KR101862905B1 - 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents

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시게히로 미우라
히토시 가토
준 사토
다케시 고바야시
마사토 요네자와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 소정의 출력을 갖는 제1 고주파 전력을 전극에 공급해서 플라즈마를 발생시키고, 피처리체(W)에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법이며, 상기 플라즈마 처리 장치의 전회의 운전 종료로부터의 시간 간격이 소정 간격을 초과했을 때에, 상기 소정의 출력보다도 작은 출력을 갖는 제2 고주파 전력을 상기 전극에 공급하는 전하 축적 공정을 행하고 나서 상기 플라즈마 처리를 행한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법{PLASMA PROCESS APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 출원은, 2014년 2월 19일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2014-29179호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제2014-29179호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
종래부터, 고품질 또한 금속 비오염이 요구되는 성막 공정에서, 챔버 내부에서 플라즈마를 발생시키는 방법으로서, 챔버의 외부에 코일 형상의 전극을 설치하고, 고주파를 인가한 전극으로부터 발생하는 전계, 자계를 석영이나 알루미나 등의 고순도의 유전체 창을 통하여 챔버 내부에 도입하고, 챔버 내부에서 플라즈마 방전을 발생시키는 성막 장치 및 성막 방법이 알려져 있다. 일본 특허 공개 제2012-253313호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 이러한 플라즈마 처리를 이용한 성막 장치 및 성막 방법에서는, 보다 고품질의 막을 얻기 위해, 고온에서의 플라즈마 처리를 가능하게 하는 성막 장치 및 성막 방법도 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 이와 같은 플라즈마를 사용한 성막 장치에서는, 플라즈마 처리 후에 수시간 내지 수일간 이상의 기간 챔버의 운전을 정지시켜 플라즈마 방전을 정지시켰던 경우, 특히, 유지 보수나 장치의 초기 구동 시에서 운전을 재개했을 때에, 플라즈마 방전이 용이하게 발생하지 않는 현상이 생기는 경우가 있었다.
또한, 이와 같은 현상은 성막 장치뿐만 아니라, 에칭 장치 등, 플라즈마 처리를 행하는 모든 플라즈마 처리 장치에 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 장치 정지 시간이 길어진 경우라도, 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시켜, 고품질의 플라즈마 처리를 유지할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법은, 소정의 출력을 갖는 제1 고주파 전력을 전극에 공급해서 플라즈마를 발생시키고, 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법이며,
상기 플라즈마 처리 장치의 전회의 운전 종료로부터의 시간 간격이 소정 간격을 초과했을 때에, 상기 소정의 출력보다도 작은 출력을 갖는 제2 고주파 전력을 상기 전극에 공급하는 전하 축적 공정을 행하고 나서 상기 플라즈마 처리를 행한다.
본 발명의 다른 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리실과,
상기 처리실 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급 수단과,
상기 플라즈마 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 상기 처리실 내에 도입하는 전계 및/또는 자계를 발생시키기 위한 전극과,
상기 전극에 고주파 전력을 가변으로 공급 가능한 고주파 전원과,
상기 처리실 내에서의 전회의 상기 플라즈마 처리의 종료시로부터의 경과 시간을 계측하는 시간 계측 수단과,
상기 플라즈마 처리를 개시시키기 위한 조작 스위치와,
상기 조작 스위치가 조작되고, 상기 플라즈마 처리를 개시할 때에, 상기 시간 계측 수단에 의해 계측된 상기 경과 시간이 소정의 시간 간격보다 짧을 때에는, 상기 고주파 전원의 상기 고주파 전력을 소정의 처리용 고주파 전력으로 설정하여 상기 플라즈마 처리를 즉시 행하고, 상기 경과 시간이 상기 소정의 시간 간격보다 길 때에는, 상기 고주파 전원의 상기 고주파 전력을 상기 소정의 처리용 고주파 전력보다도 작은 전하 축적용 고주파 전력을 상기 전극에 공급하는 전하 축적 제어를 행한 후에 상기 플라즈마 처리를 행하는 제어 수단을 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 횡단 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 횡단 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 내부의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 적용한 성막 장치의 사이드 링을 도시하는 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 처리 플로우의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 처리 플로우의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은 실험을 행했을 때의 조건을 나타낸 표이다.
도 14a 및 도 14b는 처리실 내를 400℃로 한 경우와 600℃로 한 경우의 플라즈마 방전을 비교한 도면이다.
도 15a 내지 도 15d는 전회의 플라즈마 처리로부터 12시간 경과하고 나서 플라즈마 방전을 발생시켰을 때의 Vpp의 전압값을 나타낸 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 플라즈마 방전을 발생시킬 때 인가하는 고주파 전압이, 시간 간격의 크기에 의해 어떻게 변화하는 지를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 의한 전하 축적 공정을 실시했을 때의 전하 축적용 고주파의 인가 패턴을 나타낸 도면이다.
도 18은 전회의 플라즈마 처리 종료로부터의 경과 시간을 1시간으로 했을 때의 제1 실시예의 결과를 나타낸 도면이다.
도 19는 전회의 플라즈마 처리 종료로부터의 경과 시간을 3시간으로 했을 때의 제2 실시예의 결과를 나타낸 도면이다.
도 20은 전회의 플라즈마 처리 종료로부터의 경과 시간을 16시간으로 했을 때의 제3 실시예의 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법을 적용한 성막 장치의 일례에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법은, 성막 장치 외에, 에칭 장치 등, 플라즈마 처리를 행하는 모든 장치에 적용 가능하지만, 본 실시 형태에 있어서는, 일례로서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 성막 장치로서 구성한 실시 형태에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 장치를 적용한 성막 장치의 일례에 대해, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 이 성막 장치는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 평면 형상이 대략 원형인 처리실(1)과, 이 처리실(1) 내에 설치되고, 처리실(1)의 중심으로 회전 중심을 갖는 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 그리고, 이 성막 장치에서는, 상세히 후술하는 바와 같이, ALD법에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 반응 생성물을 적층해서 박막을 성막함과 함께, 이 박막에 대해 플라즈마 개질을 행하도록 구성되어 있다. 이때, 플라즈마 개질을 행하는 데 있어서, 플라즈마에 의해 전기적인 손상이, 피처리체인 웨이퍼(W)에 가해지지 않도록, 혹은 상기 손상이 가능한 한 작게 되도록, 성막 장치가 구성되어 있다. 계속해서, 성막 장치의 각 부에 대해 상세하게 설명한다.
처리실(1)은 천장판(11) 및 용기 본체(12)를 구비하고 있고, 천장판(11)이 용기 본체(12)로부터 착탈할 수 있도록 구성되어 있다. 천장판(11)의 상면측에 있어서의 중앙부에는, 처리실(1) 내의 중심부 영역(C)에서 서로 다른 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위해, N2(질소) 가스를 분리 가스로서 공급하기 위한 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다. 또한, 도 1 중, 용기 본체(12)의 상면의 주연부에 링 형상으로 형성된 시일 부재(13), 예를 들어 O링이 나타내어져 있다.
회전 테이블(2)은 중심부에서 대략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 신장하는 회전축(22)에 의해, 연직축 주위 이 예에서는 시계 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 도 1 중 부호 23은 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부이며, 부호 20은 회전축(22) 및 구동부(23)를 수납하는 케이스체이다. 이 케이스체(20)는 상면측의 플랜지 부분이 처리실(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는 회전 테이블(2)의 하방 영역에 N2 가스를 퍼지 가스로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다. 처리실(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은 회전 테이블(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링 형상으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 방향(둘레 방향)을 따라서 복수매 예를 들어 5매의 기판인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 설치되어 있다. 오목부(24)는, 직경 치수가 예를 들어 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(W)를 당해 오목부(24)에 떨어뜨리면(수납하면), 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(2)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 일치되도록, 직경 치수 및 깊이 치수가 설정되어 있다. 오목부(24)의 저면에는 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려서 승강시키기 위한 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 각각 대향하는 위치에는, 각각 예를 들어 석영으로 이루어지는 5개의 노즐(31, 32, 34, 41, 42)이 처리실(1)의 둘레 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 예를 들어 처리실(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해 웨이퍼(W)에 대향해서 수평으로 신장하도록 각각 설치되어 있다. 이 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 보아 시계 방향[회전 테이블(2)의 회전 방향]으로 플라즈마 가스 공급 노즐(34), 분리 가스 노즐(41), 제1 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42) 및 제2 처리 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 상방측에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 가스 공급 노즐(34)로부터 토출되는 가스를 플라즈마화하기 위해, 플라즈마 발생부(80)가 설치되어 있다. 이 플라즈마 발생부(80)에 대해서는 상세히 후술한다.
처리 가스 노즐(31, 32)은, 각각 제1 처리 가스 공급부, 제2 처리 가스 공급부를 이루고, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 도 2는 플라즈마 가스 공급 노즐(34)이 보이도록 플라즈마 발생부(80) 및 후술하는 하우징(90)을 제거한 상태, 도 3은 이들 플라즈마 발생부(80) 및 하우징(90)을 설치한 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 1에서는 플라즈마 발생부(80)에 대해, 모식적으로 일점쇄선으로 나타내고 있다.
각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은 유량 조정 밸브를 통하여 각각 이하의 각 가스 공급원(도시하지 않음)에 각각 접속되어 있다. 즉, 제1 처리 가스 노즐(31)은 Si(실리콘)를 포함하는 제1 처리 가스 예를 들어 BTBAS(비스터셜부틸아미노실란, SiH2(NH-C(CH3)3)2) 가스 등의 공급원에 접속되어 있다. 제2 처리 가스 노즐(32)은, 제2 처리 가스 예를 들어 O3(오존) 가스와 O2(산소) 가스의 혼합 가스의 공급원에 접속되어 있다. 플라즈마 가스 공급 노즐(34)은, 예를 들어 Ar(아르곤) 가스와 O2 가스의 혼합 가스(Ar:O2=100:0.5 내지 100:20 정도의 체적비)의 공급원에 접속되어 있다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 분리 가스인 N2(질소) 가스의 가스 공급원에 각각 접속되어 있다. 또한, 이하에 있어서는, 편의상 제2 처리 가스를 O3 가스로서 설명한다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)에는 O3 가스를 생성시키기 위한 오조나이저가 설치되어 있지만, 여기서는 도시를 생략하고 있다.
가스 노즐(31, 32, 41, 42)의 하면측에는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 복수 개소에 가스 토출 구멍(33)이 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 측면에는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측[제2 처리 가스 노즐(32)측] 또한 하방측(비스듬하게 하방)을 향하도록, 당해 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 길이 방향을 따라서 예를 들어 개구 직경이 0.3 내지 0.5㎜의 가스 토출 구멍(33)이 복수 개소에 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 이와 같이 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)의 방향을 설정한 이유에 대해서는, 후술한다. 이들 각 노즐(31, 32, 34, 41, 42)은, 당해 노즐(31, 32, 34, 41, 42)의 하단 테두리와 회전 테이블(2)의 상면과의 이격 거리가 예를 들어 1 내지 5㎜ 정도로 되도록 배치되어 있다.
처리 가스 노즐(31, 32)의 하방 영역은, 각각 Si 함유 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1) 및 웨이퍼(W)에 흡착된 Si 함유 가스와 O3 가스를 반응시키기 위한 제2 처리 영역(P2)으로 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하는 분리 영역(D)을 형성하기 위한 것이다. 이 분리 영역(D)에 있어서의 처리실(1)의 천장판(11)에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있고, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 이 볼록 형상부(4)에 형성된 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 따라서, 분리 가스 노즐(41, 42)에 있어서의 회전 테이블(2)의 둘레 방향 양측에는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 상기 볼록 형상부(4)의 하면인 낮은 천장면(44)(제1 천장면)이 배치되고, 이 천장면(44)의 상기 둘레 방향 양측에는, 당해 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 배치되어 있다. 볼록 형상부(4)의 주연부[처리실(1)의 외측 테두리측 부위]는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대해 약간 이격되도록, L자형으로 굴곡되어 있다.
다음에, 플라즈마 발생부(80)에 대해 상세하게 설명한다. 이 플라즈마 발생부(80)는, 예를 들어 구리(Cu) 등의 금속선으로 이루어지는 전극(또는 「안테나」라고 칭해도 좋음)(83)을 코일 형상으로 권회해서 구성되어 있고, 처리실(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록, 처리실(1)의 천장판(11) 상에 설치되어 있다. 이 예에서는, 전극(83)은 구리의 표면에 니켈 도금 및 금 도금을 이 순서로 실시한 재질에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 상방측[상세하게는 이 노즐(34)보다도 약간 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 위치로부터 이 노즐(34)의 상기 회전 방향 하류측의 분리 영역(D)보다도 약간 노즐(34)측으로 치우친 위치까지]에 있어서의 천장판(11)에는, 평면적으로 보았을 때에 대략 부채형으로 개구하는 개구부(11a)가 형성되어 있다.
개구부(11a)는 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 예를 들어 60㎜ 정도 외주측으로 이격된 위치로부터, 회전 테이블(2)의 외측 테두리보다도 80㎜ 정도 외측으로 이격된 위치까지 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 개구부(11a)는 처리실(1)의 중심부 영역(C)에 설치된 후술하는 래버린스 구조부(110)에 간섭하지 않도록(피하도록), 평면에서 보았을 때에 회전 테이블(2)의 중심측에 있어서의 단부가 당해 래버린스 구조부(110)의 외측 테두리를 따르도록 원호 형상으로 오목해져 있다. 그리고, 개구부(11a)는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 천장판(11)의 상단부측으로부터 하단부측을 향해 개구부(11a)의 개구 직경이 단계적으로 작아지도록, 예를 들어 3단의 단차부(11b)가 주위 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 이들 단차부(11b) 중 최하단의 단차부(개구 테두리부)(11b)의 상면에는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 주위 방향에 걸쳐서 홈(11c)이 형성되어 있고, 홈(11c) 내에는 시일 부재, 예를 들어 O링(11d)이 배치되어 있다. 또한, 홈(11c) 및 O링(11d)에 대해서는, 도 4에서는 도시를 생략하고 있다.
개구부(11a)에는, 도 6에도 도시하는 바와 같이, 상방측의 주연부가 주위 방향에 걸쳐서 플랜지 형상으로 수평으로 신장되어 플랜지부(90a)를 형성함과 함께, 중앙부가 하방측의 처리실(1)의 내부 영역을 향해 오목해지도록 형성된 하우징(90)이 배치되어 있다. 이 하우징(90)은, 예를 들어 석영 등의 유전체에 의해 구성된 투자체(자력을 투과시키는 재질)이며, 도 9에 도시하는 바와 같이, 오목해진 부분의 두께 치수 t가 예를 들어 20㎜로 되어 있다. 또한, 하우징(90)은 하우징(90)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치했을 때에, 중심부 영역(C)측에 있어서의 하우징(90)의 내벽면과 웨이퍼(W)의 외측 테두리 사이의 거리가 70㎜로 되고, 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서의 하우징(90)의 내벽면과 웨이퍼(W)의 외측 테두리 사이의 거리가 70㎜로 되도록 구성되어 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 있어서의 개구부(11a)의 2개의 변과 회전 테이블(2)의 회전 중심과의 이루는 각도 α는, 예를 들어 68°로 되어 있다.
또한, 하우징(90)은, 고순도 석영 외에, 고순도 알루미나, 이트리아 등, 내플라즈마 에칭 성능이 우수한 재료로 구성되거나, 적어도 표층 부위를 상술한 재료로 코팅하여 구성한다. 따라서, 하우징(90)은, 기본적으로는 유전체로 구성된다.
하우징(90)을 개구부(11a) 내에 떨어뜨리면, 플랜지부(90a)와 단차부(11b) 중 최하단의 단차부(11b)가 서로 걸어 지지한다. 그리고, O링(11d)에 의해, 단차부(11b)[천장판(11)]와 하우징(90)이 기밀하게 접속된다. 또한, 개구부(11a)의 외측 테두리를 따르도록 프레임 형상으로 형성된 가압 부재(91)에 의해 플랜지부(90a)를 하방측을 향해 주위 방향에 걸쳐서 가압함과 함께, 가압 부재(91)를 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정함으로써, 처리실(1)의 내부 분위기가 기밀하게 설정된다. 이와 같이 하우징(90)을 천장판(11)에 기밀하게 고정했을 때의 당해 하우징(90)의 하면과 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 표면 사이의 이격 치수 h는, 4 내지 60㎜ 이 예에서는 30㎜로 되어 있다. 또한, 도 6은 하우징(90)을 하방측으로부터 본 도면을 도시하고 있다.
하우징(90)의 하면은, 당해 하우징(90)의 하방 영역에의 N2 가스나 O3 가스 등의 침입을 저지하기 위해, 도 1 및 도 5 내지 도 7에 도시하는 바와 같이, 외측 테두리부가 주위 방향에 걸쳐서 하방측[회전 테이블(2)측]으로 수직으로 신장되어, 가스 규제용의 돌기부(92)를 이루고 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 회전 테이블(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는, 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에, 플라즈마 가스 공급 노즐(34)이 수납되어 있다.
즉, 하우징(90)의 하방 영역[플라즈마 공간(10)]에 있어서 플라즈마 가스 공급 노즐(34)로부터 공급되는 가스가 플라즈마화되므로, 당해 하방 영역에 N2 가스가 침입하면, N2 가스의 플라즈마와 O3 가스(O2 가스)의 플라즈마가 서로 반응해서 NOx 가스가 생성된다. 이 NOx 가스가 발생하면, 처리실(1) 내의 부재가 부식되어 버린다. 따라서, 하우징(90)의 하방 영역에 N2 가스가 침입하기 어렵게 되도록, 하우징(90)의 하면측에 돌기부(92)를 형성하고 있다.
플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 기단부측[처리실(1)의 측벽측]에 있어서의 돌기부(92)는, 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 외형을 따르도록 대략 원호 형상으로 잘려 형성되어 있다. 돌기부(92)의 하면과 회전 테이블(2)의 상면 사이의 이격 치수 d는 0.5 내지 4㎜이며, 이 예에서는 2㎜로 되어 있다. 돌기부(92)의 폭 치수 및 높이 치수는, 각각 예를 들어 10㎜ 및 28㎜로 되어 있다. 또한, 도 7은 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 처리실(1)을 절단한 종단면도를 도시하고 있다.
또한, 성막 처리 중에는 회전 테이블(2)이 시계 방향으로 회전하므로, N2 가스가 이 회전 테이블(2)의 회전에 연동되어 회전 테이블(2)과 돌기부(92) 사이의 간극으로부터 하우징(90)의 하방측에 침입하고자 한다. 그로 인해, 상기 간극을 통하여 하우징(90)의 하방측에의 N2 가스의 침입을 저지하기 위해, 간극에 대해 하우징(90)의 하방측으로부터 가스를 토출시키고 있다. 구체적으로는, 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)에 대해, 도 5 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 이 간극을 향하도록, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 또한 하방을 향하도록 배치하고 있다. 연직축에 대한 플라즈마 가스 공급 노즐(34)의 가스 토출 구멍(33)이 향하는 각도 θ는, 도 7에 도시하는 바와 같이 예를 들어 45° 정도로 되어 있다.
여기서, 하우징(90)의 하방[플라즈마 공간(10)]측으로부터 천장판(11)과 하우징(90) 사이의 영역을 시일하는 O링(11d)을 보면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 공간(10)과 O링(11d) 사이에 돌기부(92)가 주위 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 그로 인해, O링(11d)은 플라즈마에 직접 노출되지 않도록, 플라즈마 공간(10)으로부터 격리되어 있다. 따라서, 플라즈마 공간(10) 중의 플라즈마가 예를 들어 O링(11d)측으로 확산하고자 해도, 돌기부(92)의 하방을 경유하여 가게 되므로, O링(11d)에 도달하기 전에 플라즈마가 비활성화 된다.
하우징(90)의 내부[하우징(90)에 있어서 하방측으로 오목해진 영역]에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상으로 대략 따르도록 형성된 두께 치수 k가 예를 들어 1㎜ 정도의 도전성의 판형상체인 금속판으로 이루어지는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 예에서는, 패러데이 실드(95)는 구리(Cu)판 또는 구리판에 니켈(Ni)막 및 금(Au)막을 하측으로부터 도금한 판재에 의해 구성되어 있다. 즉, 패러데이 실드(95)는 하우징(90)의 바닥면을 따르도록 수평으로 형성된 수평면(95a)과, 수평면(95a)의 외주 단부로부터 주위 방향에 걸쳐서 상방측으로 신장하는 수직면(95b)을 구비하고 있고, 상방측에서 보았을 때에 하우징(90)의 내측 테두리를 따라서 대략 부채 형상으로 되도록 구성되어 있다. 패러데이 실드(95)는, 예를 들어 금속판의 압연 가공에 의해, 혹은 금속판에 있어서의 수평면(95a)의 외측에 대응하는 영역을 상방측으로 절곡함으로써 형성되어 있다.
또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 실드(95)를 보았을 때의 우측 및 좌측에 있어서의 패러데이 실드(95)의 상단부 테두리는, 각각 우측 및 좌측으로 수평으로 신장하여 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고, 패러데이 실드(95)를 하우징(90)의 내부에 수납하면, 패러데이 실드(95)의 하면과 하우징(90)의 상면이 서로 접촉함과 함께, 지지부(96)가 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 의해 지지된다. 수평면(95a) 상에는, 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라즈마 발생부(80)와의 절연을 취하기 위해, 두께 치수가 예를 들어 2㎜ 정도의 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연판(94)이 적층되어 있다. 수평면(95a)에는 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있지만, 슬릿(97)의 형상이나 배치 레이아웃에 대해서는, 플라즈마 발생부(80)의 전극(83)의 형상과 아울러 후술한다. 또한, 절연판(94)에 대해서는, 후술하는 도 8 및 도 9 등에서는 묘화를 생략하고 있다.
플라즈마 발생부(80)는 패러데이 실드(95)의 내부에 수납되도록 구성되어 있다. 따라서 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 통하여 처리실(1)의 내부[회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)]에 대향하도록 배치되어 있다. 이 플라즈마 발생부(80)는 전극(83)을 연직축 주위에 권회해서 구성되어 있고, 이 예에서는 2개의 플라즈마 발생부(80, 80)가 설치되어 있다. 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)는 전극(83)이 각각 3겹으로 권회되어 있다. 이들 2개의 플라즈마 발생부(80, 80) 중 한쪽을 제1 플라즈마 발생부(81), 다른 쪽을 제2 플라즈마 발생부(82)라고 칭하면, 제1 플라즈마 발생부(81)는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 평면적으로 보았을 때에 하우징(90)의 내측 테두리를 따르도록 대략 부채 형상으로 되어 있다. 또한, 제1 플라즈마 발생부(81)는, 제1 플라즈마 발생부(81)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치했을 때에, 이 웨이퍼(W)에 있어서의 중심부 영역(C)측의 단부와 회전 테이블(2)의 외측 테두리측의 단부 사이에 걸쳐서 플라즈마를 조사(공급)할 수 있도록, 중심부 영역(C)측 및 외주측의 단부가 각각 하우징(90)의 내벽면에 근접하도록 배치되어 있다. 또한, 전극(83) 내부에는 냉각수가 통류하는 유로가 형성되어 있지만, 여기서는 생략하고 있다.
이와 같이, 플라즈마 발생부(80)의 전극(83)을 처리실(1)의 외부에 배치하고, 외부로부터 전계, 자계를 처리실(1) 내에 도입하는 구성으로 하면, 처리실(1) 내에 전극(83)이 배치되지 않으므로, 처리실(1) 내의 금속 오염물을 방지할 수 있어, 고품질의 성막을 행할 수 있다. 그러나, 하우징(90)은 고순도 석영 등의 유전체이므로, 전극(83)이 처리실(1) 내에 있는 구성과 비교하여, 플라즈마 방전이 발생하기 어렵게 되는 경우가 있다. 본 실시 형태에 따른 성막 장치에 있어서는, 이러한 전극(83)을 처리실(1) 외부에 설치하는 구성을 채용하면서도, 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시킬 수 있는 성막 장치 및 그 운전 방법을 제공하지만, 그 상세는 후술한다.
제2 플라즈마 발생부(82)는 회전 테이블(2)의 반경 방향 외주측에 있어서 웨이퍼(W)에 플라즈마를 공급할 수 있도록, 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 중심 위치로부터 200㎜ 정도 외주측으로 이격된 위치와, 회전 테이블(2)의 외측 테두리로부터 90㎜ 정도 외주측으로 이격된 위치 사이에 배치되어 있다. 즉, 회전 테이블(2)이 회전하면, 중심부측에 비해 외주부측에서는 주위 속도가 빨라진다. 그로 인해, 외주부측에서는 내주부측보다도 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양이 적어지는 경우가 있다. 따라서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양을 일치시키기 위해, 말하자면 제1 플라즈마 발생부(81)에 의해 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마의 양을 보상하기 위해, 제2 플라즈마 발생부(82)를 설치하고 있다.
제1 플라즈마 발생부(81) 및 제2 플라즈마 발생부(82)에 있어서의 각각의 전극(83)은, 각각 정합기(84)를 통하여 주파수가 예를 들어 13.56㎒ 및 출력 전력이 예를 들어 5000W의 고주파 전원(85)에 개별로 접속되어 있고, 제1 플라즈마 발생부(81) 및 제2 플라즈마 발생부(82)에 대해 독립적으로 고주파 전력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도 3 등에 있어서는 정합기(84) 및 고주파 전원(85)에 대해 간략화되어 있다. 또한, 도 1, 도 3 및 도 4에 있어서, 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(86)이 도시되어 있다.
여기서, 고주파 전원(85)은 전극(83)에 공급하는 고주파 전력의 출력(이하, 간단히 「고주파 출력」이라고도 함)을 가변으로 할 수 있다. 고주파 전원(85)의 출력은, 예를 들어, 처리실 600℃, 1.8Torr 통상의 성막에 있어서의 플라즈마 처리에서는 3300W로 설정되어 있다. 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 있어서는, 성막 장치의 운전 간격이 길게 비워지고 운전을 재개하는 경우, 예를 들어 전회의 성막 처리 종료시로부터 30분을 초과해서 플라즈마 처리를 행하는 경우에는, 성막 처리를 행하기 전에, 통상의 성막 처리에서 전극(83)에 공급되는 고주파 전력보다도 작은 값의 고주파 전력을 전극(83)에 공급하는 전하 축적 공정을 행한다. 전하 축적 공정은 석영 등의 유전체로 형성된 처리실(1)에 전하를 축적하고, 처리실(1) 내부에서 플라즈마 방전이 발생하기 쉬운 상태를 만들어 내는 공정이다. 처리실(1) 내에서 플라즈마 처리가 한창 행해지고 있는 동안이나, 플라즈마 처리가 행해진 직후는 플라즈마 발생부(80)의 상방 하우징(90)에 전하가 축적되어 있고, 전극(83)에 고주파 전력이 공급되면, 플라즈마 방전이 발생하기 쉬운 상태이다. 그러나, 장시간이 경과하면, 하우징(90)으로부터 전하가 빠져나가게 되어, 통상의 플라즈마 처리를 행할 때의 고주파 전력을 전극(83)에 인가해도, 방전이 발생하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 있어서는, 통상의 플라즈마 처리를 행하는 고주파 전력보다도 낮은 값의 고주파 전력을 전극(83)에 공급하고, 전극(83)을 경유해서 하우징(90)에 전하를 축적시켜, 플라즈마 방전이 발생하기 쉬운 상태로 하고 나서, 본래적인 플라즈마 처리를 행하도록 한다.
전하 축적 공정에서 전극(83)에 공급하는 고주파 전력은, 플라즈마 처리가 3300W로 행해진다고 하면, 700W 내지 1500W 정도의 플라즈마 처리의 절반 이하 정도의 고주파 전력으로 행해진다. 이에 의해, 돌발적인 방전을 방지하면서, 하우징(90)에 전하를 서서히 축적시키고, 낮은 고주파 전력으로 플라즈마 처리가 가능한 조건을 정비해 갈 수 있다. 따라서, 고주파 전원(85)은, 다양한 파워의 고주파 전력을 출력 가능한 출력 가변식의 고주파 전원(85)으로 구성된다.
다음에, 패러데이 실드(95)의 슬릿(97)에 대해 상세하게 설명한다. 슬릿(97)은, 각각의 플라즈마 발생부(81, 82)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위한 것이다. 즉, 전계가 웨이퍼(W)에 도달하면, 웨이퍼(W)의 내부에 형성되어 있는 전기 배선이 전기적으로 손상을 받게 되는 경우가 있다. 한편, 패러데이 실드(95)는 접지된 금속판에 의해 구성되어 있으므로, 슬릿(97)을 형성하지 않으면, 전계 외에 자계도 차단하게 된다. 또한, 전극(83)의 하방에 큰 개구부를 형성하면, 자계뿐만 아니라 전계도 통과하게 된다. 따라서, 전계를 차단해서 자계를 통과시키기 위해, 이하와 같이 치수 및 배치 레이아웃을 설정한 슬릿(97)을 형성하고 있다.
구체적으로는, 슬릿(97)은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 플라즈마 발생부(81) 및 제2 플라즈마 발생부(82)의 각각 전극(83)의 권회 방향에 대해 직교하는 방향으로 신장하도록, 주위 방향에 걸쳐서 전극(83)의 하방 위치에 각각 형성되어 있다. 따라서, 예를 들어 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 전극(83)이 배치된 영역에서는, 슬릿(97)은 회전 테이블(2)의 접선 방향 혹은 원주 방향을 따르도록 직선 형상 또는 원호 형상으로 형성되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 외측 테두리를 따르도록 원호 형상으로 전극(83)이 배치된 영역에서는, 슬릿(97)은 회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 외측 테두리를 향하는 방향으로 직선 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 2개의 영역 사이에서 전극(83)이 굴곡되는 부분에서는, 슬릿(97)은 당해 굴곡되는 부분에 있어서의 전극(83)이 신장되는 방향에 대해 직교하도록, 회전 테이블(2)의 주위 방향 및 반경 방향에 대해 각각 경사지는 방향으로 형성되어 있다. 따라서, 슬릿(97)은 전극(83)이 신장되는 방향을 따라서 다수 배열되어 있다.
여기서, 전극(83)에는, 이미 설명한 바와 같이 주파수가 13.56㎒의 고주파 전원(85)이 접속되어 있고, 이 주파수에 대응하는 파장은 22m이다. 그로 인해, 슬릿(97)은, 이 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수로 되도록, 도 9에 도시하는 바와 같이, 폭 치수 d1이 1 내지 5㎜ 이 예에서는 2㎜, 슬릿(97, 97)간의 이격 치수 d2가 1 내지 5㎜ 이 예에서는 2㎜로 되도록 형성되어 있다. 또한, 이 슬릿(97)은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 전극(83)이 신장되는 방향으로부터 보았을 때에, 길이 치수가 예를 들어 각각 60㎜로 되도록, 전극(83)의 우측 단부보다도 30㎜ 정도 우측으로 이격된 위치로부터, 전극(83)의 좌측 단부보다도 30㎜ 정도 좌측으로 이격된 위치까지 걸쳐서 형성되어 있다. 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉 전극(83)이 권회된 영역의 중앙측에는, 회전 테이블(2)의 회전 중심측 및 외주측에 있어서 패러데이 실드(95)에 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한, 도 3에서는 슬릿(97)을 생략하고 있다. 또한, 도 4 및 도 5 등에서는 슬릿(97)에 대해 간략화되어 있지만, 슬릿(97)은, 예를 들어 150개 정도 형성되어 있다. 슬릿(97)은 개구부(98)에 근접하는 영역으로부터 당해 개구부(98)로부터 이격된 영역을 향함에 따라서, 폭 치수 d1이 확대되도록 형성되어 있지만, 여기서는 도시를 생략하고 있다.
계속해서, 처리실(1)의 각 부의 설명으로 되돌아간다. 회전 테이블(2)의 외주측에 있어서 당해 회전 테이블(2)보다도 약간 아래 위치에는, 도 2, 도 5 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)은, 예를 들어 장치의 클리닝시에서, 각 처리 가스 대신에 불소계의 클리닝 가스를 통류시켰을 때에, 클리닝 가스로부터 처리실(1)의 내벽을 보호하기 위한 것이다. 즉, 사이드 링(100)을 설치하지 않으면, 회전 테이블(2)의 외주부와 처리실(1)의 내벽 사이에는, 가로 방향으로 기류(배기류)가 형성되는 오목부 형상의 기류 통로가 주위 방향에 걸쳐서 링 형상으로 형성되어 있다. 그로 인해, 이 사이드 링(100)은 기류 통로에 처리실(1)의 내벽면이 가능한 한 노출되지 않도록, 기류 통로에 설치되어 있다. 이 예에서는, 각 분리 영역(D) 및 하우징(90)에 있어서의 외측 테두리측의 영역은, 이 사이드 링(100)의 상방측으로 노출되어 있다.
사이드 링(100)의 상면에는, 서로 주위 방향으로 이격되도록 2개소에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 기류 통로의 하방측에 2개의 배기구가 형성되고, 이들 배기구에 대응하는 위치에 있어서의 사이드 링(100)에, 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 이들 2개의 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을 각각 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)라고 칭하면, 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 노즐(31)과, 제1 처리 가스 노즐(31)보다도 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역(D) 사이에서, 분리 영역(D)측으로 치우친 위치에 형성되어 있다. 제2 배기구(62)는 플라즈마 가스 공급 노즐(34)과, 플라즈마 가스 공급 노즐(34)보다도 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 있어서의 분리 영역(D) 사이에서, 분리 영역(D)측으로 치우친 위치에 형성되어 있다. 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 및 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는, 제2 처리 가스 및 분리 가스 외에, 플라즈마 발생용 가스를 배기하기 위한 것이다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)의 개재 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
여기서, 상술한 바와 같이, 중심부 영역(C)측으로부터 외측 테두리측에 걸쳐서 하우징(90)을 설치하고 있으므로, 하우징(90)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측에 토출된 각 가스는, 하우징(90)에 의해 제2 배기구(62)를 향하고자 하는 가스류가 말하자면 규제되어 버린다. 따라서, 하우징(90)의 외측에 있어서의 이미 설명한 사이드 링(100)의 상면에, 제2 처리 가스 및 분리 가스가 흐르기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)를 형성하고 있다. 구체적으로는, 이 가스 유로(101)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 하우징(90)에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측의 단부보다도 예를 들어 60㎜ 정도 제2 처리 가스 노즐(32)측으로 치우친 위치로부터, 제2 배기구(62)까지의 사이에 걸쳐서, 깊이 치수가 예를 들어 30㎜로 되도록 원호 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 이 가스 유로(101)는 하우징(90)의 외측 테두리를 따르도록, 또한 상방측으로부터 보았을 때에 하우징(90)의 외측 테두리부에 걸쳐지도록 형성되어 있다. 이 사이드 링(100)은, 도시를 생략하고 있지만, 불소계 가스에 대한 내부식성을 갖게 하기 위해, 표면이 예를 들어 알루미나 등에 의해 코팅되어 있거나, 혹은 석영 커버 등에 의해 덮여져 있다.
천장판(11)의 하면에 있어서의 중앙부에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 볼록 형상부(4)에 있어서의 중심부 영역(C)측의 부위와 연속해서 주위 방향에 걸쳐서 대략 링 형상으로 형성됨과 함께, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면[천장면(44)]과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 설치되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는, 중심부 영역(C)에 있어서 제1 처리 가스와 제2 처리 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래버린스 구조부(110)가 배치되어 있다. 즉, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 하우징(90)을 중심부 영역(C)측으로 치우친 위치까지 형성하고 있으므로, 회전 테이블(2)의 중앙부를 지지하는 코어부(21)는, 회전 테이블(2)의 상방측 부위가 하우징(90)을 피하도록 회전 중심측으로 치우친 위치에 형성되어 있다. 따라서, 중심부 영역(C)측에서는, 외측 테두리부측보다도 예를 들어 처리 가스끼리가 혼합되기 쉬운 상태로 되어 있다. 따라서, 래버린스 구조부(110)를 형성함으로써, 가스의 유로를 벌어 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 방지하고 있다.
회전 테이블(2)과 처리실(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되고, 회전 테이블(2)을 통하여 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 예를 들어 300℃로 가열하도록 되어 있다. 도 1 중, 히터 유닛(7)의 측방측에 설치된 커버 부재(71a), 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재(7a)가 도시되어 있다. 또한, 처리실(1)의 저면부(14)에는 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 주위 방향에 걸쳐서 복수 개소에 설치되어 있다.
처리실(1)의 측벽에는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 도시하지 않은 외부의 반송 아암과 회전 테이블(2) 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있고, 이 반송구(15)는 게이트 밸브(G)보다 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 면하는 위치에 의해 반송 아암 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행해지기 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측에 있어서 당해 수수 위치에 대응하는 부위에는, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 수수용의 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 성막 장치에는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 설치되어 있다. 제어부(120)는 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)(121), 메모리(122), 타이머(123)를 구비한다. 제어부(120)의 메모리(122) 내에는 후술하는 성막 처리 및 개질 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있고, CPU(121)가 프로그램을 판독하여 프로그램을 실행한다. 이 프로그램은, 후술하는 장치의 동작을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내의 메모리(122)에 인스톨된다.
제어부(120)는 프로세스 레시피에 따라, 플라즈마 처리를 포함한 성막 처리 전체의 제어를 행함과 함께, 상술한 전하 축적 공정의 제어, 즉 전하 축적 제어도 행한다. 전하 축적 공정에서의 전하 축적 제어는, 마지막으로 실시한 플라즈마 처리에서 소정의 시간 간격을 초과하는 시간 간격이 경과했을 때에, 통상의 플라즈마 처리를 포함한 성막 처리 전에, 하우징(90) 등에 전하를 축적해서 플라즈마 방전이 발생하기 쉬운 상태를 만들기 위한 제어이다. 따라서, 제어부(120)는, 전회의 플라즈마 처리로부터의 경과 시간을 계측하기 위해, 시간 계측 수단으로서 타이머(123)를 구비해도 좋다. 또한, 시간 계측 수단은, 타이머(123)로서 제어부(120) 내에 내장되어도 좋고, 제어부(120)의 외부에 설치되고, 제어부(120)가 외부의 시간 계측 수단을 참조하는 구성이어도 좋다. 도 1에 있어서는, 제어부(120) 내에 시간 계측 수단으로서 타이머(123)가 내장된 구성이 도시되어 있다. 또한, 시간 계측 수단은 시간을 계측할 수 있으면, 타이머(123) 이외의 수단이어도 좋다.
또한, 전하 축적 제어의 구체적인 제어ㆍ처리 내용은, 프로세스 레시피와 마찬가지로, 컨디셔닝 레시피와 같은 상태로 부여되어도 좋다. 프로세스 레시피, 컨디셔닝 레시피는, 예를 들어, 기억부(121)로부터 제어부(120) 내의 메모리(122)에 인스톨되어, CPU(121)에 의해 실행되어도 좋다.
성막 장치의 기동은 조작 스위치(130)에 의해 행해진다. 운전자에 의해 조작 스위치(130)가 온으로 되었을 때에는, 제어부(120)에 운전 개시의 지령 신호가 입력되고, 제어부(120)가 성막 장치(1)의 개개의 요소를 제어하지만, 본 실시 형태에 따른 성막 장치에 있어서는, 해당하는 경우에는, 상술한 전하 축적 제어를 행한다. 구체적으로는, 조작 스위치(130)가 조작되고, 성막 장치의 기동 지령이 있었을 때에는, 제어부(120)는 시간 계측 수단(122)을 참조하고, 최후의 성막 처리(플라즈마 처리)로부터 소정의 시간 간격이 경과했는지 여부를 판정한다. 예를 들어, 소정의 시간 간격은, 20분 내지 5시간의 범위가 적절한 값으로 설정되어도 좋고, 예를 들어, 30분으로 설정되어도 좋다. 최후의 성막 처리로부터 소정의 시간 간격이 경과했다고 제어부(120)가 판정했을 때에는, 제어부(120)는 전하 축적 제어를 실행하고, 성막 장치에 전하 축적 공정을 행하게 한다. 구체적으로는, 성막시에 사용하는 처리 가스를 도입하지 않고, 고주파 전원(85)으로부터 전극(83)에, 성막시보다도 낮은 소정의 고주파 전력을 공급시키는 제어를 행한다.
또한, 도 1에 있어서는, 이상 경보 수단(150)이 도시되어 있다. 이상 경보 수단(150)은 성막 프로세스 중에 성막 장치 또는 프로세스 자체에 이상이 발생했을 때에, 운전자에게 이상을 알리기 위해 이상 알람을 발하는 수단이다. 도 1에 있어서는, 이상 경보 수단(150)의 구체예로서, 스피커(151)와 경보등(152)이 도시되어 있다. 즉, 이상이 발생했을 때에는, 스피커(151)에 의해 음성으로 이상 알람을 발함과 함께, 경보등(152)에 의해 시각적으로 이상 알람을 발하는 구성으로 되어 있다. 이상 알람은 제어부(120)가 이상을 검출했을 때에, 제어부(120)의 지령으로 작동하도록 구성된다.
본 실시 형태에 따른 성막 장치에 있어서는, 이상 알람은 성막 처리 공정의 이상뿐만 아니라, 전하 축적 공정시에도 발해져도 좋다. 전하 축적 공정에서는, 단순히 하우징(90) 등에 전하를 축적시킬 뿐만 아니라, 보다 성막 공정에서의 플라즈마 방전을 확실하게 하기 위해, 플라즈마 방전이 발생할 때까지 전하 축적 공정을 행하는 것이 바람직하다. 전하 축적 공정에서는 콤마 수초 내지 수초라고 하는 초 단위로 고주파 전원(85)으로부터 전극(83)에 고주파 전력이 간헐적으로 공급된다. 즉, 초 단위의 소정 기간 고주파 전력이 전극(83)에 공급되고, 역시 초 단위의 소정 기간의 시간 간격을 두고 고주파 전력을 전극(82)에 공급한다고 하는 동작을 복수회 반복함으로써 행한다. 그 때, 필요에 따라서, 서서히 공급하는 고주파 전력의 출력을 증가시킨다고 하는 제어를 행한다. 예를 들어, 최초에 700W의 고주파 전력을 전극(83)에 공급하고, 계속해서 800W의 고주파 전력을 전극(83)에 공급하고, 또 다음에 900W의 고주파 전력을 전극(83)에 공급한다고 하는 것처럼, 단계적으로 공급하는 고주파 전력의 출력을 증가시켜, 플라즈마 방전을 발생시키는 제어를 행한다. 고주파 전력의 공급은 플라즈마 방전이 발생할 때까지 행해지지만, 그 때, 최대의 고주파 전력의 출력을 미리 정해 두고, 소정의 전하 축적용의 최대 고주파 전력에 도달한 후는, 최대 고주파 전력을 간헐적으로 전극(83)에 공급한다. 최대 고주파 전력을 간헐적으로 전극(83)에 공급하는 횟수는, 미리 정한 소정 횟수로 설정해 두고, 최대 고주파 전력을 소정 횟수 전극(83)에 공급해도 플라즈마가 발생하지 않는 경우에는, 어떠한 이상이 있다고 판단하고, 제어부(120)는 이상 경보 수단(150)에 이상 알람을 발보시키는 제어를 행한다.
이와 같이, 이상 경보 수단(150)은 성막 처리시 뿐만 아니라, 전하 축적 제어를 행하고 있을 때에도 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 성막 장치는 방전 검출기(140)를 갖는다. 방전 검출기(140)는 플라즈마 방전의 발생을 검출하기 위한 센서이며, 예를 들어, 하우징(90)의 상방에 설치된다. 방전 검출기(140)는, 예를 들어, 소정 휘도 이상의 밝기를 검출하는 센서가 사용되어도 좋다. 플라즈마 방전이 발생하면, 플라즈마 공간(10)이 밝아지므로, 밝기를 검출하는 방전 검출기(140)를 하우징(90)의 상방에 배치하면, 하우징(90)은 투명하므로, 하우징(90)의 플라즈마 창을 통하여 밝기가 소정 휘도 이상인 것을 검출할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 방전의 발생을 검출할 수 있다.
또한, 방전 검출기(140)의 검출 신호는 제어부(120)에 송신되어, 제어부(120)가 행하는 전하 축적 제어에 이용된다.
다음에, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법에 대해 설명한다. 플라즈마 처리 장치로서는, 상술한 성막 장치를 예를 들어 설명한다. 또한, 이미 설명한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 처리 플로우의 일례를 나타낸 도면이다.
스텝 S100에서는, 조작 스위치(130)(도 1 참조)가 온이 된 것을 제어부(120)가 검출한다. 조작 스위치(130)는 운전자에 의해 조작되어도 좋고, 자동으로 온이 되어도 좋다. 조작 스위치(130)가 온이 되면, 조작 스위치 온 신호가 제어부(120)에 송신되어, 제어부(120)는 조작 스위치(130)가 온이 된 것을 검출한다.
스텝 S110에서는, 전회의 플라즈마 처리 장치(성막 장치)의 운전 종료로부터, 조작 스위치(130)가 온이 검출되었을 때의 시간 간격이, 소정의 시간 간격을 초과했는지 여부를 제어부(120)가 판정된다. 전회의 플라즈마 처리 장치의 운전 종료 시각은 타이머(123)에 의해 계측되어, 메모리(122)에 기억되어 있어도 좋다. 그리고, 조작 스위치(130)가 온을 검출하면, 메모리(122)에 기억된 전회의 운전 종료 시각과, 조작 스위치 온 시각의 시간 간격을 CPU(121)가 산출하고, 산출된 시간 간격이 미리 설정된 소정의 시간 간격을 초과했는지 여부를 판단해도 좋다.
소정의 시간 간격은 플라즈마 처리 장치가, 통상의 플라즈마 처리의 운전 조건에서 운전을 개시했을 때에 플라즈마 방전이 발생하기 어렵게 되는 시간 간격에 기초해서 정해져도 좋다. 예를 들어, 전회의 운전 종료시로부터 30분 경과하면 플라즈마가 발생하기 어렵게 되는 경우에는, 소정의 시간 간격을 30분으로 설정해도 좋다. 이와 같이, 소정의 시간 간격은 플라즈마 처리 장치나 처리 내용에 따라서 개별로 적절한 시간 간격이 정해져도 좋다. 예를 들어, ALD법을 사용한 상술한 성막 장치에서 600℃, 1.8Torr의 고온 고압 조건 하에서 SiO2를 성막하는 경우에는, 30분 이상의 시간 간격이 존재하면 플라즈마가 발생하기 어렵게 되므로, 이와 같은 경우에는 소정의 시간 간격을 30분으로 설정해도 좋다. 또한, 2시간 간격을 두면 플라즈마 방전이 발생하기 어렵게 되는 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 프로세스이면, 2시간을 소정의 시간 간격으로 설정해도 좋다. 이와 같이, 소정의 시간 간격은 용도에 따라서 다양하게 설정할 수 있지만, 예를 들어, 30분 내지 5시간의 범위로 설정해도 좋다.
스텝 S110에서, 조작 스위치(130)가 온일 때가 소정의 시간 간격을 초과했다고 제어부(120)가 판정했을 때에는, 스텝 S120으로 진행한다. 한편, 소정의 시간 간격을 초과하지 않았다고 판정했을 때에는, 스텝 S150으로 진행하고, 전하 축적 제어를 행하지 않고 플라즈마 처리(성막 처리)로 이행한다. 시간 간격이 크지 않으므로, 그대로 통상 운전을 행하면, 문제없이 플라즈마가 발생한다고 생각되기 때문이다.
스텝 S120에서는, 제어부(120)로부터의 지령에 의해, 고주파 전원(85)으로부터 소정의 전하 축적용 고주파 전력이 전극(83)에 공급된다. 소정의 전하 축적용 고주파 전력은, 본래의 플라즈마 처리로 공급되는 고주파 전력보다도 낮은 고주파 전력을 갖는다. 예를 들어, 처리실(1) 내의 온도가 600℃, 압력이 1.8Torr이며, 처리 가스로서 Si 가스, O3 가스, 플라즈마 가스로서 Ar, NH3을 사용하는 SiO2 성막 프로세스이며, 3300W의 고주파를 전극(83)에 인가하는 플라즈마 처리 프로세스에서는, 700W, 800W 등의 레벨의 그 상태로는 플라즈마가 먼저 발생하지 않을 레벨로부터 전하 축적용 고주파 전력의 공급을 개시한다.
또한, 소정의 전하 축적용 고주파 전력은 0 콤마 수초 내지 수초 정도의 시간을 1회로서, 간헐적으로 복수회 공급하는 것이 바람직하다. 장시간 인가하면, 정합기(84)의 정합 기능에 이상이 발생하는 경우가 있으므로, 길어도 수초 이하 정도의 시간을 1회로서 전하 축적용 고주파 전력을 전극(83)에 공급하도록 한다.
또한, 도 11의 처리 플로우에 있어서는, 스텝 S120에서는, 1회만 전하 축적용 고주파 전력을 공급한다. 즉, 전하 축적용 고주파 전력을 복수회 간헐적으로 전극(83)에 공급하는 경우에는, 처리 플로우적으로는, S120 내지 S140의 사이를, 공급의 횟수만큼 순환하게 된다. 그러나, 내용적으로는, 본 스텝에서 전하 축적용 고주파 전력의 공급 방법을 설명한 쪽이, 이해가 용이하므로, 전하 축적용 고주파 전력을 복수회 공급하는 경우에 대해서도, 여기서 설명한다.
전하 축적용 고주파 전력을 복수회 간헐적으로 공급하는 경우, 낮은 출력으로부터 공급을 개시하고, 서서히 출력을 올려 가는 것이 바람직하다. 예를 들어, 700W로부터 스타트하면, 다음 공급시는 800W, 또 다음 공급시는 900W, 그 위에 다음은 1000W의 공급, 그리고 다음은 1500W의 공급이라고 하는 것처럼, 서서히 고주파 전력을 증가시켜 가는 것이 바람직하다. 연속적으로 플라즈마 처리 장치가 운전되고, 플라즈마 방전이 계속적으로 발생하는 경우에는, 유전체인 하우징(90)의 내벽에는 전하가 축적되어, 방전이 발생하기 쉬운 상태로 되어 있다. 그러나, 운전 종료로부터 일정 시간이 경과하면, 그것들의 전하는 하우징(90) 부근으로부터 이동해서 도피하게 되어, 전하가 소멸된 상태로 되어 있다. 특히, 600℃ 정도의 고온의 프로세스를 행한 경우에는, 고온의 처리실(1) 내부와 상온의 처리실(1) 외부의 온도차가 크지만, 전하는 고온의 장소로부터 저온의 장소로 이동하기 쉽기 때문에, 하우징(90)의 내벽으로부터 처리실(1) 외부로의 전하의 이동이 현저하고, 내면에 잔류되는 전하도 적다. 따라서, 전하 축적 공정에서는, 전하가 소멸된 상태를 원상태로 되돌릴 필요가 있지만, 고주파 전력을 공급할 수 있는 개소는 전극(83)만이므로, 전극(83)을 경유하여, 서서히 하우징(90)을 포함하는 처리실(83)의 내면에 전하를 축적시키는 방식이 바람직하다. 전하 축적 공정에서는, 완전히 처리실(1) 내가 플라즈마를 발생할 수 있는 상태로 복귀된 것을 확인하기 위해, 전하 축적 공정에서 사용하는 저출력의 고주파 전력을 사용해서, 플라즈마 방전을 발생시키는 것이 바람직하다. 그와 같은 플라즈마 방전을 발생시키기 위해서는, 처리실(1)의 내면에 충분히 전하를 축적할 필요가 있지만, 우선은 전극(83)에 전하를 축적시켜, 계속해서 그 이전의 하우징(90)이라고 하는 바와 같이, 확실하게 또한 빠르게 전하를 축적시켜 가는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법에서는, 처음에는 방전이 먼저 발생하지 않을 정도의 출력 고주파 전력을 공급하고, 서서히 고주파 전력을 증가시켜 저출력의 플라즈마 방전의 발생까지 확실하게 또한 빠르게 갖고 가도록 한다.
스텝 S130에서는, 플라즈마 방전이 미발생인지 여부가 판정된다. 플라즈마 방전이 발생했을 때에는, 방전 검출기(140)에 의해 방전을 검출하고, 방전 검출기(140)로부터 제어부(120)에 방전 검출 신호가 송신되고, 제어부(120)가, 플라즈마 방전이 발생했다는 판정을 행한다. 한편, 방전 검출기(140)에 의해 방전이 검출되지 않고, 제어부(120)가 방전 검출 신호를 수신하지 않는 한, 제어부(120)는 플라즈마 방전이 미발생이라는 판정을 행한다.
스텝 S130에서, 제어부(120)가, 플라즈마 방전이 발생했다고 판정했을 때에는, 처리실(1) 내를 플라즈마 생성 가능한 상태로 한다고 하는 전하 축적 공정의 목적은 달성되었으므로, 스텝 S150으로 진행하고, 목적으로 하는 성막 등의 플라즈마 처리를 행한다. 한편, 제어부(120)가, 플라즈마 방전은 미발생이라고 판정했을 때에는, 스텝 S140으로 진행한다.
스텝 S140에서는, 전하 축적 공정에서, 최대한의 고주파 전력으로 설정되어 있는 전하 축적용 최대 고주파 전력을, 최대한의 공급 횟수로서 설정한 소정 횟수 전극(83)에 공급했는지 여부를 제어부(120)가 판정한다. 전하 축적용 최대 고주파 전력은, 전하 축적 공정에서 사용하는 고주파 전력의 최대 출력이며, 기본적으로는, 전하 축적용 최대 고주파 전력을 간헐적으로 소정 횟수 공급할 때까지는, 처리실(1) 내에서 플라즈마 방전이 발생하는 설정으로 되어 있다. 따라서, 소정 횟수 전극(83)에 공급해도 플라즈마 방전이 발생하지 않는 경우에는, 어떤 다른 이상이 플라즈마 처리 장치에 발생하고 있다고 생각된다.
따라서, 스텝 S140에서, 전하 축적용 최대 고주파 전력을 최대한의 소정 횟수 전극(83)에 공급해도, 플라즈마 방전이 발생하지 않았을 때에는, 스텝 S160으로 진행하여, 이상 알람을 발보하고, 처리 플로우를 종료한다. 또한, 이상 알람의 발보에 대해서는, 제어부(120)가, 이상 경보 수단(150)에 동작 지령을 송신하고, 스피커(151), 경보등(152) 등이 이상 알람을 발하도록 해도 좋다.
한편, 고주파 전원(85)이, 전하 축적용 최대 고주파 전력을 출력하고 있지 않거나, 또는 전하 축적용 최대 고주파 전력을 출력하고 있어도, 아직 최대 횟수에 도달하고 있지 않다고 제어부(120)가 판정했을 때에는, 스텝 S120으로 되돌아가, 소정의 시간 간격을 두고 다음의 전하 축적용 고주파 전력을 전극(83)에 공급한다.
스텝 S120 내지 S140은, 스텝 S130에서 플라즈마 방전이 발생했거나, 또는 스텝 S140에서 전하 축적용 최대 고주파 전력을 최대 횟수 공급했다고 판정될 때까지, 순환해서 반복되게 된다. 또한, 스텝 S120에서는, 전하 축적용 고주파 전력의 출력을 서서히 올리거나, 또는 전하 축적용 최대 고주파 전력을 계속적으로 공급하는, 등의 고주파 전력의 설정이, 필요에 따라서 순환할 때마다 행해진다.
이와 같이, 전하 축적 공정에서는, 플라즈마 방전이 발생하면, 본래의 플라즈마 처리 공정에 들어갈 준비가 갖추어졌다고 판단해서 전하 축적 공정을 종료하는 한편, 전하 축적 공정을 최대한 행해도, 플라즈마 방전이 발생하지 않았으면, 이상이 있다고 판단해서 플라즈마 처리 장치의 점검을 행함으로써, 전하 축적 공정을 종료시킨다. 이러한 전하 축적 공정을 실시함으로써, 목적으로 하는 플라즈마 처리 공정에서 확실하게 플라즈마 방전을 발생시킬 수 있어, 플라즈마 방전이 발생하지 않는 것에 의한 불량품의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 처리 플로우의 일례를 나타낸 도면이다. 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법에서는, 도 11에 도시한 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법의 처리 플로우에, 스텝 S115를 추가한 점만이 다르다.
스텝 S100, S110의 내용은, 도 11에 있어서의 설명과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
스텝 S110에서, 플라즈마 처리 장치의 정지 시간이, 소정의 시간 간격을 초과했다고 제어부(120)가 판정했을 때에는, 스텝 S115로 진행한다.
스텝 S115에서는, 제어부(120)가, 본래의 플라즈마 처리 공정보다도 플라즈마 방전이 발생하기 쉬운 조건으로 처리 조건을 변경한다. 구체적으로는, 플라즈마 방전은, 고압하보다도, 저압하의 쪽이 발생하기 쉽다. 즉, 성막 공정에서는, 막의 밀착성을 좋게 하기 위해 처리실(1) 내를 고압하로 할 필요가 있지만, 성막을 행하지 않고 플라즈마 방전만을 발생시키는 경우에는, 처리실(1) 내를 성막 공정보다도 저압으로 한 쪽이, 플라즈마가 발생하기 쉽다. 따라서, 예를 들어, 처리실(1) 내의 압력을 1.8Torr로 설정해서 성막 공정을 행하는 경우에는, 압력을 저하시켜 1.0Torr로 설정해서 전하 축적 공정을 행하도록 한다. 이에 의해, 전하 축적 공정에서, 보다 단시간에 플라즈마 방전을 발생시킬 수 있어, 전하 축적 공정을 빠르게 종료해서 본래의 목적으로 하는 플라즈마 처리 공정(성막 공정)에 포함시킬 수 있다. 또한, 처리실(1) 내의 압력 변경은 제어부(120)가 압력 조정부(65)를 제어하고, 전하 축적 공정용의 소정의 압력에 처리실(1) 내를 조정해도 좋다.
또한, 플라즈마 방전이 발생하기 쉽도록, 플라즈마 처리 공정과 혼합 비율이 다른 플라즈마 가스를 사용하거나, 플라즈마 처리 공정과 다른 플라즈마 가스를 사용하거나 하도록 해도 좋다. 예를 들어, 플라즈마 처리 공정(성막 공정)에서, Ar과 O3의 혼합 가스를 플라즈마 가스로서 사용하는 경우에, 전하 축적 공정에서는, Ar과 NH3의 혼합 가스를 플라즈마 가스로서 사용하고, 가스의 종류를 변경하도록 해도 좋다. 또한, 플라즈마 가스의 변경은, 예를 들어, 제어부(120)로부터, 그와 같은 가스 종류의 변경을 하는 지령을, 플라즈마 가스 공급 라인에 설치된 유량 제어 밸브에 보내거나, 플라즈마 가스 공급원을 전환하는 전환 밸브에 보내거나 해서 행해도 좋다.
이와 같이, 본 스텝에 있어서는, 플라즈마 처리 공정보다도 플라즈마 방전이 발생하기 쉬운 조건으로 다양한 설정을 변경하고, 플라즈마 발생까지의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 상기의 예에서는, 처리실(1) 내의 압력과, 플라즈마 가스를 변경하는 예를 들어 설명했지만, 플라즈마가 발생하기 쉽게 되는 다양한 다른 항목에 대해서도, 본 스텝에 의해 조건을 변경할 수 있다.
스텝 S115에서 조건을 변경한 후는, 스텝 S120으로 진행한다. 스텝 S120에서는, 고주파 전원(85)으로부터, 전하 축적용 고주파가 전극(83)에 인가되지만, 스텝 S120 이후의 스텝 S120 내지 S160은, 도 11의 내용과 마찬가지이다. 따라서, 동일한 스텝 번호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
실시 형태 2에 따른 플라즈마 처리 장치의 운전 방법에 의하면, 전하 축적 공정에서, 보다 단기간에 플라즈마 방전을 발생시켜, 보다 빠르게 플라즈마 처리 공정으로 이행할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 전하 축적 공정에서 플라즈마 방전을 발생시킬 때까지 전하 축적용 고주파를 전극(83)에 인가하는 예를 들어 설명했지만, 플라즈마 방전을 발생시키지 않는 경우라도, 처리실(1)의 내면에 전하를 축적시켜, 플라즈마 처리 공정에서 플라즈마 방전을 발생시키기 쉽게 하는 일정한 효과는 얻어지므로, 플라즈마 방전의 발생은 반드시 필수적이지 않다.
[실험 결과]
다음에, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 플라즈마가 발생하기 어렵게 된 상태가, 어떻게 야기될지를 조사하기 위해 행한 실험 결과에 대해 설명한다.
도 13은 실험을 행했을 때의 조건을 나타낸 표이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 주된 조건은 처리실(1) 내의 온도는 600℃, 압력은 1.8Torr, 회전 속도는 10rpm, 플라즈마 가스의 종류와 유량은, Ar 가스가 15000sccm, NH3 가스가 100sccm이다. 또한, 고주파 전원(85)은 가변이며, 전극(83)을 냉각하는 냉각수의 전기 전도성은 1.5mS/m이다. 또한, 방전을 평가하는 오실로스코프는 0.004sec의 샘플링 주기이며, 분리 영역 등의 퍼지 영역에는 N2 가스가 공급되어 있다.
도 14는 처리실(1) 내를 400℃로 한 경우와 600℃로 한 경우의 플라즈마 방전을 비교한 도면이다. 도 14a는 처리실(1) 내를 400℃로 한 경우의 플라즈마 방전을 도시한 도면이며, 도 14b는 처리실(1) 내를 600℃로 한 경우의 플라즈마 방전을 도시한 도면이다.
도 14a, 도 14b에 있어서, 횡축은 시간 T[초], 종축은, 전극(83)의 양단에 가해지는 전압의 Peak to Peak값(최대로부터 최소까지의 진폭값) Vpp[V]이다. 도 14a, 도 14b 중 어느 하나에 있어서도, 파형의 피크가 플라즈마 방전 발생의 타이밍을 나타내고 있고, 양쪽 모두, 0.05초 내에, 6,000V 이하의 고주파 전압의 인가로 플라즈마 방전이 발생하고 있다. 도 14a와 도 14b의 특성은, 큰 상위점이 없고, 400℃라도, 600℃라도, 플라즈마 방전의 발생에는 큰 차가 없는 것이 나타내어져 있다.
도 15는 전회의 플라즈마 처리로부터 12시간 경과하고 나서 플라즈마 방전을 발생시켰을 때의 Vpp의 전압값을 나타낸 도면이다. 도 15a는 처리실(1) 내를 600℃로 했을 때의 1회째의 플라즈마 방전의 Vpp값의 시간 변화, 도 15b는 처리실(1) 내를 600℃로 하고, 10회 플라즈마 방전을 발생시켰을 때의 각 Vpp값을 나타낸 도면이다. 또한, 도 15c는 처리실(1) 내를 400℃로 했을 때의 1회째의 플라즈마 방전의 Vpp값의 시간 변화, 도 15d는 처리실(1) 내를 400℃로 하고, 10회 플라즈마 방전을 발생시켰을 때의 각 Vpp값을 나타낸 도면이다.
도 15a, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 12시간의 시간 간격을 두고 600℃의 처리실(1) 내에서 플라즈마 방전을 발생시킨 경우에는, 10000V를 초과하는 고주파 전압이 인가되어 겨우 플라즈마 방전이 발생한다.
또한, 도 15c, 도 15d에 도시하는 바와 같이, 12시간의 시간 간격을 두고 400℃의 처리실(1) 내에서 플라즈마 방전을 발생시킨 경우에는, 8000V를 초과하는 고주파 전압이 인가되어 플라즈마 방전이 발생한다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 시간 간격을 두지 않고 플라즈마 방전을 발생시킨 경우에는, 6000V 미만에서 플라즈마 방전이 발생하고 있었지만, 12시간이나 간격을 두면, 8000V를 초과하는 고주파 전압을 인가하지 않으면 플라즈마 방전이 발생하지 않게 된다. 또한, 보다 고온의 600℃의 처리실(1)에서는, 10000V를 초과하는 고주파 전압을 인가하지 않으면 플라즈마 방전이 발생하지 않는다. 이와 같이, 전회의 플라즈마 방전 발생으로부터 큰 시간 간격을 두면, 플라즈마 방전을 발생시키기 위해 보다 높은 고주파 전압을 인가하지 않으면 안되고, 또한, 그 고주파 전압의 상승 비율은, 보다 고온의 처리실(1)이 높아지는 것이 나타났다.
도 16은 플라즈마 방전을 발생시킬 때에 인가하는 고주파 전압이, 시간 간격의 크기에 의해 어떻게 변화할지를 나타낸 도면이다. 도 16a는 플라즈마 방전을 발생시켰을 때의 Vpp의 시간 변화를 나타낸 도면이며, 도 16b는 시간 간격의 크기와 Vpp의 피크값의 크기와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 16b에 도시되는 바와 같이, 경과 시간이 30분을 초과하면, Vpp의 피크값은 6000V를 초과하게 되어, 1시간 이상에서는 10000V 이상으로 되어 버린다. 따라서, 경과 시간이 30분을 초과했을 때에는, 전하 축적 공정을 실시하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, 도 16a에 있어서도, 도 16b와 합치하는 결과가 얻어져 있고, 경과 시간이 30분을 초과하면 Vpp의 피크값이 6000V를 초과하고, 특히, 경과 시간이 1시간을 초과했을 때에는, Vpp의 피크값이 10000V를 초과하게 되는 것이 나타내어져 있다. 이러한 결과로부터, 전회의 플라즈마 처리 공정의 실시로부터 30분을 경과하고 나서 프로세스를 재개하는 경우에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 전하 축적 공정을 실시하는 것이 바람직하고, 1시간을 초과한 경우에는, 반드시 전하 축적 공정을 실시하는 설정으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
[실시예]
계속해서, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법을 실시한 실시예에 대해 설명한다.
도 17은, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 의한 전하 축적 공정을 실시했을 때의 전하 축적용 고주파 전력의 공급 패턴을 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는, 플라즈마 처리를 실시할 때에 3300W의 고주파 전력을 10초간 전극(83)에의 공급하는 경우에서, 전하 축적 공정에서의 제1회째의 전하 축적용 고주파 전력은 700W의 출력으로 1.5초의 전극(83)에의 공급, 제2회째의 전하 축적용 고주파 전력은 800W의 출력으로 1.5초의 공급, 제3회째의 전하 축적용 고주파 전력은 900W의 출력으로 1.5초의 공급, 제4회째의 전하 축적용 고주파 전력은 1000W의 출력으로 1.5초의 공급, 그 후는 1500W를 전하 축적용 최대 고주파 출력 전력으로 하고, 이를 10회까지 공급하는 것을 최대한의 허용 공급 횟수로 했다. 또한, 도 17에 있어서는, 전하 축적용 최대 고주파 전력의 공급은 1회만 나타내어져 있지만, 1500W의 고주파 전력을 1회 공급해도 플라즈마 방전이 발생하지 않고, 이 공급을 복수회 반복하는 경우에는, 1500W의 출력으로 1.5초의 공급이 반복되게 된다.
또한, 고주파 전력을 공급하는 간격은, 정합기(84)의 성능에 따라서, 0 콤마 수초 내지 수초의 간격으로 적절히 설정할 수 있다. 또한, 처리실(1) 내의 압력, 온도 등의 조건은, 도 13에 도시한 조건과 마찬가지이다.
도 18은 전회의 플라즈마 처리 종료로부터의 경과 시간을 1시간으로 했을 때의 제1 실시예의 결과를 나타낸 도면이다. 제1 실시예에서는, 전하 축적 공정에서, 700W의 출력의 고주파를 인가했을 때에는, 완만한 플라즈마 방전만 발생했지만, 다음의 800W의 출력의 고주파 전력을 공급했을 때에는, 플라즈마 방전이 발생했다. 이후의 900W, 1000W, 1500W에서는 당연히 플라즈마 방전이 발생하고, 본래의 플라즈마 처리 공정으로 이행하고, 3300W의 고주파 전력을 전극(83)에 공급한 경우도, 정상적으로 플라즈마 방전이 발생했다.
도 19는 전회의 플라즈마 처리 종료로부터의 경과 시간을 3시간으로 했을 때의 제2 실시예의 결과를 나타낸 도면이다. 제2 실시예에서는, 전하 축적 공정에서, 제1회째의 700W 및 제2회째의 800W의 출력의 고주파 전력을 공급했을 때에는, 완만한 플라즈마 방전만 발생했지만, 다음의 900W의 출력의 고주파 전력을 공급했을 때에는, 플라즈마 방전이 발생했다. 이후의 1000W, 1500W에서는 당연히 플라즈마 방전이 발생하고, 본래의 플라즈마 처리 공정으로 이행하고, 3300W의 고주파 전력을 전극(83)에 공급한 경우도, 정상적으로 플라즈마 방전이 발생했다.
도 20은 전회의 플라즈마 처리 종료로부터의 경과 시간을 16시간으로 했을 때의 제3 실시예의 결과를 나타낸 도면이다. 제3 실시예에서는, 전하 축적 공정에서, 제1회째 내지 제3회째의 700W 내지 900W의 출력의 고주파 전력을 공급했을 때에는, 플라즈마 방전이 발생하지 않고, 제4회째의 1,000W의 출력의 전력 공급에서 완만한 플라즈마 방전이 발생하고, 다음의 1500W의 출력의 고주파 전력을 공급했을 때에는, 플라즈마 방전이 발생했다. 계속해서, 본래의 플라즈마 처리 공정으로 이행하고, 3300W의 고주파 전력을 전극(83)에 공급한 경우도, 정상적으로 플라즈마 방전이 발생했다.
이와 같이, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 실시예에 있어서도, 전하 축적 공정에서 플라즈마 방전을 발생시키고, 본래의 플라즈마 처리 공정으로 이행했을 때에도, 적절하게 플라즈마 방전을 발생시킬 수 있었다.
본 발명의 실시 형태 및 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에서는, 플라즈마 처리 장치를 성막 장치로 구성하고, 그 운전 방법에 대해 주로 설명을 행했지만, 플라즈마 처리를 행하는 장치이면, 에칭 장치 등, 다른 플라즈마 처리 장치에도 적절하게 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 그 운전 방법에 의하면, 플라즈마 처리 장치를 장시간 정지한 경우라도, 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 추가할 수 있다.

Claims (20)

  1. 소정의 출력을 갖는 제1 고주파 전력을 전극에 공급해서 플라즈마를 발생시키고, 피처리체에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치의 운전 방법이며,
    상기 플라즈마 처리 장치의 전회의 운전 종료로부터의 시간 간격이 소정 간격을 초과했을 때에, 상기 소정의 출력보다도 작은 출력을 갖는 제2 고주파 전력을 상기 전극에 간헐적으로 복수회 공급하는 전하 축적 공정을 행하고 나서 상기 플라즈마 처리를 행하는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적 공정은, 플라즈마가 발생하면 종료되는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전하 축적 공정은, 직전에 상기 전극에 공급한 상기 제2 고주파 전력의 출력보다도 큰 출력을 갖는 상기 제2 고주파를 상기 전극에 공급하는 시퀀스를 포함하는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시퀀스는, 제1회째의 고주파 전력으로부터, 상기 제2 고주파 전력의 출력이 소정의 축적용 최대 고주파 전력에 도달할 때까지 행해지는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 고주파 전력이 상기 소정의 축적용 최대 고주파 전력에 도달한 후는, 상기 소정의 축적용 최대 고주파 전력이 상기 전극에 소정 횟수를 최대 한도로서 공급되는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소정의 축적용 최대 고주파 전력이 상기 전극에 상기 소정 횟수 공급되어도 플라즈마가 발생하지 않았을 때에는, 이상 알람을 출력하는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 소정의 축적용 최대 고주파 전력은, 상기 제1 고주파 전력의 상기 소정의 출력의 절반 이하인, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소정 간격은, 30분 내지 2시간의 범위 내인, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적 공정을, 상기 플라즈마 처리를 행하는 압력보다도 저압으로 설정하여 행하는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적 공정을, 상기 플라즈마 처리에 사용하는 플라즈마 가스보다도 플라즈마가 발생하기 쉬운 플라즈마 가스를 사용하여 행하는, 플라즈마 처리 장치의 운전 방법.
  13. 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리실과,
    상기 처리실 내에 플라즈마 가스를 공급하는 플라즈마 가스 공급 수단과,
    상기 플라즈마 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위해 상기 처리실 내에 도입하는 전계 및/또는 자계를 발생시키기 위한 전극과,
    상기 전극에 고주파 전력을 가변으로 공급 가능한 고주파 전원과,
    상기 처리실 내에서의 전회의 상기 플라즈마 처리의 종료시로부터의 경과 시간을 계측하는 시간 계측 수단과,
    상기 플라즈마 처리를 개시시키기 위한 조작 스위치와,
    상기 조작 스위치가 조작되고, 상기 플라즈마 처리를 개시할 때에, 상기 시간 계측 수단에 의해 계측된 상기 경과 시간이 소정의 시간 간격보다 짧을 때에는, 상기 고주파 전원의 상기 고주파 전력을 소정의 처리용 고주파 전력으로 설정하여 상기 플라즈마 처리를 즉시 행하고, 상기 경과 시간이 상기 소정의 시간 간격보다 길 때에는, 상기 고주파 전원의 상기 고주파 전력을 상기 소정의 처리용 고주파 전력보다도 작은 전하 축적용 고주파 전력을 상기 전극에 공급하는 전하 축적 제어를 행한 후에 상기 플라즈마 처리를 행하는 제어 수단을 갖는, 플라즈마 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 전하 축적용 고주파 전력을 간헐적으로 복수회 상기 전극에 공급시키는 상기 전하 축적 제어를 행하는, 플라즈마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 전하 축적용 고주파 전력을 상기 전극에 공급해서 플라즈마가 발생했을 때에는, 상기 전하 축적 제어를 종료시키는 제어를 행하는, 플라즈마 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 직전에 상기 전극에 공급한 상기 전하 축적용 고주파 전력보다도 큰 상기 전하 축적용 고주파 전력을 상기 전극에 공급하는 시퀀스를 실행하는, 플라즈마 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 시퀀스를, 제1회째의 상기 전하 축적용 고주파 전력으로부터, 상기 전하 축적용 고주파 전력이 소정의 전하 축적용 최대 고주파 전력에 도달할 때까지 행하는, 플라즈마 처리 장치.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서,
    상기 처리실 내의 압력을 변화시키는 압력 가변 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 전하 축적 제어를, 상기 압력 가변 수단에 의한 설정 압력을, 상기 플라즈마 처리를 행하는 압력보다도 낮은 압력으로 제어하여 행하는, 플라즈마 처리 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 전하 축적 제어를, 상기 플라즈마 가스 공급 수단으로부터, 상기 플라즈마 처리에 사용하는 플라즈마 가스보다도 플라즈마가 발생하기 쉬운 플라즈마 가스를 상기 처리실에 공급시켜 행하는, 플라즈마 처리 장치.
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