KR20070018736A

KR20070018736A - Control method of plasma processing apparatus and plasma processing apparatus

Info

Publication number: KR20070018736A
Application number: KR1020060075528A
Authority: KR
Inventors: 신스케 오카
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2007-02-14
Also published as: KR100877404B1

Abstract

본 발명은 플라즈마를 균일하게 발생시키기 위해서 가스를 공급하는 순서를 제어하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method of controlling the order of supplying gas to uniformly generate a plasma.

마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 마이크로파 발생기(28)로부터 출력된 마이크로파를, 복수의 도파관(22)을 거쳐서 슬롯 안테나(23)의 슬롯으로부터 복수개의 유전체 부품(parts)에 전파시키고, 각 유전체 부품을 투과하여 처리 용기(10) 내에 방사된다. 제어 장치(40)는 Ar 가스를 처리 용기(10) 내에 공급시키면서, 마이크로파의 파워를 처리 용기(10) 내에 입사시킨다. 마이크로파의 파워에 의해 Ar 가스가 플라즈마 착화한 후, Ar 가스보다도 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 가스인 SiH₄ 가스 및 NH₃ 가스를 처리 용기(10) 내에 공급시킨다. 이에 따라, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 용기(10) 내에 입사된 마이크로파의 파워에 의해 처리 가스를 플라즈마화시켜서 양질의 SiN막을 안정적으로 발생시킬 수 있다. The microwave plasma processing apparatus 100 propagates the microwaves output from the microwave generator 28 to the plurality of dielectric parts from the slots of the slot antenna 23 via the plurality of waveguides 22, and the respective dielectric parts. It penetrates and is radiated in the processing container 10. The control apparatus 40 injects the power of a microwave into the processing container 10, supplying Ar gas into the processing container 10. As shown in FIG. After the Ar gas plasma ignites by the power of microwaves, SiH ₄ gas and NH ₃ gas, which is a gas that requires more energy than the Ar gas, to be plasma-formed, are supplied into the processing container 10. As a result, the microwave plasma processing apparatus 100 can stably generate a high quality SiN film by plasmalizing the processing gas by the power of microwaves incident in the processing container 10.

Description

CONTROL METHOD OF PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 종단면도, 1 is a longitudinal sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;

도 2는 동일한 실시예에 따른 처리 용기의 천장부 내벽면을 설명하기 위한 설명도,2 is an explanatory diagram for explaining a ceiling inner wall surface of a processing container according to the same embodiment;

도 3은 제어 장치와 마이크로파 플라즈마 처리 장치 사이에서 입출력되는 제어 신호의 흐름을 설명하기 위한 설명도, 3 is an explanatory diagram for explaining the flow of control signals input and output between a control device and a microwave plasma processing device;

도 4는 동일한 실시예에서 제어 장치의 CPU가 실행하는 가스 공급 처리 루틴을 나타낸 흐름도, 4 is a flowchart showing a gas supply processing routine that the CPU of the control device executes in the same embodiment;

도 5는 동일한 실시예에 따른 각 파라미터의 타임 차트, 5 is a time chart of each parameter according to the same embodiment;

도 6은 SWP와 CMEP의 플라즈마 생성의 과정을 설명하기 위한 설명도, 6 is an explanatory diagram for explaining a process of plasma generation of SWP and CMEP;

도 7(a)는 혼합 가스 공급시의 플라즈마 관찰 결과를 나타낸 도면이고, 도 7(b)는 가스 공급 시퀀스에 근거하는 가스 공급시의 플라즈마 관찰 결과를 나타낸 도면, FIG. 7A is a diagram illustrating a plasma observation result when a mixed gas is supplied, and FIG. 7B is a diagram illustrating a plasma observation result when a gas is supplied based on a gas supply sequence;

도 8은 본 발명의 실시예 2에서 제어 장치의 CPU가 실행하는 가스 공급 처리 루틴을 나타낸 흐름도, 8 is a flowchart showing a gas supply processing routine that the CPU of the control device executes in the second embodiment of the present invention;

도 9는 동일한 실시예에 따른 각 파라미터의 타임 차트. 9 is a time chart of each parameter according to the same embodiment.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 처리 용기 11 : 서셉터10 processing container 11: susceptor

18 : 배플판 19a : 드라이 펌프18: baffle plate 19a: dry pump

19b : APC(자동 압력 조정기) 19c : TMP(터보 분자 펌프)19b: APC (automatic pressure regulator) 19c: TMP (turbo molecular pump)

28 : 마이크로파 발생기 29 : 가스 도입관28: microwave generator 29: gas introduction pipe

30 : 가스 분사구 31 : 처리 가스 공급원30 gas injection port 31 process gas supply source

31a4 : Ar 가스 공급원 31b4 : SiH₄ 가스 공급원31a4: Ar gas source 31b4: SiH ₄ gas source

31b8 : NH₃ 가스 공급원 33 : 냉각수 공급원31b8: NH ₃ gas source 33: cooling water source

40 : 제어 장치 41 : UV광 발생원40: control device 41: UV light source

42 : 압력 센서 43 : 압력 센서42: pressure sensor 43: pressure sensor

44 : 온도 센서 45 : 포토 센서44: temperature sensor 45: photo sensor

100 : 마이크로파 플라즈마 처리 장치 100: microwave plasma processing device

본 발명은 유리 기판 등의 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장 치의 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 가스를 공급하는 순서를 제어하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method of a plasma processing apparatus for plasma processing a target object such as a glass substrate. In particular, it relates to a method of controlling the order of supplying gas.

종래부터, 처리 용기 내에 공급된 처리 가스를 플라즈마화시켜, 유리 기판 등의 피처리체를 플라즈마 처리하는 여러 가지의 플라즈마 처리 장치가 개발되고 있다. 이 중, 마이크로파 플라즈마 처리 장치는 마이크로파의 파워에 의해서 처리 가스를 전리 및 해리시킴으로써 처리 가스를 플라즈마화시킨다. 이 플라즈마화의 과정에서는, 통상, 불활성 가스(또는, 단원자 분자 가스)와 반응성 가스(또는, 다원자 분자 가스)의 혼합 가스가 거의 동시에 처리 용기 내에 공급된 후, 마이크로파의 파워가 투입된다. Background Art Conventionally, various plasma processing apparatuses have been developed in which a processing gas supplied into a processing container is converted into plasma to plasma-process a target object such as a glass substrate. Among these, the microwave plasma processing apparatus plasmalizes the processing gas by ionizing and dissociating the processing gas by the power of microwaves. In the process of plasma formation, a mixture gas of an inert gas (or monoatomic molecular gas) and a reactive gas (or polyatomic molecular gas) is supplied into a processing vessel at about the same time, and then microwave power is input.

그러나, 이와 같이 혼합 가스가 공급되면, 플라즈마 착화시에 전계 에너지가 부족하여 플라즈마가 불균일하게 생성되는 경우가 있다. 이에 대하여, 충분한 플라즈마 밀도를 확보하면서 균일한 플라즈마를 생성하기 위해서, 마이크로파의 파워를 올리는 것이나 마이크로파의 조사 시간을 길게 하는 것도 생각된다. However, when the mixed gas is supplied in this way, the electric field energy may be insufficient at the time of plasma ignition, resulting in uneven plasma generation. In contrast, in order to generate a uniform plasma while ensuring sufficient plasma density, it is also conceivable to increase the power of the microwave or to lengthen the microwave irradiation time.

그러나, 마이크로파의 파워를 올리면, 다원자 분자 가스가 지나치게 해리하여, 상질(上質)인 막의 성막을 저해하는 결과로 된다. 예를 들면, 비정질 실리콘막을 성막하는 과정에서는, 다소 약해진 마이크로파에 의해 SiH₄ 가스가 프리커서(전구체)로서 SiH₃ 래디컬까지 해리하고, SiH₂ 래디컬까지 과잉 해리되지 않는 정도 의 해리가 요구되는 바, 마이크로파의 파워를 올리면, SiH₂ 래디컬까지 해리가 진행하여, SiH₂ 래디컬에 의해 막을 열화시키는 결과로 되어 바람직하지 못하다. However, when the power of microwaves is raised, the polyatomic molecular gas dissociates excessively, resulting in inhibiting the film formation of a good quality film. For example, in the process of forming an amorphous silicon film, some dissociation as SiH ₄ gas precursor (precursor) by a weakened microwave to SiH ₃ radicals and, SiH ₂ does not dissociate over to the radical extent of the bar to be dissociated is required, Increasing the microwave power, the dissociation proceeds to SiH ₂ radicals, the resulting deterioration in the film by SiH ₂ radicals is not preferable.

또한, 마이크로파에 의해 유리 기판이 손상하거나, 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 기판을 플라즈마 처리하기 위해서 필요하게 되는 왕복 시간(turnaround time)을 무시할 수 없을 정도로 길어져, 처리 전체의 효율이 현저하게 저하한다고 하는 문제도 발생한다. Moreover, a problem arises that a glass substrate is damaged by microwaves, or a manufacturing cost becomes high. In addition, the turnaround time required for plasma processing the substrate is so long that it cannot be ignored, and the problem that the efficiency of the entire process is significantly lowered also occurs.

한편, 불균일한 플라즈마가 유리 기판의 처리에 미치는 악영향은, 예를 들면, 730㎜×920㎜ 이상과 같이 대형화한 유리 기판을 플라즈마 처리하는 최근에는, 300㎜×300㎜ 정도의 웨이퍼만을 플라즈마 처리하고 있었던 종래에 비해서, 각별히 커지고 있다. On the other hand, the adverse effect of the non-uniform plasma on the processing of the glass substrate is, for example, in recent years when plasma processing a glass substrate that has been enlarged such as 730 mm by 920 mm or more, only a wafer of about 300 mm by 300 mm is subjected to plasma treatment. Compared with the conventional one, it has become particularly large.

예를 들면, 성막 처리의 경우, 상술한 바와 같이 웨이퍼의 10배 정도의 면적이 있는 유리 기판에서는, 혼합 가스를 거의 동시에 공급함으로써 플라즈마가 불균일하게 생성되면, 기판 전체에 걸쳐서 균일하게 양질의 막질을 생성하는 것이 매우 곤란해진다. For example, in the case of the film forming process, in a glass substrate having an area of about 10 times the wafer as described above, if plasma is unevenly generated by supplying a mixed gas at about the same time, a good quality film is uniformly spread over the entire substrate. It becomes very difficult to produce.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 플라즈마를 균일하게 발생시키기 위해서 가스를 공급하는 순서를 제어하는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a control method and a plasma processing apparatus of a plasma processing apparatus for controlling the order of supplying gas in order to generate plasma uniformly.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 처리 용기 내에 입사된 마이크로파의 파워에 의해 처리 가스를 플라즈마화시켜, 피처리체를 플라즈마 처리하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 제어 방법으로서, 제 1 가스를 상기 처리 용기 내에 공급시키면서, 마이크로파의 파워를 상기 처리 용기 내에 입사시키고, 상기 마이크로파의 파워에 의해 상기 제 1 가스가 플라즈마 착화한 후, 상기 제 1 가스보다도 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스를 상기 처리 용기 내에 공급시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법이 제공된다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, according to the predetermined viewpoint of this invention, as a control method of the microwave plasma processing apparatus which plasmates a process gas by the power of the microwave incident in the process container, and performs a plasma process of a to-be-processed object, 1st. While supplying gas into the processing container, the power of the microwave is incident into the processing container, and after the first gas is plasma ignited by the power of the microwave, more energy is required to make the plasma than the first gas. A control method of a plasma processing apparatus is provided, wherein the second gas is supplied into the processing container.

제 1 가스와 제 2 가스의 혼합 가스가 거의 동시에 처리 용기 내에 공급된 후, 마이크로파의 파워가 투입되어 있었던 종래에 있어서는, 전술한 바와 같이, 플라즈마가 불균일하게 생성되는 경우가 있다. 이는, 제 1 가스가 플라즈마화하는 과정에서 소비되는 에너지와, 제 2 가스가 플라즈마화하는 과정에서 소비되는 에너지에 소비량의 차가 있게 된다. 특히, 제 2 가스에는, 해리나 화학 반응 등을 발생시키는 정도의 분자의 내부 에너지가 필요하기 때문에, 플라즈마화하는 과정에서 많은 마이크로파의 전계 에너지가 필요하게 된다. After the mixed gas of the first gas and the second gas is supplied into the processing vessel at substantially the same time, in the conventional case in which the microwave power is applied, as described above, the plasma may be generated nonuniformly. This is because there is a difference in the amount of consumption between the energy consumed in the plasma-forming process of the first gas and the energy consumed in the plasma-forming process of the second gas. In particular, since the second gas requires the internal energy of molecules to the extent of generating dissociation, chemical reaction, or the like, a large amount of electric field energy of microwaves is required in the process of plasma formation.

예를 들면, 제 1 가스가 단원자 분자 가스로서, 제 2 가스가 다원자 분자 가스인 경우에 대해서 생각한다. 이 경우, 단원자 분자 가스가 플라즈마화하는 과정에서는, 전리할 때만 에너지가 필요하게 된다. 따라서, 단원자 분자 가스를 플라즈마화하기 위해서는, 전자 결합 에너지와 등가의 내부 에너지를 단원자 분자 가스 가 포함하고 있으면 된다. For example, consider a case where the first gas is a monoatomic molecular gas and the second gas is a polyatomic molecular gas. In this case, energy is needed only when ionizing in the process of plasma atomizing the molecular gas. Therefore, in order to plasmate a monoatomic molecular gas, the monoatomic molecular gas should just contain the internal energy equivalent to electron coupling energy.

이에 반하여, 다원자 분자 가스를 플라즈마화하는 과정에서는, 전리나 해리나 진동 여기라고 하는 물리적 현상에 부가하여, 다른 가스와의 화학 반응이라고 하는 화학적 현상에 많은 에너지가 필요하게 된다. 일반적으로, 진동 여기나 해리에 필요한 에너지는 전리에 필요한 에너지보다 작지만, 다원자 분자 가스를 플라즈마화하기 위해서는, 전자 결합 에너지 이상의(예를 들면, 전자 결합 에너지에 공유 결합을 분리시키기 위한 결합 에너지를 가산한 값과 등가의) 내부 에너지를 다원자 분자 가스가 포함할 필요가 있다. In contrast, in the process of plasmalizing the polyatomic molecular gas, in addition to physical phenomena such as ionization, dissociation, and vibration excitation, a large amount of energy is required for chemical phenomena such as chemical reactions with other gases. In general, the energy required for vibration excitation or dissociation is smaller than the energy required for ionization, but in order to plasmatize the multiatomic molecular gas, the binding energy for separating the covalent bond to the electron coupling energy (for example, to the electron binding energy) is added. It is necessary for the multiatomic molecular gas to contain internal energy equivalent to one value.

그러나, 전술한 바와 같이, 마이크로파의 파워를 올리면, 다원자 분자 가스가 지나치게 해리하여, 상질인 막의 성막을 저해하는 결과로 된다. 따라서, 필요 최소한의 마이크로파의 파워에 의해서, 단원자 분자 가스와 다원자 분자 가스의 혼합 가스를 플라즈마화하고자 하면, 플라즈마화에 큰 에너지를 필요로 하지 않는 단원자 분자 가스로는 플라즈마화가 촉진되지만, 단원자 분자 가스보다도 플라즈마화에 큰 에너지가 필요한 다원자 분자 가스로는, 에너지가 부족하여 플라즈마화가 촉진되지 않고, 그 결과, 플라즈마가 불균일하게 생성된다. However, as described above, when the power of the microwave is increased, the polyatomic molecular gas is dissociated excessively, resulting in inhibiting the film formation of a good quality film. Therefore, if the plasma of the monoatomic molecular gas and the polyatomic molecular gas is to be converted into plasma by the minimum power of the required microwave, the plasma is promoted with the monoatomic molecular gas that does not require a large amount of energy. In the polyatomic molecular gas, which requires more energy to plasma than the molecular molecular gas, the energy is insufficient and the plasma is not promoted. As a result, the plasma is unevenly generated.

이를 고려하여, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 먼저, 제 1 가스만을 처리 용기에 공급한다. 이에 따라, 플라즈마 생성의 과정에서 제일 많은 에너지가 필요한 플라즈마 착화까지는, 제 1 가스만이 마이크로파의 전계 에너지에 의해 빨리 플라즈마화된다. 그리고, 플라즈마 착화 후, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 제 1 가스보다 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스를 공급 한다. In view of this, the plasma processing apparatus of the present invention first supplies only the first gas to the processing vessel. Accordingly, only the first gas is rapidly plasmated by the electric field energy of the microwave until the plasma ignition requiring the most energy in the process of plasma generation. After the plasma ignition, the plasma processing apparatus of the present invention supplies a second gas that requires more energy to make the plasma than the first gas.

이러한 상태에서는, 제 2 가스는 처리 용기 내에 입사되는 마이크로파의 전계 에너지에 부가하여, 처리 용기 내의 전자의 운동 에너지도 플라즈마화하기 위한 에너지로서 사용할 수 있다. 이에 따라, 제 2 가스는 마이크로파의 전계 에너지나 전자의 운동 에너지에 의해 빨리 플라즈마화된다. 이 결과, 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있다. In this state, the second gas can be used as energy for plasma-forming the kinetic energy of electrons in the processing container in addition to the electric field energy of microwaves incident in the processing container. As a result, the second gas is rapidly plasmatized by the electric field energy of the microwave or the kinetic energy of the electrons. As a result, uniform plasma can be generated stably.

이 때, 상기 마이크로파의 파워를 처리 용기 내에 투입하는 타이밍은 상기 제 1 가스를 공급시킬 때와 동시이더라도 무방하고, 그 이후이더라도 무방하다. 또한, 상기 처리 용기 내에서 가스가 플라즈마화했을 때에 발생하는 광의 파장에 따른 값을 검출함으로써, 상기 제 1 가스가 플라즈마 착화했는지 여부를 판정해도 된다. At this time, the timing of introducing the microwave power into the processing container may be the same as when the first gas is supplied, or may be thereafter. In addition, by detecting the value according to the wavelength of the light which generate | occur | produces when gas gasifies in the said process container, you may determine whether the said 1st gas plasma-ignited.

가스가 전리할 때에는, 그 전리에 의해 발생한 전자가 다른 분자를 여기하여 전리를 발생시킨다. 이들 분자가 원래의 상태(기저 상태)로 되돌아갈 때, 발광에 의해 에너지가 방출된다. 그래서, 발광한 광의 파장에 따른 값을 검출하여, 그 값이 소정의 임계값 이상으로 되었을 때, 플라즈마 착화라고 판정한다. 또한, 광의 파장에 따른 값으로서는, 예를 들면, 처리 용기 내에 설치된 포토 센서에 의해 검출되는 전압을 들 수 있다. When gas is ionized, the electrons generated by the ion excite other molecules to generate ionization. When these molecules return to their original state (base state), energy is released by light emission. Therefore, when the value according to the wavelength of the light which emitted light is detected and the value becomes more than a predetermined threshold value, it determines with plasma ignition. Moreover, as a value according to the wavelength of light, the voltage detected by the photo sensor provided in the processing container is mentioned, for example.

또한, 상기 플라즈마 착화 전에 상기 처리 용기 내의 전자의 충돌 빈도를 높이거나, 분자의 내부 에너지를 높이도록 프로세스의 조건을 제어해도 된다. 상기 프로세스의 조건은 압력, 온도, 마이크로파의 파워 또는 광의 파워 중 적어도 어느 하나이더라도 무방하다. Moreover, you may control the conditions of a process so that the collision frequency of the electron in the said processing container may be made high, or the internal energy of a molecule may be raised before the said plasma ignition. The conditions of the process may be at least one of pressure, temperature, microwave power or light power.

예를 들면, 플라즈마 착화 전에 처리 용기 내의 압력을 높게 하면, 높여진 압력에 의해서 전자의 충돌 빈도를 높게 할 수 있다. 또한, 예를 들면, 플라즈마 착화 전에, 처리 용기 내의 온도를 높게 하면, 전자의 운동이 활발해져 전자의 충돌 빈도를 높게 할 수 있다. For example, if the pressure in the processing vessel is increased before plasma ignition, the collision frequency of electrons can be increased by the increased pressure. For example, before the plasma ignition, when the temperature in the processing container is increased, the movement of the electrons becomes active and the collision frequency of the electrons can be increased.

또한, 예를 들면, 플라즈마 착화 전에 마이크로파의 파워를 상승시키면, 입사된 마이크로파의 전계 에너지에 의해 전자의 운동이 활발해져 전자의 충돌 빈도를 높게 할 수 있다. 또한, 플라즈마 착화 전에 UV광이나 자외선 등의 파장이 짧은 광을 조사함으로써도, 조사된 광의 에너지에 의해 분자의 내부 에너지가 증가하여, 전리하기 쉽게 할 수 있다. For example, if the power of a microwave is raised before plasma ignition, the movement of electrons becomes active by the electric field energy of the incident microwaves, and the collision frequency of an electron can be made high. In addition, by irradiating light having a short wavelength such as UV light or ultraviolet light before plasma ignition, the energy of the irradiated light increases the internal energy of the molecule and can be easily ionized.

이렇게 해서, 압력, 온도, 마이크로파의 파워, 광의 파워 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것에 의해 에너지를 어시스트함으로써, 제 1 가스의 플라즈마화가 촉진된다. 이 결과, 플라즈마 착화까지의 시간을 단축시킬 수 있다. 이 결과, 마이크로파에 의해 유리 기판이 손상되기 어렵고, 제조 비용도 억제되며, 또한, 왕복 시간도 단축되어, 처리 전체의 효율을 현저하게 올릴 수 있다. In this way, by assisting energy by controlling at least one of pressure, temperature, microwave power, and light power, plasma formation of the first gas is promoted. As a result, the time until plasma ignition can be shortened. As a result, the glass substrate is less likely to be damaged by the microwave, the manufacturing cost is also suppressed, the round trip time is also shortened, and the efficiency of the entire process can be significantly increased.

상기 플라즈마 처리 장치는 상기 마이크로파를 슬롯에 통과시켜 상기 처리 용기 내에 전파시키는 유전체를 구비하고, 그 유전체는 마이크로파의 표면파의 전파를 억제하도록 설치 또는 형성되어 있어도 된다. The plasma processing apparatus may be provided with a dielectric which allows the microwaves to pass through the slot and propagates in the processing container, and the dielectric may be provided or formed so as to suppress propagation of surface waves of the microwaves.

구체적으로는, 상기 유전체는 복수개의 유전체 부품(parts)에 의해 형성되어 있어도 된다. 또한, 상기 유전체 부품은 금속의 지지 부재에 의해 지지되어 있어 도 된다. 또한, 상기 유전체는 상기 마이크로파의 표면파가 전파하는 유전체의 표면에 오목부 또는 볼록부 중 적어도 어느 하나가 형성되어 있어도 된다. Specifically, the dielectric may be formed of a plurality of dielectric parts. In addition, the dielectric component may be supported by a metal support member. In the dielectric, at least one of a concave portion or a convex portion may be formed on the surface of the dielectric material through which the surface wave of the microwave propagates.

이와 같이 형성된 유전체를 갖는 플라즈마 처리 장치에 의하면, 유전체 부품이나 금속의 지지 부재나 유전체 표면의 요철에 의해, 마이크로파의 표면파가 유전체의 표면을 전파하는 것을 억지할 수 있다. 이에 따라, 정재파의 생성을 방지할 수 있다. 이 결과, 정재파에 의해 플라즈마가 불균일하게 생성되는 것을 회피할 수 있다. According to the plasma processing apparatus having the dielectric formed as described above, it is possible to prevent the surface wave of microwaves from propagating the surface of the dielectric material by the dielectric parts, the supporting member of the metal, and the unevenness of the dielectric surface. As a result, generation of standing waves can be prevented. As a result, it is possible to avoid non-uniform generation of plasma by standing waves.

단, 이와 같이 형성된 유전체를 갖는 플라즈마 처리 장치에 의하면, 표면파를 전파시키지 않도록 함으로써, 표면파가 갖는 에너지를 잃어버린다. 이 에너지의 손실에 의해, 가스가 플라즈마 착화하기 어려운 부분이 발생하기 쉽다. 그러나, 본 발명의 제어 방법에 의하면, 제 1 가스만을 미리 공급하여 플라즈마 착화시킨 후에, 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스를 공급한다. 이에 따라, 균일한 플라즈마가 안정적으로 공급되도록 플라즈마 처리 장치를 제어할 수 있다. 이 결과, 상술한 바와 같이 유전체 부품을 형성하는 것에 의해서, 정재파의 발생을 억지함으로써 플라즈마를 균일하게 생성한다고 하는 본 장치의 장점을 살리면서, 상술한 가스의 공급 방법에 의해, 또한, 플라즈마를 균일하게 생성할 수 있어, 피처리체를 양호한 정밀도로 플라즈마 처리할 수 있다. However, according to the plasma processing apparatus having the dielectric formed in this way, the energy of the surface waves is lost by preventing the surface waves from propagating. This loss of energy tends to generate a portion where gas is difficult to plasma ignite. However, according to the control method of this invention, after supplying only a 1st gas in advance and carrying out plasma ignition, the 2nd gas which requires more energy in order to make into plasma is supplied. Accordingly, the plasma processing apparatus can be controlled to stably supply uniform plasma. As a result, by forming the dielectric component as described above, by using the above-described gas supply method, the plasma is further uniformed while taking advantage of the apparatus of generating plasma uniformly by suppressing generation of standing waves. Can be produced, and the object to be processed can be plasma treated with good accuracy.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 처리 용기 내에 입사된 마이크로파의 파워에 의해서 처리 가스를 플라즈마화시켜, 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서, 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 수단과, 제 1 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 수단과, 상기 발생된 마이크로파의 파워에 의해 상기 공급된 제 1 가스가 플라즈마 착화한 후, 상기 제 1 가스보다도 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for converting a processing gas into plasma by power of microwaves incident in a processing container, and plasma processing the target object, the microwave generating means for generating microwaves and a first gas. A first gas supply means for supplying a second gas and a second gas requiring more energy than the first gas to plasmaify the first gas supplied by the generated microwave power. Provided is a plasma processing apparatus comprising: a second gas supply means for supplying.

이에 의하면, 플라즈마를 균일하게 발생시키기 위해서 정해진 가스 공급 시퀀스에 근거하여, 플라즈마 처리 장치가 처리 용기 내에 가스를 순서대로 공급함으로써, 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있다. According to this, the plasma processing apparatus can stably generate the uniform plasma by sequentially supplying the gas into the processing container based on the gas supply sequence determined in order to generate the plasma uniformly.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 처리 용기 내에 입사된 마이크로파의 파워에 의해 처리 가스를 플라즈마화시켜, 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서, 상기 처리 용기 내에 제 1 가스를 공급시키면서, 상기 마이크로파의 파워를 처리 용기 내에 입사시키는 처리와, 상기 마이크로파의 파워에 의해 상기 제 1 가스가 플라즈마 착화한 후, 상기 제 1 가스보다도 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스를 상기 처리 용기 내에 공급시키는 처리를 컴퓨터에게 실행시키는 제어 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium storing a control program for controlling a plasma processing apparatus for plasma-forming a processing gas by the power of microwaves incident in a processing container, and plasma processing a target object. To inject the first gas into the processing container while injecting the power of the microwave into the processing container, and to plasma the first gas after the plasma is ignited by the power of the microwave. A computer readable recording medium storing a control program for causing a computer to execute a process of supplying a second gas requiring more energy into the processing container is provided.

이에 의하면, 플라즈마를 균일하게 발생시키기 위해서 가스를 공급하는 순서를 나타낸 제어 프로그램을 컴퓨터에게 실행시킴으로써, 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성시킬 수 있다. According to this, the uniform plasma can be stably generated by executing the control program which shows the order which supplies gas in order to generate | generate a plasma uniformly to a computer.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성 을 갖는 구성요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Preferred embodiment of this invention is described in detail, referring an accompanying drawing below. In addition, in this specification and drawing, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol about the component which has substantially the same functional structure.

또한, 본 명세서 중 1mTorr는 (10^-3×101325/760)㎩, 1sccm은 (10^-6/60)㎥/초라고 한다. In addition, the specification is 1mTorr ^{(10 -3 × 101325/760)} ㎩, 1sccm is referred to as (10 ^-6 / 60) ㎥ / sec.

(실시예 1)(Example 1)

(마이크로파 플라즈마 처리 장치의 구성)(Configuration of Microwave Plasma Processing Apparatus)

먼저, 본 발명의 실시예 1에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치에 대해서 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 x축 방향 및 z축 방향에 평행한 면으로 절단한 종단면도이다. 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마 처리 장치의 일례이다. 본 실시예에서는, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 의해 실행되는 처리 프로세스로서, Ar 가스, SiH₄ 가스, NH₃ 가스로 실리콘 질화막을 생성하는 프로세스를 들어서 설명한다. First, the microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of the microwave plasma processing apparatus 100 cut in a plane parallel to the x-axis direction and the z-axis direction. The microwave plasma processing apparatus 100 is an example of a plasma processing apparatus. In the present embodiment, a process for generating a silicon nitride film with Ar gas, SiH ₄ gas, and NH ₃ gas will be described as a processing process performed by the microwave plasma processing apparatus 100.

마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 처리 용기(10)와 덮개(20)로 이루어지는 케이스를 갖고 있다. 처리 용기(10)는 상부가 개구한 유저(有底) 직육면체 형상을 갖고 있으며, 접지되어 있다. 처리 용기(10)는, 예를 들면, 알루미늄(Al) 등의 금속으로 형성되어 있다. The microwave plasma processing apparatus 100 has a case made of a processing container 10 and a lid 20. The processing container 10 has a user cuboid shape with an upper portion opened and is grounded. The processing container 10 is formed of metal, such as aluminum (Al), for example.

처리 용기(10)의 내부에는, 대략 중앙에서, 기판 W 등의 피처리체를 재치하는 재치대인 서셉터(11)가 마련되어 있다. 서셉터(11)는, 예를 들면, 질화 알루미늄으로 형성되어 있다. The susceptor 11 which is a mounting base which mounts to-be-processed object, such as a board | substrate W, is provided in the process container 10 in the substantially center. The susceptor 11 is made of aluminum nitride, for example.

서셉터(11)의 내부에는 급전부(11a) 및 히터(11b)가 마련되어 있다. 급전부(11a)에는 정합기(12a)(예를 들면, 콘덴서)를 거쳐서 고주파 전원(12b)이 접속되어 있다. 또한, 급전부(11a)에는 코일(13a)을 거쳐서 고압 직류 전원(13b)이 접속되어 있다. 정합기(12a), 고주파 전원(12b), 코일(13a) 및 고압 직류 전원(13b)은 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있으며, 고주파 전원(12b) 및 고압 직류 전원(13b)은 접지되어 있다. The power supply part 11a and the heater 11b are provided inside the susceptor 11. The high frequency power supply 12b is connected to the power feeding portion 11a via a matching unit 12a (for example, a capacitor). Moreover, the high voltage | voltage DC power supply 13b is connected to the power supply part 11a via the coil 13a. The matching unit 12a, the high frequency power supply 12b, the coil 13a, and the high voltage direct current power supply 13b are provided outside the processing vessel 10, and the high frequency power supply 12b and the high voltage direct current power supply 13b are grounded. have.

급전부(11a)는 고주파 전원(12b)으로부터 출력된 고주파 전력에 의해 처리 용기(10)의 내부에 소정의 바이어스 전압을 인가하도록 되어 있다. 또한, 급전부(11a)는 고압 직류 전원(13b)으로부터 출력된 직류 전류에 의해 기판 W를 정전 흡착하도록 되어 있다. The power feeding portion 11a is configured to apply a predetermined bias voltage to the inside of the processing container 10 by the high frequency power output from the high frequency power supply 12b. Moreover, the power supply part 11a is made to electrostatically adsorb | suck the board | substrate W by the DC current output from the high voltage | voltage DC power supply 13b.

히터(11b)에는 처리 용기(10)의 외부에 마련된 교류 전원(14)이 접속되어 있으며, 교류 전원(14)으로부터 출력된 교류 전류에 의해 기판 W를 소정의 온도로 유지하도록 되어 있다. An AC power source 14 provided outside the processing container 10 is connected to the heater 11b, and the substrate W is maintained at a predetermined temperature by an AC current output from the AC power source 14.

처리 용기(10)의 바닥면은 상자 형상으로 개구되고, 개구된 외주 근방에서 벨로우즈(bellows)(15)의 한쪽 단이 처리 용기(10)의 외부 벽면을 향해서 장착되어 있다. 벨로우즈(15)의 다른쪽 단에는 승강 플레이트(16)가 고착되어 있다. 이렇게 해서, 처리 용기(10) 바닥면의 개구 부분은 벨로우즈(15) 및 승강 플레이트(16)에 의해 밀폐되어 있다. The bottom surface of the processing container 10 is opened in a box shape, and one end of the bellows 15 is mounted toward the outer wall surface of the processing container 10 near the opened outer circumference. The elevating plate 16 is fixed to the other end of the bellows 15. In this way, the opening part of the bottom surface of the processing container 10 is sealed by the bellows 15 and the lifting plate 16.

또한, 서셉터(11)는 승강 플레이트(16) 상에 배치된 상자(17)에 지지되어 있으며, 승강 플레이트(16) 및 상자(17)와 일체로 되어 승강한다. 이에 따라, 서셉 터(11)는 처리 프로세스에 따른 높이로 조정되도록 되어 있다. Moreover, the susceptor 11 is supported by the box 17 arrange | positioned on the lifting plate 16, and is integrated with the lifting plate 16 and the box 17, and raises and lowers. Accordingly, the susceptor 11 is adapted to be adjusted to the height according to the processing process.

서셉터(11)의 주위에는 처리 용기(10) 내의 가스의 흐름을 바람직한 상태로 제어하기 위한 배플판(18)이 마련되어 있다. 처리 용기(10) 내는, 배플판(18)에 의해, 기판 W가 재치되어 있는 처리실(10u)과, 처리 용기(10) 내 하부에 마련된 배기 기구(19)와 연통하는 배기실(10u)로 구획되어 있다. A baffle plate 18 is provided around the susceptor 11 to control the flow of gas in the processing container 10 in a preferred state. In the processing container 10, the baffle plate 18 is provided with a processing chamber 10u on which the substrate W is placed, and an exhaust chamber 10u communicating with the exhaust mechanism 19 provided below the processing container 10. It is partitioned.

처리 용기(10)에는 배기 기구(19)로서 드라이 펌프(19a), APC(자동 압력 조정기: Automatic Pressure Control)(19b), 및, TMP(터보 분자 펌프: Turbo Molecular Pump)(19c)가 마련되어 있다. 드라이 펌프(19a)는 처리 용기(10) 내가 소정의 감압 상태로 될 때까지, 배기구(10a)로부터 가스를 배기한다. The processing container 10 is provided with a dry pump 19a, an APC (Automatic Pressure Control) 19b, and a TMP (Turbo Molecular Pump) 19c as the exhaust mechanism 19. . The dry pump 19a exhausts gas from the exhaust port 10a until the processing container 10 is in a predetermined decompression state.

APC(19b)에는, 배기구(10b)와 TMP(19c)의 연통 상태를 제어하는 밸브가 마련되어 있다. APC(19b)는, 처리실(10u) 내의 압력 P1의 변화에 따라, APC(19b)의 밸브를 배기구(10b)의 단면에 대략 평행한 방향으로 슬라이드시켜, 배기구(10b)와 TMP(19c)의 연통 부분을 소망하는 개도(開度)로 하도록 되어 있다. 이에 따라, TMP(19c)는 APC(19b)의 밸브의 개도에 비례한 유량의 가스를 배기하여, 처리 용기(10) 내의 분위기를 소정의 진공도까지 감압하도록 되어 있다.The APC 19b is provided with a valve for controlling the communication state between the exhaust port 10b and the TMP 19c. The APC 19b slides the valve of the APC 19b in a direction substantially parallel to the cross section of the exhaust port 10b in response to the change in the pressure P1 in the processing chamber 10u, thereby reducing the exhaust port 10b and the TMP 19c. The communication portion is set to a desired opening degree. As a result, the TMP 19c exhausts gas at a flow rate proportional to the opening degree of the valve of the APC 19b, and reduces the atmosphere in the processing container 10 to a predetermined degree of vacuum.

덮개(20)는 처리 용기(10)의 위쪽을 밀폐하도록 배치되어 있다. 덮개(20)는 처리 용기(10)와 마찬가지로, 예를 들면, 알루미늄(Al) 등의 금속으로 형성되어 있다. 덮개(20)에는 덮개 본체(21), 도파관(22a)~도파관(22f), 슬롯 안테나(23a)~슬롯 안테나(23f), 유전체(24a)~유전체(24f), 및, 지지 부재(25)가 마련되어 있다. The lid 20 is arranged to seal the upper portion of the processing container 10. The lid 20 is formed of a metal such as aluminum (Al), similarly to the processing container 10. The cover 20 includes a cover body 21, a waveguide 22a to a waveguide 22f, a slot antenna 23a to a slot antenna 23f, a dielectric 24a to a dielectric 24f, and a support member 25. Is provided.

처리 용기(10)와 덮개(20)는 덮개 본체(21)의 하면 외주부와 처리 용기(10) 의 상면 외주부 사이에 배치된 O링(26)에 의해, 기밀성이 유지되도록 고정되어 있다. 또한, 덮개 본체(21)의 하면에는 도파관(22a)~도파관(22f)이 형성되어 있다. The processing container 10 and the lid 20 are fixed to the airtightness by an O-ring 26 disposed between the outer peripheral portion of the lower surface of the lid body 21 and the upper peripheral portion of the upper surface of the processing vessel 10. Further, waveguides 22a to 22f are formed on the lower surface of the lid main body 21.

기판 W에 대향하는 처리 용기(10)의 천장부의 내벽면을 도시한 도 2에 도시되는 바와 같이, 도파관(22a)~도파관(22f)은 y축 방향으로 서로 평행하게 병렬해서 배치되어 있다. 도파관(22a) 및 도파관(22b)에는, 그 단부에서 평면에서 보아서 V자 형상의 분기 도파관(27a)이 접속되어 있다. 마찬가지로, 도파관(22c) 및 도파관(22d), 도파관(22e) 및 도파관(22f)에는, 그 단부에서 평면에서 보아서 V자 형상의 분기 도파관(27b), 분기 도파관(27c)이 각각 접속되어 있다. 각 분기 도파관(27)에는 마이크로파 발생기(28)가 접속되어 있다. 또한, 마이크로파 발생기(28)는 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 수단에 상당한다. As shown in FIG. 2 which shows the inner wall surface of the ceiling part of the processing container 10 which opposes the board | substrate W, waveguide 22a-waveguide 22f are arrange | positioned in parallel in parallel to each other in the y-axis direction. The waveguide 22a and the waveguide 22b are connected to the V-shaped branch waveguide 27a in plan view at the end thereof. Similarly, the waveguide 22c, the waveguide 22d, the waveguide 22e, and the waveguide 22f are connected to the V-shaped branch waveguide 27b and the branch waveguide 27c in plan view at their ends, respectively. A microwave generator 28 is connected to each branch waveguide 27. In addition, the microwave generator 28 is corresponded to the microwave generating means which produces a microwave.

각 도파관(22) 및 각 분기 도파관(27)은 각각의 축 방향에 수직인 단면의 형상이 직사각형 형상인 직사각형 도파관에 의해 형성되어 있다. 예를 들면, TE10 모드(TE파: transverse electric wave; 자계가 마이크로파의 진행 방향 성분을 갖는 파)의 경우, 각 도파관(22)의 축 방향에 수직한 단면의 긴 변 방향의 관벽은 자계에 평행한 H면으로 되고, 짧은 변 방향의 관벽은 전계에 평행한 E면으로 된다. 각 도파관의 긴 변 방향과 짧은 변 방향을 어떻게 배치할지는, 모드(도파관 내의 전자계 분포)에 의해서 변화된다. 또한, 각 도파관(22) 및 각 분기 도파관(27)의 내부는, 예를 들면, 알루미나(산화 알루미늄: Al₂O₃), 석영, 불소 수지 등에 의해서 충전되어 있다. Each waveguide 22 and each branch waveguide 27 are formed by a rectangular waveguide having a rectangular cross-sectional shape perpendicular to the respective axial directions. For example, in the TE10 mode (TE wave: a wave whose magnetic field has a component in the direction of microwave propagation), the long-walled wall of the cross section perpendicular to the axial direction of each waveguide 22 is parallel to the magnetic field. It becomes one H plane, and the pipe wall of a short side direction becomes E plane parallel to an electric field. How the long side direction and the short side direction of each waveguide are arranged depends on the mode (electromagnetic field distribution in the waveguide). In addition, the inside of each waveguide 22 and each branch waveguide 27 is filled with alumina (aluminum oxide: Al ₂ O ₃ ), quartz, a fluorine resin, or the like.

도 1에 나타낸 바와 같이, 슬롯 안테나(23a)~슬롯 안테나(23f)는 도파관(22a)~도파관(22f)의 하부에 각각 마련되어 있다. 또한, 각 슬롯 안테나(23)에는 복수의 슬롯이 투명한 구멍으로서 마련되어 있으며, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 슬롯 안테나(23a)에는 6개의 슬롯(슬롯(23a1)~슬롯(23a6))이 마련되어 있다. As shown in FIG. 1, slot antenna 23a-slot antenna 23f is provided in the lower part of the waveguide 22a-the waveguide 22f, respectively. In addition, each slot antenna 23 is provided with a plurality of slots as transparent holes. For example, as shown in FIG. 2, the slot antenna 23a has six slots (slots 23a1 to 23a6). This is provided.

각 슬롯 안테나(23)의 슬롯은 평면에서 보아서 긴 구멍으로 형성되고, 그 길이 방향과 도파관(22)의 길이 방향이 대략 수직하게 되도록 마련되어 있다. 또한, 각 슬롯은, 예를 들면, λg/2(λg: 도파관 내 파장)의 등간격으로 배치되어 있다. 이렇게 해서, 36개(=6×6)의 슬롯이 처리 용기(10)의 천장부의 내벽면 전체에 균일하게 점재하여 배치된다. The slot of each slot antenna 23 is formed in the long hole by planar view, and is provided so that the longitudinal direction and the longitudinal direction of the waveguide 22 may become substantially perpendicular. In addition, each slot is arrange | positioned at equal intervals, for example (lambda) g / 2 ((lambda) g: wavelength in a waveguide). In this way, 36 slots (= 6x6) are arrange | positioned uniformly over the whole inner wall surface of the ceiling part of the processing container 10. FIG.

슬롯 안테나(23)의 하면에는, 대략 정사각형의 평판 형상을 하는 36장의 유전체(24)가 슬롯마다 배치되어 있다. 예를 들면, 슬롯 안테나(23a)에 마련된 슬롯(23a1)~슬롯(23a6)의 하부에는, 타일 형상 유전체(24a1)~유전체(24a6)가 각각 마련되어 있다. 각 유전체(24)는 마이크로파를 투과하도록, 예를 들면, 석영 유리, 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(산화 알루미늄: Al₂O₃), 사파이어, SiN, 세라믹스 등으로 형성되어 있다. 또한, 타일 형상 유전체는 유전체 부품에 상당한다. On the lower surface of the slot antenna 23, 36 dielectrics 24 having an approximately square flat plate shape are arranged for each slot. For example, the tile dielectric 24a1-the dielectric 24a6 are provided in the lower part of the slot 23a1-the slot 23a6 provided in the slot antenna 23a, respectively. Each dielectric material 24 is formed of quartz glass, aluminum nitride (AlN), alumina (aluminum oxide: Al ₂ O ₃ ), sapphire, SiN, ceramics, or the like so as to transmit microwaves. In addition, a tile-like dielectric corresponds to a dielectric component.

각 유전체(24)를 지지하는 지지 부재(25)는 소정 간격마다 세로 및 가로로 각각 마련된 7개의 가늘고 긴 지지체(25a1)~지지체(25a7) 및 지지체(25b1)~지지체(25b7)를 대략 수직하게 교차시킴으로써 격자 형상으로 형성되어 있다. 지지 부 재(25)는 알루미늄 등의 금속으로 이루어지는 도체이며, 도 1에 나타낸 슬롯 안테나(23), 덮개 본체(21) 및 처리 용기(10)를 거쳐서 접지되어 있다. The support member 25 for supporting each dielectric material 24 vertically and vertically has seven thin elongated supports 25a1 to 25a7 and supports 25b1 to 25b7 which are provided vertically and horizontally at predetermined intervals. It is formed in a lattice shape by crossing. The supporting member 25 is a conductor made of metal such as aluminum, and is grounded via the slot antenna 23, the lid main body 21, and the processing container 10 shown in FIG.

지지 부재(25)는 이 지지 부재(25)에 마련된 대략 사각형 형상의 개구에, 각 유전체(24)를 각각 끼워 넣도록 하여 각 유전체(24)를 지지하고 있다. 이렇게 해서, 36장의 유전체(24)는 그 상면 주연부를 슬롯 안테나(23)의 하면에 밀착시킨 상태로서, 지지 부재(25)에 마련된 대략 사각형 형상의 개구에 의해, 각 유전체(24)의 하벽면의 대부분을 기판 W를 향해서 노출시킨 상태에서, 처리 용기(10)의 천장부의 내벽면 전면에 타일 형상으로 배치되도록 되어 있다. The support member 25 supports each dielectric material 24 by inserting each dielectric material 24 into an approximately rectangular opening provided in the support member 25. In this way, the 36 dielectrics 24 are in a state in which the upper periphery thereof is in close contact with the lower surface of the slot antenna 23, and the lower wall surface of each dielectric 24 is formed by a substantially rectangular opening provided in the support member 25. In the state which exposed most of them toward the board | substrate W, it is arrange | positioned in the tile shape on the inner wall surface whole surface of the ceiling part of the processing container 10.

각 지지 부재(25)의 내부에는 도 1에 나타낸 복수의 가스 도입관(29)이 관통해 있으며, 각 지지체(25a) 및 각 지지체(25b)의 교차 부분에서 다수의 가스 분사구(30)(도 2 참조)가 마련되어 있다. A plurality of gas introduction pipes 29 shown in FIG. 1 penetrate inside each of the supporting members 25, and a plurality of gas injection ports 30 (FIG. 1) at the intersections of the respective supports 25 a and each of the supports 25 b. 2) is provided.

처리 가스 공급원(31)은 밸브(31a1), 매스플로우 콘트롤러(31a2), 밸브(31a3), Ar 가스 공급원(31a4), 밸브(31b1), 매스플로우 콘트롤러(31b2), 밸브(31b3), SiH₄ 가스 공급원(31b4), 밸브(31b5), 매스플로우 콘트롤러(31b6), 밸브(31b7) 및 NH₃ 가스 공급원(31b8)으로 구성되어 있다. Process gas supply source 31 is valve 31a1, massflow controller 31a2, valve 31a3, Ar gas supply 31a4, valve 31b1, massflow controller 31b2, valve 31b3, SiH ₄ consists of a gas supply source (31b4), the valve (31b5), a mass-flow controller (31b6), the valve (31b7) and the NH ₃ gas supply source (31b8).

처리 가스 공급원(31)은 각 밸브의 개폐를 제어함으로써, 각 처리 가스를 선택적으로 처리 용기(10) 내에 공급하도록 되어 있다. 또한, 각 매스플로우 콘트롤러는 각각이 공급하는 처리 가스의 유량을 제어함으로써 처리 가스를 소망하는 농도로 조정하도록 되어 있다. 또한, Ar 가스 공급원(31a4)은 제 1 가스(Ar 가스)를 공급하는 제 1 가스 공급 수단에 상당한다. SiH₄ 가스 공급원(31b4) 및 NH₃ 가스 공급원(31b8)은 제 2 가스(SiH₄ 가스, NH₃ 가스)를 공급하는 제 2 가스 공급 수단에 상당한다. The processing gas supply source 31 is configured to selectively supply each processing gas into the processing container 10 by controlling the opening and closing of each valve. In addition, each massflow controller adjusts the processing gas to a desired concentration by controlling the flow rate of the processing gas supplied by each mass flow controller. In addition, Ar gas supply source 31a4 is corresponded to the 1st gas supply means which supplies a 1st gas (Ar gas). The SiH ₄ gas supply source 31b4 and the NH ₃ gas supply source 31b8 correspond to second gas supply means for supplying the second gas (SiH ₄ gas, NH ₃ gas).

Ar 가스 공급원(31a4)으로부터 공급되는 Ar 가스는 가스 유로(32a)에 접속된 가스 도입관(29)을 거쳐서 가스 분사구(30)로부터 처리 용기 내에 분사된다. 또한, SiH₄ 가스 공급원(31b4)으로부터 공급되는 SiH₄ 가스 및 NH₃ 가스 공급원(31b8)으로부터 공급되는 NH₃ 가스는, 가스 유로(32b)에 접속된 가스 도입관(29)을 거쳐서 가스 분사구(30)로부터 분사된다. Ar gas supplied from the Ar gas supply source 31a4 is injected into the processing container from the gas injection port 30 via the gas introduction pipe 29 connected to the gas flow path 32a. In addition, the SiH ₄ gas supplied from the SiH ₄ gas supply source 31b4 and the NH ₃ gas supplied from the NH ₃ gas supply source 31b8 pass through the gas inlet pipe 29 connected to the gas flow path 32b. 30).

마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 외부에는 냉각수 공급원(33)이 배치되어 있다. 냉각수 공급원(33)은 덮개 본체(21)의 내부 및 처리 용기(10)의 측벽 내부에 마련된 수로(34)에 냉각수를 순환 공급함으로써, 덮개 본체(21)의 내부 및 처리 용기(10)의 측벽 내부를 냉각하도록 되어 있다. The cooling water supply source 33 is disposed outside the microwave plasma processing apparatus 100. The cooling water source 33 circulates and supplies the cooling water to the water channel 34 provided in the inside of the lid body 21 and inside the sidewall of the treatment vessel 10, thereby providing the inside of the lid body 21 and the sidewall of the treatment vessel 10. It is supposed to cool the inside.

이러한 구성에 의해, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 마이크로파 발생기(28)로부터 출력된, 예를 들면, 2,45㎓의 마이크로파를 복수의 도파관(22)을 거쳐서 슬롯 안테나(23)에 전파시키고, 다수의 슬롯으로부터 복수개의 유전체(24)에 전파시키며, 이 유전체(24)를 투과하여 처리 용기(10) 내로 방사시킨다. 처리 가스(Ar 가스, SiH₄ 가스, NH₃ 가스)는 이렇게 해서 방사된 마이크로파의 전계 에너지에 의해 플라즈마화한다. 이 결과, 기판 W 상에 실리콘 질화막이 생성된다. With this configuration, the microwave plasma processing apparatus 100 propagates, for example, 2,45 Hz microwaves output from the microwave generator 28 to the slot antenna 23 via the plurality of waveguides 22, It propagates from a plurality of slots to a plurality of dielectrics 24, which pass through and radiate into the processing vessel 10. The processing gas (Ar gas, SiH ₄ gas, NH ₃ gas) is converted into plasma by the electric field energy of the emitted microwaves. As a result, a silicon nitride film is formed on the substrate W. As shown in FIG.

(제어 장치의 구성 및 동작) (Configuration and Operation of Control Unit)

다음에, 제어 장치의 구성 및 동작에 대해서 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 외부에는, 마이크로파 발생기(28), 처리 가스 공급원(31) 및 냉각수 공급원(33) 외에, 제어 장치(40) 및 UV광 발생원(41)이 마련되어 있다. 제어 장치(40)는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 제어한다. UV광 발생원(41)은 발생시킨 UV광을 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 조사한다. 또한, 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에는, 압력 센서(42)(바라트론(baratron)이나 컨백트론(convectron) 등의 진공 게이지), 압력 센서(43)(바라트론이나 컨백트론 등의 진공 게이지), 온도 센서(44) 및 포토 센서(45)가 설치되어 있다. Next, the configuration and operation of the control device will be described. As shown in FIG. 3, outside the microwave plasma processing apparatus 100, in addition to the microwave generator 28, the processing gas supply source 31, and the cooling water supply source 33, the control device 40 and the UV light source 41. This is provided. The control device 40 controls the microwave plasma processing device 100. The UV light source 41 irradiates the microwave plasma processing apparatus 100 with the generated UV light. In addition, the microwave plasma processing apparatus 100 includes a pressure sensor 42 (vacuum gauge such as baratron or convectron) and a pressure sensor 43 (vacuum gauge such as baratron or convectron). The temperature sensor 44 and the photo sensor 45 are provided.

압력 센서(42)는 서셉터(11)의 상부에 위치하는 처리실(10u)의 압력 P1을 소정 시간마다 검출하도록 되어 있다. 압력 센서(43)는 서셉터(11)의 하부에 위치하는 배기실(10d)의 압력 P2를 소정 시간마다 검출하도록 되어 있다. 온도 센서(44)는 처리 용기(10)의 측벽 내부의 온도 T를 소정 시간마다 검출하도록 되어 있다. The pressure sensor 42 detects the pressure P1 of the processing chamber 10u located above the susceptor 11 every predetermined time. The pressure sensor 43 detects the pressure P2 of the exhaust chamber 10d located below the susceptor 11 every predetermined time. The temperature sensor 44 is configured to detect the temperature T inside the side wall of the processing container 10 every predetermined time.

포토 센서(45)는 가스가 전리나 해리할 때에 발광하는 광의 파장을 전압 F로서 소정 시간마다 검출하도록 되어 있다. 포토 센서(45)는 처리 용기 내에서 발생한 광의 파장에 따른 값을 검출하는 광검출기의 일례이다. 광검출기의 다른 예로서는 CCD, 분광기 등을 들 수 있다. The photo sensor 45 detects the wavelength of the light which emits light when the gas is ionized or dissociated as a voltage F every predetermined time. The photo sensor 45 is an example of the photodetector which detects the value according to the wavelength of the light which generate | occur | produced in the processing container. Other examples of the photodetector include a CCD and a spectrometer.

제어 장치(40)는, 예를 들면, ROM(40a), RAM(40b), 인터페이스(40c) 및 CPU(40d)를 구비한 마이크로 컴퓨터에 의해 실현된다. ROM(40a)에는 가스를 공급 하는 타이밍 및 각 프로세스 조건을 설정하는 타이밍 등을 제어하기 위한 제어 프로그램이 기억되어 있다. RAM(40b)에는 프로세스의 조건을 미리 정한 각종 파라미터가 기억되어 있다. The control device 40 is realized by a microcomputer having, for example, a ROM 40a, a RAM 40b, an interface 40c, and a CPU 40d. The ROM 40a stores a control program for controlling the timing of supplying gas, the timing for setting each process condition, and the like. The RAM 40b stores various parameters in which process conditions are predetermined.

인터페이스(40c)는 각종 센서에 의해 검출된 센서값 P1, P2, T, F를 입력한다. CPU(40d)는 인터페이스(40c)에 입력된 각 센서값 및 RAM(40b)에 기억된 각종 파라미터에 근거하여, ROM(40a)에 기억된 제어 프로그램을 실행함으로써, 소정의 타이밍에 교류 전원(14), APC(19b), 마이크로파 발생기(28), 처리 가스 공급원(31), 냉각수 공급원(33) 및 UV광 발생원(41)에 제어 신호를 각각 출력하도록 되어 있다. The interface 40c inputs sensor values P1, P2, T, and F detected by various sensors. The CPU 40d executes the control program stored in the ROM 40a based on each sensor value input to the interface 40c and the various parameters stored in the RAM 40b, so that the AC power source 14 at a predetermined timing is executed. ), The control signal is output to the APC 19b, the microwave generator 28, the processing gas supply source 31, the cooling water supply source 33, and the UV light generating source 41, respectively.

다음에, 제어 장치(40)의 동작에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 4는 제어 장치(40)가 가스를 공급하는 시퀀스를 제어하기 위해서 실행하는 가스 공급 처리 루틴(제어 프로그램)을 나타낸 흐름도이다. 도 5는 각 파라미터를 제어하는 타이밍을 나타낸 타임 차트이다. Next, the operation of the control device 40 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4 is a flowchart showing a gas supply processing routine (control program) executed by the control device 40 to control a sequence of supplying gas. 5 is a time chart showing timing for controlling each parameter.

제어 장치(40)는 도 4의 단계 400부터 처리를 개시하여, 단계 405에서 제어 신호를 처리 가스 공급원(31)에 출력한다(도 3 참조). 처리 가스 공급원(31)은, 이 제어 신호를 입력하면, 예를 들면, 1000sccm의 Ar 가스를 처리 용기(10) 내에 공급한다(도 5의 시각 t0). The control apparatus 40 starts a process from step 400 of FIG. 4, and outputs a control signal to the process gas supply source 31 in step 405 (refer FIG. 3). The process gas supply source 31 inputs this control signal, for example, and supplies 1000 sccm of Ar gas into the process container 10 (time t0 in FIG. 5).

다음에, 제어 장치(40)는 단계 410에서 압력 센서(42)에 의해 검출된 압력값 P1을 입력하고, 단계 415에서 입력된 압력값 P1과 미리 정해진 이상 압력값(예를 들면, 250mTorr)과의 차분값을 나타낸 제어 신호를 APC(19b)에 출력한다. APC(19b)는, 이 제어 신호를 입력하면, 처리 용기(10) 내의 압력을 250mTorr로 올리도록 그 밸브의 개도를 작게 하여, TMP(19c)로부터 배기되는 가스의 유량을 감소시킨다(도 5의 시각 t1). Next, the control device 40 inputs the pressure value P1 detected by the pressure sensor 42 in step 410, the pressure value P1 input in step 415 and the predetermined abnormal pressure value (for example, 250 mTorr) and The control signal indicating the difference value is output to the APC 19b. Upon inputting this control signal, the APC 19b decreases the opening degree of the valve so as to raise the pressure in the processing container 10 to 250 mTorr, thereby reducing the flow rate of the gas exhausted from the TMP 19c (Fig. 5). Time t1).

다음에, 제어 장치(40)는 단계 420에서 제어 신호를 마이크로파 발생기(28)에 출력한다. 마이크로파 발생기(28)는, 이 제어 신호를 입력하면, 전원을 「ON」하고, 2.5㎾×6(6은 도파관 수)의 마이크로파를 투입한다(도 5의 시각 t2). Next, the control device 40 outputs the control signal to the microwave generator 28 in step 420. When this control signal is input, the microwave generator 28 "ONs" the power supply and inputs 2.5 kHz x 6 (6 is the number of waveguides) microwaves (time t2 in FIG. 5).

다음에, 제어 장치(40)는 단계 425에서 포토 센서(45)에 의해 검출된 전압 F를 입력하고, 단계 430으로 진행하여 모든 유전체 부품 하부에서 플라즈마가 착화했는지 여부를 판정한다. 검출된 전압 F가 소여(所與)의 임계값에 도달해 있지 않은 경우, 제어 장치(40)는 단계 435로 진행하여 타임오버로 되었는지 여부를 판정하여, 타임오버가 아닌 경우에는 단계 425로 되돌아가고, 소정 시간 내에 모든 유전체 부품 하부에서 플라즈마 착화할 때까지 단계 425~단계 435의 처리를 반복한다. Next, the control device 40 inputs the voltage F detected by the photo sensor 45 in step 425, and proceeds to step 430 to determine whether or not the plasma is ignited under all the dielectric components. If the detected voltage F has not reached the prescribed threshold value, the control device 40 proceeds to step 435 to determine whether it has timed out, and if not, returns to step 425. Then, the processes of steps 425 to 435 are repeated until plasma ignition occurs under all the dielectric parts within a predetermined time.

모든 유전체 부품 하부에서 플라즈마 착화하면, 제어 장치(40)는 단계 430에 계속되는 단계 440으로 진행하여, 제어 신호를 처리 가스 공급원(31)에 출력한다. 가스 공급원(31)은, 이 제어 신호를 입력하면, 예를 들면, 200sccm의 SiH₄ 가스와 800sccm의 NH₃ 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하고(도 5의 시각 t3), 이 결과, 실리콘 질화막이 생성된다. 또한, 시각 t0~시각 t3은 10초 이내이면 무방하다. 단, 마이크로파에 의한 기판의 손상이나 왕복 시간을 고려하면 5초 이내가 바람직하다. Upon plasma ignition below all of the dielectric components, control device 40 proceeds to step 440 following step 430 to output a control signal to process gas source 31. When the gas supply source 31 inputs this control signal, for example, 200 sccm of SiH ₄ gas and 800 sccm of NH ₃ gas are supplied into the processing container 10 (time t3 in FIG. 5), and as a result, silicon A nitride film is produced. The time t0 to time t3 may be within 10 seconds. However, considering the damage to the substrate and the round trip time by the microwave, less than 5 seconds is preferable.

그 후, 제어 장치(40)는 단계 445에서 처리 가스의 공급을 정지하기 위한 제어 신호와 압력 제어를 정지하기 위한 제어 신호와 마이크로파의 전원을 「OFF」로 하기 위한 제어 신호를 각 장치에 각각 출력하고(도 5의 시각 t4), 단계 495로 진행하여 본 루틴의 처리를 종료한다. Thereafter, the control device 40 outputs to each device a control signal for stopping the supply of the processing gas, a control signal for stopping the pressure control, and a control signal for turning off the microwave power "OFF" in step 445, respectively. 5 (time t4 in FIG. 5), the process proceeds to step 495 to end the processing of this routine.

이에 의하면, 상기 처리 순서에 근거하여 제어 장치(40)가 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 제어함으로써, 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성시킬 수 있다. 여기서, 왜, 이 처리 순서에 근거하여 제어 장치(40)가 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 제어함으로써, 균일한 플라즈마를 안정적으로 생성시킬 수 있는 것인가에 대해서 구체적으로 설명한다. According to this, the control apparatus 40 can control the microwave plasma processing apparatus 100 based on the said processing sequence, and can produce uniform plasma stably. Here, the reason why the control device 40 can stably generate a uniform plasma by controlling the microwave plasma processing apparatus 100 based on this processing procedure is demonstrated concretely.

Ar 가스 등의 단원자 분자 가스는 마이크로파의 전계 에너지에 의해 전리하지만 해리는 하지 않는다. 환언하면, 단원자 분자 가스를 플라즈마화하는 과정에 있어서, 마이크로파의 전계 에너지는 단원자 분자 가스가 전리할 때에만 소비된다. 이에 따라, 처리 용기 내에 공급되는 단원자 분자 가스는 마이크로파의 전계 에너지를 차차 소비하면서 잇달아 전리하고, 이 결과, 차차 공급되는 Ar 가스로부터 균일한 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있다. Monoatomic molecular gases such as Ar gas are ionized by the electric field energy of microwaves but do not dissociate. In other words, in the process of plasmalizing the monoatomic molecular gas, the electric field energy of the microwave is consumed only when the monoatomic molecular gas is ionized. Accordingly, the monoatomic molecular gas supplied into the processing container is ionized one after another while gradually consuming the electric field energy of the microwave, and as a result, it is possible to stably generate a uniform plasma from the Ar gas supplied gradually.

한편, SiH₄ 가스나 NH₃ 가스 등의 다원자 분자 가스를 플라즈마화하는 과정에서는, 전리나 해리라는 물리적 현상에 부가하여, 다른 가스와의 화학 반응이라는 화학적 현상에 많은 에너지가 필요해진다. 일반적으로, 진동 여기나 해리에 필요한 에너지는 전리에 필요한 에너지보다 작지만, 다원자 분자 가스를 플라즈마화하 기 위해서는, 전자 결합 에너지 이상의(예를 들면, 전리에 필요한 전자 결합 에너지에 화학 결합의 본드간을 절단하기 위한 결합 에너지를 가산한 값과 등가의) 내부 에너지를 다원자 분자 가스가 포함할 필요가 있다. On the other hand, in the process of plasmalizing polyatomic molecular gases such as SiH ₄ gas and NH ₃ gas, in addition to physical phenomena such as ionization and dissociation, a large amount of energy is required for a chemical phenomenon such as chemical reaction with other gases. In general, the energy required for vibration excitation or dissociation is smaller than the energy required for ionization, but in order to plasmatize a multiatomic molecular gas, the bond between chemical bonds is cut to more than the electron bond energy (for example, the electron bond energy required for ionization). It is necessary for the polyatomic molecular gas to contain internal energy equivalent to the sum of the binding energy.

그러나, 전술한 바와 같이, 마이크로파의 파워를 올리면, 다원자 분자 가스가 지나치게 해리하여, 상질인 막의 성막을 저해하는 결과로 된다. 따라서, 필요 최소한의 마이크로파의 파워에 의해서, 단원자 분자 가스와 다원자 분자 가스의 혼합 가스를 플라즈마화하고자 하면, 플라즈마화에 큰 에너지를 필요로 하지 않는 단원자 분자 가스로는 플라즈마화가 촉진되지만, 단원자 분자 가스보다도 플라즈마화에 큰 에너지가 필요한 다원자 분자 가스로는, 에너지 부족에 의해 해리(전리)하는 부분과 하지 않는 부분이 발생하여, 플라즈마가 전체적으로 불균일하게 생성되어 버린다. However, as described above, when the power of the microwave is increased, the polyatomic molecular gas is dissociated excessively, resulting in inhibiting the film formation of a good quality film. Therefore, if the plasma of a monoatomic molecular gas and a polyatomic molecular gas is to be converted into plasma by the minimum power of the required microwave, the plasma is promoted with the monoatomic molecular gas that does not require a large amount of energy. In the polyatomic molecular gas that requires more energy for plasma formation than the self-molecular gas, a portion that dissociates (isolated) due to lack of energy is generated, and a plasma is unevenly generated as a whole.

이상으로부터, 단원자 분자 가스만의 상황 하에서는, 단원자 분자 가스와 다원자 분자 가스가 혼재하는 상황 하보다 가스를 플라즈마화시키기 쉽고, 즉, 단원자 분자 가스만의 상황 하에서는, 혼합 가스 하보다도 플라즈마가 넓어지기 쉬워지는 것을 알 수 있다. From the above, under the situation of monoatomic molecular gas, it is easier to plasma the gas than under the situation where the monoatomic molecular gas and the polyatomic molecular gas are mixed. It turns out that becomes easy to become wider.

한편, 가스를 플라즈마화하는 과정에서는, 플라즈마 착화시에 가장 에너지가 필요해진다. 따라서, 한번, 단원자 분자 가스를 플라즈마 착화시켜, 플라즈마가 처리 용기 내에 넓어져 버리면, 플라즈마를 유지하기 위해서 필요한 에너지는 적어진다. 따라서, 플라즈마 착화 후에 다원자 분자 가스를 처리 용기 내에 도입하면, 다원자 분자 가스를 원활하게 플라즈마화하여, 균일한 플라즈마 상태를 유지할 수 있다. On the other hand, in the process of plasmalizing gas, most energy is required at the time of plasma ignition. Therefore, once the monoatomic molecular gas is plasma ignited and the plasma is widened in the processing container, the energy required to maintain the plasma is small. Therefore, when the polyatomic molecular gas is introduced into the processing vessel after plasma ignition, the polyatomic molecular gas can be smoothly plasmated to maintain a uniform plasma state.

그래서, 본 실시예의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는, 먼저, Ar 가스를 공급하여, 마이크로파의 파워에 의해 Ar 가스를 플라즈마 착화한 후, SiH₄ 가스 및 NH₃ 가스를 공급함으로써, Ar 가스를 플라즈마 착화시키기 위해서 필요 최소한의 마이크로파의 파워로, 그 후에 도입된 SiH₄ 가스 및 NH₃ 가스를 안정적으로 플라즈마화한다. Therefore, the microwave plasma processing apparatus 100 of the present embodiment first supplies Ar gas to plasma ignite the Ar gas by microwave power, and then supplies the ArH plasma by supplying SiH ₄ gas and NH ₃ gas. In order to complex, the SiH ₄ gas and the NH ₃ gas introduced thereafter are stably plasmified with the minimum microwave power necessary.

이러한 가스 공급 방법은 상술한 복수개의 유전체 부품을 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 특히 유효하다. 그 이유에 대해서, 도 6에 나타낸 마이크로파 플라즈마 처리 장치(SWP: Surface Wave Plasma) 및 본 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)(CMEP: Cellular Microwave Excitation Plasma)의 유전체 근방의 플라즈마 상태를 비교하면서 설명한다. 또한, SWP는 표면파의 전파를 억제시키지 않는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 일례이며, CMEP는 표면파의 전파를 억제하는 마이크로파 플라즈마 처리 장치의 일례이다. 또한, 설명의 편의상, SWP의 유전체 아래쪽 전체에서 생성되는 플라즈마를 플라즈마 P로 하고, CMEP의 각 교량에 둘러싸인 각 유전체 부품(24a1,24b1, 24c1, 24d1)의 아래쪽에서 생성되는 플라즈마를 각각 플라즈마 P1, P2, P3, P4로 한다. This gas supply method is particularly effective for the microwave plasma processing apparatus 100 having a plurality of dielectric components described above. For the reason, while comparing the plasma state in the vicinity of the dielectric of the microwave plasma processing apparatus (SWP: Surface Wave Plasma) shown in FIG. 6 and the microwave plasma processing apparatus 100 (CMEP: Cellular Microwave Excitation Plasma) according to this embodiment, Explain. In addition, SWP is an example of the microwave plasma processing apparatus which does not suppress the propagation of surface wave, and CMEP is an example of the microwave plasma processing apparatus which suppresses the propagation of surface wave. For convenience of description, the plasma generated under the entire SWP dielectric is referred to as plasma P, and the plasma generated under the dielectric parts 24a1, 24b1, 24c1, and 24d1 surrounded by the bridges of the CMEP are respectively referred to as plasma P1, Let it be P2, P3, P4.

먼저, SWP의 플라즈마 상태에 대해서 설명한다. 가스가 SWP에 공급되어, 마이크로파의 전계 에너지가 소정의 임계값을 초과하면, 가스는 전리하여 플라즈마 착화한다. 그러면, SWP에서는, 유전체 하벽면을 전파하는 표면파에 의해 플라즈마 가 유전체의 하면 전체로 넓어져, 균일한 플라즈마 P가 발생된다. 이 결과, SWP에서는, 혼합 가스가 공급된 경우, 및, Ar 가스만이 공급된 경우 중 어느 하나에서도 거의 동일하게, 플라즈마 P는 안정한 상태에서 발생한다. 그러나, SWP에서는, 유전체 하면에서 표면파가 전파하여, 그 진행파와 처리 용기의 단부에서 반사한 반사파와의 간섭에 의해서 정재파가 발생한다. 이렇게 해서 유전체와 플라즈마 사이에서 발생한 정재파의 진폭은, 이 반사파와 진행파의 간섭에 의해 커진다. 이 때문에, 정재파의 배와 마디에서 전계 에너지에 편차가 발생하고, 이 전계 에너지 밀도의 차이에 의해서 플라즈마 P는 불균일한 상태로 된다. 또한, 이렇게 해서 발생한 정재파에 의해 전계 에너지 밀도가 높은 부분이 처리 용기 내를 천이함으로써 플라즈마 P가 불안정하게 되고, 압력 의존에 의해 플라즈마 P의 집중이나 모드 점프가 발생한다.First, the plasma state of the SWP will be described. When gas is supplied to the SWP and the electric field energy of the microwave exceeds a predetermined threshold, the gas is ionized to plasma ignite. Then, in the SWP, the plasma spreads over the entire lower surface of the dielectric material by the surface waves propagating on the lower surface of the dielectric material, so that uniform plasma P is generated. As a result, in the SWP, the plasma P is generated in a stable state almost the same in either of the case where the mixed gas is supplied or when only the Ar gas is supplied. However, in SWP, surface waves propagate at the lower surface of the dielectric, and standing waves are generated by interference between the traveling wave and the reflected wave reflected at the end of the processing vessel. In this way, the amplitude of the standing wave generated between the dielectric and the plasma is increased by the interference between the reflected wave and the traveling wave. For this reason, a deviation occurs in the electric field energy at the times and nodes of standing waves, and the plasma P is in an uneven state due to the difference in the electric field energy density. In addition, due to the standing wave generated in this way, the portion having a high electric field energy density transitions inside the processing vessel, and the plasma P becomes unstable, and concentration or mode jump of the plasma P occurs due to pressure dependence.

한편, CMEP에서는, 복수개의 유전체 부품에 의해 유전체가 형성되어 있기 때문에, 슬롯으로부터 나와, 전계 에너지에 의해 발생한 표면파는 각 유전체 부품간을 지지하고 있는 금속의 교량(지지 부재)까지 전파한 후, 그 교량에서 반사한다. 이 반사파와 진행파의 간섭에 의해 발생한 정재파는 어디까지나 교량으로 둘러싸인 내에서만 전파한다. 여기서, 유전체 부품의 길이 방향의 길이는 188㎜ 정도인 것에 반하여, 진공중의 마이크로파의 파장은 120㎜이다. 따라서, 유전체 부품 하면에 발생하는 각 정재파는 1.5파장 정도이다. 이 때문에, CMEP에서는, SWP에 비해서 반사파와 진행파의 간섭의 정도가 작아지고, 또한, 표면파가 교량을 반사할 때 그 에너지에 손실이 발생하기 때문에, 발생하는 정재파의 진폭은 SWP에 비해서 작 아진다. 따라서, CMEP의 경우는, SWP의 경우에 비해서, 정재파가 발생하더라도 전계 에너지의 편차가 적어, 플라즈마는 안정한 상태를 유지할 수 있다. On the other hand, in the CMEP, since a dielectric is formed by a plurality of dielectric components, the surface waves generated from the slots and propagated by the electric field energy propagate to the bridges (support members) of the metal supporting the dielectric components. Reflect on the bridge. The standing wave generated by the interference between the reflected wave and the traveling wave propagates only within the area surrounded by the bridge. Here, the length of the dielectric component in the longitudinal direction is about 188 mm, whereas the wavelength of the microwave in vacuum is 120 mm. Therefore, each standing wave generated on the lower surface of the dielectric component is about 1.5 wavelengths. For this reason, in the CMEP, the degree of interference between the reflected wave and the traveling wave is smaller than that of the SWP, and since the loss of energy occurs when the surface wave reflects the bridge, the amplitude of the standing wave is smaller than that of the SWP. . Therefore, in the case of the CMEP, even when standing waves are generated, the variation of the electric field energy is small, compared to the case of the SWP, and the plasma can maintain a stable state.

그러나, 플라즈마 착화점은 CMEP에서는 각 교량으로써 둘러싸인 유전체 부품마다 각각 존재하고, 각각의 착화점의 임계값이 상이하다. 즉, CMEP에서는, 임계값의 레벨의 차에 의해 착화하는 개소와 착화하지 않는 개소가 존재한다. 이 착화점의 임계값의 레벨의 차는, 예를 들면, 각 유전체 부품의 슬롯으로부터 각각 입사되는 마이크로파의 에너지 강도의 미묘한 차나, 혼합 가스의 혼합량 및 혼합비 등에 의해서 발생한다고 생각된다. 따라서, CMEP에서의 「플라즈마 착화」란, 모든 착화점에서 플라즈마가 착화한 상태를 말한다. 특히, Ar 가스만이 도입된 경우에 비해서, 혼합 가스가 도입된 경우에는, 전술한 바와 같이, 각 가스의 전리, 해리, 진동 여기 및 화학 반응에 분자간의 공유 결합의 절단 등의 내부 에너지가 필요해지기 때문에, 소비되는 전계 에너지는 매우 커진다. 그러나, 양질의 막을 생성하기 위해서는, 필요 최소한의 마이크로파의 파워를 입사할 필요가 있고, 이러한 약한 에너지에 있어서는, 각 교량으로 구획된 각 부분의 착화점의 임계값의 레벨의 차가 플라즈마 착화에 미묘한 영향을 부여하고, 그 결과, 플라즈마가 착화하는 개소(플라즈마 P2, P4: 도 6의 혼합 가스 공급시 참조)와 착화하지 않는 개소(플라즈마 P1, P3)가 발생한다. However, the plasma ignition point exists in each dielectric part surrounded by each bridge in CMEP, and the threshold value of each ignition point is different. That is, in the CMEP, there are points where the part is ignited and not the part is ignited by the difference in the level of the threshold value. The difference in the level of the threshold value of the ignition point is considered to be caused by, for example, a subtle difference in the energy intensity of the microwaves incident from the slots of the respective dielectric components, the mixing amount and the mixing ratio of the mixed gas, and the like. Therefore, "plasma ignition" in the CMEP refers to a state in which plasma is ignited at all ignition points. In particular, when mixed gas is introduced, as compared with the case where only Ar gas is introduced, internal energy such as ionization, dissociation, vibration excitation, and chemical reaction between molecules is required for each gas as described above. As a result, the field energy consumed becomes very large. However, in order to produce a high quality film, it is necessary to apply the minimum required microwave power, and in such weak energy, the difference in the level of the threshold value of the ignition point of each part divided by each bridge has a subtle effect on the plasma ignition. As a result, the location (plasma P1, P3) which does not ignite with the place (plasma P2, P4: refer at the time of the mixed gas supply of FIG. 6) where plasma ignites is produced.

그래서, 상술한 가스 착화 시퀀스에 따라서, 먼저, Ar 가스만을 미리 CMEP에 공급하면, 전계 에너지가 Ar 가스의 플라즈마화에만 소비되기 때문에, 약한 전계 에너지이더라도 모든 유전체 부품에서 플라즈마 착화하여, 플라즈마 P1~P4가 발생 한다(도 6의 Ar 가스 공급시 참조). 전술한 바와 같이, CMEP에서는, 일단, 각 유전체 부품 하면에 플라즈마 P1~P4가 발생하면, 플라즈마 P1~P4를 안정한 상태로 유지할 수 있다. Therefore, in accordance with the gas ignition sequence described above, first, if only Ar gas is supplied to the CMEP in advance, electric field energy is consumed only for the plasmaation of Ar gas, so even if weak electric field energy is plasma ignited in all dielectric components, plasma P1 to P4. Is generated (see Ar gas supply of FIG. 6). As described above, in the CMEP, once the plasma P1 to P4 is generated on the lower surface of each dielectric component, the plasma P1 to P4 can be maintained in a stable state.

이상에 설명한 본 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 특징을 근거로 하여, 발명자는 제어 장치(40)를 이용하여 가스를 공급하는 순서를, Ar 가스 공급→마이크로파 투입→SiH₄ 가스, NH₃ 가스 공급의 순서로 제어하고, 그 때의 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에서 발생하는 플라즈마의 상태를 관찰하였다. 그 실험 결과를 도 7에 나타낸다. Based on the characteristics of the microwave plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment described above, the inventors use the control device 40 to supply gas using Ar gas supply → microwave injection → SiH ₄ gas, control in the order of NH ₃ gas, which was observed a state of the plasma generated in the microwave plasma processing apparatus 100 at the time. The experimental result is shown in FIG.

(실험 결과)(Experiment result)

도 7(a)에는, 종래 방법으로써 혼합 가스를 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 공급한 경우의 플라즈마 관찰 결과가 표시되어 있다. 또한, 도 7(b)에는, 상기 시퀀스에 근거하여 가스를 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 공급한 경우의 플라즈마 관찰 결과가 표시되어 있다. FIG. 7A shows a plasma observation result when the mixed gas is supplied to the microwave plasma processing apparatus 100 by a conventional method. In addition, in FIG. 7B, the plasma observation result when the gas is supplied to the microwave plasma processing apparatus 100 based on the sequence is displayed.

발명자는 각 표에 표시되는 바와 같이, 세로의 열에 나타낸 4종류의 압력(226mT, 400mT, 600mT, 800mT), 및, 가로의 행에 나타낸 4종류의 마이크로파의 파워(4.3㎾, 3.4㎾, 2.3㎾, 1.7㎾)의 각 경우에 대해서 상세하게 실험을 행하였다. 각 표에 나타낸 각 경우에 대응하는 4개의 매스 중, 왼쪽 위의 매스(A)는 Ar 가스를 공급한 후의 플라즈마의 균일/불균일 상태를 나타낸다. 오른쪽 위의 매스(B)는 Ar 가스, SiH₄ 가스 및 NH₃ 가스의 혼합 가스를 공급했을 때(실리콘 질화막 생성 프로세스)의 플라즈마의 균일/불균일 상태를 나타낸다. 왼쪽 아래의 매스(C)는 Ar 가스, SiH₄ 가스 및 H₂ 가스를 공급했을 때(비정질 실리콘 생성 프로세스)의 플라즈마의 균일/불균일 상태를 나타낸다. As shown in each table, the inventors of the four types of pressure (226 mT, 400 mT, 600 mT, 800 mT) shown in the vertical column, and the power of the four types of microwaves shown in the horizontal row (4.3 kW, 3.4 kW, 2.3 kW) , 1.7 ms) was performed in detail for each case. Of the four masses corresponding to each case shown in each table, the mass A on the upper left represents the uniform / nonuniform state of the plasma after supplying Ar gas. The mass B at the upper right shows a uniform / non-uniform state of plasma when a mixed gas of Ar gas, SiH ₄ gas and NH ₃ gas is supplied (silicon nitride film formation process). The mass C at the lower left shows the uniform / nonuniform state of the plasma when Ar gas, SiH ₄ gas and H ₂ gas are supplied (amorphous silicon generation process).

이에 의하면, (A)의 조건으로 생성된 플라즈마는 거의 모든 조건에서 길이 방향으로 균일한 상태이었다. 그러나, (B)의 경우에 생성된 플라즈마는 거의 모든 조건에서 길이 방향으로 불균일한 상태이었다. 또한, 이 경우, 비정질 실리콘 생성 프로세스에 대한 평가는 실시하고 있지 않다. According to this, the plasma produced | generated on condition of (A) was uniform in the longitudinal direction on almost all conditions. However, the plasma generated in the case of (B) was in a nonuniform state in the longitudinal direction under almost all conditions. In this case, the evaluation of the amorphous silicon formation process is not performed.

그런데, 발명자가 찾아낸 상기 시퀀스(Ar 가스(단원자 분자 가스)를 600mTorr에서 착화→Ar 가스를 플라즈마화하는 과정에서 조압→실(實)가스(다원자 분자 가스)를 도입)에 근거하여 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)를 제어한 바(도 7(b)의 경우), (A), (B), (C)의 조건으로 생성된 플라즈마는 압력이 높고, 마이크로파의 파워가 작은 조건을 제외하고, 거의 모든 조건에서 길이 방향으로 균일한 상태이었다. 이 결과, 발명자는 복수개의 유전체 부품을 구비한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서, 발명자가 찾아낸 시퀀스에 의한 제어가 균일한 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 위해서 매우 유효한 수단인 것을 확인할 수 있었다. By the way, the microwave plasma is based on the sequence found by the inventor (adjusting the Ar gas (monoatomic molecular gas) at 600 mTorr and then introducing a pressure regulation → a chamber gas (polyatomic molecular gas) in the process of plasmalizing the Ar gas). As a result of controlling the processing apparatus 100 (in the case of FIG. 7B), the plasma generated under the conditions of (A), (B), and (C) is high except for a condition in which the pressure is high and the power of the microwave is small. In almost all conditions, it was uniform in the longitudinal direction. As a result, the inventors have confirmed that, in the microwave plasma processing apparatus 100 including a plurality of dielectric components, the control by the sequence found by the inventors is a very effective means for stably generating a uniform plasma.

이렇게 하여, 발명자에 의해 새로운 착상이 이루어지고, 또한, 나날의 노력에 의해서 착상이 구현화된 결과, 균일하고 또한 안정적으로 발생된 플라즈마는, 최근 디스플레이의 대형화에 따라, 매우 대형화하고 있는 유리 기판을 플라즈마 처리하는 경우에 특히 유익하고, 그 성과는 종래에 비해서 각별히 크다. 이렇게 해서 일정한 성과를 거둔 발명자는 플라즈마 착화를 촉진하기 위한 더한 개량을 찾아내었다. 그 개량점에 대해서 이하의 실시예 2에 설명한다. In this way, a new concept is formed by the inventor, and as a result of the concept being realized by daily efforts, the plasma generated uniformly and stably is plasma with a very large glass substrate with the recent increase in display size. It is especially advantageous in the case of processing, and the result is especially large compared with the conventional. The inventors who have achieved certain results in this way have found further improvements for promoting plasma ignition. The improvement point is demonstrated in Example 2 below.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 2에 따른 제어 장치(40)는 처리 용기 내의 전자의 충돌 빈도나 분자가 그 내부에 축적하는 내부 에너지를 높이도록 프로세스의 조건을 제어하는 점에서, 그러한 제어를 하지 않는 실시예 1에 따른 제어 장치(40)와 동작상 상이하다. 따라서, 이 상이점을 중심으로 본 실시예의 제어 장치(40)의 동작에 대해서 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다. 또한, 제어 장치(40)에 의해 제어되는 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 구성은 동일하다. The control device 40 according to the second embodiment controls the conditions of the process so as to increase the collision frequency of the electrons in the processing vessel or the internal energy that the molecules accumulate therein. The operation differs from the control device 40. Therefore, the operation | movement of the control apparatus 40 of a present Example is demonstrated centering on this difference, referring FIG. 8 and FIG. In addition, the structure of the microwave plasma processing apparatus 100 controlled by the control apparatus 40 is the same.

(제어 장치의 동작)(Operation of the Control Unit)

도 8은 본 실시예에 따른 가스 공급 처리 루틴(제어 프로그램)을 나타낸 흐름도이다. 도 9는 각 파라미터를 제어하는 타이밍을 나타낸 타임 차트이다. 8 is a flowchart showing a gas supply processing routine (control program) according to the present embodiment. 9 is a time chart showing timing for controlling each parameter.

제어 장치(40)는 도 8의 단계 800부터 처리를 개시하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 단계 405~단계 420의 처리를 실행하고, 플라즈마 착화할 때까지 단계 425~단계 435의 처리를 반복한다. 단, 단계 415에서는, 실시예 1의 단계 415에서 제어한 압력보다 높은 압력으로 처리 용기 내를 제어하기 위한 제어 신호가 출력된 다. The control apparatus 40 starts a process from step 800 of FIG. 8, performs the process of step 405-step 420 similarly to the case of Example 1, and repeats the process of step 425-step 435 until plasma ignition. do. However, in step 415, a control signal for controlling the inside of the processing vessel at a pressure higher than the pressure controlled in step 415 of the first embodiment is output.

모든 유전체 부품 하부에서 플라즈마 착화하면, 제어 장치(40)는 단계 805에서 압력을 내리기 위한 제어 신호를 출력하여(도 9의 시각 t2'), 시각 t3에 SiH₄ 가스와 NH₃ 가스를 처리 용기(10) 내에 공급하기 위한 제어 신호를 출력하고, 시각 t4에 처리 가스의 공급과 압력 제어와 마이크로파의 공급을 전부 정지하기 위한 제어 신호를 출력하며, 단계 895로 진행하여 본 루틴의 처리를 종료한다. 또한, 시각 t1~시각 t2'는 10초 이내인 것이 바람직하고, 시각 t1~시각 t2와 시각 t2~시각 t2'는, 각각 5초 이내인 것이 바람직하다. 단, 왕복 시간 등을 고려하면 5초 이내가 바람직하다. When the plasma is ignited under all the dielectric components, the control device 40 outputs a control signal for reducing the pressure in step 805 (time t2 'in FIG. 9), so that the SiH ₄ gas and NH ₃ gas are supplied to the processing container (time t3). 10) outputs a control signal for supplying, outputs a control signal for stopping the supply of the processing gas, the pressure control and the microwave supply at time t4, and the process proceeds to step 895 to end the processing of this routine. In addition, it is preferable that time t1-time t2 'is less than 10 second, and it is preferable that time t1-time t2 and time t2-time t2' are each less than 5 second. However, in consideration of the round trip time and the like, it is preferably within 5 seconds.

이에 의하면, 플라즈마 착화 전에, 처리 용기 내의 압력을 높게 함으로써 전자의 충돌 빈도를 높게 하여, Ar 가스의 플라즈마 착화를 촉진할 수 있다. 이렇게 해서 플라즈마 착화까지의 시간을 단축함으로써, 마이크로파의 조사 시간을 단축하여 유리 기판의 손상을 억지하고, 또한, 왕복 시간을 단축하여 처리 전체의 효율을 높임으로써, 생산성을 향상시킬 수 있다. According to this, the plasma collision ignition of Ar gas can be promoted by making the collision frequency of an electron high by raising the pressure in a process container before plasma ignition. By shortening the time until plasma ignition in this way, the irradiation time of the microwave can be shortened to prevent damage to the glass substrate, and the round trip time can be shortened to increase the efficiency of the entire process, thereby improving productivity.

또한, 이상의 설명에서는, 제어 장치(40)는 압력을 다단층으로 제어함으로써, 처리 용기 내의 전자의 충돌 빈도를 높이도록 하였다. 그러나, 제어 장치(40)는, 예를 들면, 온도, 마이크로파의 파워 또는 광의 파워 등의 프로세스 중 적어도 어느 하나의 조건을 제어해도 된다. 구체적으로는, 제어 장치(40)는 플라즈마 착화되기 전의 값이 플라즈마 착화된 후의 값보다 커지도록, 온도, 마이크로파의 파 워 또는 광의 파워 중 적어도 어느 하나의 값을 제어해도 된다. In addition, in the above description, the control apparatus 40 is made to raise the frequency of the collision of the electron in a process container by controlling a pressure in multiple layers. However, the control apparatus 40 may control at least any one condition of processes, such as temperature, the power of a microwave, or the power of light, for example. Specifically, the control apparatus 40 may control the value of at least any one of temperature, the power of a microwave, or the power of light so that the value before plasma ignition may become larger than the value after plasma ignition.

예를 들면, 플라즈마 착화 전에, 온도를 상승시킴으로써 전자의 운동을 활발화시켜, 전자의 충돌 빈도를 높게 하도록 해도 된다. 실제로는, 도 3의 냉각수 공급원(33)을 제어하는 도시하지 않은 온도 제어기에 제어 신호를 송출함으로써, 냉각수 공급원(33)으로부터 처리 용기(10)의 벽면 내부와 덮개 본체의 도파관(22) 근방에 공급되는 냉매의 온도를 제어하도록 해도 된다. 또는, 교류 전원(14)에 제어 신호를 송출함으로써, 교류 전원(14)으로부터 출력된 교류 전류에 의해서 히터(11b)를 소망하는 온도로 제어해도 된다. For example, before plasma ignition, the temperature may be increased to activate the motion of the electrons to increase the collision frequency of the electrons. In fact, by sending a control signal to a temperature controller (not shown) that controls the coolant supply source 33 in FIG. 3, the coolant supply source 33 is provided within the wall surface of the processing vessel 10 and near the waveguide 22 of the lid body. The temperature of the supplied coolant may be controlled. Alternatively, the control signal may be sent to the AC power supply 14 to control the heater 11b to a desired temperature by the AC current output from the AC power supply 14.

또한, 예를 들면, 플라즈마 착화 전에, 마이크로파의 파워를 상승시킴으로써 전자의 운동을 활발화시켜, 전자의 충돌 빈도를 높게 하도록 해도 된다. 실제로는, 마이크로파 발생기(28)에 마이크로파의 파워를 상승시키기 위한 제어 신호를 송출함으로써, 전자의 움직임을 활성화시킬 수 있다. Further, for example, before plasma ignition, the power of the microwaves may be increased to activate the motion of the electrons, thereby increasing the collision frequency of the electrons. In practice, by transmitting a control signal for raising the power of the microwave to the microwave generator 28, the movement of the electrons can be activated.

또한, 예를 들면, 플라즈마 착화 전에, UV광이나 자외선 등의 파장이 짧은 광을 조사함으로써(즉, 에너지 어시스트에 의해), 분자의 내부 에너지를 높게 하도록 해도 된다. 실제로는, UV광 발생원(41)에 제어 신호를 송출함으로써, UV광 발생원(41)으로부터 UV광을 방사시켜서 분자의 내부 에너지를 높게 할 수 있다. For example, before plasma ignition, the internal energy of a molecule may be made high by irradiating light with short wavelengths, such as UV light or an ultraviolet-ray (that is, by energy assist). In fact, by sending a control signal to the UV light source 41, it is possible to emit UV light from the UV light source 41 to increase the internal energy of the molecule.

또한, 제어 장치(40)는 플라즈마 착화 후에 있어서, SiH₄ 가스 및 NH₃ 가스를 공급하기 전에, 각 파라미터를 프로세스의 조건에 합치시키기 위해서, 압력, 온도, 마이크로파의 파워 또는 광의 파워를 프로세스의 조건에 맞은 값으로 내릴 필 요가 있다. In addition, after the plasma ignition, the control device 40 adjusts the pressure, the temperature, the power of microwaves, or the power of light in order to match each parameter with the process conditions before supplying the SiH ₄ gas and the NH ₃ gas. There is a need to lower the price.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)는 복수개의 유전체 부품에 의해서 유전체의 표면에서 표면파가 전파하는 것을 억제하도록 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)에 의하면, 표면파의 전파를 억지함으로써, 표면파가 반사하는 것에 의해서 형성되는 정재파의 생성을 억지할 수 있다. As described above, the microwave plasma processing apparatus 100 according to the present embodiment is formed to suppress the propagation of surface waves on the surface of the dielectric by a plurality of dielectric components. According to the microwave plasma processing apparatus 100 comprised in this way, generation | occurrence | production of the standing wave formed by reflection of a surface wave can be suppressed by suppressing the propagation of a surface wave.

그리고, 이러한 마이크로파 플라즈마 처리 장치(100)의 특징에 합치한 상기 시퀀스에 근거하여, 처리 가스를 단원자 분자 가스, 다원자 분자 가스의 순서대로 양호한 타이밍으로 공급하고, 또한, 각종 파라미터(압력, 온도, 마이크로파 파워, 광파워 등)를 프로세스의 조건에 맞춰서 양호한 타이밍으로 설정한다. 이 결과, 균일한 플라즈마를 안정적으로 발생시켜, 기판 W를 양호한 정밀도로 플라즈마 처리할 수 있다. Then, based on the sequence in accordance with the characteristics of the microwave plasma processing apparatus 100, the processing gas is supplied at a good timing in the order of monoatomic molecular gas and polyatomic molecular gas, and various parameters (pressure, temperature) are provided. , Microwave power, optical power, etc.) are set to good timing in accordance with the process conditions. As a result, the uniform plasma can be stably generated, and the substrate W can be plasma treated with good accuracy.

또한, 이상에 설명한 시퀀스에 의해, 제 1 가스로서 공급되는 가스종으로서는 Ar 가스에 한정되지 않고, 예를 들면, He 가스나 Xe 가스 등의 단원자 분자 가스이더라도 무방하다. 또한, 제 1 가스보다 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스로서 공급되는 가스종으로서는, SiH₄ 가스, NH₃ 가스에 한정되지 않고, 예를 들면, 수소 가스(H₂) 등의 다원자 분자 가스이더라도 무방하다. In addition, according to the sequence described above, the gas species supplied as the first gas is not limited to Ar gas, but may be monoatomic molecular gas such as He gas or Xe gas. In addition, the gas species supplied as the second gas that requires more energy in order to be plasma than the first gas is not limited to SiH ₄ gas and NH ₃ gas, for example, hydrogen gas (H ₂ ), or the like. It may be a multiatomic molecular gas.

또한, 제어 장치(40)에 의해 시각 t1~시각 t4로 제어되는 압력은 60mTorr~1000mTorr의 범위이면 어느 값이더라도 무방하다. 또한, 제어하는 압력값에 상한을 마련한 것은, 다원자 분자 가스를 공급하여 플라즈마 처리를 개시하는 시각 t3까지, 미리 정해진 프로세스 조건값까지 압력을 내릴 필요가 있기 때문이다. The pressure controlled by the control device 40 at the time t1 to the time t4 may be any value as long as it is in the range of 60 mTorr to 1000 mTorr. Moreover, the upper limit was provided in the pressure value to control because it is necessary to reduce a pressure to predetermined process condition value until the time t3 which starts supplying a polyatomic molecular gas and starting a plasma process.

또한, 처리 가스 공급원(31)으로부터 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스 중, Ar 가스의 유량은 400~3000sccm, SiH₄ 가스의 유량은 50~500sccm, NH₃ 가스의 유량은 400~2000sccm의 범위이면 된다. 또한, 처리 용기 내에 투입되는 마이크로파의 파워 밀도는 1.0~7.5w/㎠의 범위이면 된다. 또한, 처리 용기(10) 내의 온도는 50~150℃의 범위로 유지되어 있으면 된다. 유리 기판의 사이즈는 730㎜×920㎜ 이상이면 되고, 예를 들면, G4.5 기판 사이즈로 730㎜×920㎜(챔버 내의 직경: 1000㎜×1190㎜), G5 기판 사이즈로 1100㎜×1300㎜(챔버 내의 직경: 1470㎜×1590㎜)이다. In addition, the flow rate of, Ar gas of the process gas supplied into the processing vessel from the processing gas supply source 31 is 400 and the flow rate of 3000sccm, SiH ₄ gas flow rate of 50 ~ 500sccm, NH ₃ gas is in a range of 400 to 2000sccm . In addition, the power density of the microwave injected into a processing container should just be 1.0-7.5 w / cm <2>. In addition, what is necessary is just to maintain the temperature in the processing container 10 in 50-150 degreeC. The size of a glass substrate should just be 730 mm x 920 mm or more, for example, 730 mm x 920 mm (diameter in chamber: 1000 mm x 1190 mm) by G4.5 board | substrate size, and 1100 mm x 1300 mm by G5 board | substrate size. (Diameter in a chamber: 1470 mm x 1590 mm).

또한, 처리 용기 내의 압력을 검출하기 위해서는, 처리실(10u)에 마련된 압력 센서(42)를 이용하는 편이 바람직하지만, 배기실(10d)에 마련된 압력 센서(43)를 이용해도 된다. In addition, in order to detect the pressure in a process container, although it is preferable to use the pressure sensor 42 provided in the process chamber 10u, you may use the pressure sensor 43 provided in the exhaust chamber 10d.

또한, 제어 장치(40)는 하드웨어로 구성되어 있어도, 소프트웨어로 구성되어 있어도 무방하다. In addition, the control apparatus 40 may be comprised by hardware or may be comprised by software.

상기 실시예에 있어서, 각 부의 동작은 서로 관련되어 있어, 서로의 관련을 고려하면서 일련의 동작으로서 치환할 수 있다. 그리고, 이와 같이 치환함으로써, 플라즈마 처리 장치의 발명의 실시예를 플라즈마 처리 장치를 제어하는 방법의 실시예로 할 수 있다. In the above embodiment, the operations of the respective parts are related to each other, and can be substituted as a series of operations while taking into account the relation to each other. In this way, the embodiment of the invention of the plasma processing apparatus can be replaced by the method of controlling the plasma processing apparatus.

또한, 상기 각 부의 동작을 각 부의 처리와 치환함으로써, 프로그램의 실시예로 할 수 있다. 또한, 프로그램을, 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기억시킴으로써, 프로그램의 실시예를 프로그램에 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 실시예로 할 수 있다. In addition, by replacing the operation of each unit with the processing of each unit, an embodiment of the program can be obtained. In addition, by storing the program in a computer readable recording medium having recorded thereon, the embodiment of the program can be made into an embodiment of the computer readable recording medium having recorded therein the program.

따라서, 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어 방법의 실시예는, 처리 용기 내에 입사된 마이크로파의 파워에 의해 처리 가스를 플라즈마화시켜, 피처리체를 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어 프로그램으로서, 상기 처리 용기 내에 제 1 가스를 공급시키면서, 상기 마이크로파의 파워를 처리 용기 내에 입사시키는 처리와, 상기 마이크로파의 파워에 의해 상기 제 1 가스가 플라즈마 착화한 후, 상기 제 1 가스보다도 플라즈마화하기 위해서 보다 큰 에너지를 필요로 하는 제 2 가스를 상기 처리 용기 내에 공급시키는 처리를 컴퓨터에게 실행시키는 제어 프로그램의 실시예로 할 수 있다. 이 경우, 컴퓨터에게 실행시키는 제어 프로그램은 도 3의 ROM(40a) 등에 저장되어 있어도 되고, 제어 장치(40)에 마련된 도시하지 않은 통신 수단(외부 인터페이스)을 이용하여 도시하지 않은 네트워크를 거쳐서 취입해도 된다. Therefore, an embodiment of a control method for controlling a plasma processing apparatus is a control program for controlling a plasma processing apparatus for plasmalizing a processing gas by a power of microwaves incident in a processing vessel, and controlling the plasma processing apparatus, wherein the processing is performed. While supplying the first gas into the container, a process of injecting the power of the microwave into the processing container, and after the first gas is plasma ignited by the power of the microwave, the energy is greater than that of the first gas to make the plasma. An embodiment of the control program for causing a computer to execute a process of supplying a second gas requiring the gas into the processing container. In this case, the control program to be executed by the computer may be stored in the ROM 40a of FIG. 3 or the like, or may be taken in via a network (not shown) using an unillustrated communication means (external interface) provided in the control device 40. do.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명에 따른 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자이면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예로 생각이 미칠 수 있는 것은 명백하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it goes without saying that it is not limited to the example which concerns on this invention. If it is a person skilled in the art, it is clear that the thought can come to various changes or modifications within the range described in a claim, and it is understood that it belongs naturally to the technical scope of this invention also about them.

예를 들면, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 타일 형상의 복수개의 유전체 부품을 갖는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이더라도 무방하고, 마이크로파의 표면파가 전파하는 유전체의 표면에 오목부 또는 볼록부 중 적어도 어느 하나가 형성되어 있는 마이크로파 플라즈마 처리 장치이더라도 무방하다. For example, the plasma processing apparatus according to the present invention may be a microwave plasma processing apparatus having a plurality of tile-like dielectric components, and at least one of recesses or convex portions is formed on the surface of the dielectric material through which the surface waves of microwaves propagate. The microwave plasma processing apparatus may be used.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의해 실행되는 플라즈마 처리는 CVD 처리에 한정되지 않고, 애싱 처리, 에칭 처리 등의 모든 플라즈마 처리가 가능하다. In addition, the plasma processing performed by the plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the CVD processing, and all plasma processing such as ashing processing and etching processing is possible.

본 발명은 플라즈마를 균일히 발생시키기 위해서 가스를 공급하는 순서를 제어하는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법, 플라즈마 처리 장치의 제어 장치, 및, 플라즈마 처리 장치를 제어하는 제어 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 적용 가능하다.The present invention provides a computer-readable recording medium storing a control method of a plasma processing apparatus, a control apparatus of a plasma processing apparatus, and a control program for controlling the plasma processing apparatus. Applicable to

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 플라즈마를 균일하게 발생시키기 위해서 가스를 공급하는 순서를 제어하는 플라즈마 처리 장치의 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a control method of a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus for controlling the order of supplying gas in order to generate plasma uniformly.

Claims

A control method of a plasma processing apparatus for converting a processing gas into plasma by power of microwaves incident in a processing container, and plasma processing a target object.

While the first gas is supplied into the processing vessel, the power of the microwave is incident into the processing vessel,

Supplying a second gas into the processing container, the second gas requiring more energy in order to be plasma than the first gas after the first gas is plasma ignited by the microwave power.

The control method of the plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.

The method of claim 1,

Further, the control method of the plasma processing apparatus, characterized in that the conditions of the process are controlled to increase the frequency of collision of electrons in the processing container before the plasma ignition.

The method of claim 2,

The process condition is at least one of pressure, temperature, microwave power or light power.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The plasma processing apparatus includes a dielectric for passing the microwaves through a slot and propagating into the processing vessel,

The dielectric is provided or formed to suppress the propagation of surface waves of microwaves.

The method of claim 4, wherein

The dielectric is formed by a plurality of dielectric parts (parts) control method of the plasma processing apparatus.

The method of claim 5,

The dielectric component is supported by a metal support member.

The method of claim 4, wherein

The dielectric method is a control method of a plasma processing apparatus, characterized in that at least one of a concave portion or a convex portion is formed on the surface of the dielectric material through which the surface wave of the microwave propagates.

The method according to any one of claims 1 to 3,

And the first gas is a monoatomic molecular gas.

The method according to any one of claims 1 to 3,

And the second gas is a polyatomic molecular gas.

The method according to any one of claims 1 to 3,

The control method of the plasma processing apparatus characterized by determining whether or not the first gas is plasma ignited by detecting a value corresponding to the wavelength of light generated when the gas becomes plasma in the processing container.

A plasma processing apparatus for converting a processing gas into plasma by power of microwaves incident in a processing container, and plasma processing a target object,

Microwave generating means for generating microwaves,

First gas supply means for supplying a first gas,

Second gas supply means for supplying a second gas that requires more energy in order to be plasma than the first gas after the supplied first gas is plasma ignited by the generated microwave power;

Plasma processing apparatus comprising a.

A computer-readable recording medium storing a control program used in a plasma processing apparatus for converting a processing gas into plasma by power of microwaves incident in a processing container, and plasma processing the target object,

A process of injecting the microwave power into the processing container while supplying a first gas into the processing container;

The plasma gas is ignited by the power of the microwaves, and then a process of supplying a second gas that requires more energy to the plasma than the first gas into the processing container.

A computer-readable recording medium storing a control program for causing a computer to run.