KR102102003B1 - 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 장치 PM1은, 플라즈마 처리 공간 S를 구획하는 처리 용기(12)와, 피처리 기판 W의 설치용 스테이지(14)와, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 플라즈마 처리 공간 S에 도입하는 가스 공급계(38) 등을 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치 PM1은, 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전자 에너지를 공급하는 마이크로파 발생기(16)를 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치 PM1은, 처리 용기(12)의 외부의 기판 반입 스테이지에 설치된 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령이 발행되어 피처리 기판 W가 처리 용기(12) 내에 반송되고 있는 동안에, 웨이퍼리스의 상태에서, 처리 가스를 공급함과 아울러 전자 에너지를 공급하는 웜업 처리를 행하는 제어부(100)를 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING DEVICE AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태는, 플라즈마 처리 장치, 및 플라즈마 처리 방법에 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, 피처리 기판을 처리하기 위한 처리실, 처리실 내에 피처리 기판을 설치하는 시료대, 및 플라즈마 반응에 필요한 처리 가스를 처리실 내에 도입하기 위한 가스 공급계 등을 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치는, 처리실 내의 처리 가스를 플라즈마화하기 위해, 마이크로파, RF파 등의 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구, 및 바이어스 전압을 시료대에 인가하고, 시료대 위에 설치된 피처리 기판을 향해서 플라즈마 중의 이온을 가속하기 위한 바이어스 전압 인가 기구 등을 구비한다.
그런데, 플라즈마 처리 장치는, 처리실의 내표면 온도의 편차에 기인하여, 동일한 처리 조건에서 플라즈마 처리를 반복하더라도 피처리 기판의 가공 정밀도가 다른 경우가 있다. 일례로서 플라즈마 에칭 장치를 들어 설명한다. 예컨대, 이전의 플라즈마 에칭 처리의 실행 후 어느 정도의 시간을 두고 플라즈마 에칭 처리를 행하면, 이 플라즈마 에칭 처리의 최초의 로트(퍼스트 로트)의 1매째의 피처리 기판의 에칭 레이트가, 후속 피처리 기판에 비하여 에칭 레이트가 낮아지는 경우가 있다. 이것은, 이전의 플라즈마 에칭 처리의 실행 후 어느 정도의 시간을 둔 것에 의해 처리실의 내표면의 온도가 저하하고, 그 상태로 플라즈마 에칭 처리가 실행되는 것에 기인하는 것이라고 생각된다.
종래, 이와 같은 문제에 대해서는, 예컨대, 특허 문헌 1과 같이 퍼스트 로트의 피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실행하기 전에, 시즈닝을 행하는 것이 알려져 있다. 시즈닝이란, 퍼스트 로트의 플라즈마 처리를 실행하기 전에, 시료대에 더미 웨이퍼를 설치하여, 플라즈마를 생성시키는 처리를 실행하는 것에 의해, 처리실의 내표면 온도를 상승시키는 것이다. 그리고, 처리실의 내표면 온도가 상승한 후, 통상의 플라즈마 처리를 실행한다. 이것에 의하면, 일단 처리실의 내표면 온도가 저하한 후의 퍼스트 로트의 피처리 기판을 처리하는 경우에도, 에칭 레이트가 저하하는 것을 억제할 수 있다고 생각된다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2005-244065호 공보
그렇지만, 종래 기술은, 시즈닝 프로세스에 의해 퍼스트 로트의 피처리 기판을 처리하기 전에 더미 웨이퍼를 설치하여 플라즈마 처리를 행하므로, 단위 시간당 피처리 기판의 처리 매수가 저하한다. 이 때문에, 종래 기술에서는, 퍼스트 로트의 피처리 기판의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한, 피처리 기판의 플라즈마 처리의 스루풋의 저하를 억제하는 것은 어렵다.
본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공간을 구획하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련되고, 피처리 기판이 설치되는 시료대를 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 상기 플라즈마 처리 공간에 도입하는 가스 공급 기구와, 상기 플라즈마 처리 공간 내에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구를 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기의 외부의 기판 반입 스테이지에 설치된 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령이 발행되어 그 피처리 기판이 상기 기판 반입 스테이지로부터 상기 처리 용기 내에 반송되고 있는 동안에, 상기 시료대에 피처리 기판이 설치되어 있지 않은 상태에서, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급함과 아울러 상기 플라즈마 생성 기구에 의해 상기 전자 에너지를 공급하는 웜업 처리를 실행하는 제어부를 구비한다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태에 의하면, 퍼스트 로트의 피처리 기판의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한, 피처리 기판의 플라즈마 처리의 스루풋의 저하를 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법이 실현된다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 슬롯판을 축선 X 방향으로부터 본 평면도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 인젝터 및 유전체창의 관통 구멍을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 개략을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 플로차트이다.
도 7(a)는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7(b)는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7(c)는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서의 처리 가스 종류마다의 유전체창의 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 9는 유전체창의 온도 측정 포인트의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 방사 온도 측정기에 의한 온도 측정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 방사 온도 측정기에 의한 온도 측정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 유전체창의 온도 측정 포인트마다의 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 13은 광파이버 온도계에 의한 온도 측정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14(a)는 로트간에 있어서의 유전체창의 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 14(b)는 로트간에 있어서의 유전체창의 온도의 추이를 나타내는 도면이다.
도 15는 일 실시 형태에 따른 로트간 웜업 처리의 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이기로 한다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 개략을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 시스템(1000)은, 대기 반송실(11), 반입출 포트(130), 로드록실(150), 얼라인먼트 모듈(160)을 구비한다. 또한, 플라즈마 처리 시스템(1000)은, 진공 반송실(13), 복수의 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4, 및 제어부(100)를 구비한다.
대기 반송실(11)은, 대기 압력하에 마련되고, 반입출 포트(130)에 설치된 피처리 기판 W를, 예컨대 플라즈마 처리 장치 PM1에 반송하기 위한 직육면체 형상의 반송 용기이다. 대기 반송실(11) 내에는, 반입출 포트(130), 얼라인먼트 모듈(160), 및 로드록실(150)의 상호간에, 피처리 기판 W를 수수하는 회전 신축이 자유로운 반송 암을 갖는 반송 기구(120)가 마련된다. 반입출 포트(130)는, 대기 반송실(11)의 긴 변의 한쪽의 측벽으로 늘어놓아 복수(본 실시 형태에서는 3개) 마련된다. 각 반입출 포트(130)는, 도어(140)를 거쳐서 대기 반송실(11)의 긴 변의 한쪽의 측벽에 접속되고, 플라즈마 처리가 실시되기 전의 피처리 기판 W를 수납하는 FOUP(Front Opening Unified Pod)를 갖는다.
로드록실(150)은, 대기 반송실(11)의 긴 변의 다른 쪽의 측벽으로 늘어놓아 복수(본 실시 형태에서는 2개) 마련된다. 로드록실(150)은, 게이트 밸브 G1을 거쳐서 대기 반송실(11)의 긴 변의 다른 쪽의 측벽에 접속되고, 대기 압력하의 피처리 기판 W를 진공 압력하의 진공 반송실(13)에 수수하기 위한 예비 진공실이다. 얼라인먼트 모듈(160)은, 대기 반송실(11)의 짧은 변의 한쪽의 측벽에 마련되고, 피처리 기판 W의 위치 조정을 행하기 위한 오리엔터를 갖는다.
진공 반송실(13)은, 평면 형상이 6각형인 피처리 기판 W의 반송 용기이고, 도시하지 않는 진공 펌프에 의해 실내가 진공 분위기로 유지되고 있다. 진공 반송실(13)의 2변의 측벽에는 각각, 게이트 밸브 G2를 거쳐서 로드록실(150)이 접속된다. 또한, 진공 반송실(13)의 나머지의 4변의 측벽에는 각각, 게이트 밸브 G3을 거쳐서 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4가 접속된다. 진공 반송실(13) 내에는, 로드록실(150), 및 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4의 상호간에 피처리 기판 W를 수수하는, 회전 신축이 자유로운 반송 암을 갖는 반송 기구(220)가 마련되어 있다.
제어부(100)는, 예컨대, 중앙 처리 장치(CPU) 및 메모리 등의 기억 장치를 구비하는 컴퓨터이더라도 좋다. 제어부(100)는, 기억 장치에 기억된 프로그램 및 처리 레시피에 따라서 다양한 제어 신호를 출력한다. 제어부(100)는, 예컨대, 피처리 기판 W의 반송, 각 게이트 밸브 G1~G3 및 도어(140)의 개폐, 각 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4에 있어서의 처리, 웜업 처리, 및 로트간 웜업 처리의 제어를 행한다. 제어부(100)로부터 출력되는 다양한 제어 신호는, 반송 기구(120, 220), 각 게이트 밸브 G1~G3, 도어(140), 및 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4에 입력된다. 또, 제어부(100)에 의해 실행되는 웜업 처리 및 로트간 웜업 처리의 상세는 후술한다.
다음으로, 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4의 구성을 설명한다. 본 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치 PM1~PM4가 모두 플라즈마 에칭 장치인 경우를 예로 들어 설명하지만, 이것으로는 한정되지 않는다. 이하의 설명에서는, 플라즈마 처리 장치 PM1을 대표하여 설명하지만, 플라즈마 처리 장치 PM2~PM4도 동일한 구성을 갖는 것으로 한다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 플라즈마 처리 장치 PM1은, 처리 용기(12), 스테이지(14), 마이크로파 발생기(16), 안테나(18), 및 유전체창(20)을 구비하고 있다.
처리 용기(12)는, 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간 S를 구획하고 있다. 처리 용기(12)는, 측벽(12a), 및, 저부(12b)를 갖는다. 측벽(12a)은, 대략 통 형상으로 형성되어 있다. 이하, 측벽(12a)의 통 형상의 중심에 있어서 통 형상의 연장되는 축선 X를 가상적으로 설정하고, 축선 X의 연장 방향을 축선 X 방향이라고 한다. 저부(12b)는, 측벽(12a)의 하단측에 마련되고, 측벽(12a)의 바닥측 개구를 덮는다. 저부(12b)에는, 배기용 배기 구멍(12h)이 마련되어 있다. 측벽(12a)의 상단부는 개구하고 있다.
측벽(12a)의 상단부 개구는, 유전체창(20)에 의해 닫혀 있다. 유전체창(20)과 측벽(12a)의 상단부의 사이에는 O링(21)이 개재되어 있다. 유전체창(20)은, O링(21)을 사이에 두고 측벽(12a)의 상단부에 마련된다. O링(21)에 의해, 처리 용기(12)의 밀폐가 보다 확실한 것이 된다. 스테이지(14)는, 처리 공간 S 내에 수용되고, 피처리 기판 W가 탑재된다. 유전체창(20)은, 처리 공간 S에 대향하는 대향면(20a)을 갖는다.
마이크로파 발생기(16)는, 예컨대, 2.45㎓의 마이크로파를 발생시킨다. 본 실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치 PM1은, 튜너(22), 도파관(24), 모드 변환기(26), 및 동축 도파관(28)을 더 구비하고 있다.
마이크로파 발생기(16)는, 튜너(22)를 거쳐서 도파관(24)에 접속되어 있다. 도파관(24)은, 예컨대, 직사각형 도파관이다. 도파관(24)은, 모드 변환기(26)에 접속되어 있고, 모드 변환기(26)는, 동축 도파관(28)의 상단에 접속되어 있다.
동축 도파관(28)은, 축선 X를 따라서 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 갖고 있다. 내측 도체(28b)는, 외측 도체(28a)의 내부에 마련되어 있다. 이 내측 도체(28b)는, 축선 X를 따라서 연장되는 대략 원통 형상을 갖고 있다.
마이크로파 발생기(16)에 의해 발생된 마이크로파는, 튜너(22) 및 도파관(24)을 거쳐서 모드 변환기(26)에 도파된다. 모드 변환기(26)는, 마이크로파의 모드를 변환하여, 모드 변환 후의 마이크로파를 동축 도파관(28)에 공급한다. 동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 안테나(18)에 공급된다.
안테나(18)는, 마이크로파 발생기(16)에 의해 발생되는 마이크로파에 근거하여, 플라즈마 여기용 마이크로파를 방사한다. 안테나(18)는, 슬롯판(30), 유전체판(32), 및 냉각 재킷(34)을 갖는다. 안테나(18)는, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 반대측의 면(20b) 위에 마련되고, 마이크로파 발생기(16)에 의해 발생되는 마이크로파에 근거하여, 유전체창(20)을 거쳐서 플라즈마 여기용 마이크로파를 처리 공간 S에 방사한다. 또, 마이크로파 발생기(16) 및 안테나(18) 등은, 처리 공간 S 내에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구가 된다.
슬롯판(30)은, 축선 X에 판면이 직교하는 대략 원판 형상으로 형성된다. 슬롯판(30)은, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 반대측의 면(20b) 위에, 유전체창(20)과 서로 판면을 맞추어 배치된다. 슬롯판(30)에는, 축선 X를 중심으로 하여 둘레 방향으로 복수의 슬롯(30a)이 배열된다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 슬롯판을 축선 X 방향으로부터 본 평면도이다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 슬롯판(30)은, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 구성하는 슬롯판이다. 슬롯판(30)은, 도전성을 갖는 금속제의 원판 형상으로 형성된다. 슬롯판(30)에는, 복수의 슬롯(30a)이 형성된다. 각 슬롯(30a)은, 서로 교차 또는 직교하는 방향으로 연장되는 긴 구멍인 슬롯(30b)과 슬롯(30c)을 포함하고 있다. 복수의 슬롯(30a)은, 지름 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있고, 또한, 둘레 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다.
바꿔 말하면, 복수의 슬롯(30a)은, 슬롯판(30)의 원주 방향을 따라서 복수 배치되어 형성된 제 1 슬롯군(30a-1)과, 제 1 슬롯군(30a-1)보다 슬롯판(30)의 지름 방향의 바깥쪽에 있어서, 슬롯판(30)의 원주 방향을 따라서 복수 배치되어 형성된 제 2 슬롯군(30a-2)을 갖는다. 또한, 슬롯판(30)의 중앙부에는, 후술하는 도관(36)이 관통 가능한 관통 구멍(30d)이 형성된다.
도 2를 다시 참조한다. 유전체판(32)은, 판면이 축선 X에 직교하는 대략 원판 형상으로 형성된다. 유전체판(32)은, 슬롯판(30)과 냉각 재킷(34)의 아래쪽 표면의 사이에 마련되어 있다. 유전체판(32)은, 예컨대 석영제이고, 대략 원판 형상을 갖고 있다. 또한, 유전체창(20)은, 처리 공간 S에 면한 대향면(20a)의, 원판 형상의 중앙부와 외주부의 사이에 고리 모양의 오목부(20c)가 형성되어 있다. 이것에 의해, 유전체창(20)에는, 원판 형상의 중앙부에 있어서의 후부(厚部)(20d)와, 원판 형상의 중앙부와 외주부의 사이에 있어서의 박부(薄部)(20e)가 형성된다.
냉각 재킷(34)의 표면은, 도전성을 갖는다. 냉각 재킷(34)은, 내부에 냉매가 통류 가능한 유로(34a)가 형성되어 있고, 냉매의 통류에 의해 유전체판(32) 및 슬롯판(30)을 냉각한다. 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 구멍을 통해서, 슬롯판(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
동축 도파관(28)으로부터의 마이크로파는, 유전체판(32)에 전파되고, 슬롯판(30)의 슬롯(30a)으로부터 유전체창(20)을 거쳐서, 처리 공간 S 내에 도입된다. 본 실시 형태에 있어서는, 동축 도파관(28)의 내측 도체(28b)의 안쪽 구멍에는, 도관(36)이 지나고 있다. 슬롯판(30)의 중앙부에는, 도관(36)이 관통 가능한 관통 구멍(30d)이 형성되어 있다. 도관(36)은, 축선 X를 따라서 연장되고 있고, 가스 공급계(38), 가스 공급계(39), 및, 가스 공급계(40)에 접속된다.
가스 공급계(38)는, 도관(36)에 피처리 기판 W를 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(38)에 의해 공급되는 처리 가스는, 불소계 가스를 포함한다. 처리 가스는, 본 실시 형태에서는, 에칭 가스이고, 예컨대, 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, 예컨대, 매스 플로 컨트롤러이고, 가스원(38a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(39)는, 도관(36)에 피처리 기판 W를 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(39)에 의해 공급되는 처리 가스는, 산소 가스(O2 가스)를 포함한다. 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, 예컨대, 매스 플로 컨트롤러이고, 가스원(39a)으로부터의 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(40)는, 아르곤 가스를 도관(36)에 공급한다. 본 실시 형태에 있어서는, 가스 공급계(39)로부터의 처리 가스에 더하여, 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, 예컨대, 매스 플로 컨트롤러이고, 가스원(40a)으로부터의 아르곤 가스의 유량을 조정한다. 또, 가스 공급계(38, 39, 40)는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 공간 S에 도입하는 가스 공급 기구가 된다.
본 실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치 PM1은, 인젝터(41)를 더 구비할 수 있다. 인젝터(41)는, 도관(36)으로부터의 가스를 유전체창(20)에 형성된 관통 구멍(20h)에 공급한다. 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)에 공급된 가스는, 처리 공간 S에 공급된다. 이하의 설명에서는, 도관(36), 인젝터(41), 및, 관통 구멍(20h)에 의해 구성되는 가스 공급 경로를, 「중앙 가스 도입부」라고 하는 경우가 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치 PM1은, 가스 공급부(42)를 더 구비한다. 가스 공급부(42)는, 스테이지(14)와 유전체창(20)의 사이에 있어서, 유전체창(20)의 바깥쪽 가장자리의 아래로부터 가스를 처리 공간 S에 공급한다. 이하의 설명에서는, 가스 공급부(42)를, 「주변 가스 도입부」라고 하는 경우가 있다. 가스 공급부(42)는, 도관(42a)을 포함한다. 도관(42a)은, 유전체창(20)과 스테이지(14)의 사이에 있어서 축선 X를 중심으로 고리 모양으로 연장되고 있다. 도관(42a)에는, 복수의 가스 공급 구멍(42b)이 형성되어 있다. 복수의 가스 공급 구멍(42b)은, 고리 모양으로 배열되고, 축선 X를 향해서 개구하고 있고, 도관(42a)에 공급된 가스를, 축선 X를 향해서 공급한다. 이 가스 공급부(42)는, 도관(46)을 거쳐서, 가스 공급계(43), 가스 공급계(44), 및 가스 공급계(45)에 접속되어 있다.
가스 공급계(43)는, 가스 공급부(42)에 피처리 기판 W를 처리하기 위한 처리 가스를 공급한다. 가스 공급계(43)로부터 공급되는 처리 가스는, 가스 공급계(38)의 처리 가스와 마찬가지로, 불소계 가스를 포함한다. 이 처리 가스는, 본 실시 형태에서는, 에칭 가스이고, 예컨대, 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, 예컨대, 매스 플로 컨트롤러이고, 가스원(43a)으로부터의 처리 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(44)에 의해 공급되는 처리 가스는, 가스 공급계(39)의 처리 가스와 마찬가지로, 산소 가스를 포함한다. 가스 공급계(44)는, 산소 가스(O2 가스)를 포함하는 처리 가스를 가스 공급부(42)에 공급한다. 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, 예컨대, 매스 플로 컨트롤러이고, 가스원(44a)으로부터의 가스의 유량을 조정한다.
가스 공급계(45)는, 아르곤 가스를 가스 공급부(42)에 공급한다. 본 실시 형태에 있어서는, 가스 공급계(44)로부터의 처리 가스에 더하여, 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, 예컨대, 매스 플로 컨트롤러이고, 가스원(45a)으로부터의 아르곤 가스의 유량을 조정한다. 또, 가스 공급계(43, 44, 45)는, 플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 처리 공간 S에 도입하는 가스 공급 기구가 된다.
스테이지(14)는, 축선 X 방향에 있어서 유전체창(20)과 대면하도록 마련되어 있다. 이 스테이지(14)는, 유전체창(20)과 해당 스테이지(14)의 사이에 처리 공간 S를 두도록 마련되어 있다. 스테이지(14) 위에는, 피처리 기판 W가 탑재된다. 본 실시 형태에 있어서는, 스테이지(14)는, 스탠드(14a), 포커스 링(14b), 및, 정전 척(14c)을 포함한다.
스탠드(14a)는, 통 형상 지지부(48)에 의해 지지되어 있다. 통 형상 지지부(48)는, 절연성 재료로 구성되어 있고, 저부(12b)로부터 수직 위쪽으로 연장되어 있다. 또한, 통 형상 지지부(48)의 외주에는, 도전성의 통 형상 지지부(50)가 마련되어 있다. 통 형상 지지부(50)는, 통 형상 지지부(48)의 외주를 따라서 처리 용기(12)의 저부(12b)로부터 수직 위쪽으로 연장되어 있다. 이 통 형상 지지부(50)와 측벽(12a)의 사이에는, 고리 모양의 배기로(51)가 형성되어 있다.
배기로(51)의 상부에는, 복수의 관통 구멍이 마련된 고리 모양의 배플판(52)이 설치되어 있다. 배기 구멍(12h)의 하부에는 배기관(54)을 거쳐서 배기 장치(56)가 접속되어 있다. 배기 장치(56)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 배기 장치(56)에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간 S를 소망하는 진공도까지 감압할 수 있다.
스탠드(14a)는, 고주파 전극을 겸하고 있다. 스탠드(14a)에는, 급전봉(62) 및 매칭 유닛(60)을 거쳐서, RF 바이어스용 고주파 전원(58)이 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은, 피처리 기판 W에 끌어들이는 이온의 에너지를 제어하기에 적합한 일정한 주파수, 예컨대, 13.65㎒의 고주파 전력을 소정의 파워로 출력한다. 매칭 유닛(60)은, 고주파 전원(58)측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 처리 용기(12) 등의 부하측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 내에 자기 바이어스 생성용 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
스탠드(14a)의 상면에는, 정전 척(14c)이 마련되어 있다. 정전 척(14c)은, 피처리 기판 W를 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(14c)의 지름 방향 바깥쪽에는, 피처리 기판 W의 주위를 고리 모양으로 둘러싸는 포커스 링(14b)이 마련되어 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 마련되어 있다. 전극(14d)에는, 고압의 직류 전원(64)이 스위치(66) 및 피복선(68)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(14c)은, 직류 전원(64)에서 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 피처리 기판 W를 흡착 유지할 수 있다.
스탠드(14a)의 내부에는, 둘레 방향으로 연장되는 고리 모양의 냉매실(14g)이 마련되어 있다. 이 냉매실(14g)에는, 칠러 유닛(도시하지 않음)에서 배관(70, 72)을 거쳐서 소정의 온도의 냉매, 예컨대, 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해 정전 척(14c)의 상면 온도가 제어된다. 전열 가스, 예컨대, He 가스가 가스 공급관(74)을 거쳐서 정전 척(14c)의 상면과 피처리 기판 W의 이면의 사이에 공급되고 있고, 이 정전 척(14c)의 상면 온도에 의해 피처리 기판 W의 온도가 제어된다. 또, 제어부(10)로부터 출력되는 다양한 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 입력된다.
이하, 도 4를 참조하여, 인젝터(41) 및 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 4는 일 실시 형태에 따른 인젝터 및 유전체창의 관통 구멍을 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 유전체창(20)은, 축선 X를 따라서 위쪽으로부터 차례로 수용 공간(20s), 관통 구멍(20h)을 구획하고 있다. 관통 구멍(20h)은, 수용 공간(20s)과 처리 공간 S를 연통시키고 있다. 관통 구멍(20h) 축선 방향을 따라서 안테나(18)측의 개구와 처리 공간 S측의 개구의 사이에서 연장되고, 안테나(18)측의 개구보다 단면적이 작은 부분을 처리 공간 S측의 개구의 가까이에 갖는다. 여기서, 「면적」이란, 축선 X에 직교하는 면에서의 관통 구멍(20h)의 면적이다. 일례에 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍(20h)은, 축선 X를 따라서 아래쪽으로 향함에 따라 그 직경이 작아지는 테이퍼 형상을 갖고 있다.
수용 공간(20s)에는, 인젝터(41), 및, 도관(36)의 일단부(36b)가 수용되어 있다. 도관(36)은, 도전성을 갖는 금속에 의해 구성될 수 있다. 도관(36)은, 본체부(36a) 및 일단부(36b)를 포함하고 있다. 본체부(36a)는, 축선 X를 따라서 연장되는 통 형상을 갖고 있다. 일단부(36b)는, 대략 원판 형상을 갖고 있고, 본체부(36a)보다 큰 외경을 갖고 있다. 도관(36)에는, 본체부(36a) 및 일단부(36b)에 걸쳐서 관통하는 가스 공급용 안쪽 구멍이 마련되어 있다. 이 도관(36)의 본체부(36a)는, 내측 도체(28b)의 안쪽 구멍을 지나고 있다.
내측 도체(28b)는, 상술한 바와 같이, 슬롯판(30)에 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 슬롯판(30)의 내측 가장자리 부분은, 내측 도체(28b)의 하단과 금속제의 부재(80)에 의해 끼워져 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) 내에 있어서, 도관(36)의 일단부(36b)의 아래쪽에 수용되어 있다. 인젝터(41)는, 도전성을 갖고 있고, 대략 원판 형상을 갖고 있다. 인젝터(41)는, 예컨대, 알루미늄 또는 스테인리스제이다.
인젝터(41)는, 일단부(36b)측의 제 1 면(41a)과 관통 구멍(20h)측의 제 2 면(41b)을 포함하고 있다. 인젝터(41)에는, 제 1 면(41a)으로부터 제 2 면(41b)까지 연장되는 복수의 관통 구멍(41h)이 형성되어 있다. 일 실시 형태에 있어서는, 제 2 면(41b)에는, Y2O3의 막이 형성되어 있더라도 좋다. 이 막은, Y2O3을 제 2 면(41b)에 코팅한 후에, 코팅된 막을 전자 빔에 의해 용융시키는 것에 의해 형성되더라도 좋다.
인젝터(41)는, 나사(84)에 의해 도관(36)의 일단부(36b)에 대하여 고정되어 있고, 해당 일단부(36b)에 전기적으로 접속하고 있다. 따라서, 인젝터(41)는, 내측 도체(28b), 슬롯판(30), 및 도관(36)과 동일한 전위로 설정될 수 있다. 인젝터(41)는, 예컨대, 접지 전위로 설정될 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 인젝터(41)의 제 2 면(41b)과 유전체창(20)의 사이에는 O링(86)이 마련된다. O링(86)은, 복수의 관통 구멍(41h)의 관통 구멍(20h)측의 개구를 둘러싸도록 고리 모양으로 연장되고 있다. 이 O링(86)에 의해, 인젝터(41)와 유전체창(20)의 사이에 있어서의 기밀이 확보된다. 또한, 인젝터(41)의 제 1 면(41a)과 도관(36)의 일단부(36b)의 사이에는 O링(88)이 마련된다. O링(88)은, 복수의 관통 구멍(41h)의 일단부(36b)측의 개구를 둘러싸도록 고리 모양으로 연장되고 있다. 이것에 의해, 인젝터(41)와 도관(36)의 일단부(36b)의 사이의 기밀이 확보된다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치 PM1에서는, 도관(36) 및 인젝터(41)의 관통 구멍(41h)을 거쳐서, 유전체창(20)의 관통 구멍(20h)으로부터 처리 공간 S 내에 축선 X를 따라서 가스가 공급된다. 또한, 관통 구멍(20h)보다 아래쪽에 있어서, 가스 공급부(42)로부터 축선 X를 향해서 가스가 공급된다. 또한, 안테나(18)로부터 유전체창(20)을 거쳐서 처리 공간 S 및/또는 관통 구멍(20h) 내에 마이크로파가 도입된다. 이것에 의해, 처리 공간 S 및/또는 관통 구멍(20h)에 있어서 플라즈마가 발생한다. 이와 같이, 플라즈마 처리 장치 PM1에 의하면, 자장을 가하지 않고서, 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
다음으로, 플라즈마 처리 장치 PM1을 이용한 플라즈마 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 개략을 나타내는 도면이다. 도 5는 피처리 기판 W의 반송의 흐름과, 웜업 플라즈마 처리 및 플라즈마 처리의 시퀀스를 나타내는 것이다. 도 5의 예는, 피처리 기판 W가 반입출 포트(130)로부터 플라즈마 처리 장치 PM1에 반송되고, 플라즈마 처리 장치 PM1에 있어서 플라즈마 처리되는 경우를 예로 들지만, 이것으로는 한정되지 않는다.
우선, 피처리 기판 W의 반송에 대하여 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 우선, 피처리 기판 W는 반입출 포트(130)에 설치된다. 그리고, 반입출 포트(130)에 설치된 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령이 발령되면, 제어부(100)는, 피처리 기판 W의 반송을 개시한다. 제어부(100)는, 피처리 기판 W를 반입출 포트(130)로부터 도어(140) 및 대기 반송실(11)을 거쳐서 얼라인먼트 모듈(160)에 반송한다. 얼라인먼트 모듈(160)은, 피처리 기판 W의 위치 조정 처리를 행한다.
계속하여, 제어부(100)는, 위치 조정 처리가 행해진 피처리 기판 W를 얼라인먼트 모듈(160)로부터 게이트 밸브 G1을 거쳐서 로드록실(150)에 반송한다. 로드록실(150)은, 피처리 기판 W가 반송된 후, 진공 압력으로 감압된다. 계속하여, 제어부(100)는, 진공 압력하의 로드록실(150)로부터 피처리 기판 W를, 게이트 밸브 G2, 진공 반송실(13), 및 게이트 밸브 G3을 거쳐서 플라즈마 처리 장치 PM1에 반송한다. 플라즈마 처리 장치 PM1은, 반송된 피처리 기판 W에 대하여, 예컨대 에칭 처리 등의 플라즈마 처리를 실행한다.
다음으로, 제어부(100)의 웜업 처리에 대하여 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제어부(100)는, 반입출 포트(130)에 설치된 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령에 따라 피처리 기판 W의 반송을 개시하면, 웜업 처리를 실행한다. 웜업 처리란, 피처리 기판 W가 반송되고 있는 동안에, 스테이지(14)에 피처리 기판 W가 설치되어 있지 않은 상태(웨이퍼리스 상태)에서, 가스 공급 기구에 의해 처리 가스를 플라즈마 처리 공간 S에 공급함과 아울러, 플라즈마 생성 기구에 의해 전자 에너지를 공급하는 처리(웜업 플라즈마 처리)이다.
제어부(100)는, 피처리 기판 W가 플라즈마 처리 장치 PM1의 앞쪽의 게이트 밸브 G3에 도착하여, 플라즈마 처리 장치 PM1에 반송되기 전에, 웜업 처리를 종료한다. 피처리 기판 W가 플라즈마 처리 장치 PM1에 반송되어 스테이지(14)에 설치된 후, 플라즈마 처리 장치 PM1은, 예컨대 에칭 처리 등을 위해, 가스 공급 기구에 의해 처리 가스를 플라즈마 처리 공간 S에 공급함과 아울러 플라즈마 생성 기구에 의해 전자 에너지를 공급하는 처리(플라즈마 처리)를 실행한다.
또, 상기 일 실시 형태에서는, 피처리 기판 W가 게이트 밸브 G3에 도착한 후에 웜업 처리를 종료하는 예를 나타냈지만, 이것으로는 한정되지 않는다. 도 6은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 플로차트이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제어부(100)는, 반입출 포트(130)에 설치된 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령이 발령되면(S101), 반입출 포트(130)에 설치된 피처리 기판 W의 반송을 개시한다(S102). 계속하여, 제어부(100)는, 피처리 기판 W의 반송이 개시되면 웜업 처리를 개시한다(S103). 계속하여, 제어부(100)는, 유전체창(20)의, 예컨대 대향면(20a)의 중앙부의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되거나, 또는 미리 설정된 시간이 경과했는지 여부를 판정한다(S104).
제어부(100)는, 유전체창(20)의, 예컨대 대향면(20a)의 중앙부의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되거나, 또는 미리 설정된 시간이 경과하기까지(S104, 아니오), 웜업 처리를 계속한다. 한편, 제어부(100)는, 유전체창(20)의, 예컨대 대향면(20a)의 중앙부의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되거나, 또는 미리 설정된 시간이 경과하면(S104, 예), 웜업 처리를 종료한다(S105).
계속하여, 제어부(100)는, 피처리 기판 W가 플라즈마 처리 장치 PM1(스테이지(14))에 도착하면(S106), 플라즈마 에칭 등의 플라즈마 처리를 개시한다(S107).
본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1 및 플라즈마 처리 방법에 의하면, 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령에 따라 피처리 기판 W가 플라즈마 처리 장치 PM1까지 반송되는 동안에 웜업 처리가 실행된다. 따라서, 피처리 기판 W가 퍼스트 로트였다고 하더라도, 이 퍼스트 로트의 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리를 실행할 때에는 플라즈마 처리 장치 PM1의, 예컨대 유전체창(20)의 온도가 소망하는 온도까지 가열되고 있다. 이것에 더하여, 웜업 처리는, 피처리 기판 W가 반송되고 있는 동안에 실행되므로, 스루풋에 영향을 미치기 어렵다. 그 결과, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1 및 플라즈마 처리 방법에 의하면, 퍼스트 로트의 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한, 피처리 기판 W의 플라즈마 처리의 스루풋의 저하를 억제할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의한 효과에 대하여 설명한다. 도 7(a), 도 7(b), 도 7(c)는 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의한 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 7(a), 도 7(b), 도 7(c)는 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 효과를 나타내는 도면이다.
도 7(a), 도 7(b), 도 7(c)에 있어서, 가로축은, 플라즈마 처리 장치 PM1에 투입한 피처리 기판 W의 1로트 내의 처리 순서를 나타낸 번호(슬롯 번호)를 나타내고, 세로축은, 에칭 레이트(㎚/분), 유전체창(20)의 시간 평균 온도(℃)를 나타내고 있다. 또한, 도 7(a)는 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용하지 않고서, 피처리 기판 W에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 실행한 경우의, 유전체창(20)의 온도와 에칭 레이트의 관계를 나타내는 그래프이다. 한편, 도 7(b), 도 7(c)는 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용하여 피처리 기판 W에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 실행한 경우의, 유전체창(20)의 온도와 에칭 레이트의 관계를 나타내는 그래프이다.
우선, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용하지 않은 경우, 그래프(174)에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W를 처리할 때에는, 다른 슬롯 번호의 피처리 기판 W를 처리하는 경우와 비교하여, 유전체창(20)의 온도가 낮아졌다. 또한, 그래프(172)에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W에 대한 에칭 레이트는, 다른 슬롯 번호의 피처리 기판 W의 에칭 레이트와 비교하여 낮아졌다. 이것은, First wafer effect라고 불리고, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W를 처리할 때에 유전체창(20)(및 처리 공간 S)의 온도가 낮은 것에 기인하여, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W의 에칭 레이트가 낮아지는 현상이다.
이것에 비하여, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용한 경우, 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령에 따라 피처리 기판 W가 플라즈마 처리 장치 PM1까지 반송되는 동안에 웜업 처리가 실행된다. 그 결과, 도 7(b)의 그래프(178)에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W를 처리할 때에는, 다른 슬롯 번호의 피처리 기판 W를 처리하는 경우와 비교하여, 유전체창(20)의 온도가 동등 또는 다소 높아졌다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하면, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W를 처리할 때의 유전체창(20)(및 처리 공간 S)의 온도를 높게 유지할 수 있다. 그 결과, 그래프(176)에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W에 대한 에칭 레이트를, 다른 슬롯 번호의 피처리 기판 W의 에칭 레이트와 비교하여, 동등하게 유지할 수 있었다.
또한, 도 7(c)는 도 7(b)의 경우보다, 웜업 처리를 장시간 행한 경우의, 유전체창(20)의 온도와 에칭 레이트의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7(c)의 그래프(182)에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W를 처리할 때에는, 다른 슬롯 번호의 피처리 기판 W를 처리하는 경우와 비교하여, 유전체창(20)의 온도가 대폭 높아졌다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하면, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W를 처리할 때의 유전체창(20)(및 처리 공간 S)의 온도를 높게 유지할 수 있다. 그 결과, 그래프(180)에 나타내는 바와 같이, 슬롯 번호 「1」의 피처리 기판 W에 대한 에칭 레이트를, 다른 슬롯 번호의 피처리 기판 W의 에칭 레이트와 비교하여, 동등하게 유지할 수 있었다.
그런데, 제어부(100)는, 웜업 처리를 할 때에, 가스 공급 기구에 의해 산소 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 공간 S에 공급할 수 있다. 또한, 제어부(100)는, 웜업 처리를 할 때에, 우선 가스 공급 기구에 의해 불소계 가스를 포함하는 제 1 처리 가스를 처리 공간 S에 공급한 후, 산소 가스를 포함하는 제 2 처리 가스를 처리 공간 S에 공급할 수도 있다. 이 점에 대하여, 이하 설명한다.
도 8은 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서의 처리 가스 종류마다의 유전체창의 온도의 추이를 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서 가로축은, 웜업 처리를 개시하고 나서의 경과 시간(sec)을 나타내고, 세로축은 유전체창(20)의 온도(℃)를 나타내고 있다.
또한, 도 8에 있어서, 그래프(190)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, 불소계 가스인 SF6:150sccm과 O2:50sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다. 또한, 그래프(191)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, SF6:100sccm과 O2:100sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다. 그래프(192)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, SF6:50sccm과 O2:150sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다.
또한, 그래프(193)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, O2:200sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다. 그래프(194)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, O2:350sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다.
또한, 그래프(195)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, Ar:200sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다. 그래프(196)는, 웜업 처리에 있어서의 처리 가스로서, Ar:150sccm과 O2:50sccm을 처리 공간 S에 공급한 경우의 유전체창(20)의 온도 추이를 나타내는 것이다.
또한, 유전체창(20)의 온도가 150(℃)에 도달하기까지의 시간은, SF6:150sccm 및 O2:50sccm의 처리 가스(그래프(190))의 경우, 147(sec)이었다. 또한, 유전체창(20)의 온도가 150(℃)에 도달하기까지의 시간은, SF6:100sccm 및 O2:100sccm의 처리 가스(그래프(191))의 경우, 246(sec)이었다.
또한, 유전체창(20)의 온도가 150(℃)에 도달하기까지의 시간은, O2:200sccm의 처리 가스(그래프(193))의 경우, 264(sec)였다. 또한, 유전체창(20)의 온도가 150(℃)에 도달하기까지의 시간은, SF6:50sccm 및 O2:150sccm의 처리 가스(그래프(192))의 경우, 283(sec)이었다.
또한, 유전체창(20)의 온도가 150(℃)에 도달하기까지의 시간은, O2:350sccm의 처리 가스(그래프(194))의 경우, 299(sec)였다. 또한, Ar:200sccm의 처리 가스(그래프(195))의 경우, Ar:150sccm 및 O2:50sccm의 처리 가스(그래프(196))의 경우, 모두 유전체창(20)의 온도는 150(℃)에 도달하지 않았다.
이들의 결과, 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 처리 가스로서 Ar보다 O2를 이용한 것이, 웜업 처리에 의한 유전체창(20)의 온도 상승은 빨라진다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 웜업 처리용 처리 가스로서, 산소 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 공간 S에 공급할 수 있다.
또한, 이들의 결과, 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, SF6 가스의 농도가 높을수록, 웜업 처리에 의한 유전체창(20)의 온도 상승은 빨라진다. 그 한편으로, 웜업 처리시에 SF6 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시킨 경우, 그 후의 에칭 등의 플라즈마 처리 전에 처리 용기(12) 내를 클리닝하는 것이 바람직하다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 웜업 처리용 처리 가스로서, 우선 불소계 가스를 포함하는 제 1 처리 가스를 처리 공간 S에 공급한 후, 산소 가스를 포함하는 제 2 처리 가스를 처리 공간 S에 공급할 수 있다. 이것에 의하면, 웜업 처리에 있어서 유전체창(20)의 온도를 신속하게 상승시킴과 아울러, 플라즈마 처리 전에 처리 용기(12) 내를 클리닝할 수 있다.
다음으로, 유전체창(20)의 온도 계측에 대하여 설명한다. 도 9는 유전체창의 온도 측정 포인트의 일례를 나타내는 도면이다. 도 10, 도 11은 방사 온도 측정기에 의한 온도 측정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 유전체창(20)의 온도 측정 포인트는, 유전체창(20)에 형성된 오목부(20c)에 의해 마련된 박부(20e)의 내표면의 포인트(202), 및 유전체창(20)의 중앙부의 후부(20d)의 내표면의 포인트(204)를 생각할 수 있다.
포인트(202)의 온도를 계측하는 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이, 방사 온도계(210)를 측벽(12a)의 외부에 설치한다. 그리고, 방사 온도계(210)는, 측벽(12a)에 마련된 측정창(212)을 거쳐서, 측정 포인트(202)로부터 방출되는 적외선 등의 방사 에너지를 계측하고, 측정 포인트(202)의 표면 온도를 측정한다.
또한, 포인트(204)의 온도를 계측하는 경우, 도 11에 나타내는 바와 같이, 방사 온도계(210)의 설치 각도를 조정한다. 그리고, 방사 온도계(210)는, 측벽(12a)에 마련된 측정창(212)을 거쳐서, 측정 포인트(204)로부터 방출되는 적외선 등의 방사 에너지를 계측하고, 측정 포인트(204)의 표면 온도를 측정한다.
다음으로, 포인트(202)와 포인트(204)의 온도를 계측한 경우의, 유전체창(20)의 온도의 추이를 설명한다. 도 12는 유전체창의 온도 측정 포인트마다의 온도의 추이를 나타내는 도면이다. 도 12에 있어서 가로축은, 웜업 처리를 개시하고 나서의 경과 시간(sec)을 나타내고, 세로축은 유전체창(20)의 온도(℃)를 나타내고 있다.
또한, 도 12에 있어서 그래프(212)는, 측정 포인트(202)의 온도 추이를 나타내고 있고, 그래프(214)는, 측정 포인트(204)의 온도 추이를 나타내는 것이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 웜업 처리를 개시한 후, 측정 포인트(202), 다시 말해 유전체창(20)의 박부(20e)의 온도가 먼저 급격하게 상승하고, 측정 포인트(204), 다시 말해 유전체창(20)의 후부(20d)의 온도가 완만하게 상승한다.
여기서, 예컨대 퍼스트 로트 등 초기의 로트의 피처리 기판 W의 에칭 레이트가 낮아지는 현상(First wafer effect)은, 만일 박부(20e)가 소정의 온도(예컨대 150(℃))에 도달하고 있더라도, 유전체창(20)의 중앙부의 후부(20d)가 소정의 온도(예컨대 150(℃))에 도달하고 있지 않은 경우에는 발생할 수 있다. 바꿔 말하면, 박부(20e)에 대응하는 측정 포인트(202)의 온도를 계측하고, 계측된 온도가 소정의 온도에 도달한 것에 의해 웜업 처리를 종료한 경우, 유전체창(20)의 후부(20d)가 충분하게 가열되어 있지 않은 것에 기인하여, First wafer effect가 발생할 우려가 있다. 그래서, 일 실시 형태에서는, 방사 온도계(210)를 이용하여 유전체창(20)의 후부(20d)의 온도를 계측하고, 제어부(100)는, 방사 온도계(210)에 의해 측정된 유전체창(20)의 후부(20d)의 온도가 미리 설정된 온도(예컨대 150(℃)) 이상이 되기까지, 웜업 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
또, 유전체창(20)의 온도의 측정 방법은, 방사 온도계(210)로 한정되지 않는다. 예컨대, 광파이버 온도계를 이용할 수 있다. 도 13은 광파이버 온도계에 의한 온도 측정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 광파이버 온도계(220)는, 처리 용기(12)의 외부로부터 유전체창(20)의 가장자리 부분의 온도를 측정하도록 설치되어 있다. 여기서, 상술한 바와 같이, 유전체창(20)은, 대향면(20a)의 중앙부와 측부에서는 온도 상승의 추이가 상이하고, First wafer effect를 억제하기 위해서는 중앙부의 온도를 측정하면서 웜업 처리를 행하는 것이 바람직하다.
그렇지만, 예컨대 사전의 실험 또는 시뮬레이션에 의해, 유전체창(20)의 중앙부와 측부의 온도의 상관을 계측하는 것에 의해, 간이한 구성으로 유전체창(20)의 온도 계측을 행할 수 있다. 온도의 상관이란, 예컨대, 유전체창(20)의 측부의 온도가 어느 온도(예컨대 250(℃))까지 상승하면, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 중앙부의 온도가 소망하는 온도(예컨대 150(℃))까지 상승했다고 간주할 수 있다고 하는 온도의 관계이다.
그래서, 제어부(100)는, 광파이버 온도계(220)에 의해 측정된 유전체창(20)의 측부의 온도가, 광파이버 온도계(220)에 의해 측정된 유전체창(20)의 측부의 온도와 유전체창(20)의 대향면(20a)의 중앙부의 온도의 상관 관계에 근거하여 미리 설정된 온도 이상이 되기까지, 웜업 처리를 실행하는 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 유전체창(20)의 대향면(20a)의 중앙부의 온도를 방사 온도계(210)에 의해 계측하는 일 없이, 예컨대 광파이버 온도계(220)로 대기측으로부터 유전체창(20)의 측부의 온도를 계측할 수 있으므로, 온도 계측에 관한 구성을 간이화할 수 있다.
다음으로, 로트간 웜업 처리에 대하여 설명한다. 도 14(a), 도 14(b)는 로트간에 있어서의 유전체창의 온도의 추이를 나타내는 도면이다. 도 14(a), 도 14(b)에 있어서, 가로축은 시간 경과(sec)를 나타내고, 세로축은, 유전체창(20)의 온도(℃) 및 마이크로파의 파워(W)를 나타내고 있다. 또한, 도 14(a)는 로트와 로트의 사이의 시간이 비교적 긴 경우의 유전체창의 온도의 추이를 나타내고, 도 14(b)는 로트와 로트의 사이의 시간이 비교적 짧은 경우의 유전체창의 온도의 추이를 나타내는 것이다. 또한, 도 14(a)에 있어서 그래프(230)는 마이크로파의 파워의 추이를 나타내고, 그래프(232)는 유전체창(20)의 온도의 추이를 나타내는 것이다. 도 14(b)에 있어서 그래프(240)는 마이크로파의 파워의 추이를 나타내고, 그래프(242)는 유전체창(20)의 온도의 추이를 나타내는 것이다.
도 14(a)의 그래프(230)에 나타내는 바와 같이, 최초의 로트로 플라즈마 처리를 실행한 후, 로트 교환 시간(234)이 비교적 긴 경우, 유전체창(20)의 온도는 크게 저하한다. 이 경우, 최초의 로트(퍼스트 로트)에 있어서의 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 평균이 15.8㎚/min이었던 것에 비하여, 로트 교환 후의 로트(세컨드 로트)에서는, 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 평균이 14.6㎚/min으로 크게 저하했다.
한편, 도 14(b)의 그래프(240)에 나타내는 바와 같이, 최초의 로트로 플라즈마 처리를 실행한 후, 로트 교환 시간(244)이 비교적 짧은 경우, 유전체창(20)의 온도의 저하는 비교적 작다. 이 경우, 최초의 로트(퍼스트 로트)에 있어서의 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 평균이 15.4㎚/min이었던 것에 비하여, 로트 교환 후의 로트(세컨드 로트)에서는, 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 평균이 15.3㎚/min이 되었다. 이와 같이, 로트 교환의 시간이 짧고, 유전체창(20)의 온도 저하가 비교적 작은 경우에는, 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 저하는 비교적 작다.
바꿔 말하면, 로트 교환의 시간이 긴 경우에는, 유전체창(20)의 온도 저하가 비교적 커지고, 로트 교환 후의 피처리 기판 W의 에칭 레이트가 저하하므로, 로트와 로트의 사이의 웜업 처리(로트간 웜업 처리)가 유효하다. 또, 로트간 웜업 처리란, 제 1 로트와 제 2 로트의 사이에, 스테이지(14)에 피처리 기판 W가 설치되어 있지 않은 상태(웨이퍼리스 상태)에서, 가스 공급 기구에 의해 처리 가스를 처리 공간 S에 공급함과 아울러, 플라즈마 생성 기구에 의해 전자 에너지를 공급하는 처리이다.
도 15는 일 실시 형태에 따른 로트간 웜업 처리의 플로차트이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 제어부(100)는, 제 1 로트에 대한 플라즈마 처리가 종료하면(S201), 제 2 로트에 대한 플라즈마 처리 실행 전에 미리 설정된 시간이 경과했는지 여부를 판정한다(S202).
제어부(100)는, 제 2 로트에 대한 플라즈마 처리 실행 전에 미리 설정된 시간이 경과하고 있지 않다고 판정하면(S202, 아니오), 제 2 로트에 대한 플라즈마 처리 실행 전에 유전체창(20)의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 되었는지 여부를 판정한다(S203).
제어부(100)는, 제 2 로트에 대한 플라즈마 처리 실행 전에 미리 설정된 시간이 경과했다고 판정하거나(S202, 예), 또는 제 2 로트에 대한 플라즈마 처리 실행 전에 유전체창(20)의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 되었다고 판정하면(S203, 예), 로트간 웜업 처리를 개시한다(S204). 계속하여, 제어부(100)는, 로트간 웜업 처리 후, 제 2 로트에 대한 플라즈마 처리를 실행한다(S205).
이와 같이, 제 1 로트와 제 2 로트의 사이에, 미리 설정된 시간이 경과하거나, 또는 유전체창(20)의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 된 경우에는, 로트간 웜업 처리를 실행한다. 따라서, 제 1 로트와 제 2 로트의 사이의 로트 교환 시간에 처리 용기(12)의 내표면(유전체창(20))의 온도가 저하하는 것을 억제할 수 있으므로, 로트 교환 후의 피처리 기판 W의 에칭 레이트가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
이상, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1에 의하면, 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령에 따라 피처리 기판 W가 플라즈마 처리 장치 PM1까지 반송되는 동안에 웜업 처리가 실행된다. 따라서, 피처리 기판 W가 퍼스트 로트였다고 하더라도, 이 퍼스트 로트의 피처리 기판 W에 대한 플라즈마 처리를 실행할 때에는 플라즈마 처리 장치 PM1의, 예컨대 유전체창(20)의 온도가 소망하는 온도까지 가열되고 있다. 이것에 더하여, 웜업 처리는, 피처리 기판 W가 반송되고 있는 동안에 실행되므로, 스루풋에 영향을 미치기 어렵다. 그 결과, 일 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1 및 플라즈마 처리 방법에 의하면, 퍼스트 로트의 피처리 기판 W의 에칭 레이트의 저하를 억제하고, 또한, 피처리 기판 W의 플라즈마 처리의 스루풋의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1에 의하면, 웜업 처리를 할 때에, 산소 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하기 때문에, 신속하게 유전체창(20)의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1은, 웜업 처리를 할 때에, 불소계 가스를 포함하는 제 1 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급한 후, 산소 가스를 포함하는 제 2 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급한다. 따라서, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1에 의하면, 제 1 처리 가스에 의해 신속하게 유전체창(20)의 온도를 상승시킬 수 있음과 아울러, 제 2 처리 가스에 의해 처리 용기(12)를 클리닝할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치 PM1은, 로트를 교환할 때에, 미리 설정된 시간이 경과하거나, 또는 유전체창(20)의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 된 경우에는, 로트간 웜업 처리를 실행한다. 이 로트간 웜업 처리에 의해 로트를 교환할 때에 유전체창(20)의 온도가 저하하는 것을 억제할 수 있으므로, 로트 교환 후의 피처리 기판 W의 에칭 레이트가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
12 : 처리 용기
14 : 스테이지
16 : 마이크로파 발생기
18 : 안테나
20a : 대향면
20d : 후부
20e : 박부
20 : 유전체창
30 : 슬롯판
38, 39, 40, 43, 44, 45 : 가스 공급계
100 : 제어부
120 : 반송 기구
130 : 반입출 포트
150 : 로드록실
160 : 얼라인먼트 모듈
210 : 방사 온도계
220 : 광파이버 온도계
PM1 : 플라즈마 처리 장치

Claims (8)

  1. 플라즈마 처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 마련되고, 피처리 기판이 설치되는 시료대와,
    플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 상기 플라즈마 처리 공간에 도입하는 가스 공급 기구와,
    상기 플라즈마 처리 공간 내에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구와,
    상기 처리 용기의 외부의 반입출 포트에 설치된 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령이 발행되어 그 피처리 기판이 상기 반입출 포트로부터 상기 처리 용기 내에 반송되고 있는 동안에, 상기 시료대에 피처리 기판이 설치되어 있지 않은 상태에서, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급함과 아울러 상기 플라즈마 생성 기구에 의해 상기 전자 에너지를 공급하는 웜업 처리를 실행하는 제어부를 구비하며,
    상기 플라즈마 생성 기구는, 상기 처리 공간에 대향하는 대향면을 갖는 유전체를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 유전체의 상기 대향면의 중앙부의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되기까지, 상기 웜업 처리를 실행하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 기구는,
    마이크로파 발생기와,
    상기 유전체의 상기 대향면의 반대측의 면 위에 마련되고, 상기 마이크로파 발생기에 의해 발생되는 마이크로파에 근거하여, 상기 유전체를 사이에 두고 플라즈마 여기용 마이크로파를 상기 처리 공간에 방사하는 안테나
    를 갖는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 외부로부터 상기 유전체의 상기 대향면의 중앙부의 온도를 측정하는 방사 온도계를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 방사 온도계에 의해 측정된 상기 유전체의 상기 대향면의 중앙부의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되기까지, 상기 웜업 처리를 실행하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 외부로부터 상기 유전체의 측부의 온도를 측정하는 광파이버 온도계를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 광파이버 온도계에 의해 측정된 상기 유전체의 측부의 온도가, 상기 광파이버 온도계에 의해 측정된 상기 유전체의 측부의 온도와 상기 유전체의 상기 대향면의 중앙부의 온도의 상관 관계에 근거하여 미리 설정된 온도 이상이 되기까지, 상기 웜업 처리를 실행하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 산소 가스를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 산소 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는, 불소계 가스를 포함하는 제 1 처리 가스와, 산소 가스를 포함하는 제 2 처리 가스를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 제 1 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급한 후, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 제 2 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 제 1 로트에 있어서 피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실행한 후, 다음 로트에 있어서 피처리 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실행하기 전에, 미리 설정된 시간이 경과하거나, 또는 상기 플라즈마 처리 장치의 미리 설정된 부분의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 되면, 상기 시료대에 피처리 기판이 설치되어 있지 않은 상태에서 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급함과 아울러 상기 플라즈마 생성 기구에 의해 상기 전자 에너지를 공급하는 로트간 웜업 처리를 실행하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 플라즈마 처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 마련되고, 피처리 기판이 설치되는 시료대와,
    플라즈마 반응에 이용되는 처리 가스를 상기 플라즈마 처리 공간에 도입하는 가스 공급 기구와,
    상기 처리 공간에 대향하는 대향면을 갖는 유전체를 갖고, 상기 플라즈마 처리 공간 내에 도입된 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구
    를 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 처리 용기의 외부의 반입출 포트에 설치된 피처리 기판에 대한 플라즈마 처리 개시의 지령이 발행되어 그 피처리 기판이 상기 반입출 포트로부터 상기 처리 용기 내에 반송되고 있는 동안에, 상기 시료대에 피처리 기판이 설치되어 있지 않은 상태에서, 상기 가스 공급 기구에 의해 상기 처리 가스를 상기 처리 공간에 공급함과 아울러 상기 플라즈마 생성 기구에 의해 상기 전자 에너지를 공급하는 웜업 처리를 실행하며,
    상기 유전체의 상기 대향면의 중앙부의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되기까지, 상기 웜업 처리를 실행하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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