KR20080019061A - 성막 및 클리닝 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 성막 및 클리닝 방법은, 성막 공정과 클리닝 공정 사이에 온도 조정 공정을 구비하고 있다. 성막 공정에서는, 처리 용기(1) 내의 제 1 부위(4)를 제 1 온도(예를 들면 200℃)로 가열함과 함께, 처리 용기(1) 내의 제 2 부위(측벽)를 제 1 온도보다도 낮은 제 2 온도(예를 들면 90℃)로 가열하면서, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급하여, 처리 용기(1) 내의 기판(W) 위에 성막을 한다. 온도 조정 공정에서는, 제 1 부위(4)의 온도를 저하시켜 제 2 온도에 가까이한다. 클리닝 공정에 있어서는, 처리 용기(1) 내에 클리닝 가스를 공급하여, 제 1 부위 및 제 2 부위의 표면에 부착되어 있는 퇴적물을 제거한다.
컨트롤러, 제어기, 처리 용기, 공급 부재, 내측벽, 탑재대, 유전체 플레이트, 공급 기기, 가열기, 승강 기구, 마이크로파 발생기, 스위치, 압력 조정기, 반송구, 게이트 밸브, 반출입구, 안테나 부재, 동축 도파관, 중심 도체
Description
본 발명은, 처리 용기 내에서 기판에 대하여 성막 처리를 행한 후, 처리 용기 내의 퇴적물을 제거하는, 성막 및 클리닝 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 그와 같은 방법에 이용되는 성막 장치 및 프로그램 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 하나에 성막 처리가 있다. 이 성막 처리는 통상, 진공 분위기하에서 처리 가스를 플라즈마화하거나, 혹은 열분해 함으로써 활성화하여, 기판 표면 위에 활성종 혹은 반응 생성물을 퇴적시킴으로써 행하여진다. 이 성막 처리에서는 기판 표면에 박막을 형성함에 수반하여, 처리 용기 내에 마련된 내부 부재 및 처리 용기의 측벽 내면에도 반응 생성물이 퇴적한다. 따라서, 이와 같은 퇴적물의 부착 두께가 임의의 기준값을 초과했을 때에, 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝을 행하고 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 평성 제11-330063(단락 0019, 단락 0020) 참조).
이와 같은 처리를 행하기 위한 플라즈마 성막 장치에 대하여 도 11을 이용하여 간단히 설명한다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 진공 처리 용기(10) 내에, 기판(D)를 탑재하기 위한 탑재대(11)가 배치되어 있고, 탑재대(11)의 위쪽에는 가스 공급 부재(12)가 마련되어 있다. 가스 공급 부재(12)는 내측벽(13)이라고 불리는 원통형부재 위에 마련되어 있다. 가스 공급 부재(12)는, 기판(D)에 대하여 샤워 형상의 가스를 공급하고, 또한 그 위쪽으로부터 아래쪽으로 가스를 통과시키는 구조로 되어 있다. 가스 공급 부재(12)의 위쪽에는 투과창(14) 및 마이크로파 방사용의 평면 안테나(15)가 마련되어 있다. 이와 같은 성막 장치는, 기판(D) 위에 예를 들면 CF막(불소 첨가 카본막)을 성막하는 데에 바람직하다. 기판(D)에 대하여 성막 처리가 행하여지는 동안, 내측벽(13)은 가열기(16)에 의해 200℃로 가열된다. 기판(D)의 온도를 380℃ 정도로 하고, 내측벽(13)의 온도를 200℃ 정도로 함으로써 기판(D) 위에 형성되는 CF막의 막 두께의 면내 균일성이 높아지는 것이 경험적으로 파악된다.
한편, 처리 용기(10)의 측벽은, 가열기(17)에 의해 예를 들면 90℃ 정도로 가열된다. 처리 분위기로부터 조금 떨어진 처리 용기(10)의 측벽에 대해서도, 기판(D) 위의 CF막의 막 두께 및 그 면내 균일성의 관점으로부터 가열해 두는 것이 바람직하기 때문이다. 한편, 작업자의 안전을 도모한다고 하는 점에서 90℃ 정도가 한계이다.
그리고 기판(D)의 성막 처리를 반복하여, 처리 용기(10) 내의 퇴적물의 부착 두께가 기준값을 초과하면 클리닝 처리가 행하여진다. 이 클리닝 처리에 있어서는, 처리 용기(10) 내의 각 부위의 온도는 성막시와 같이 하고 있고, 처리 용기(10) 내에 클리닝 가스인 O2(산소) 가스를 공급한다. 그리고, O2 가스에 마이크로파를 부여하여 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 의해 처리 용기(10) 내에 부착되어 있는 퇴적 물인 CF막을 탄화 제거한다(예를 들면, 일본 특허 공개 2004-296512(단락 0030, 도 4) 참조).
이 경우, 200℃ 고온으로 가열되어 있는 고온 부위(내측벽(13))와 90℃ 정도의 저온 부위(처리 용기(10)의 측벽)에 각각 부착되어 있는 퇴적물(CF막)을 동시에 클리닝하게 된다. 그러면, 고온 부위에 부착되어 있던 퇴적물의 분해 생성물이, 저온 부위인 처리 용기(10)의 측벽으로 전이하게 된다. 이 때문에, 고온 부위에 있어서의 퇴적물의 클리닝이 행하여지는 동안, 해당 저온 부위에 있어서는 퇴적물의 양이 일시적으로 증가하게 된다. 그리고, 고온 부위의 퇴적물이 모두 제거된 후에, 저온 부위에 부착되어 있는 증량한 퇴적물이 제거되게 된다. 이 때문에, 클리닝에 긴 시간을 필요로 하고, 처리량의 저하의 요인으로 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 처리 용기 내에 고온 부위와 저온 부위가 존재하는 상태로 성막 처리를 행한 후에, 처리 용기 내의 퇴적물의 클리닝을 조속히 행할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 처리 용기 내의 제 1 부위를 제 1 온도로 가열함과 함께, 상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 상기 제 1 온도보다도 낮은 제 2 온도로 가열하면서, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판 상에 성막을 행하는 성막 공정과, 상기 성막 공정 후에, 상기 제 1 부위의 온도를 저하시켜 상기 제 2 온도에 가까이하는 온도 조정 공정과, 상기 온도 조정 공정 후에, 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 표면에 부착되어 있는 퇴적물을 제거하는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 성막 및 클리닝 방법을 제공한다.
예를 들면, 상기 제 1 부위는, 상기 처리 용기 내에 마련된 내부 부재이며, 상기 제 2 부위는, 상기 처리 용기의 측벽이다.
예를 들면, 상기 처리 용기의 측벽은 원통형을 이루고, 상기 내부 부재는, 상기 처리 용기의 측벽에 의해서 둘러싸인 원통형 부재이다. 혹은, 상기 처리 용기 내에, 상기 기판을 지지하는 탑재대와, 이 탑재대와 상기 처리 용기의 상부 사이에 위치하는 가스 공급 부재가 마련되어 있고, 상기 내부 부재는, 상기 가스 공급 부재로부터 아래쪽으로 연장하는 원통형 부재이다.
또 하나의 관점에서는, 본 발명은, 제 1 부위 및 제 2 부위를 내부에 갖는, 기판을 수납하는 처리 용기와, 상기 기판 상에 성막을 행하기 위한 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 처리 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내의 퇴적물을 제거하기 위한 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 클리닝 가스 공급계와, 상기 처리 용기 내의 제 1 부위를 가열하는 제 1 가열기와, 상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 가열하는 제 2 가열기와, 상기 처리 가스 공급계, 상기 클리닝 가스 공급계, 및 상기 제 1 및 제 2 가열기를 제어하는 제어기를 구비하고, 상기 제어기는,상기 제 1 가열기에 의해 상기 처리 용기 내의 제 1 부위를 제 1 온도로 가열함과 함께, 상기 제 2 가열기에 의해 상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 상기 제 1 온도보다도 낮은 제 2 온도로 가열하면서, 상기 처리 가스 공급계에 의해 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판 상에 성막을 행하는 성막 공정과, 상기 성막 공정 후에, 상기 제 1 가열기에 의한 상기 제 1 부위의 가열 온도를 저하시켜 상기 제 2 온도에 가까이하는 온도 조정 공정과, 상기 온도 조정 공정 후에, 상기 클리닝 가스 공급계에 의해 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 표면에 부착되어 있는 퇴적물을 제거하는 클리닝 공정을 실행하는 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치를 제공한다.
또 하나의 관점에서는, 본 발명은, 그와 같은 성막 장치의 상기 제어기에 있어서, 상기 성막 공정과, 상기 온도 조정 공정과, 상기 클리닝 공정을 실행하는 제어를 행하게 하는 프로그램을 저장한 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 처리 용기 내에 고온 부위(제 1 부위)와 저온 부위(제 2 부위)가 존재하는 상태로 성막 처리를 행한 후, 처리 용기 내를 클리닝하기 전에, 제 1 부위의 온도를 저하시켜 저온 부위의 온도(제 2 온도)에 가까이하는 온도 조정이 행하여진다. 이에 따라, 클리닝 공정에 있어서, 제 1 부위에 부착되어 있던 퇴적물의 분해 생성물이 제 2 부위로 전이하는 현상을 억제하여, 처리 용기 내의 클리닝를 조속히 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 단면도,
도 2는 도 1의 성막 장치의 처리 용기 주변을 도시하는 분해 사시도,
도 3은 도 1의 성막 장치에 있어서의 가스 공급 부재를 도시하는 저면도,
도 4는 본 발명의 성막 및 클리닝 방법의 일 실시 형태를 나타내는 플로우차트.
도 5a는 도 1의 성막 장치에 있어서의 성막 처리의 모습을 도시하는 모식도,
도 5b는 도 1의 성막 장치에 있어서의 클리닝 처리의 모습을 도시하는 모식도,
도 6은 종래 방법에 의해 처리 용기 내의 제 1 및 제 2 부위에 부착되어 있는 퇴적물이 제거되는 모습을 도시하는 모식도,
도 7은 종래 방법에 의한, 처리 용기 내의 제 2 부위에 대한 퇴적물의 부착 두께의 시간 경과 변화를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 방법에 의해 처리 용기 내의 제 1 및 제 2 부위에 부착되어 있는 퇴적물이 제거되는 모습을 도시하는 모식도,
도 9는 본 발명의 방법에 의한, 처리 용기 내의 제 2 부위에 대한 퇴적물의 부착 두께의 시간 경과 변화를 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예와 비교예에 대한 실시 결과를 나타내는 표,
도 11은 종래의 성막 및 클리닝 방법을 설명하기 위한, 성막 장치의 단면도.
우선, 본 발명에 따른 성막 장치의 일 실시 형태로서의 플라즈마 처리 장치에 대하여, 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다. 도 1의 부호(1)는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 진공 처리 용기이다. 이 처리 용기(1) 내에는, 표면에 성막되는 기판으로서의 반도체 웨이퍼 W를 수평으로 지지하는 원판형의 탑재대(2)가 마련되어 있다. 이 탑재대(2)의 내부에는, 박형 형상의 전극(2a)이 매설되고, 전극(2a)은 스위치(22)를 거쳐서 직류 전원(23)에 접속되어 있다. 또한 탑재대(2)의 내부에는, 웨이퍼 W의 온도를 조정하기 위해서 가열기 등의 온도 조절 수단(2b)이 매설되어 있다. 또한 탑재대(2) 내에는, 도시하지 않는 반송 수단과의 사이에서 웨이퍼 W의 교환을 행하기 위한 도시하지 않는 복수의 승강 핀이 마련되어 있다. 탑재대(2)는, 처리 용기(1)의 바닥부까지 연장되는 지지 기둥(24)에 의해서 지지되어 있다. 탑재대(2)는, 지지 기둥(24)을 거쳐서 승강 기구(25)에 의해 승강 가능하게 되어 있다. 지지대(24)의 아래쪽의 가동 부분은, 스테인리스강(SUS)제의 벨로우즈(26)로 덮어져 있다.
탑재대(2)의 위쪽에는, 도전체, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 원판형의 가스 공급 부재(3)가 마련되어 있다. 이 가스 공급 부재(3)는, 탑재대(2)와 대향하는 면에 다수의 가스 공급 구멍(31)이 형성되고, 가스 샤워 헤드로서 구성되어 있다. 또한 처리 용기(1) 내에는, 해당 처리 용기(1)의 원통형 측벽에 의해 둘러싸인 원통형 부재인 내측벽(4)이 마련되어 있다. 이 내측벽(4)은, 가스 공급 부재(3)의 외주부로부터 아래쪽으로 연장되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 내측벽(4)이, 제 1 부위로서의 내부 부재에 상당한다. 또한, 처리 용기(1)의 측벽이 제 2 부위에 상당한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 내측벽(4)에는, 웨이퍼 W의 반송구(41) 및 처리분위기를 관찰하기 위한 창(42)이 형성되어 있다. 또한 도 1에 도시하는 바와 같 이, 내측벽(4)의 상부에는, 둘레 방향으로 연장하는 제 1 가열기(43)가 매설되어 있다.
내측벽(4)을 축선 방향으로 관통하는 2개의 가스 유로(44)가, 직경 방향으로 정대(正對)하여 형성되어 있다(도 2도 참조). 이들 가스 유로(44)는, 외부에서 가스 공급로(45)를 통해서 공급되는 가스를, 가스 공급 부재(3)에 보내기 위한 것이다. 가스 공급로(45)에는, 탄소와 불소를 포함하는 화합물의 성막 가스, 예를 들면 C5F8 가스의 공급원(5)이, 가스 공급 기기군(51)을 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 가스 공급 기기군(51)은 밸브나 매스플로우 컨트롤러 등을 포함하고, 가스 공급의 제어를 행하기 위한 것이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 공급 부재(3)의 내부에는, 다수의 가스 공급 구멍(31)과 연통하는 격자 형상의 가스 유로(32)가 형성되어 있다. 또한 가스 공급 부재(3)에는, 수직 방향의 관통 구멍(33)이 다수 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(33)은, 가스 공급 부재(3)의 위쪽 공간에서 생성되는 플라즈마를, 아래쪽 공간에 통과시키기 위한 것이다.
이상의 공급 부재(3), 유로(44), 공급로(45), 기기군(51) 및 공급원(5)에 의해, 기판 W 위에 성막을 행하기 위한 처리 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하는 처리 가스 공급계가 구성되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 공급 부재(3)의 위쪽에는, 처리 용기(1)를 관통하는 가스 공급로(6)가 마련되어 있다. 이 가스 공급로(6)의 상류측은, 2개의 분기관(6a, 6b)으로 분기되어 있다. 분기관(6a)에는 플라즈마 가스인 Ar(아르곤) 가스의 가스 공급원(61)이 가스 공급 기기군(62)을 거쳐서 접속되고, 분기관(6b)에는 클리닝 가스인 O2 가스의 가스 공급원(63)이 가스 공급 기기군(64)을 거쳐서 접속되어 있다. 또한, 가스 공급 기기군(62, 64)은, 각각 밸브나 매스플로우 컨트롤러 등을 포함하고, 가스 공급의 제어를 행하기 위한 것이다.
이상의 공급로(6), 분기관(6b), 기기군(64) 및 공급원(63)에 의해, 처리 용기(1) 내의 퇴적물을 제거하기 위한 클리닝 가스를 처리 용기(1) 내에 공급하는 클리닝 가스 공급계가 구성되어 있다.
처리 용기(1)의 상부에는, 유전체 플레이트(마이크로파 투과창)(7)가 마련되어 있다. 이 유전체 플레이트(7)의 위에는, 안테나 부재(8)가 밀접하도록 마련되어 있다. 이 안테나 부재(8)는, 원판형의 안테나 본체(80)와, 이 본체(80)의 아래 면에 지상판(83)(遲相板: lagging phase plate)을 개재하여 부착된 원판형의 평면 안테나부재재(슬롯판)(81)를 구비하고 있다. 평면 안테나부재재(슬롯판)(81)에는, 다수의 슬롯 쌍이 형성되어 있다. 이들 안테나 본체(80), 평면 안테나부재재(81) 및 지상판(83)에 의해 방사상 라인 슬롯 안테나(RLSA)가 구성되어 있다.
안테나 부재(8)는, 동축 도파관(84)을 거쳐서 마이크로파 발생기(92)로부터 마이크로파가 공급되도록 되어 있다. 동축 도파관(84)의 외측의 도파관(84A)은 안테나 본체(80)에 접속되고, 중심도체(84B)는 지상판(83)에 형성된 개구부를 거쳐서 평면 안테나부재재(81)에 접속되어 있다.
처리 용기(1)의 바닥부에는 배기관(85)이 접속되어 있다. 이 배기관(85)은, 예를 들면 버터플라이 밸브 등으로 이루어지는 압력 조정기(86)를 거쳐서, 진공 배기 수단인 진공 펌프(87)에 접속되어 있다. 처리 용기(1)의 측벽에는, 제 2 가열기(88)가 매설되어 있다. 또한 처리 용기(1)의 측벽에는, 내측벽(4)에 형성된 반송구(41)(도 2)와 대향하는 위치에, 게이트 밸브(89)에 의해 개폐 가능한 웨이퍼 W의 반출입구(90)가 형성되어 있다.
플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 컴퓨터로 이루어지는 제어기(91)를 구비하고 있다. 이 제어기(91)는, 가스 공급 기기군(51, 62, 64), 압력 조정기(86), 제1 및 제 2 가열기(43, 88), 온도 조절 수단(2b), 마이크로파 발생기(92), 스위치(22), 승강 기구(25) 등을 제어하도록 구성되어 있다. 또한 제어기(91)는, 처리 용기(1) 내에서 행하여지는 후술하는 성막 및 클리닝 방법의 일련의 공정을 실행하기 위한 시퀀스 프로그램을 저장한 기억 매체나, 각 프로그램의 명령을 판독하여 각부에 제어 신호를 출력하는 수단 등을 구비하고 있다.
계속해서, 이상 설명한 바와 같은 플라즈마 처리 장치에 의해 행하여지는 성막 및 클리닝 방법의 실시 형태에 대하여, 주로 도 1, 도 4 및 도 5에 기초하여 설명한다.
우선 탑재대(2)를, 온도 조절 수단(2b)에 의해 380℃로 가열한다. 또한 제 1 가열기(43)에 의해, 내측벽(제 1 부위)(4)을 제 1 온도인 200℃로 가열한다. 한편, 제 2 가열기(88)에 의해서, 처리 용기(1)의 측벽(제 2 부위)을 제 2 온도인 90℃로 가열한다(도 4의 단계 S1). 다음에 도시하지 않는 반송 암에 의해 웨이퍼 W를 처리 용기(1) 내에 반입하여, 탑재대(2)의 위에 얹어 놓고 정전 흡착한다(도 4의 단계 S2).
계속해서 웨이퍼 W의 표면에, 예를 들면 층간 절연막으로서의 CF막을 성막한다(도 4의 단계 S3). 구체적으로는, 처리 용기(1)의 내부를 소정의 압력까지 진공으로 하면서, 처리 용기(1) 내에, 가스 공급로(6)로부터 Ar 가스를 공급함과 함께, 처리 가스 공급계의 가스 공급 부재(3)로부터 처리 가스인 C5F8 가스를 공급한다.
한편, 마이크로파 발생기(92)로부터, 예를 들면 2.45GHz, 2000W의 마이크로파를 공급한다. 그러면, 이 마이크로파는, TM 모드, TE 모드 내지 TEM 모드로 동축 도파관(84) 내를 전파하여, 안테나 부재(8)의 평면 안테나부재재(81)에 도달한다. 그리고, 마이크로파는, 동축 도파관(84)의 내부 도체(84B)를 거쳐서, 평면 안테나부재재(81)의 중심부로부터 주연 영역을 향해서 방사상으로 전파된다. 그 동안에, 평면 안테나부재재(81)의 다수의 슬롯쌍으로부터, 유전체 플레이트(7)를 거쳐서 마이크로파가 아래쪽으로 방사된다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 이 마이크로파의 에너지에 의해 처리 용기(1) 내의 Ar 가스가 활성화되어, 가스 공급 부재(3)의 위쪽 공간에 고밀도로 균일한 플라즈마가 여기된다. 그리고, 이 아르곤의 활성종은 가스 공급 부재(3)를 지나서 아래쪽의 처리 공간으로 흘러들어 간다. 가스 공급 부재(3)로부터 처리 공간에 공급되는 C5F8 가스는, 흘러들어 온 아르곤의 활성종에 의해 활성화된다. 이에 따라, 탑재대(2) 위의 웨이퍼 W의 표면에 CF막(100)이 성막된다. 이 때 내측벽(4)의 표면 및 탑재대(2)의 측면에도 CF막(100)이 퇴적한다. 또한, 플라즈마 내의 활성종이, 내측벽(4)의 반송구(41) 및 창(42)(도 2)을 지나서 처리 용기(1)의 측벽 내면에 달하여, 여기에도 CF막(100)이 퇴적한다.
이 성막 처리에 있어서는, 탑재대(2)에 내장된 온도 조절 수단(2b)의 온도 조절 작용과 플라즈마로부터의 입열 작용에 의해 웨이퍼 W의 온도가 380℃로 가열된다. 또한, 처리 분위기를 둘러싸는 내측벽(4)이 200℃로 가열되고, 처리 용기(1)의 측벽이 90℃로 가열되고 있다. 이와 같은 온도 조건하에서는, 웨이퍼 W 위에 성막되는 CF막(100)의 막 두께에 대하여 높은 면내 균일성을 얻을 수 있는 것이 실험으로부터 파악되고 있다.
또한, 원료 가스의 플라즈마 발광 영역은 내측벽(4)보다도 내측에 있지만, 상술한 바와 같이, 플라즈마 내의 활성종은 처리 용기(1)의 벽면 내면에도 도달한다. 이 때문에 처리 용기(1)의 측벽도, 성막 처리의 환경의 일부를 이루는 것이다. 따라서, 처리 용기(1)의 측벽이 극단적으로 차가워지면, 성막 처리가 불안정하게 되어 웨이퍼 W의 막 두께의 면내 균일성 등이 나빠지기 때문에, 처리 용기(1)의 측벽(제 2 부위)도 가열되고 있다. 그러나, 처리 용기(1)의 측벽이 너무 고온으로 되면 작업자에 대한 안전성에 문제가 나타내기 때문에, 프로세스적으로는 보다 고온으로 하는 것이 바람직한 것이지만, 대략 90℃ 정도의 가열 온도로 억제하고 있다.
이 웨이퍼 W에 대한 성막 처리가 종료하면，처리 용기(1)로부터 해당 웨이퍼 W가 반출된다(도 4의 단계 S4). 그 후, 후속의 웨이퍼 W가 순차적으로 반입되어 마찬가지의 성막 처리가 행하여진다. 그리고, 처리 용기(1) 내(제 1 및 제 2 부위)의 퇴적물의 부착 두께가 기준값을 초과하면(도 4의 단계 S5), 온도 조정 공정(도 4의 단계 S6)을 거쳐서 처리 용기(1) 내의 클리닝 공정(도 4의 단계 S7)이 행하여진다.
온도 조정 공정(도 4의 단계 S6)에 있어서는, 제 1 가열기(43)의 발열량을 작게 함으로써 내측벽(4)의 온도를, 성막시의 200℃로부터, 처리 용기(1)의 측벽의 온도인 90℃까지 낮춘다. 다음에, 클리닝 공정(도 4의 단계 S7)에서는, 처리 용기(1) 내를 진공 배기하면서, 처리 용기(1) 내에 클리닝 가스인 O2 가스를 공급한다. 그리고, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 발생기(92)부터의 마이크로파의 에너지에 기초하여 O2 가스가 플라즈마화되어, 내측벽(제 1 부위)(4)의 표면 및 탑재대(2)의 측면에 부착되어 있는 퇴적물(CF막)(100)이 제거된다. 한편, 플라즈마 내의 활성종이, 내측벽(4)의 반송구(41) 및 창(42)(도 2)을 지나서 처리 용기(1)의 측벽(제 2 부위) 내면에도 도달하여, 거기에 부착되어 있는 퇴적물(CF막)(100)도 제거된다. 이렇게 해서 처리 용기(1) 내의 클리닝이 종료된다.
본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼 W에 대하여 성막 처리를 행한 후, 처리 용기(1) 내를 클리닝하기 전에, 내측벽(제 1 부위)(4)의 온도를, 성막시의 제 1 온도로부터 저하시켜 처리 용기(1)의 측벽(제 2 부위)의 제 2 온도에 접근시키는 온도 조정이 행하여진다. 그리고, 이 온도 조정 후에, 처리 용기(1) 내에 클리닝 가스인 O2 가스를 공급하여 클리닝을 행하고 있다. 이에 따라, 그와 같은 온도 조정을 행하지 않고 클리닝를 행한 경우에 발생하는, 제 1 부위에 부착되어 있던 퇴적물(CF막(100))의 분해 생성물이 제 2 부위로 전이하는 현상을 억제하여, 처리 용기 내의 클리닝을 조속히 행할 수 있다.
이하에, 본 발명의 이와 같은 작용을, 종래와의 비교에 있어서 설명한다.
우선, 도 6에 도시하는 종래의 클리닝 공정에서는, 제 1 부위인 내측벽(4)의 온도 및 제 2 부위인 처리 용기(1)의 측벽의 온도는, 각각 성막시에 있어서의 200℃ 및 90℃와 같다. 따라서, 제 1 부위인 내측벽(4)이 고온 부위, 제 2 부위인 처리 용기(1)의 측벽이 저온 부위로서 표시되어 있다.
도 6의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 처리 용기 내에 클리닝 가스인 O2 가스가 공급되면, 우선 고온 부위(4)에 부착되어 있는 퇴적물(CF막)(200)이 O2 플라즈마에 의해서 분해된다. 이 분해 생성물은 저온 부위(2) 쪽을 향하여 비산하고, 저온 부위(2)에 부착되어 있는 퇴적물(200)의 위로 전이한다. 저온 부위(2)에 있어서도 퇴적물의 분해는 일어나고 있다고 생각된다. 그러나, 고온 부위(4)부터의 분해 생성물이 저온 부위(2)에 트랩되기 쉽다고 생각된다. 즉, 저온 부위(2)에 있어서는 퇴적물의 분해 작용보다도 부착 작용 쪽이 우세하게 되어, 퇴적물의 두께는 커져 간다. 그리고, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이 고온 부위(4)에 부착되어 있는 퇴적물(200)이 완전히 제거된 후에, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이 O2 플라즈마에 의해 저온 부위(2)에 부착되어 있는 퇴적물(200)의 분해가 촉진된다. 그리고, 도 6 의 (e)에 도시하는 바와 같이 저온 부위(2)에 부착되어 있는 퇴적물(200)이 완전히 제거된다.
종래의 클리닝 공정에서는, 이상과 같은 과정에 의해 고온 부위(4)에 부착되 어 있는 퇴적물(200) 및 저온 부위(2)에 부착되어 있는 퇴적물(200)이, 각각 제거되는 것으로 추측된다. 또한, 도 7은, 저온 부위(2)에 부착되어 있는 퇴적물의 부착 두께의 시간 경과 변화를 나타내고 있다. 도 7에 따르면, 클리닝를 개시하고 나서, 저온 부위(2)에 있어서의 퇴적물의 부착 두께가 일단 커지는 현상이 일어나고, 그 후, 시간의 경과와 함께 부착 두께가 작아지는 것을 알 수 있다.
한편, 도 8에 도시하는 본 발명의 클리닝 공정에서는, 제 1 부위인 내측벽(4)의 온도 및 제 2 부위인 처리 용기(1)의 측벽의 온도는, 온도 조정 공정을 거쳐서, 모두 90℃로 설정되어 있다. 따라서, 제 1 부위인 내측벽(4)과, 제 2 부위인 처리 용기(1)의 측벽이, 함께 저온 부위로서 표시되어 있다.
도 8의 (a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 처리 용기 내에 클리닝 가스인 O2 가스가 공급되면, 제 1 부위(4)에 부착되어 있는 퇴적물(200) 및 제 2 부위(2)에 부착되어 있는 퇴적물(200)은 O2 플라즈마에 의해서 거의 동시에 분해가 개시된다. 그리고, 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 양쪽 부위(4,2)에 부착되어 있는 퇴적물(200)이 거의 동시에 제거되는 것으로 추측된다.
또한, 도 9의 곡선(I)은 제 2 부위에 있어서의 퇴적물의 부착 두께의 시간 경과 변화를 나타내고 있다. 도 9의 곡선(I)에 나타내는 바와 같이 클리닝를 개시하고 나서, 제 2 부위에 있어서의 퇴적물의 부착 두께가 일단 커지는 현상이 일어나는 일없이, 시간과 함께 부착 두께가 작아지는 것을 알 수 있다. 이 때문에 클리닝에 요하는 시간이 단축되게 된다.
또한, 도 7의 데이터는 다음과 같이 하여 얻어졌다. 우선, 내측벽(4)의 온도를 200℃, 처리 용기(1)의 측벽 온도를 90℃, 탑재대(2)의 온도를 90℃로 설정한다. 그리고 탑재대(2) 위에 두께 α의 CF막이 성막된 한변 약 3cm의 정방형 웨이퍼편을 3장 놓고, O2 플라즈마에 의한 클리닝을 개시한다. 클리닝 개시로부터 시간 t1경과 후에 클리닝을 일단 정지하여 웨이퍼편을 하나 취출한다. 클리닝를 재개하여 최초의 클리닝 개시부터의 정미의 클리닝 시간 t2 경과 후에 2장째의 웨이퍼편을 취출한다. 마찬가지로 하여, t3 시간 경과 후에 3장째의 웨이퍼편을 처리 용기(1)로부터 취출한다. 그리고, 각 웨이퍼편 위의 CF막의 두께를 측정하여, 도 7의 결과를 얻었다. 이 실험에서는, 처리 용기(1)의 측벽 온도와 탑재대(2)의 온도를 90℃로 맞추고 있기 때문에, 웨이퍼편 위의 CF막 두께의 변화와, 처리 용기(1)의 측벽의 퇴적물의 부착 두께 변화가 대응하고 있는 것으로 간주했다. 즉, 웨이퍼편 위의 막 두께 측정 결과에 기초하여, 처리 용기(1)의 측벽의 부착 두께 변화를 평가하고 있다.
또한 도 9의 곡선(I)의 데이터는, 내측벽(4)의 온도를 90℃로 설정하는 이외에는, 도 7의 경우와 마찬가지의 방법으로 얻었다.
본 발명은, 성막 공정과 클리닝 공정 사이에 행하여지는 온도 조정 공정에서, 제 1 부위의 온도를 저하시켜 제 2 부위의 온도(제 2 온도)에 가까이하는 것이다. 즉, 제 1 부위의 온도를 제 2 온도와 고르게 하는 경우뿐만 아니라, 제 1 부위의 온도를, 제 1 온도보다 낮게 제 2 온도보다도 높게 하는 경우와, 제 2 온도보다 도 더욱 낮게 하는 경우도 포함하고 있다. 단, 제 2 부위에 있어서의 퇴적물의 부착 두께의 시간 경과 변화에 대하여, 도 7에 도시하는 바와 같은 일단 커지는 현상이 일어나는 일없이, 도 10에 도시하는 바와 같이 시간과 함께 작아져 가는 정도로, 제 1 부위의 온도를 제 2 온도에 충분히 가까이하는 것이 바람직하다.
도 9의 곡선(Ⅱ)의 데이터는, 내측벽(4)의 온도를 150℃로 설정하는 이외에는, 도 7의 경우와 마찬가지의 방법으로 얻은 것이다. 이 경우, 내측벽(4)의 온도가 90℃일 때(곡선(I))와 비교하여 클리닝 시간은 오래 걸리고 있다. 그러나, 부착 두께가 일단 커지는 현상은 발생하지 않고, 내측벽(4)의 온도가 200℃일 때(도 7)보다도 클리닝 시간은 적게 끝난다. 이 결과로부터 본 발명자는, 본 발명의 온도 조정 공정에 있어서 「제 1 부위의 온도를 제 2 온도에 충분히 가까이한다」라는 것은, 양자의 온도차를 약 60℃ 이내로 하는 것을 의미하는 것으로 생각하고 있다.
또한, 「제 2 부위」는, 여기에서는 처리 용기(1)의 측벽을 예로 들어 설명했지만, 제 1 부위보다도 온도가 낮은 처리 용기 내의 부위이면, 처리 용기 내의 어떤 부품이나 부재이더라도 된다. 또한, 「제 2 부위」는, 처리 용기 내에 형성되는 처리 공간에 면한 부위이면, 유전체 플레이트(7)의 표면을 포함하는 어떤 부위이더라도 된다.
다음에 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실험에 대하여 말한다.
[실시예]
도 1에 도시하는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제 1 가열기(43)에 의한 내측벽(제 1 부위)(4)의 가열 온도(제 1 온도)를 200℃로 설정하고, 제 2 가열기(88) 에 의한 처리 용기(1)의 측벽(제 2 부위)의 가열 온도(제 2 온도)를 90℃로 설정하여, 처리 용기(1) 내에 Ar 가스 및 C5F8 가스를 공급하여 웨이퍼 W의 표면에 CF막을 성막했다. 이 CF막의 막 두께는 1800nm이다. 이 웨이퍼 W를 반송 암에 의해 처리 용기(1) 내로부터 반출한 후, 제 1 가열기(43)에 의한 제 1 부위(4)의 가열 온도를 200℃로부터 제 2 온도와 동일한 90℃로 저하시켰다. 다음에, 처리 용기(1) 내에 클리닝 가스인 O2 가스를 공급하여, 처리 용기(1) 내의 클리닝을 30분간 행했다.
[비교예]
제 1 가열기(43)에 의한 내측벽(제 1 부위)(4)의 가열 온도를 200℃로 설정한 채로 클리닝를 행한 것 외에는, 상기 실시예와 마찬가지의 조건으로 성막 및 클리닝을 행했다.
[결과 및 고찰]
도 10에, 상기 실시예 및 비교예에 대하여, 클리닝 후의 처리 용기(1)의 측벽(제 2 부위) 내면에 있어서의 퇴적물의 부착 두께의 측정 결과를 나타낸다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 측정된 퇴적물의 부착 두께는, 본 발명의 실시예에서는 90nm이며, 비교예에서는 1100nm이었다. 이 결과로부터도, 본 발명과 같이 처리 용기 내에서, 제 1 부위의 온도를 성막시의 온도로부터 저하시켜서 제 2 부위의 온도에 접근시키고 나서 클리닝을 행한 쪽이, 종래보다도 빨리 클리닝할 수 있다는 것을 알 수 있다.
Claims (6)
- 처리 용기 내의 제 1 부위를 제 1 온도로 가열함과 동시에, 상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 상기 제 1 온도보다도 낮은 제 2 온도로 가열하면서, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판 상에 성막을 행하는 성막 공정과,상기 성막 공정 후에, 상기 제 1 부위의 온도를 저하시켜 상기 제 2 온도에 가까이하는 온도 조정 공정과,상기 온도 조정 공정 후에, 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 표면에 부착되어 있는 퇴적물을 제거하는 클리닝 공정을 구비한 것을 특징으로 하는성막 및 클리닝 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 부위는, 상기 처리 용기 내에 마련된 내부 부재이며, 상기 제 2 부위는, 상기 처리 용기의 측벽인 것을 특징으로 하는성막 및 클리닝 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 처리 용기의 측벽은 원통형을 이루고, 상기 내부 부재는, 상기 처리 용 기의 측벽에 의해 둘러싸인 원통형 부재인 것을 특징으로 하는성막 및 클리닝 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 처리 용기 내에, 상기 기판을 지지하는 탑재대와, 이 탑재대와 상기 처리 용기의 상부 사이에 위치하는 가스 공급 부재가 마련되어 있고,상기 내부 부재는, 상기 가스 공급 부재로부터 아래쪽으로 연장하는 원통형 부재인 것을 특징으로 하는성막 및 클리닝 방법.
- 제 1 부위 및 제 2 부위를 내부에 갖는, 기판을 수납하는 처리 용기와,상기 기판 상에 성막을 행하기 위한 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 처리 가스 공급계와,상기 처리 용기 내의 퇴적물을 제거하기 위한 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 클리닝 가스 공급계와,상기 처리 용기 내의 제 1 부위를 가열하는 제 1 가열기와,상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 가열하는 제 2 가열기와,상기 처리 가스 공급계, 상기 클리닝 가스 공급계, 및 상기 제 1 및 제 2 가열기를 제어하는 제어기를 구비하고,상기 제어기는,상기 제 1 가열기에 의해 상기 처리 용기 내의 제 1 부위를 제 1 온도로 가열함과 동시에, 상기 제 2 가열기에 의해 상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 상기 제 1 온도보다도 낮은 제 2 온도로 가열하면서, 상기 처리 가스 공급계에 의해 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판 상에 성막을 행하는 성막 공정과,상기 성막 공정 후에, 상기 제 1 가열기에 의한 상기 제 1 부위의 가열 온도를 저하시켜 상기 제 2 온도에 가까이하는 온도 조정 공정과,상기 온도 조정 공정의 후에, 상기 클리닝 가스 공급계에 의해 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 표면에 부착되어 있는 퇴적물을 제거하는 클리닝 공정을 실행하는 제어를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는성막 장치.
- 제 1 부위 및 제 2 부위를 내부에 갖는, 기판을 수납하는 처리 용기와,상기 기판 상에 성막을 행하기 위한 처리 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 처리 가스 공급계와,상기 처리 용기 내의 퇴적물을 제거하기 위한 클리닝 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 클리닝 가스 공급계와,상기 처리 용기 내의 제 1 부위를 가열하는 제 1 가열기와,상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 가열하는 제 2 가열기와,상기 처리 가스 공급계, 상기 클리닝 가스 공급계, 및 상기 제 1 및 제 2 가열기를 제어하는 제어기를 구비하는 성막 장치의 상기 제어기에 있어서,상기 제 1 가열기에 의해 상기 처리 용기 내의 제 1 부위를 제 1 온도로 가열함과 동시에, 상기 제 2 가열기에 의해 상기 처리 용기 내의 제 2 부위를 상기 제 1 온도보다도 낮은 제 2 온도로 가열하면서, 상기 처리 가스 공급계에 의해 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하여, 상기 처리 용기 내의 기판 상에 성막을 행하는 성막 공정과,상기 성막 공정 후에, 상기 제 1 가열기에 의한 상기 제 1 부위의 가열 온도를 저하시켜 상기 제 2 온도에 가까이하는 온도 조정 공정과,상기 온도 조정 공정 후에, 상기 클리닝 가스 공급계에 의해 상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하여, 상기 제 1 부위 및 상기 제 2 부위의 표면에 부착되어 있는 퇴적물을 제거하는 클리닝 공정을 실행하는 제어를 행하게 하는 프로그램을 저장한기억 매체.
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