KR101909784B1 - 상부 전극의 표면 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 상부 전극 - Google Patents

상부 전극의 표면 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 상부 전극 Download PDF

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Abstract

(과제) 분리 작업을 수반하는 일 없이, 상부 전극의 표면을 조면화하는 것.
(해결 수단) 상부 전극의 표면 처리 방법은, 하부 전극과, 상부 전극에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극의 하부 전극에 대향하는 대향면에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 해당 대향면을 조면화하는 제 1 공정과, 상부 전극에만 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극의 대향면으로부터 CF계 퇴적물의 일부를 제거하는 제 2 공정과, 하부 전극과, 상부 전극에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극의 대향면에 잔존하는 CF계 퇴적물을 제거하는 제 3 공정을 갖는다. 제 1 공정, 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정은, 복수 회 반복된다.

Description

상부 전극의 표면 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 상부 전극{METHOD FOR SURFACE TREATMENT OF UPPER ELECTRODE, PLASMA PROCESSING APPARATUS AND UPPER ELECTRODE}
본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시 형태는, 상부 전극의 표면 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 상부 전극에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나, 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치를 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공간을 구획하는 처리 용기, 플라즈마 반응에 필요한 처리 가스를 처리실 내에 도입하기 위한 가스 공급계 등을 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기 내에 배치되고, 피처리체를 탑재하는 하부 전극, 및, 하부 전극에 대향하여 처리 용기 내에 배치된 상부 전극 등을 구비한다.
그런데, 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 플라즈마 처리 장치에 신규로 도입된 신품의 상부 전극을 이용한 경우의 피처리 기판의 에칭 레이트가, 중고의 상부 전극을 이용한 경우의 피처리 기판의 에칭 레이트로부터 변동하는 것이 알려져 있다. 이것은, 신품의 상부 전극에서는, 표면이 플라즈마에 노출되어 있지 않고, 중고의 상부 전극과 비교하여 표면 조도(粗度)가 작기 때문에, 신품의 상부 전극을 이용하여 형성되는 플라즈마의 상태와, 중고의 상부 전극을 이용하여 형성되는 플라즈마의 상태가 상위하기 때문이라고 생각된다.
에칭 레이트의 변동을 억제하기 위한 대책으로서, 플라즈마 처리 장치로부터 상부 전극을 분리하고, 분리 후의 상부 전극에 대하여 습식 에칭이나 샌드블래스트 등의 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 상부 전극의 표면을 조면화(粗面化)하는 기술이 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2001-85405호 공보
그렇지만, 종래 기술은, 상부 전극을 분리하는 분리 작업을 수반하므로, 플라즈마 처리 장치의 가동 효율을 저하시킬 우려가 있다. 이 때문에, 분리 작업을 수반하는 일 없이, 상부 전극의 표면을 조면화하는 것이 기대되고 있었다.
본 발명의 일 측면과 관련되는 상부 전극의 표면 처리 방법은, 하부 전극과, 상기 하부 전극에 대향하여 배치된 상부 전극에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 상부 전극의 상기 하부 전극에 대향하는 대향면에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 해당 대향면을 조면화하는 제 1 공정과, 상기 상부 전극에만 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 상부 전극의 상기 대향면으로부터 상기 CF계 퇴적물의 일부를 제거하는 제 2 공정과, 상기 하부 전극과, 상기 상부 전극에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 상부 전극의 상기 대향면에 상기 제 2 공정에서 잔존하는 상기 CF계 퇴적물을 제거하는 제 3 공정을 갖는다. 상기 제 1 공정, 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정은, 복수 회 반복된다.
본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시 형태에 의하면, 분리 작업을 수반하는 일 없이, 상부 전극의 표면을 조면화할 수 있는 상부 전극의 표면 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 상부 전극이 실현된다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 3은 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리의 각 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 복수 회 반복한 경우의 상부 전극의 표면 상태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 6은 플라즈마 에칭 처리의 처리 시간의 누적 시간과, 에칭 레이트의 변동률의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 예시의 실시예에 따른 상부 전극의 표면 처리 방법, 플라즈마 처리 장치 및 상부 전극에 대하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1에 있어서, 웨이퍼 W에 에칭 처리를 실시하는 에칭 처리 장치로서 구성되는 플라즈마 처리 장치(1)는, 금속제, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스강제의 원통형 챔버인 처리 용기(10)를 갖고, 그 처리 용기(10) 내에, 원기둥 형상의 서셉터(11)가 배치되어 있다. 서셉터(11)는, 하부 전극을 구성하고, 서셉터(11)상에는, 피처리 기판인 웨이퍼 W가 탑재된다.
처리 용기(10)의 측벽의 내측면과 서셉터(11)의 측면의 사이에는, 서셉터(11) 위쪽의 기체를 처리 용기(10)의 밖으로 배출하는 유로로서 기능하는 배기로(12)가 형성된다. 이 배기로(12)의 도중에는 고리 형상의 배플판(13)이 배치되고, 배기로(12)의 배플판(13)보다 하류의 공간은, 가변식 버터플라이 밸브인 자동 압력 제어 밸브(automatic pressure control valve)(이하 「APC」라고 한다)(14)가 접속되고, 그 하류측에 진공 흡인용의 배기 펌프인 터보 분자 펌프(이하 「TMP」라고 한다)(15)가 접속된다. 또한, TMP(15)를 통해서 배기 펌프인 드라이 펌프(이하 「DP」라고 한다)(16)에 접속되어 있다. APC(14), TMP(15) 및 DP(16)에 의해 구성되는 배기 유로를 이하 「본 배기 라인」이라고 칭하지만, 이 본 배기 라인은, APC(14)에 의해 처리 용기(10) 내의 압력 제어를 행할 뿐만 아니라 TMP(15) 및 DP(16)에 의해 처리 용기(10) 내를 거의 진공 상태가 될 때까지 감압한다. APC(14), TMP(15) 및 DP(16)는, 처리 용기(10)의 내부를 감압하기 위한 배기부의 일례이다.
또한, 상술한 배기로(12)의 배플판(13)보다 하류의 공간은, 본 배기 라인과는 다른 배기 유로(이하 「러프(rough) 펌핑 라인」이라고 한다)에 접속되어 있다. 처리 용기 내를 진공 흡인하는 경우, 이 러프 펌핑 라인을 통해서 DP(16)에 의해 처리 용기(10) 내의 기체를 배출한다.
서셉터(11)에는, 소정의 고주파 전력을 서셉터(11)에 공급하여 웨이퍼 W에 바이어스를 인가하는 것에 의해 웨이퍼 W에 이온을 끌어들이기 위한 고주파 전원(18)이 접속되어 있다. 고주파 전원(18)은, 400㎑~20㎒의 범위 내의 주파수, 예컨대 13.56㎒의 고주파 전력을 출력한다.
또한, 서셉터(11)의 위쪽에는, 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 흡착하기 위한 정전 척(20)이 배치되어 있다. 정전 척(20)에는, 예컨대 절연층의 사이에 있는 도전막인 전극(21)이 마련된다. 전극(21)에는 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(20)에서는, 직류 전원(22)으로부터 정전 척(20)에 인가된 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력 또는 존슨-라벡(Johnson-Rahbek)력 등의 정전력에 의해 웨이퍼 W가 서셉터(11)의 상면에 흡착 유지된다. 웨이퍼 W를 흡착하지 않을 때에는, 정전 척(20)은 직류 전원(22)과의 도통이 끊겨 플로팅 상태가 된다. 또한, 정전 척(20)의 외주에는 실리콘(Si) 등으로 이루어지는 둥근 고리 형상의 포커스 링(24)이 배치되고, 서셉터(11)의 위쪽에 발생한 플라즈마를 웨이퍼 W를 향해 수속시키는 기능을 갖는다.
서셉터(11)의 내부에는, 예컨대, 원주 방향으로 연장되는 고리 형상의 냉매실(25)이 마련되어 있다. 이 냉매실(25)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(26)을 통해서 소정 온도의 냉매, 예컨대, 냉각수가 순환 공급되고, 해당 냉매의 온도에 의해 서셉터(11)상의 웨이퍼 W의 처리 온도가 제어된다.
또한, 서셉터(11)의 상면에 있어서 웨이퍼 W가 흡착되는 부분(이하, 「흡착면」이라고 한다)에는, 복수의 전열 가스 공급 구멍(27) 및 전열 가스 공급 홈(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 흡착면에는, 예컨대, 서셉터(11) 내부에 배치된 전열 가스 공급 라인(28)을 통해서, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스, 예컨대, He 가스를, 흡착면과 웨이퍼 W의 이면의 틈에 공급하여 웨이퍼 W와 서셉터(11)의 열전달성이 향상된다. 또, 밸브 V3은, 전열 가스 공급 구멍(27) 등과 전열 가스 공급부를 차단할 수 있다.
또한, 서셉터(11)의 흡착면에는, 정전 척(20)의 상면으로부터 돌출이 자유로운 리프트 핀으로서의 복수의 푸셔(pusher) 핀(30)이 배치되어 있다. 이들 푸셔 핀(30)은, 모터(도시하지 않음)의 회전 운동이 볼 나사 등에 의해 직선 운동으로 변환되는 것에 의해, 도면 중 상하 방향으로 이동한다. 웨이퍼 W가 흡착면에 흡착 유지될 때에는, 푸셔 핀(30)은 서셉터(11)에 수용되고, 플라즈마 처리가 종료된 웨이퍼 W를 처리 용기(10)로부터 반출할 때에는, 푸셔 핀(30)은 정전 척(20)의 상면으로부터 돌출하여 웨이퍼 W를 위쪽으로 들어올린다. 그리고, 웨이퍼 W는, 처리 용기 밖으로 게이트 밸브(32)를 통해서 반출된다.
하부 전극인 서셉터(11)의 위쪽에는, 서셉터(11)에 대향하도록 상부 전극(33)이 배치되어 있다. 상부 전극(33)에는 고주파 전원(52)이 접속되어 있다. 고주파 전원(52)은, 소정의 고주파 전력을 상부 전극(33)에 공급하는 것에 의해, 상부 전극(33)과 서셉터(11)의 사이에 있는 공간에 플라즈마를 생성한다. 고주파 전원(52)은, 27~100㎒의 주파수, 예컨대 60㎒의 고주파 전력을 출력한다.
상부 전극(33)은, 다수의 가스 토출 구멍(34)을 갖는 전극판(35)과, 하면에 그 전극판(35)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(36)를 갖는다. 전극 지지체(36)는, 도전성 재료에 의해 형성되고, 예컨대, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄에 의해 형성된다. 전극판(35)은, Si 함유 물질에 의해 형성되고, 예컨대, 실리콘 단결정, 석영(SiO2) 등에 의해 형성된다. 또한, 전극판(35)은, 서셉터(11)에 대향하고 있다. 즉, 상부 전극(33)은, 서셉터(11)에 대향하는 대향면을 전극판(35)에 갖고 있다.
또한, 전극 지지체(36)의 내부에 버퍼실(37)이 마련되고, 이 버퍼실(37)에는 처리 가스 공급부(70)로부터의 처리 가스 도입관(38)이 접속되어 있다. 이 처리 가스 도입관(38)의 도중에는 밸브 V1이 배치되어 있다. 이 밸브 V1은, 버퍼실(37)과 처리 가스 공급부(70)를 차단할 수 있다.
이 처리 가스 도입관(38)의 밸브 V1의 상류측에는, 처리 용기(10) 내에 도입되는 처리 가스 등의 유량을 제어하는 유량 제어 장치(39)가 설치되어 있다. 유량 제어 장치(39)는, 후술하는 CPU(Central Processing Unit)(53)에 전기적으로 접속되어 있고, CPU(53)로부터의 신호에 근거하여 처리 용기(10) 내에 도입되는 처리 가스 및 퍼지 가스의 유량을 제어한다.
처리 용기(10)의 측벽에는, 웨이퍼 W의 반입출구(31)를 개폐하는 게이트 밸브(32)가 설치되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(10) 내에서는, 상술한 바와 같이, 서셉터(11) 및 상부 전극(33)에 고주파 전력이 인가되고, 그 인가된 고주파 전력에 의해 공간 S에 있어서 처리 가스로부터 고밀도의 플라즈마가 발생하고, 이온이나 라디칼이 생성된다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 그 내부 또는 외부에 배치된 CPU(53)를 구비한다. 이 CPU(53)는, 밸브 V1, V2, V3, APC(14), TMP(15), DP(16), 고주파 전원(18, 52), 유량 제어 장치(39), 및 직류 전원(22) 등의 각 구성부에 접속되고, 유저의 커맨드나 소정의 프로세스 레시피에 따라 각 구성부의 동작을 제어한다. CPU(53)는, 제어부의 일례이다.
예컨대, CPU(53)는, 후술하는 상부 전극(33)의 표면 처리를 행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어한다. 상세한 일례를 들면, CPU(53)는, 서셉터(11)와, 상부 전극(33)에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극(33)의 서셉터(11)에 대향하는 대향면에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 그 대향면을 조면화하는 제 1 공정을 행한다. 그리고, CPU(53)는, 상부 전극(33)에만 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극(33)의 대향면으로부터 CF계 퇴적물의 일부를 제거하는 제 2 공정을 행한다. 그리고, CPU(53)는, 서셉터(11)와, 상부 전극(33)에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극(33)의 대향면에 잔존하는 CF계 퇴적물을 제거하는 제 3 공정을 행한다. 그리고, CPU(53)는, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 복수 회 반복하도록 제어하는 제어 공정을 행한다.
다음으로, 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치(1)에 의한 상부 전극(33)의 표면 처리의 각 공정에 대하여 설명한다. 도 2는 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 3은 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리의 각 공정을 설명하기 위한 도면이다. 또, 도 3의 설명에서는, 상부 전극(33)의 전극판(35)을 적당하게 「상부 전극(33)」이라고 부르고, 상부 전극(33)의 전극판(35) 중 서셉터(11)에 대향하는 대향면을 적당하게 「대향면(33a)」이라고 부르는 것으로 한다.
일 실시 형태에 있어서의 상부 전극(33)의 표면 처리에서는, 우선, 신품의 상부 전극(33)이 플라즈마 처리 장치(1)에 신규로 도입된다(스텝 S101). 이 단계에서는, 상부 전극(33)의 대향면(33a)은, 예컨대 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같은 평면 형상이다.
계속하여, CPU(53)는, 서셉터(11)와, 상부 전극(33)에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극(33)의 대향면(33a)에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 대향면(33a)을 조면화하는 제 1 공정을 실행한다(스텝 S102). 여기서, CF계 가스는, 예컨대, C4F6 가스이다.
보다 상세한 일례를 들어 제 1 공정을 설명한다. CPU(53)는, 도시하지 않는 처리 가스 공급부(70)로부터 처리 용기(10) 내에 CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스를 도입한다. 그리고, CPU(53)는, 고주파 전원(18) 및 고주파 전원(52)으로부터 서셉터(11) 및 상부 전극(33)에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 생성한다. 그리고, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 처리 가스의 플라즈마에 의해 상부 전극(33)의 대향면(33a)에 CF계 퇴적물(50)이 퇴적된다. 동시에, 플라즈마 중의 아르곤 이온이 가속되어, 상부 전극(33)의 대향면(33a) 중 CF계 퇴적물(50)에 의해 덮여 있지 않은 영역에 충돌하고, 결과적으로, 상부 전극(33)의 대향면(33a)이 조면화된다. 도 3의 (b)에 나타내는 예에서는, 상부 전극(33)의 대향면(33a)이 조면화되는 것에 의해, 오목부 및 볼록부가 형성된다.
CPU(53)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S102에 있어서의 제 1 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
<제 1 공정의 조건>
처리 용기 내의 압력 : 10~50mT
상부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 50~550W
하부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 600~1300W
상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 60㎒
하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 13.56㎒
처리 가스 및 유량 : C4F6/O2/Ar=2~20/2~20/200~2000sccm
처리 시간 : 5~180sec
계속하여, CPU(53)는, 상부 전극(33)에만 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극(33)의 대향면(33a)으로부터 CF계 퇴적물의 일부를 제거하는 제 2 공정을 실행한다(스텝 S103).
보다 상세한 일례를 들어 제 2 공정을 설명한다. CPU(53)는, 도시하지 않는 처리 가스 공급부(70)로부터 처리 용기(10) 내에 O2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입한다. 그리고, CPU(53)는, 고주파 전원(52)으로부터 상부 전극(33)에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스의 플라즈마를 생성한다. 이때, CPU(53)는, 고주파 전원(18)으로부터 서셉터(11)에 고주파 전력을 공급하지 않는다. 그러면, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(33)의 대향면(33a)에 퇴적된 CF계 퇴적물(50)의 일부와, 플라즈마 중의 산소 라디칼 또는 산소 이온이 반응하고, 상부 전극(33)의 대향면(33a)으로부터 CF계 퇴적물(50)의 일부가 제거된다. 도 3의 (c)에 나타내는 예에서는, 상부 전극(33)의 대향면(33a)이 조면화되는 것에 의해 형성된 볼록부상의 CF계 퇴적물(50)의 일부와, 플라즈마 중의 산소 라디칼 또는 산소 이온이 반응하고, 볼록부상의 CF계 퇴적물(50)의 일부가 제거된다.
CPU(53)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S103에 있어서의 제 2 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
<제 2 공정의 조건>
처리 용기 내의 압력 : 50~150mT
상부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 300~2000W
하부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 0W
상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 60㎒
하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 13.56㎒
처리 가스 및 유량 : O2=50~600sccm
처리 시간 : 5~60sec
계속하여, CPU(53)는, 서셉터(11)와, 상부 전극(33)에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상부 전극(33)의 대향면(33a)에 잔존하는 CF계 퇴적물을 제거하는 제 3 공정을 실행한다(스텝 S104).
보다 상세한 일례를 들어 제 3 공정을 설명한다. CPU(53)는, 도시하지 않는 처리 가스 공급부(70)로부터 처리 용기(10) 내에 O2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입한다. 그리고, CPU(53)는, 고주파 전원(18) 및 고주파 전원(52)으로부터 서셉터(11) 및 상부 전극(33)에 각각 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 생성한다. 그러면, 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(33)의 대향면(33a)에 잔존하는 CF계 퇴적물(50)과, 플라즈마 중의 산소 라디칼 또는 산소 이온이 반응하고, 상부 전극(33)의 대향면(33a)으로부터 CF계 퇴적물(50)이 모두 제거된다. 도 3의 (d)에 나타내는 예에서는, 상부 전극(33)의 대향면(33a)이 조면화되는 것에 의해 형성된 오목부 및 볼록부상의 CF계 퇴적물(50)과, 플라즈마 중의 산소 라디칼 또는 산소 이온이 반응하고, 오목부 및 볼록부상의 CF계 퇴적물(50)이 모두 제거된다. 즉, 서셉터(11) 및 상부 전극(33)의 양쪽에 고주파 전력이 공급되는 경우, 상부 전극(33)에만 고주파 전력이 공급되는 경우와 비교하여, 플라즈마 중의 산소 라디칼 또는 산소 이온의 발생이 촉진된다. 그러면, 산소 라디칼 또는 산소 이온이 볼록부뿐만이 아니라 오목부에도 도달하고, 결과적으로, 오목부 및 볼록부상의 CF계 퇴적물(50)이 모두 제거된다.
CPU(53)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S104에 있어서의 제 3 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
<제 3 공정의 조건>
처리 용기 내의 압력 : 50~150mT
상부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 300~2000W
하부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 5~150W
상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 60㎒
하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 13.56㎒
처리 가스 및 유량 : O2=50~600sccm
처리 시간 : 60~300sec
계속하여, CPU(53)는, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정의 반복 횟수가 소정 횟수에 도달하고 있지 않은 경우(스텝 S105, 부정), 처리를 스텝 S102로 되돌리고, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 반복한다. 즉, CPU(53)는, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 복수 회 반복하도록 제어하는 제어 공정을 행한다. 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정은, 100회 이상 반복되는 것이 좋고, 보다 바람직하게는, 200회 이상 반복되는 것이 좋고, 더 바람직하게는, 280회 이상 반복되는 것이 좋다.
한편, CPU(53)는, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정의 반복 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우(스텝 S105, 긍정), 처리를 종료한다.
다음으로, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 복수 회 반복한 경우의 실험 결과에 대하여 설명한다. 도 4는 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 복수 회 반복한 경우의 상부 전극의 표면 상태의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 처리 전에 있어서의 상부 전극(33)(전극판(35)), 및 처리 후에 있어서의 상부 전극(33)(전극판(35))에 대하여, 각각, 대향면(33a) 및 단면을 확대한 사진을 나타낸다. 또, 도 4에 있어서, 「Initial」은, 처리 전에 있어서의 상부 전극(33)(전극판(35))을 나타낸다. 「반복 횟수/200(90sec)」은, 제 1 공정(처리 시간 : 90초), 제 2 공정 및 제 3 공정을 200회 반복 실행한 후에 있어서의 상부 전극(33)(전극판(35))을 나타낸다. 「반복 횟수/230(45sec)」은, 제 1 공정(처리 시간 : 45초), 제 2 공정 및 제 3 공정을 230회 반복 실행한 후에 있어서의 상부 전극(33)(전극판(35))을 나타낸다. 「반복 횟수/280(20sec)」은, 제 1 공정(처리 시간 : 20초), 제 2 공정 및 제 3 공정을 280회 반복 실행한 후에 있어서의 상부 전극(33)(전극판(35))을 나타낸다.
도 4에 나타낸 실험 결과를 참조하면, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정의 반복 횟수를 늘릴수록, 상부 전극(33)의 대향면(33a)의 표면 조도가 상승하는 것을 알았다. 또한, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 200회 반복 실행한 후에 있어서의 상부 전극(33)의 대향면(33a)의 표면 조도는, 중고의 상부 전극(33)의 대향면(33a)의 표면 조도와 거의 동등한 것을 알았다. 다시 말해, 제 1 공정의 처리 시간에 따라 표면의 조도의 정도가 영향을 받는다. 표면 조도의 정도는, Ra 0.1㎛ 이상이 바람직하고, Ra 0.3㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상부 전극의 표면 조도의 형상은, 전극면 내에서 중앙으로부터 동주원 지름 바깥 방향으로 크게 하는 것이 바람직하고, 외주측을 중앙측보다 크게 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상부 전극의 표면 조도의 형상은, 속돌(pumice stone) 형상의 요철 형상이 바람직하다.
따라서, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정은, 이하의 조건이 보다 바람직하다.
<제 1 공정의 조건>
처리 용기 내의 압력 : 10~50mT
상부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 100~300W
하부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 700~900W
상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 60㎒
하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 13.56㎒
처리 가스 및 유량 : C4F6/O2/Ar=5~10/5~10/500~1200sccm
처리 시간 : 20~90sec
<제 2 공정의 조건>
처리 용기 내의 압력 : 50~150mT
상부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 500~1000W
하부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 0W
상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 60㎒
하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 13.56㎒
처리 가스 및 유량 : O2=100~300sccm
처리 시간 : 10~30sec
<제 3 공정의 조건>
처리 용기 내의 압력 : 50~150mT
상부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 500~1000W
하부 전극에 공급되는 고주파 전력 : 10~50W
상부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 60㎒
하부 전극에 공급되는 고주파 전력의 주파수 : 13.56㎒
처리 가스 및 유량 : O2=100~300sccm
처리 시간 : 80~160sec
다음으로, 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치(1)에 의한 플라즈마 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법의 일례를 나타내는 플로차트이다. 또, 도 5에 있어서의 스텝 S101~S105는, 도 2에 나타낸 스텝 S101~S105에 상당하기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, CPU(53)는, 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정의 반복 횟수가 소정 횟수에 도달한 경우(스텝 S105, 긍정), 처리 용기(10) 내에 피처리 기판을 반입한다(스텝 S106).
계속하여, CPU(53)는, 상부 전극(33) 및 서셉터(11)의 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 소정의 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실행한다(스텝 S107).
계속하여, CPU(53)는, 처리 용기(10)로부터 피처리 기판을 반출하고(스텝 S108), 처리를 종료한다.
도 6은 플라즈마 에칭 처리의 처리 시간의 누적 시간과, 에칭 레이트의 변동률의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 가로축은, 플라즈마 에칭 처리의 처리 시간의 누적 시간(Hour)을 나타내고, 세로축은, 에칭 레이트의 변동률(%)을 나타내고 있다. 또한, 도 6에 있어서, 그래프(101)는, 신품의 상부 전극을 이용한 경우의 에칭 레이트의 변동률을 나타내고 있고 그래프(102)는, 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리에 의해 제조된 상부 전극(33)을 이용한 경우의 에칭 레이트의 변동률을 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 신품의 상부 전극을 이용한 경우와 비교하여, 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리에 의해 제조된 상부 전극(33)을 이용한 경우, 에칭 레이트의 변동률의 저하가 억제되었다.
이상, 일 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치(1)는, 제 1 공정을 행하는 것에 의해 상부 전극(33)의 대향면에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 그 대향면을 조면화하고, 제 2 및 제 3 공정을 행하는 것에 의헤 CF계 퇴적물을 제거하고, 제 1~ 제 3 공정을 복수 회 반복한다. 그 결과, 플라즈마 처리 장치(1)로부터 상부 전극(33)을 분리하는 일 없이, 상부 전극(33)의 표면을 조면화할 수 있으므로, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태와 관련되는 상부 전극의 표면 처리에 의해 제조된 상부 전극(33)은, 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있다.
1 : 플라즈마 처리 장치
10 : 처리 용기
11 : 서셉터(하부 전극)
18 : 고주파 전원
33 : 상부 전극
38 : 처리 가스 도입관
39 : 유량 제어 장치
52 : 고주파 전원
53 : CPU

Claims (11)

  1. 하부 전극 및 상부 전극에 각각 제 1 고주파 전력 및 제 2 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 상부 전극의 상기 하부 전극에 대향하는 대향면에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 상기 대향면을 조면화(粗面化)하는 제 1 공정과,
    상기 상부 전극에만 상기 제 2 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 대향면으로부터 상기 CF계 퇴적물의 일부를 제거하는 제 2 공정과,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 상기 제 1 고주파 전력 및 상기 제 2 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 대향면으로부터 상기 제 2 공정에서 잔존하는 상기 CF계 퇴적물을 제거하는 제 3 공정
    을 갖고,
    상기 제 1 공정, 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정은, 복수 회 반복되는
    것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CF계 가스는, C4F6 가스인 것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 공정은, 상기 상부 전극에 공급되는 상기 제 2 고주파 전력보다 상기 하부 전극에 공급되는 상기 제 1 고주파 전력이 작은 상태에서 실행되는 것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정의 처리 시간은, 5~180초인 것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극에 공급되는 상기 제 2 고주파 전력의 주파수는, 상기 하부 전극에 공급되는 상기 제 1 고주파 전력의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.

  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정, 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정은, 100회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 플라즈마 처리 장치에 신규로 도입되는 것인 것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  8. 처리 용기와,
    CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스의 소스를 구비하고, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에 배치되고, 피처리체를 탑재하기 위한 하부 전극과,
    상기 하부 전극에 대향하여 상기 처리 용기 내에 배치된 상부 전극과,
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 제 1 고주파 전력 및 제 2 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 CF계 가스, O2 가스 및 Ar 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 상부 전극의 상기 하부 전극에 대향하는 대향면에 CF계 퇴적물을 퇴적시키면서 상기 대향면을 조면화하는 제 1 공정과, 상기 상부 전극에만 상기 제 2 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 대향면으로부터 상기 CF계 퇴적물의 일부를 제거하는 제 2 공정과, 상기 하부 전극 및 상기 상부 전극에 각각 상기 제 1 고주파 전력 및 상기 제 2 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 상기 대향면으로부터 상기 제 2 공정에서 잔존하는 상기 CF계 퇴적물을 제거하는 제 3 공정을 실행하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제 1 공정, 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정은, 복수 회 반복되는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서의 상기 조면화는, 상기 대향면 중 상기 CF계 퇴적물로 덮이지 않은 영역에 상기 플라즈마 중의 Ar 이온이 충돌하는 것에 의해 행해지고,
    상기 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정은, 상기 상부 전극이 플라즈마 처리 장치에 도입된 후에 행해지는
    것을 특징으로 하는 상부 전극의 표면 처리 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서의 상기 조면화는, 상기 대향면 중 상기 CF계 퇴적물로 덮이지 않은 영역에 상기 플라즈마 중의 Ar 이온이 충돌하는 것에 의해 행해지고,
    상기 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정은, 상기 상부 전극이 상기 플라즈마 처리 장치에 도입된 후에 행해지는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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