KR101895099B1 - 클리닝 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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미츠히로 도무라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 가스 유로, 가스 공급 구멍 및 기판 처리 장치의 처리 용기에 부착된 반응 생성물을 효율적으로 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공하는 것.
(해결 수단) 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련된, 기판을 유지하는 유지부와, 상기 처리 용기 내에 마련된, 상기 유지부와 대향하는 전극판과, 처리 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 기판의 제 1 면 내 위치에 대응하는 제 1 영역과, 상기 제 1 면 내 위치와는 상기 기판의 면 내 위치가 상이한 제 2 면 내 위치에 대응하는 제 2 영역으로 구획된 복수의 가스 유로가 형성되고, 상기 처리 가스를, 상기 가스 공급원으로부터 상기 복수의 가스 유로를 거쳐서 상기 유지부와 상기 전극판 사이의 공간에 토출하는 가스 공급부와, 상기 유지부 또는 상기 전극판의 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 공간 내의 상기 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원을 갖는 기판 처리 장치의 클리닝 방법으로서, 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 1 유량을, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 2 유량보다 작게 하여, 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 복수의 가스 유로 중 상기 제 1 영역에 대응하는 제 1 가스 유로를 클리닝하는 제 1 클리닝 공정과, 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 3 유량을, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 4 유량보다 크게 하여, 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 복수의 가스 유로 중 상기 제 2 영역에 대응하는 제 2 가스 유로를 클리닝하는 제 2 클리닝 공정을 갖는 클리닝 방법.

Description

클리닝 방법 및 기판 처리 장치{CLEANING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 클리닝 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
기판 처리 장치로서 플라즈마를 사용하여 반도체 디바이스용 웨이퍼 등의 기판에 대하여, 에칭 등의 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치가 널리 알려져 있다.
플라즈마 처리 장치는, 예컨대, 내부에 플라즈마가 발생하는 처리 용기, 대향하여 마련된 상부 전극 및 하부 전극, 및, 이 상부 전극 및 하부 전극 사이의 공간에 가스 공급 구멍을 거쳐서 처리 가스를 공급하는 가스 공급부 등을 갖고 구성된다. 그리고, 대향하여 마련된 상부 전극 및 하부 전극의 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 인가하여, 그 전계 에너지에 의해 처리 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성하고, 생성된 방전 플라즈마에 의해 기판에 플라즈마 처리를 실시한다.
플라즈마 처리 장치에 있어서, 퇴적성의 반응 가스를 처리 가스로서 이용한 경우, 처리 가스로부터 생긴 반응 생성물이, 처리 용기나 가스 공급 구멍의 내부 표면(내벽)에 부착된다. 반응 생성물의 부착은, 제조되는 반도체 디바이스로의 파티클 부착에 의한 결함이나, 플라즈마 처리 장치의 고장의 원인이 된다. 그 때문에, 특허 문헌 1에 예시되는 바와 같이, 소정 기간마다 처리 용기 내에 부착된 반응 생성물을 제거하기 위한 클리닝 처리가 행해진다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2007-214512호 공보
그렇지만, 특허 문헌 1의 방법에서는, 처리 가스를 공급하는 가스 공급부의 가스 유로 및 가스 공급 구멍에 부착된 반응 생성물의 클리닝 효과가 낮다고 하는 문제점을 갖고 있었다.
상기 과제에 대하여, 가스 유로, 가스 공급 구멍 및 기판 처리 장치의 처리 용기에 부착된 반응 생성물을 효율적으로 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공한다.
일 형태에서는, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련된, 기판을 유지하는 유지부와, 상기 처리 용기 내에 마련된, 상기 유지부와 대향하는 전극판과, 처리 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 기판의 제 1 면 내 위치에 대응하는 제 1 영역과, 상기 제 1 면 내 위치와는 상기 기판의 면 내 위치가 상이한 제 2 면 내 위치에 대응하는 제 2 영역으로 구획된 복수의 가스 유로가 형성되고, 상기 처리 가스를, 상기 가스 공급원으로부터 상기 복수의 가스 유로를 거쳐서 상기 유지부와 상기 전극판의 사이의 공간에 토출하는 가스 공급부와, 상기 유지부 또는 상기 전극판의 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 공간 내의 상기 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원을 갖는 기판 처리 장치의 클리닝 방법으로서, 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 1 유량을, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 2 유량보다 작게 하여, 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 복수의 가스 유로 중 상기 제 1 영역에 대응하는 제 1 가스 유로를 클리닝하는 제 1 클리닝 공정과, 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 3 유량을, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 제 4 유량보다 크게 하여, 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 복수의 가스 유로 중 상기 제 2 영역에 대응하는 제 2 가스 유로를 클리닝하는 제 2 클리닝 공정을 갖는 클리닝 방법이 제공된다.
가스 유로, 가스 공급 구멍 및 기판 처리 장치의 처리 용기에 부착된 반응 생성물을 효율적으로 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 가스 유로 근방의 개략 확대도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 클리닝 방법의 일례의 흐름도이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 클리닝 방법의 효과의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 클리닝 방법의 종점 검출의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복 설명을 생략한다.
(기판 처리 장치)
우선, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법을 실시할 수 있는 기판 처리 장치의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 클리닝 방법을 실시할 수 있는 기판 처리 장치로서는, 특별히 한정되지 않지만, 피처리체로서의 반도체 웨이퍼 W(이후, 웨이퍼 W라고 부른다)에 RIE(Reactive Ion Etching) 처리나 애싱 처리 등의 플라즈마 처리를 실시할 수 있는 평행 평판형(용량 결합형이라고도 한다)의 플라즈마 처리 장치를 들 수 있다. 또, 본 명세서에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼 W에 대하여 설명하지만, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display) 등에 이용되는 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이더라도 좋다.
도 1에, 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 일례의 개략 구성도를 나타낸다.
기판 처리 장치(1)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 처리 용기(10)와, 이 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(15)을 갖는다. 처리 가스는, 처리의 종류나, 처리 대상막의 종류 등에 따라, 적절하게 선택된다.
처리 용기(10)는 전기적으로 접지되어 있고, 처리 용기(10) 내에는 하부 전극(20)(유지부에 대응)과, 이것에 대향하여 평행하게 배치된 상부 전극(25)(전극판에 대응)이 마련되어 있다.
하부 전극(20)은, 피처리체인, 단층막 또는 적층막 등이 형성된 반도체 웨이퍼 W(이하, 웨이퍼 W라고 부른다)를 탑재하는 탑재대로서도 기능한다.
하부 전극(20) 및 상부 전극(25)의 적어도 한쪽, 도 1에서는 하부 전극(20)에는, 2주파 중첩 전력을 공급하는 전력 공급 장치(30)가 접속되어 있다. 전력 공급 장치(30)는, 제 1 주파수의 제 1 고주파 전력(플라즈마 발생용 고주파 전력)을 공급하는 제 1 고주파 전원(32)과, 제 1 주파수보다 낮은 제 2 주파수의 제 2 고주파 전력(바이어스 전압 발생용 고주파 전력)을 공급하는 제 2 고주파 전원(34)을 구비한다. 제 1 고주파 전원(32)은, 제 1 정합기(33)를 거쳐서 하부 전극(20)에 전기적으로 접속된다. 제 2 고주파 전원(34)은, 제 2 정합기(35)를 거쳐서 하부 전극(20)에 전기적으로 접속된다.
제 1 정합기(33) 및 제 2 정합기(35)는, 각각, 제 1 고주파 전원(32) 및 제 2 고주파 전원(34)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이다. 처리 용기(1) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에는 제 1 고주파 전원(32) 및 제 2 고주파 전원(34)의 각각에 대하여, 내부 임피던스와 부하 임피던스가 겉보기에 일치하도록 기능한다.
상부 전극(25)은, 그 주연부를 피복하는 실드 링(40)을 통해서 처리 용기(10)의 천정부에 장치되어 있다. 상부 전극(25)은, 도 1에 나타내는 바와 같이 전기적으로 접지되어 있더라도 좋다. 혹은, 상부 전극(25)을 도시하지 않는 가변 직류 전원과 접속하여, 소정의 직류(DC) 전압이 인가되도록 구성하더라도 좋다.
상부 전극(25)에는, 후술하는 가스 공급원(15)으로부터 도입된 가스를 확산시키는 확산실(50)이 마련되어 있다. 확산실(50) 내에는, 도 1에 예시적으로 나타내는 바와 같이, O링으로 이루어지는 1개 이상의 고리 모양 격벽 부재(26)가 마련되어 있다. 1개 이상의 고리 모양 격벽 부재(26)는, 각각, 상부 전극(25)의 지름 방향, 즉, 처리되는 웨이퍼 W의 면 내 위치에 있어서, 상이한 위치에 배치된다. 도 1의 예에서는, 고리 모양 격벽 부재(26)는, 상부 전극(25)의 지름 방향에 대하여 중심측으로부터, 제 1 고리 모양 격벽 부재(26a), 제 2 고리 모양 격벽 부재(26b), 제 3 고리 모양 격벽 부재(26c)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 확산실(50)은, 중심측으로부터 제 1 확산실(50a), 제 2 확산실(50b), 제 3 확산실(50c) 및 제 4 확산실(50d)로 분할된다. 이 경우, 예컨대, 처리되는 웨이퍼 W의 센터부에 대응하여 제 1 확산실(50a)이, 미들부에 대응하여 제 2 확산실(50b)이, 에지부에 대응하여 제 3 확산실(50c)이, 베리 에지부에 대응하여 제 4 확산실(50d)이 형성된다.
고리 모양 격벽 부재(26)의 수는, 1개 이상이라면 특별히 제한되지 않고, 예컨대 N개의 고리 모양 격벽 부재(26)를 배치하는 것에 의해, N+1개로 분할된 확산실(50)을 설치할 수 있다.
확산실(50a~50d)에는, 각각, 가스 도입구(45a~45d)가 형성되고, 이 가스 도입구(45a~45d)를 거쳐서, 가스 공급원(15)으로부터 각종 가스를 확산실(50a~50d)에 도입할 수 있다.
도 2에, 도 1의 기판 처리 장치(1)의 가스 유로(55) 근방의 확대 개략도를 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(25)에는, 이 확산실(50)로부터의 처리 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하기 위한, 다수의 가스 유로(55a)가 형성되어 있다.
도 1에서는 도시를 생략하고 있지만, 상부 전극(25)의, 하부 전극(20)측의 표면에는, 상부 전극(25)을 플라즈마나 상처로부터 보호함과 아울러, 메탈 오염을 억제하기 위한, 석영 등의 절연성 세라믹스로 구성되는 커버 부재(27)가 배치된다. 커버 부재(27)에도, 전술한 상부 전극(25)의 가스 유로(55a)에 대응하여 가스 유로(55b)가 형성되어 있다. 상부 전극(25)의 가스 유로(55a)는, 커버 부재(27)에 가까운 쪽의 구경이 작아지는 구성을 갖고 있다. 이것에 의해, 외부로부터의 누출 가스의 혼입을 저감할 수 있다.
가스 공급원(15)으로부터의 처리 가스는, 우선, 가스 도입구(45a~45d)를 거쳐서 확산실(50a~50d)에 분배 공급된다. 그리고, 확산실(50)에 공급된 처리 가스는, 가스 유로(55a, 55b)를 거쳐, 커버 부재(27)에 형성된 가스 공급 구멍(28)을 거쳐서, 처리 용기(10) 내에 공급된다. 이상으로부터, 이러한 구성의 상부 전극(25)은, 처리 가스를 공급하는 가스 샤워 헤드로서도 기능한다.
처리 용기(10)의 저면에는 배기구(60)가 형성되어 있고, 배기구(60)에 접속된 배기 장치(65)에 의해 배기가 행해지는 것에 의해, 처리 용기(10) 내를 소정의 진공도로 유지할 수 있다.
처리 용기(10)의 측벽에는, 게이트 밸브 G가 마련되어 있다. 게이트 밸브 G는, 처리 용기(10)로부터 웨이퍼 W의 반입 및 반출을 행할 때에 반출입구를 개폐한다.
또한, 처리 용기(10)의 주위에는, 고리 모양 또는 동심 형상으로 연장되는 도시하지 않는 자석이, 예컨대 상하 2단으로 배치되어 있더라도 좋다. 자석을 배치하는 경우, 하부 전극(20)과 상부 전극(25)의 사이의 공간에는, 고주파 전력에 의해 연직 방향으로 RF 전계가 형성됨과 아울러, 수평 방향으로 자계가 형성된다. 이들 직교 전자계를 이용하는 마그네트론 방전에 의해, 하부 전극(25)의 표면 근방에는 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다.
기판 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는, CPU(Central Processing Unit)(105)와, ROM(Read Only Memory)(110) 및 RAM(Random Access Memory)(115)의 기록 영역을 갖고 있다.
CPU(105)는, 이들 기억 영역에 저장된 각종 레시피에 따라서, 각종 플라즈마 처리(클리닝 처리 에칭 처리, 애싱 처리 등)를 실행한다. 레시피에는 프로세스 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 프로세스 가스 유량, 챔버 내 온도(예컨대, 상부 전극 온도, 챔버의 측벽 온도, ESC 온도) 등이 기재되어 있다. 또, 이들 프로그램이나 처리 조건을 나타내는 레시피는, 하드디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있더라도 좋고, CD-ROM, DVD 등의 휴대성의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태에서, 기억 영역의 소정 위치에 세트하도록 구성되어 있더라도 좋다.
(클리닝 방법)
다음으로, 상술한 기판 처리 장치(1)를 사용한, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법에 대하여 설명한다. 또, 본 실시형태의 클리닝 방법에 근거하는 클리닝 처리시에 있어서, 처리 용기(10) 내의 압력, 전력 공급 장치(30)에 의한 고주파 전력의 출력, 클리닝 시간 등에 대해서는, 당업자가 적절하게 설정할 수 있다.
도 3에, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법의 일례의 흐름도를 나타낸다.
본 실시형태의 클리닝 방법은, 예컨대, 상술한 기판 처리 장치(1)를 이용하여 웨이퍼 W에 RIE 처리 등의 플라즈마 처리를 실시한 후에 실시된다. 웨이퍼 W를 플라즈마 처리할 때에, 처리 가스로부터 생긴 반응 생성물은, 상부 전극(25)의 표면, 처리 용기(10)의 측벽, 가스 공급 구멍(28)의 내부 표면 등에 부착된다. 이 반응 생성물을 제거하기 위해, 이하에 말하는 클리닝 방법이 실시된다. 또, 주로, 상부 전극(25)의 표면이나 처리 용기(10)의 측벽 등에 부착된 반응 생성물을 제거하는 방법은 이미 알려져 있지만, 본 명세서에서는 아울러 설명한다.
우선, S200에서는, 상술한 기판 처리 장치(1)에 있어서, 플라즈마 처리가 실시된 웨이퍼 W를 처리 용기(10)로부터 반출한다. 또, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법은, 웨이퍼 W가 처리 용기(10) 내에 수용된 상태에서 실시하더라도 좋다.
다음으로, S210에서는, 처리 용기(10) 내에 산소 가스를 도입함과 아울러, 하부 전극(20)에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가하여, 산소 가스의 플라즈마를 생성시킨다. 이것에 의해, 산소 가스로부터 산소 라디칼(및 산소 이온)이 생성된다. 산소 라디칼은, 처리 용기(10)의 내벽(및 상부 전극(25)의 표면) 등에 부착된 반응 생성물과 반응하는 것에 의해, 이 반응 생성물을 분해하여 제거한다. 또, 분해된 반응 생성물이나 산소 라디칼 등은, 기판 처리 장치의 배기 장치(65)에 의해 배기구(60)로부터 배출된다.
그렇지만, S210의 공정에서는, 가스 공급 구멍(28)의 내부 표면 등에 부착된 반응 생성물을 제거하는 것은 곤란하다. 도 4에, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법의 효과의 일례를 설명하기 위한 개략도를 나타낸다. 보다 구체적으로는, 도 4는 기판 처리 장치(1)의 가스 공급 구멍(28) 근방의 개략도이다. 도 4에 있어서의 아래 방향의 화살표는, 클리닝 가스의 이동 방향을 개략적으로 나타내는 것이고, 위 방향의 화살표는, 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 발생한 라디칼의 이동 방향을 개략적으로 나타내는 것이다. 또한, 도 4에 있어서의 무늬가 없는 부분은 라디칼의 분포 영역을 개략적으로 나타내는 것이다.
도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 종래의 클리닝 방법에서는, 클리닝 가스인 산소 가스를, 확산실(50)로부터 가스 유로(55a, 55b)를 거쳐서 처리 용기(10)에 높은 유량으로 공급한다. 그 때문에, 처리 용기(10) 내에서 생성한 산소 라디칼은, 처리 용기(10)로부터 가스 유로(55b, 55a)에 들어가는 것이 곤란하다. 그 때문에, 가스 유로(55)상에 부착된 반응 생성물 R은, 상술한 S210의 클리닝 처리에서는, 장시간 처리가 실시된 경우라도, 적어도 일부의 반응 생성물 R이 제거되지 않고서 잔존한다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 고리 모양 격벽 부재(26)에 의해 적어도 2개 이상의 존으로 구획된 확산실(50)에 관하여, 공급되는 클리닝 가스의 유량이 큰 영역과, 공급되는 클리닝 가스의 유량이 작은 영역이 생기도록, 클리닝 가스를 공급한다. 바꿔 말하면, 고리 모양 격벽 부재(26)에 의해 적어도 2개 이상의 존으로 구획된 확산실(50)에 관하여, 웨이퍼 W의 제 1 면 내 위치에 대응하는 제 1 영역에, 제 1 유량으로 클리닝 가스를 공급함과 아울러, 제 1 면 내 위치와는 웨이퍼 W의 면 내 위치가 상이한 제 2 면 내 위치에 대응하는 제 2 영역에, 제 1 유량보다 유량이 큰 제 2 유량으로 클리닝 가스를 공급한다(S220). 바꿔 말하면, 제 1 유량을 제 2 유량보다 작게 하여 클리닝 처리를 실시한다.
제 2 유량으로 클리닝 가스를 도입한 제 2 영역에 대응하는 가스 공급 구멍(28)에서는, 전술한 도 4(a)를 이용하여 설명한 바와 같이, 처리 용기(10) 내에서 생성한 라디칼은 처리 용기(10)로부터 가스 유로(55a, 55b)에 들어가는 것이 곤란하다. 그렇지만, 제 2 유량보다 유량이 작은 제 1 유량으로 클리닝 가스를 도입한 제 1 영역에 대응하는 가스 공급 구멍(28)에서는, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(10) 내에서 생성한 라디칼이, 처리 용기(10)로부터 가스 유로(55a, 55b)에 들어가는 것이 용이하게 된다. 들어간 라디칼은, 가스 유로(55)의 내부 표면상에 부착된 반응 생성물 R을 분해하여 제거한다. 즉, 제 1 영역에 대응하는 가스 유로(55)는, 이 들어간 라디칼에 의해 클리닝된다.
다음으로, 제 1 영역에, 제 3 유량으로 산소 가스를 공급함과 아울러, 제 2 영역에, 제 3 유량보다 유량이 작은 제 4 유량으로 산소 가스를 공급한다(S230). 바꿔 말하면, 제 3 유량을 제 4 유량보다 크게 하여 클리닝 처리를 실시한다.
이것에 의해, 이번에는, 제 2 영역에 대응하는 가스 유로(55)에 산소 라디칼이 들어가는 것이 가능하게 되기 때문에, 제 2 영역에 대응하는 가스 유로(55)도 클리닝된다.
S220에서 공급되는 제 1 유량과 제 2 유량 사이의 유량비는, 한정되지 않지만, 예컨대 0:100~40:60의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, S230에서 공급되는 제 3 유량과 제 4 유량 사이의 유량비는, 한정되지 않지만, 예컨대 100:0~60:40의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 유량과 제 2 유량 사이의 유량비는, 제 4 유량과 제 3 유량 사이의 유량비와 같더라도 좋고 다르더라도 좋다. 도 1의 기판 처리 장치(1)를 이용한 플라즈마 처리의 처리 조건 등에 따라, 가스 유로(55) 에 부착되는 반응 생성물 R은 상이하다. 그 때문에, 반응 생성물 R의 부착량에 따라, 전술한 유량비나 클리닝 시간을 조정하는 것에 의해, 가스 유로(55) 내의 반응 생성물 R을 충분히 제거하는 것이 중요하다.
본 실시형태에 있어서는, 확산실(50)을 고리 모양 격벽 부재(26)에 의해 적어도 2개 이상의 존으로 구획한다. 예컨대, 1개의 고리 모양 격벽 부재(26)를 사용하는 것에 의해, 확산실(50)을, 예컨대 웨이퍼 W의 센터부와 에지부에 대응하는 2개의 존으로 구획할 수 있다. 이 경우, 제 1 영역을 센터부에 대응시키고 제 2 영역을 에지부에 대응시키더라도 좋고, 제 1 영역을 에지부에 대응시키고 제 2 영역을 센터부에 대응시키더라도 좋다.
또한, 다른 형태에서는, 2개의 고리 모양 격벽 부재(26)를 사용하는 것에 의해, 확산실(50)을, 예컨대 웨이퍼 W의 센터부, 미들부, 에지부에 대응하는 3개의 존으로 구획할 수 있다. 이 경우, 예컨대, 제 1 영역을 센터부에 대응시키고 제 2 영역을 미들부 및 에지부에 대응시키더라도 좋고, 그 반대라도 좋다. 또한, 제 1 영역을 센터부 및 미들부에 대응시키고 제 2 영역을 에지부에 대응시키더라도 좋고, 그 반대라도 좋다. 또한, 제 1 영역을 센터부 및 에지부에 대응시키고 제 2 영역을 미들부에 대응시키더라도 좋고, 그 반대라도 좋다.
또한, 다른 형태에서는, 3개의 고리 모양 격벽 부재(26)를 사용하는 것에 의해, 예컨대 웨이퍼 W의 센터부, 미들부, 에지부, 베리 에지부에 대응하는 4개의 존으로 구획할 수 있다. 이 경우도, 제 1 영역 및 제 2 영역의 할당은, 어떠한 조합이더라도 좋다.
즉, 예컨대 N개의 고리 모양 격벽 부재(26)를 배치하는 것에 의해, N+1개로 분할된 확산실(50)을 설치한 경우, N+1개의 확산실을, 당업자는 적절하게 제 1 영역 및 제 2 영역으로 할당할 수 있다. 제 1 유량이 제 2 유량보다 상대적으로 유량이 작은 경우, 우선, S220에서 제 1 영역에 대응하는 가스 유로(55)가 클리닝되고, 그 후, S230에서 제 2 영역에 대응하는 가스 유로(55)가 클리닝된다.
S220 및 S230에 있어서의 클리닝 시간은, 한정되지 않지만, 통상, S210의 클리닝 시간에 대하여, 절반 정도의 클리닝 시간이 된다.
또, S220 및 S230에서는, 가스 유로(55a, 55b)를 효율적으로 클리닝 가능할 뿐 아니라, 상부 전극(25)의 표면, 처리 용기(10)의 측벽 등에 부착된 반응 생성물도 클리닝할 수 있다. 그 때문에, 예컨대 S210에서 설명한 종래의 클리닝 방법과 비교하여, 전체의 클리닝 시간을 저감할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 클리닝 방법은, 후술하는 제 2 실시형태에서 설명하는 바와 같이, 용이하게 정확한 종점 검출이 가능하다고 하는 특징을 갖는다.
S210, S220 및 S230에 의한 클리닝 처리에 있어서, 일례로서 산소 가스를 포함하는 처리 가스를 사용할 수 있다. 이 경우, 산소 이온이나 산소 라디칼이 발생하기 때문에, 기판 처리 장치(1)의 구성 요소의 재질로서 실리콘 등이 사용되고 있으면, 이들이 반응하여 산화규소(SiO2) 등의 산화물이 생성되는 일이 있다. 생성된 산화물은, 예컨대, 상부 전극(25)의 표면, 처리 용기(10)의 측벽 등에 부착된다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서는, S240에서, 처리 용기(10) 내에, 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 도입함과 아울러, 하부 전극(20)에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가하여, 처리 가스의 플라즈마를 생성시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 불소 함유 가스로부터 불소 이온이나 불소 라디칼이 생성된다. 불소 이온이나 불소 라디칼은, 상부 전극(25)의 표면, 처리 용기(10)의 측벽 등에 부착된 산화물과 반응하여 분해한다. 또, 분해된 반응 생성물, 불소 이온, 불소 라디칼 등은, 기판 처리 장치의 배기 장치(65)에 의해 배기구(60)로부터 배출된다.
S240에 있어서의 불소 함유 가스로서는, 예컨대 CxF2x +2 등으로 표현되는 플루오로카본 직쇄 포화형의 가스, 예컨대, CF4, C2F6, C3F8 등을 사용할 수 있다. 또한, 그 밖의 가스를 포함하는 혼합 가스이더라도 좋다.
그리고, S240의 이후에는, 추가의 클리닝 처리(S250)로서, 처리 용기(10) 내에 산소 가스를 도입함과 아울러, 하부 전극(20)에 플라즈마 생성용 고주파 전력을 인가하여, 산소 가스의 플라즈마를 생성시킨다. 이것에 의해, 산소 가스로부터 산소 라디칼(및 산소 이온)이 생성되고, 처리 용기(10) 내에 잔존하는 반응 생성물이나 산화물을 분해하여, 제거할 수 있다. 분해된 반응 생성물, 산화물, 이온, 라디칼 등은, 기판 처리 장치의 배기 장치(65)에 의해 배기구(60)로부터 배출된다. 그리고, 본 실시형태의 클리닝 방법을 종료한다.
(제 1 실시형태)
다음으로, 구체적인 실시형태를 들어, 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 우선, 본 실시형태의 클리닝 방법이, 가스 공급 구멍에 부착된 반응 생성물을 효율적으로 제거할 수 있는 것을 확인한 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1의 기판 처리 장치(1)에 대하여, 고리 모양 격벽 부재(26)를 1개 배치하고, 확산실(50)을 중심측으로부터, 센터부와 에지부의 2개의 존으로 구획했다. 이 기판 처리 장치(1)를 이용하여 소정의 매수의 웨이퍼에 플라즈마 처리를 실시했다. 플라즈마 처리 후, 웨이퍼를 반출하고(S200 참조), 플라즈마 처리 후의 기판 처리 장치(1)에 대하여, 도 3에 나타낸 흐름도에 근거하여, 하기의 가스 종류 및 가스 유량비로 클리닝 처리를 실시했다.
가스 종류, 가스 유량비로서는,
[S210의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : O2 가스 및 He 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=50:50
[S220의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : O2 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=5:95
[S230의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : O2 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=95:5
[S240의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : CF4 가스 및 O2 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=50:50
[S250의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 O2 가스 및 He 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=50:50
으로 했다.
또한, 비교의 실시형태로서, 동일한 기판 처리 장치(1)를 이용하여, 상술한 S220 및 S230의 단계를 행하지 않는 종래의 클리닝 처리를, 하기의 조건으로 실시했다.
가스 종류 및 가스 유량비의 조건으로서는,
[S210의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : O2 가스
가스 유량비 :　센터부:에지부=50:50
[S240의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : CF4 가스 및 O2 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=50:50
[S250의 가스 종류 및 가스 유량비]
가스 종류 : O2 가스 및 He 가스
가스 유량비 : 센터부:에지부=50:50
으로 했다.
본 실시형태에 따른 클리닝 방법을 실시 후, 상부 전극(25) 및 커버 부재(27)에 형성된 가스 유로(55) 및 가스 공급 구멍(28)을, 육안에 의해 확인한바, 반응 생성물 R의 부착은 확인되지 않았다. 한편, 비교의 실시형태에 따른 클리닝 방법을 실시한 후의 가스 유로에는, 반응 생성물 R이 잔류하고 있었다. 이것으로부터, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법은, 가스 유로(55) 및 가스 공급 구멍(28)을 효율적으로 클리닝할 수 있는 것을 알 수 있었다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 본 실시형태의 클리닝 방법이, 반응 생성물을 안정적으로 제거할 수 있는 것을 확인한 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1의 기판 처리 장치(1)에 대하여, 고리 모양 격벽 부재(26)를 1개 배치하고, 확산실(50)을 중심측으로부터, 센터부와 에지부의 2개의 존으로 구획했다. 이 기판 처리 장치(1)를 이용하여 소정의 매수의 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리와, 이 플라즈마 처리 후에, 제 1 실시형태와 동일한 클리닝 처리를 반복했다. 또, 플라즈마 처리에서는, 탄소를 포함하는 퇴적성 반응 생성물이 발생하는 플라즈마 처리를 실시했다. 또한, 클리닝 처리에 있어서는, 처리 용기(10) 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터, 탄소를 포함한 반응 생성물과 산소 가스의 플라즈마가 반응하는 것에 의해 발생하는 일산화탄소 라디칼(483㎚)의 발광 강도를 검출하여, 클리닝 처리의 종점 검출을 행했다. 또, 종점 검출은, 발광 강도의 시간에 대한 기울기가 0이 되는 경우의 클리닝 시간을 검출했다.
도 5에, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법의 종점 검출의 일례를 설명하기 위한 개략도를 나타낸다. 또, 도 5의 가로축은 웨이퍼 W의 처리 매수이고, 세로축은 종점 검출시의 클리닝 시간이다.
도 5에 나타나는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 클리닝 방법은, 종점 검출시의 클리닝 시간이 안정되어 있다. 클리닝 방법에 의해 종점 검출시의 클리닝 시간이 불안정한 경우, 클리닝시에 제거되어 있지 않은 반응 생성물이 존재하는 것을 의미한다. 따라서, 종점 검출시의 클리닝 시간이 안정되어 있는 본 실시형태에 따른 클리닝 방법은, 플라즈마 처리를 반복한 경우이더라도, 반응 생성물을 안정적으로 제거할 수 있는 프로세스인 것을 알 수 있었다.
또, 상기 본 실시형태에 든 구성 등에, 그 밖의 요소와의 조합 등, 여기서 나타낸 구성으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이러한 점에 관해서는, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경하는 것이 가능하고, 그 응용 형태에 따라 적절히 정할 수 있다.
1 : 기판 처리 장치 10 : 처리 용기
15 : 가스 공급원 20 : 하부 전극
25 : 상부 전극 26 : 고리 모양 격벽 부재
27 : 커버 부재 28 : 가스 공급 구멍
30 : 전력 공급 장치 32 : 제 1 고주파 전원
33 : 제 1 정합기 34 : 제 2 고주파 전원
35 : 제 2 정합기 40 : 실드 링
45 : 가스 도입구 50 : 확산실
55 : 가스 유로 60 : 배기구
65 : 배기 장치 100 : 제어장치
105 : CPU 110 : RAM
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (15)

  1. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 마련된, 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 처리 용기 내에 마련된, 상기 유지부와 대향하는 전극판과,
    클리닝 가스를 공급하는 가스 공급원과,
    상기 기판의 제 1 면 내 위치에 대응하는 제 1 영역과, 상기 제 1 면 내 위치와는 상기 기판의 면 내 위치가 상이한 제 2 면 내 위치에 대응하는 제 2 영역으로 구획된 복수의 가스 유로가 형성되고, 상기 클리닝 가스를, 상기 가스 공급원으로부터 상기 복수의 가스 유로를 거쳐서 상기 유지부와 상기 전극판 사이의 공간에 토출하는 가스 공급부와,
    상기 유지부 또는 상기 전극판의 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 공간 내의 상기 클리닝 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원
    을 갖는 기판 처리 장치에 대해 상기 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 클리닝을 행하는 기판 처리 장치의 클리닝 방법으로서,
    상기 복수의 가스 유로 중 제 1 가스 유로에 대응하는 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 1 유량을, 상기 복수의 가스 유로 중 제 2 가스 유로에 대응하는 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 2 유량보다 작게 하여, 상기 클리닝 가스를 상기 복수의 가스 유로를 통해 상기 공간에 토출하고, 상기 공간 내의 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 상기 제 1 가스 유로를 클리닝하는 제 1 클리닝 공정과,
    상기 제 1 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 3 유량을, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 4 유량보다 크게 하여, 상기 클리닝 가스를 상기 복수의 가스 유로를 통해 상기 공간에 토출하고, 상기 공간 내의 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 상기 제 2 가스 유로를 클리닝하는 제 2 클리닝 공정
    을 갖는 클리닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유량과 상기 제 2 유량의 비는 0:100~40:60의 범위 내이고,
    상기 제 3 유량과 상기 제 4 유량의 비는 100:0~60:40의 범위 내인
    클리닝 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 면 내 위치는, 상기 기판을 중심측으로부터 센터부 및 에지부로 구획한 경우에, 상기 센터부 및 상기 에지부의 어느 한쪽이고,
    상기 제 2 면 내 위치는, 상기 센터부 및 상기 에지부의 다른 쪽인
    클리닝 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 면 내 위치는, 상기 기판을 중심측으로부터 센터부, 미들부 및 에지부로 구획한 경우에, 상기 센터부, 상기 미들부 및 상기 에지부의 적어도 1개 또는 2개의 영역을 포함하고,
    상기 제 2 면 내 위치는, 상기 센터부, 상기 미들부 및 상기 에지부의 나머지의 영역인
    클리닝 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 면 내 위치는, 상기 기판을 중심측으로부터 센터부, 미들부, 에지부 및 베리 에지부로 구획한 경우에, 상기 센터부, 상기 미들부, 상기 에지부 및 상기 베리 에지부의 1개 내지 3개의 영역을 포함하고,
    상기 제 2 면 내 위치는, 상기 센터부, 상기 미들부, 상기 에지부 및 상기 베리 에지부의 나머지의 영역인
    클리닝 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클리닝 방법은, 적어도 상기 제 1 가스 유로 및 상기 제 2 가스 유로에 부착된, 탄소를 포함하는 퇴적물을 클리닝하는 방법이고, 상기 클리닝 가스는 산소 가스를 포함하는 클리닝 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝 공정의 앞에, 산소를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 적어도 상기 처리 용기의 내벽을 클리닝하는 제 3 클리닝 공정을 포함하는 클리닝 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 클리닝 공정의 뒤에, 불소를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 적어도 상기 처리 용기의 내벽을 클리닝하는 제 4 클리닝 공정을 포함하는 클리닝 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 4 클리닝 공정의 뒤에, 산소를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 적어도 상기 처리 용기의 내벽을 클리닝하는 제 5 클리닝 공정을 포함하는 클리닝 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝 공정의 앞에, 산소를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 적어도 상기 처리 용기의 내벽을 클리닝하는 제 3 클리닝 공정을 포함하고,
    상기 제 2 클리닝 공정의 뒤에, 불소를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 적어도 상기 처리 용기의 내벽을 클리닝하는 제 4 클리닝 공정을 포함하고,
    상기 제 4 클리닝 공정의 뒤에, 산소를 포함하는 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 적어도 상기 처리 용기의 내벽을 클리닝하는 제 5 클리닝 공정을 포함하고,
    상기 제 3 클리닝 공정, 상기 제 4 클리닝 공정 및 상기 제 5 클리닝 공정에서는, 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 유량과, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 유량이 동일한 유량인 클리닝 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 전극판의 내부에 형성된 샤워 헤드인 클리닝 방법.
  12. 기판 처리 장치로서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 마련된, 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 처리 용기 내에 마련된, 상기 유지부와 대향하는 전극판과,
    클리닝 가스를 공급하는 가스 공급원과,
    상기 기판의 제 1 면 내 위치에 대응하는 제 1 영역과, 상기 제 1 면 내 위치와는 상기 기판의 면 내 위치가 상이한 제 2 면 내 위치에 대응하는 제 2 영역으로 구획된 복수의 가스 유로가 형성되고, 상기 클리닝 가스를, 상기 가스 공급원으로부터 상기 복수의 가스 유로를 거쳐서 상기 유지부와 상기 전극판 사이의 공간에 토출하는 가스 공급부와,
    상기 유지부 또는 상기 전극판의 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 공간 내의 상기 클리닝 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원과,
    상기 기판 처리 장치의 작동을 제어하는 제어부
    를 갖고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 가스 유로 중 제 1 가스 유로에 대응하는 상기 제 1 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 1 유량을, 상기 복수의 가스 유로 중 제 2 가스 유로에 대응하는 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 2 유량보다 작게 하여, 상기 클리닝 가스를 상기 복수의 가스 유로를 통해 상기 공간에 토출하고, 상기 공간 내의 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 상기 제 1 가스 유로를 클리닝하는 제 1 클리닝 공정과,
    상기 제 1 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 3 유량을, 상기 제 2 영역에 공급하는 상기 클리닝 가스의 제 4 유량보다 크게 하여, 상기 클리닝 가스를 상기 복수의 가스 유로를 통해 상기 공간에 토출하고, 상기 공간 내의 클리닝 가스의 플라즈마에 의해 상기 제 2 가스 유로를 클리닝하는 제 2 클리닝 공정
    을 포함하는 공정을 실시하도록 상기 기판 처리 장치를 제어하는
    기판 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝 공정 및 상기 제 2 클리닝 공정은 상기 기판에 대한 RIE(Reactive Ion Etching)을 행한 후에, 실행되는 기판 처리 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝 공정 및 상기 제 2 클리닝 공정은 상기 기판에 대한 RIE(Reactive Ion Etching)을 행한 후에, 실행되는 클리닝 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝 공정 및 상기 제 2 클리닝 공정의 전에, 상기 RIE를 행한 기판을 상기 처리 용기의 외부로 반출하는 공정을 더 포함하는 클리닝 방법.
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