KR102518710B1 - 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 플라즈마 전자 밀도를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도를 낮추는 것을 목적으로 한다.
기판을 처리하는 처리 용기 내에서 플라즈마를 이용하여 행하는 처리 방법으로서, 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정을 가지며, 상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 주기적으로, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈의 모든 마이크로파의 파워의 공급을 주어진 시간 오프의 상태로 하는 처리 방법이 제공된다.

Description

처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 마이크로파를 이용한 플라즈마 클리닝에 관한 기술이 개시되어 있다. 플라즈마 클리닝에서는, 플라즈마 중의 라디칼의 화학적 작용과 이온의 물리적 작용에 의해 클리닝 처리를 실행한다.
전자파의 방사구 근방에서는 전자파 에너지가 집중하여, 플라즈마 전자 온도가 높아지는 경향이 있다. 플라즈마 전자 온도의 상승에 의해 전자파의 방사구 근방에서 이온의 충격에 따른 손상이 생기는 경우가 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2017-157627호 공보
본 개시는, 플라즈마 전자 밀도를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도를 낮추는 것이 가능한 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 기판을 처리하는 처리 용기 내에서 플라즈마를 이용하여 행하는 처리 방법으로서, 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 공정과, 상기 처리 용기 내에 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정을 가지며, 상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 주기적으로, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈의 모든 마이크로파의 파워의 공급을 주어진 시간 오프의 상태로 하는 처리 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 플라즈마 전자 밀도를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도를 낮출 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 단면 모식도.
도 2는 도 1에 도시된 제어부의 구성을 나타낸 설명도.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로파 도입 모듈의 구성을 나타낸 설명도.
도 4는 도 3에 도시된 마이크로파 도입 기구를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 마이크로파 도입 기구의 안테나부를 나타낸 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 마이크로파 도입 기구의 평면 안테나를 나타낸 평면도.
도 7은 도 1에 도시된 처리 용기의 상부벽의 저면도.
도 8은 일 실시형태에 따른 클리닝 처리에 있어서의 펄스 플라즈마의 Te 및 Ne의 평가 결과의 일례를 나타낸 도면.
도 9는 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워의 온 및 오프의 일례를 나타낸 도면.
도 10은 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 동기시키는 그룹의 일례를 나타낸 도면.
도 11은 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터의 파워의 온 및 오프의 일례를 나타낸 도면.
도 12는 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터의 파워의 온 및 오프의 다른 예를 나타낸 도면.
도 13은 일 실시형태에 따른 처리 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
도 14는 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈을 이용한 클리닝 처리 방법의 일례를 나타낸 흐름도.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타낸 단면 모식도이다. 도 2는 도 1에 도시된 제어부(8)의 구성의 일례를 나타낸 설명도이다. 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, 연속되는 복수의 동작을 수반하고, 예컨대 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼를 일례로 하는 기판(W)에 대하여, 성막 처리, 확산 처리, 에칭 처리, 애싱 처리 등의 소정의 처리를 행하는 장치이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(2)와 배치대(21)와 가스 공급 기구(3)와 배기 장치(4)와 마이크로파 도입 모듈(5)과 제어부(8)를 갖는다. 처리 용기(2)는, 피처리체인 기판(W)을 수용하고, 내부에서 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 배치대(21)는, 처리 용기(2)의 내부에 배치되고, 기판(W)을 배치하는 배치면(21a)을 갖는다. 가스 공급 기구(3)는, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급한다. 배기 장치(4)는, 처리 용기(2) 내를 감압 배기한다. 마이크로파 도입 모듈(5)은, 처리 용기(2) 내에 플라즈마를 생성시키기 위한 마이크로파를 도입한다. 제어부(8)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 제어한다.
처리 용기(2)는, 예컨대 대략 원통 형상을 갖는다. 처리 용기(2)는, 예컨대 알루미늄 및 그 합금 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 도입 모듈(5)은, 처리 용기(2)의 상부에 설치되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(본 실시형태에서는 마이크로파)를 도입하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단으로서 기능한다.
처리 용기(2)는, 판형의 상부벽(11), 바닥벽(13), 및 상부벽(11)과 바닥벽(13)을 연결하는 측벽(12)을 갖고 있다. 상부벽(11)은, 복수의 개구부를 갖고 있다. 측벽(12)은, 처리 용기(2)에 인접한 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 기판(W)의 반출입을 행하기 위한 반입출구(12a)를 갖고 있다. 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실 사이에는, 게이트 밸브(G)가 배치되어 있다. 게이트 밸브(G)는, 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 갖고 있다. 게이트 밸브(G)는, 폐쇄 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 시일함과 더불어, 개방 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실 사이에서 기판(W)의 이송을 가능하게 한다.
바닥벽(13)은, 복수(도 1에서는 2개)의 배기구(13a)를 갖고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 배기구(13a)와 배기 장치(4)를 접속하는 배기관(14)을 갖는다. 배기 장치(4)는, APC 밸브와, 처리 용기(2)의 내부 공간을 소정의 진공도까지 고속으로 감압하는 것이 가능한 고속 진공 펌프를 갖고 있다. 이러한 고속 진공 펌프로서는, 예컨대 터보 분자 펌프 등이 있다. 배기 장치(4)의 고속 진공 펌프를 작동시킴으로써, 처리 용기(2)는, 그 내부 공간이 소정의 진공도, 예컨대 0.133 Pa까지 감압된다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(2) 내에서 배치대(21)를 지지하는 지지 부재(22)와, 지지 부재(22)와 바닥벽(13) 사이에 설치된 절연 부재(23)를 더 갖는다. 배치대(21)는, 기판(W)을 수평으로 배치하기 위한 것이다. 지지 부재(22)는, 바닥벽(13)의 중앙으로부터 처리 용기(2)의 내부 공간을 향해 연장되는 원통형의 형상을 갖고 있다. 배치대(21) 및 지지 부재(22)는, 예컨대 표면에 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 행해진 알루미늄 등에 의해 형성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 배치대(21)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 바이어스 전원(25)과, 배치대(21)와 고주파 바이어스 전원(25) 사이에 설치된 정합기(24)를 더 갖는다. 고주파 바이어스 전원(25)은, 기판(W)에 이온을 인입하기 위해, 배치대(21)에 고주파 전력을 공급한다. 정합기(24)는, 고주파 바이어스 전원(25)의 출력 임피던스와 부하측[배치대(21)측]의 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 배치대(21)를 가열 또는 냉각시키는 도시하지 않은 온도 제어 기구를 더 가져도 좋다. 온도 제어 기구는, 예컨대, 기판(W)의 온도를, 25℃(실온)∼900℃의 범위 내에서 제어한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 복수의 가스 도입관(16)과 복수의 가스 도입관(17)을 더 갖는다. 가스 도입관(16)은 상부벽(11)에 설치되고, 그 하면에 형성된 가스 공급 구멍(16a)으로부터 제1 가스를 공급한다. 가스 도입관(17)도 마찬가지로 상부벽(11)에 설치되고, 그 하면에 형성된 가스 공급 구멍(17a)으로부터 제2 가스를 공급한다. 단, 가스 도입관(16) 및 가스 도입관(17)은, 상부벽(11) 및/또는 측벽(12)으로부터 돌출할 수 있다. 가스 도입관(16) 및 가스 도입관(17)의 개구는, 가스 공급 구멍(16a) 및 가스 공급 구멍(17a)의 세공으로부터 확대되어, 처리 공간으로 개구된 딤플 구조로 되어 있다. 이것에 의해, 가스 공급 구멍(16a) 및 가스 공급 구멍(17a)의 개구를 넓힘으로써, 전자파 에너지의 집중을 저감시켜, 이상 방전을 방지한다.
가스 공급원(31)은, 예컨대, 플라즈마 생성용의 희가스나, 산화 처리, 질화 처리, 성막 처리, 에칭 처리 및 애싱 처리에 사용되는 가스 등의 가스 공급원으로서 이용된다. 예컨대, 가스 도입관(16) 및 가스 도입관(17)으로부터는, 상이한 가스종의 처리 가스가 공급될 수 있다. 예컨대, 클리닝 처리에서는, NF3 가스 등의 불소 함유 가스를 가스 도입관(16)으로부터 공급하고, Ar 가스, He 가스 등의 희가스 가스 도입관(17)으로부터 공급하여도 좋다. 희가스는, 플라즈마 안정화를 위해 불소 함유 가스에 첨가된다.
가스 공급 기구(3)는, 가스 공급원(31)을 포함하는 가스 공급 장치(3a)와, 가스 공급원(31)과 복수의 가스 도입관(16)을 접속하는 배관(32a)과, 가스 공급원(31)과 복수의 가스 도입관(17)을 접속하는 배관(32b)을 갖고 있다. 또한, 도 1에서는, 하나의 가스 공급원(31)을 도시하고 있지만, 가스 공급 장치(3a)는, 사용되는 가스의 종류에 따라 복수의 가스 공급원을 포함하고 있어도 좋다.
가스 공급 장치(3a)는, 배관(32a, 32b)의 중간에 설치된 도시하지 않은 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브를 더 포함하고 있다. 처리 용기(2) 내에 공급되는 가스의 종류나, 이들 가스의 유량 등은, 매스 플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브에 의해 제어된다.
플라즈마 처리 장치(1)의 각 구성부는, 각각 제어부(8)에 접속되어, 제어부(8)에 의해 제어된다. 제어부(8)는, 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 2에 도시된 예에서는, 제어부(8)는, CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러(81), 프로세스 컨트롤러(81)에 접속된 사용자 인터페이스(82) 및 기억부(83)를 갖는다.
프로세스 컨트롤러(81)는, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 예컨대 온도, 압력, 가스 유량, 바이어스 인가용 고주파 전력, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계된 각 구성부를 통괄하여 제어하는 제어 수단이다. 각 구성부는, 예컨대, 고주파 바이어스 전원(25), 가스 공급 장치(3a), 배기 장치(4), 마이크로파 도입 모듈(5) 등을 들 수 있다.
사용자 인터페이스(82)는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 터치 패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 갖고 있다.
기억부(83)에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(81)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세스 컨트롤러(81)는, 사용자 인터페이스(82)로부터의 지시 등, 필요에 따라 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부(83)로부터 호출하여 실행한다. 이것에 의해, 프로세스 컨트롤러(81)에 의한 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에서 원하는 처리가 행해진다.
상기한 제어 프로그램 및 레시피는, 예컨대, 플래시 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기한 레시피는, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 수시 전송시켜 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
다음에, 도 1∼도 6을 참조하여, 마이크로파 도입 모듈(5)의 구성에 대해서 설명한다. 도 3은 도 1에 도시된 마이크로파 도입 모듈(5)의 구성을 나타낸 설명도이다. 도 4는 도 3에 도시된 마이크로파 도입 기구(63)를 나타낸 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 마이크로파 도입 기구(63)의 안테나부를 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 4에 도시된 마이크로파 도입 기구(63)의 평면 안테나를 나타낸 평면도이다.
마이크로파 도입 모듈(5)은, 처리 용기(2)의 상부에 설치되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로파 도입 모듈(5)은, 도전성 부재인 상부벽(11)과 마이크로파 출력부(50)와 안테나 유닛(60)을 갖는다. 상부벽(11)은, 처리 용기(2)의 상부에 배치되며, 복수의 개구부를 갖는다. 마이크로파 출력부(50)는, 마이크로파를 생성함과 더불어, 마이크로파를 복수의 경로로 분배하여 출력한다. 안테나 유닛(60)은, 마이크로파 출력부(50)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입한다. 본 실시형태에서는, 처리 용기(2)의 상부벽(11)은, 마이크로파 도입 모듈(5)의 도전성 부재를 겸하고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 마이크로파 출력부(50)는, 전원부(51)와, 마이크로파 발진기(52)와, 마이크로파 발진기(52)에 의해 발진된 마이크로파를 증폭하는 앰프(53)와, 앰프(53)에 의해 증폭된 마이크로파를 복수의 경로로 분배하는 분배기(54)를 갖고 있다. 마이크로파 발진기(52)는, 소정의 주파수(예컨대, 2.45GHz)로 마이크로파를 발진시킨다. 또한, 마이크로파의 주파수는, 2.45GHz에 한정되지 않고, 8.35GHz, 5.8GHz, 1.98GHz 등이어도 좋다. 또한, 이러한 마이크로파 출력부(50)는, 마이크로파의 주파수를 예컨대 860MHz 등, 800MHz에서 1GHz의 범위 내로 하는 경우에도 적용할 수 있다. 분배기(54)는, 입력측과 출력측의 임피던스를 정합시키면서 마이크로파를 분배한다.
안테나 유닛(60)은, 복수의 안테나 모듈(61)을 포함하고 있다. 복수의 안테나 모듈(61)은, 각각, 분배기(54)에 의해 분배된 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입한다. 본 실시형태에서는, 복수의 안테나 모듈(61)의 구성은 전부 동일하다. 각 안테나 모듈(61)은, 분배된 마이크로파를 주로 증폭하여 출력하는 앰프부(62)와, 앰프부(62)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입하는 마이크로파 도입 기구(63)를 갖고 있다. 안테나 모듈(61)은, 처리 용기(2)의 상부벽(11)에 배치되고, 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입하는 마이크로파 도입 모듈(전자파 도입 모듈)에 대응한다.
앰프부(62)는, 위상기(62A)와 가변 게인 앰프(62B)와 메인 앰프(62C)와 아이솔레이터(62D)를 갖는다. 위상기(62A)는, 마이크로파의 위상을 변화시킨다. 가변 게인 앰프(62B)는, 메인 앰프(62C)에 입력되는 마이크로파의 전력 레벨을 조정한다. 메인 앰프(62C)는, 솔리드 스테이트 앰프로서 구성된다. 아이솔레이터(62D)는, 마이크로파 도입 기구(63)의 안테나부에서 반사되어 메인 앰프(62C)를 향하는 반사 마이크로파를 분리한다.
위상기(62A)는, 마이크로파의 위상을 변화시켜, 마이크로파의 방사 특성을 변화시킨다. 위상기(62A)는, 예컨대, 안테나 모듈(61)마다 마이크로파의 위상을 조정함으로써, 마이크로파의 지향성을 제어하여 플라즈마의 분포를 변화시키는 것에 이용된다. 또한, 이러한 방사 특성의 조정을 행하지 않는 경우에는, 위상기(62A)를 설치하지 않아도 좋다.
가변 게인 앰프(62B)는, 개개의 안테나 모듈(61)의 편차의 조정이나, 플라즈마 강도의 조정을 위해 이용된다. 예컨대, 가변 게인 앰프(62B)를 안테나 모듈(61)마다 변화시킴으로써, 처리 용기(2) 내 전체의 플라즈마의 분포를 조정할 수 있다.
메인 앰프(62C)는, 예컨대, 도시하지 않은 입력 정합 회로, 반도체 증폭 소자, 출력 정합 회로 및 고Q 공진 회로를 포함하고 있다. 반도체 증폭 소자로서는, 예컨대, E급 동작이 가능한 GaAsHEMT, GaNHEMT, LD(Laterally Diffused)-MOS가 이용된다.
아이솔레이터(62D)는, 서큘레이터와 더미로드(동축 종단기)를 갖고 있다. 서큘레이터는, 마이크로파 도입 기구(63)의 안테나부에서 반사된 반사 마이크로파를 더미로드로 유도하는 것이다. 더미로드는, 서큘레이터에 의해 유도된 반사 마이크로파를 열로 변환하는 것이다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 복수의 안테나 모듈(61)이 설치되어 있고, 복수의 안테나 모듈(61)의 각각의 마이크로파 도입 기구(63)에 의해 처리 용기(2) 내에 도입된 복수의 마이크로파는, 처리 용기(2) 내에서 합성된다. 그 때문에, 개개의 아이솔레이터(62D)는 소형의 것이어도 좋고, 아이솔레이터(62D)를 메인 앰프(62C)에 인접시켜 설치할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로파 도입 기구(63)는, 상부벽(11)에 설치되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로파 도입 기구(63)는, 임피던스를 정합시키는 튜너(64)와, 증폭된 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 방사하는 안테나부(65)를 갖고 있다. 마이크로파 도입 기구(63)는, 금속 재료를 포함하고, 도 4에 있어서의 상하 방향으로 연장되는 원통형의 형상을 갖는 본체 용기(66)와, 본체 용기(66) 내에 있어서 본체 용기(66)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장되는 내측 도체(67)를 더 갖고 있다. 본체 용기(66) 및 내측 도체(67)는, 동축관을 구성하고 있다. 본체 용기(66)는, 이 동축관의 외측 도체를 구성하고 있다. 내측 도체(67)는, 막대형 또는 통형의 형상을 갖고 있다. 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면 사이의 공간은, 마이크로파 전송로(68)를 형성한다.
안테나 모듈(61)은, 도시하지 않은 본체 용기(66)의 기단측(상단측)에 설치된 급전 변환부를 더 갖고 있다. 급전 변환부는, 동축 케이블을 통해 메인 앰프(62C)에 접속되어 있다. 아이솔레이터(62D)는, 동축 케이블의 중간에 설치되어 있다. 안테나부(65)는, 본체 용기(66)에 있어서의 급전 변환부와는 반대측에 설치되어 있다. 뒤에 설명하는 바와 같이, 본체 용기(66)에 있어서의 안테나부(65)보다 기단측의 부분은, 튜너(64)에 의한 임피던스 조정 범위로 되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나부(65)는, 내측 도체(67)의 하단부에 접속된 평면 안테나(71)와, 평면 안테나(71)의 상면측에 배치된 마이크로파 지파재(72)와, 평면 안테나(71)의 하면측에 배치된 마이크로파 투과판(73)을 갖고 있다. 마이크로파 투과판(73)의 하면은, 처리 용기(2)의 내부 공간에 노출되어 있다. 마이크로파 투과판(73)은, 본체 용기(66)를 통해, 마이크로파 도입 모듈(5)의 도전성 부재인 상부벽(11)의 개구부에 끼워 맞춰져 있다. 마이크로파 투과판(73)은, 본 실시형태에 있어서의 마이크로파 투과창에 대응한다.
평면 안테나(71)는, 원판 형상을 갖고 있다. 또한, 평면 안테나(71)는, 평면 안테나(71)를 관통하도록 형성된 슬롯(71a)을 갖고 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 예에서는, 4개의 슬롯(71a)이 설치되어 있고, 각 슬롯(71a)은, 4개로 균등하게 분할된 원호 형상을 갖고 있다. 또한, 슬롯(71a)의 수는, 4개로 한정되지 않고, 5개 이상이어도 좋고, 1개 이상, 3개 이하여도 좋다.
마이크로파 지파재(72)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 지파재(72)를 형성하는 재료로는, 예컨대, 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 폴리이미드 수지 등을 이용할 수 있다. 마이크로파는, 진공중에서는 그 파장이 길어진다. 마이크로파 지파재(72)는, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖고 있다. 또한, 마이크로파의 위상은, 마이크로파 지파재(72)의 두께에 따라 변화된다. 그 때문에, 마이크로파 지파재(72)의 두께에 따라 마이크로파의 위상을 조정함으로써, 평면 안테나(71)가 정재파의 파복의 위치가 되도록 조정할 수 있다. 이것에 의해, 평면 안테나(71)에 있어서의 반사파를 억제할 수 있음과 더불어, 평면 안테나(71)로부터 방사되는 마이크로파의 방사 에너지를 크게 할 수 있다. 즉, 이것에 의해, 마이크로파의 파워를 효율적으로 처리 용기(2) 내에 도입할 수 있다.
마이크로파 투과판(73)은, 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 투과판(73)을 형성하는 유전체 재료로는, 예컨대 석영이나 세라믹스 등이 이용된다. 마이크로파 투과판(73)은, 마이크로파를 TE 모드에서 효율적으로 방사할 수 있는 형상을 이루고 있다. 도 5의 예에서는, 마이크로파 투과판(73)은, 직방체 형상을 갖고 있다. 또한, 마이크로파 투과판(73)의 형상은, 직방체 형상에 한정되지 않고, 예컨대 원기둥 형상, 오각형 기둥 형상, 육각형 기둥 형상, 팔각형 기둥 형상이어도 좋다.
이러한 구성의 마이크로파 도입 기구(63)에서는, 메인 앰프(62C)로 증폭된 마이크로파는, 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면 사이의 마이크로파 전송로(68)를 통해 평면 안테나(71)에 도달한다. 그리고, 평면 안테나(71)의 슬롯(71a)으로부터 마이크로파 투과판(73)을 투과하여 처리 용기(2)의 내부 공간에 방사된다.
튜너(64)는, 슬러그 튜너를 구성하고 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시된 바와 같이, 튜너(64)는, 본체 용기(66)의 안테나부(65)보다 기단측(상단측)의 부분에 배치되는 2개의 슬러그(74A, 74B)를 갖고 있다. 튜너(64)는, 2개의 슬러그(74A, 74B)를 동작시키는 액츄에이터(75)와, 이 액츄에이터(75)를 제어하는 튜너 컨트롤러(76)를 더 갖고 있다.
슬러그(74A, 74B)는, 판형 또한 환형의 형상을 가지며, 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면 사이에 배치되어 있다. 또한, 슬러그(74A, 74B)는, 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 슬러그(74A, 74B)를 형성하는 유전체 재료로서는, 예컨대, 비유전율이 10인 고순도 알루미나를 이용할 수 있다. 고순도 알루미나는, 통상, 슬러그를 형성하는 재료로서 이용되고 있는 석영(비유전율 3.88)이나 테플론(등록상표)(비유전율 2.03)보다 비유전율이 크기 때문에, 슬러그(74A, 74B)의 두께를 줄일 수 있다. 또한, 고순도 알루미나는, 석영이나 테플론(등록상표)에 비해, 유전정접(tanδ)이 작아, 마이크로파의 손실을 줄일 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다. 고순도 알루미나는, 왜곡이 작다고 하는 특징과, 열에 강하다고 하는 특징도 더 갖고 있다. 고순도 알루미나로서는, 순도 99.9% 이상의 알루미나 소결체인 것이 바람직하다. 또한, 고순도 알루미나로서, 단결정 알루미나(사파이어)를 이용하여도 좋다.
튜너(64)는, 튜너 컨트롤러(76)로부터의 지령에 기초하여, 액츄에이터(75)에 의해, 슬러그(74A, 74B)를 상하 방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 튜너(64)는, 임피던스를 조정한다. 예컨대, 튜너 컨트롤러(76)는, 종단부의 임피던스가 예컨대 50 Ω이 되도록, 슬러그(74A, 74B)의 위치를 조정한다.
본 실시형태에서는, 메인 앰프(62C), 튜너(64) 및 평면 안테나(71)는, 서로 근접하여 배치되어 있다. 특히, 튜너(64) 및 평면 안테나(71)는, 집중 정수 회로를 구성하고, 또한 공진기로서 기능한다. 평면 안테나(71)의 부착 부분에는, 임피던스 부정합이 존재한다. 본 실시형태에서는, 튜너(64)에 의해, 플라즈마를 포함시켜 고정밀도로 튜닝할 수 있어, 평면 안테나(71)에 있어서의 반사의 영향을 해소할 수 있다. 또한, 튜너(64)에 의해, 평면 안테나(71)에 도달할 때까지의 임피던스 부정합을 고정밀도로 해소할 수 있고, 실질적으로 부정합 부분을 플라즈마 공간으로 할 수 있다. 이것에 의해, 튜너(64)에 의해, 고정밀도의 플라즈마 제어가 가능해진다.
다음에, 도 7을 참조하여, 도 1에 도시된 처리 용기(2)의 상부벽(11)의 바닥면에 대해서 설명한다. 도 7은 도 1에 도시된 처리 용기(2)의 상부벽(11)의 바닥면의 일례를 나타낸 도면이다. 이하의 설명에서는, 마이크로파 투과판(73)은 원기둥 형상을 갖는 것으로 한다.
마이크로파 도입 모듈(5)은, 복수의 마이크로파 투과판(73)을 포함하고 있다. 전술한 바와 같이, 마이크로파 투과판(73)은, 마이크로파 투과창에 대응한다. 복수의 마이크로파 투과판(73)은, 마이크로파 도입 모듈(5)의 도전성 부재인 상부벽(11)의 복수의 개구부에 끼워 맞춰진 상태에서, 배치대(21)의 배치면(21a)에 평행한 하나의 가상의 평면 상에 배치되어 있다. 또한, 복수의 마이크로파 투과판(73)은, 상기 가상의 평면에 있어서, 그 중심점 사이의 거리가 서로 같거나, 거의 같은 3개의 마이크로파 투과판(73)을 포함하고 있다. 또한, 중심점 사이의 거리가 거의 같다고 하는 것은, 마이크로파 투과판(73)의 형상 정밀도나 안테나 모듈(61)[마이크로파 도입 기구(63)]의 조립 정밀도 등의 관점에서, 마이크로파 투과판(73)의 위치는, 원하는 위치로부터 약간 어긋나 있어도 좋은 것을 의미한다.
본 실시형태에서는, 복수의 마이크로파 투과판(73) 은, 육방 최밀 배치가 되 도록 배치된 7개의 마이크로파 투과판(73)을 포함하는 것이다. 구체적으로는, 복수의 마이크로파 투과판(73)은, 7개의 마이크로파 투과판(73A∼73G)을 갖는다. 그 중의 6개의 마이크로파 투과판(73A∼73F)은, 그 중심점이 각각 정육각형의 정점에 일치 또는 거의 일치하도록 배치되어 있다. 하나의 마이크로파 투과판(73G)은, 그 중심점이 정육각형의 중심에 일치 또는 거의 일치하도록 배치되어 있다. 또한, 정점 또는 중심점에 거의 일치한다고 하는 것은, 마이크로파 투과판(73)의 형상 정밀도나 안테나 모듈(61)[마이크로파 도입 기구(63)]의 조립 정밀도 등의 관점에서 마이크로파 투과판(73)의 중심점은 상기한 정점 또는 중심으로부터 약간 어긋나 있어도 좋은 것을 의미한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로파 투과판(73G)은, 상부벽(11)에 있어서의 중앙 부분에 배치되어 있다. 6개의 마이크로파 투과판(73A∼73F)은, 마이크로파 투과판(73G)을 둘러싸도록, 상부벽(11)의 중앙 부분보다 외측에 배치되어 있다. 따라서, 마이크로파 투과판(73G)은, 중심 마이크로파 투과창에 대응하고, 마이크로파 투과판(73A∼73F)은, 외측 마이크로파 투과창에 대응한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 「상부벽(11)에 있어서의 중앙 부분」이라고 하는 것은, 「상부벽(11)의 평면 형상에 있어서의 중앙 부분」을 의미한다.
본 실시형태에서는, 모든 마이크로파 투과판(73)에 있어서, 서로 인접한 임의의 3개의 마이크로파 투과판(73)의 중심점 사이의 거리는, 서로 같거나, 거의 같아진다. 가스 도입관(16)은, 외측의 마이크로파 투과판(73A∼73F)과 중심의 마이크로파 투과판(73G) 사이에서 둘레 방향으로 등간격으로 6개 배치된다. 가스 도입관(16)은, 그 선단에 형성된 가스 공급 구멍(16a)으로부터 처리 용기(2) 내로 제1 가스를 공급한다. 6개의 가스 도입관(16) 사이에는 둘레 방향으로 6개의 가스 도입관(17)이 배치된다. 가스 도입관(17)은, 인접한 가스 도입관(16) 사이에 배치된다. 가스 도입관(17)은, 그 선단에 형성된 가스 공급 구멍(17a)으로부터 처리 용기(2) 내에 제2 가스를 공급한다.
[클리닝 처리의 평가 결과]
다음에, 도 8을 참조하면서, 플라즈마 처리 장치(1)의 제어부(8)의 제어에 의해 행해지는 클리닝 처리의 평가 결과에 대해서 설명한다. 도 8은 일 실시형태에따른 클리닝 처리에 있어서 생성된 플라즈마의 플라즈마 전자 온도(Te) 및 플라즈마 전자 밀도(Ne)의 평가 결과의 일례를 나타낸 도면이다. 도 8의 횡축은 시간(t)(ms)을 나타내고, 종축은 플라즈마 전자 밀도(Ne) 및 플라즈마 전자 온도(Te)를 나타낸다.
본 실시형태에 따른 클리닝 처리에서는, 가스 도입관(16) 및 가스 도입관(17)으로부터 처리 용기(2) 내에 클리닝 가스를 공급하였다. 또한, 마이크로파 도입 모듈(5)로부터의 마이크로파의 파워를 처리 용기(2) 내에 간헐적으로 공급하였다. 이것에 의해, 클리닝 가스를 여기시켜 플라즈마를 생성시켰다. 마이크로파 도입 모듈(5)로부터의 마이크로파의 파워는, 예컨대 Duty비가 50%에서 온 및 오프를 반복하도록 제어하였다. 즉, 도 8의 마이크로파의 파워를 온하는 「Pulse ON」의 시간과, 마이크로파의 파워를 오프하는 「Pulse OFF」의 시간은 동일 시간에 주기적으로 반복되도록 하였다. 또한, 처리 용기(2)의 압력을 20 Pa, 마이크로파의 파워를 100 W로 하였다. 이러한 조건에 있어서 생성된 플라즈마에 대해서, 상부벽(11)의 바닥면으로부터 90 ㎜ 아래쪽의 플라즈마 전자 밀도(Ne) 및 플라즈마 전자 온도(Te)를 측정한 결과의 일례를 도 8에 나타낸다.
「Pulse ON」의 시간, 마이크로파의 파워에 의해 클리닝 가스로부터 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마 중의 라디칼(예컨대, F 라디칼)의 화학적 작용 및 이온(예컨대, Ar 이온)의 물리적 작용에 의해, 처리 용기(2)의 내부의 클리닝을 행한다. 일례로서는, 클리닝 가스로서 NF3 가스를 가스 도입관(16)으로부터 공급하고, Ar 가스를 가스 도입관(17)으로부터 공급하지만, 클리닝 가스로서 불소 함유 가스 및 희가스를 포함하는 가스를 공급하면 좋다. 그 때, 불소 함유 가스 및 희가스 중 한쪽을 가스 도입관(16)으로부터 공급하고, 다른 쪽을 가스 도입관(17)으로부터 공급하여도 좋다.
도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로파의 파워가 「Pulse ON」(이하, 단순히 「온 또는 온 상태」라고도 함)에서 「Pulse OFF」(이하, 단순히 「오프 또는 오프 상태」라고도 함)로 주기적으로 변할 때, 플라즈마 전자 온도(Te)는 급격히 올라간다. 그 후, 플라즈마 전자 온도(Te)는 급격히 내려가서 300 μs 전후에서 저온 상태로 안정된다. 또한, 마이크로파의 파워가 오프에서 온으로 주기적으로 변할 때에도, 플라즈마 전자 온도(Te)는 순간적으로 올라가고, 그 후, 내려간다.
한편, 플라즈마 전자 밀도(Ne)는, 마이크로파의 파워를 온에서 오프로 전환했을 때, 플라즈마 전자 온도(Te)와 같은 피크는 발생하지 않는다. 마이크로파의 파워의 온에서 오프로의 전환시의 플라즈마 전자 밀도(Ne)의 최대치를 Nemax로 했을 때, 최대치 Nemax의 절반인 플라즈마 전자 밀도(=Nemax/2)가 될 때까지 걸리는 시간은, 1.0 ms 전후이다.
이상으로부터, 마이크로파의 펄스파의 오프 시간을 300 μs 전후로 제어하면, 플라즈마 전자 밀도(Ne)를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도(Te)를 낮출 수 있고, 이것에 의해, 플라즈마(특히 이온)에 의한 손상을 저감시키면서 처리 용기(2) 내의 클리닝 처리를 실행할 수 있다. 단, 마이크로파의 펄스파의 오프 시간은 약 300 μs에 한정되지 않고, 30 μs∼500 μs의 범위 내여도 좋다. 이것에 의해, 플라즈마 전자 밀도(Ne)를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도(Te)를 낮추어 이온에 의한 손상을 저감시킬 수 있다.
복수의 마이크로파 도입 모듈(5)을 갖는 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 종래, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 연속해서 마이크로파를 공급하고, 마이크로파의 파워에 의해 클리닝 가스로부터 플라즈마를 생성하여 플라즈마 클리닝을 행하고 있었다. 그렇게 하면, 예컨대 860MHz의 비교적 주파수가 높은 마이크로파의 방사구가 되는 마이크로파 투과판(73) 근방, 즉, 상부벽(11)의 바닥면의 마이크로파 투과판(73) 근방에서 전자파 에너지가 집중하여, 전자 온도가 높아지는 경향이 있다. 이 전자 온도의 상승에 의해 마이크로파 투과판(73) 근방에서 셀프 바이어스가 커지고, 시스 내에서 이온이 가속되며, 마이크로파 투과판(73O) 근방에서 이온의 충격에 의해, 상부벽(11)의 바닥면 등에 손상을 부여하는 경우가 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 클리닝 처리에서는, 마이크로파를 연속적으로 방사하는 것이 아니라 펄스파로서 방사하고, 플라즈마를 생성하여 클리닝을 행한다. 또한, 마이크로파의 펄스파를 방사하는 경우, 복수의 마이크로파의 펄스파의 온 및 오프를 동기시켜 방사하거나, 복수의 마이크로파의 펄스파를 비동기(예컨대 랜덤)로 방사하거나, 또는 이들을 조합하여 제어하고, 클리닝 처리를 행한다. 마이크로파의 펄스파를 사용하면, 플라즈마 전자 온도(Te)를 낮추면서, 플라즈마 전자 밀도(Ne)를 유지할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따른 처리 방법에서는, 가스를 처리 용기(2) 내에 공급하는 공정과, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 처리 용기(2) 내에 간헐적으로 공급하는 공정을 갖는다. 그리고, 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 주기적으로, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)의 모든 마이크로파의 파워의 공급을 주어진 시간 오프의 상태로 한다. 「소여의 시간」은, 예컨대 약 300 μs여도 좋고, 30 μs∼500 μs의 범위 내인 것이 바람직하다. 이러한 처리 방법에 따르면, 주기적으로, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)의 모든 파워의 공급을 「소여의 시간」 오프의 상태로 한다. 이것에 의해, 도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전자 밀도(Ne)를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도(Te)를 낮출 수 있다. 이와 같이 본 실시형태에 따른 처리 방법에서는, 주기적으로, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5)의 모든 파워의 공급을 주어진 시간 오프로 제어한다.
시스 내에는 에너지가 높은 전자 및 이온이 모여 있다. 마이크로파의 파워를 온에서 오프 또는 오프에서 온으로 전환했을 때, 플라즈마의 상태가 변화된다. 한편, 플라즈마는 자기의 상태를 유지하고자 하는 성질이 있다. 이 때문에, 상기 전환시에는 플라즈마가 자기의 상태를 유지하려고 하여, 시스 내의 에너지가 높은 전자 등이 이동한다. 이러한 에너지의 해방을 억제하고자 하는 전자 및 이온의 움직임에 의해, 마이크로파의 파워를 온 또는 오프한 순간, 플라즈마 전자 온도(Te)가 급격히 올라가고, 그 후 내려가는 현상이 발생한다.
다음 식 (1)에 따르면, 이온의 에너지(Eion)가 높은 상태에서는, 플라즈마 전자 온도(Te)가 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, 에너지의 해방을 억제하고자 하는 전자 및 이온의 움직임에 의해 이온의 에너지(Eion)가 높아지기 때문에, 마이크로파의 파워를 온 또는 오프한 순간, 플라즈마 전자 온도(Te)가 상승한다.
Figure 112020103454654-pat00001
또한, 식 (1)의 M은 가스 중의 희가스(예컨대 Ar 가스)의 분자의 질량이며, m은 전자의 질량이다.
이것에 대하여, 본 실시형태에 따른 처리 방법에서는, 마이크로파의 파워를 온 또는 오프한 후, 플라즈마 전자 밀도(Ne)가 완전히 내려가지 않는 타이밍에, 다시 온 또는 오프하도록 마이크로파를 펄스형으로 인가한다. 도 8에서는, 플라즈마 전자 밀도(Ne)가 완전히 내려가지 않는 타이밍으로서, 플라즈마 전자 밀도(Ne)가 최대치(Nemax)의 1/2 이상의 타이밍을 하나의 예로서 들고 있다.
예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 7개의(복수의) 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 동기시켜 간헐적으로 인가하여도 좋다. 여기서는, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 출력되는 마이크로파의 펄스파의 온 및 오프를 동일 또는 거의 동일한 타이밍에 행한다. 이와 같이 복수의 마이크로파의 펄스파를 동기시켜 인가하고, 주어진 시간 모든 마이크로파의 파워를 오프의 상태로 함으로써 마이크로파의 온 및 오프의 전환시의 전자 온도(Te)의 상승에 의한 손상을 경감할 수 있다. 모든 마이크로파가 오프 상태가 되는 주어진 시간은, 예컨대 300 μs가 최적이며, 30 μs∼500 μs의 범위 내가 바람직하다.
또한, 복수의 마이크로파의 펄스파를 비동기로 인가함으로써도 마이크로파의 온 및 오프의 전환시의 전자 온도(Te)의 상승을 억제하는 효과를 얻을 수 있다. 복수의 마이크로파의 펄스파를 비동기로 인가하는 방법의 일례로는, 주어진 시간 이외의 시간에 대해서, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 출력되는 마이크로파의 파워의 온 및 오프의 타이밍을 랜덤으로 설정하는 방법을 들 수 있다. 이 경우에 있어서도 모든 마이크로파가 오프 상태가 되는 주어진 시간은, 예컨대 300 μs가 최적이며, 30 μs∼500 μs의 범위 내가 바람직하다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 처리 방법에서는, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 출력되는 마이크로파의 파워의 온 및 오프의 타이밍이 동기하고 있어도 좋고, 비동기여도 좋다. 동기하고 있는 경우에는, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)로부터 출력되는 마이크로파의 펄스파의 온 및 오프의 타이밍이 일치하고 있어도 좋고, 적어도 어느 하나의 마이크로파의 펄스파의 온 및 오프의 타이밍이 어긋나 있어도 좋다.
단, 마이크로파의 펄스파의 온 및 오프의 타이밍을 일치시키면, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5)의 온과 오프가 동일한 타이밍으로 전환되기 때문에, 온에서 오프 또는 오프에서 온의 전환시에 플라즈마 전자 온도(Te)가 보다 상승하기 쉬워진다.
그래서, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5)의 마이크로파의 펄스파 중 적어도 어느 하나의 온 및 오프의 타이밍을 어긋나게 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5)의 마이크로파의 온 및 오프의 타이밍을 어긋나게 하는경우에 대해서, 도 10∼도 12를 참조하면서 설명한다. 도 10은 일 실시형태에 따른복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 동기시키는 그룹의 일례를 나타낸 도면이다. 도 11은 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터의 파워의 온 및 오프의 일례를 나타낸 도면이다. 도 12는 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터의 파워의 온 및 오프의 다른 예를 나타낸 도면이다.
예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 케이스 1에서는, 마이크로파 투과판(73B, 73E)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제1 그룹(제1 G)으로 한다. 마이크로파 투과판(73C, 73F)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제2 그룹(제2 G)으로 한다. 마이크로파 투과판(73A, 73D)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제3 그룹(제3 G)으로 한다.
이 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 마이크로파 투과판(73)으로부터 출력되는 모든 마이크로파는, NF3 가스 및 Ar 가스를 공급한 후에 온된다. 도 11의 「제1 G」의 마이크로파는, NF3 가스 및 Ar 가스를 공급한 후에 최초로 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다. 도 11의 「제2 G」의 마이크로파는, 제1 G의 마이크로파가 온의 상태가 되고 나서 Ta 시간 후에 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다. 도 11의 「제3 G」의 마이크로파는, 제1 G의 마이크로파가 온의 상태가 되고 나서 Tb(Tb>Ta) 시간 후에 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다.
이러한 제어에 의해, 각 그룹에 속하는 마이크로파의 온에서 오프 또는 오프에서 온의 전환시가 어긋나기 때문에, 이것에 의해, 플라즈마 전자 온도(Te)의 상승이 억제되어, 이온의 충돌에 의한 손상을 저감할 수 있다. 이와 같이 마이크로파의 온에서 오프 또는 오프에서 온의 전환시를 어긋나게 한 경우여도, 모든 마이크로파가 오프의 상태가 되는 「소여의 시간」이 확보되고 있다. 도 11의 예의 경우, 적어도 어느 하나의 마이크로파가 온 상태인 시간 T1에 대하여, 모든 마이크로파가 오프 상태가 되는 시간 T2가 주어진 시간이다. 시간 T2는 30 μs∼500 μs의 범위 내인 것이 바람직하고, 본 예에 있어서의 최적치는 300 μs이다.
도 10의 케이스 2에서는, 마이크로파 투과판(73B, 73C, 73E, 73F, 73G)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제1 그룹으로 한다. 또한, 마이크로파 투과판(73A, 73C, 73D, 73F, 73G)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제2 그룹으로 한다. 이 경우에도, 도 11에 도시된 타이밍(단, 제3 G는 존재하지 않음)으로 각 그룹을 제어하여도 좋다.
도 10의 케이스 3에서는, 마이크로파 투과판(73G)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제1 그룹으로 하고, 마이크로파 투과판(73B, 73E)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제2 그룹으로 하여도 좋다. 또한, 마이크로파 투과판(73C, 73F)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제3 그룹으로 하고, 마이크로파 투과판(73A, 73D)으로부터 출력되는 마이크로파의 그룹을 제4 그룹으로 하여도 좋다.
이 경우, 도 12의 「제1 G」의 마이크로파는, NF3 가스 및 Ar 가스를 공급한 후에 최초로 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다. 도 12의 「제2 G」의 마이크로파는, 제1 G의 마이크로파가 온의 상태가 되고 나서 Ta 시간 후에 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다. 도 12의 「제3 G」의 마이크로파는, 제1 G의 마이크로파가 온의 상태가 되고 나서 Tb(Tb>Ta) 시간 후에 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다. 도 12의 「제4 G」의 마이크로파는, 제1 G의 마이크로파가 온의 상태가 되고 나서 Tc(Tc>Tb>Ta) 시간 후에 온의 상태가 되어, Duty비 50%에서 온과 오프의 상태가 반복된다.
이러한 제어에 의해, 마이크로파의 온에서 오프 또는 오프에서 온의 전환시가 어긋나기 때문에, 이것에 의해, 플라즈마 전자 온도(Te)의 상승이 억제되어, 이온의 충돌에 의한 처리 용기(2) 내의 손상이 저감된다. 이와 같이 마이크로파의 온에서 오프 또는 오프에서 온의 전환시를 어긋나게 한 경우여도, 모든 마이크로파가 오프의 상태가 되는 「소여의 시간」이 확보되고 있다. 도 12의 예의 경우, 적어도 어느 하나의 마이크로파가 온 상태인 시간 T3에 대하여, 모든 마이크로파가 오프 상태가 되는 시간 T4가 주어진 시간이다. 시간 T4는, 30 μs∼500 μs의 범위 내인 것이 바람직하고, 본 예에 있어서의 최적치는 300 μs이다.
소여의 시간 이외의 시간, 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 펄스파의 온 및 오프의 타이밍이 랜덤으로 설정되도록 하여도 좋다. 이 경우에 있어서도, 모든 마이크로파가 오프의 상태가 되는 「소여의 시간」이 30 μs∼500 μs의 범위 내에서 확보되어 있다. 또한, 이상의 예에서는, 마이크로파의 펄스파의 Duty비는 50%로 설정하였지만, 이것에 한정되지 않고, 10%∼50%여도 좋다. 또한, 상기한 예에서는, 주어진 시간 후의 최초의 온이 제1 G로 고정되었으나, 주어진 시간 후에, 최초로 온시키는 그룹을 제1 G→제2 G→제3 G→제1 G→제2 G→제3 G와 같은 식으로 온시킬 때마다 변경시켜도 좋다. 이것에 의해, 플라즈마 전자 온도(Te)가 상승하는 부위를 분산할 수 있어, 상대적으로 각 부위의 손상을 저감시킬 수 있다.
[처리 방법]
다음에, 일 실시형태에 따른 처리 방법의 일례에 대해서, 도 13 및 도 14를 참조하면서 설명한다. 도 13은 일 실시형태에 따른 처리 방법(sw)의 일례를 나타낸 흐름도이다. 도 14는 일 실시형태에 따른 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)을 이용한 클리닝 처리 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 도 14에 도시된 클리닝 처리 방법은, 도 13의 단계 S7에 있어서 호출된다. 도 13의 처리 방법 및 도 14의 클리닝 처리 방법은, 제어부(8)에 의해 제어된다.
도 13의 처리 방법(sw)이 시작되면, 제어부(8)는, 기판(W)을 처리 용기(2) 내로 반입하고, 배치대(21)에 유지하여 기판(W)을 준비한다(단계 S1). 다음에, 제어부(8)는, 기판(W)을 처리하기 위한 가스를 공급하고, 마이크로파의 파워를 도입하여 가스로부터 플라즈마를 생성하며, 생성한 플라즈마에 의해 기판(W)에 성막 처리, 확산 처리, 에칭 처리, 애싱 처리 등의 소정의 처리를 실행한다. 그 후, 제어부(8)는, 처리를 끝낸 기판(W)을 반출한다(단계 S3).
다음에, 제어부(8)는, 미리 정해진 매수의 기판을 처리했는지를 판정한다(단계 S5). 제어부(8)는, 미리 정해진 매수의 기판을 처리하지 않았다고 판정하면, 단계 S1로 되돌아가, 다음 미처리의 기판(W)을 준비하고, 다음 기판(W)에 플라즈마 처리를 행한다(단계 S1, S3). 단계 S5에 있어서, 제어부(8)는, 미리 정해진 매수의 기판을 처리했다고 판정하면, 단계 S7로 진행하여 클리닝 처리를 실행하고, 본 처리를 종료한다. 또한, 본 처리의 종료시에는, 마이크로파의 출력을 정지하고, 가스의 공급을 정지한다.
단계 S7에서 실행되는 클리닝 처리의 상세를 도 14를 참조하여 설명한다. 제어부(8)는, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5) 중 미리 정해진 제1 그룹의 마이크로파의 펄스파를 투입한다(단계 S11). 예컨대, 도 11의 제1 G의 마이크로파가 온의 상태가 되어, 주기적으로 온과 오프의 상태를 반복한다.
다음에, 제어부(8)는, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5) 중 미리 정해진 제2 그룹의 마이크로파의 펄스파를 투입한다(단계 S13). 예컨대, 도 11의 Ta 시간 후에, 제2 G의 마이크로파가 온 상태가 되어, 주기적으로 온과 오프의 상태를 반복한다.
다음에, 제어부(8)는, 7개의 마이크로파 도입 모듈(5) 중 미리 정해진 제3 그룹의 마이크로파의 펄스파를 투입한다(단계 S15). 예컨대, 도 11의 Tb 시간 후에, 제3 G의 마이크로파가 온의 상태가 되어, 주기적으로 온과 오프의 상태를 반복한다. 다음에, 제어부(8)는, 클리닝 종료 시간이 되었는지를 판정한다(단계 S17). 제어부(8)는, 클리닝 종료 시간이 되었다고 판정하면, 본 처리를 종료한다.
이러한 플라즈마 처리 방법에 따르면, 복수의 마이크로파 도입 모듈(5)의 모든 파워의 공급을 주기적으로, 주어진 시간 오프의 상태로 한다. 이것에 의해, 플라즈마 전자 밀도(Ne)를 유지하면서, 플라즈마 전자 온도(Te)를 보다 효과적으로 낮추어, 이온에 의한 손상을 저감시킬 수 있다.
이번에 개시된 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예컨대, 본 실시형태에 따른 처리 방법은, 클리닝 처리에 한정되지 않고, 성막 처리, 에칭 처리 등의 처리 방법에도 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 기판을 처리하는 처리 용기 내에서 플라즈마를 이용하여 행하는 처리 방법으로서,
    가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 공정과,
    상기 플라즈마를 이용하는 처리가 행해지는 동안, 상기 처리 용기 내에 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정을 포함하고,
    상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 주기적으로, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈의 모든 마이크로파의 파워의 공급을, 주어진 시간 동안, 오프의 상태로 하는 것을 포함하고, 상기 주어진 시간은 30μs∼500μs의 범위 내인 것인, 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워 중 적어도 어느 하나의 온 및 오프의 타이밍을 어긋나게 하는 것인, 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 상기 주어진 시간 이외의 시간에 대해서, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워의 온 및 오프의 타이밍을 랜덤으로 설정하는 것인, 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정은, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워의 온 및 오프의 타이밍을 동기시키는 것인, 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리 방법은 클리닝 처리이며, 상기 가스는 클리닝 가스인 것인, 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 클리닝 가스는, 불소 함유 가스 및 희가스를 포함하는 것인, 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 기판을 처리하는 처리 용기와 제어부를 가지며, 상기 처리 용기 내에서 플라즈마를 이용하여 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 제어부는,
    가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 공정과,
    상기 플라즈마를 이용하는 처리가 행해지는 동안, 상기 처리 용기 내에 복수의 마이크로파 도입 모듈로부터 출력되는 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정을 제어하고,
    상기 마이크로파의 파워를 간헐적으로 공급하는 공정에서는, 주기적으로, 복수의 상기 마이크로파 도입 모듈의 모든 마이크로파의 파워의 공급을, 주어진 시간 동안, 오프의 상태로 제어하는 것을 포함하고, 상기 주어진 시간은 30μs∼500μs의 범위 내인 것인, 플라즈마 처리 장치.
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