KR102015876B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

일실시예의 플라즈마 처리 장치에서는, 안테나의 슬롯판에, 축선에 대하여 둘레 방향으로 배열된 슬롯이 형성되어 있다. 안테나로부터는 유전체창을 거쳐 마이크로파가 처리 공간으로 도입된다. 유전체창에는, 축선을 따라 관통홀이 형성되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치에서의 플라즈마 처리 방법은, 안테나로부터 마이크로파를 방사시키고, 클리닝 가스 공급계로부터 클리닝 가스를 공급하여, 제 1 클리닝을 행하는 공정과, 안테나로부터 마이크로파를 방사시키고, 클리닝 가스 공급계로부터 클리닝 가스를 공급하여, 제 2 클리닝을 행하는 공정을 포함한다. 제 1 클리닝을 행하는 공정에서의 처리 공간의 제 1 압력은, 제 2 클리닝을 행하는 공정에서의 처리 공간의 제 2 압력보다 낮다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명의 다양한 측면 및 실시예는, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 일종의 플라즈마 처리 장치가 기재되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 안테나 및 유전체창을 구비하고 있다. 처리 용기는 처리 공간을 구획 형성하고 있다. 안테나는 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사한다. 안테나는 슬롯판을 가지고 있고, 당해 슬롯판에는, 축선에 대하여 둘레 방향으로 배열된 복수의 슬롯이 형성되어 있다. 유전체창은 처리 공간과 안테나의 사이에 설치되어 있다. 유전체창에는, 처리 공간으로 가스를 공급하기 위한 관통홀이 형성되어 있다. 관통홀은 상기 축선을 따르고 있고, 처리 공간을 향함에 따라 그 직경이 작아지는 테이퍼 형상을 가지고 있다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 탄소를 포함하는 처리 가스, 예를 들면 CF계의 처리 가스를 이용한 플라즈마 처리가 행해지는 경우가 있다.
일본특허공개공보 2010-021243호
상술한 바와 같은 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 가스에 노출되는 벽면 등의 부분에, 처리 가스에 포함되는 성분에 기초하는 퇴적물이 생성되는 경우가 있다. 이 퇴적물을 제거하기 위하여, 플라즈마 처리 장치 내부의 클리닝이 행해진다.
당 기술 분야에서는, 플라즈마 처리 장치 내의 퇴적물을 더 감소시킬 수 있는 클리닝이 요구되고 있다.
본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치에서의 플라즈마 처리 방법이다. 이 플라즈마 처리 방법에 이용되는 플라즈마 처리 장치는 처리 용기, 마이크로파 발생기, 안테나, 유전체창 및 클리닝 가스 공급계를 구비하고 있다. 처리 용기는 처리 공간을 구획 형성하고 있다. 안테나는, 마이크로파 발생기에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사한다. 안테나는 슬롯판을 가지고 있고, 당해 슬롯판은, 축선에 대하여 둘레 방향으로 배열된 복수의 슬롯을 포함하고 있다. 유전체창은 처리 공간과 안테나의 사이에 설치되어 있다. 유전체창은, 처리 공간으로 가스를 공급하기 위한 관통홀을 상기 축선을 따라 구획 형성하고 있다. 관통홀은, 안테나측의 개구 및 처리 공간측의 개구를 포함하고 있다. 안테나측의 개구로부터 처리 공간측의 개구까지의 사이의 관통홀의 일부의 면적은, 안테나측의 개구로부터 상기 일부까지의 사이의 관통홀의 다른 일부의 면적보다 작게 되어 있다. 클리닝 가스 공급계는, 관통홀로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급한다. 이 장치에서의 플라즈마 처리 방법은, 안테나로부터 마이크로파를 방사시키고, 클리닝 가스 공급계로부터 클리닝 가스를 공급하여, 제 1 클리닝을 행하는 공정과, 안테나로부터 마이크로파를 방사시키고, 클리닝 가스 공급계로부터 클리닝 가스를 공급하여 제 2 클리닝을 행하는 공정을 포함한다. 제 1 클리닝을 행하는 공정에서의 처리 공간의 압력, 즉 제 1 압력은, 제 2 클리닝을 행하는 공정에서의 처리 공간의 압력, 즉 제 2 압력보다 낮다.
처리 공간의 압력이 비교적 높은 제 2 압력이 되도록 클리닝 가스가 공급된 경우에는, 클리닝 가스 중의 분자는 처리 공간에 비교적 많이 존재하게 된다. 그 결과, 안테나로부터 공급되는 마이크로파의 에너지는, 주로 처리 공간에 존재하는 클리닝 가스 중의 분자에 의해 소비된다. 따라서 처리 공간의 압력이 제 2 압력인 경우에는, 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기의 벽면이 주로 클리닝된다. 한편, 처리 공간의 압력이 비교적 낮은 제 1 압력이 되도록 클리닝 가스가 공급되면, 유전체창의 관통홀에서의 클리닝 가스 중의 분자의 양이 처리 공간에서의 클리닝 가스 중의 분자의 양보다 상대적으로 커진다. 그 결과, 제 1 압력에서는, 마이크로파의 에너지는 유전체창의 관통홀에서 상대적으로 많이 소비되고, 상기 관통홀에서 효율 좋게 플라즈마가 발생될 수 있다. 따라서 제 1 압력에서는, 관통홀에 면하는 부재의 표면, 예를 들면 관통홀을 구획 형성하는 유전체창의 벽면을 효율 좋게 클리닝하는 것이 가능하다. 이와 같이 처리 용기의 벽면과 함께, 관통홀에 면하는 부재의 표면도 클리닝되므로, 이 플라즈마 처리 방법에 따르면 퇴적물이 더 감소될 수 있다.
일실시예에 있어서는, 제 1 압력은 10 mTorr 이하여도 된다. 이러한 제 1 압력에 의하면, 유전체창의 관통홀에서 보다 효율 좋게 플라즈마가 발생될 수 있다.
일실시예에 있어서는, 제 1 클리닝을 행하는 공정에 있어서, 아르곤 가스가 관통홀로 더 공급되어도 된다. 아르곤 가스를 관통홀로 공급함으로써, 상기 관통홀에서 플라즈마를 보다 효율 좋게 발생시키는 것이 가능해진다.
일실시예에 있어서는, 제 1 클리닝을 행하는 공정이, 제 2 클리닝을 행하는 공정보다 먼저 행해져도 된다. 관통홀에 면하는 부재의 표면을 먼저 클리닝함으로써, 상기 표면에서의 퇴적물과 클리닝 가스와의 반응물을 처리 공간에 배출하고, 그 후에 처리 공간을 클리닝할 수 있어, 플라즈마 처리 장치 내의 퇴적물을 더 감소시킬 수 있다.
일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 상기 축선의 연장 방향(이하, '축선 방향'이라고 함)에서 유전체창에 대면하도록 설치된 스테이지와, 상기 스테이지와 유전체창의 사이에서 상기 축선의 주위로부터 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 가스 공급부로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 다른 클리닝 가스 공급계를 더 구비해도 된다. 제 1 클리닝을 행하는 공정에 있어서는, 가스 공급부로부터도 처리 공간으로 클리닝 가스가 공급되어도 된다. 이 실시예에 따르면, 유전체창의 관통홀에서 소비되지 않은 마이크로파의 에너지를, 다른 클리닝 가스 공급계로부터 가스 공급부를 거쳐 처리 공간으로 공급되는 클리닝 가스에 의해 소비하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 관통홀 내에서 소비되지 않은 마이크로파의 에너지가, 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기의 벽면 또는 처리 공간 내에 배치된 부품 등에 데미지를 주는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리 용기, 마이크로파 발생기, 안테나, 유전체창, 클리닝 가스 공급계 및 제어부를 구비하고 있다. 처리 용기는 처리 공간을 구획 형성하고 있다. 안테나는, 마이크로파 발생기에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사한다. 안테나는 슬롯판을 가지고 있고, 상기 슬롯판은, 축선에 대하여 둘레 방향으로 배열된 복수의 슬롯을 포함하고 있다. 유전체창은 처리 공간과 안테나의 사이에 설치되어 있다. 유전체창은, 처리 공간으로 가스를 공급하기 위한 관통홀을 상기 축선을 따라 구획 형성하고 있다. 관통홀은 안테나측의 개구와 처리 공간측의 개구를 포함하고 있다. 안테나측의 개구로부터 처리 공간측의 개구까지의 사이의 관통홀의 일부의 면적이, 안테나측의 개구로부터 상기 일부까지의 사이의 관통홀의 다른 일부의 면적보다 작게 되어 있다. 클리닝 가스 공급계는, 관통홀로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급한다. 제어부는, 마이크로파 발생기가 마이크로파를 발생하고 있을 때, 제 1 모드에서, 처리 공간의 압력이 제 1 압력이 되도록 클리닝 가스 공급계로 클리닝 가스를 공급시킨다. 또한 제어부는, 마이크로파 발생기가 마이크로파를 발생하고 있을 때, 제 2 모드에서, 처리 공간의 압력이 제 1 압력보다 높은 제 2 압력이 되도록 클리닝 가스 공급계로 클리닝 가스를 공급시킨다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 공간의 압력이 비교적 높은 제 2 압력이 되도록 클리닝 가스가 공급된 경우, 즉 제어부가 제 2 모드로 동작하고 있을 때, 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기의 벽면이 주로 클리닝된다. 한편, 처리 공간의 압력이 비교적 낮은 제 1 압력이 되도록 클리닝 가스가 공급된 경우, 즉 제어부가 제 1 모드로 동작하고 있을 때, 유전체창의 관통홀에서 효율 좋게 플라즈마가 발생될 수 있다. 그 결과, 제어부가 제 1 모드로 동작하고 있을 때, 관통홀에 면하는 부재의 표면을 효율 좋게 클리닝하는 것이 가능하다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치에 의하면, 처리 용기의 벽면과 함께, 관통홀에 면하는 부재의 표면도 클리닝되므로, 퇴적물이 더 감소될 수 있다.
일실시예에 있어서는, 제 1 압력은 10 mTorr 이하여도 된다. 이러한 제 1 압력에 의하면, 유전체창의 관통홀에서 보다 효율 좋게 플라즈마가 발생될 수 있다.
일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 관통홀로 아르곤 가스를 공급하는 가스 공급계를 더 포함하고 있어도 된다. 이 가스 공급계에 의하면, 아르곤 가스를 관통홀로 공급할 수 있으므로, 상기 관통홀에서 플라즈마를 보다 효율 좋게 발생시키는 것이 가능해진다.
일실시예에 있어서는, 제어부는, 제 1 모드로 동작한 후에 제 2 모드로 동작해도 된다. 유전체창의 관통홀에서 먼저 클리닝을 행함으로써, 관통홀에 면하는 부재의 표면 상의 퇴적물과 클리닝 가스와의 반응물을 처리 공간에 배출하고, 그 후에 처리 공간을 클리닝할 수 있어, 플라즈마 처리 장치 내의 퇴적물을 더 감소시킬 수 있다.
일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치는, 축선 방향에서 유전체창에 대면하도록 설치된 스테이지와, 스테이지와 유전체창의 사이에서 축선의 주위로부터 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 가스 공급부로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 다른 클리닝 가스 공급계를 더 구비하고 있어도 된다. 제어부는, 제 1 모드에서, 다른 클리닝 가스 공급계로 클리닝 가스를 공급시켜도 된다. 이 실시예에 따르면, 유전체창의 관통홀에서 소비되지 않은 마이크로파의 에너지를, 다른 클리닝 가스 공급계로부터 처리 공간으로 공급되는 클리닝 가스에 의해 소비하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 관통홀 내에서 소비되지 않은 마이크로파의 에너지가, 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기의 벽면 또는 처리 공간 내에 배치된 부품 등에 데미지를 주는 것을 억제할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 측면 및 실시예에 따르면, 퇴적물을 더 감소시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 도이다.
도 2는 일실시예에 따른 슬롯판을 축선(X) 방향에서 본 평면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 인젝터 및 유전체창의 관통홀을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비할 수 있는 제어부를 나타낸 도이다.
도 6a 및 도 6b는 실험예 및 비교예에서의 플라즈마의 발광 상태를 나타낸 화상이다.
도 7a ~ 도 7d는 실험예 및 비교예에서의 클리닝 결과를 나타낸 화상이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당의 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은, 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 도이다. 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(12), 스테이지(14), 마이크로파 발생기(16), 안테나(18) 및 유전체창(20)을 구비하고 있다.
처리 용기(12)는, 피처리 기체(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)을 구획 형성하고 있다. 처리 용기(12)는 측벽(12a) 및 저부(12b)를 포함할 수 있다. 측벽(12a)은 축선(X) 방향(즉, 축선(X)의 연장 방향)으로 연장하는 대략 통 형상을 가지고 있다. 저부(12b)는 측벽(12a)의 하단측에 설치되어 있다. 저부(12b)에는 배기용의 배기홀(12h)이 형성되어 있다. 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다.
측벽(12a)의 상단부 개구는 유전체창(20)에 의해 닫혀져 있다. 이 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부의 사이에는 O링(21)이 개재되어 있어도 된다. 이 O링(21)에 의해, 처리 용기(12)의 밀폐가 보다 확실한 것이 된다.
마이크로파 발생기(16)는, 예를 들면 2.45 GHz의 마이크로파를 발생한다. 일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 튜너(22), 도파관(24), 모드 변환기(26) 및 동축 도파관(28)을 더 구비하고 있다.
마이크로파 발생기(16)는 튜너(22)를 개재하여 도파관(24)에 접속되어 있다. 도파관(24)은 예를 들면 직사각형 도파관이다. 도파관(24)은 모드 변환기(26)에 접속되고 있고, 당해 모드 변환기(26)는 동축 도파관(28)의 상단에 접속되어 있다.
동축 도파관(28)은 축선(X)을 따라 연장되어 있다. 이 동축 도파관(28)은 외측 도체(28a) 및 내측 도체(28b)를 포함하고 있다. 외측 도체(28a)는 축선(X) 방향으로 연장되는 대략 원통 형상을 가지고 있다. 내측 도체(28b)는 외측 도체(28a)의 내부에 설치되어 있다. 이 내측 도체(28b)는 축선(X)을 따라 연장되는 대략 원통 형상을 가지고 있다.
마이크로파 발생기(16)에 의해 발생된 마이크로파는, 튜너(22) 및 도파관(24)을 거쳐 모드 변환기(26)에 도파된다. 모드 변환기(26)는 마이크로파의 모드를 변환하여, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)으로 공급한다. 동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는 안테나(18)로 공급된다.
안테나(18)는, 마이크로파 발생기(16)에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사한다. 안테나(18)는 슬롯판(30), 유전체판(32) 및 냉각 재킷(34)을 포함할 수 있다.
슬롯판(30)에는, 축선(X)을 중심으로 하여 둘레 방향으로 복수의 슬롯이 배열되어 있다. 도 2는, 일실시예에 따른 슬롯판을 축선(X) 방향에서 본 평면도이다. 일실시예에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 슬롯판(30)은 래디얼 라인 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯판일 수 있다. 슬롯판(30)은 도전성을 가지는 금속제의 원판으로 구성된다. 슬롯판(30)에는 복수의 슬롯 쌍(30a)이 형성되어 있다. 각 슬롯 쌍(30a)은 서로 교차 또는 직교하는 방향으로 연장되는 슬롯(30b)과 슬롯(30c)을 포함하고 있다. 복수의 슬롯 쌍(30a)은, 직경 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있고, 또한 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다.
도 1을 다시 참조한다. 유전체판(32)은 슬롯판(30)과 냉각 재킷(34)의 하측 표면의 사이에 설치되어 있다. 유전체판(32)은 예를 들면 석영제이며, 대략 원판 형상을 가지고 있다. 냉각 재킷(34)의 표면은 도전성을 가질 수 있다. 냉각 재킷(34)은 유전체판(32) 및 슬롯판(30)을 냉각한다. 이 때문에, 냉각 재킷(34) 내에는 냉매용의 유로가 형성되어 있다. 이 냉각 재킷(34)의 상부 표면에는 외측 도체(28a)의 하단이 전기적으로 접속되어 있다. 또한 내측 도체(28b)의 하단은, 냉각 재킷(34) 및 유전체판(32)의 중앙 부분에 형성된 홀을 통하여, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는 유전체판(32)에 전파되고, 슬롯판(30)의 슬롯으로부터 유전체창(20)을 거쳐 처리 공간(S) 내로 도입된다. 유전체창(20)은 대략 원판 형상을 가지고 있고, 예를 들면 석영에 의해 구성된다. 이 유전체창(20)은 처리 공간(S)과 안테나(18)의 사이에 설치되어 있고, 일실시예에 있어서는, 축선(X) 방향에서 안테나(18)의 직하(直下)에 설치되어 있다.
일실시예에 있어서는, 동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 내홀에는 도관(36)이 통과하고 있다. 도관(36)은 축선(X)을 따라 연장되어 있고, 가스 공급계(38), 가스 공급계(39) 및 가스 공급계(40)에 접속될 수 있다.
가스 공급계(38)는, 도관(36)으로 피처리 기체(W)를 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(38)에 의해 공급되는 처리 가스는 탄소를 포함한다. 이 처리 가스는, 일실시예에서는 에칭 가스이며, 예를 들면 CF4 가스 또는 CH2F2 가스이다. 가스 공급계(38)는 가스원(38a), 밸브(38b) 및 유량 제어기(38c)를 포함할 수 있다. 가스원(38a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(38b)는 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(38c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(39)는 산소 가스(O2 가스)를 도관(36)으로 공급한다. 가스 공급계(39)로부터 공급되는 산소 가스는 클리닝 가스를 구성한다. 가스 공급계(39)는 가스원(39a), 밸브(39b) 및 유량 제어기(39c)를 포함할 수 있다. 가스원(39a)은 산소 가스의 가스원이다. 밸브(39b)는 가스원(39a)으로부터의 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(39c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(39a)으로부터의 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(40)는 아르곤 가스를 도관(36)으로 공급한다. 일실시예에 있어서는, 가스 공급계(39)로부터의 클리닝 가스와 함께, 가스 공급계(40)로부터 아르곤 가스가 공급된다. 가스 공급계(40)는 가스원(40a), 밸브(40b) 및 유량 제어기(40c)를 포함할 수 있다. 가스원(40a)은 아르곤 가스의 가스원이다. 밸브(40b)는 가스원(40a)으로부터의 아르곤 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(40c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(40a)으로부터의 아르곤 가스의 유량을 조정한다.
일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는, 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통홀(20h)로 공급한다. 유전체창(20)의 관통홀(20h)로 공급된 가스는 처리 공간(S)으로 공급된다. 이하의 설명에서는, 도관(36), 인젝터(41) 및 관통홀(20h)에 의해 구성되는 가스 공급 경로를 '중앙 가스 도입부'라고 하는 경우가 있다.
일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 가스 공급부(42)를 더 구비할 수 있다. 가스 공급부(42)는, 스테이지(14)와 유전체창(20)의 사이에서 축선(X)의 주위로부터 가스를 처리 공간(S)으로 공급한다. 이하의 설명에서는, 가스 공급부(42)를 '주변 가스 도입부'라고 하는 경우가 있다. 가스 공급부(42)는 도관(42a)을 포함할 수 있다. 도관(42a)은, 유전체창(20)과 스테이지(14)의 사이에서 축선(X)을 중심으로 환상(環狀)으로 연장되어 있다. 도관(42a)에는 복수의 가스 공급홀(42b)이 형성되어 있다. 복수의 가스 공급홀(42b)은 환상으로 배열되어 있고, 축선(X)을 향해 개구되어 있고, 도관(42a)으로 공급된 가스를 축선(X)을 향해 공급한다. 이 가스 공급부(42)는 도관(46)을 개재하여, 가스 공급계(43), 가스 공급계(44) 및 가스 공급계(45)에 접속되어 있다.
가스 공급계(43)는, 가스 공급부(42)로 피처리 기체(W)를 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(43)로부터 공급되는 처리 가스는, 가스 공급계(38)의 처리 가스와 마찬가지로 탄소를 포함한다. 이 처리 가스는, 일실시예에서는 에칭 가스이며, 예를 들면 CF4 가스 또는 CH2F2 가스이다. 가스 공급계(43)는 가스원(43a), 밸브(43b) 및 유량 제어기(43c)를 포함할 수 있다. 가스원(43a)은 처리 가스의 가스원이다. 밸브(43b)는 가스원(43a)으로부터의 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(43c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(43a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(44)는 산소 가스(O2 가스)를 가스 공급부(42)로 공급한다. 가스 공급계(44)로부터 공급되는 가스는 클리닝 가스를 구성한다. 가스 공급계(44)는 가스원(44a), 밸브(44b) 및 유량 제어기(44c)를 포함할 수 있다. 가스원(44a)은 산소 가스의 가스원이다. 밸브(44b)는 가스원(44a)으로부터의 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(44c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(44a)으로부터의 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(45)는 아르곤 가스를 가스 공급부(42)로 공급한다. 일실시예에 있어서는, 가스 공급계(44)로부터의 클리닝 가스와 함께, 가스 공급계(45)로부터 아르곤 가스가 공급된다. 가스 공급계(45)는 가스원(45a), 밸브(45b) 및 유량 제어기(45c)를 포함할 수 있다. 가스원(45a)은 아르곤 가스의 가스원이다. 밸브(45b)는 가스원(45a)으로부터의 아르곤 가스의 공급 및 공급 정지를 전환한다. 유량 제어기(45c)는 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러이며, 가스원(45a)으로부터의 아르곤 가스의 유량을 조정한다.
스테이지(14)는, 축선(X) 방향에서 유전체창(20)과 대면하도록 설치되어 있다. 이 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 당해 스테이지(14)의 사이에 처리 공간(S)을 개재하도록 설치되어 있다. 스테이지(14) 상에는 피처리 기체가 재치(載置)된다. 일실시예에 있어서는, 스테이지(14)는 대(臺)(14a), 포커스 링(14b) 및 정전 척(14c)을 포함할 수 있다.
대(14a)는 통 형상 지지부(48)에 의해 지지되어 있다. 통 형상 지지부(48)는 절연성의 재료로 구성되어 있고, 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 또한 통 형상 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통 형상 지지부(50)가 설치되어 있다. 통 형상 지지부(50)는, 통 형상 지지부(48)의 외주를 따라 처리 용기(12)의 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 이 통 형상 지지부(50)와 측벽(12a)의 사이에는 환상의 배기로(51)가 형성되어 있다.
배기로(51)의 상부에는, 복수의 관통홀이 형성된 환상의 배플판(52)이 장착되어 있다. 배기홀(12h)의 하부에는 배기관(54)을 개재하여 배기 장치(56)가 접속되어 있다. 배기 장치(56)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있다. 배기 장치(56)에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(S)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.
대(14a)는 고주파 전극을 겸하고 있다. 대(14a)에는, 매칭 유닛(60) 및 급전봉(62)을 개재하여 RF 바이어스용의 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은, 피처리 기체(W)로 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 일정한 주파수, 예를 들면 13.65 MHz의 고주파 전력을 소정의 파워로 출력한다. 매칭 유닛(60)은 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 내에 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
대(14a)의 상면에는 정전 척(14c)이 설치되어 있다. 정전 척(14c)은 피처리 기체(W)를 정전 흡착력으로 보지(保持)한다. 정전 척(14c)의 직경 방향 외측에는, 피처리 기체(W)의 주위를 환상으로 둘러싸는 포커스 링(14b)이 설치되어 있다. 정전 척(14c)은 전극(14d), 절연막(14e) 및 절연막(14f)을 포함하고 있다. 전극(14d)은 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연막(14e)과 절연막(14f)의 사이에 설치되어 있다. 전극(14d)에는, 고압의 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(14c)은, 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 피처리 기체(W)를 흡착 보지할 수 있다.
대(14a)의 내부에는, 둘레 방향으로 연장되는 환상의 냉매실(14g)이 설치되어 있다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(70, 72)을 거쳐 소정의 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 정전 척(14c)의 전열 가스, 예를 들면 He 가스가 가스 공급관(74)을 거쳐 정전 척(14c)의 상면과 피처리 기체(W)의 이면과의 사이로 공급된다.
이하, 도 3을 참조하여, 인젝터(41) 및 유전체창(20)의 관통홀(20h)에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 3은, 일실시예에 따른 인젝터 및 유전체창의 관통홀을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 유전체창(20)은, 축선(X)을 따라 상방으로부터 차례로 수용 공간(20s), 관통홀(20h)을 구획 형성하고 있다. 관통홀(20h)은 수용 공간(20s)과 처리 공간(S)을 연통시키고 있다. 이 관통홀(20h)은, 안테나(18)측의 개구와 처리 공간(S)측의 개구와의 사이의 일부에서의 면적이, 당해 일부와 안테나(18)측의 개구와의 사이의 당해 관통홀(20h)의 다른 일부에서의 면적보다 작게 되도록 구성되어 있다. 여기서 '면적'이란, 축선(X)에 직교하는 면에서의 관통홀(20h)의 면적이다. 일례에 있어서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 관통홀(20h)은, 축선(X)을 따라 하방을 향함에 따라 그 직경이 작아지는 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
수용 공간(20s)에는 인젝터(41) 및 도관(36)의 일단부(36b)가 수용되어 있다. 도관(36)은 도전성을 가지는 금속에 의해 구성될 수 있다. 도관(36)은 본체부(36a) 및 일단부(36b)를 포함하고 있다. 본체부(36a)는 축선(X)을 따라 연장하는 통 형상을 가지고 있다. 일단부(36b)는 대략 원판 형상을 가지고 있고, 본체부(36a)보다 큰 외경을 가지고 있다. 도관(36)에는, 본체부(36a) 및 일단부(36b)에 걸쳐 관통하는 가스 공급용의 내홀이 형성되어 있다. 이 도관(36)의 본체부(36a)는 내측 도체(28b)의 내홀을 통과하고 있다.
내측 도체(28b)는, 상술한 바와 같이 슬롯판(30)에 접속되어 있다. 일실시예에 있어서는, 슬롯판(30)에는, 축선(X)을 따라 형성된 관통홀이 형성되어 있다. 당해 관통홀을 구획 형성하는 슬롯판(30)의 내측 가장자리부는, 내측 도체(28b)의 하단과 금속제의 부재(80)에 의해 협지되어 있다. 이 부재(80)는 내측 도체(28b)의 하단에 나사(82)에 의해 고정되어 있다. 또한 슬롯판(30)의 하면에는, 도관(36)의 일단부(36b)의 상면이 접촉하고 있다. 이와 같이, 내측 도체(28b), 슬롯판(30) 및 도관(36)은 전기적으로 접속되어 있다.
인젝터(41)는 수용 공간(20s) 내에서 도관(36)의 일단부(36b)의 하방에 수용되어 있다. 인젝터(41)는 도전성을 가지고 있고, 대략 원판 형상을 가지고 있다. 인젝터(41)는 예를 들면 알루미늄 또는 스테인리스제이다.
인젝터(41)는 일단부(36b)측의 제 1 면(41a)과 관통홀(20h)측의 제 2 면(41b)을 포함하고 있다. 인젝터(41)에는, 제 1 면(41a)에서 제 2 면(41b)까지 연장되는 복수의 관통홀(41h)이 형성되어 있다. 일실시예에 있어서는, 제 2 면(41b)에는 Y2O3의 막이 형성되어 있어도 된다. 이 막은, Y2O3를 제 2 면(41b)에 코팅한 후에, 코팅된 막을 전자빔에 의해 용융시킴으로써 형성되어도 된다.
인젝터(41)는, 나사(84)에 의해 도관(36)의 일단부(36b)에 대하여 고정되어 있고, 당해 일단부(36b)에 전기적으로 접속되어 있다. 따라서 인젝터(41)는, 내측 도체(28b), 슬롯판(30) 및 도관(36)과 동일 전위로 설정될 수 있다. 인젝터(41)는 예를 들면 접지 전위로 설정될 수 있다.
일실시예에 있어서는, 인젝터(41)의 제 2 면(41b)과 유전체창(20)의 사이에는 O링(86)이 설치될 수 있다. O링(86)은, 복수의 관통홀(41h)의 관통홀(20h)측의 개구를 둘러싸도록 환상으로 연장되어 있다. 이 O링(86)에 의해, 인젝터(41)와 유전체창(20) 간에서의 기밀이 확보된다. 또한, 인젝터(41)의 제 1 면(41a)과 도관(36)의 일단부(36b)의 사이에는 O링(88)이 설치될 수 있다. O링(88)은, 복수의 관통홀(41h)의 일단부(36b)측의 개구를 둘러싸도록 환상으로 연장되어 있다. 이에 의해, 인젝터(41)와 도관(36)의 일단부(36b) 간의 기밀이 확보된다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 도관(36) 및 인젝터(41)의 관통홀(41h)을 거쳐, 유전체창(20)의 관통홀(20h)로부터 처리 공간(S) 내로 축선(X)을 따라 가스가 공급된다. 또한, 관통홀(20h)보다 하방에서, 가스 공급부(42)로부터 축선(X)을 향해 가스가 공급된다. 또한, 안테나(18)로부터 유전체창(20)을 거쳐 처리 공간(S) 및 관통홀(20h) 중 적어도 하나 내로 마이크로파가 도입된다. 이에 의해, 처리 공간(S) 및 관통홀(20h) 중 적어도 하나에서 플라즈마가 발생한다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 자기장을 가하지 않고, 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이하, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 플라즈마 처리 방법의 일실시예에 대하여 설명한다. 도 4는, 일실시예에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4에 나타낸 플라즈마 처리 방법에서는, 우선 피처리 기체(W)가 처리 공간(S) 내에 수용되고, 스테이지(14) 상에 재치된다(공정(S1)).
이어서, 피처리 기체(W)의 처리가 행해진다(공정(S2)). 이 공정에서는, 마이크로파 발생기(16)로부터 마이크로파가 발생되고, 가스 공급계(38)로부터 처리 가스가 공급된다. 또한, 가스 공급계(43)로부터도 처리 가스가 공급될 수 있다. 이 공정(S2)에서는, 마이크로파 발생기(16)는, 마이크로파를 발생하도록 동작 상태로 설정된다. 또한, 가스 공급계(38)의 밸브(38b)가 열리고, 처리 가스의 공급량을 조정하도록 유량 제어기(38c)가 제어된다. 또한, 가스 공급계(43)의 밸브(43b)가 열리고, 처리 가스의 공급량을 조정하도록 유량 제어기(43c)가 제어된다. 이들 가스 공급계(38 및 43)로부터 공급되는 처리 가스는, 상술한 바와 같이 탄소를 포함하고, 예를 들면 상술한 바와 같이 CF4 가스 또는 CH2F2 가스와 같은 에칭 가스일 수 있다. 이러한 탄소를 포함하는 처리 가스가 이용되는 결과, 처리 용기(12)의 내벽면 또는 관통홀(20h)에 면하는 부재의 표면 상에는 퇴적물이 생성된다. 또한 관통홀(20h)에 면하는 부재의 표면에는, 예를 들면 관통홀(20h)을 구획 형성하는 유전체창(20)의 벽면 또는 관통홀(20h)에 면하는 인젝터(41)의 제 2 면(41b)이 포함된다.
일실시예에 있어서는, 공정(S2)에서, 가스 공급계(39), 가스 공급계(40), 가스 공급계(44) 및 가스 공급계(45)로부터도 가스를 공급해도 된다. 이 경우에는, 이들 가스 공급계의 밸브가 열리고, 유량 제어기가 가스의 유량을 조정하도록 제어된다.
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서는, 이어서 피처리 기체(W)가 처리 용기(12) 내로부터 취출된다(공정(S3)).
이어서, 처리 용기(12) 내에 피처리 기체가 존재하지 않는 상태에서, 마이크로파 발생기(16)로부터 마이크로파가 발생되고, 처리 공간(S)의 압력이 제 1 압력이 되도록, 관통홀(20h) 및 처리 공간(S)으로 클리닝 가스가 공급된다(공정(S4)). 이 공정(S4)에서는, 관통홀(20h)에서 산소 플라즈마를 발생시킴으로써, 제 1 클리닝이 행해진다. 이 제 1 클리닝에 의해, 관통홀(20h)에 면하는 부재의 표면에서의 퇴적물의 제거가 행해진다.
공정(S4)에서는, 클리닝 가스는, 가스 공급계(39)로부터 도관(36), 인젝터(41) 및 관통홀(20h)을 거쳐 처리 공간(S)으로 공급되는 산소 가스를 포함한다. 공정(S4)에서는, 마이크로파 발생기(16)는 마이크로파를 발생하도록 동작 상태로 설정된다. 또한, 가스 공급계(39)의 밸브(39b)가 열리고, 산소 가스의 공급량을 조정하도록 유량 제어기(39c)가 제어된다.
또한 일실시예에서는, 공정(S4)에서는, 클리닝 가스와 함께, 가스 공급계(40)로부터 아르곤 가스가 공급될 수 있다. 가스 공급계(40)로부터 아르곤 가스를 공급하기 위하여, 가스 공급계(40)의 밸브(40b)가 열리고, 아르곤 가스의 공급량을 조정하는 유량 제어기(40c)가 제어된다. 이와 같이, 클리닝 가스와 함께 아르곤 가스가 공급됨으로써, 플라즈마가 효율 좋게 생성된다.
또한 일실시예에서는, 공정(S4)에 사용되는 클리닝 가스는, 가스 공급계(44)로부터 공급되는 산소 가스도 포함할 수 있다. 가스 공급계(44)로부터 산소 가스를 공급하기 위하여, 가스 공급계(44)의 밸브(44b)가 열리고, 산소 가스의 공급량을 조정하는 유량 제어기(44c)가 제어된다. 또한 공정(S4)에서는, 가스 공급계(45)로부터 아르곤 가스가 공급될 수 있다. 가스 공급계(45)로부터 아르곤 가스를 공급하기 위하여, 가스 공급계(45)의 밸브(45b)가 열리고, 아르곤 가스의 공급량을 조정하는 유량 제어기(45c)가 제어된다. 가스 공급계(44) 및 가스 공급계(45) 중 적어도 하나로부터 가스 공급부(42)를 거쳐 공급되는 가스는, 관통홀(20h) 내에서 소비되지 않고 처리 공간(S)으로 공급된 마이크로파의 에너지를 소비할 수 있다. 이에 의해, 관통홀(20h) 내에서 소비되지 않은 마이크로파의 에너지가, 처리 공간(S)을 구획 형성하는 처리 용기(12)의 벽면 또는 처리 공간(S) 내에 배치된 부품 등에 데미지를 주는 것을 억제할 수 있다.
또한 공정(S4)에서의 아르곤 가스와 산소 가스의 유량비는, 산소 가스의 유량이 1.0에 대하여 아르곤 가스의 유량이 1.1 이하가 되는 유량비일 수 있다. 이러한 유량비에 의하면, 플라즈마의 생성 효율 및 클리닝의 효율이 양립될 수 있다.
이 공정(S4)에서는, 처리 공간(S)의 압력은, 공정(S4)에 이용되는 가스의 공급량을 유량 제어기에 의해 조정하고, 또한 배기 장치(56)의 배기량을 조정함으로써 제 1 압력으로 조정된다. 이 제 1 압력은 후술하는 제 2 압력보다 낮은 압력이며, 예를 들면 10 mTorr(1.3333 Pa) 이하이다.
처리 공간(S)의 압력이 제 2 압력인 경우에는, 처리 공간(S)에서의 클리닝 가스의 분자 밀도가 비교적 크고, 안테나(18)로부터 공급되는 마이크로파의 에너지는, 주로 처리 공간(S)에 존재하는 분자에 의해 소비된다. 한편, 처리 공간(S)의 압력이 제 1 압력인 경우에는, 처리 공간(S)의 압력이 제 2 압력인 경우보다, 관통홀(20h)에서의 클리닝 가스의 분자 밀도가 상대적으로 높아진다. 이는, 상술한 관통홀(20h)의 형상, 즉 관통홀(20h) 내에 가스 저류가 형성되도록 일부에서 컨덕턴스를 작게 한 형상에 기인한다. 이와 같이 관통홀(20h)에서의 클리닝 가스의 분자 밀도가 높여지는 결과, 안테나(18)로부터 공급되는 마이크로파의 에너지는, 관통홀(20h)에 존재하는 클리닝 가스 중의 분자에 의해 소비된다. 따라서, 관통홀(20h)에서 산소 플라즈마가 발생하고, 당해 관통홀(20h)에 면하는 부재의 표면에서의 퇴적물이 제거된다.
이어서 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서는, 처리 용기(12) 내에 피처리 기체가 존재하지 않는 상태에서, 마이크로파 발생기(16)로부터 마이크로파가 발생되고, 처리 공간(S)의 압력이 제 1 압력보다 큰 제 2 압력이 되도록, 클리닝 가스가 공급된다(공정(S5)). 이 공정(S5)에서도, 공정(S4)과 마찬가지로 아르곤 가스가 공급되어도 된다. 공정(S5)에서도, 마이크로파 발생기(16)는 마이크로파를 발생하도록 동작 상태로 설정된다. 또한, 공정(S4)에서 이용된 가스 공급계로부터 클리닝 가스 및 아르곤 가스 중 적어도 하나가 공급된다. 이 공정(S5)에 의해 제 2 클리닝이 행해지고, 처리 공간(S)을 구획 형성하는 벽면 상의 퇴적물이 제거된다.
본 실시예의 플라즈마 처리 방법에서는, 공정(S4)의 실시 후에 공정(S5)이 실시되고 있다. 즉, 공정(S5)보다 먼저 공정(S4)이 실시된다. 이에 의해, 관통홀(20h)에 면하는 부재의 표면에서의 퇴적물과 클리닝 가스와의 반응물을 처리 공간(S)에 배출하고, 그 후에 처리 공간(S)을 클리닝할 수 있어, 플라즈마 처리 장치(10) 내의 퇴적물을 더 감소시킬 수 있다.
일실시예에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 상술한 플라즈마 처리 방법의 공정(S2), 공정(S4) 및 공정(S5)에서의 각 부의 동작을 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다. 도 5는, 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치가 구비할 수 있는 제어부를 나타낸 도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는 도 5에 도시한 제어부(90)를 더 구비할 수 있다.
제어부(90)는, 예를 들면 중앙 처리 장치(CPU) 및 메모리와 같은 기억 장치를 구비하는 컴퓨터여도 된다. 제어부(90)는, 기억 장치에 기억된 프로그램에 따라 각종 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어부(90)로부터의 각종 제어 신호는, 마이크로파 발생기(16), 배기 장치(56), 밸브(38b), 유량 제어기(38c), 밸브(43b), 유량 제어기(43c), 밸브(39b), 유량 제어기(39c), 밸브(40b), 유량 제어기(40c), 밸브(44b), 유량 제어기(44c), 밸브(45b) 및 유량 제어기(45c)에 부여된다.
보다 구체적으로, 공정(S2)을 실시하기 위하여, 제어부(90)는, 마이크로파 발생기(16)를 동작 상태로 설정하기 위한 제어 신호를 당해 마이크로파 발생기(16)에 출력한다. 또한 제어부(90)는, 밸브(38b) 및 밸브(43b)가 열리도록 당해 밸브(38b) 및 밸브(43b)의 각각에 제어 신호를 부여한다. 또한 제어부(90)는, 가스원(38a)으로부터의 가스의 유량을 소정의 유량으로 조정하도록 유량 제어기(38c)에 제어 신호를 부여하고, 가스원(43a)으로부터의 가스의 유량을 소정의 유량으로 조정하도록 유량 제어기(43c)에 제어 신호를 부여한다. 또한 제어부(90)는, 배기 장치(56)의 배기량을 조정하기 위한 제어 신호를 당해 배기 장치(56)에 출력한다.
일실시예에 있어서는, 공정(S2)에서, 가스 공급계(39, 40, 44, 및 45)로부터도 가스가 공급되어도 되고, 제어부(90)는 이들 가스 공급계 각각의 밸브 및 유량 제어기에 제어 신호를 출력해도 된다.
또한 공정(S4)을 실시하기 위하여, 제어부(90)는 제 1 모드로 동작한다. 제 1 모드에서는, 제어부(90)는, 마이크로파 발생기(16)를 동작 상태로 설정하기 위한 제어 신호를 당해 마이크로파 발생기(16)에 출력한다. 또한 제어부(90)는, 밸브(39b), 유량 제어기(39c), 밸브(40b), 유량 제어기(40c), 밸브(44b), 유량 제어기(44c), 밸브(45b) 및 유량 제어기(45c)의 각각에 제어 신호를 출력하고, 또한 배기 장치(56)의 배기량을 조정하기 위한 제어 신호를 당해 배기 장치(56)에 출력하여, 처리 공간(S)의 압력을 제 1 압력으로 설정한다. 이에 의해, 공정(S4)이 실시된다.
또한 공정(S5)을 실시하기 위하여, 제어부(90)는 제 2 모드로 동작한다. 제 2 모드에서는, 제어부(90)는, 마이크로파 발생기(16)를 동작 상태로 설정하기 위한 제어 신호를 당해 마이크로파 발생기(16)에 출력한다. 또한 제어부(90)는, 밸브(39b), 유량 제어기(39c), 밸브(40b), 유량 제어기(40c), 밸브(44b), 유량 제어기(44c), 밸브(45b) 및 유량 제어기(45c)의 각각에 제어 신호를 출력하고, 또한 배기 장치(56)의 배기량을 조정하기 위한 제어 신호를 당해 배기 장치(56)에 출력하여, 처리 공간(S)의 압력을 제 2 압력으로 설정한다. 이에 의해, 공정(S5)이 실시된다.
이와 같이, 제어부(90)를 가지는 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 도 4에 따라 설명한 플라즈마 처리 방법에서의 공정(S2), 공정(S4), 및 공정(S5)의 처리를 실시하기 위한 당해 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부의 동작을 자동적으로 제어하는 것이 가능하다.
이하, 상술한 플라즈마 처리 방법의 일실험예에 대하여 설명한다. 이 실험예에서는 상술한 공정(S1 ~ S5)을 차례로 실시했다. 이 실험예에서의 각 공정의 조건은, 이하에 나타낸 대로 했다. 또한 비교예로서, 공정(S1, S2, S3, S5)을 차례로 실시했다. 비교예에서의 각 공정의 조건은, 실험예에서의 대응의 공정의 조건과 동일하게 했다.
(공정(S2))
마이크로파의 파워 2000 W
마이크로파의 주파수 2.45 GHz
고주파 전원(58)의 출력 RF 파워 120 W
아르곤 가스의 유량 1000 sccm
CH2F2 가스의 유량 5 sccm
산소 가스(O2 가스)의 유량 2 sccm
유량비(중앙 가스 도입부의 가스 유량 : 주변 가스 도입부의 가스 유량) 30 : 70
처리 공간(S)의 압력 20 mTorr(2.6666 Pa)
처리 시간 60 초
처리 공간(S)의 온도 상부 : 80℃, 측벽(12a) 내면 : 80℃,
스테이지(14)의 온도 중앙 : 30℃, 주연부 : 30℃,
스테이지(14)의 냉매 온도 : 10℃
(공정(S4))
마이크로파의 파워 3000 W
마이크로파의 주파수 2.45 GHz
고주파 전원(58)의 출력 RF 파워 0 W
아르곤 가스의 유량 110 sccm
산소 가스(O2 가스)의 유량 100 sccm
유량비(중앙 가스 도입부의 가스 유량 : 주변 가스 도입부의 가스 유량) 30 : 70
처리 공간(S)의 압력 5 mTorr(0.6666 Pa)
처리 시간 90 초
처리 공간(S)의 온도 상부 : 80℃, 측벽(12a) 내면 : 80℃,
스테이지(14)의 온도 중앙 : 30℃, 주연부 : 30℃,
스테이지(14)의 냉매 온도 : 10℃
(공정(S5))
마이크로파의 파워 3000 W
마이크로파의 주파수 2.45 GHz
고주파 전원(58)의 출력 RF 파워 0 W
아르곤 가스의 유량 100 sccm
산소 가스(O2 가스)의 유량 100 sccm
유량비(중앙 가스 도입부의 가스 유량 : 주변 가스 도입부의 가스 유량) 5 : 95
처리 공간(S)의 압력 20 mTorr(2.6666 Pa)
처리 시간 90 초
처리 공간(S)의 온도 상부 : 80℃, 측벽(12a) 내면 : 80℃,
스테이지(14)의 온도 중앙 : 30℃, 주연부 : 30℃,
스테이지(14)의 냉매 온도 : 10℃
도 6a 및 도 6b는, 실험예 및 비교예에서의 플라즈마의 발광 상태를 나타낸 화상이다. 도 6a에는, 실험예의 공정(S4)의 실시 시와 동일 조건의 환경하에서, 유전체창(20) 직하의 플라즈마 발광 상태를 처리 공간(S)측으로부터 촬영하여 얻은 화상이 나타나 있다. 도 6b에는, 비교예의 공정(S5)의 실시 시와 동일 조건의 환경하에서, 유전체창(20) 직하의 플라즈마 발광 상태를 처리 공간(S)측으로부터 촬영하여 얻은 화상이 나타나 있다. 도 6a의 화상 중앙 부분의 휘도로부터 알 수 있는 바와 같이, 처리 공간(S)의 압력을 제 1 압력으로 설정함으로써, 관통홀(20h)에 플라즈마가 생성되어 있는 것이 확인된다. 한편 도 6b에 나타낸 바와 같이, 제 2 압력에서는, 유전체창(20)의 직하에서 플라즈마가 발생하고 있고, 관통홀(20h)에서 충분히 플라즈마를 발생시키는 것이 이루어져 있지 않다.
도 7a ~ 도 7d는, 실험예 및 비교예에서의 클리닝 결과를 나타낸 화상이다. 도 7a에는, 실험예의 처리 후에 관통홀(20h)로부터 인젝터(41)의 제 2 면(41b)을 촬영하여 얻은 화상이 나타나 있다. 도 7b에는, 실험예의 처리 후에 상방(인젝터(41)측)으로부터 관통홀(20h)을 촬영하여 얻은 화상이 나타나 있다. 한편 도 7c에는, 비교예의 처리 후에 관통홀(20h)로부터 인젝터(41)의 제 2 면(41b)을 촬영하여 얻은 화상이 나타나 있다. 또한 도 7d에는, 비교예의 처리 후에 상방(인젝터(41)측)으로부터 관통홀(20h)을 촬영하여 얻은 화상이 나타나 있다. 도 7c 및 도 7d로부터 알 수 있는 바와 같이, 공정(S4)을 행하지 않고 공정(S5)에만 의해 클리닝을 행한 경우에는, 관통홀(20h)을 구획 형성하는 벽면 및 인젝터(41)의 표면에 퇴적물이 잔존하고 있었다. 한편 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 실험예의 처리 후에는, 관통홀(20h)을 구획 형성하는 벽면 및 인젝터(41)의 표면으로부터는 퇴적물이 제거되는 것이 확인되었다.
이상, 다양한 실시예에 대하여 설명했지만, 이들 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변형 태양을 구성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시예에서의 처리 가스의 일례는 에칭 가스였지만, 에칭 가스 대신에 화학 기상 성장(Chemical Vapor Deposition)법에서의 성막용의 가스가 처리 가스로서 이용되어도 된다.
또한 상술한 실시예에서는, 관통홀(20h) 및 가스 공급부(42)로 별개의 가스 공급계로부터 동종의 가스가 공급되고 있는데, 당해 가스는 단일의 가스 공급계로부터 관통홀(20h) 및 가스 공급부(42)로 공급되어도 된다. 이 경우에는, 관통홀(20h) 및 가스 공급부(42)의 각각으로 단일의 가스 공급계로부터 공급되는 가스의 공급량은, 플로우 스플리터와 같은 요소에 의해 제어될 수 있다.
또한 상술한 실시예에서는, 공정(S4)이 실시된 후에 공정(S5)이 실시되고 있는데, 공정(S5)의 실시 후에 공정(S4)이 실시되어도 된다. 이 경우에는, 제어부(90)는 제 2 모드로 동작한 후에, 제 1 모드로 천이한다.
또한 상술한 실시예에서는, 하나의 피처리 기체(W)의 처리(공정(S2))마다, 공정(S4) 및 공정(S5)이 실시되고 있는데, 복수의 피처리 기체를 처리한 후에, 공정(S4) 및 공정(S5)이 실시되어도 된다. 공정(S2)의 실시 횟수에 대한 공정(S4) 및공정(S5) 중 적어도 하나의 실시 횟수는 임의여도 된다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
14 : 스테이지
16 : 마이크로파 발생기
18 : 안테나
20 : 유전체창
20h : 관통홀
22 : 튜너
24 : 직사각형 도파관
26 : 모드 변환기
28 : 동축 도파관
30 : 슬롯판
32 : 유전체판
34 : 냉각 재킷
36 : 도관
38 : 가스 공급계
39 : 가스 공급계(클리닝 가스 공급계)
40 : 가스 공급계(클리닝 가스 공급계)
41 : 인젝터
42 : 가스 공급부
43 : 가스 공급계
44 : 가스 공급계(다른 클리닝 가스 공급계)
45 : 가스 공급계(다른 클리닝 가스 공급계)
90 : 제어부
S : 처리 공간
W : 피처리 기체

Claims (10)

  1. 플라즈마 처리 장치에서의 플라즈마 처리 방법이며,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기와,
    마이크로파 발생기와,
    상기 마이크로파 발생기에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사하는 안테나이며, 축선에 대하여 둘레 방향으로 배열된 복수의 슬롯을 포함하는 슬롯판을 가지는 상기 안테나와,
    상기 처리 공간 및 상기 안테나 사이에 배치되고, 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 관통홀을 가지는 유전체창과,
    상기 관통홀로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계를 구비하고,
    상기 관통홀은 상기 축선을 따라 하방을 향함에 따라 그 직경이 작아지도록 테이퍼 형상을 가지는 상부 영역 및 상기 축선을 따라 그 직경이 일정하도록 원통 형상을 가지는 하부 영역을 가지고,
    상기 플라즈마 처리 방법은,
    상기 관통홀에서의 클리닝 가스의 분자 밀도를 상기 처리 공간에서의 클리닝 가스의 분자 밀도보다 높게 함으로써 상기 처리 공간보다 상기 관통홀 내에 많은 양의 플라즈마가 생성되도록 상기 안테나로부터 마이크로파를 방사시키고, 상기 처리 공간의 압력이 제 1 압력이 되도록 상기 클리닝 가스 공급계로부터 상기 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 1 압력에서 제 1 클리닝을 행하는 공정과,
    상기 처리 공간에서의 클리닝 가스의 분자 밀도를 상기 관통홀에서의 클리닝 가스의 분자 밀도보다 높게 함으로써 상기 관통홀보다 상기 처리 공간 내에 많은 양의 플라즈마가 생성되도록 상기 안테나로부터 마이크로파를 방사시키고, 상기 처리 공간의 압력이 상기 제 1 압력보다 높게 설정된 제 2 압력이 되도록 상기 클리닝 가스 공급계로부터 상기 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 2 압력에서 제 2 클리닝을 행하는 공정을 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 10 mTorr(1.3333 Pa) 이하인 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝을 행하는 상기 공정에 있어서, 상기 관통홀로 아르곤 가스를 더 공급하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 클리닝을 행하는 상기 공정이, 상기 제 2 클리닝을 행하는 상기 공정보다 먼저 행해지는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 축선의 연장 방향에서 상기 유전체창에 대면하도록 설치된 스테이지와, 상기 스테이지와 상기 유전체창의 사이에서 상기 축선의 주위로부터 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 가스 공급부로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 다른 클리닝 가스 공급계를 더 구비하고,
    상기 제 1 클리닝을 행하는 상기 공정에 있어서, 상기 가스 공급부로부터도 상기 처리 공간으로 상기 클리닝 가스가 공급되는 플라즈마 처리 방법.
  6. 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기와,
    마이크로파 발생기와,
    상기 마이크로파 발생기에 의해 발생되는 마이크로파에 기초하여, 플라즈마 여기용의 마이크로파를 방사하는 안테나이며, 축선에 대하여 둘레 방향으로 배열된 복수의 슬롯을 포함하는 슬롯판을 가지는 상기 안테나와,
    상기 처리 공간 및 상기 안테나 사이에 배치되고, 상기 처리 공간으로 가스를 공급하는 관통홀을 가지는 유전체창과,
    상기 관통홀로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계와,
    상기 마이크로파 발생기 및 상기 클리닝 가스 공급계를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 관통홀은 상기 축선을 따라 하방을 향함에 따라 그 직경이 작아지도록 테이퍼 형상을 가지는 상부 영역 및 상기 축선을 따라 그 직경이 일정하도록 원통 형상을 가지는 하부 영역을 가지고,
    상기 제어부는,
    상기 마이크로파 발생기가 마이크로파를 발생하고 있을 때, 상기 관통홀에서의 클리닝 가스의 분자 밀도를 상기 처리 공간에서의 클리닝 가스의 분자 밀도보다 높게 함으로써 상기 처리 공간보다 상기 관통홀 내에 많은 양의 플라즈마가 생성되도록 제 1 모드에서, 상기 처리 공간의 압력이 제 1 압력이 되도록 상기 클리닝 가스 공급계로 상기 클리닝 가스를 공급시키고,
    상기 마이크로파 발생기가 마이크로파를 발생하고 있을 때, 상기 처리 공간에서의 클리닝 가스의 분자 밀도를 상기 관통홀에서의 클리닝 가스의 분자 밀도보다 높게 함으로써 상기 관통홀보다 상기 처리 공간 내에 많은 양의 플라즈마가 생성되도록 제 2 모드에서, 상기 처리 공간의 압력이 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력이 되도록 상기 클리닝 가스 공급계로 상기 클리닝 가스를 공급시키는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 10 mTorr(1.3333 Pa) 이하인 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 관통홀로 아르곤 가스를 공급하는 가스 공급계를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 모드로 동작한 후에 상기 제 2 모드로 동작하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축선의 연장 방향에서 상기 유전체창에 대면하도록 설치된 스테이지와,
    상기 스테이지와 상기 유전체창의 사이에서 상기 축선의 주위로부터 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    상기 가스 공급부로 산소 가스를 포함하는 클리닝 가스를 공급하는 다른 클리닝 가스 공급계를 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 모드에서, 상기 다른 클리닝 가스 공급계로도 상기 클리닝 가스를 공급시키는 플라즈마 처리 장치.
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