KR102668439B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 기판 위의 파티클을 저감한다.
(해결 수단) 마이크로파에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 기판을 탑재하는 탑재대를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천벽의 중심과 외주에 배치되고, 마이크로파를 방사하는 복수의 마이크로파 방사부와, 상기 기판의 플라즈마 처리를 종료하였을 때에 중심의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 외주의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시키도록 제어하는 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 개시는, 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
예컨대, 특허문헌 1은, 복수의 마이크로파에 의해 처리 용기 내에 플라즈마를 생성시키고, 기판을 플라즈마 처리하고, 기판 위에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 박막을 형성하는 플라즈마 처리 방법을 제안한다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2013-161960호 공보
본 개시는, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 한 측면에 따르면, 마이크로파에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 기판을 탑재하는 탑재대를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천벽의 중심과 외주에 배치되고, 마이크로파를 방사하는 복수의 마이크로파 방사부와, 상기 기판의 플라즈마 처리를 종료하였을 때에 중심의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 외주의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시키도록 제어하는 제어부를 갖는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
한 측면에 따르면, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 처리 용기의 천벽의 저면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 프로세스에 있어서의 파티클의 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 효과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 효과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)에 대하여, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)는, CVD(chemical Vapor deposition) 성막 장치의 일례이고, 마이크로파에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 기판을 플라즈마 처리하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 처리 용기(2)와 탑재대(21)와 가스 공급 기구(3)와 배기 장치(4)와 마이크로파 도입 모듈(5)과 제어부(8)를 갖는다. 처리 용기(2)는, 웨이퍼를 일례로 하는 기판 W를 수용한다. 탑재대(21)는, 처리 용기(2)의 내부에 배치되고, 기판 W를 탑재하는 탑재면(21a)을 갖는다. 가스 공급 기구(3)는, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급한다. 배기 장치(4)는, 처리 용기(2) 내를 배기하고, 감압 상태로 한다. 마이크로파 도입 모듈(5)은, 처리 용기(2) 내에 공급되는 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 마이크로파를 도입한다. 제어부(8)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부를 제어한다.
처리 용기(2)는, 예컨대 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 배치되고, 처리 용기(2) 내에 전자기파(본 실시형태에서는 마이크로파)를 도입하고, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부로서 기능한다.
처리 용기(2)는, 판 형상의 천벽(11), 저벽(13), 및 천벽(11)과 저벽(13)을 연결하는 측벽(12)을 갖고 있다. 천벽(11)은, 복수의 개구부를 갖고 있다. 측벽(12)은, 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않는 반송실과의 사이에서 기판 W의 반입출을 행하기 위한 반입출구(12a)를 갖고 있다. 처리 용기(2)와 도시하지 않는 반송실의 사이에는, 게이트 밸브 G가 배치되어 있다. 게이트 밸브 G는, 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 갖고 있다. 게이트 밸브 G는, 닫힌 상태에서 처리 용기(2)를 기밀로 밀봉함과 아울러, 열린 상태에서 처리 용기(2)와 반송실의 사이에서 기판 W의 이송을 가능하게 한다.
저벽(13)은, 복수(도 1에서는 2개)의 배기구(13a)를 갖고 있다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 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. 이와 같은 고속 진공 펌프로서는, 예컨대 터보 분자 펌프 등이 있다. 배기 장치(4)의 고속 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해, 처리 용기(2)는, 그 내부 공간이 소정의 진공도까지 감압된다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 처리 용기(2) 내에 있어서 탑재대(21)를 지지하는 지지 부재(22)와, 지지 부재(22)와 저벽(13)의 사이에 마련된 절연 부재(23)를 갖는다. 탑재대(21)는, 기판 W를 수평으로 탑재하기 위한 것이다. 기판 W는, 반입 및 반출 시, 리프트 핀(19)에 의해 들어올려지고, 반송 기구와 탑재대(21)의 사이에서 기판 W의 주고받음이 행하여진다. 지지 부재(22)는, 저벽(13)의 중앙으로부터 처리 용기(2)의 내부 공간으로 향하여 연장되는 원통 형상의 형상을 갖고 있다. 탑재대(21) 및 지지 부재(22)는, 예컨대 표면에 알루마이트 처리(양극 산화 처리)가 실시된 알루미늄 등에 의해 형성되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 탑재대(21)에 고주파 전력을 공급하는 고주파 바이어스 전원(25)과, 탑재대(21)와 고주파 바이어스 전원(25)의 사이에 마련된 정합기(24)를 갖는다. 고주파 바이어스 전원(25)은, 기판 W에 이온을 끌어들이기 위해, 탑재대(21)에 고주파 전력을 인가한다. 정합기(24)는, 고주파 바이어스 전원(25)의 출력 임피던스와 부하 측(탑재대(21) 측)의 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖는다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 탑재대(21)를 가열 또는 냉각하는, 도시하지 않는 온도 제어 기구를 갖더라도 좋다. 온도 제어 기구는, 예컨대, 기판 W의 온도를, 25℃(실온)~900℃의 범위 내에서 제어한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 또한, 복수의 가스 노즐(16)을 갖는다. 복수의 가스 노즐(16)은, 원통 형상을 이루고, 처리 용기(2)를 구성하는 천벽(11)의 하면으로부터 수직 방향으로 돌출하고 있다. 가스 노즐(16)은, 그 선단에 형성된 가스 공급 구멍(16a)으로부터 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 공급한다. 복수의 가스 노즐(16)은, 측벽(12)에 마련되더라도 좋다.
복수의 가스 노즐(16)은, 천벽(11)의 하면으로부터 가스 공급 구멍(16a)까지의 거리가 상이한 것을 조합하더라도 좋다. 가스 공급원(31)은, 예컨대, 플라즈마 생성용의 희가스나, 성막 프로세스에 사용하는 처리 가스의 가스 공급원으로서 이용된다. 예컨대, 실리콘 질화막을 성막하는 경우를 예로 들면, 처리 가스 중, 가스의 분해를 억제하고 싶은 실레인 가스(SiH4)는 천벽(11)의 하면으로부터 가스 공급 구멍(16a)까지의 거리가 긴 위치에 있는 가스 공급 구멍으로부터 도입한다. 그 이외의 N2및/또는 Ar 등의 희가스는, 천벽(11)의 하면으로부터 가스 공급 구멍(16a)까지의 거리가 짧은 위치에 있는 가스 공급 구멍으로부터 도입한다. 이것에 의해, 분해하기 쉬운 실레인 가스를 너무 해리하지 않음으로써 양질의 실리콘 질화막을 성막할 수 있다.
가스 공급 기구(3)는, 가스 공급원(31)을 포함하는 가스 공급 장치(3a)와, 가스 공급원(31)과 복수의 가스 노즐(16)을 접속하는 배관(32)을 갖고 있다. 또, 도 1에서는, 1개의 가스 공급원(31)을 도시하고 있지만, 가스 공급 장치(3a)는, 사용되는 가스의 종류에 따라 복수의 가스 공급원을 포함하더라도 좋다.
가스 공급 장치(3a)는, 또한, 배관(32)의 도중에 마련된 도시하지 않는 매스 플로 컨트롤러 및 개폐 밸브를 포함하고 있다. 처리 용기(2) 내에 공급되는 가스의 종류나, 이들 가스의 유량 등은, 매스 플로 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. 제어부(8)는, CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러, 프로세스 컨트롤러에 접속된 유저 인터페이스 및 기억부를 갖는다.
프로세스 컨트롤러는, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 예컨대 온도, 압력, 가스 유량, 바이어스 인가용의 고주파 전력, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계되는 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.
유저 인터페이스는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 터치패널, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 갖고 있다.
기억부에는, 플라즈마 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세스 컨트롤러는, 유저 인터페이스로부터의 지시 등, 필요에 따라 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부로부터 불러내서 실행한다. 이것에 의해, 프로세스 컨트롤러에 의한 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에 있어서 소망하는 처리가 행하여진다.
상기의 제어 프로그램 및 레시피는, 예컨대, 플래시 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기의 레시피는, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 수시로 전송시켜 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
마이크로파 도입 모듈(5)은, 처리 용기(2)의 천벽(11)의 중심과 외주에 배치되고, 마이크로파를 증폭하여 출력하는 앰프부(62)와, 앰프부(62)로부터 출력된 마이크로파를 방사하는 복수의 마이크로파 방사부(63)를 갖는다. 복수의 마이크로파 방사부(63)는, 천벽(11)에 배치되어 있다.
마이크로파 방사부(63)는, 임피던스를 정합시키는 튜너와, 증폭된 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 방사하는 안테나부(65)를 갖고 있다. 또한, 마이크로파 방사부(63)는, 금속 재료로 이루어지고, 상하 방향으로 연장되는 원통 형상의 형상을 갖는 본체 용기(66)와, 본체 용기(66) 내에 있어서 본체 용기(66)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 연장되는 내측 도체(67)를 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, 봉 형상 또는 통 형상의 형상을 갖고 있다. 본체 용기(66)의 내주면과 내측 도체(67)의 외주면의 사이의 공간은, 마이크로파 전송로(68)를 형성한다.
안테나부(65)는, 내측 도체(67)의 하단부에 접속된 평면 안테나(71)와, 평면 안테나(71)의 상면 측에 배치된 마이크로파 지파재(72)와, 평면 안테나(71)의 하면 측에 배치된 마이크로파 투과판(73)을 갖고 있다. 마이크로파 투과판(73)의 하면은, 처리 용기(2)의 내부 공간으로 노출되어 있다. 마이크로파 투과판(73)은, 본체 용기(66)를 사이에 두고 천벽(11)의 개구부에 맞춰져 있다. 마이크로파 투과판(73)은, 마이크로파를 투과시키는 창으로서 기능한다.
평면 안테나(71)는, 원판 형상을 갖고 있다. 또한, 평면 안테나(71)는, 평면 안테나(71)를 관통하도록 형성된 슬롯을 갖고 있다. 마이크로파 지파재(72)는, 진공보다 큰 유전율을 갖는 재료에 의해 형성되어 있다. 마이크로파 지파재(72)를 형성하는 재료로서는, 예컨대, 석영, 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 폴리이미드 수지 등을 이용할 수 있다. 마이크로파는, 진공 중에서는 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 변화한다. 그 때문에, 마이크로파 지파재(72)의 두께에 의해 마이크로파의 위상을 조정하는 것에 의해, 평면 안테나(71)가 정재파의 배(antinode)의 위치가 되도록 조정할 수 있다. 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 재료로서는, 예컨대 석영이나 세라믹스 등이 이용된다. 마이크로파 투과판(73)은, 마이크로파를 TE 모드로 효율적으로 방사할 수 있는 형상을 이루고 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여, 도 1에 나타낸 처리 용기(2)의 천벽(11)의 저면에 대하여 설명한다. 도 2는 일 실시형태에 따른 처리 용기(2)의 천벽(11)의 저면(11a)의 일례를 나타내는 도면이다.
복수의 마이크로파 방사부(63)는, 7개의 마이크로파 방사부(63A~63G)로 구성된다. 마이크로파 방사부(63)는, 마이크로파 방사부(63A~63G)의 총칭이다. 복수의 마이크로파 방사부(63) 중, 외주에 배치된 마이크로파 방사부(63A~63F)의 외연을 잇는 가상원 V의 지름은 탑재대(21)의 지름보다 크다.
복수의 마이크로파 투과판(73)이, 마이크로파 방사부(63A~63G)의 각각에, 마이크로파 투과판(73A~73G)으로서 마련된다. 마이크로파 투과판(73G)은, 천벽(11)의 저면(11a)의 중앙에 배치되고, 마이크로파 투과판(73A~73F)은, 마이크로파 투과판(73G)의 외측에 배치되어 있다. 마이크로파 투과판(73)은 원기둥 형상을 갖는다.
모든 마이크로파 투과판(73)에 있어서, 서로 인접하는 임의의 3개의 마이크로파 투과판(73)의 중심점 사이의 거리는, 서로 같다. 가스 노즐(16)은, 외측의 마이크로파 투과판(73A~73G)과 중심의 마이크로파 투과판(73G)의 사이에서 둘레 방향으로 균등한 간격으로 배치되어 있다.
또, 도 1 및 도 2에서는, 마이크로파 방사부(63)(마이크로파 투과판(73))가 저면(11a)의 중앙과 외주에 마련되는 예를 들었지만, 이것으로 한정되지 않고, 외주에 복수 마련되고, 중앙에 마련되지 않는 등이더라도 좋고, 복수 갖고 있으면 된다.
다음으로, 종래의 프로세스에 있어서의 파티클의 발생의 일례에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 종래의 프로세스에 있어서의 파티클의 발생을 설명하기 위한 도면이다.
플라즈마 처리 장치(1)에서, 기판 W의 플라즈마 처리가 행하여지면, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 시에 형성된 막이나 반응 생성물이, 처리 용기(2)의 내벽 및 탑재대(21)에 부착되고, 서서히 퇴적되어 퇴적물 R이 된다.
플라즈마 처리에서는, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 처리 전의 기판 W가 탑재대(21)에 탑재되면, 기판 W를 소정의 온도까지 가열하는 프리히트 공정이 실행된다. 프리히트 공정에서는, 기판 W로의 열전도율을 고려하여, 예컨대 333㎩ 등으로 처리 용기(2) 내의 압력을 높여 기판 W를 가열하고, 그 후 20㎩ 정도로 내린다. 이때, 처리 용기(2) 내의 압력 변동에 의해, 처리 용기(2)의 내벽 등에 부착된 퇴적물 R이 벗겨져 파티클 P가 되고, 처리 용기(2) 내를 부유한다.
프리히트 공정 후의 성막 프로세스에서는, 7개의 마이크로파 방사부(63)로부터 방사된 마이크로파에 의해, 가스 노즐(16)로부터 공급된 처리 가스가 플라즈마화된다. 기판 W는, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 생성된 플라즈마(6)에 의해 플라즈마 처리된다. 이때, 파티클 P는, 생성된 플라즈마(6)에 포획된다. 플라즈마(6)에 포획된 파티클 P는, 성막 프로세스가 종료되어 마이크로파의 방사를 정지하였을 때, 플라즈마(6)가 소멸하기 때문에, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 기판 W의 위에 떨어져 쌓인다.
그래서, 이하에서는, 막질에 영향을 주는 일 없이 기판 W 위의 파티클을 저감하는 플라즈마 처리 방법에 대하여, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1, 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT2, 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT3의 순으로 설명한다.
<제 1 실시형태>
먼저, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1에 대하여, 도 4~도 6을 참조하면서 설명한다. 도 4는 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5는 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1의 효과의 일례를 나타내는 도면이다. 본 플라즈마 처리 방법 MT1은, 제어부(8)의 제어에 의해 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 실행된다. 또, 본 플라즈마 처리 방법 MT1을 개시하기 전에, 기판 W가 탑재대(21)에 탑재되고, 프리히트 공정이 실행된다.
본 플라즈마 처리 방법이 개시되면, 가스 노즐(16)로부터 처리 가스가 공급된다(스텝 S1). 다음으로, 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터 마이크로파를 방사하고, 고주파 바이어스 전원(25)으로부터 바이어스 전압용의 고주파 전력(RF)을 인가(온)한다(스텝 S2). 또, 성막 프로세스 중에 플라즈마 중의 이온을 기판 W 측으로 끌어들일 필요가 없는 경우, 바이어스 전압용의 고주파 전력의 인가는 생략하더라도 좋다. 마이크로파의 방사에 의해 처리 가스로부터 플라즈마가 생성되고, 기판 W를 플라즈마 처리한다(스텝 S3). 스텝 S1~S3에서는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)의 마이크로파 투과판(73A~73G)으로부터 마이크로파가 방사된다. 이것에 의해, 마이크로파 투과판(73A~73G)의 아래쪽에 플라즈마(6)가 생성된다. 이것에 의해, 기판 W는, 생성된 플라즈마(6)에 의해 플라즈마 처리(성막)된다. 이때, 전하를 갖는 파티클 P는, 생성된 플라즈마(6)의 정전기력에 의해 포획된다.
다음으로, 성막 프로세스가 종료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S4). 성막 프로세스가 종료되지 않았다고 판정한 경우, 스텝 S3, S4를 반복하고, 성막을 계속한다. 성막 프로세스가 종료되었다고 판정한 경우, 고주파 바이어스 전원(25)으로부터의 바이어스 전압용의 고주파 전력(RF)의 인가를 정지한다(스텝 S5). 또, 스텝 S2의 고주파 전력의 인가가 생략되는 경우, 스텝 S5는 생략된다.
다음으로, 중앙의 마이크로파 방사부(63G)로부터의 마이크로파의 방사를 정지한다(스텝 S6). 이것에 의해, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 외주의 마이크로파 투과판(73A~73F)으로부터 마이크로파를 방사하면서, 중앙의 마이크로파 투과판(73G)으로부터의 마이크로파의 방사가 정지된다. 이것에 의해, 마이크로파 투과판(73G)의 아래쪽의 플라즈마(6)는 소멸하고, 외주의 마이크로파 투과판(73A~73F)의 아래쪽의 플라즈마(6)는 생성이 계속된 상태가 된다.
이 상태에서는, 파티클 P는 전하를 갖고 있기 때문에, 중앙의 플라즈마(6)의 소멸에 의해, 중앙의 플라즈마(6)에 포획되어 있던 파티클 P는, 정전기력으로 외주의 플라즈마(6)로 이동한다.
다음으로, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)로부터의 마이크로파의 방사를 정지한다(스텝 S7). 이것에 의해, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)의 마이크로파 투과판(73A~73G)으로부터의 마이크로파의 방사가 정지된 상태가 되고, 저면(11a)의 외주에 마련된 마이크로파 투과판(73A~73F)의 아래쪽의 플라즈마(6)도 소멸한다.
외주에 배치된 마이크로파 방사부(63A~63F)의 외연을 잇는 가상원 V(도 2 참조)의 지름은 탑재대(21)의 지름보다 크다. 따라서, 기판의 외주 위쪽의 플라즈마(6)에 포획되어 있던 파티클 P는, 외주의 플라즈마(6)의 소멸에 의해, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이 기판 W보다 외측으로부터 배기구(13a)로 향하여 낙하하고, 배기 장치(4)에 의해 배기된다. 이 결과, 기판 W 위로의 파티클 P의 낙하가 억제된다. 이것에 의해, 기판 W 위의 파티클 P를 저감할 수 있다.
도 6은 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1의 효과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6은, 플라즈마 처리 방법 MT1을 실행한 후, 기판 W 위의 45㎚보다 큰 파티클 P를 카운트한 결과이다.
도 6의 비교예 1은, 성막 프로세스가 종료되었을 때에 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)의 마이크로파의 방사를 동시에 종료시킨 경우에, 기판 W 위의 파티클 P를 카운트한 결과이다.
도 6의 본 실시형태의 "중앙을 먼저 오프한 경우(도 6의 "중앙 먼저 OFF")"는, 중앙의 마이크로파 방사부(63G)의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파의 방사를 종료시킨 경우의 파티클 P의 수이다.
도 6의 비교예 2의 "외주를 먼저 오프한 경우(도 6의 "외주 먼저 OFF")"는, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 중앙의 마이크로파 방사부(63G)의 마이크로파의 방사를 종료시킨 경우의 파티클 P의 수이다.
이것에 따르면, 본 실시형태의 경우, 중앙의 마이크로파 방사부(63G)의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 0.5초 경과 후(케이스 1) 또는 5.0초 경과 후(케이스 2)에 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파의 방사를 종료시켰다. 그 결과, 중앙을 먼저 오프하면, 케이스 1 및 케이스 2의 어느 경우에도 파티클 P를 저감할 수 있었다.
이것에 비하여, 비교예 1의 경우, 본 실시형태의 경우와 비교하여 기판 W 위의 파티클 P가 증가하였다. 또한, 비교예 2의 경우, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 0.5초 경과 후(케이스 3)와, 5.0초 경과 후(케이스 4)에 중앙의 마이크로파 방사부(63G)의 마이크로파의 방사를 종료시켰다. 그 결과, 외주를 먼저 오프하면, 케이스 3 및 케이스 4의 어느 경우도 본 실시형태의 경우와 비교하여 파티클 P가 증가하였다. 외주를 먼저 오프함으로써, 외주의 플라즈마(6)에 포획되어 있던 파티클이 중앙의 플라즈마(6)에 모였기 때문에, 기판 W 위의 파티클 P가 증가하였다고 추측된다.
이상으로부터, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1에 따르면, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있다.
<제 2 실시형태>
다음으로, 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT2에 대하여, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 7은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT2의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8은 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT2를 설명하기 위한 도면이다. 본 플라즈마 처리 방법 MT2는, 제어부(8)의 제어에 의해 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 실행된다. 또, 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1과 동일한 스텝에는, 동일한 스텝 번호를 붙인다. 또, 본 플라즈마 처리 방법 MT2를 개시하기 전에 프리히트 공정이 실행된다.
본 플라즈마 처리 방법이 개시되면, 스텝 S1~S4의 처리가 실행되고, 성막 프로세스가 종료될 때까지 모든 마이크로파 방사부(63)로부터 마이크로파가 방사되어, 기판 W를 플라즈마 처리한다.
성막 프로세스가 종료되었다고 판정한 경우, 고주파 바이어스 전원(25)으로부터의 바이어스 전압용의 고주파 전력(RF)의 인가를 정지한다(스텝 S5). 플라즈마 중의 이온을 기판 W 측으로 끌어들일 필요가 없는 경우는 스텝 S2의 고주파 전력(RF)의 인가 및 스텝 S5는 생략하더라도 좋다.
다음으로, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파의 방사를 단계적 또는 연속적으로 감소시키고(스텝 S11), 그 후, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파의 방사를 정지(오프)한다(스텝 S12).
도 8(a)의 예에서는, 본 실시형태 A에서 나타내는 플라즈마 처리 방법 MT2에서는, 성막 프로세스 종료 후에, 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파를 2단계로 감소시키고, 오프하도록 제어하고 있다. 비교예 B에서는, 성막 프로세스 종료 후에, 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파를 동시에 오프하도록 제어하고 있다.
성막 프로세스 종료 후, 마이크로파의 방사를 정지하고, 플라즈마(6)가 소멸하였을 때, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 기판 W 위는 전하가 차지되고, 소정의 전위로 되어 있다. 따라서, 성막 프로세스 종료 후, 주로 탑재대(21) 위에 존재하는, 대전한 파티클 P가 기판 W 위로 끌어들여진다.
도 8(a)의 비교예 B에 나타내는 바와 같이, 성막 프로세스 종료 후에 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파를 동시에 오프하면, 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터 방사되는 마이크로파가 온일 때와 오프일 때의 기판 W 위의 전위차가 커진다. 이 결과, 기판 W 위에 차지된 전하에 의해 기판 W 위로 끌어들여지는 파티클 P의 개수가 늘어난다.
이것에 비하여, 본 실시형태 A의 플라즈마 처리 방법 MT2에서는, 성막 프로세스 종료 후에 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파를, 단계적으로 감소시키고, 오프한다. 이것에 의해, 기판 W 위에 차지되는 전하량이 감소하기 때문에, 기판 W 위로의 파티클 P의 끌어들임이 억제된다.
실험의 결과, 비교예 B의 경우, 기판 W 위의 파티클 P의 개수가 "1073개"였던 것에 비하여, 본 실시형태 A의 경우, 기판 W 위의 파티클 P의 개수가 "25개"로 감소하였다.
이상으로부터, 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT2에 따르면, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있다. 또, 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파의 방사를 연속적으로 감소시킨 경우에도, 마이크로파의 방사를 단계적으로 감소시킨 경우와 마찬가지로, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있다.
스텝 S11의 전에 리프트 핀(19)을 상승시켜 기판 W를 탑재대(21)로부터 들어올리더라도 좋다. 이것에 의해, 기판 W를 탑재대(21)로부터 떼어놓음으로써, 파티클 P의 기판 W 위로의 낙하가 더 억제되고, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있다.
또한, 예컨대, 성막 프로세스가 종료되었을 때에 중심 이외의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파의 방사를 단계적 또는 연속적으로 감소시키고, 그 후, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)의 마이크로파의 방사를 오프하더라도 좋다. 이것에 의해서도, 기판 W 위에 차지된 전하에 의한 파티클 P의 끌어들임을 저감할 수 있다. 특히, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파의 출력(파워)이, 중앙의 마이크로파 방사부(63G)의 마이크로파의 출력보다 큰 경우, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)의 마이크로파만을 단계적 또는 연속적으로 감소시키더라도 좋다.
또한, 성막 프로세스가 종료되었을 때에 복수의 마이크로파 방사부(63A~63G) 중 적어도 어느 하나의 마이크로파의 방사를 단계적 또는 연속적으로 감소시킨 후, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)의 마이크로파의 방사를 오프하더라도 좋다.
또한, 플라즈마 처리 방법 MT2에서는, 마이크로파 방사부(63)로부터의 마이크로파의 출력을 2단계로 제어하였지만, 이것으로 한정되지 않고, 3단계 또는 그 이상의 단계적인 제어를 행하더라도 좋다. 마이크로파의 출력을, 기판 W 위의 전하량이 파티클 P를 끌어들이지 않을 정도가 되도록 최적의 횟수로 단계적으로 제어하는 것에 의해, 기판 W 위로의 파티클 P의 끌어들임을 유효하게 저감할 수 있다.
또, 플라즈마 처리 방법 MT2는, 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)의 구성으로 한정되지 않고, 중앙의 마이크로파 방사부(63G)를 갖지 않고, 외주의 마이크로파 방사부(63A~63F)만을 갖는 구성이더라도 좋다. 또한, 플라즈마 처리 방법 MT2는, 1개 이상의 마이크로파 방사부(63)를 갖는 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에도 적용할 수 있다. 그 경우, 플라즈마 처리 장치(1)에 배치된 마이크로파 방사부(63)의 전부 또는 일부의 마이크로파의 방사를 단계적 또는 연속적으로 감소시키고, 오프하도록 제어하더라도 좋다.
<제 3 실시형태>
다음으로, 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT3에 대하여, 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT3의 일례를 나타내는 도면이다. 본 플라즈마 처리 방법 MT3은, 제어부(8)의 제어에 의해 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 실행된다. 또, 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT1 및 MT2와 동일한 스텝에는, 동일한 스텝 번호를 붙인다. 또한, 본 플라즈마 처리 방법 MT3을 개시하기 전에 프리히트 공정이 실행된다.
본 플라즈마 처리 방법이 개시되면, 스텝 S1~S4의 처리가 실행되고, 성막 프로세스가 종료될 때까지 마이크로파 방사부(63)로부터 마이크로파가 방사되고, 기판 W를 플라즈마 처리한다.
다음으로, 성막 프로세스가 종료되었다고 판정한 경우, 고주파 바이어스 전원(25)으로부터의 바이어스 전압용의 고주파 전력(RF)의 인가를 단계적 또는 연속적으로 감소시키고(스텝 S21), 그 후, 고주파 바이어스 전원(25)으로부터의 고주파 전력의 인가를 정지한다(스텝 S22).
다음으로, 리프트 핀(19)을 상승시켜 기판 W를 탑재대(21)로부터 들어올린다(스텝 S23). 다음으로, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파의 방사를 단계적 또는 연속적으로 감소시킨다(스텝 S11). 다음으로, 모든 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파의 방사를 정지한다(스텝 S12).
이상에 설명한 플라즈마 처리 방법 MT3에서는, 마이크로파 방사부(63A~63G)로부터의 마이크로파의 방사를 단계적 또는 연속적으로 감소시킬 뿐만 아니라, 고주파 바이어스 전원(25)으로부터의 바이어스 전압용의 고주파 전력(RF)의 인가를 단계적 또는 연속적으로 감소시킨다. 이것에 의해, 기판 W 위에 차지되는 전하량은 더 작아지고, 파티클 P가 기판 W 위로 끌어들여지기 어려워진다. 이것에 의해, 기판 W 위의 파티클 P의 개수를 더 감소시킬 수 있다.
플라즈마 처리 방법 MT3의 실험 결과에서는, 고주파 전력의 파워를 450W→200W→0W로 단계적으로 제어한 경우, 450W→100W→0W로 단계적으로 제어한 경우, 450W→50W→0W로 단계적으로 제어한 경우에 대하여 비교하였다. 이 결과, 450W→50W→0W로 단계적으로 제어한 경우, 기판 W 위의 파티클 P의 개수를 13개로 감소시킬 수 있었다.
스텝 S23의 리프트 핀(19)을 상승시키는 제어를 스텝 S21의 전에 실행하더라도 좋다. 이것에 의해, 기판 W를 탑재대(21)로부터 떼어놓은 상태에서 고주파 전력(RF)의 인가를 단계적 또는 연속적으로 감소시킴으로써, 탑재대(21) 위의 파티클 P가 기판 W 위로 낙하하여 잔류하는 것을 억제할 수 있다.
스텝 S23의 리프트 핀(19)의 상승을 스텝 S21의 전에 실행하였을 때의 실험 결과에서는, 450W→200W→0W, 450W→100W→0W, 450W→50W→0W로 단계적으로 제어한 3개의 패턴의 어느 것도 효과를 얻을 수 있었다. 즉, 450W→200W→0W로 단계적으로 제어한 경우, 기판 W 위의 파티클 P의 개수를 2개로 감소시킬 수 있었다. 450W→100W→0W로 단계적으로 제어한 경우, 기판 W 위의 파티클 P의 개수를 5개로 감소시킬 수 있었다. 450W→50W→0W로 단계적으로 제어한 경우, 기판 W 위의 파티클 P의 개수를 11개로 감소시킬 수 있었다.
이상으로부터, 제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 MT3에 따르면, 기판 위의 파티클을 저감할 수 있다.
또, 스텝 S11 및 스텝 S12 대신에, 도 4에 나타내는 스텝 S6 및 스텝 S7을 행하도록 제어하더라도 좋다.
이상에 설명한 바와 같이, 제 1~제 3 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 의하면, 기판 W 위의 파티클을 감소시킬 수 있다.
이번 개시된 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법은, 모든 점에 있어서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예컨대, 본 개시의 플라즈마 처리 방법은, 성막 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치로 한정되지 않고, 기판에 대하여 에칭 처리, 애싱 처리 등의 소정의 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다.
1 : 플라즈마 처리 장치, 2 : 처리 용기, 3 : 가스 공급 기구, 4 : 배기 장치, 5 : 마이크로파 도입 모듈, 8 : 제어부, 11 : 천벽, 16 : 가스 노즐, 16a : 가스 공급 구멍, 19 : 리프트 핀, 21 : 탑재대, 25 : 고주파 바이어스 전원, 63 : 마이크로파 방사부, W : 기판

Claims (8)

  1. 마이크로파에 의해 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 기판을 탑재하는 탑재대를 갖는 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 천벽의 중심과 외주에 배치되고, 마이크로파를 방사하는 복수의 마이크로파 방사부와,
    상기 처리 용기의 상기 천벽에 배치되며, 중심에 배치된 상기 마이크로파 방사부와 외주에 배치된 상기 마이크로파 방사부의 사이에서 둘레 방향으로 균등한 간격으로 배치되고, 상기 처리 용기 내에 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 노즐과,
    상기 기판의 플라즈마 처리를 종료하였을 때에 중심의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 외주의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시키도록 제어하는 제어부
    를 갖는 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재대 내에 마련된 전극에 바이어스 전압용의 고주파 전력을 인가하는 고주파 바이어스 전원을 갖고,
    상기 제어부는, 상기 기판의 플라즈마 처리를 종료하였을 때에 상기 고주파 바이어스 전원의 고주파 전력의 인가를 단계적 또는 연속적으로 감소시킨 후, 상기 고주파 바이어스 전원의 고주파 전력의 인가를 종료시키도록 제어하는
    플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 마이크로파 방사부 중, 외주에 배치된 상기 마이크로파 방사부의 외연을 잇는 가상원의 지름은 상기 탑재대의 지름보다 큰 플라즈마 처리 장치.
  7. 기판을 탑재하는 탑재대를 갖는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 천벽의 중심과 외주에 배치되고, 마이크로파를 방사하는 복수의 마이크로파 방사부와, 상기 처리 용기의 상기 천벽에 배치되며, 중심에 배치된 상기 마이크로파 방사부와 외주에 배치된 상기 마이크로파 방사부의 사이에서 둘레 방향으로 균등한 간격으로 배치되고, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 노즐을 갖는 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 복수의 마이크로파 방사부로부터 방사한 마이크로파에 의해, 상기 처리 용기 내에 공급된 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 기판을 플라즈마 처리하는 공정과,
    상기 기판을 플라즈마 처리하는 공정을 종료하였을 때에 중심의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시킨 후, 외주의 상기 마이크로파 방사부의 마이크로파의 방사를 종료시키는 공정
    을 갖는 플라즈마 처리 방법.
  8. 삭제
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