KR102499909B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 챔버 내의 부재의 표면에 치밀한 보호막을 보다 균일하게 성막한다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 방법은, 공급 공정과 성막 공정을 포함한다. 공급 공정에서는, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스와, 산소 함유 가스와, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고, 실리콘 원소를 포함하지 않는 첨가 가스를 포함하는 혼합 가스가, 챔버 내에 공급된다. 성막 공정에서는, 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내의 부재의 표면에 보호막이 성막된다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태는, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 플라즈마에 의해 박막의 적층 또는 에칭 등을 행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대, 박막의 적층 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나, 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치 등이 있다.
그런데, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 배치되는 부재(이하에서는, 챔버 내 부재라고 기재하는 경우가 있다)는, 각종 플라즈마 처리 시에 처리 가스의 플라즈마에 노출되기 때문에, 플라즈마로부터의 데미지를 받기 어려운 재료에 의해 형성된다. 또한, 챔버 내 부재의 플라즈마 내성을 더 높이기 위해, 챔버 내에 실리콘 함유 가스와 O2 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하고, 혼합 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면을 실리콘 산화막으로 보호하는 기술이 알려져 있다. 실리콘 함유 가스로서는, 예컨대 SiCl4나 SiF4 등이 이용된다.
또한, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 웨이퍼(처리 기판)를 반입하고, 챔버 내에 SiCl4 가스와 O2 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하고, 혼합 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼를 처리하는 것에 의해, 웨이퍼 상에 실리콘 산화막을 형성(성막)하는 기술이 알려져 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특개 2016-12712호 공보
(특허 문헌 2) 국제 공개 제 2010/038887호
SiCl4나 SiF4 등의 실리콘 함유 가스는, 반응성이 높기 때문에, 가스의 공급구 부근에서 플라즈마에 의해 실리콘이 해리하고, 산소와 결합하여, 실리콘 산화물을 생성하기 쉽다. 이것에 의해, 생성된 실리콘 산화물은, 가스의 공급구 부근의 챔버 내 부재의 표면에 많이 쌓인다. 그 때문에, 챔버 내에서는, 실리콘 산화막이 두껍게 적층되는 개소와 얇게 적층되는 개소가 발생하여 버린다.
챔버 내에 있어서 실리콘 산화막의 두께가 상이하면, 플라즈마를 이용하여 실리콘 산화막을 제거할 때, 실리콘 산화막이 얇게 적층된 개소에서는, 챔버 내 부재의 표면이 플라즈마에 의한 데미지를 받는다. 한편, 실리콘 산화막이 두껍게 적층된 개소에서는, 실리콘 산화막이 충분히 제거되지 않는다. 실리콘 산화막이 두껍게 적층된 개소에서는, 다 제거되지 못한 실리콘 산화막의 위에 실리콘 산화막이 더 적층되는 동안에, 실리콘 산화막의 두께가 증가한다. 그리고, 머지 않아 챔버 내 부재의 표면으로부터 벗겨져 떨어지고, 파티클이 되어 처리 대상의 웨이퍼에 혼입하여 버린다.
또한, SiCl4나 SiF4 등의 실리콘 함유 가스는, 반응성이 높기 때문에, 플라즈마에 의해 챔버 내의 공기 중에서 실리콘 산화물을 생성하기 쉽다. 공기 중에서 생성된 실리콘 산화물은, 챔버 내 부재의 표면에 쌓이는 것에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 실리콘 산화막을 형성한다. 그러나, 공기 중에서 생성된 실리콘 산화물이 쌓이는 것에 의해 형성된 실리콘 산화막은, 약하고 벗겨지기 쉽다. 그 때문에, 웨이퍼의 처리 시에 파티클이 되어 챔버 내에 떠돌아다니는 경우가 있다.
또한, SiCl4나 SiF4 등의 실리콘 함유 가스는, 반응성이 높기 때문에, 조건에 따라서는, 가스의 공급구의 구멍 내까지, 공기 중에서 생성된 실리콘 산화물이 들어가는 경우가 있다. 그 경우, 가스의 공급구의 측벽에 실리콘 산화막이 적층되고, 머지 않아, 적층된 실리콘 산화막에 의해 가스의 공급구가 막혀 버릴 우려가 있다.
본 발명의 일 측면은, 플라즈마 처리 방법으로서, 공급 공정과 성막 공정을 포함한다. 공급 공정에서는, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스와, 산소 함유 가스와, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고, 실리콘 원소를 포함하지 않는 첨가 가스를 포함하는 혼합 가스가, 챔버 내에 공급된다. 성막 공정에서는, 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내의 부재의 표면에 보호막이 성막된다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태에 의하면, 챔버 내의 부재의 표면에 치밀한 보호막을 보다 균일하게 성막할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 개략의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 슬롯판의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 유전체창의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 유전체창 상에 도 2에 나타낸 슬롯판이 마련된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 플라즈마 처리 장치에 의해 실행되는 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 테스트 피스가 배치되는 챔버 내의 위치를 나타내는 도면이다.
도 8은 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다.
도 9는 보호막의 성막 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 10은 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다.
도 11은 막질의 측정 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 12는 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 원소의 발광 강도를 나타내는 도면이다.
도 13은 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 원소의 발광 강도를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예 1에 있어서 압력을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다.
도 16은 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 원소의 발광 강도를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 원소의 발광 강도를 나타내는 도면이다.
도 19는 비교예 2에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다.
도 20은 비교예 2에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다.
도 21은 실시예 2에 있어서 유전체창의 가스 토출구로부터 Ar 가스를 공급한 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시예 2에 있어서 유전체창의 가스 토출구로부터 Ar 가스를 공급한 경우의 각 위치의 테스트 피스에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다.
개시하는 플라즈마 처리 방법은, 일 실시 형태에 있어서, 공급 공정과 성막 공정을 포함한다. 공급 공정에서는, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스와, 산소 함유 가스와, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 첨가 가스를 포함하는 혼합 가스가, 챔버 내에 공급된다. 성막 공정에서는, 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내의 부재의 표면에 보호막이 성막된다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 첨가 가스의 유량은, 화합물 가스의 유량의 5배 이상이더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 첨가 가스의 유량은, 화합물 가스의 유량의 5배 이상 25배 이하의 범위 내의 유량이더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 화합물 가스는, SiCl4 가스 또는 SiF4 가스이더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 화합물 가스는, SiCl4 가스이더라도 좋고, 첨가 가스에는, Cl2 가스, HCl 가스, BCl3 가스, CCl4 가스, 또는 CH2Cl2 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되어 있더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 화합물 가스는, SiF4 가스이더라도 좋고, 첨가 가스에는, NF3 가스, SF6 가스, HF 가스, CF4 가스, 또는 CHF3 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되어 있더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 산소 함유 가스에는, O2 가스, CO 가스, 또는 CO2 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되어 있더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법은, 일 실시 형태에 있어서, 반입 공정과 처리 공정과 반출 공정과 제거 공정을 더 포함하더라도 좋다. 반입 공정에서는, 성막 공정 후에, 챔버 내에 피처리 기판이 반입된다. 처리 공정에서는, 반입 공정 후에, 챔버 내에 처리 가스가 공급되고, 처리 가스의 플라즈마에 의해 피처리 기판이 처리된다. 반출 공정에서는, 처리 공정 후에, 챔버 내로부터 피처리 기판이 반출된다. 제거 공정에서는, 반출 공정 후에, 챔버 내에 불소 함유 가스가 공급되고, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내의 보호막이 제거된다. 또한, 제거 공정 후에, 다시 공급 공정 및 성막 공정이 실행되더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 방법의 일 실시 형태에 있어서, 챔버는, 대략 원통 형상의 측벽과, 측벽의 상부에 마련된 상부 천판을 갖더라도 좋다. 또한, 공급 공정에서는, 화합물 가스, 산소 함유 가스, 및 첨가 가스가, 측벽을 따라 마련된 복수의 측벽 공급구로부터 챔버 내에 공급되고, 대략 원통 형상의 측벽의 축선 상에 있고, 상부 천판의 하면에 마련된 천판 공급구로부터 챔버 내에 희가스가 더 공급되더라도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 일 실시 형태에 있어서, 챔버와, 공급부와, 플라즈마 생성부를 구비한다. 공급부는, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스와, 산소 함유 가스와, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 첨가 가스를 포함하는 혼합 가스를, 상기 챔버 내에 공급한다. 플라즈마 생성부는, 챔버 내에 있어서 혼합 가스의 플라즈마를 생성한다.
이하에, 개시하는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치의 실시 형태에 대하여, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또, 본 실시 형태에 의해, 개시되는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치가 한정되는 것이 아니다.
[플라즈마 처리 장치(10)의 구성]
도 1은 플라즈마 처리 장치(10)의 개략의 일례를 나타내는 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 예컨대 도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(12)를 구비한다. 챔버(12)는, 피처리 기판의 일례인 웨이퍼 W를 수용하기 위한 처리 공간 S를 제공한다. 챔버(12)는, 측벽(12a), 저부(12b), 및 천정부(12c)를 갖는다. 측벽(12a)은, Z축을 축선으로 하는 대략 원통 형상을 갖는다. Z축은, 예컨대, 후술하는 탑재대의 중심을 연직 방향으로 통과한다.
저부(12b)는, 측벽(12a)의 하단 측에 마련되어 있다. 또한, 측벽(12a)의 상단부는 개구하고 있다. 측벽(12a)의 상단부의 개구는, 유전체창(18)에 의해 닫혀 있다. 유전체창(18)은, 측벽(12a)의 상단부와 천정부(12c)의 사이에 유지되어 있다. 유전체창(18)과 측벽(12a)의 상단부의 사이에는 봉지 부재 SL이 개재되어 있더라도 좋다. 봉지 부재 SL은, 예컨대 O링이고, 챔버(12)의 밀폐에 기여한다.
챔버(12) 내에 있어서, 유전체창(18)의 아래쪽에는, 탑재대(20)가 마련되어 있다. 탑재대(20)는, 하부 전극 LE 및 정전 척 ESC를 포함한다. 하부 전극 LE는, 예컨대 알루미늄 등에 의해 형성된 대략 원판 형상의 제 1 플레이트(22a) 및 제 2 플레이트(22b)를 포함한다. 제 2 플레이트(22b)는, 통 형상의 지지부 SP에 의해 지지되어 있다. 지지부 SP는, 저부(12b)로부터 수직 위쪽으로 연장되어 있다. 제 1 플레이트(22a)는, 제 2 플레이트(22b) 상에 마련되어 있고, 제 2 플레이트(22b)와 전기적으로 도통하고 있다.
하부 전극 LE는, 급전봉 PFR 및 매칭 유닛 MU를 통해서, 고주파 전원 RFG에 전기적으로 접속되어 있다. 고주파 전원 RFG는, 고주파 바이어스를 하부 전극 LE에 공급한다. 고주파 전원 RFG에 의해 발생되는 고주파 바이어스의 주파수는, 웨이퍼 W에 끌어들여지는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한 소정 주파수, 예컨대, 13.56㎒이다. 매칭 유닛 MU는, 고주파 전원 RFG 측의 임피던스와, 주로 전극, 플라즈마, 챔버(12)라고 하는 부하 측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 정합기를 수용하고 있다. 이 정합기 내에는, 예컨대, 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서 등이 포함된다.
정전 척 ESC는, 제 1 플레이트(22a) 상에 마련되어 있다. 정전 척 ESC는, 처리 공간 S 측에 웨이퍼 W를 탑재하기 위한 탑재 영역 MR을 갖는다. 탑재 영역 MR은, Z축에 대략 직교하는 대략 원형의 영역이고, 웨이퍼 W의 직경과 대략 동일한 직경 또는 웨이퍼 W의 직경보다 약간 작은 직경을 갖는다. 또한, 탑재 영역 MR은, 탑재대(20)의 상면을 구성하고 있고, 해당 탑재 영역 MR의 중심, 즉, 탑재대(20)의 중심은, Z축 상에 위치하고 있다.
정전 척 ESC는, 웨이퍼 W를 정전 흡착력에 의해 유지한다. 정전 척 ESC는, 유전체 내에 마련된 흡착용 전극을 포함한다. 정전 척 ESC의 흡착용 전극에는, 직류 전원 DCS가 스위치 SW 및 피복선 CL을 통해서 접속되어 있다. 정전 척 ESC는, 직류 전원 DCS로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해, 정전 척 ESC의 상면에 웨이퍼 W를 흡착 유지한다. 정전 척 ESC의 지름 방향 바깥쪽에는, 웨이퍼 W의 주위를 환상(環狀)으로 둘러싸는 포커스 링 FR이 마련되어 있다.
제 1 플레이트(22a)의 내부에는, 환상의 유로(24)가 형성되어 있다. 유로(24)에는, 칠러 유닛으로부터 배관 PP1을 통해서 냉매가 공급된다. 유로(24)에 공급된 냉매는, 배관 PP3을 통해서 칠러 유닛에 회수된다. 또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 전열 가스 공급부로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스 등이 공급관 PP2를 통해서 정전 척 ESC의 상면과 웨이퍼 W의 이면의 사이에 공급된다.
탑재대(20)의 외주의 바깥쪽, 즉, 탑재대(20)와 측벽(12a)의 사이에는, 공간이 형성되어 있고, 이 공간은, 평면에서 볼 때 환상을 갖는 배기로 VL로 되어 있다. 배기로 VL과 처리 공간 S의 사이에는, 복수의 관통 구멍이 형성된 환상의 배플판(26)이 마련되어 있다. 배기로 VL은, 배기구(28h)를 거쳐서 배기관(28)에 접속되어 있다. 배기관(28)은, 챔버(12)의 저부(12b)에 설치되어 있다. 배기관(28)에는, 배기 장치(30)가 접속되어 있다. 배기 장치(30)는, 압력 조정기 및 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖는다. 배기 장치(30)에 의해, 챔버(12) 내의 처리 공간 S를 소망하는 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 웨이퍼 W에 대하여 공급된 가스는, 배기 장치(30)에 의해, 웨이퍼 W의 표면을 따라 해당 웨이퍼 W의 에지의 바깥쪽으로 향해 흐르고, 탑재대(20)의 외주로부터 배기로 VL을 통해서 배기된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치(10)는, 온도 제어 기구로서, 히터 HT, HS, HC, 및 HE를 갖는다. 히터 HT는, 천정부(12c) 내에 마련되어 있고, 안테나(14)를 둘러싸도록, 환상으로 연장되어 있다. 히터 HS는, 측벽(12a) 내에 마련되어 있고, 환상으로 연장되어 있다. 히터 HC는, 제 1 플레이트(22a) 내 또는 정전 척 ESC 내에 마련되어 있다. 히터 HC는, 상술한 탑재 영역 MR의 중앙 부분의 아래쪽, 즉 Z축에 교차하는 영역에 마련되어 있다. 히터 HE는, 히터 HC를 둘러싸도록 환상으로 연장되어 있다. 히터 HE는, 상술한 탑재 영역 MR의 외연(外緣) 부분의 아래쪽에 마련되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 안테나(14), 동축 도파관(16), 마이크로파 발생기(32), 튜너(34), 도파관(36), 및 모드 변환기(38)를 갖는다. 안테나(14), 동축 도파관(16), 마이크로파 발생기(32), 튜너(34), 도파관(36), 및 모드 변환기(38)는, 챔버(12) 내에 공급되는 가스를 여기시키기 위한 플라즈마 생성부를 구성하고 있다.
마이크로파 발생기(32)는, 예컨대 2.45㎓의 주파수의 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발생기(32)는, 튜너(34), 도파관(36), 및 모드 변환기(38)를 거쳐서, 동축 도파관(16)의 상부에 접속되어 있다. 동축 도파관(16)은, 그 중심 축선인 Z축을 따라 연장되어 있다.
동축 도파관(16)은, 외측 도체(16a) 및 내측 도체(16b)를 포함한다. 외측 도체(16a)는, Z축을 중심으로 연장되는 원통 형상을 갖는다. 외측 도체(16a)의 하단은, 도전성의 표면을 갖는 냉각 자켓(40)의 상부에 전기적으로 접속되어 있다. 내측 도체(16b)는, Z축을 중심으로 연장되는 원통 형상을 갖고 있고, 외측 도체(16a)의 안쪽에 있어서, 해당 외측 도체(16a)와 동축에 마련되어 있다. 내측 도체(16b)의 하단은, 안테나(14)의 슬롯판(44)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 안테나(14)는, RLSA(Radial Line Slot Antenna)이다. 안테나(14)는, 탑재대(20)와 대면하도록 천정부(12c)에 형성된 개구 내에 배치되어 있다. 안테나(14)는, 냉각 자켓(40), 유전체판(42), 슬롯판(44), 및 유전체창(18)을 포함한다. 유전체창(18)은, 상부 천판의 일례이다. 유전체판(42)은, 대략 원반 형상을 갖고 있고, 마이크로파의 파장을 단축시킨다. 유전체판(42)은, 예컨대 석영 또는 알루미나 등으로 구성되고, 슬롯판(44)과 냉각 자켓(40)의 하면의 사이에 유지되어 있다.
도 2는 슬롯판(44)의 일례를 나타내는 평면도이다. 슬롯판(44)은, 박판 형상이고, 원판 형상이다. 슬롯판(44)의 판 두께 방향의 양면은, 각각 평평하다. 슬롯판(44)의 중심 CS는, Z축 상에 위치하고 있다. 슬롯판(44)에는, 복수의 슬롯 쌍(44p)이 마련되어 있다. 복수의 슬롯 쌍(44p)의 각각은, 판 두께 방향으로 관통하는 2개의 슬롯 구멍(44a, 44b)을 포함한다. 슬롯 구멍(44a, 44b)의 각각의 평면 형상은, 예컨대 긴 원 형상이다. 각 슬롯 쌍(44p)에 있어서, 슬롯 구멍(44a)의 장축의 연장 방향과, 슬롯 구멍(44b)의 장축의 연장 방향은, 서로 교차 또는 직교하고 있다. 복수의 슬롯 쌍(44p)은, 슬롯판(44)의 중심 CS를 둘러싸도록, 중심 CS의 주위에 배열되어 있다. 도 2에 나타내는 예에서는, 2개의 동심원을 따라, 복수의 슬롯 쌍(44p)이 배열되어 있다. 각 동심원 상에 있어서, 슬롯 쌍(44p)은 대략 같은 간격으로 배열되어 있다. 슬롯판(44)은, 유전체창(18) 상의 상면(18u)(도 4 참조)에 마련되어 있다.
도 3은 유전체창(18)의 일례를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다. 예컨대 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 유전체창(18)은, 석영 등의 유전체에 의해 대략 원반 형상으로 형성되어 있다. 유전체창(18)의 중앙에는, 관통 구멍(18h)이 형성되어 있다. 관통 구멍(18h)의 위쪽 부분은, 후술하는 중앙 도입부(50)의 인젝터(50b)가 수용되는 공간(18s)이고, 아래쪽 부분은, 후술하는 중앙 도입부(50)의 가스 토출구(18i)이다. 또, 본 실시 형태에 있어서, 유전체창(18)의 중심 축선은, Z축과 일치하고 있다.
유전체창(18)의 상면(18u)과 반대쪽의 면, 즉 하면(18b)은, 처리 공간 S에 면하고 있다. 하면(18b)은, 다양한 형상을 형성하고 있다. 구체적으로는, 하면(18b)은, 가스 토출구(18i)를 둘러싸는 중앙 영역에 있어서, 평탄면(180)을 갖고 있다. 평탄면(180)은, Z축에 직교하는 평탄한 면이다. 하면(18b)은, 환상의 제 1 오목부(181)를 형성하고 있다. 제 1 오목부(181)는, 평탄면(180)의 지름 방향에 있어서의 바깥쪽 영역에 있어서 환상으로 연속되고, 아래쪽으로부터 위쪽으로 향해 테이퍼 형상으로 패어 있다.
또한, 하면(18b)은, 복수의 제 2 오목부(182)를 형성하고 있다. 복수의 제 2 오목부(182)는, 아래쪽으로부터 위쪽으로 향해 패어 있다. 복수의 제 2 오목부(182)의 개수는, 도 3 및 도 4에 나타내는 예에서는 7개이지만, 6개 이하이더라도 좋고, 8개 이상이더라도 좋다. 복수의 제 2 오목부(182)는, 둘레 방향을 따라 같은 간격으로 배치되어 있다. 또한, 복수의 제 2 오목부(182)는, Z축에 직교하는 면에 있어서 원형의 평면 형상을 갖고 있다.
도 5는 도 3에 나타낸 유전체창(18) 상에 도 2에 나타낸 슬롯판(44)이 마련된 상태를 나타내는 평면도이다. 도 5는 유전체창(18)을 아래쪽으로부터 본 상태를 나타내고 있다. 예컨대 도 5에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때, 즉, Z축 방향으로부터 보면, 지름 방향 바깥쪽의 동심원을 따라 슬롯판(44)에 마련된 슬롯 쌍(44p)은, 유전체창(18)의 제 1 오목부(181)에 겹쳐진다. 또한, 지름 방향 안쪽의 동심원을 따라 슬롯판(44)에 마련된 슬롯 쌍(44p)의 슬롯 구멍(44b)은, 유전체창(18)의 제 1 오목부(181)에 겹쳐져 있다. 또한, 지름 방향 안쪽의 동심원을 따라 마련된 슬롯 쌍(44p)의 슬롯 구멍(44a)은, 복수의 제 2 오목부(182)에 겹쳐진다.
도 1을 다시 참조한다. 마이크로파 발생기(32)에 의해 발생된 마이크로파는, 동축 도파관(16)을 통과하여, 유전체판(42)에 전파되고, 슬롯판(44)의 슬롯 구멍(44a, 44b)으로부터 유전체창(18)에 전파된다. 유전체창(18)에 전파된 마이크로파의 에너지는, 유전체창(18)의 직하에 있어서, 비교적 얇은 판 두께를 갖는 부분에 의해 형성된 제 1 오목부(181) 및 제 2 오목부(182)에 집중된다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 둘레 방향 및 지름 방향으로 안정하게 분포하도록 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 중앙 도입부(50) 및 주변 도입부(52)를 구비한다. 중앙 도입부(50)는, 도관(50a), 인젝터(50b), 및 가스 토출구(18i)를 포함한다. 도관(50a)은, 동축 도파관(16)의 내측 도체(16b)의 안쪽에 배치되어 있다. 또한, 도관(50a)의 단부는, 유전체창(18)이 Z축을 따라 형성하는 공간(18s)(도 4 참조) 내까지 연장되어 있다. 도관(50a)의 단부의 아래쪽으로서, 공간(18s) 내에는, 인젝터(50b)가 수용되어 있다. 인젝터(50b)에는, Z축 방향으로 연장되는 복수의 관통 구멍이 마련되어 있다. 또한, 유전체창(18)은, 상술한 가스 토출구(18i)를 갖는다. 가스 토출구(18i)는, 공간(18s)의 아래쪽에 있어서 Z축을 따라 연장되고, 공간(18s)과 연통하고 있다. 중앙 도입부(50)는, 도관(50a)을 통해서 인젝터(50b)에 가스를 공급하고, 인젝터(50b)로부터 가스 토출구(18i)를 통해서 처리 공간 S 내에 가스를 토출한다. 이와 같이, 중앙 도입부(50)는, Z축을 따라 유전체창(18)의 직하의 처리 공간 S 내에 가스를 토출한다. 즉, 중앙 도입부(50)는, 처리 공간 S 내에 있어서, 전자 온도가 높은 플라즈마 생성 영역에 가스를 도입한다. 또한, 중앙 도입부(50)로부터 토출된 가스는, 대략 Z축을 따라 웨이퍼 W의 중앙의 영역을 향해 흐른다. 가스 토출구(18i)는, 천판 공급구의 일례이다.
중앙 도입부(50)에는, 유량 제어 유닛군 FCG1을 거쳐서 가스 소스군 GSG1이 접속되어 있다. 가스 소스군 GSG1은, 복수의 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급한다. 유량 제어 유닛군 FCG1은, 복수의 유량 제어기 및 복수의 개폐 밸브를 포함한다. 가스 소스군 GSG1은, 유량 제어 유닛군 FCG1 내의 유량 제어기 및 개폐 밸브를 거쳐서, 중앙 도입부(50)의 도관(50a)에 접속되어 있다.
주변 도입부(52)는, 예컨대 도 1에 나타내는 바와 같이, 높이 방향, 즉 Z축 방향에 있어서, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)와 탑재대(20)의 상면의 사이에 마련되어 있다. 주변 도입부(52)는, 측벽(12a)을 따른 위치로부터 처리 공간 S 내에 가스를 도입한다. 주변 도입부(52)는, 복수의 가스 토출구(52i)를 포함한다. 복수의 가스 토출구(52i)는, 높이 방향에 있어서, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)와 탑재대(20)의 상면의 사이에, 측벽(12a)의 처리 공간 S 측을 따라 배열되어 있다.
주변 도입부(52)는, 예컨대 석영 등에 의해 형성된 환상의 관(52p)을 포함한다. 관(52p)에는, 복수의 가스 토출구(52i)가 형성되어 있다. 각각의 가스 토출구(52i)는, Z축 방향을 향해 대각선 위 방향으로 가스를 토출한다. 가스 토출구(52i)는, 측벽 공급구의 일례이다. 본 실시 형태의 주변 도입부(52)는, 예컨대 도 1에 나타내는 바와 같이, 1개의 관(52p)을 갖지만, 다른 형태로서, 주변 도입부(52)는, 챔버(12)의 측벽(12a)의 안쪽을 따라 상하 방향으로 배치된 2개 이상의 관(52p)을 갖고 있더라도 좋다. 주변 도입부(52)의 관(52p)에는, 가스 공급 블록(56) 및 유량 제어 유닛군 FCG2를 거쳐서 가스 소스군 GSG2가 접속되어 있다. 유량 제어 유닛군 FCG2는, 복수의 유량 제어기 및 복수의 개폐 밸브를 포함한다. 가스 소스군 GSG2는, 유량 제어 유닛군 FCG2 내의 유량 제어기 및 개폐 밸브를 거쳐서, 주변 도입부(52)에 접속되어 있다. 유량 제어 유닛군 FCG1 및 FCG2, 및, 가스 소스군 GSG1 및 GSG2는, 공급부의 일례이다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 중앙 도입부(50)로부터 처리 공간 S 내에 공급되는 가스의 종류 및 유량과, 주변 도입부(52)로부터 처리 공간 S 내에 공급되는 가스의 종류 및 유량을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 중앙 도입부(50) 및 주변 도입부(52)로부터 처리 공간 S 내에 동일한 종류의 가스를 공급한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 중앙 도입부(50)로부터 처리 공간 S 내에 공급되는 가스의 유량과, 주변 도입부(52)로부터 처리 공간 S 내에 공급되는 가스의 유량은, 거의 동일한 유량으로 설정된다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 예컨대 도 1에 나타내는 바와 같이, 프로세서 및 메모리 등을 포함하는 제어부 Cnt를 구비한다. 제어부 Cnt는, 메모리 내에 저장된 레시피 등의 데이터나 프로그램에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 예컨대, 제어부 Cnt는, 유량 제어 유닛군 FCG1 및 FCG2 내의 유량 제어기 및 개폐 밸브를 제어하고, 중앙 도입부(50) 및 주변 도입부(52)로부터 도입되는 가스의 유량을 조정한다. 또한, 제어부 Cnt는, 마이크로파 발생기(32)를 제어하여, 마이크로파 발생기(32)에 의해 생성되는 마이크로파의 주파수나 전력을 제어한다. 또한, 제어부 Cnt는, 고주파 전원 RFG를 제어하여, 고주파 전원 RFG에 의해 생성되는 고주파 바이어스의 주파수 및 전력, 및, 고주파 바이어스의 공급 및 차단을 제어한다. 또한, 제어부 Cnt는, 배기 장치(30) 내의 진공 펌프를 제어하여, 챔버(12) 내의 압력을 제어한다. 또한, 제어부 Cnt는, 히터 HT, HS, HC, 및 HE를 제어하여, 챔버(12) 내의 각 부의 온도를 조정한다.
[처리 플로]
상술한 바와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(10)는, 예컨대 도 6에 나타내는 처리를 실행한다. 도 6은 플라즈마 처리 장치(10)에 의해 실행되는 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
우선, 제어부 Cnt는, 변수 n을 0으로 초기화한다(S10). 그리고, 제어부 Cnt는, 챔버(12) 내에 웨이퍼 W가 반입되어 있지 않은 상태에서, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 보호막을 적층시키는 보호막 적층 처리를 실행한다.
구체적으로는, 제어부 Cnt는, 배기 장치(30) 내의 진공 펌프를 제어하여, 챔버(12) 내를 소정의 진공도까지 감압한다. 또한, 제어부 Cnt는, 히터 HT, HS, HC, 및 HE를 제어하여, 챔버(12) 내의 각 부를 소정의 온도로 조정한다. 그리고, 제어부 Cnt는, 유량 제어 유닛군 FCG1 및 FCG2 내의 유량 제어기 및 개폐 밸브를 제어하여, 복수의 가스를 포함하는 혼합 가스를, 각각 소정의 유량으로 중앙 도입부(50) 및 주변 도입부(52)로부터 처리 공간 S 내에 공급한다(S11). 스텝 S11은, 공급 공정의 일례이다.
본 실시 형태에 있어서, 혼합 가스에는, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스(프리커서(precursor) 가스)와, 산소 함유 가스와, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 첨가 가스가 포함된다. 구체적으로는, 혼합 가스에는, 화합물 가스로서 SiCl4 가스가 포함되고, 산소 함유 가스로서 O2 가스가 포함되고, 첨가 가스로서 Cl2 가스가 포함된다. 그 외에, 혼합 가스에는, Ar 가스가 포함된다.
그리고, 제어부 Cnt는, 마이크로파 발생기(32)를 제어하여, 예컨대 2.45㎓의 마이크로파를 소정의 전력으로 처리 공간 S 내에 소정 시간 공급시킨다. 이것에 의해, 처리 공간 S 내에는, 혼합 가스의 플라즈마가 생성되고, 챔버(12) 내의 부재의 표면에, 소정의 두께의 보호막이 적층된다(S12). 본 실시 형태에 있어서, 보호막은, 실리콘 산화막(SiO2막)이다. 스텝 S12는, 성막 공정의 일례이다.
다음으로, 챔버(12) 내에 웨이퍼 W가 반입되고, 탑재대(20)의 정전 척 ESC 상에 탑재된다(S13). 제어부 Cnt는, 스위치 SW를 OFF 상태로부터 ON 상태로 전환하고, 직류 전원 DCS로부터의 직류 전압을 정전 척 ESC에 인가한다. 이것에 의해, 웨이퍼 W는, 정전 척 ESC에 발생한 쿨롱력에 의해, 정전 척 ESC의 상면에 흡착 유지된다. 스텝 S13은, 반입 공정의 일례이다.
다음으로, 챔버(12) 내에 반입된 웨이퍼 W에 대하여 플라즈마 처리가 실시된다(S14). 구체적으로는, 제어부 Cnt는, 다시 배기 장치(30) 내의 진공 펌프를 제어하여, 챔버(12) 내를 소정의 진공도까지 감압하고, 히터 HT, HS, HC, 및 HE를 제어하여, 챔버(12) 내의 각 부를 소정의 온도로 조정한다. 그리고, 제어부 Cnt는, 유량 제어 유닛군 FCG1 및 FCG2 내의 유량 제어기 및 개폐 밸브를 제어하고, 웨이퍼 W의 처리에 사용되는 처리 가스를, 소정의 유량으로 중앙 도입부(50) 및 주변 도입부(52)로부터 처리 공간 S 내에 공급한다. 그리고, 제어부 Cnt는, 마이크로파 발생기(32)를 제어하여, 예컨대 2.45㎓의 마이크로파를 소정의 전력으로 처리 공간 S 내에 소정 시간 공급시킨다. 또한, 제어부 Cnt는, 고주파 전원 RFG를 제어하여, 예컨대 13.65㎒의 고주파 바이어스를 소정의 전력으로 하부 전극 LE에 소정 시간 공급시킨다. 이것에 의해, 처리 공간 S 내에는, 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 에칭이나 성막 등의 소정의 처리가 실시된다. 스텝 S14는, 처리 공정의 일례이다.
다음으로, 스위치 SW가 ON 상태로부터 OFF 상태로 전환되고, 챔버(12) 내로부터 웨이퍼 W가 반출된다(S15). 스텝 S15는, 반출 공정의 일례이다. 그리고, 제어부 Cnt는, 변수 n을 1 늘리고(S16), 변수 n의 값이 소정치 n0 이상인지 여부를 판정한다(S17). 변수 n의 값이 소정치 n0 미만인 경우(S17 : 아니오), 다시 스텝 S13에 나타낸 처리가 실행된다.
한편, 변수 n의 값이 소정치 n0 이상인 경우(S17 : 예), 챔버(12) 내의 부재의 표면에 적층된 보호막을 제거하는 제거 처리가 실행된다(S18). 구체적으로는, 제어부 Cnt는, 배기 장치(30) 내의 진공 펌프를 제어하여, 챔버(12) 내를 소정의 진공도까지 감압한다. 또한, 제어부 Cnt는, 히터 HT, HS, HC, 및 HE를 제어하여, 챔버(12) 내의 각 부를 소정의 온도로 조정한다. 그리고, 제어부 Cnt는, 유량 제어 유닛군 FCG1 및 FCG2 내의 유량 제어기 및 개폐 밸브를 제어하고, 불소 함유 가스를 소정의 유량으로 중앙 도입부(50) 및 주변 도입부(52)로부터 처리 공간 S 내에 공급한다. 불소 함유 가스에는, 예컨대, NF3 가스, SF6 가스, 및 CF4 가스 중 적어도 어느 하나가 포함된다.
그리고, 제어부 Cnt는, 마이크로파 발생기(32)를 제어하여, 예컨대 2.45㎓의 마이크로파를 소정의 전력으로 처리 공간 S 내에 소정 시간 공급시킨다. 이것에 의해, 처리 공간 S 내에 불소 함유 가스의 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 의해, 챔버(12) 내의 면에 적층된 보호막이 제거된다. 스텝 S18은, 제거 공정의 일례이다.
그리고, 제어부 Cnt는, 웨이퍼 W에 대한 처리를 종료하는지 여부를 판정한다(S19). 처리를 종료하지 않는 경우(S19 : 아니오), 다시 스텝 S10에 나타낸 처리가 실행된다. 한편, 처리를 종료하는 경우(S19 : 예), 플라즈마 처리 장치(10)는, 본 플로차트에 나타낸 처리를 종료한다.
이와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 소정치 n0분의 웨이퍼 W가 플라즈마 처리될 때마다, 보호막의 제거(S18)와 재차의 보호막의 적층(S11, S12)이 실행된다. 특히, 소정치 n0이 1인 경우, 1매의 웨이퍼 W가 플라즈마 처리될 때마다, 보호막의 제거(S18)와 재차의 보호막의 적층(S11, S12)이 실행되게 된다.
[실험]
여기서, 보호막 적층 처리에 있어서 챔버(12) 내의 부재의 표면에 적층되는 보호막의 막 두께 및 막질에 대하여 실험을 행했다. 실험에서는, 예컨대 도 7에 나타내는 바와 같이, 챔버(12) 내의 [1]~[6]의 각 부에 테스트 피스(70)를 배치하고, 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께 및 막질을 측정했다. 이하의 실험에서는, 실리콘 기판 상에 1㎛의 두께의 SiO2막이 형성되어 있는 테스트 피스(70)가 챔버(12) 내의 [1]~[6]의 각 위치에 배치되었다. 도 7은 테스트 피스(70)가 배치되는 챔버(12) 내의 위치를 나타내는 도면이다. 예컨대 도 7에 나타내는 바와 같이, [1]은, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)에 가까운 위치이고, [3] 및 [4]는, 주변 도입부(52)의 가스 토출구(52i)에 가까운 위치이다.
[비교예 1]
우선 처음으로 비교예 1에 대하여 실험을 행했다. 도 8은 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다. 비교예 1에서는, 보호막 형성 처리에 있어서, 혼합 가스로서, Ar 가스, SiCl4 가스, 및 O2 가스가 챔버(12) 내에 공급되었다. 그 외의 조건은, 이하와 같다.
마이크로파의 전력 : 1000W
챔버(12) 내의 압력 : 20mT
RDC : 50%
Ar/SiCl4/O2=250sccm/10sccm/20~200sccm
또, RDC(Radical Distribution Control)란, {(가스 토출구(18i)로부터 공급되는 가스의 유량)/(가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)로부터 공급되는 가스의 총 유량)}×100이다.
예컨대 도 8에 나타내는 바와 같이, 가스 토출구(18i)에 가까운 [1]의 위치의 테스트 피스(70), 및, 가스 토출구(52i)에 가까운 [3] 및 [4]의 위치의 테스트 피스(70)에서는, 다른 위치의 테스트 피스(70)에 비하여 보호막이 두껍다. 한편, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)로부터 먼 [2], [5], 및 [6]의 위치의 테스트 피스(70)에서는, [1], [3], 및 [4]의 위치의 테스트 피스(70)에 비하여, 보호막이 얇다. 이와 같이, 가스의 토출구에 가까운 위치에서는, 가스의 토출구로부터 먼 위치에 비하여, 보호막이 두꺼워지는 경향이 있다. 또한, 비교예 1에서는, 예컨대 도 8에 나타내는 바와 같이, SiCl4 가스의 유량에 대하여 O2 가스의 유량을 변화시켰다고 하더라도, 가스의 토출구에 가까운 위치의 보호막이 두꺼워지는 경향은 변함없다.
여기서, 보호막 적층 처리에 있어서, 처리 공간 S 내에서는, 이하의 (1)~(4)에 나타내는 반응이 진행된다.
Figure 112018061092146-pat00001
공기 중에서 생성된 SiO2가 챔버(12) 내의 부재의 표면에 쌓이는 것에 의해 보호막이 형성된 경우, 예컨대 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 보호막에 있어서, 각각의 입괴(粒塊)(60)의 사이에는 많은 극간이 존재하게 된다. 입괴(60) 사이의 극간이 많으면, 플라즈마 중의 이온이나 라디칼이 충돌하는 것에 의해, 입괴(60)가 용이하게 벗겨져 버린다. 도 9는 보호막의 성막 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
이것에 대하여, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 있어서 상기의 식 (3) 및 (4)에 나타내어지는 반응이 일어나면, 예컨대 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 각각의 입괴(60)의 사이의 극간이 작고, 치밀한 보호막이 형성된다. 입괴(60) 사이의 극간이 작은 보호막은, 플라즈마 중의 이온이나 라디칼이 충돌하더라도 입괴(60)가 벗겨지기 어렵다.
비교예 1에 있어서, O2 가스의 유량이 줄어들면, 처리 공간 S 내에 있어서 O2 및 O*가 감소한다. 그 때문에, 상기의 식 (3) 및 (4)에 나타내어지는 반응이 감소한다. 이것에 의해, 상기의 식 (1)에 나타내어지는 반응에 의해 생성된 Si*가, SiO2를 형성하는 일 없이 챔버(12) 내의 각 부에 골고루 퍼진다. 이것에 의해, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 있어서 상기의 식 (3) 및 (4)에 나타내어지는 반응이 일어나고, 보호막의 막질이 향상되는 것이 기대된다.
도 10은 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다. 보호막의 막질의 측정에서는, 예컨대 도 11에 나타내는 바와 같이, 테스트 피스(70)의 실리콘 기판(71) 상의 SiO2막(72)의 반사광과, 보호막 적층 처리로 SiO2막(72) 상에 적층된 보호막(73)의 반사광을 이용하여, SiO2막(72)과 보호막(73)의 편광 상태의 차이를 막질로서 평가했다. 도 11은 막질의 측정 방법의 일례를 설명하는 도면이다. 구체적으로는, 분광 엘립소미트리(ellipsometry)에 의해 측정된 SiO2막(72)의 반사광 및 보호막(73)의 반사광의 각각의 강도비 Ψ 및 위상차 Δ의 MSE(평균 제곱 오차)를 하기의 식 (5)에 근거하여 산출한다.
[수학식 1]
Figure 112018061092146-pat00002
상기의 식 (5)에 있어서, "i"는 각각의 파장과 입사각으로 특정되는 i번째의 값, "σ"는 표준편차, "N"은 Ψ 및 Δ의 개수, "M"은 피팅 파라미터의 개수를 나타낸다. 또한, "mod"는, SiO2막의 반사광의 이론치를 나타내고, "exp"는 SiO2막(72) 및 보호막(73)의 반사광의 실측치를 나타낸다.
보호막(73)이 이상적인 SiO2막이면, SiO2막(72) 및 보호막(73)의 굴절률이 SiO2막의 굴절률에 가까워지기 때문에, 상기의 식 (5)에 근거하여 산출된 MSE의 값은 0이 된다. 다시 말해, MSE의 값이 작을수록, 보호막(73)의 막질이 이상적인 SiO2막의 막질(예컨대 도 9(b)에 나타낸 상태)에 가까운 것을 나타내고 있고, 보호막(73)의 막질이 양호한 것을 나타낸다. 한편, 보호막(73)이 이상적인 SiO2막과 상이하면, 보호막(73) 및 SiO2막(72)의 굴절률이 SiO2막의 굴절률로부터 벗어나기 때문에, 상기의 식 (5)에 근거하여 산출된 MSE의 값이 커진다. 다시 말해, MSE의 값이 클수록, 보호막(73)의 막질이 이상적인 SiO2막의 막질과는 상이한 상태(예컨대 도 9(a)에 나타낸 상태)인 것을 나타내고 있고, 보호막(73)의 막질이 나쁜 것을 나타낸다. 특히, MSE의 값이 10보다 큰 값이 되면, SiO2막이 벗겨지기 쉬워져 버려, 보호막으로서는 유효하지 않은 막 종류가 된다.
도 10을 참조하면, SiCl4 가스의 유량에 대하여 O2 가스의 유량만을 변화시켰다고 하더라도, MSE에 일정한 경향은 볼 수 없다. 이것은, O2 가스의 유량을 감소시키더라도, O2 가스에 포함되는 산소는, 공기 중에서의 SiO2의 생성으로 소비되고, 테스트 피스(70) 상의 보호막에 포함되는 SiO2의 대부분은, 공기 중에서 생성된 SiO2이기 때문이라고 생각된다. 그 때문에, SiCl4 가스의 유량에 대하여 O2 가스의 유량만을 변화시켰다고 하더라도, 보호막의 막질을 향상시키는 것은 어렵다.
도 12 및 도 13은 비교예 1에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 원소의 발광 강도를 나타내는 도면이다. O2 가스의 유량을 감소시키면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 처리 공간 S 내의 O*가 감소하고 있다. 그러나, 도 12를 참조하면, SiO의 발광의 피크 강도에 변화는 볼 수 없다. 그 때문에, O2 가스의 유량을 감소시키더라도, SiO2는 공기 중에서 소정량 생성되고 있다고 생각된다. 그 때문에, 챔버(12) 내의 면에 적층되는 보호막의 막질은 향상되지 않는다고 생각된다.
[실시예 1]
다음으로, 본 발명의 실시예 1에 대하여 실험을 행했다. 도 14는 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다. 본 실시예 1에서는, 챔버(12) 내에 공급되는 혼합 가스로서, Ar 가스, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스가 이용되고 있다. 도 14에 나타낸 실험은, 이하의 조건으로 행해졌다.
마이크로파의 전력 : 2500W
챔버(12) 내의 압력 : 20mT
RDC : 50%
Ar/SiCl4/O2/Cl2=250sccm/10sccm/100sccm/0~250sccm
도 14를 참조하면, 첨가 가스인 Cl2 가스의 유량이 50sccm 이상, 즉, 화합물 가스인 SiCl4 가스의 유량의 5배 이상이면, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)에 가까운 [1], [3], 및 [4]의 위치의 테스트 피스(70)의 보호막의 두께가 감소하고, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)로부터 먼 [2], [5], 및 [6]의 위치의 테스트 피스(70)의 보호막의 두께가 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 도 14의 실험에서는, Cl2 가스의 유량을 250sccm, 즉, SiCl4 가스의 유량의 25배까지 변화시켰지만, Cl2 가스의 유량이 50sccm 이상 250sccm 이하의 범위이면, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)에 가까운 위치의 보호막의 두께가 감소하고, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)로부터 먼 위치의 보호막의 두께가 증가하는 것을 알 수 있었다. 즉, Cl2 가스의 유량이, SiCl4 가스의 유량의 5배 이상 25배 이하의 범위 내의 유량이면, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 보다 균일한 두께의 보호막을 형성할 수 있다.
이것은, Cl2 가스가 첨가되는 것에 의해, 전술한 식 (1)에 나타내는 반응이 억제되고, SiCl4 가스의 분자가 분자인 채로 챔버(12) 내의 구석구석까지 골고루 퍼지고, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 가까운 곳에서 Si* 및 Cl*로 해리한다. 그리고, Si*가 챔버(12) 내의 부재의 표면에 흡착된 후에 전술한 식 (3) 또는 (4)에 나타내는 반응에 의해, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 SiO2가 형성되기 때문이라고 생각된다.
여기서, Cl2 가스의 유량을 250sccm으로 하고, 챔버(12) 내의 압력을 변화시킨 경우의 각 부의 보호막의 막 두께는, 예컨대 도 15와 같이 되었다. 도 15는 실시예 1에 있어서 압력을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다. 도 15에 나타낸 실험은, 이하의 조건으로 행해졌다.
마이크로파의 전력 : 1000W
챔버(12) 내의 압력 : 20~150mT
RDC : 50%
Ar/SiCl4/O2/Cl2=250sccm/10sccm/100sccm/250sccm
도 15를 참조하면, 챔버(12) 내의 압력을 올릴수록, 플라즈마 소스에 가까운 영역에 있어서, 보호막이 두꺼워지는 경향을 볼 수 있고, 챔버(12) 내의 압력을 내릴수록, 챔버(12) 내에 보다 균일한 두께로 보호막이 적층되는 경향을 볼 수 있었다. 웨이퍼 W에 대한 플라즈마 처리에 있어서, 챔버(12) 내에서 플라즈마 밀도가 높아지는 영역에서는, 챔버(12) 내의 부재에 대하여 플라즈마에 의한 데미지가 크다. 그 때문에, 웨이퍼 W에 대한 플라즈마 처리에 있어서 플라즈마 밀도가 높아지는 영역에 면하는 부재에 대해서는, 보호막을 보다 두껍게 적층시키는 것도 생각할 수 있다. 이와 같은 경우, 챔버(12) 내의 압력을 조정하는 것에 의해, 플라즈마에 의한 데미지가 보다 큰 영역에 적층되는 보호막을 두껍게 할 수 있다.
도 16은 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다. 도 16에 나타낸 실험은, 이하의 조건으로 행해졌다.
마이크로파의 전력 : 1500W
챔버(12) 내의 압력 : 80mT
RDC : 0%
Ar/SiCl4/O2/Cl2=250sccm/20sccm/50sccm/0~100sccm
도 16을 참조하면, Cl2 가스의 유량이 100sccm인 경우, Cl2 가스의 유량이 0sccm인 경우와 비교하여, 모든 위치의 테스트 피스(70)에 있어서 보호막의 막질이 향상되고 있다. 이것은, Cl2 가스가 첨가되는 것에 의해, 전술한 식 (1)에 나타내는 반응이 감소하고, SiCl4 가스의 분자가 분자인 채로 챔버(12) 내의 구석구석까지 골고루 퍼지고, 공기 중에서 생성되는 SiO2의 양이 억제되었기 때문이라고 생각된다.
도 17 및 도 18은 실시예 1에 있어서 Cl2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 원소의 발광 강도를 나타내는 도면이다. Cl2 가스의 유량을 증가시키면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 처리 공간 S 내에 있어서 Cl의 발광 강도가 증가하고 있고, 처리 공간 S 내에 있어서 Cl*의 농도가 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, Cl2 가스의 유량을 증가시키면, 도 17에 나타내는 바와 같이, 처리 공간 S 내에 있어서 Si의 발광 강도가 감소하고, 처리 공간 S 내에 있어서 Si의 농도가 저하하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, Cl2 가스가 첨가되는 것에 의해, 전술한 식 (2)에 나타내는 반응에 대하여, 전술한 식 (1)에 나타내는 반응이 감소하기 때문이라고 생각된다.
또한, Cl2 가스의 유량을 증가시키면, 도 17에 나타내는 바와 같이, SiO의 발광 강도의 피크가 감소하고 있다. 그 때문에, 공기 중에서의 SiO의 생성이 억제되고 있다. 이것에 의해, Si*가 챔버(12) 내의 부재의 표면에 흡착된 후에 전술한 식 (3) 또는 (4)에 나타내는 반응에 의해 SiO2가 생성되고, 보호막의 막질이 향상된다고 생각된다.
또한, 도 18을 참조하면, Cl2 가스의 유량의 증가에 수반하여, O의 발광 강도가 저하하고 있다. Cl2 가스의 분자는, O2 가스의 분자보다 반응성이 높기 때문에, O2 가스의 분자보다 플라즈마의 에너지를 보다 많이 흡수하여 Cl*로 되기 쉽다. 그 때문에, O2 분자가 O*로 되기 위한 에너지가 감소하고, 공기 중의 O*가 감소했다고 생각된다. 공기 중의 O*가 감소하면, 전술한 식 (4)의 반응이 감소하고, 공기 중에서의 SiO2의 생성이 억제된다. 이것에 의해, Si*가 챔버(12) 내의 부재의 표면에 흡착된 후에 전술한 식 (3) 또는 (4)에 나타내는 반응에 의해 SiO2가 생성되고, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 형성되는 보호막의 막질이 향상된다.
[비교예 2]
다음으로, 비교예 2에 있어서, Cl2 가스를 첨가한 혼합 가스에 있어서, O2 가스의 유량을 변화시키는 실험을 행했다. 도 19는 비교예 2에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다. 비교예 2에서는, 보호막 형성 처리에 있어서, Ar 가스, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스가, 챔버(12)의 측벽(12a)을 따른 위치에 마련된 복수의 가스 토출구(52i)로부터 챔버(12) 내에 공급되었다. 그 외의 조건은, 이하와 같다.
마이크로파의 전력 : 1000W
챔버(12) 내의 압력 : 80mT
RDC : 0%
Ar/SiCl4/O2/Cl2=500sccm/20sccm/30~100sccm/250sccm
예컨대 도 19에 나타내어지는 바와 같이, O2 가스를 변화시키더라도, 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께는 그다지 변화하고 있지 않다.
도 20은 비교예 2에 있어서 O2 가스의 유량을 바꾼 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다. 예컨대 도 20에 나타내어지는 바와 같이, O2 가스를 변화시키면, 챔버(12) 내의 위치에 따라, 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막질이 변화했다.
본 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 웨이퍼 W에 대한 프로세스의 균일화를 목적으로, 정전 척 ESC 상에 탑재된 웨이퍼 W의 직상에 있어서 플라즈마의 밀도가 균일하게 되도록, 안테나(14)로부터 방사되는 마이크로파의 분포나 가스의 분포가 제어된다. 그러나, 웨이퍼 W의 위쪽에서의 플라즈마의 생성 및 확산에 의해 플라즈마의 입자를 웨이퍼 W 상에 조사시키는 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 챔버(12) 내의 공간의 크기, 안테나(14)의 형상 등에 따라서는, 웨이퍼 W의 직상에 있어서의 플라즈마 밀도가 웨이퍼 W의 중심부와 외주부에서 어느 한쪽으로 치우쳐 버리는 경우가 있다. 그 치우침을 보정하기 위해, 챔버(12) 내의 측벽(12a)이나 유전체창(18)의 하면(18b) 등에서는, 플라즈마 밀도를 의도적으로 불균일하게 하는 경우가 있다.
예컨대 도 20의 실험 결과에 있어서, O2 가스의 유량이 30sccm인 경우, [1]이나 [6]의 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 MSE의 값은, [2]나 [3]의 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 MSE의 값보다 낮다. 이것은, O2 가스의 유량이 30sccm인 경우에는, [1]이나 [6]의 위치가, [2]나 [3]의 위치보다, 마이크로파의 에너지나 가스의 농도 등의 관계가, 밀도가 높은 플라즈마가 형성되는 조건에 가깝기 때문이라고 생각된다. 높은 플라즈마 밀도의 영역에서는, MSE의 값이 낮아지고, 양질의 보호막이 형성된다.
한편, 예컨대 도 20의 실험 결과에 있어서, O2 가스의 유량이 100sccm인 경우, [2]나 [6]의 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 MSE의 값은, [1]이나 [3]의 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 MSE의 값보다 낮다. 이것은, [2]나 [6]의 위치가, [1]이나 [3]의 위치보다, 안테나(14)로부터 방사되는 마이크로파의 에너지나 가스의 농도 등의 관계가, 밀도가 높은 플라즈마가 형성되는 조건에 가깝기 때문이라고 생각된다.
그런데, 챔버(12) 내의 각 부의 부재의 표면에 형성되는 보호막의 막질이 나쁘면, 웨이퍼 W에 대한 프로세스의 실행 중에, 보호막의 표면이 벗겨지기 쉬워져 버린다. 특히, 유전체창(18)의 하면(18b)에 형성된 보호막의 표면의 일부가 벗겨지면, 유전체창(18)의 하면(18b)으로부터 벗겨진 보호막이, 파티클이 되어, 유전체창(18)의 아래쪽에 위치하는 웨이퍼 W의 표면에 부착되기 쉽다. 그 때문에, 챔버(12) 내의 각 부의 부재의 표면에 형성되는 보호막 중에서는, 특히 유전체창(18)의 하면(18b)에 형성되는 보호막의 막질을 향상시키는 것이 중요하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서, 유전체창(18)은, 예컨대 도 1 및 도 3~도 5에 나타낸 바와 같이, 대략 원판 형상으로 형성되고, 가스 토출구(18i)가 형성되어 있는 중심축의 주변에, 비교적 얇은 판 두께를 갖는 부분에 의해 형성된 제 1 오목부(181) 및 복수의 제 2 오목부(182)가 형성되어 있다. 그리고, 슬롯판(44)으로부터 유전체창(18)에 전파된 마이크로파의 에너지는, 제 1 오목부(181) 및 제 2 오목부(182)의 위치에 대응하는 유전체창(18)의 직하에 집중된다. 그 때문에, 가스 토출구(18i)가 형성되어 있는 유전체창(18)의 하면(18b)의 위치에서는, 마이크로파의 에너지가 작고, 그 주변의 제 1 오목부(181) 및 제 2 오목부(182)의 직하의 위치에서는, 마이크로파의 에너지가 크다. 다시 말해, [2]의 위치의 마이크로파의 에너지는, [1]의 위치의 마이크로파의 에너지보다 크다. 따라서, O2 가스의 유량만을 변경한 경우에는, [1] 및 [2]의 위치에 있어서, 한쪽이 밀도가 높은 플라즈마가 형성되는 조건에 가까워졌더라도, 다른 쪽이 밀도가 높은 플라즈마가 형성되는 조건에 가까워지지 않는 경우가 있고, 양쪽의 위치에 형성되는 보호막의 막질을 향상시키는 것이 어렵다.
[실시예 2]
다음으로, 본 발명의 실시예 2에 대하여 실험을 행했다. 도 21은 실시예 2에 있어서 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스를 공급한 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막 두께를 나타내는 도면이다. 도 22는 실시예 2에 있어서 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스를 공급한 경우의 각 위치의 테스트 피스(70)에 적층된 보호막의 막질을 나타내는 도면이다. 본 실시예 2에서는, 챔버(12)의 측벽(12a)을 따른 위치에 마련된 복수의 가스 토출구(52i)로부터, Ar 가스, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스가 챔버(12) 내에 공급되고, 또한, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스가 챔버(12) 내에 공급된다. 또한, 도 21에는, 도 19에 나타낸 실험 결과 중, O2 가스의 유량이 100sccm인 경우의 실험 결과도 아울러 도시되어 있고, 도 22에는, 도 20에 나타낸 실험 결과 중, O2 가스의 유량이 100sccm인 경우의 실험 결과도 아울러 도시되어 있다. 도 21 및 도 22에 나타낸 실험은, 이하의 조건으로 행해졌다.
마이크로파의 전력 : 1000W
챔버(12) 내의 압력 : 80mT
Ar/+Ar/SiCl4/O2/Cl2=350~500sccm/0~150sccm/20sccm/100sccm/250sccm
Ar 가스의 유량비 : 0%(+Ar/Ar=0/500sccm)
Ar 가스의 유량비 : 30%(+Ar/Ar=150/350sccm)
또, 상기의 조건에 있어서 "+Ar"은 가스 토출구(18i)로부터 챔버(12) 내에 공급되는 Ar 가스의 유량을 나타내고, 그 외의 가스의 유량은 가스 토출구(52i)로부터 챔버(12) 내에 공급되는 가스의 유량을 나타낸다.
예컨대 도 21에 나타내는 바와 같이, Ar 가스의 유량비를 0%로부터 30%로 변경하더라도, [1]~[6]의 각 위치의 테스트 피스(70)에 형성되는 보호막의 두께는 거의 변화하고 있지 않다.
한편, 예컨대 도 22에 나타내는 바와 같이, Ar 가스의 유량비를 0%로부터 30%로 변경하면, [1]~[6]의 각 위치의 테스트 피스(70)에 형성되는 보호막의 막질이 변화했다. 구체적으로는, Ar 가스의 유량비를 0%로부터 30%로 변경하는 것에 의해, [1]의 위치의 테스트 피스(70)의 보호막의 막질을 나타내는 MSE의 값이, 약 80으로부터 약 1.5로 대폭으로 향상되었다. 이것은, Ar 가스의 유량비를 0%로부터 30%로 변경하는 것에 의해, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i) 부근의 Ar 가스의 밀도가 증가하고, [1] 부근의 플라즈마 밀도가 증가했기 때문이라고 생각된다.
또한, Ar 가스의 유량비를 0%로부터 30%로 변경하는 것에 의해, [2]의 위치의 테스트 피스(70)의 보호막의 MSE의 값은, 약 2로부터 약 4로 소폭으로 악화되었지만, 양호한 막질이 유지되고 있다. 그 외의 위치의 테스트 피스(70)의 보호막에 대해서도, MSE의 값이 소폭으로 변화하고 있지만, 그다지 큰 변화는 볼 수 없다.
유전체창(18)의 하면(18b)의 위치인 [1]과 [2]에 있어서의 보호막의 MSE의 최대치에서 보면, Ar 가스의 유량비를 0%로부터 30%로 변경하는 것에 의해, MSE의 최대치가 약 80으로부터 약 4로 대폭으로 향상되고 있다. 이와 같이, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스를 공급하는 것에 의해, 마이크로파의 에너지가 비교적 낮은 가스 토출구(18i) 부근의 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 이것에 의해, 유전체창(18)의 하면(18b)에 형성되는 보호막의 막질을 전체적으로 향상시킬 수 있다.
이상, 플라즈마 처리 장치(10)의 실시 형태에 대하여 설명했다. 상기 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 치밀한 보호막을 보다 균일하게 성막할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, Cl2 가스가 첨가되는 것에 의해, 전술한 식 (1)에 나타내는 반응이 감소하고, SiCl4 가스의 분자가 분자인 채로 챔버(12) 내의 구석구석까지 골고루 퍼진다. 그 때문에, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)의 내부의 공기 중에서의 SiO2의 생성이 억제되고, 공기 중에서 생성된 SiO2에 의해, 가스 토출구(18i) 및 가스 토출구(52i)가 막혀 버리는 것을 회피할 수 있다.
또한, 챔버(12)의 측벽(12a)을 따른 위치에 마련된 복수의 가스 토출구(52i)로부터, Ar 가스, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스를 챔버(12) 내에 공급하고, 또한, 유전체창(18)의 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스를 챔버(12) 내에 공급하는 것에 의해, 유전체창(18)의 하면(18b)에 형성되는 보호막의 막질을 전체적으로 향상시킬 수 있다.
[그 외]
또, 본 발명은, 상기한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예컨대, 상기한 실시 형태에서는, 첨가 가스로서 Cl2 가스가 이용되었지만, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않고, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 가스이면, 다른 가스가 이용되더라도 좋다. 구체적으로는, Cl2 가스, HCl 가스, BCl3 가스, CCl4 가스, 또는 CH2Cl2 가스 중 적어도 어느 하나가 첨가 가스로서 이용되더라도 좋다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 산소 함유 가스로서 O2 가스가 이용되었지만, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, O2 가스, CO 가스, 또는 CO2 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되는 가스가 산소 함유 가스로서 이용되더라도 좋다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 화합물 가스로서 SiCl4 가스가 이용되었지만, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않고, SiF4 가스가 화합물 가스로서 이용되더라도 좋다. 단, SiF4 가스가 화합물 가스로서 이용되는 경우, 첨가 가스로서는, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 가스가 이용된다. 구체적으로는, NF3 가스, SF6 가스, HF 가스, CF4 가스, 또는 CHF3 가스 중 적어도 어느 하나가 첨가 가스로서 이용된다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치(10)의 일례로서, RLSA를 이용한 마이크로파 플라즈마 처리를 설명했지만, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않는다. 플라즈마를 이용하여 처리를 행하는 장치이면, CCP(Capacitively Coupled Plasma)나 ICP(Inductively Coupled Plasma) 등, 다른 방식을 이용한 플라즈마 처리 장치에 있어서도 개시된 기술을 적용할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 웨이퍼 W에 대하여 에칭이나 성막 등의 소정의 처리(도 6의 스텝 S14)가 실시되기 전에, 챔버(12) 내의 부재의 표면에 보호막으로서 실리콘 함유막이 성막되는 처리(도 6의 스텝 S12)에 있어서, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스(프리커서 가스)와 산소 함유 가스에, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 가스가 첨가되었다. 그러나, 개시된 기술은 이것으로 한정되지 않는다.
예컨대 도 6의 스텝 S14에 있어서, 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스(프리커서 가스)와 산소 함유 가스를 포함하는 가스를 이용하여, 웨이퍼 W에 실리콘 산화막이 성막되는 경우, 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고 실리콘 원소를 포함하지 않는 가스가 첨가되더라도 좋다. 이 경우, 웨이퍼 W에 실리콘 산화막이 적층됨과 동시에, 챔버(12) 내의 웨이퍼 W 이외의 부재의 표면에도, 실리콘 산화막이 반응 부생성물(이른바 퇴적물)로서 적층되지만, 이 퇴적물을, 보다 균일하게 챔버(12) 내의 웨이퍼 W 이외의 부재의 표면에 적층시킬 수 있다. 이것에 의해, 챔버(12) 내의 웨이퍼 W 이외의 부재의 표면을 보호할 수 있음과 아울러, 해당 부재의 표면으로부터 실리콘 산화막을 제거할 때에 해당 부재의 표면에 주어지는 데미지를 저감할 수 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 희가스로서 Ar 가스가 이용되었지만, Ar 가스 이외의 희가스가 이용되더라도 좋다. 또한, Ar 가스 대신에, Ar 가스를 포함하는 복수 종류의 희가스가 혼합된 가스가 이용되더라도 좋다. 또한, 가스 토출구(52i)로부터, Ar 가스, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스를 공급하고, 또한, 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스를 공급하는 예에 있어서, 가스 토출구(52i)로부터 공급되는 희가스의 종류와, 가스 토출구(18i)로부터 공급되는 희가스의 종류와는 상이하더라도 좋다.
또한, 상기한 실시예 2에서는, 가스 토출구(52i)로부터, Ar 가스, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스가 공급되고, 또한, 가스 토출구(18i)로부터 Ar 가스가 공급되지만, 가스 토출구(52i)로부터는, SiCl4 가스, O2 가스, 및 Cl2 가스의 혼합 가스가 공급되고, Ar 가스는, 가스 토출구(18i)로부터만 공급되도록 하더라도 좋다.
Cnt : 제어부
ESC : 정전 척
FCG : 유량 제어 유닛군
GSG : 가스 소스군
LE : 하부 전극
RFG : 고주파 전원
S : 처리 공간
W : 웨이퍼
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 챔버
14 : 안테나
16 : 동축 도파관
18 : 유전체창
18i : 가스 토출구
20 : 탑재대
30 : 배기 장치
32 : 마이크로파 발생기
42 : 유전체판
44 : 슬롯판
50 : 중앙 도입부
52 : 주변 도입부
52i : 가스 토출구
60 : 입괴
70 : 테스트 피스
71 : 실리콘 기판
72 : SiO2막
73 : 보호막

Claims (10)

  1. 실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스와,
    산소 함유 가스와,
    상기 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고, 실리콘 원소를 포함하지 않고, 탄소 원소를 포함하지 않는, 첨가 가스
    를 포함하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 공급 공정과,
    상기 챔버 내에 공급된 상기 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버 내의 부재의 표면에 보호막을 성막하는 성막 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 첨가 가스의 유량은, 상기 화합물 가스의 유량의 5배 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 첨가 가스의 유량은, 상기 화합물 가스의 유량의 5배 이상 25배 이하의 범위 내의 유량인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물 가스는, SiCl4 가스 또는 SiF4 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화합물 가스는, SiCl4 가스이고,
    상기 첨가 가스에는, Cl2 가스, HCl 가스, 또는 BCl3 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 화합물 가스는, SiF4 가스이고,
    상기 첨가 가스에는, NF3 가스, SF6 가스, 또는 HF 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 함유 가스에는, O2 가스, CO 가스, 또는 CO2 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성막 공정 후에, 상기 챔버 내에 피처리 기판을 반입하는 반입 공정과,
    상기 반입 공정 후에, 상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해 상기 피처리 기판을 처리하는 처리 공정과,
    상기 처리 공정 후에, 상기 챔버 내로부터 상기 피처리 기판을 반출하는 반출 공정과,
    상기 반출 공정 후에, 상기 챔버 내에 불소 함유 가스를 공급하고, 상기 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 상기 챔버 내의 상기 보호막을 제거하는 제거 공정
    을 더 포함하고,
    상기 제거 공정 후에, 다시 상기 공급 공정 및 상기 성막 공정이 실행되는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.

  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는, 대략 원통 형상의 측벽과, 상기 측벽의 상부에 마련된 상부 천판을 갖고,
    상기 공급 공정에서는, 상기 화합물 가스, 상기 산소 함유 가스, 및 상기 첨가 가스가, 상기 측벽을 따라 마련된 복수의 측벽 공급구로부터 상기 챔버 내에 공급되고, 대략 원통 형상의 상기 측벽의 축선 상에 있고, 상기 상부 천판의 하면에 마련된 천판 공급구로부터 상기 챔버 내에 희가스가 더 공급되는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 챔버와,
    실리콘 원소 및 할로겐 원소를 함유하는 화합물 가스와,
    산소 함유 가스와,
    상기 화합물 가스에 포함되는 할로겐 원소와 동일한 종류의 할로겐 원소를 포함하고, 실리콘 원소를 포함하지 않고, 탄소 원소를 포함하지 않는, 첨가 가스
    를 포함하는 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 공급부와,
    상기 챔버 내에 있어서 상기 혼합 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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