크로파의 파워의 합계가 상기 피처리체의 면적당 1 W/cm2 이하이며, 또한 상기 박막의 막 두께가 1 nm 이하여도 된다. 혹은, 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 피처리체의 직경이 300 mm 이상이며, 상기 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시의 마이크로파의 파워의 합계가 700 W 이하이며, 또한 상기 박막의 막 두께가 1 nm 이하여도 된다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리하는 처리 온도가 100 ℃ 이하이다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 박막이, 상기 피처리체의 표면의 실리콘이 산화된 실리콘 산화막이어도 되고, 상기 피처리체의 표면의 실리콘이 질화 된 실리콘 질화막이어도 된다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 상기 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 재치(載置)하는 재치면을 가지는 재치대와, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 구비하고 있어도 된다. 또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 마이크로파를 생성하고, 또한 상기 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력하는 마이크로파 출력부와, 상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 복수의 마이크로파를 각각 상기 처리 용기 내로 도입하는 복수의 안테나부와, 상기 복수의 안테나부에 각각 대응하여 설치되어 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내의 사이의 임피던스를 정합시키는 복수의 튜너를 구비하고 있어도 된다. 또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기의 상부에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 도전성 부재와, 상기 복수의 개구부에 감합되고, 상기 처리 용기 내로 상기 마이크로파를 투과시켜 도입시키는 복수의 마이크로파 투과창을 구비하고 있어도 된다. 그리고 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 복수의 마이크로파 투과창으로부터 각각 상기 처리 용기 내로 도입한 상기 복수의 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 생성하는 것이어도 된다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 복수의 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 착화할 시의 상기 마이크로파의 파워의 합계는, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리할 시의 상기 마이크로파의 파워의 합계보다 커도 된다. 이 경우, 상기 복수의 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 착화할 시에는 상기 임피던스의 정합을 행하지 않고, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리할 시 상기 임피던스의 정합을 행해도 된다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 상기 마이크로파 출력부로부터, 상기 복수의 마이크로파를, 상기 플라즈마를 착화시키는 제 1 파워로 공급하여 상기 플라즈마를 착화하는 단계와, 상기 마이크로파의 파워를 상기 제 1 파워보다 낮은 제 2 파워로 변경하는 단계와, 상기 제 2 파워 상태로 상기 임피던스의 정합을 행하는 단계를 포함하고 있어도 된다.
또한 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 있어서, 상기 복수의 마이크로파 투과창은, 상기 도전성 부재에서의 중앙 부분에 배치된 1 개의 중심 마이크로파 투과창과, 상기 중심 마이크로파 투과창을 둘러싸도록, 상기 중앙 부분보다 외측에 배치된 적어도 6 개의 외측 마이크로파 투과창을 가지고 있어도 된다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 복수의 마이크로파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 생성시켜 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 플라즈마 처리 장치이다. 이 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 재치하는 재치면을 가지는 재치대와, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구를 구비하고 있다. 또한 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 마이크로파를 생성하고, 또한 상기 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력하는 마이크로파 출력부와, 상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 복수의 마이크로파를 각각 상기 처리 용기 내로 도입하는 복수의 안테나부와, 상기 복수의 안테나부에 각각 대응하여 설치되어 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내의 사이의 임피던스를 정합시키는 복수의 튜너를 구비하고 있다. 또한 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기의 상부에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 도전성 부재와, 상기 복수의 개구부에 감합되고, 상기 처리 용기 내로 상기 마이크로파를 투과시켜 도입시키는 복수의 마이크로파 투과창을 구비하고 있다. 그리고 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기 내에서 상기 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시의 마이크로파의 파워의 합계가, 상기 피처리체의 면적당 1 W/cm2 이하가 되도록, 상기 복수의 마이크로파 투과창으로부터, 각각 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입함으로써, 상기 박막의 막 두께를 1 nm 이하로 제어하는 제어부를 구비하고 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 피처리체의 표면에, 예를 들면 1 nm 이하의 막 두께의 박막을 제어성 좋게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 이용하는 플라즈마 처리 장치의 개략의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제어부의 구성을 도시한 설명도이다.
도 3은 도 1에 도시한 마이크로파 도입 장치의 구성을 도시한 설명도이다.
도 4는 도 3에 도시한 마이크로파 도입 기구를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 마이크로파 도입 기구의 안테나부를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시한 마이크로파 도입 기구의 평면 안테나를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 1에 도시한 처리 용기의 천장부의 저면도이다.
도 8은 도 1에 도시한 마이크로파 도입 장치에서의 복수의 마이크로파 투과판의 배치를 도시한 설명도이다
도 9는 비교예의 플라즈마 처리 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서의 압력과 착화 시 파워의 관계를 나타낸 파셴(Paschen) 곡선이다.
도 11은 상이한 처리 온도로 플라즈마 산화 처리를 했을 경우의 실리콘 산화막의 막 두께와 처리 시간과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 12a는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 산소 플라즈마를 착화시킬 시의 임피던스 정합의 순서와 플라즈마 발광과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 12b는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 산소 플라즈마를 착화시킬 시의 임피던스 정합의 다른 순서와 플라즈마 발광과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 13a는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 산소 플라즈마를 착화시킬 시의 임피던스 정합의 순서를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 13b는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 산소 플라즈마를 착화시킬 시의 임피던스 정합의 다른 순서를 나타낸 타이밍 차트이다.
도 14는 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 산화막의 막 두께와 프로세스 시간과의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 15는 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 질화막의 막 두께와 프로세스 시간과의 관계를 나타낸 특성도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예의 플라즈마 처리 방법에 이용하는 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에서 이용하는 플라즈마 처리 장치의 개략의 구성을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시한 제어부의 구성을 도시한 설명도이다. 본 실시예에서 이용하는 플라즈마 처리 장치(1)는, 연속하는 복수의 동작을 수반하는, 예를 들면 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 '웨이퍼'라고 함)(W)에 대하여 플라즈마 산화 처리, 플라즈마 질화 처리 등의 성막 처리를 실시하는 장치이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2)의 내부에 배치되고, 웨이퍼(W)를 재치하는 재치면(21a)을 가지는 재치대(21)와, 처리 용기(2) 내로 가스를 공급하는 가스 공급 기구(3)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(4)를 구비하고 있다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(2) 내에 플라즈마를 생성시키기 위한 마이크로파를 발생시키고, 또한 처리 용기(2) 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(5)와, 이들 플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다. 또한, 처리 용기(2) 내로 가스를 공급하는 수단으로서는, 가스 공급 기구(3) 대신에, 플라즈마 처리 장치(1)의 구성에는 포함되지 않는 외부의 가스 공급 기구를 사용해도 된다.
처리 용기(2)는 예를 들면 대략 원통 형상을 이루고 있다. 처리 용기(2)는 예를 들면 알루미늄 및 그 합금 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 도입 장치(5)는 처리 용기(2)의 상부에 설치되고, 처리 용기(2) 내로 전자파(마이크로파)를 도입하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단으로서 기능한다. 마이크로파 도입 장치(5)의 구성에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
처리 용기(2)는 판상(板狀)의 천장부(11) 및 저부(13)와, 천장부(11)와 저부(13)를 연결하는 측벽부(12)를 가지고 있다. 천장부(11)는 복수의 개구부를 가지고 있다. 측벽부(12)는 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(12a)를 가지고 있다. 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실과의 사이에는 게이트 밸브(G)가 배치되어 있다. 게이트 밸브(G)는 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 가지고 있다. 게이트 밸브(G)는, 닫힌 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 씰링하고, 또한 열린 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 이송을 가능하게 한다.
저부(13)는 복수(도 1에서는 2 개)의 배기구(13a)를 가지고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는 또한 배기구(13a)와 배기 장치(4)를 접속하는 배기관(14)을 구비하고 있다. 배기 장치(4)는 도시는 생략하지만, APC 밸브와, 처리 용기(2)의 내부 공간을 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능한 고속 진공 펌프를 가지고 있다. 이러한 고속 진공 펌프로서는, 예를 들면 터보 분자 펌프 등이 있다. 배기 장치(4)의 고속 진공 펌프를 작동시킴으로써, 처리 용기(2)는 그 내부 공간이 소정의 진공도, 예를 들면 0.133 Pa까지 감압된다.
플라즈마 처리 장치(1)는 또한 처리 용기(2) 내에서 재치대(21)를 지지하는 지지 부재(22)와, 지지 부재(22)와 처리 용기(2)의 저부(13)와의 사이에 설치된 절연 재료로 이루어지는 절연 부재(23)를 구비하고 있다. 재치대(21)는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수평하게 재치하기 위한 것이다. 지지 부재(22)는, 저부(13)의 중앙으로부터 처리 용기(2)의 내부 공간을 향해 연장되는 원통 형상의 형상을 가지고 있다. 재치대(21) 및 지지 부재(22)는 예를 들면 AlN 등에 의해 형성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 또한 재치대(21)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 바이어스 전원(25)과, 재치대(21)와 고주파 바이어스 전원(25)과의 사이에 설치된 정합기(24)를 구비하고 있다. 고주파 바이어스 전원(25)은 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위하여, 재치대(21)에 고주파 전력을 공급한다.
도시하지 않지만, 플라즈마 처리 장치(1)는 또한 재치대(21)를 가열 또는 냉각하는 온도 제어 기구를 구비하고 있다. 온도 제어 기구는 예를 들면 웨이퍼(W)의 온도를 25 ℃(실온) 이상 900 ℃ 이하의 범위 내에서 제어한다. 또한 재치대(21)는, 재치면(21a)에 대하여 돌출 및 함몰 가능하게 설치된 복수의 지지 핀을 가지고 있다. 복수의 지지 핀은 임의의 승강 기구에 의해 상하로 이동하고, 상승 위치에서, 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 행할 수 있도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는 또한 처리 용기(2)의 천장부(11)에 설치된 가스 도입부(15)를 구비하고 있다. 가스 도입부(15)는 원통 형상을 이루는 복수의 노즐(16)을 가지고 있다. 노즐(16)은 그 하면에 형성된 가스홀(16a)을 가지고 있다. 노즐(16)의 배치에 대해서는 이후에 설명한다.
가스 공급 기구(3)는 가스 공급원(31)을 포함하는 가스 공급 장치(3a)와, 가스 공급원(31)과 가스 도입부(15)를 접속하는 배관(32)을 가지고 있다. 또한 도 1에서는, 1 개의 가스 공급원(31)을 도시하고 있지만, 가스 공급 장치(3a)는 사용되는 가스의 종류에 따라 복수의 가스 공급원을 포함하고 있어도 된다.
가스 공급원(31)은, 예를 들면 플라즈마 생성용의 희가스, 또는 산화 처리 또는 질화 처리에 사용되는 처리 가스 등의 가스 공급원으로서 이용된다. 또한 플라즈마 생성용의 희가스로서는 예를 들면 Ar, Kr, Xe, He 등이 사용된다. 산화 처리에 사용되는 처리 가스로서는 예를 들면 산소 가스, 오존 가스 등의 산화성 가스가 사용된다. 질화 처리에 사용되는 처리 가스로서는 예를 들면 질소 가스, NH3 가스 등이 사용된다. 또한, 희가스는 산화 처리용의 처리 가스 또는 질화 처리용의 처리 가스와 함께 사용되는 경우도 있다.
도시하지 않지만, 가스 공급 장치(3a)는 또한 배관(32)의 도중에 설치된 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브를 포함하고 있다. 처리 용기(2) 내로 공급되는 가스의 종류 또는 이들 가스의 유량 등은, 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브에 의해 제어된다.
플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부는 각각 제어부(8)에 접속되어, 제어부(8)에 의해 제어된다. 제어부(8)는 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 2에 도시한 예에서는, 제어부(8)는 CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러(81)와, 이 프로세스 컨트롤러(81)에 접속된 유저 인터페이스(82) 및 기억부(83)를 구비하고 있다.
프로세스 컨트롤러(81)는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 예를 들면 온도, 압력, 가스 유량, 바이어스 인가용의 고주파 전력, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계하는 각 구성부(예를 들면, 고주파 바이어스 전원(25), 가스 공급 장치(3a), 배기 장치(4), 마이크로파 도입 장치(5) 등)를 통괄하여 제어하는 제어 수단이다.
유저 인터페이스(82)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행하는 키보드 또는 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 가지고 있다.
기억부(83)에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(81)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어), 또는 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세스 컨트롤러(81)는 유저 인터페이스(82)로부터의 지시 등, 필요에 따라, 임의의 제어 프로그램 또는 레시피를 기억부(83)로부터 호출하여 실행한다. 이에 의해, 프로세스 컨트롤러(81)에 의한 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에서 원하는 처리가 행해진다.
상기의 제어 프로그램 및 레시피는, 예를 들면 CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한 상기의 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 개재하여 수시 전송시켜 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
이어서 도 1, 도 3 ~ 도 6을 참조하여, 마이크로파 도입 장치(5)의 구성에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 마이크로파 도입 장치(5)의 구성을 도시한 설명도이다. 도 4는 도 3에 도시한 마이크로파 도입 기구를 도시한 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시한 마이크로파 도입 기구의 안테나부를 도시한 사시도이다. 도 6은 도 4에 도시한 마이크로파 도입 기구의 평면 안테나를 도시한 평면도이다.
전술한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(5)는 처리 용기(2)의 상부에 설치되고, 처리 용기(2) 내로 전자파(마이크로파)를 도입하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단으로서 기능한다. 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(5)는 처리 용기(2)의 상부에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 도전성 부재인 천장부(11)와, 마이크로파를 생성하고, 또한 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력하는 마이크로파 출력부(50)와, 마이크로파 출력부(50)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(2)로 도입하는 안테나 유닛(60)을 가지고 있다. 본 실시예에서는, 처리 용기(2)의 천장부(11)는 마이크로파 도입 장치(5)의 도전성 부재를 겸하고 있다.
마이크로파 출력부(50)는 전원부(51)와, 마이크로파 발진기(52)와, 마이크로파 발진기(52)에 의해 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(53)와, 앰프(53)에 의해 증폭된 마이크로파를 복수의 경로로 분배하는 분배기(54)를 가지고 있다. 마이크로파 발진기(52)는 소정의 주파수(예를 들면, 860 MHz)로 마이크로파를 발진(예를 들면, PLL 발진)시킨다. 또한 마이크로파의 주파수는, 860 MHz에 한정되지 않고, 2.45 GHz, 8.35 GHz, 5.8 GHz, 1.98 GHz 등이어도 된다. 분배기(54)는 입력측과 출력측의 임피던스를 정합시키면서 마이크로파를 분배한다.
안테나 유닛(60)은 복수의 안테나 모듈(61)을 포함하고 있다. 복수의 안테나 모듈(61)은 각각, 분배기(54)에 의해 분배된 마이크로파를 처리 용기(2) 내로 도입한다. 본 실시예에서는, 복수의 안테나 모듈(61)의 구성은 모두 동일하다. 각 안테나 모듈(61)은, 분배된 마이크로파를 주로 증폭하여 출력하는 앰프부(62)와, 앰프부(62)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(2) 내로 도입하는 마이크로파 도입 기구(63)를 가지고 있다.
앰프부(62)는 마이크로파의 위상을 변화시키는 위상기(62A)와, 메인 앰프(62C)에 입력되는 마이크로파의 전력 레벨을 조정하는 가변 게인 앰프(62B)와, 솔리드 스테이트 앰프로서 구성된 메인 앰프(62C)와, 후술하는 마이크로파 도입 기구(63)의 안테나부에서 반사되어 메인 앰프(62C)를 향하는 반사 마이크로파를 분리하는 아이솔레이터(62D)를 포함하고 있다.
위상기(62A)는 마이크로파의 위상을 변화시켜, 마이크로파의 방사 특성을 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 위상기(62A)는 예를 들면 안테나 모듈(61)마다 마이크로파의 위상을 조정함으로써, 마이크로파의 지향성을 제어하여 플라즈마의 분포를 변화시키는 것에 이용된다. 또한, 이러한 방사 특성의 조정을 행하지 않을 경우에는, 위상기(62A)를 설치하지 않아도 된다.
가변 게인 앰프(62B)는, 개개의 안테나 모듈(61)의 불균일의 조정, 또는 플라즈마 강도의 조정을 위하여 이용된다. 예를 들면, 가변 게인 앰프(62B)를 안테나 모듈(61)마다 변화시킴으로써, 처리 용기(2) 내 전체의 플라즈마의 분포를 조정할 수 있다.
도시하지 않지만, 메인 앰프(62C)는 예를 들면 입력 정합 회로, 반도체 증폭 소자, 출력 정합 회로 및 고Q 공진 회로를 포함하고 있다. 반도체 증폭 소자로서는 예를 들면 E급 동작이 가능한 GaAsHEMT, GaNHEMT, LD(Laterally Diffused)-MOS가 이용된다.
아이솔레이터(62D)는 서큘레이터와 더미 로드(동축 종단기)를 가지고 있다. 서큘레이터는, 후술하는 마이크로파 도입 기구(63)의 안테나부에서 반사된 반사 마이크로파를 더미 로드로 유도하는 것이다. 더미 로드는 서큘레이터에 의해 유도된 반사 마이크로파를 열로 변환하는 것이다. 또한 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 복수의 안테나 모듈(61)이 설치되어 있고, 복수의 안테나 모듈(61)의 각각의 마이크로파 도입 기구(63)에 의해 처리 용기(2) 내로 복수의 마이크로파를 도입할 수 있다. 이 때문에, 개개의 아이솔레이터(62D)는 소형의 것이어도 되고, 아이솔레이터(62D)를 메인 앰프(62C)에 인접하여 설치할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 마이크로파 도입 기구(63)는 천장부(11)에 설치되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로파 도입 기구(63)는, 임피던스를 정합시키는 튜너(64)와, 증폭된 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 방사하는 안테나부(65)와, 금속 재료로 이루어지고, 도 4에서의 상하 방향으로 연장되는 원통 형상의 형상을 가지는 본체 용기(66)와, 본체 용기(66) 내에서 본체 용기(66)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장되는 내측 도체(67)를 가지고 있다. 본체 용기(66) 및 내측 도체(67)는 동축관을 구성하고 있다. 본체 용기(66)는 이 동축관의 외측 도체를 구성하고 있다. 내측 도체(67)는 봉 형상 또는 통 형상의 형상을 가지고 있다. 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면과의 사이의 공간은 마이크로파 전송로(68)를 형성한다.
도시하지 않지만, 안테나 모듈(61)은 또한 본체 용기(66)의 기단측(상단측)에 설치된 급전 변환부를 가지고 있다. 급전 변환부는 동축 케이블을 개재하여 메인 앰프(62C)에 접속되어 있다. 아이솔레이터(62D)는 동축 케이블의 도중에 설치되어 있다.
안테나부(65)는 본체 용기(66)에서의 급전 변환부와는 반대측에 설치되어 있다. 이후에 설명하는 바와 같이, 본체 용기(66)에서의 안테나부(65)보다 기단측의 부분은, 튜너(64)에 의한 임피던스 조정 범위로 되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 안테나부(65)는, 내측 도체(67)의 하단부에 접속된 평면 안테나(71)와, 평면 안테나(71)의 상면측에 배치된 마이크로파 지파재(72)와, 평면 안테나(71)의 하면측에 배치된 마이크로파 투과판(73)을 가지고 있다. 마이크로파 투과판(73)의 하면은 처리 용기(2)의 내부 공간에 노출되어 있다. 마이크로파 투과판(73)은 본체 용기(66)를 개재하여, 마이크로파 도입 장치(5)의 도전성 부재인 천장부(11)의 개구부에 감합되어 있다. 마이크로파 투과판(73)은 본 발명에서의 마이크로파 투과창에 대응한다.
평면 안테나(71)는 원판 형상을 가지고 있다. 또한, 평면 안테나(71)는 평면 안테나(71)를 관통하도록 형성된 슬롯(71a)을 가지고 있다. 도 5 및 도 6에 도시한 예에서는 4 개의 슬롯(71a)이 형성되어 있고, 각 슬롯(71a)은 4 개로 균등하게 분할된 원호 형상을 가지고 있다. 또한, 슬롯(71a)의 수는 4 개에 한정되지 않고, 5 개 이상이어도 되고, 1 개 이상 3 개 이하여도 된다.
마이크로파 지파재(72)는 진공보다 큰 유전율을 가지는 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 지파재(72)를 형성하는 재료로서는 예를 들면 석영, 세라믹스, 폴리 테트라 플루오르 에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 폴리이미드 수지 등을 이용할 수 있다. 마이크로파는 진공 중에서는 그 파장이 길어진다. 마이크로파 지파재(72)는 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 마이크로파의 위상은 마이크로파 지파재(72)의 두께에 의해 변화한다. 이 때문에, 마이크로파 지파재(72)의 두께에 의해 마이크로파의 위상을 조정함으로써, 평면 안테나(71)가 정재파의 배(背)의 위치가 되도록 조정할 수 있다. 이에 의해, 평면 안테나(71)에서의 반사파를 억제할 수 있고, 또한 평면 안테나(71)로부터 방사되는 마이크로파의 방사 에너지를 크게 할 수 있다. 즉, 이에 의해, 마이크로파의 파워를 효율적으로 처리 용기(2) 내로 도입할 수 있다.
마이크로파 투과판(73)은 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 투과판(73)을 형성하는 유전체 재료로서는, 예를 들면 석영 또는 세라믹스 등이 이용된다. 마이크로파 투과판(73)은 마이크로파를 TE 모드로 효율적으로 방사할 수 있는 형상을 이루고 있다. 도 5에 도시한 예에서는, 마이크로파 투과판(73)은 직육면체 형상을 가지고 있다. 또한, 마이크로파 투과판(73)의 형상은 직육면체 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 원기둥 형상, 오각형 기둥 형상, 육각형 기둥 형상, 팔각형 기둥 형상이어도 된다.
상기와 같이 구성된 마이크로파 도입 기구(63)에서는, 메인 앰프(62C)로 증폭된 마이크로파는, 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면과의 사이(마이크로파 전송로(68))를 통하여 평면 안테나(71)에 도달하고, 평면 안테나(71)의 슬롯(71a)으로부터 마이크로파 투과판(73)을 투과하여 처리 용기(2)의 내부 공간에 방사된다.
튜너(64)는 슬러그 튜너를 구성하고 있다. 구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 튜너(64)는 본체 용기(66)의 안테나부(65)보다 기단부측(상단부측)의 부분에 배치된 2 개의 슬러그(74A, 74B)와, 2 개의 슬러그(74A, 74B)를 동작시키는 액츄에이터(75)와, 이 액츄에이터(75)를 제어하는 튜너 컨트롤러(76)를 가지고 있다.
슬러그(74A, 74B)는 판상 또한 환상(環狀)의 형상을 가지고, 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면과의 사이에 배치되어 있다. 또한, 슬러그(74A, 74B)는 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 슬러그(74A, 74B)를 형성하는 유전체 재료로서는, 예를 들면 비유전율이 10인 고순도 알루미나를 이용할 수 있다. 고순도 알루미나는 통상 슬러그를 형성하는 재료로서 이용되고 있는 석영(비유전율 3.88) 또는 테플론(등록 상표)(비유전율 2.03)보다 비유전율이 크기 때문에, 슬러그(74A, 74B)의 두께를 작게 할 수 있다. 또한 고순도 알루미나는, 석영 또는 테플론(등록 상표)에 비해 유전 정접(tanδ)이 작아, 마이크로파의 손실을 작게 할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 고순도 알루미나는 또한 변형이 작다는 특징과, 열에 강하다는 특징도 가지고 있다. 고순도 알루미나로서는 순도 99.9 % 이상의 알루미나 소결체인 것이 바람직하다. 또한, 고순도 알루미나로서 단결정 알루미나(사파이어)를 이용해도 된다.
튜너(64)는 튜너 컨트롤러(76)로부터의 지령에 기초하여, 액츄에이터(75)에 의해 슬러그(74A, 74B)를 상하 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 튜너(64)는 임피던스를 조정한다. 예를 들면, 튜너 컨트롤러(76)는 종단부의 임피던스가 50 Ω이 되도록, 슬러그(74A, 74B)의 위치를 조정한다.
본 실시예에서는 메인 앰프(62C), 튜너(64) 및 평면 안테나(71)는 서로 근접하여 배치되어 있다. 특히, 튜너(64) 및 평면 안테나(71)는 집중 정수 회로를 구성하고, 또한 공진기로서 기능한다. 평면 안테나(71)의 장착 부분에는 임피던스 부정합이 존재한다. 본 실시예에서는, 튜너(64)에 의해, 플라즈마를 포함하여 고정밀도로 튜닝할 수 있어, 평면 안테나(71)에서의 반사의 영향을 해소할 수 있다. 또한 튜너(64)에 의해, 평면 안테나(71)에 이르기까지의 임피던스 부정합을 고정밀도로 해소할 수 있어, 실질적으로 부정합 부분을 플라즈마 공간으로 할 수 있다. 이에 따라, 튜너(64)에 의해 고정밀도의 플라즈마 제어가 가능해진다.
이어서 도 7 및 도 8을 참조하여, 마이크로파 투과판(73)의 배치에 대하여 설명한다. 도 7은 도 1에 도시한 처리 용기(2)의 천장부(11)의 저면도이다. 도 8은 본 실시예에서의 복수의 마이크로파 투과판(73)의 배치를 도시한 설명도이다. 또한 도 7에서는, 본체 용기(66)의 도시를 생략하고 있다. 또한 이하의 설명에서는, 마이크로파 투과판(73)은 원기둥 형상을 가지는 것으로 한다.
마이크로파 도입 장치(5)는 복수의 마이크로파 투과판(73)을 포함하고 있다. 전술한 바와 같이, 마이크로파 투과판(73)은 본 발명에서의 마이크로파 투과창에 대응한다. 복수의 마이크로파 투과판(73)은 마이크로파 도입 장치(5)의 도전성 부재인 천장부(11)의 복수의 개구부에 감합한 상태로, 재치대(21)의 재치면(21a)에 평행한 1 개의 가상의 평면 상에 배치되어 있다. 또한, 복수의 마이크로파 투과판(73)은 상기 가상의 평면에서, 그 중심점 간의 거리가 서로 동일하거나, 대략 동일한 3 개의 마이크로파 투과판(73)을 포함하고 있다. 또한 중심점 간의 거리가 대략 동일하다는 것은, 마이크로파 투과판(73)의 형상 정밀도 또는 안테나 모듈(61)(마이크로파 도입 기구(63))의 조립 정밀도 등의 관점으로부터, 마이크로파 투과판(73)의 위치는 원하는 위치로부터 약간 어긋나 있어도 되는 것을 의미한다.
본 실시예에서는, 복수의 마이크로파 투과판(73)은, 육방 최밀 배치가 되도록 배치된 7 개의 마이크로파 투과판(73)으로 이루어지는 것이다. 구체적으로, 복수의 마이크로파 투과판(73)은, 그 중심점이 각각 정육각형의 정점에 일치 또는 대략 일치하도록 배치된 6 개의 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)과, 그 중심점이 정육각형의 중심에 일치 또는 대략 일치하도록 배치된 1 개의 마이크로파 투과판(73G)으로 이루어지는 것이다. 도 8에서 부호(PA ~ PG)는 각각, 마이크로파 투과판(73A ~ 73G)의 중심점을 나타내고 있다. 또한 정점 또는 중심점에 대략 일치한다는 것은, 마이크로파 투과판(73)의 형상 정밀도 또는 안테나 모듈(61)(마이크로파 도입 기구(63))의 조립 정밀도 등의 관점으로부터, 마이크로파 투과판(73)의 중심점은 상기의 정점 또는 중심으로부터 약간 어긋나 있어도 되는 것을 의미한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판(73G)은 천장부(11)에서의 중앙 부분에 배치되어 있다. 6 개의 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)은 마이크로파 투과판(73G)을 둘러싸도록, 천장부(11)의 중앙 부분보다 외측에 배치되어 있다. 따라서, 마이크로파 투과판(73G)은 본 발명에서의 중심 마이크로파 투과창에 대응하고, 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)은 본 발명에서의 외측 마이크로파 투과창에 대응한다. 또한 본 실시예에서, '천장부(11)에서의 중앙 부분'이라고 하는 것은, '천장부(11)의 평면 형상에서의 중앙 부분'을 의미한다.
마이크로파 투과판(73A ~ 73G)은 이하의 제 1 및 제 2 조건을 충족시켜 배치되어 있다. 제 1 조건은, 마이크로파 투과판(73A ~ 73G)의 중심점(PA ~ PG) 중, 서로 인접하는 3 개의 중심점을 연결함으로써 평면 상에 6 개의 정삼각형이 형성된다고 하는 것이다. 제 2 조건은, 이들 6 개의 정삼각형에 의해 가상의 정육각형이 형성된다고 하는 것이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)의 중심점(PA ~ PF)을, 마이크로파 투과판(73G)을 둘러싸도록 연결하면, 상기의 가상의 정육각형이 형성된다.
또한 도 8에서 부호(W)는, 웨이퍼(W)의 평면 형상을, 복수의 마이크로파 투과판(73)이 배치된 가상의 평면에 투영하여 형성된 도형(이하, 단순히 웨이퍼(W)의 평면 형상이라고 함)을 나타내고 있다. 도 8에 도시한 예에서는, 웨이퍼(W)의 평면 형상은 원형이다. 본 실시예에서는, 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)의 중심점(PA ~ PF)의 기준이 되는 정육각형의 외연은, 웨이퍼(W)의 평면 형상을 포함하고 있다. 마이크로파 투과판(73G)의 중심점(PG)은, 웨이퍼(W)의 평면 형상(원)의 중심점에 일치 또는 대략 일치하고 있다. 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)의 중심점(PA ~ PF)은, 웨이퍼(W)의 평면 형상에 대한 동심원의 원주 상에서 균등 또는 대략 균등한 간격으로 배치되어 있다.
본 실시예에서는, 모든 마이크로파 투과판(73)에서 서로 인접하는 임의의 3 개의 마이크로파 투과판(73)의 중심점 간의 거리는 서로 동일하거나 대략 동일해진다. 이하, 이에 대하여, 마이크로파 투과판(73A, 73B, 73G)을 예로 들어 설명한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 마이크로파 투과판(73A, 73B)의 중심점(PA, PB)은 정육각형의 인접하는 2 개의 정점에 일치하고 있다. 또한, 마이크로파 투과판(73G)의 중심점(PG)은 정육각형의 중심점에 일치하고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 중심점(PA, PB, PG)을 연결하여 그린 도형은 정삼각형이 된다. 따라서, 중심점(PA, PB, PG) 간의 거리는 서로 동일해진다.
상기의 마이크로파 투과판(73A, 73B, 73G)에 대한 설명은, 서로 인접하는 3 개의 마이크로파 투과판(73)의 모든 조합에 대하여 적용된다. 따라서 본 실시예에서는, 모든 마이크로파 투과판(73)에서, 서로 인접하는 임의의 3 개의 마이크로파 투과판(73)의 중심점 간의 거리는 서로 동일하거나 대략 동일해진다.
도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로파 도입 기구(63)는 마이크로파 투과판(73)을 포함한 일체 구조를 이루고 있다. 본 실시예에서는, 복수의 마이크로파 도입 기구(63)는 7 개의 마이크로파 도입 기구(63)로 이루어지는 것이다. 각 마이크로파 도입 기구(63)는 도 7 및 도 8에 도시한 마이크로파 투과판(73)이 배치된 위치에 대응하여 배치되어 있다. 또한 도 7에 도시한 바와 같이, 가스 도입부(15)의 복수의 노즐(16)은, 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)과 마이크로파 투과판(73G)의 사이에서, 마이크로파 투과판(73G)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(1)에서의 플라즈마 처리의 순서의 일례에 대하여 설명한다. 여기서는, 처리 가스로서 산소를 함유하는 가스를 사용하여, 웨이퍼(W)의 표면에 대하여 플라즈마 산화 처리를 실시하는 경우를 예로 들어, 플라즈마 처리의 순서에 대하여 설명한다. 우선, 예를 들면 유저 인터페이스(82)로부터, 플라즈마 처리 장치(1)에서 플라즈마 산화 처리를 행하도록, 프로세스 컨트롤러(81)에 지령이 입력된다. 이어서 프로세스 컨트롤러(81)는, 이 지령을 받아, 기억부(83) 또는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 레시피를 독출한다. 이어서, 레시피에 기초하는 조건에 의해 플라즈마 산화 처리가 실행되도록, 프로세스 컨트롤러(81)로부터 플라즈마 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스(예를 들면, 고주파 바이어스 전원(25), 가스 공급 장치(3a), 배기 장치(4), 마이크로파 도입 장치(5) 등)에 제어 신호가 송출된다.
이어서, 게이트 밸브(G)가 열린 상태가 되어, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가 게이트 밸브(G) 및 반입출구(12a)를 통하여 처리 용기(2) 내로 반입된다. 웨이퍼(W)는 재치대(21)의 재치면(21a)에 재치된다. 이어서, 게이트 밸브(G)가 닫힌 상태가 되어, 배기 장치(4)에 의해, 처리 용기(2) 내가 감압 배기된다. 이어서, 가스 공급 기구(3)에 의해, 소정의 유량의 희가스 및 산소 함유 가스가, 가스 도입부(15)를 거쳐 처리 용기(2) 내로 도입된다. 처리 용기(2)의 내부 공간은 배기량 및 가스 공급량을 조정함으로써 소정의 압력으로 조정된다.
이어서, 마이크로파 출력부(50)에서 처리 용기(2) 내로 도입하는 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 출력부(50)의 분배기(54)로부터 출력된 복수의 마이크로파는, 안테나 유닛(60)의 복수의 안테나 모듈(61)에 입력되고, 각 안테나 모듈(61)에 의해 처리 용기(2) 내로 도입된다. 각 안테나 모듈(61)에서는, 마이크로파는 앰프부(62) 및 마이크로파 도입 기구(63)를 전반한다. 마이크로파 도입 기구(63)의 안테나부(65)에 도달한 마이크로파는, 평면 안테나(71)의 슬롯(71a)으로부터 마이크로파 투과판(73)을 투과하여, 처리 용기(2) 내에서의 웨이퍼(W)의 상방의 공간에 방사된다. 이와 같이 하여, 각 안테나 모듈(61)로부터, 각각 따로 마이크로파가 처리 용기(2) 내로 도입된다.
상기와 같이 복수의 부위로부터 처리 용기(2) 내로 도입된 마이크로파는, 각각 처리 용기(2) 내에 전자계를 형성한다. 이에 의해, 처리 용기(2) 내로 도입된 희가스 또는 산소 함유 가스 등의 처리 가스를 플라즈마화한다. 그리고, 플라즈마 중의 활성종, 예를 들면 라디칼 또는 이온의 작용에 의해, 웨이퍼(W)의 실리콘 표면이 산화되어 실리콘 산화막 SiO2의 박막이 형성된다.
프로세스 컨트롤러(81)로부터 플라즈마 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스에 플라즈마 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파의 발생이 정지되고, 또한 희가스 및 산소 함유 가스의 공급이 정지되어, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리가 종료된다. 이어서, 게이트 밸브(G)가 열린 상태가 되어, 도시하지 않은 반송 장치에 의해 웨이퍼(W)가 반출된다.
또한, 산소 함유 가스 대신에 질소 함유 가스를 사용함으로써, 웨이퍼(W)에 대하여 질화 처리를 실시하고, 실리콘 질화막 SiN의 박막을 형성할 수 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 서로 인접하는 마이크로파 투과판(73)의 중심점 간 거리가 서로 동일하거나 대략 동일해지도록 설정된다. 인접하는 복수의 마이크로파 투과판(73)의 중심점 간 거리가 상이하도록 배치되어 있으면, 각 마이크로파 투과판(73)에 기초하는 마이크로파 플라즈마의 밀도 분포가 모두 동일할 경우, 플라즈마 밀도에 편향이 발생하여, 웨이퍼(W)의 면내에서의 처리의 균일성을 유지하는 것이 곤란해진다. 이에 대하여, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 서로 인접하는 마이크로파 투과판(73)의 중심점 간 거리가 서로 동일하거나 대략 동일해지도록 설정되는 것으로부터, 마이크로파 플라즈마의 밀도 분포를 균일화하는 것이 용이해진다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)에서는 간단한 구성으로 마이크로파 플라즈마의 밀도 분포를 균일화하는 것이 가능해져, 웨이퍼(W)의 면내에서의 처리의 균일성이 얻어진다.
또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 마이크로파 투과판(73G)은 천장부(11)에서의 중앙 부분에 배치되고, 6 개의 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)은 마이크로파 투과판(73G)을 둘러싸도록, 천장부(11)의 중앙 부분보다 외측에 배치되어 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 넓은 영역에 걸쳐 마이크로파 플라즈마의 밀도 분포를 균일화하는 것이 가능해진다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 복수의 안테나 모듈(61)의 구성은 모두 동일하다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 각 안테나 모듈(61)에서 동일한 플라즈마 발생 조건을 이용할 수 있어, 마이크로파 플라즈마의 밀도 분포의 조정이 용이해진다. 또한, 정육각형의 내측에 대응하는 영역의 하방에서의 플라즈마 밀도는, 정육각형의 외측에 대응하는 영역의 하방에서의 플라즈마 밀도보다 커진다. 본 실시예에서는, 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 마이크로파 투과판(73A ~ 73F)의 중심점의 기준이 되는 정육각형의 외연은, 웨이퍼(W)의 평면 형상을 포함하고 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에서는 플라즈마 밀도가 큰 영역에 웨이퍼(W)를 배치할 수 있다.
[제 1 실시예의 플라즈마 처리 방법]
이어서, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 행해지는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예의 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에서 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성시켜 피처리체인 웨이퍼(W)를 처리하고, 예를 들면 웨이퍼(W)의 표면의 실리콘을 산화하여 실리콘 산화막을 형성한다. 또한 본 명세서에서, 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화시킬 시의 복수의 마이크로파 파워의 합계를 '착화 시 총 파워', 상기 플라즈마로 웨이퍼(W)를 처리할 시의 복수의 마이크로파 파워의 합계를 '프로세스 시 총 파워'라고 한다. 또한, 1 개의 마이크로파로부터 플라즈마를 착화시킬 시의 마이크로파 파워를 '착화 시 파워', 1 개의 마이크로파로부터 생성한 플라즈마로 웨이퍼(W)를 처리할 시의 마이크로파 파워를 '프로세스 시 파워'라고 한다.
본 실시예에서는, 처리 용기(2) 내에 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성시키는 복수 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 두께 1 nm(10 옹스트롬) 이하, 바람직하게는 0.5 nm 이상 1 nm 이하의 범위 내의 극박막을 형성하기 위하여, 낮은 마이크로파 파워로 플라즈마 산화 처리를 행한다. 구체적으로, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서는, 착화 시 총 파워를, 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하, 바람직하게는 0.8 W/cm2 이하, 보다 바람직하게는 0.6 W/cm2 이하로 한다. 예를 들면, 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 피처리체로 할 경우, 착화 시 총 파워를 700 W 이하, 바람직하게는 560 W 이하, 보다 바람직하게는 420 W 이하로 한다.
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서, 착화 시 총 파워를 상기와 같이 규정하는 이유는 이하와 같다. 일반적으로, 마이크로파 투과판(73)이 소경인 플라즈마 처리 장치(1)에서, 착화 시 총 파워는, 프로세스 시 총 파워에 비해 2 ~ 3 배 정도 큰 값이 된다. 따라서, 착화 시 총 파워가 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하이면, 프로세스 시 총 파워는 대략 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하가 되어, 저파워에서의 플라즈마 처리가 가능해진다.
이에 대하여, 대경의 마이크로파 투과판을 이용하는 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치에서는, 착화 시 파워가 1 W/cm2 이하에서는, 플라즈마의 착화가 곤란하며, 또한 매우 낮은 파워로 착화시킬 경우에는, 안정된 플라즈마를 유지하는 관점으로부터도, 대략 프로세스 시 파워와 착화 시 파워가 대략 동일한 값이 되는 경우가 많다.
여기서, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법의 특징을 보다 명확하게 하기 위하여, 비교예의 플라즈마 처리 방법에 이용하는 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 9는, 처리 용기 내에서 1 개의 마이크로파로부터 플라즈마를 생성시키는 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(501)의 구성을 모식적으로 도시한 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(501)는 처리 용기(502), 재치대(521) 및 지지 부재(522)를 구비하고 있다. 처리 용기(502), 재치대(521) 및 지지 부재(522)의 구성은, 도 1에 도시한 처리 용기(2), 재치대(21) 및 지지 부재(22)의 구성과 동일하다.
플라즈마 처리 장치(501)는, 도 1 및 도 3에 도시한 마이크로파 도입 장치(5) 대신에 마이크로파 도입 장치(505)를 구비하고 있다. 마이크로파 도입 장치(505)는 처리 용기(502)의 상부에 설치된다. 마이크로파 도입 장치(505)로서는, 마이크로파 투과판(573)을 1 개만 포함하는 기존의 구성의 마이크로파 도입 장치를 이용할 수 있다. 마이크로파 투과판(573)은 예를 들면 원판 형상을 가지고 있다. 마이크로파 투과판(573)의 평면 형상의 직경은 웨이퍼(W)의 직경보다 크고, 예를 들면 460 mm이다.
플라즈마 처리 장치(501)에서의 그 외의 구성은 플라즈마 처리 장치(1)와 동일하다.
플라즈마 처리 장치(501)에서는, 마이크로파 투과판(573)의 수가 1 개인 점에서, 마이크로파 투과판(573)의 평면 형상을 웨이퍼(W)의 평면 형상보다 크게 할 필요가 있다. 마이크로파 투과판(573)의 면적이 커지면, 플라즈마를 안정적으로 착화 및 방전시키기 위하여 필요한 마이크로파의 파워도 커진다. 예를 들면, 마이크로파 투과판(573)이 원판 형상을 가지고, 마이크로파 투과판(573)의 평면 형상의 직경이 약 500 mm인 경우, 플라즈마를 안정적으로 착화 및 방전시키기 위하여 필요한 마이크로파의 파워(착화 시 파워 및 프로세스 시 파워)의 최소값은 1000 W이다.
한편 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 복수의 마이크로파 투과판(73)이 설치되는 점에서, 플라즈마 처리 장치(501)의 마이크로파 투과판(573)에 비해, 마이크로파 투과판(73)의 면적을 작게 할 수 있다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)의 마이크로파 투과판(73)이 원기둥 형상을 가지고 있는 경우, 1 개의 마이크로파 투과판(73)의 평면 형상의 직경은 예를 들면 90 mm 이상 200 mm 이하의 범위 내, 바람직하게는 90 mm 이상 150 mm 이하의 범위 내로 할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 플라즈마 처리 장치(501)를 이용할 경우에 비해, 플라즈마를 안정적으로 착화 및 방전 유지시키기 위하여 필요한 마이크로파의 파워를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 저파워의 마이크로파에 의한 플라즈마 착화 및 방전 유지가 가능해져, 두께 1 nm 이하의 박막을, 막 두께를 제어하면서 형성하는 플라즈마 처리에 적합하다.
<플라즈마 산화 처리의 조건>
이어서, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 1 nm 이하의 막 두께의 실리콘 산화막을 형성하기 위한 주요한 조건으로서, 처리 가스의 종류와 유량, 처리 압력, 마이크로파 파워, 처리 온도, 산화 레이트, 처리 시간, 임피던스 정합 순서를 들어 상세하게 설명한다. 또한 이들 조건은, 제어부(8)의 기억부(83)에 레시피로서 저장되어 있다. 그리고, 프로세스 컨트롤러(81)가 그 레시피를 독출하여 플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부에 제어 신호를 송출함으로써, 원하는 조건으로 플라즈마 산화 처리가 행해진다.
<처리 가스의 종류와 유량>
플라즈마 산화 처리의 처리 가스로서는, 플라즈마 생성용의 희가스와 산소 함유 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 희가스로서는 예를 들면 Ar, Kr, Xe, He 등을 사용할 수 있다. 산소 함유 가스로서는 예를 들면 O2 가스, 오존 가스 등을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 희가스로서는 Ar 가스가, 산소 함유 가스로서는 O2 가스가 각각 바람직하다. 처리 용기(2) 내에서의 전체 처리 가스에 대한 산소 함유 가스의 체적 유량 비율(산소 함유 가스 유량 / 전체 처리 가스 유량의 백분율)은, 산화력을 적절히 조절하여 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 0.1 %이상 5 % 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 0.5 % 이상 3 % 이하의 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하다. 플라즈마 산화 처리에서는, 희가스의 유량은 예를 들면 100 mL/min(sccm) 이상 10000 mL/min(sccm) 이하의 범위 내로부터, 상기 유량비가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 산소 함유 가스의 유량은 예를 들면 0.1 mL/min(sccm) 이상 500 mL/min(sccm) 이하의 범위 내로부터, 상기 유량비가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
<마이크로파 파워>
플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 플라즈마 처리에서, 마이크로파로서는 860 MHz의 마이크로파를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 착화 시 총 파워는 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하, 바람직하게는 0.5 W/cm2 이상 1 W/cm2 이하의 범위 내, 보다 바람직하게는 0.5 W/cm2 이상 0.8 W/cm2 이하의 범위 내, 가장 바람직하게는 0.5 W/cm2 이상 0.6 W/cm2 이하의 범위 내로 한다. 예를 들면, 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 피처리체로 할 경우, 착화 시 총 파워를 700 W 이하, 바람직하게는 350 W 이상 700 W 이하의 범위 내로 할 수 있다. 착화 시 총 파워가 1 W/cm2 혹은 700 W를 초과하면, 플라즈마 착화 직후의 산화 레이트가 높아져, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성이 곤란해지거나, 혹은 막 두께의 제어성이 현저하게 악화된다. 착화 시 총 파워의 하한은, 안정된 플라즈마를 생성시키는 관점으로부터, 웨이퍼(W)의 면적당 0.5 W/cm2 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 7 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 마이크로파를 도입하기 때문에, 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 도입되는 마이크로파의 착화 시 파워는 100 W 이하로 할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 플라즈마 처리에서, 프로세스 시 총 파워는 착화 시 총 파워보다 작게 하는 것이 가능하며, 예를 들면 착화 시 총 파워의 1 / 3에서 1 / 2 정도의 범위 내로 할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(1)에서 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 처리할 경우, 착화 시 총 파워를 420 W 이상 700 W 이하(웨이퍼(W)의 면적당 0.6 W/cm2 이상 1 W/cm2 이하)의 범위 내로 하면, 프로세스 시 총 파워를 140 W 이상 350 W 이하(웨이퍼(W)의 면적당 0.2 W/cm2 이상 0.5 W/cm2 이하)의 범위 내로 할 수 있다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는 7 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 마이크로파를 도입하기 때문에, 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 도입되는 마이크로파의 프로세스 시 파워는 50 W 이하로 할 수 있다. 또한 조건에 따라서는, 착화 시 총 파워를 그대로 프로세스 시 총 파워로 하는 것, 또는 착화 시 총 파워보다 높은 프로세스 시 총 파워를 설정하는 것도 가능하다.
이에 대하여, 비교예의 플라즈마 처리 장치(501)의 경우는, 상술한 바와 같이 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 처리할 경우, 착화 시 파워 및 프로세스 시 파워의 최소값은 1000 W(1.42 W/cm2)이며, 이 값 이하에서는 안정된 플라즈마의 착화 및 방전 유지는 곤란하다. 따라서 플라즈마 처리 장치(501)에서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 비하면 플라즈마 산화 처리에서의 산화 레이트가 높아져, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성은 곤란하다.
<처리 압력>
처리 압력은, 착화 시 총 파워를 낮추고 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 30 Pa 이상 600 Pa 이하의 범위 내가 바람직하고, 80 Pa 이상 300 Pa 이하의 범위 내가 보다 바람직하다. 여기서 도 10은, 플라즈마 처리 장치(1)의 1 개의 마이크로파 투과판(73)을 이용하여 Ar 가스 100 %의 플라즈마를 착화시킬 경우에서의 압력과 착화 시 파워의 관계를 나타낸 파셴(Paschen) 곡선이다. 여기서는, 마이크로파 투과판(73)의 직경이 90 mm인 경우와 150 mm인 경우를 비교하고 있다. 이 파셴 곡선으로부터, 마이크로파 투과판(73)이 소경인 90 mm 직경이 150 mm 직경에 비해 착화 시 파워가 작아 좋은 것이 이해된다. 또한 비교예의 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(501)에서는, 상기한 바와 같이 대형의 마이크로파 투과판(573)을 이용하기 때문에, 더 큰 착화 시 파워가 필요하게 된다.
또한, 동일한 크기의 마이크로파 투과판(73)을 이용할 경우에도, 착화 시 파워를 작게 할 수 있는 압력 범위가 존재하는 것을 알 수 있다. 도 10의 예에서는, 마이크로파 투과판(73)이 90 mm 직경인 경우, 예를 들면 30 Pa 이상 600 Pa 이하의 범위 내에서 착화 시 파워가 대략 100 W를 하회하고 있다. 또한, 마이크로파 투과판(73)이150 mm 직경인 경우, 예를 들면 80 Pa 이상 300 Pa 이하의 범위 내에서 착화 시 파워가 대략 100 W를 하회하고 있다.
<처리 온도>
웨이퍼(W)의 처리 온도는, 산화 레이트를 낮추고 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 실온(30 ℃) 이상 200 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 100 ℃ 이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 처리 온도는 재치대(21)의 온도를 의미하고, 실온(30 ℃)은 가열하지 않는 것을 의미한다.
여기서 도 11은, 상이한 처리 온도로 웨이퍼(W) 표면의 실리콘에 대하여 플라즈마 산화 처리를 한 경우의 실리콘 산화막의 막 두께와 처리 시간과의 관계를 나타낸 특성도이다. 도 11의 종축은 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 산화막의 막 두께를 나타내고, 횡축은 프로세스 시간을 나타내고 있다. 또한, 도 11의 종축은 엘립소미터에 의해 측정한 막 두께이다. 본 명세서에서는 특별히 주기하지 않는 한, 막 두께는 엘립소미터에 의해 측정된 값을 의미한다.
실험은 조건(a ~ c)으로 실시했다. 조건(a, b)은 7 개의 마이크로파 투과판(73)을 포함하는 플라즈마 처리 장치(1)를 사용하고, 조건(a)에서는 처리 온도를 실온(30 ℃), 조건(b)에서는 처리 온도를 500 ℃으로 했다. 조건(c)은 비교를 위하여, 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(501)를 사용하고, 처리 온도를 300 ℃로 했다.
플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 플라즈마 산화 처리의 온도 이외의 조건은 이하와 같다. 마이크로파 투과판(73)과 웨이퍼(W) 간의 간격(갭)을 85 mm로 고정했다. 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 도입되는 마이크로파의 파워를 착화 시 파워 60 W, 프로세스 시 파워 20 W로 했다. 처리 용기(2) 내의 압력은 133 Pa로 했다. 플라즈마 생성용의 희가스로서 990 sccm(mL/min)의 Ar를 이용하고, 산소 함유 가스로서 10 sccm(mL/min)의 O2를 이용했다.
플라즈마 처리 장치(501)를 이용하는 플라즈마 산화 처리의 조건(c)은 이하와 같다. 우선, 처리 온도(재치대(521)의 설정 온도)를 300 ℃로 했다. 마이크로파 투과판(573)과 웨이퍼(W) 간의 간격(갭)을 85 mm로 하고, 마이크로파의 착화 시 파워를1000 W, 프로세스 시 파워를 1000 W로 했다. 처리 용기(502) 내의 압력은 133 Pa로 했다. 플라즈마 생성용의 희가스로서 1980 sccm(mL/min)의 Ar를 이용하고, 산소 함유 가스로서 20 sccm(mL/min)의 O2를 이용했다.
도 11로부터, 복수의 마이크로파로 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치(1)를 이용한 조건(a)에서는, 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(501)를 이용한 조건(c)에 비해, 동일한 프로세스 시간이라도 형성되는 실리콘 산화막이 큰 폭으로 박막화되어 있다. 또한 동일한 플라즈마 처리 장치(1)를 이용한 조건(b)에서는, 조건(a)에 비하면 산화 레이트가 크고, 두께 1 nm 이하의 박막 형성에서의 제어성이 조건(a)에서의 처리에 비해 저하되어 있다. 이는 처리 온도가 500 ℃의 고온이기 때문이라고 생각된다. 그러나 도 11로부터, 처리 온도가 100 ℃ 이하이면, 막 두께의 제어성 좋게 두께 1 nm 이하의 실리콘 산화막을 형성하는 것이 충분히 가능하다고 생각된다.
<산화 레이트>
본 실시예의 플라즈마 처리 방법은, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 플라즈마 착화를 위한 마이크로파의 공급을 개시(파워 ON)하고 나서 30 초간에서의 평균 산화 레이트를 0.03 nm/초 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.005 nm/초 이상 0.03 nm/초 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 마이크로파의 공급 개시부터 30 초간에서의 평균 산화 레이트를 0.03 nm/초 이하로 함으로써, 짧은 처리 시간이라도 막 두께의 제어성이 높아져, 1 nm 이하, 바람직하게는 0.5 nm 이상 1 nm 이하의 범위 내의 임의의 두께로 박막을 형성할 수 있다.
<처리 시간>
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서 처리 시간은, 1 nm 이하의 원하는 두께로 실리콘 산화막의 형성이 가능하면 특별히 제한은 없지만, 상기 산화 레이트를 고려하면, 플라즈마 착화를 위한 마이크로파 파워의 공급을 개시(파워 ON)하는 시점을 기준으로, 예를 들면 10 초 이상 100 초 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
<임피던스 정합 순서>
이어서, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서의 임피던스 정합 순서에 대하여, 도 12a, 도 12b 및 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명한다. 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서는, 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시에는 임피던스 정합을 행하지 않고, 복수의 마이크로파에 의해 생성한 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)를 처리할 시에 임피던스 정합을 행하는 것이 바람직하다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서, 임피던스 정합은 튜너(64)의 2 개의 슬러그(74A, 74B)를 상하로 이동시킴으로써 행해진다(도 4 참조).
도 12a 및 도 12b는 각각, 플라즈마 처리 장치(1)의 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 마이크로파를 도입하고, 산소 플라즈마를 착화시킬 시의 임피던스 정합의 순서와 플라즈마 발광과의 관계를 나타내고 있다. 도 12a, 도 12b의 종축은 발광 분광 분석(OES)에 의한 파장 777 nm에서의 산소 라디칼의 발광 강도비를 나타내고, 횡축은 마이크로파의 설정 파워를 나타내고 있다. 도 12a 및 도 12b 중의 사각의 플롯(매칭 있음)은 압력 133 Pa이고 처리 가스로서 O2 가스를 1 체적% 함유하는 Ar 가스와 O2 가스와의 혼합 가스를 이용하여, 임피던스 정합을 행하여 플라즈마를 생성시킨 경우의 설정 파워와 발광 강도와의 관계를 나타내고 있다. 도 12a 및 도 12b 중의 마름모꼴의 플롯(매칭 없음)은, 압력 133 Pa이고 처리 가스로서 O2 가스를 1 체적% 함유하는 Ar 가스와 O2 가스와의 혼합 가스를 이용하여, 임피던스 정합을 행하지 않고 플라즈마를 생성시킨 경우의 설정 파워와 발광 강도와의 관계를 나타내고 있다.
또한 도 13a 및 도 13b는 각각, 플라즈마 처리 장치(1)의 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 마이크로파를 도입하고, 산소 플라즈마를 착화시킬 시의 임피던스 정합의 순서를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 13a 및 도 13b에서 횡축은 시간을 나타내고, t1은 처리 가스 도입 개시, t2는 마이크로파 도입에 의한 플라즈마 착화, t3는 프로세스 시 파워의 전환, t4는 프로세스 종료(마이크로파 정지), t5는 처리 가스 공급 정지의 타이밍을 나타내고 있다. 또한 도 13a 및 도 13b에 나타낸 타이밍 차트에서는, 처리 가스로서 Ar 가스와 O2 가스를 동시에 처리 용기(2) 내로 도입하여 플라즈마를 착화하고 있지만, 예를 들면 Ar 가스를 먼저 처리 용기(2) 내로 도입하여 플라즈마를 착화하고, 나중에 O2 가스의 도입을 행하도록 해도 된다.
도 12a 및 도 13a는, 플라즈마 착화와 동시에, 임피던스 정합을 개시시키는 방법(이하, 방법(A)이라고 함)을 나타내고 있다. 이 경우의 발광 강도의 변화를 도 12a 중에 굵은 화살표로 나타내고 있다. 구체적으로, 방법(A)의 경우에는, 착화 시 파워 100 W로 플라즈마를 착화시키고(시점(t2)), 동시에 착화 시 파워로 임피던스 정합을 개시하고, 임피던스 정합을 하면서, 프로세스 시 파워 50 W로 이행한다(시점(t3)).
한편 도 12b 및 도 13b는, 플라즈마 착화와 동시에는 임피던스 정합을 개시하지 않고, 프로세스로 이행할 때, 임피던스 정합을 개시하는 방법(이하, 방법(B)이라고 함)을 나타내고 있다. 이 경우의 발광 강도의 변화를 도 12b 중에 굵은 화살표로 나타내고 있다. 방법(B)에서는, 착화 시 파워 100 W로 플라즈마를 착화시키고(시점(t2)), 착화 후, 임피던스 정합을 행하지 않고 프로세스 시 파워 50 W로 이행하고(시점(t3)), 프로세스 시 파워로 임피던스 정합을 개시한다.
도 12a와 도 12b로부터, 임피던스 정합을 행하는 타이밍의 차이에 따라, 착화 시 파워 및 프로세스 시 파워가 동일해도, 방법(B)에서는 방법(A)에 비해, 산소 라디칼의 발광이 큰 폭으로 억제되어 있는 것이 이해된다. 즉, 방법(B)에서는, 착화 시 파워로 임피던스 정합을 행하지 않음으로써, 플라즈마 착화 시에, 플라즈마 중의 산화 활성종인 산소 라디칼의 생성량이 방법(A)보다 큰 폭으로 억제되어 있다.
도 12a 및 도 12b는, 1 개의 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성시킨 경우에 대하여 나타낸 것인데, 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 복수의 마이크로파로 플라즈마를 생성시킨 경우도, 마찬가지로 방법(B)에서는 방법(A)보다, 플라즈마 착화 시에 플라즈마 중의 산화 활성종인 산소 라디칼의 생성량을 큰 폭으로 억제할 수 있다. 따라서, 방법(B)의 순서를 채용함으로써, 방법(A)의 순서에 비해, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 박막(실리콘 산화막)의 형성에서, 플라즈마 착화 시의 산화를 억제할 수 있어, 막 두께의 제어성이 양호해져, 한층 더 박막화가 가능해진다. 이 점을 확인한 실험 결과에 대하여, 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14는 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 산화막의 막 두께와 프로세스 시간과의 관계를 나타낸 특성도이다. 도 14의 종축은 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 산화막의 막 두께를 나타내고, 횡축은 프로세스 시간을 나타내고 있다. 실험은 하기의 조건(1 ~ 4)으로 실시했다. 조건(1 ~ 3)은 7 개의 마이크로파 투과판(73)을 구비한 플라즈마 처리 장치(1)를 사용하고, 조건(4)은 비교를 위하여, 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(501)를 사용했다. 또한, 실리콘 산화막의 막 두께의 측정에는 엘립소미터를 사용했다.
<조건(1)>
플라즈마 생성 방식 : 복수 마이크로파
착화 시 총 파워 : 420 W
프로세스 시 총 파워 : 140 W
착화 시 파워 : 60 W
프로세스 시 파워 : 20 W
임피던스 정합 : 방법(B)
<조건(2)>
플라즈마 생성 방식 : 복수 마이크로파
착화 시 총 파워 : 700 W
프로세스 시 총 파워 : 350 W
착화 시 파워 : 100 W
프로세스 시 파워 : 50 W
임피던스 정합 : 방법(B)
<조건(3)>
플라즈마 생성 방식 : 복수 마이크로파
착화 시 총 파워 : 700 W
프로세스 시 총 파워 : 350 W
착화 시 파워 : 100 W
프로세스 시 파워 : 50 W
임피던스 정합 : 방법(A)
<조건(4)>
플라즈마 생성 방식 : 단일 마이크로파
착화 시 파워 : 1000 W
프로세스 시 파워 : 1000 W
임피던스 정합 : 방법(A)
플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 플라즈마 산화 처리의 다른 조건은 이하와 같다. 마이크로파 투과판(73)과 웨이퍼(W) 간의 간격(갭)을 85 mm로 고정했다. 처리 용기(2) 내의 압력은 133 Pa로 했다. 플라즈마 생성용의 희가스로서 990 sccm(mL/min)의 Ar를 이용하고, 산소 함유 가스로서 10 sccm(mL/min)의 O2를 이용했다. 또한, 처리 온도를 30 ℃로 했다.
플라즈마 처리 장치(501)를 이용하는 플라즈마 산화 처리의 다른 조건은 이하와 같다. 마이크로파 투과판(573)과 웨이퍼(W) 간의 간격(갭)을 85 mm로 했다. 플라즈마 생성용의 희가스로서 1980 sccm(mL/min)의 Ar를 이용하고, 산소 함유 가스로서20 sccm(mL/min)의 O2를 이용했다. 또한, 처리 온도를 300 ℃로 했다.
도 14로부터, 복수의 마이크로파로 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치(1)를 이용한 조건(1 ~ 3)에서는, 단일 마이크로파 방식의 플라즈마 처리 장치(501)를 이용한 조건(4)에 비해, 착화 시 총 파워 및 프로세스 시 총 파워의 양방이 작기 때문에, 동일한 프로세스 시간이라도 형성되는 실리콘 산화막이 큰 폭으로 박막화되어 있다. 특히, 임피던스 정합을 방법(B)으로 행한 조건(1) 및 조건(2)에서는, 프로세스 개시(프로세스 시간(0))로부터 20 초 경과 후라도 실리콘 산화막의 막 두께는 1 nm 이하이며, 임피던스 정합을 방법(A)으로 행한 조건(3)에 비해서도 양호한 결과가 얻어진다. 한편 조건(4)에서는, 산화 레이트가 너무 크기 때문에, 실리콘 산화막의 막 두께를 1 nm 이하로 제어하는 것은 현실적으로 불가능하다.
도 14에서, 프로세스 시간(0)은 방법(A), 방법(B) 모두, 마이크로파 파워를 온(ON)하여 플라즈마를 착화하고 나서, 5 초간 걸쳐 안정화시킨 후, 프로세스 시 파워로 전환하고(도 13a, 도 13b의 시점(t3)), 또한 프로세스 시 파워로 5 초간 걸쳐 안정화시킨 시점을 의미한다. 따라서 도 14에서, 프로세스 시간(0)은 방법(A), 방법(B) 모두, 마이크로파 파워의 온(ON)으로부터 약 10 초 정도 경과하고 있다. 이 때문에, 도 14의 조건(1 ~ 3)에서는 프로세스 시간(0)이어도, 이미 0.9 nm 정도의 실리콘 산화막의 막 두께가 계측되어 있다. 이와 같이, 프로세스 시간(0)까지 형성되는 막 두께를 고려하면, 조건(1 ~ 3)에서는, 프로세스 시간(0)에서 20 초 경과 후까지의 평균 산화 레이트는 명백하게 0.005 nm/초 정도이다. 조건(1 ~ 3)에서는, 이러한 저산화 레이트의 플라즈마 처리가 가능하며, 특히 임피던스 정합을 방법(B)으로 행한 조건(1) 및 조건(2)에서는, 프로세스 시간(0)에 이르기까지의 착화 직후의 플라즈마에 의한 산화를 효과적으로 억제할 수 있기 때문에, 실리콘 산화막의 막 두께를 1 nm 이하의 임의의 막 두께로 제어성 좋게 형성할 수 있다.
이상, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 의하면, 피처리체인 웨이퍼(W)의 표면에, 1 nm 이하의 막 두께의 실리콘 산화막을 막 두께의 제어성 좋게 형성할 수 있다.
[제 2 실시예의 플라즈마 처리 방법]
이어서, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 행해지는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예의 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성시켜 피처리체인 웨이퍼(W)를 처리하고, 예를 들면 웨이퍼(W)의 표면의 실리콘을 질화하여 실리콘 질화막을 형성한다.
본 실시예에서는, 처리 용기(2) 내에 복수의 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성시키는 방식의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하고, 두께 1 nm(10 옹스트롬) 이하, 바람직하게는 0.5 nm 이상 1 nm 이하의 범위 내의 극박막을 형성하기 위하여, 낮은 마이크로파 파워로 플라즈마 질화 처리를 행한다. 구체적으로, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서는, 착화 시 총 파워를, 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하, 바람직하게는 0.8 W/cm2 이하, 보다 바람직하게는 0.6 W/cm2 이하로 한다. 예를 들면, 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 피처리체로 할 경우, 착화 시 총 파워를 700 W 이하, 바람직하게는 560 W 이하, 보다 바람직하게는 420 W 이하로 한다.
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서, 착화 시 총 파워를 상기와 같이 규정하는 이유는 제 1 실시예와 동일하다.
<플라즈마 질화 처리의 조건>
이어서, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 1 nm 이하의 막 두께의 실리콘 질화막을 형성하기 위한 주요한 조건으로서 처리 가스의 종류와 유량, 처리 압력, 마이크로파 파워, 처리 온도, 질화 레이트, 처리 시간, 임피던스 정합 순서를 들어 상세하게 설명한다. 또한 이들 조건은, 제어부(8)의 기억부(83)에 레시피로서 저장되어 있다. 그리고, 프로세스 컨트롤러(81)가 그 레시피를 독출하여 플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부에 제어 신호를 송출함으로써, 원하는 조건으로 플라즈마 질화 처리가 행해진다.
<처리 가스의 종류와 유량>
플라즈마 질화 처리의 처리 가스로서는, 플라즈마 생성용의 희가스와 질소 함유 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 희가스로서는 예를 들면 Ar, Kr, Xe, He 등을 사용할 수 있다. 질소 함유 가스로서는 예를 들면 질소 가스, NH3 가스 등이 사용된다. 이들 중에서도 희가스로서는 Ar 가스가, 질소 함유 가스로서는 N2 가스가 각각 바람직하다. 처리 용기(2) 내에서의 전체 처리 가스에 대한 질소 함유 가스의 체적 유량 비율(질소 함유 가스 유량 / 전체 처리 가스 유량의 백분율)은, 질화력을 적절히 조절하여 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 5 % 이상 25 % 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 10 % 이상 20 % 이하의 범위 내로 하는 것이 보다 바람직하다. 플라즈마 질화 처리에서는, 예를 들면 희가스의 유량은 100 mL/min(sccm) 이상 10000 mL/min(sccm) 이하의 범위 내로부터, 상기 유량비가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 질소 함유 가스의 유량은 5 mL/min(sccm) 이상 2500 mL/min(sccm) 이하의 범위 내로부터, 상기 유량비가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
<마이크로파 파워>
플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 플라즈마 처리에서, 착화 시 총 파워는, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 웨이퍼(W)의 면적당 1 W/cm2 이하, 바람직하게는 0.5 W/cm2 이상 1 W/cm2 이하의 범위 내, 보다 바람직하게는 0.5 W/cm2 이상 0.8 W/cm2 이하의 범위 내, 가장 바람직하게는 0.5 W/cm2 이상 0.6 W/cm2 이하의 범위 내로 한다. 예를 들면, 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 피처리체로 할 경우, 착화 시 총 파워를 700 W 이하, 바람직하게는 350 W 이상 700 W 이하의 범위 내로 할 수 있다. 착화 시 총 파워가 1 W/cm2 혹은 700 W를 초과하면, 플라즈마 착화 직후의 질화 레이트가 높아져, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성이 곤란해지거나, 혹은 막 두께의 제어성이 현저하게 악화된다. 착화 시 총 파워의 하한은, 안정된 플라즈마를 생성시키는 관점으로부터, 웨이퍼(W)의 면적당 0.5 W/cm2 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 7 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 마이크로파를 도입하기 때문에, 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 도입되는 마이크로파의 착화 시 파워는 100 W 이하로 할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 플라즈마 처리에서, 프로세스 시 총 파워는 착화 시 총 파워보다 작게 하는 것이 가능하며, 예를 들면 착화 시 총 파워의 1 / 3에서 1 / 2 정도의 범위 내로 할 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(1)에서 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 처리할 경우, 착화 시 총 파워를 420 W 이상 700 W 이하(웨이퍼(W)의 면적당 0.6 W/cm2 이상 1 W/cm2 이하)의 범위 내로 하면, 프로세스 시 총 파워를 140 W 이상 350 W 이하(웨이퍼(W)의 면적당 0.2 W/cm2 이상 0.5 W/cm2 이하)의 범위 내로 할 수 있다. 또한 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 7 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 마이크로파를 도입하기 때문에, 1 개의 마이크로파 투과판(73)으로부터 도입되는 마이크로파의 프로세스 시 파워는 50 W 이하로 할 수 있다. 또한 조건에 따라서는, 착화 시 총 파워를 그대로 프로세스 시 총 파워로 하는 것, 또는 착화 시 총 파워보다 높은 프로세스 시 총 파워를 설정하는 것도 가능하다.
이에 대하여, 제 1 실시예에서 설명한 비교예의 플라즈마 처리 장치(501)의 경우는, 상술한 바와 같이 300 mm 직경의 웨이퍼(W)를 처리할 경우, 착화 시 파워 및 프로세스 시 파워의 최소값은 1000 W(1.42 W/cm2)이며, 이 값 이하에서는 안정된 플라즈마의 착화 및 방전 유지는 곤란하다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(501)에서는, 플라즈마 처리 장치(1)에 비하면, 플라즈마 질화 처리에서의 질화 레이트가 높아져, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성은 곤란하다.
<처리 압력>
처리 압력은, 착화 시 총 파워를 낮춰 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 10 Pa 이상 600 Pa 이하의 범위 내가 바람직하고, 20 Pa 이상 300 Pa 이하의 범위 내가 보다 바람직하다.
<처리 온도>
웨이퍼(W)의 처리 온도는, 질화 레이트를 낮춰 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 실온(30 ℃) 이상 200 ℃ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 100 ℃ 이하로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 처리 온도는 재치대(21)의 온도를 의미하고, 실온(30 ℃)은 가열하지 않는 것을 의미한다.
<질화 레이트>
본 실시예의 플라즈마 처리 방법은, 두께 1 nm 이하의 박막의 형성을 용이하게 하는 관점으로부터, 예를 들면 플라즈마 착화를 위한 마이크로파의 공급을 개시(파워 ON)하고 나서 30 초간에서의 평균 질화 레이트가 0.05 nm/초 이하인 것이 바람직하고, 0.005 nm/초 이상 0.05 nm/초 이하인 것이 보다 바람직하다. 마이크로파의 공급 개시부터 30 초간에서의 평균 질화 레이트를 0.05 nm/초 이하로 함으로써, 짧은 처리 시간이라도 막 두께의 제어성이 높아져, 1 nm 이하, 바람직하게는 0.5 nm 이상 1 nm 이하의 임의의 두께로 박막을 형성할 수 있다.
<처리 시간>
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서 처리 시간은, 1 nm 이하의 원하는 두께로 실리콘 질화막의 형성이 가능하면 특별히 제한은 없지만, 상기 질화 레이트를 고려하면, 플라즈마 착화를 위한 마이크로파 파워의 공급을 개시(파워 ON)하는 시점을 기준으로, 예를 들면 10 초 이상 100 초 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.
<임피던스 정합 순서>
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서의 임피던스 정합 순서는, 제 1 실시예에서의 임피던스 정합 순서와 동일하다. 본 실시예에서도, 방법(B)을 채용함으로써 방법(A)에 비해, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하는 박막(실리콘 질화막)의 형성에서, 플라즈마 착화 시의 질화를 억제할 수 있어, 막 두께의 제어성이 양호해져, 한층 더 박막화가 가능해진다.
이어서, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법의 효과를 나타낸 실험 결과에 대하여, 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15는, 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 질화막의 막 두께와 프로세스 시간과의 관계를 나타낸 특성도이다. 도 15의 종축은 플라즈마 처리에 의해 형성된 실리콘 질화막의 막 두께를 나타내고, 횡축은 프로세스 시간을 나타내고 있다. 실험은 7 개의 마이크로파 투과판(73)을 구비한 플라즈마 처리 장치(1)를 사용하여 이하의 조건으로 실시했다. 마이크로파 투과판(73)과 웨이퍼(W) 간의 간격(갭)은 85 mm로 고정했다. 착화 시 총 파워는 700 W, 프로세스 시 총 파워는 350 W, 착화 시 파워는 100 W, 프로세스 시 파워는 50 W로 설정했다. 처리 용기(2) 내의 압력은 20 Pa로 했다. 플라즈마 생성용의 희가스로서 1000 sccm(mL/min)의 Ar를 이용하고, 질소 함유 가스로서 20 sccm(mL/min)의 N2를 이용했다. 또한, 처리 온도를 30 ℃로 했다. 임피던스 정합은, 플라즈마 착화와 동시에는 임피던스 정합을 개시하지 않고, 프로세스로 이행할 때, 임피던스 정합을 개시하는 방법(B)(제 1 실시예를 참조)에 의해 실시했다. 실리콘 질화막의 막 두께의 측정에는 엘립소미터를 사용했다.
도 15로부터, 복수의 마이크로파로 플라즈마를 생성시키는 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 착화 시 총 파워 및 프로세스 시 총 파워의 양방을 작게 억제하여 플라즈마 처리를 행함으로써, 프로세스 개시(프로세스 시간(0))로부터 10 초 경과 후라도 실리콘 질화막의 막 두께를 1 nm 이하로 컨트롤할 수 있는 것이 확인되었다.
또한 도 15에서, 프로세스 시간(0)은, 마이크로파 파워를 온(ON)하여 플라즈마를 착화하고 나서 5 초간 걸쳐 안정화시킨 후, 프로세스 시 파워로 전환하고, 또한 프로세스 시 파워로 5 초간 걸쳐 안정화시킨 시점을 의미한다. 따라서 도 15에서, 프로세스 시간(0)은, 마이크로파 파워의 온(ON)으로부터 약 10 초 정도 경과되어 있다. 이 때문에 도 15에서는, 프로세스 시간(0)이라도, 이미 0.5 nm 정도의 실리콘 질화막의 막 두께가 계측되어 있다. 이와 같이, 프로세스 시간(0)까지 형성되는 막 두께를 고려하면, 프로세스 시간(0)에서 10 초 경과 후까지의 평균 질화 레이트는 명백히 0.05 nm/sec 정도이다. 또한, 임피던스 정합을 방법(B)으로 행함으로써, 프로세스 시간(0)에 이르기까지의 착화 직후의 플라즈마에 의한 질화가 효과적으로 억제되어 있다.
이상, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 의하면, 피처리체인 웨이퍼(W)의 표면에, 1 nm 이하의 막 두께의 실리콘 질화막을 막 두께의 제어성 좋게 형성할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 각 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 플라즈마 처리 방법은, 반도체 웨이퍼를 피처리체로 할 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 태양 전지 패널의 기판 또는 플랫 패널 디스플레이용 기판을 피처리체로 할 경우에도 적용할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 표면의 실리콘을 플라즈마 산화 처리 또는 플라즈마 질화 처리할 경우를 예로 들었지만, 처리 대상은 실리콘에 한정되지 않는다. 예를 들면, 플라즈마 산화 처리의 대상은, 실리콘 질화막(SiN막)이어도 되고, 또한 플라즈마 질화 처리의 대상은 실리콘 산화막(SiO2막)이어도 되고, 또한 다른 종류의 막이어도 된다.
본 국제 출원은 2012년 2월 6일에 출원된 일본특허출원 2012-023038호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 여기에 원용한다.

Claims (17)

  1. 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 생성시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 상기 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시의 마이크로파의 전력의 합계가 상기 피처리체의 면적당 1 W/cm2 이하이며, 또한 상기 박막의 막 두께가 1 nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 생성시켜 피처리체를 처리하는 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 상기 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 피처리체의 직경이 300 mm 이상이며,
    상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시의 마이크로파의 전력의 합계가 700 W 이하이며, 또한 상기 박막의 막 두께가 1 nm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리하는 처리 온도가 100 ℃ 이하인 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막이, 상기 피처리체의 표면의 실리콘이 산화된 실리콘 산화막인 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막이, 상기 피처리체의 표면의 실리콘이 질화된 실리콘 질화막인 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 상기 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 재치하는 재치면을 가지는 재치대와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 마이크로파를 생성하고, 또한 상기 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력하는 마이크로파 출력부와,
    상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 처리 용기 내로 도입하는 복수의 안테나부와,
    상기 복수의 안테나부에 각각 대응하여 설치되어 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내의 사이의 임피던스를 정합시키는 복수의 튜너와,
    상기 처리 용기의 상부에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 도전성 부재와,
    상기 복수의 개구부에 감합되고, 상기 처리 용기 내로 상기 마이크로파를 투과시켜 도입시키는 복수의 마이크로파 투과창
    을 구비하고,
    상기 복수의 마이크로파 투과창으로부터 각각 상기 처리 용기 내로 도입한 상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 생성하는 것인 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 착화할 시의 상기 마이크로파의 전력의 합계는, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리할 시의 상기 마이크로파의 전력의 합계보다 크고,
    상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 착화할 시에는 상기 임피던스의 정합을 행하지 않고, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리할 시 상기 임피던스의 정합을 행하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로파 출력부로부터, 상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파를, 상기 플라즈마를 착화시키는 제 1 전력으로 공급하여 상기 플라즈마를 착화하는 단계와,
    상기 마이크로파의 전력을 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력으로 변경하는 단계와,
    상기 마이크로파의 전력이 상기 제 2 전력인 상태에서 상기 임피던스의 정합을 행하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로파 투과창은, 상기 도전성 부재에서의 중앙 부분에 배치된 1 개의 중심 마이크로파 투과창과, 상기 중심 마이크로파 투과창을 둘러싸도록, 상기 중앙 부분보다 외측에 배치된 적어도 6 개의 외측 마이크로파 투과창을 가지고 있는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리하는 처리 온도가 100 ℃ 이하인 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막이, 상기 피처리체의 표면의 실리콘이 산화된 실리콘 산화막인 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막이, 상기 피처리체의 표면의 실리콘이 질화된 실리콘 질화막인 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 상기 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 재치하는 재치면을 가지는 재치대와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 마이크로파를 생성하고, 또한 상기 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력하는 마이크로파 출력부와,
    상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 처리 용기 내로 도입하는 복수의 안테나부와,
    상기 복수의 안테나부에 각각 대응하여 설치되어 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내의 사이의 임피던스를 정합시키는 복수의 튜너와,
    상기 처리 용기의 상부에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 도전성 부재와,
    상기 복수의 개구부에 감합되고, 상기 처리 용기 내로 상기 마이크로파를 투과시켜 도입시키는 복수의 마이크로파 투과창
    을 구비하고,
    상기 복수의 마이크로파 투과창으로부터 각각 상기 처리 용기 내로 도입한 상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 생성하는 것인 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 착화할 시의 상기 마이크로파의 전력의 합계는, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리할 시의 상기 마이크로파의 전력의 합계보다 크고,
    상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 상기 플라즈마를 착화할 시에는 상기 임피던스의 정합을 행하지 않고, 상기 플라즈마에 의해 피처리체를 처리할 시 상기 임피던스의 정합을 행하는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 마이크로파 출력부로부터, 상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파를, 상기 플라즈마를 착화시키는 제 1 전력으로 공급하여 상기 플라즈마를 착화하는 단계와,
    상기 마이크로파의 전력을 상기 제 1 전력보다 낮은 제 2 전력으로 변경하는 단계와,
    상기 마이크로파의 전력이 상기 제 2 전력인 상태에서 상기 임피던스의 정합을 행하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로파 투과창은, 상기 도전성 부재에서의 중앙 부분에 배치된 1 개의 중심 마이크로파 투과창과, 상기 중심 마이크로파 투과창을 둘러싸도록, 상기 중앙 부분보다 외측에 배치된 적어도 6 개의 외측 마이크로파 투과창을 가지고 있는 플라즈마 처리 방법.
  17. 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 생성시켜 피처리체의 표면에 박막을 형성하는 플라즈마 처리 장치로서,
    피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 상기 피처리체를 재치하는 재치면을 가지는 재치대와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
    상기 마이크로파를 생성하고, 또한 상기 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력하는 마이크로파 출력부와,
    상기 마이크로파 출력부로부터 출력된 마이크로파를 상기 처리 용기 내로 도입하는 복수의 안테나부와,
    상기 복수의 안테나부에 각각 대응하여 설치되어 상기 마이크로파 출력부와 상기 처리 용기 내의 사이의 임피던스를 정합시키는 복수의 튜너와,
    상기 처리 용기의 상부에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 도전성 부재와,
    상기 복수의 개구부에 감합되고, 상기 처리 용기 내로 상기 마이크로파를 투과시켜 도입시키는 복수의 마이크로파 투과창과,
    상기 처리 용기 내에서 상기 복수의 경로로 분배된 마이크로파에 의해 플라즈마를 착화할 시의 마이크로파의 전력의 합계가, 상기 피처리체의 면적당 1 W/cm2 이하가 되도록, 상기 복수의 마이크로파 투과창으로부터, 각각 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입함으로써, 상기 박막의 막 두께를 1 nm 이하로 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.

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