KR20090106439A

KR20090106439A - Quartz member

Info

Publication number: KR20090106439A
Application number: KR1020090078578A
Authority: KR
Inventors: 데츠로 다카하시
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2009-10-09
Also published as: KR101123538B1

Abstract

PURPOSE: A quartz member is provided to perform a plasma nitriding process while generation of a particle is suppressed. CONSTITUTION: A quartz member generates plasma having high ion energy more than 5.3eV under process pressure 15Pa by using a process gas including an Ar gas and an N2 gas. The quartz member is surface-processed through the plasma, and is used in a plasma processing apparatus(100). In the plasma surface process, electron temperature of the plasma around a surface of the quartz member is more than 2eV. The plasma surface process is repeated as 25~2000 times.

Description

Quartz member {QUARTZ MEMBER}

도 1은 본 발명 방법의 실시에 적합한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 단면도이고,1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus suitable for implementing the method of the present invention;

도 2는 평면 안테나 부재의 구조를 도시하는 도면이고, 2 is a diagram showing the structure of a planar antenna member;

도 3은 플라즈마 표면 처리를 하지 않은 경우의 플라즈마 질화 처리에 있어서의 파티클수와 처리매수의 관계를 나타내는 그래프도이고, 3 is a graph showing the relationship between the number of particles and the number of treated sheets in the plasma nitridation treatment when the plasma surface treatment is not performed;

도 4는 플라즈마 표면 처리를 한 경우의 플라즈마 질화 처리에 있어서의 파티클수와 처리매수의 관계를 나타내는 그래프도이고, 4 is a graph showing the relationship between the number of particles and the number of treated sheets in the plasma nitridation treatment when the plasma surface treatment is performed;

도 5는 플라즈마 표면 처리전후의 러프네스의 차이를 나타내는 그래프도이고, 5 is a graph showing differences in roughness before and after plasma surface treatment;

도 6은 AFM 측정에 의한 플라즈마 표면 처리전의 마이크로파 투과판의 표면 상태를 도시한 도면이고, Fig. 6 is a diagram showing the surface state of the microwave transmitting plate before plasma surface treatment by AFM measurement,

도 7은 AFM 측정에 의한 플라즈마 표면 처리후의 마이크로파 투과판의 표면 상태를 도시한 도면이고, Fig. 7 is a diagram showing the surface state of the microwave transmitting plate after the plasma surface treatment by AFM measurement,

도 8은 마이크로파 파워와 이온 에너지의 관계를 처리 압력별로 플롯한 그래프도이고, 8 is a graph plotting the relationship between microwave power and ion energy for each processing pressure.

도 9는 처리 압력과 이온 에너지의 관계를 마이크로파 파워별로 플롯한 그래 프도이고, 9 is a graph plotting the relationship between processing pressure and ion energy for each microwave power.

도 10은 플라즈마 생성부로부터의 거리와 전자 온도의 관계를 나타내는 그래프도이고, 10 is a graph showing the relationship between the distance from the plasma generating unit and the electron temperature;

도 11은 러닝시험에 있어서의 파티클수의 추이를 나타내는 그래프도이고,11 is a graph showing the transition of the number of particles in the running test,

도 12는 플라즈마 처리 방법의 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 12 is a flowchart illustrating an example of a procedure of a plasma processing method.

(도면의 주요부분에 관한 부호의 설명)(Explanation of symbols about main parts of drawing)

1: 챔버(처리실) 2: 탑재대1: chamber (process chamber) 2: mounting table

3: 지지부재 5a: 히터3: support member 5a: heater

15: 가스도입부 16: 가스공급계15: gas introduction unit 16: gas supply system

17: Ar 가스 공급원 18: N₂ 가스 공급원17: Ar gas source 18: N ₂ gas source

23: 배기관 24: 배기장치23: exhaust pipe 24: exhaust device

25: 반출입구 26: 게이트밸브25: Outlet and outlet 26: Gate valve

28: 마이크로파 투과판 29: 시일부재28: microwave transmission plate 29: sealing member

31: 평면 안테나부재 32: 마이크로파 방사 구멍31: flat antenna member 32: microwave radiation hole

37: 도파관 37a: 동축도파관37: waveguide 37a: coaxial waveguide

37b: 직사각형도파관 39: 마이크로파 발생장치37b: rectangular waveguide 39: microwave generator

40: 모드 변환기 50: 프로세스 컨트롤러40: mode converter 50: process controller

100: 플라즈마 처리 장치 W: 웨이퍼(기판)100: plasma processing apparatus W: wafer (substrate)

특허문헌 1: 일본 특허공개 2000-294550호 공보(도 3 등)Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-294550 (Fig. 3, etc.)

본 발명은, 플라즈마 폭로 환경하에서 사용되는 석영제부재를 플라즈마에 의해서 표면 처리하는 플라즈마 표면 처리 방법, 해당 플라즈마 표면 처리 방법에 의해서 처리된 석영제부재, 이 석영제부재를 이용하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma surface treatment method for surface treatment of a quartz member used in a plasma exposure environment with plasma, a quartz member treated by the plasma surface treatment method, a plasma processing apparatus using the quartz member and a plasma treatment. It is about a method.

플라즈마를 이용하여 성막이나 에칭 등의 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치는, 예컨대, 실리콘이나 화합물 반도체로 제작되는 각종 반도체 장치, 액정 표시 장치(LCD)로 대표되는 FPD(플랫·패널·디스플레이) 등의 제조과정에서 사용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 플라즈마 처리공간을 형성하는 챔버내 부품으로서, 석영 등의 유전체를 재질로 하는 부재가 다용되고 있다. 예컨대, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나에 의해 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 마이크로파 여기 플라즈마 처리 장치에서는, 도파관을 타고 온 마이크로파가, 평면 안테나 및 석영제의 마이크로파 투과판을 거쳐서 챔버내에 도입되어, 처리 가스와 반응하여 고밀도 플라즈마를 생성시키는 구성으로 되어있다(예컨대 특허문헌1).Plasma processing apparatuses for performing processes such as film formation and etching using plasma are, for example, various semiconductor devices made of silicon or compound semiconductors, FPDs (flat panel displays) represented by liquid crystal display devices (LCDs), and the like. It is used in the manufacturing process. In such a plasma processing apparatus, a member made of a dielectric material such as quartz is frequently used as a component in a chamber for forming a plasma processing space. For example, in a microwave excitation plasma processing apparatus in which microwaves are introduced into a processing chamber by a planar antenna having a plurality of slots to generate plasma, microwaves introduced through the waveguide are introduced into the chamber via a planar antenna and a microwave transmitting plate made of quartz. And a high density plasma is generated by reacting with the processing gas (for example, Patent Document 1).

그런데, 각종 반도체 장치나 FPD 등의 제품을 제조할 때에는, 제품 관리상 허용되는 파티클수의 기준치(허용 파티클수)가 설정되어 있기 때문에, 파티클수의 저감을 도모하는 것은 제품의 수율을 향상시키는 데에 있어서 지극히 중요하다. 그러나, 상기 한 바와 같은 구성의 마이크로파 여기 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 피처리 기판 표면의 실리콘을 질화 처리하는 실리콘 질화막 형성 프로세스에 있어서는, 처리매수가 예컨대 1000장을 넘으면, 상기 기준치를 넘는 파티클이 발생하고, 처리매수가 불어남과 동시에 파티클수도 증가해 나간다. 또한, 파티클수는, 장시간의 아이들 타임(즉, 정지 상태) 후에 특히 증가한다. 또한, 파티클의 발생 상황은 플라즈마 처리 조건에 따라서도 차이가 보여 저압력, 고파워로 반복하여 플라즈마 질화 처리를 실행한 경우에는, 파티클이 발생하기 쉬운 경향이 있다. By the way, when manufacturing various kinds of semiconductor devices, FPD, and the like, since the standard value (allowable particle number) of the number of particles allowed in the product management is set, the reduction of the number of particles improves the yield of the product. It is extremely important to. However, in the silicon nitride film formation process in which the silicon on the surface of a substrate is nitrided using the microwave excitation plasma processing apparatus having the above-described configuration, when the number of processed sheets exceeds 1000 sheets, for example, particles exceeding the reference value are generated. At the same time, the number of particles increases and the number of particles increases. In addition, the number of particles increases especially after a long idle time (i.e., a stationary state). In addition, the particle generation situation is different depending on the plasma processing conditions, and when the plasma nitridation treatment is repeatedly performed at low pressure and high power, particles tend to be easily generated.

상기 한 바와 같이 반복하여 플라즈마 질화 처리를 실행하는 경우에는, 파티클수가 점차 증가함으로써, 제품의 수율이 저하해 버린다는 문제가 있었다. 따라서, 프로세스의 전체에 걸쳐 파티클수를 기준치(허용 파티클수) 이하로 억제하는 것이 필요하여, 그를 위한 대책이 요구되고 있었다. As described above, when the plasma nitridation treatment is repeatedly performed, there is a problem that the yield of the product decreases because the number of particles gradually increases. Therefore, it is necessary to suppress the particle number below the reference value (allowed particle number) throughout the process, and a countermeasure therefor has been demanded.

본 발명은, 복수의 피처리 기판에 대하여 반복하여 플라즈마 처리를 실행하는 경우에 있어서도, 파티클의 발생이 억제되어, 제품의 수율을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다. An object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of suppressing generation of particles and improving the yield of products even when the plasma processing is repeatedly performed on a plurality of substrates to be processed. Shall be.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점은, 플라즈마 폭로 환경하에서 사용되는 석영제부재에 대하여, 5.3 eV 초과의 이온 에너지를 갖는 플라즈마에 의해서 표면 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 표면 처리 방법을 제공한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the said subject, the 1st viewpoint of this invention is surface plasma processing which performs the surface treatment with the plasma which has ion energy more than 5.3 eV with respect to the quartz member used in a plasma exposure environment. Provide a treatment method.

상기 제 1 관점에 있어서, 상기 석영제부재의 표면근방에 있어서의 상기 플라즈마의 전자온도가 2 eV 이상인 것이 바람직하다. In the first aspect, the electron temperature of the plasma in the vicinity of the surface of the quartz member is preferably 2 eV or more.

또한, 상기 표면 처리는, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나에 의해 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치에 있어서, Ar 가스 및 N₂ 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용하여, 처리 압력 15 Pa 이하, 마이크로파 파워 0.9 W/㎠ 이상의 조건에서, 30∼300초간의 처리를 25∼2000회 반복하는 것이 바람직하다. In addition, the surface treatment is a plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the processing chamber by a planar antenna having a plurality of slots, using a plasma of a processing gas containing Ar gas and N ₂ gas, It is preferable to repeat a process for 30 to 300 second 25-2000 times on the conditions of 15 Pa or less of processing pressures, and 0.9 W / cm <2> or more of microwave powers.

본 발명의 제 2 관점은, 상기 제 1 관점의 플라즈마 표면 처리 방법에 의해 표면 처리된 석영제부재를 제공한다.The 2nd viewpoint of this invention provides the quartz member surface-treated by the plasma surface treatment method of the said 1st viewpoint.

상기 제 2 관점에 있어서, 상기 석영제부재는, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나에 의해 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 상기 처리실의 천장벽을 이룸과 동시에 상기 마이크로파를 투과시켜 플라즈마 형성 공간에 공급하는 마이크로파 투과판이더라도 좋다.In the second aspect, the quartz member is a plasma processing apparatus which generates a plasma by introducing microwaves into a processing chamber by a planar antenna having a plurality of slots, and simultaneously forming the ceiling wall of the processing chamber. It may be a microwave permeable plate that transmits the light to the plasma formation space.

본 발명의 제 3 관점은, 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 처리하기 위한 진공배기 가능한 처리실과, According to a third aspect of the present invention, there is provided a process chamber capable of evacuating a substrate to be processed using plasma;

상기 처리실내에 마이크로파를 도입하는 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나와,A planar antenna having a plurality of slots for introducing microwaves into the processing chamber;

상기 처리실의 천장벽을 이룸과 동시에 상기 평면 안테나의 하방에서 상기 마이크로파를 투과시켜 플라즈마 형성 공간에 공급하는 마이크로파 투과판을 구비하고, A microwave transmissive plate that forms a ceiling wall of the processing chamber and simultaneously transmits the microwaves from below the planar antenna to be supplied to a plasma formation space,

상기 마이크로파 투과판은, 상기 제 1 관점의 플라즈마 표면 처리 방법에 의해 표면 처리된 석영제부재인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치를 제공한다. The said microwave transmission plate is a quartz member surface-treated by the plasma surface treatment method of a said 1st viewpoint, The plasma processing apparatus is provided.

본 발명의 제 4 관점은, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나에 의해 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리 장치를 이용하고, 상기 처리실내에 5.3 eV 초과의 이온 에너지를 갖는 제 1 플라즈마를 형성하여, 상기 처리실의 구성 부재를 해당 플라즈마에 의해 표면 처리하는 표면 처리공정과, A fourth aspect of the present invention provides a first plasma having ion energy of greater than 5.3 eV in the processing chamber, using a plasma processing apparatus that introduces microwaves into the processing chamber by a planar antenna having a plurality of slots and generates plasma. A surface treatment step of forming a surface and surface treating the constituent members of the treatment chamber by the plasma;

상기 처리실내에 피처리 기판을 반입하여 제 2 플라즈마를 형성하고, 피처리 기판을 플라즈마 처리하는 기판 처리공정을 포함한 플라즈마 처리 방법을 제공한다.The present invention provides a plasma processing method including a substrate processing step of bringing a substrate to be processed into the processing chamber to form a second plasma, and plasma processing the substrate.

상기 제 4 관점에 있어서, 상기 표면 처리공정에서 이용하는 상기 제 1 플라즈마는, 상기 구성 부재근방에서 그 전자온도가 2 eV 이상인 것이 바람직하다. In the fourth aspect, it is preferable that the electron temperature of the first plasma used in the surface treatment step is 2 eV or more in the vicinity of the structural member.

또한, 상기 표면 처리공정은, 처리 가스로서 Ar 가스 및 N₂ 가스를 포함하는 가스를 이용하여, 처리압력 15 Pa 이하, 마이크로파 파워 0.9 W/㎠ 이상의 조건에서, 30∼300초간의 플라즈마 처리를 25∼2000회 반복하여 실행하는 것이 바람직하 다. In addition, the surface treatment step, using a gas containing Ar gas and N ₂ gas as the processing gas, plasma treatment for 30 to 300 seconds under the conditions of the processing pressure 15 Pa or less, microwave power 0.9 W / cm 2 or more 25 It is preferable to repeat the process of 2000 to 2000 times.

또한, 상기 기판 처리공정에서 이용하는 상기 제 2 플라즈마는, 상기 처리실내에서 5.3 eV 미만의 이온 에너지를 갖는 플라즈마인 것이 바람직하다. The second plasma used in the substrate processing step is preferably a plasma having ion energy of less than 5.3 eV in the processing chamber.

또한, 상기 제 2 플라즈마는, 전자온도가 1.5 eV 이하의 플라즈마인 것이 바람직하다. The second plasma is preferably a plasma having an electron temperature of 1.5 eV or less.

또한, 상기 기판 처리공정은, 플라즈마 질화 처리, 플라즈마 산화 처리 또는 플라즈마 산질화 처리인 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the said substrate processing process is a plasma nitridation process, a plasma oxidation process, or a plasma oxynitride process.

본 발명의 제 5 관점은, 컴퓨터상에서 동작하고, 실행시에, 상기 제 1 관점의 플라즈마 표면 처리 방법이 실행되도록 상기 플라즈마 처리 장치를 제어하는, 제어 프로그램을 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides a control program that operates on a computer and controls the plasma processing apparatus such that, when executed, the plasma surface treatment method of the first aspect is executed.

본 발명의 제 6 관점은, 컴퓨터상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 있어서, A sixth aspect of the present invention is a computer-readable storage medium in which a control program operating on a computer is stored.

상기 제어 프로그램은, 실행시에, 상기 제 1 관점의 플라즈마 표면 처리 방법이 실행되도록 상기 플라즈마 처리 장치를 제어하는 것인, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공한다.The control program provides a computer readable storage medium which, when executed, controls the plasma processing apparatus such that the plasma surface treatment method of the first aspect is executed.

본 발명의 제 7 관점은, 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 처리하기 위한 진공배기 가능한 처리실과, According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a processing chamber capable of evacuating a substrate to be processed using plasma;

상기 처리실내에 마이크로파를 도입하는 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나와, A planar antenna having a plurality of slots for introducing microwaves into the processing chamber;

상기 처리실내에서, 상기 제 1 관점의 플라즈마 표면 처리 방법이 실행되도록 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는, And a control unit for controlling the plasma surface treatment method of the first aspect to be executed in the processing chamber.

플라즈마 처리 장치를 제공한다. Provided is a plasma processing apparatus.

이하, 적절히 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시의 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1은, 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 이용 가능한 플라즈마 처리 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 플라즈마 처리 장치(100)는, 복수의 슬롯을 갖는 평면 안테나, 특히 RLSA(Radial Line Slot Antenna; 레이디얼 라인 슬롯 안테나)를 이용하여 처리실내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 발생시키는 것에 의해, 고밀도 또한 저전자 온도의 마이크로파 여기 플라즈마를 발생시킬 수 있는 RLSA 마이크로파 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있고, 1 × 10¹⁰∼5 × 10¹²/㎤의 플라즈마 밀도로, 또한 0.7∼2 eV의 저전자온도의 플라즈마에 의한 처리가 가능하다. 따라서, 각종 반도체 장치의 제조과정에서 실리콘을 질화 처리하여 실리콘 질화막을 형성하는 등의 목적으로 적합하게 이용 가능한 것이다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described concretely with reference to attached drawing suitably. 1: is sectional drawing which shows typically an example of the plasma processing apparatus which can be used for the plasma processing method of this invention. The plasma processing apparatus 100 generates a plasma by introducing a microwave into a processing chamber using a planar antenna having a plurality of slots, in particular, a radial line slot antenna (RLSA), to generate plasma. It is configured as an RLSA microwave plasma processing apparatus capable of generating a microwave excited plasma at a low electron temperature, and has a plasma density of 1 × 10 ^{10 to} 5 × 10 ¹² / cm 3 and a plasma at a low electron temperature of 0.7 to 2 eV. Treatment is possible. Therefore, it can be suitably used for the purpose of forming a silicon nitride film by nitriding silicon in the manufacturing process of various semiconductor devices.

상기 플라즈마 처리 장치(100)는, 기밀히 구성되어, 접지된 대략 원통 형상의 챔버(1)를 갖고 있다. 또한, 챔버(1)는, 각통 형상이더라도 좋다. 챔버(1)의 저벽(1a)의 대략 중앙부에는 원형의 개구부(10)가 형성되어 있고, 저벽(1a)에는 이 개구부(10)와 연통하여, 하방을 향해서 돌출하는 배기실(11)이 마련되어 있다. 이 배기실(11)은, 배기관(23)을 거쳐서 배기 장치(24)에 접속되어 있다. The plasma processing apparatus 100 is airtight and has a substantially cylindrical chamber 1 grounded. In addition, the chamber 1 may have a square cylinder shape. The circular opening 10 is formed in the substantially center part of the bottom wall 1a of the chamber 1, and the exhaust wall 11 is provided in the bottom wall 1a in communication with this opening 10, and protrudes downward. have. The exhaust chamber 11 is connected to the exhaust device 24 via the exhaust pipe 23.

챔버(1)내에는 피처리 기판인 실리콘 웨이퍼(이하, 간단히「웨이퍼」라고 한다)(W)를 수평으로 지지하기 위해서, 열전도성이 높은 AlN 등의 세라믹으로 이루어지는 탑재대(2)가 마련되어 있다. 이 탑재대(2)는, 배기실(11)의 바닥부 중앙으로부터 상방으로 연장하는 원통 형상의 AlN 등의 세라믹으로 이루어지는 지지 부재(3)에 의해 지지되어 있다. 탑재대(2)에는, 그 외주부를 커버하여, 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 커버링(4)이 마련되어 있다. 이 커버링(4)은, 예컨대 석영, AlN, Al₂O₃, SiN 등의 재질로 구성된 부재이다.In the chamber 1, in order to horizontally support the silicon wafer (hereinafter simply referred to as "wafer") W as a substrate to be processed, a mounting table 2 made of ceramic, such as AlN having high thermal conductivity, is provided. . This mounting table 2 is supported by a support member 3 made of ceramic, such as cylindrical AlN, which extends upward from the bottom center of the exhaust chamber 11. The mounting table 2 is provided with a covering 4 for covering the outer peripheral portion and guiding the wafer W. As shown in FIG. The covering 4 is a member made of a material such as quartz, AlN, Al ₂ O ₃ , SiN, or the like.

탑재대(2)에는 저항가열형의 히터(5)가 매립되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(5a)으로부터 급전(給電)되는 것에 의해 탑재대(2)를 가열하여, 그 열로 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 균일히 가열한다. 또한, 탑재대(2)에는, 열전쌍(6)이 배비되어 있고, 웨이퍼(W)의 가열 온도를, 예컨대 실온에서 900℃까지의 범위에서 온도 제어가 가능하게 되어있다. 탑재대(2)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 웨이퍼 지지핀(도시하지 않음)이 탑재대(2)의 표면에 대하여 돌출 및 함몰이 가능하게 마련되어 있다.A heater 5 of resistance heating type is embedded in the mounting table 2, and the heater 5 heats the mounting table 2 by being fed from the heater power supply 5a, thereby avoiding the heat. The wafer W serving as the processing substrate is uniformly heated. Moreover, the thermocouple 6 is arrange | positioned at the mounting table 2, and temperature control is possible for the heating temperature of the wafer W, for example in the range from room temperature to 900 degreeC. On the mounting table 2, a wafer support pin (not shown) for supporting and lifting the wafer W is provided so as to protrude and dent with respect to the surface of the mounting table 2.

챔버(1)의 내주에는, 석영으로 이루어지는 원통 형상의 라이너(7)가 마련되어, 챔버 구성 재료에 의한 금속 오염을 방지하고 있다. 또한, 탑재대(2)의 외주측에는, 챔버(1)내를 균일히 배기하기 위한 다수의 관통 구멍(8a)을 구비한 배플 플레이트(8)가 링형상으로 마련되어 있다. 이 배플 플레이트(8)는, 복수의 지주(9)에 의해 지지되어 있다.At the inner circumference of the chamber 1, a cylindrical liner 7 made of quartz is provided to prevent metal contamination by the chamber constituent material. Further, on the outer circumferential side of the mounting table 2, a baffle plate 8 having a plurality of through holes 8a for uniformly evacuating the inside of the chamber 1 is provided in a ring shape. The baffle plate 8 is supported by a plurality of struts 9.

챔버(1)의 측벽에는 링 형상을 한 가스도입부(15)가 마련되어 있고, 이 가스도입부(15)에는 가스 공급계(16)가 접속되어 있다. 또한, 가스도입부는 노즐 형상 또는 샤워 형상으로 배치하더라도 좋다. 가스 공급계(16)는, 예컨대 Ar 가스 공급원(17) 및 N₂ 가스 공급원(18)을 갖고 있고, Ar 가스 및 N₂ 가스가, 각각 가스 라인(20)을 거쳐서 가스도입부(15)에 도달하여, 가스도입부(15)로부터 챔버(1)내로 도입된다. 가스라인(20)의 각각에는, 매스플로우 컨트롤러(21) 및 그 전후의 개폐 밸브(22)가 마련되어 있다. 또한, Ar 가스대신에, 예컨대 Kr 가스, Xe 가스, He 가스 등의 희가스를 이용하는 것도 가능하다. A ring-shaped gas introduction portion 15 is provided on the side wall of the chamber 1, and a gas supply system 16 is connected to the gas introduction portion 15. The gas introduction portion may be arranged in a nozzle shape or a shower shape. The gas supply system 16 has, for example, an Ar gas supply source 17 and an N ₂ gas supply source 18, and Ar gas and N ₂ gas each reach the gas introduction unit 15 via the gas line 20. Thus, it is introduced into the chamber 1 from the gas introduction portion 15. Each of the gas lines 20 is provided with a mass flow controller 21 and an on-off valve 22 before and after it. It is also possible to use a rare gas such as Kr gas, Xe gas, He gas or the like instead of Ar gas.

상기 배기실(11)의 측면에는 배기관(23)이 접속되어 있고, 이 배기관(23)에는 고속 진공 펌프를 포함하는 상술한 배기 장치(24)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(24)를 작동시키는 것에 의해 챔버(1)내의 가스가, 배플 플레이트(8)를 거쳐서 배기실(11)의 공간(11a)내로 균일히 배출되어, 배기관(23)을 거쳐서 배기된다. 이에 의해, 챔버(1)내를 소정의 진공도, 예컨대 0.133 Pa까지 고속으로 감압하는 것이 가능하게 되어 있다.An exhaust pipe 23 is connected to a side surface of the exhaust chamber 11, and the exhaust device 24 described above including a high speed vacuum pump is connected to the exhaust pipe 23. By operating the exhaust device 24, the gas in the chamber 1 is uniformly discharged into the space 11a of the exhaust chamber 11 via the baffle plate 8, and exhausted through the exhaust pipe 23. do. As a result, the inside of the chamber 1 can be decompressed at a high speed to a predetermined degree of vacuum, for example, 0.133 Pa.

챔버(1)의 측벽에는, 플라즈마 처리 장치(100)에 인접하는 반송실(도시하지 않음)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 실행하기 위한 반출입구(25)와 이 반출입구(25)를 개폐하는 게이트밸브(26)가 마련되어 있다.On the sidewall of the chamber 1, a carrying in and out 25 for carrying out the carrying out of the wafer W and a carrying chamber (not shown) adjacent to the plasma processing apparatus 100, and this carrying in and out 25. The gate valve 26 which opens and closes is provided.

챔버(1)의 상부는 개구부로 되어 있고, 이 개구부에는 링 형상의 어퍼 플레이트(27)가 접합된다. 어퍼 플레이트(27)의 내주 하부는, 내측의 챔버내공간을 향 해서 돌출하여, 링 형상의 지지부(27a)를 형성하고 있다. 이 지지부(27a)상에, 유전체, 예컨대 석영이나 Al₂O₃, AlN 등의 세라믹으로 이루어지져, 마이크로파를 투과하는 마이크로파 투과판(28)이 시일 부재(29)를 거쳐서 기밀히 마련되어 있다. 따라서, 챔버(1)내는 기밀히 유지된다. The upper part of the chamber 1 is an opening part, and the ring-shaped upper plate 27 is joined to this opening part. The inner circumferential lower portion of the upper plate 27 protrudes toward the inner chamber inner space to form a ring-shaped support portion 27a. On this support portion 27a, a microwave permeable plate 28 made of a dielectric such as quartz, ceramics such as Al ₂ O ₃ , AlN, and transmitting microwaves is hermetically provided through the sealing member 29. Thus, the chamber 1 is kept airtight.

마이크로파 투과판(28)의 상방에는, 탑재대(2)와 대향하도록, 원판형상의 평면 안테나부재(31)가 마련되어 있다. 또한, 평면 안테나부재의 형상은, 원판 형상에 한하지 않고, 예컨대 사각판 형상이더라도 좋다. 이 평면 안테나부재(31)는 챔버(1)의 측벽 상단에 걸려있다. 평면 안테나부재(31)는, 예컨대 표면이 금 또는 은도금된 동판 또는 알루미늄판으로 이루어지고, 마이크로파를 방사하는 다수의 슬롯 형상의 마이크로파 방사 구멍(32)이 소정의 패턴으로 관통하여 형성된 구성으로 되어있다. Above the microwave transmitting plate 28, a disk-shaped flat antenna member 31 is provided so as to face the mounting table 2. The shape of the planar antenna member is not limited to the disk shape, but may be, for example, a square plate shape. This planar antenna member 31 is hung on the upper sidewall of the chamber 1. The planar antenna member 31 is made of, for example, a copper or aluminum plate whose surface is gold or silver plated, and has a configuration in which a plurality of slot-shaped microwave radiation holes 32 for emitting microwaves penetrate through a predetermined pattern. .

마이크로파 방사 구멍(32)은, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이 긴 홈 형상을 하고, 전형적으로는 인접하는 마이크로파 방사 구멍(32)끼리가 「T」자 형상으로 배치되고, 이들 복수의 마이크로파 방사 구멍(32)이 동심원 형상으로 배치되어 있다. 마이크로파 방사 구멍(32)의 길이나 배열 간격은, 마이크로파의 파장(λg)에 따라 결정되어, 예컨대 마이크로파 방사 구멍(32)의 간격은, λg/4, λg/2 또는 λg가 되도록 배치된다. 또한, 도 2에 있어서, 동심원 형상으로 형성된 인접하는 마이크로파 방사 구멍(32)끼리의 간격을 Δr로 나타내고 있다. 또한, 마이크로파 방사 구멍(32)은, 원형 형상, 원호 형상 등의 다른 형상이더라도 좋다. 또한, 마 이크로파 방사 구멍(32)의 배치 형태는 특히 한정되지 않고, 동심원 형상 외에, 예컨대, 나선 형상, 방사 형상으로 배치할 수도 있다.The microwave radiation hole 32 has a long groove shape, for example, as shown in FIG. 2, and typically, adjacent microwave radiation holes 32 are arranged in a “T” shape, and the plurality of microwave radiation holes are provided. 32 is arrange | positioned in concentric shape. The length and arrangement interval of the microwave radiation holes 32 are determined in accordance with the wavelength λg of the microwaves, and for example, the spaces of the microwave radiation holes 32 are arranged so as to be λg / 4, λg / 2 or λg. In addition, in FIG. 2, the space | interval of the adjacent microwave radiation holes 32 formed concentrically is shown by (DELTA) r. In addition, the microwave radiation hole 32 may be another shape, such as circular shape and circular arc shape. In addition, the arrangement | positioning form of the microwave radiation hole 32 is not specifically limited, In addition to concentric circles, it can also arrange | position in spiral shape and radial shape, for example.

이 평면 안테나부재(31)의 상면에는, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 지파재(遲波材, wave retardation member)(33)가 마련되어 있다. 이 지파재(33)는, 진공중에서는 마이크로파의 파장이 길어지므로, 마이크로파의 파장을 짧게 하여 플라즈마를 조정하는 기능을 갖고 있다. 또한, 평면 안테나부재(31)와 마이크로파 투과판(28)의 사이, 또한, 지파재(33)와 평면 안테나부재(31)의 사이는, 각각 밀착시켜도 이간시켜도 좋지만, 밀착시키는 것이 바람직하다.On the upper surface of the planar antenna member 31, a wave retardation member 33 having a dielectric constant larger than that of vacuum is provided. This slow wave material 33 has a function of adjusting the plasma by shortening the wavelength of the microwave because the wavelength of the microwave becomes long in vacuum. The planar antenna member 31 and the microwave transmitting plate 28 and the slow wave material 33 and the planar antenna member 31 may be in close contact with each other or may be spaced apart from each other.

챔버(1)의 상면에는, 이들 평면 안테나부재(31) 및 지파재(33)를 덥도록, 예컨대 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 실드덮개(34)가 마련되어 있다. 챔버(1)의 상면과 실드덮개(34)는 시일 부재(35)에 의해 시일되어 있다. 이 실드 덮개(34)와 평면 안테나 부재(31)에 의해 도파관이 형성되어, 마이크로파가 방사 형상으로 전파된다. 실드덮개(34)에는, 냉각수 유로(34a)가 형성되어 있고, 거기에 냉각수를 통류(通流)시키는 것에 의해, 실드덮개(34), 지파재(33), 평면 안테나부재(31), 마이크로파 투과판(28)을 냉각하도록 되어 있다. 또한, 실드덮개(34)는 접지되어 있다. On the upper surface of the chamber 1, a shield cover 34 made of a metal material such as aluminum or stainless steel is provided to cover the planar antenna member 31 and the slow wave material 33, for example. The upper surface of the chamber 1 and the shield cover 34 are sealed by the sealing member 35. The waveguide is formed by the shield cover 34 and the planar antenna member 31, and the microwaves propagate in a radial shape. In the shield cover 34, a cooling water flow path 34a is formed, and the shield cover 34, the slow wave material 33, the planar antenna member 31, and the microwaves are made to flow through the cooling water therein. The transmission plate 28 is cooled. In addition, the shield cover 34 is grounded.

실드덮개(34)의 상벽의 중앙에는, 개구부(36)가 형성되어 있고, 이 개구부에는 도파관(37)이 접속되어 있다. 이 도파관(37)의 단부에는, 매칭 회로(38)을 거쳐서 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 장치(39)가 접속되어 있다. 이에 의해, 마이크로파 발생 장치(39)에서 발생한다, 예컨대 주파수2.45 GHz의 마이크로파 가 도파관(37)을 거쳐서 상기 평면 안테나부재(31)로 전파되도록 되어 있다. 또한, 마이크로파의 주파수로서는, 8.35 GHz, 1.98 GHz 등을 이용할 수도 있다. The opening part 36 is formed in the center of the upper wall of the shield cover 34, and the waveguide 37 is connected to this opening part. To the end of the waveguide 37, a microwave generator 39 for generating microwaves via a matching circuit 38 is connected. As a result, the microwave generator 39 generates, for example, microwaves with a frequency of 2.45 GHz to propagate through the waveguide 37 to the planar antenna member 31. In addition, 8.35 GHz, 1.98 GHz, etc. can also be used as a frequency of a microwave.

도파관(37)은, 상기 실드덮개(34)의 개구부(36)로부터 상방으로 연장하는 단면 원형 형상의 동축 도파관(37a)과, 이 동축 도파관(37a)의 상단부에 모드 변환기(40)를 거쳐서 접속된 수평 방향으로 연장하는 직사각형 도파관(37b)을 갖고 있다. 직사각형 도파관(37b)과 동축 도파관(37a)의 사이의 모드 변환기(40)는, 직사각형 도파관(37b)내를 TE 모드로 전파하는 마이크로파를 TEM 모드로 변환하는 기능을 갖고 있다. 동축 도파관(37a)의 중심에는 내(內)도체(41)가 연장하고 있고, 내도체(41)는, 그 하단부에서 평면 안테나부재(31)의 중심에 접속 고정되어 있다. 이에 의해, 마이크로파는, 동축 도파관(37a)의 내도체(41)를 거쳐서 평면 안테나부재(31)에 방사 형상으로 효율적으로 균일히 전파된다. The waveguide 37 is connected to the coaxial waveguide 37a having a circular cross-sectional shape extending upward from the opening 36 of the shield cover 34 via the mode converter 40 at the upper end of the coaxial waveguide 37a. It has a rectangular waveguide 37b extending in the horizontal direction. The mode converter 40 between the rectangular waveguide 37b and the coaxial waveguide 37a has a function of converting microwaves propagated in the rectangular waveguide 37b into the TE mode to the TEM mode. The inner conductor 41 extends in the center of the coaxial waveguide 37a, and the inner conductor 41 is connected and fixed to the center of the planar antenna member 31 at the lower end thereof. As a result, the microwaves are efficiently and uniformly radiated to the planar antenna member 31 via the inner conductor 41 of the coaxial waveguide 37a.

플라즈마 처리 장치(100)의 각 구성부는, CPU를 갖춘 프로세스 컨트롤러(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어있다. 프로세스 컨트롤러(50)에는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(51)가 접속되어 있다.Each component of the plasma processing apparatus 100 is connected to the process controller 50 provided with CPU, and is controlled. The process controller 50 includes a user including a keyboard for performing a command input operation or the like for the process manager to manage the plasma processing apparatus 100, or a display for visualizing and displaying the operation status of the plasma processing apparatus 100. The interface 51 is connected.

또한, 프로세스 컨트롤러(50)에는, 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(50)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피가 저장된 기억부(52)가 접속되어 있다. The process controller 50 further includes a storage unit in which a recipe in which control programs (software), processing condition data, and the like are recorded, for realizing various processes executed by the plasma processing apparatus 100 under the control of the process controller 50 is stored. 52 is connected.

그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(52)로부터 불러내어 프로세스 컨트롤러(50)에 실행시킴으로써 프로세스 컨트롤러(50)의 제어하에서, 플라즈마 처리 장치(100)에서의 원하는 처리가 실행된다. 또한, 상기 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체, 예컨대 CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래쉬 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등에 저장된 상태인 것을 이용하거나, 혹은, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 거쳐서 수시로 전송시켜 온라인으로 이용하거나 하는 것도 가능하다.Then, if necessary, an arbitrary recipe is retrieved from the storage unit 52 by an instruction from the user interface 51 or the like and executed by the process controller 50 to control the plasma processing apparatus 100 under the control of the process controller 50. ), The desired process is executed. The recipes such as the control program and the processing condition data may be stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, a hard disk, a flexible disk, a flash memory, a DVD, a Blu-ray disk, or the like. It is also possible to transmit from the device frequently, for example via a dedicated line, to use it online.

이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(100)는, 800℃이하의 저온에서 하지막 등으로의 대미지 프리인 플라즈마 처리를 진행시킬 수 있음과 동시에, 플라즈마 균일성에 우수하여, 프로세스의 균일성을 실현할 수 있다. The plasma processing apparatus 100 configured as described above can advance the plasma treatment that is damage-free to the underlayer or the like at a low temperature of 800 ° C. or lower, and is excellent in plasma uniformity and can realize process uniformity.

이와 같이 구성된 RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서는, 예컨대 이하와 같은 순서로 웨이퍼(W)의 실리콘 산화막을 질화 처리하여 실리콘 산질화막을 형성하는 처리 등을 실행할 수 있다. In the RLSA plasma processing apparatus 100 configured as described above, for example, a process of nitriding the silicon oxide film of the wafer W to form a silicon oxynitride film in the following procedure can be performed.

우선, 게이트밸브(26)를 열림으로 하여 반출입구(25)로부터 웨이퍼(W)를 챔버(1)내에 반입하여, 탑재대(2) 상에 탑재한다. 그리고, 가스 공급계(16)의 Ar 가스 공급원(17) 및 N₂ 가스 공급원(18)으로부터, Ar 가스 및 N₂ 가스를 소정의 유량으로 가스 도입 부재(15)를 거쳐서 챔버(1)내에 도입한다.First, the gate valve 26 is opened, and the wafer W is carried into the chamber 1 from the carrying in and out 25 and mounted on the mounting table 2. Then, Ar gas and N ₂ gas are introduced into the chamber 1 through the gas introduction member 15 at a predetermined flow rate from the Ar gas supply source 17 and the N ₂ gas supply source 18 of the gas supply system 16. do.

다음에, 마이크로파 발생 장치(39)로부터의 마이크로파를, 매칭 회로(38)를 지나 도파관(37)으로 유도하여, 직사각형 도파관(37b), 모드 변환기(40), 및 동축 도파관(37a)을 순차적으로 통과시켜 내도체(41)를 거쳐서 평면 안테나부재(31)에 공급하고, 평면 안테나부재(31)의 슬롯(마이크로파 투과판(28))을 거쳐서 챔버(1)내에서의 웨이퍼(W)의 상방 공간에 방사시킨다. 마이크로파는, 직사각형 도파관(37b) 내에서는 TE 모드로 전파하고, 이 TE 모드의 마이크로파는 모드 변환기(40)에서 TEM 모드로 변환되어, 동축 도파관(37a) 내를 평면 안테나부재(31)를 향해서 전파되어 간다. Next, the microwaves from the microwave generator 39 are guided to the waveguide 37 through the matching circuit 38, and the rectangular waveguide 37b, the mode converter 40, and the coaxial waveguide 37a are sequentially Passed through the inner conductor 41 to supply to the planar antenna member 31, and through the slot (microwave transmission plate 28) of the planar antenna member 31 above the wafer (W) in the chamber (1) Radiate into space. The microwave propagates in the TE mode in the rectangular waveguide 37b, and the microwave in the TE mode is converted into the TEM mode in the mode converter 40, and propagates in the coaxial waveguide 37a toward the planar antenna member 31. Going.

평면 안테나부재(31)로부터 마이크로파 투과판(28)을 지나서 챔버(1)내 공간에 방사된 마이크로파에 의해 챔버(1)내에서 전자기장이 형성되어, Ar 가스 및 N₂ 가스가 플라즈마화된다. 이 마이크로파 플라즈마는, 마이크로파가 평면 안테나부재(31)의 다수의 마이크로파 방사 구멍(32)으로부터 방사되는 것에 의해, 대략 1 × 10¹⁰∼ 5 × 10¹²/㎤의 고밀도이고, 또한 웨이퍼(W) 근방에서는, 대략 1.5 eV 이하의 저전자 온도 플라즈마가 된다. 이렇게 하여 형성되는 마이크로파 플라즈마는, 하지막에의 이온 등에 의한 플라즈마 대미지가 적은 것이다. 그리고, 플라즈마중의 활성종, 주로 질소 래디컬(N^*) 등의 작용에 의해서, 실리콘 산화막중에 질소(N)가 도입되고, 실리콘 산질화막(SiON 막)이 형성된다. Electromagnetic fields are formed in the chamber 1 by microwaves radiated from the planar antenna member 31 through the microwave transmissive plate 28 to the space in the chamber 1, and the Ar gas and the N ₂ gas are converted into plasma. This microwave plasma has a high density of approximately 1 × 10 ¹⁰ to 5 × 10 ¹² / cm 3 and the vicinity of the wafer W by microwaves being radiated from the plurality of microwave radiation holes 32 of the planar antenna member 31. In this case, a low electron temperature plasma of about 1.5 eV or less is obtained. The microwave plasma formed in this way has little plasma damage by the ion etc. to an underlying film. Then, nitrogen (N) is introduced into the silicon oxide film by the action of active species in the plasma, mainly nitrogen radicals (N ^* ), to form a silicon oxynitride film (SiON film).

이 플라즈마 질화 처리에 이용하는 플라즈마로서는, 5.3 eV 미만 바람직하게는 4 eV 이하 예컨대 3∼4 eV의 이온 에너지를 갖는 플라즈마를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 질화 처리에 이용하는 플라즈마의 전자온도는, 1.5 eV 이하가 바 람직하고, 0.5∼1 eV가 보다 바람직하다. 구체적인 플라즈마 생성 조건으로서는, 예컨대 Ar 등의 희가스를 유량 0∼3000mL/min(sccm), 바람직하게는 500∼2000mL/min(sccm), N₂ 가스를 유량 1∼500mL/min(sccm), 바람직하게는 10∼200mL/min(sccm)로 설정하여 챔버(1)내에 도입한다. 또한, 챔버내를 5∼366 Pa, 바람직하게는 5∼133.3 Pa의 처리 압력으로 조정하여, 탑재대(2)를 200∼500℃의 설정 온도로 가열한다. 이 때의 마이크로파 출력은, 예컨대 0.3∼2.4 W/㎠ (500∼4000 W), 바람직하게는 0.3∼1.2 W/㎠ (500∼2000 W)로 할 수 있다. As the plasma used for the plasma nitridation treatment, it is preferable to use a plasma having ion energy of less than 5.3 eV, preferably 4 eV or less, for example, 3 to 4 eV. The electron temperature of the plasma used for the nitriding treatment is preferably 1.5 eV or less, and more preferably 0.5 to 1 eV. As specific plasma generation conditions, for example, a rare gas such as Ar flows at a flow rate of 0 to 3000 mL / min (sccm), preferably 500 to 2000 mL / min (sccm), and a N ₂ gas flow rate of ₁ to 500 mL / min (sccm), preferably Is set to 10 to 200 mL / min (sccm) and introduced into the chamber (1). In addition, the inside of the chamber is adjusted to a processing pressure of 5 to 366 Pa, preferably 5 to 133.3 Pa, and the mounting table 2 is heated to a set temperature of 200 to 500 ° C. The microwave output at this time can be, for example, 0.3 to 2.4 W / cm 2 (500 to 4000 W), preferably 0.3 to 1.2 W / cm 2 (500 to 2000 W).

플라즈마 질화 처리가 종료한 후는, 마이크로파의 공급을 정지하고, 다음에 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 게이트밸브(26)를 열림으로 하여 챔버(1)의 반출입구(25)로부터 처리된 웨이퍼(W)를 반출하는 것에 의해, 한 장의 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료한다.After the plasma nitriding process is completed, the supply of microwaves is stopped, and then the supply of gas is stopped. Then, the gate valve 26 is opened to carry out the processed wafer W from the carrying in and out ports 25 of the chamber 1, thereby completing the processing for one wafer W. FIG.

플라즈마 처리 장치(100)는, 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 표면의 실리콘 산화막을 질화 처리하여, 실리콘산 질화막을 형성하는 질화 처리에 적합하게 이용 가능한 것이다. 이러한 실리콘산 질화막은, 예컨대 트랜지스터의 게이트 절연막 등으로서 적합하게 이용하는 것이 가능하다. 또한, 실리콘을 직접 질화 처리하여 실리콘 질화막을 형성하는 경우에도 이용할 수 있다. As mentioned above, the plasma processing apparatus 100 can be used suitably for the nitriding process which nitride-processes the silicon oxide film on the surface of the wafer W, and forms a silicon-acid nitride film. Such a silicon oxynitride film can be suitably used as, for example, a gate insulating film of a transistor. It can also be used in the case where silicon nitride film is formed by directly nitriding silicon.

다음에, 본 발명의 기초가 된 실험 결과에 대하여 설명을 한다. 도 3은, 플라즈마 처리 장치(100)를 이용하여 하기의 플라즈마 질화 처리 조건에서 웨이퍼(W) 표면의 실리콘 산화막을 질화 처리했을 때의 웨이퍼(W)의 누적 처리 매수(가로축) 와, 파티클 계측기로 계측한 300㎜ 직경 웨이퍼(W)에서의 표면의 파티클수(세로축)를 나타내고 있다. 또한, 파티클수는, 입자직경이 0.16㎛ 초과인 것을 계측한 수이다. Next, the experimental result used as the basis of this invention is demonstrated. FIG. 3 shows the cumulative number of processings (horizontal axis) of the wafer W when the silicon oxide film on the surface of the wafer W is nitrided using the plasma processing apparatus 100 in the following plasma nitridation conditions, and the particle measuring apparatus. The particle number (vertical axis) of the surface in the measured 300 mm diameter wafer W is shown. In addition, the particle number is the number which measured that particle diameter is more than 0.16 micrometer.

<플라즈마 질화 처리 조건> <Plasma nitriding treatment conditions>

Ar 가스 유량 ; 1000mL/min(sccm) Ar gas flow rate; 1000 mL / min (sccm)

N₂ 가스 유량 ; 40mL/min(sccm)N ₂ gas flow rate; 40 mL / min (sccm)

챔버내 압력 ; 6.7 Pa(50mTorr) Chamber pressure; 6.7 Pa (50 mTorr)

처리 온도(탑재대(2)의 온도) ; 400℃ Treatment temperature (temperature of the mounting table 2); 400 ℃

마이크로파 파워 ; 0.9 W/㎠(1500 W) Microwave power; 0.9 W / cm 2 (1500 W)

처리 시간 ; 30초Processing time; 30 seconds

<아이들 타임(있을 경우)> <Children time (if any)>

250회의 플라즈마 질화 처리마다, 400℃, 10시간 방치했다. Every 250 plasma nitriding treatments were left at 400 ° C for 10 hours.

도 3에 있어서, 처리매수의 증가에 따라 파티클수도 증가되어, 반도체 장치를 제조할 때에 허용되는 파티클수의 기준값(허용 파티클수)의 일례인 20개를 넘고 있다. 또한, 장시간의 아이들 타임을 개재시킨 경우에는, 웨이퍼(W)의 처리매수가 1000장 부근으로부터 파티클수가 급격히 증가해 가는 것을 알 수 있다. 여기서, 「아이들 타임」이란, 플라즈마 처리 장치(100)인 챔버를 아무것도 일어나지 않는 상태 또는 불활성가스 가스 Ar, N₂등을 공급하면서 진공배기하는 상태로 방치하는 것을 의미한다. 또한, 결과는 나타내지 않지만, 플라즈마 처리 조건에 의해서도 파티클의 발생량에 변화가 보여, 저압력, 고파워, 장시간 플라즈마 처리를 실행한 경우에 파티클이 발생하기 쉬운 것도 판명되었다. In Fig. 3, the number of particles also increases as the number of processed sheets increases, exceeding 20, which is an example of the reference value (number of particles allowed) of the number of particles allowed when manufacturing a semiconductor device. In addition, when long idle time is interposed, it turns out that the number of particles of the wafer W increases rapidly from around 1000 sheets. Here, "idle time" means leaving the chamber which is the plasma processing apparatus 100 in a state in which nothing occurs or in a state in which vacuum is released while supplying inert gas gas Ar, N ₂ or the like. In addition, although the result is not shown, it also turned out that the particle generation amount also changed by the plasma processing conditions, and it turned out that particle | grains are easy to generate | occur | produce when plasma processing is performed with low pressure, high power, and a long time.

이러한 파티클 발생의 메커니즘에 대하여 조사를 실행한 결과, 파티클의 주된 발생원은, 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 마이크로파 투과판(28)인 것이 판명되었다. 그리고 또한 조사를 진행시킨 결과, 석영제의 마이크로파 투과판(28)의 표면 부근에는, 다수의 마이크로 크랙을 포함하는 파쇄층(破層)이 존재하고 있어, 이 파쇄층에 플라즈마가 작용하여, 스퍼터링, 전기장의 국소적 집중에 의한 마이크로아크, 용해 등의 현상이 발생하여 파티클이 발생하고 있는 것이 판명되었다. 또한, 아이들 타임 후에 파티클이 증가하는 현상은, 챔버내 온도가 400℃ 전후에서 방치되는 아이들 타임 중에 발생하는 열응력에 의해, 상기 파쇄층의 마이크로 크랙의 각부가 박리하는 것이 원인으로 추측된다. 파티클의 원인이 되는 파쇄층은, 마이크로파 투과판(28)의 재료가 되는 석영재를 소정의 판 형상으로 가공한 후, 기계 연마에 의해 표면을 가공할 때에 마이크로 크랙이 형성되어 발생되는 것으로 생각된다. As a result of irradiation with such a mechanism of particle generation, it was found that the main source of particle generation was the microwave permeable plate 28 in the plasma processing apparatus 100. As a result of further irradiation, a fracture layer containing a large number of microcracks exists in the vicinity of the surface of the quartz transmission plate 28 made of quartz, and plasma acts on the fracture layer to sputter. It has been found that particles are generated due to the phenomenon of microarc and melting due to the local concentration of the electric field. The phenomenon that the particles increase after the idle time is presumed to be caused by the peeling of each part of the microcracks of the crushed layer due to the thermal stress generated during the idle time when the chamber temperature is left at around 400 ° C. The crushing layer which causes a particle is considered to generate | occur | produce microcracks when processing the surface by mechanical polishing, after processing the quartz material used as the material of the microwave permeable plate 28 to a predetermined plate shape.

그래서 본 실시형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 플라즈마 처리 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(W)에 대하여 제 2 플라즈마 질화 처리를 실행하기 전에, 소정의 조건에서 플라즈마 처리 장치(100)내의 챔버 구성 부재, 특히 유전체의 표면을 고이온 에너지의 제 1 질화 플라즈마에 의해 처리한다. 이 플라즈마 표면 처리는, 플라즈마 처리 장치(100)를 이용하고, 플라즈마의 이온 에너지가 5.3 eV 초과 예컨대 5.4 내지 10 eV, 바람직하게는 5.4 내지 6.7 eV이 되는 고에너지 조건에서 실행 하는 것이 바람직하다. 또한, 플라즈마의 전자 온도는 챔버 구성 부재,특히 유전체의 표면 근방에 있어서 높은 것이 바람직하고, 2 eV 이상 예컨대 2∼4 eV 인 것이 보다 바람직하다. Therefore, in the plasma processing method of the present embodiment, before the second plasma nitridation processing is performed on the wafer W using the plasma processing apparatus 100, the chamber constituting member in the plasma processing apparatus 100 under predetermined conditions, In particular, the surface of the dielectric is treated with a high ionic energy first nitrided plasma. This plasma surface treatment is preferably performed under a high energy condition in which the ion energy of the plasma is greater than 5.3 eV, such as 5.4 to 10 eV, preferably 5.4 to 6.7 eV, using the plasma processing apparatus 100. In addition, the electron temperature of the plasma is preferably high in the vicinity of the surface of the chamber constituent member, especially the dielectric, and more preferably 2 eV or more, for example, 2 to 4 eV.

도 1의 플라즈마 처리 장치(100)를 이용하여 상기 고이온 에너지, 고전자 온도를 갖는 플라즈마를 형성하기 위한 조건으로서, 처리 압력은 15 Pa 이하 예컨대 0.133∼15 pa, 바람직하게는 10 Pa 이하 예컨대 0.133∼6.7 Pa 이다. 마이크로파 파워는 0.9 W/㎠ (1500 W) 이상 예컨대 0.9 W/㎠(1500 W)∼2.4 W/㎠(4000 W), 바람직하게는 1.2 W/㎠(2000 W) 이상 예컨대 1.2 W/㎠(2000 W)∼2.4 W/㎠(4000 W), 보다 바람직하게는 1.8 W/㎠(3000 W) 이상 예컨대 1.8 W/㎠(3000 W)∼2.4 W/㎠(4000 W)의 고파워의 조건을 들 수 있다.As a condition for forming the plasma having the high ionic energy and high electron temperature using the plasma processing apparatus 100 of FIG. 1, the processing pressure is 15 Pa or less, for example, 0.133 to 15 pa, preferably 10 Pa or less, for example, 0.133. 6.7 Pa. Microwave power is at least 0.9 W / cm 2 (1500 W) such as 0.9 W / cm 2 (1500 W) to 2.4 W / cm 2 (4000 W), preferably 1.2 W / cm 2 (2000 W) or more such as 1.2 W / cm 2 (2000 W) to 2.4 W / cm 2 (4000 W), more preferably 1.8 W / cm 2 (3000 W) or more such as 1.8 W / cm 2 (3000 W) to 2.4 W / cm 2 The conditions of a high power of (4000 W) are mentioned.

또한, 처리 가스로서는, Ar 등의 희가스와 질소 가스를 포함하는 가스계를 이용하는 것이 바람직하고, 특히 Ar 가스와 질소 가스의 혼합 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 예컨대 Ar 등의 희가스와 함께 질소를 사용하는 것에 의해, 플라즈마에 의한 스퍼터 작용을 약하게 하여, 챔버내 부품에 가하는 플라즈마 대미지를 억제할 수 있다. 또한, 질소 가스로 바꾸어, 예컨대 NH₃, MMH(모노메틸히드라진) 등을 이용할 수 있다. As the processing gas, it is preferable to use a gas system containing a rare gas such as Ar and nitrogen gas, and it is particularly preferable to use a mixed gas of Ar gas and nitrogen gas. For example, by using nitrogen together with a rare gas such as Ar, the sputtering action by the plasma can be weakened, and the plasma damage to the components in the chamber can be suppressed. In addition, for example, NH ₃ , MMH (monomethylhydrazine) or the like can be used instead of nitrogen gas.

예컨대 Ar 등의 희가스의 유량은, 0∼3000mL/min(sccm), 바람직하게는 500∼3000mL/min(sccm), N₂ 가스의 유량은 5∼500mL/min(sccm), 바람직하게는 10∼ 200mL/min(sccm)으로 할 수 있다. For example, the flow rate of rare gas such as Ar is 0 to 3000 mL / min (sccm), preferably 500 to 3000 mL / min (sccm), and the flow rate of N ₂ gas is 5 to 500 mL / min (sccm), preferably 10 to It can be set as 200 mL / min (sccm).

또한, 플라즈마 표면 처리시의 처리온도는, 고온인 편이 표면 처리의 반복 회수가 적어도 되므로 바람직하다. 따라서, 탑재대(2)의 가열온도는, 예컨대 200∼800℃로 설정하는 것이 바람직하고, 400∼800℃로 설정하는 것이 보다 바람직하다.In addition, the processing temperature at the time of plasma surface treatment is preferable because the higher the temperature, the less the number of times the surface treatment is repeated. Therefore, it is preferable to set heating temperature of the mounting table 2 to 200-800 degreeC, for example, and it is more preferable to set to 400-800 degreeC.

상기 플라즈마에 의한 표면 처리에 있어서, 한 번의 플라즈마 처리의 시간은, 5∼1000초간으로 할 수 있고, 30∼300초간이 바람직하다. 또한, 플라즈마 처리는, 25회 이상 예컨대 25∼2000회 반복하는 것이 바람직하고, 500회 이상 예컨대 500∼2000회 반복하는 것이 보다 바람직하며, 1000회 이상 예컨대 1000회∼2000회 정도 반복하는 것이 바람직하다. In the surface treatment by the said plasma, the time of one plasma processing can be made into 5 to 1000 second, and 30 to 300 second is preferable. Moreover, it is preferable to repeat a plasma process 25 times or more, for example 25-2000 times, It is more preferable to repeat 500 times or more, for example 500-2000 times, It is preferable to repeat 1000 or more times, for example about 1000-2000 times. .

상기 조건에서 플라즈마 표면 처리를 실행하는 것에 의해, 석영제의 마이크로파 투과판(28)의 표면 부근의 파쇄층을 효과적으로 제거할 수 있다. 도 4는, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에서, 플라즈마 표면 처리를 실시한 후에, 플라즈마 질화 처리를 실행한 경우의 파티클의 발생 상황을 나타내고 있다. 파티클은, 입자직경이 0.16㎛초인 것을 카운트하였다. 플라즈마 표면 처리는, Ar 가스 유량 1000mL/min(sccm), N₂ 가스 유량 40mL/min(sccm), 처리 압력 6.7 Pa(50mTorr), 마이크로파 파워 1.8 W/㎠(3000 W), 탑재대(2)의 가열 온도 400℃의 조건에서 실행하였다. 플라즈마 표면 처리에 있어서의 구체적인 순서는 표 1에 도시하는 스텝(1) 내지 스텝(5)와 같다. By carrying out the plasma surface treatment under the above conditions, the fracture layer in the vicinity of the surface of the microwave transmitting plate 28 made of quartz can be effectively removed. FIG. 4 shows the state of generation of particles when the plasma nitridation process is performed after the plasma surface treatment is performed in the plasma processing apparatus 100 of FIG. 1. The particle counted the particle diameter of 0.16 micrometer second. Plasma surface treatment includes Ar gas flow rate 1000 mL / min (sccm), N ₂ gas flow rate 40 mL / min (sccm), process pressure 6.7 Pa (50 mTorr), microwave power 1.8 W / cm 2. It carried out on the conditions of (3000W) and the heating temperature of 400 degreeC of the mounting table 2. The specific procedure in plasma surface treatment is the same as that of step (1) to step (5) shown in Table 1.

또한, 플라즈마 표면 처리를 실행할 때에는, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버내의 탑재대(2)를 보호하기 위해서, 탑재대(2)에 더미 웨이퍼(Wd)를 탑재한 상태로 플라즈마 표면 처리를 실시하는 것이 바람직하다. In addition, when performing a plasma surface treatment, in order to protect the mounting table 2 in the chamber of the plasma processing apparatus 100, plasma surface treatment is performed with the dummy wafer Wd mounted on the mounting table 2. It is preferable.

우선, 스텝(1)에서는, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)내에 Ar 가스를 2000mL/min(sccm)으로 도입하면서, 압력을 126.6 Pa로 조절하였다(20초간). 다음에, 스텝(2)에서는, Ar 가스 유량 및 압력을 유지한 채로 챔버(1)내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성하였다(5초간). 이 단계에서는, 마이크로파 파워를 1.2 W/㎠(2000 W)로 억제해 두는 것에 의해, 플라즈마를 착화하기 쉽게 하였다. 또한, 스텝(3)에서는, Ar 가스 유량을 플라즈마 표면 처리의 설정 조건인 1000mL/min(sccm)까지 내리고, 또한 압력을 6.7 Pa로 저하시킴과 동시에 마이크로파 파워를 1.8 W/㎠(3000 W)로 상승시켜, 이 조건에서 플라즈마를 안정화시켰다(5초간). First, in step 1, the pressure was adjusted to 126.6 Pa while introducing Ar gas into the chamber 1 of the plasma processing apparatus 100 at 2000 mL / min (sccm) (for 20 seconds). Next, in step 2, microwaves were introduced into the chamber 1 while maintaining the Ar gas flow rate and pressure to generate plasma (for 5 seconds). At this stage, the microwave power is 1.2 W / cm 2 By suppressing it to (2000 W), the plasma was easily ignited. In Step 3, the Ar gas flow rate is lowered to 1000 mL / min (sccm), which is a setting condition for plasma surface treatment, and the pressure is lowered to 6.7 Pa, while the microwave power is reduced to 1.8 W / cm 2. Raised to (3000 W), the plasma was stabilized under this condition (for 5 seconds).

그리고, 스텝(4)에서는, Ar 가스 유량, 압력 및 마이크로파 파워를 유지한 채로, 챔버(1)내에 N₂ 가스를 유량 40mL/min(sccm)으로 도입하였다(210초간). 그리고, 생성된 고이온 에너지의 마이크로파 여기 질소 함유 플라즈마에 의해 챔버(1) 내의 부재, 특히 마이크로파 투과판(28)을 표면 처리했다. 다음에, 스텝(5)에서는, 가스 유량 및 압력을 유지한 상태에서 마이크로파의 공급을 정지하여, 플라즈마 표면 처리를 종료시켰다. 그 후, 가스의 공급을 정지하여, 챔버(1)내를 일단 진공배기하였다. 이와 같이, 스텝(1) 내지 스텝(5)과 진공배기를 교대로 1000회 반복 실행하였다. In step 4, N ₂ gas was introduced into the chamber 1 at a flow rate of 40 mL / min (sccm) while maintaining the Ar gas flow rate, pressure, and microwave power (for 210 seconds). And the member in the chamber 1, especially the microwave permeation | transmission plate 28, was surface-treated with the generated high ion energy microwave excitation nitrogen containing plasma. Next, in step 5, the supply of the microwave was stopped while the gas flow rate and the pressure were maintained, thereby terminating the plasma surface treatment. Thereafter, the gas supply was stopped, and the chamber 1 was evacuated once. In this way, steps (1) to (5) and vacuum exhaust were alternately repeated 1000 times.

이상의 공정을 포함하는 플라즈마 표면 처리는, 연속적으로 반복해도 좋지만, 플라즈마의 열에 의해 챔버(1) 및 그 구성 부재 특히 마이크로파 투과판(28)이나 평면 안테나부재(31)가 파손하거나, 변형하거나 할 우려가 있으므로, 간헐적으로 플라즈마 표면 처리를 반복하는 것이 바람직하다. 이 때, 스텝(1 내지 5)의 처리와 진공배기를 포함하여 1 사이클로 하고, 복수 사이클을 간헐적으로 반복하더라도 좋다. Although the plasma surface treatment including the above process may be repeated continuously, the chamber 1 and its constituent members, in particular the microwave transmission plate 28 and the planar antenna member 31, may be damaged or deformed by the heat of the plasma. Therefore, it is preferable to repeat the plasma surface treatment intermittently. At this time, one cycle may be performed including the process of steps 1 to 5 and vacuum exhaust, and a plurality of cycles may be repeated intermittently.

도 4에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)의 누적 처리매수가 3000장을 넘더라도 파티클수는 기준값(허용 파티클수)인 20개 이하로 억제되어 있었다. 도 4와 도 3의 비교에서, 플라즈마 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 그 후의 플라즈마 질화 처리에서 발생하는 파티클수를 대폭 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 4, even if the cumulative number of sheets of wafer W exceeded 3000, the number of particles was suppressed to 20 or less, which is a reference value (allowed number of particles). In the comparison between FIG. 4 and FIG. 3, it was confirmed that by performing the plasma surface treatment, the number of particles generated in the subsequent plasma nitridation treatment can be significantly reduced.

플라즈마 표면 처리를 실행하는 것에 의해 마이크로파 투과판(28)의 표면에 어떠한 변화가 발생했는지를 확인하기 위해서, 플라즈마 표면 처리를 실시하는 전후의 마이크로파 투과판(28)의 하면의 러프네스(roughness)를 AFM(원자간력 현미경 ; Atomic Force Microscope)에 의해 측정했다. 그 결과는 도 5 내지 도 7에 나타내는 바와 같다. 도 6은 플라즈마 표면 처리전의 마이크로파 투과판(28)의 하면의 상태를 나타내고 있어, 표면에 미세한 요철이 보이지만, 플라즈마 표면 처리후의 상태를 도시하는 도7에서는 요철이 소실되어 있다. 이와 같이, 플라즈마 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 마이크로파 투과판의 러프네스가 대폭 저하하여, 표면이 평활화되어 있는 것이 확인되었다. 즉, 플라즈마 표면 처리에 이용한 고이온 에너지의 플라즈마가 마이크로파 투과판(28)의 표면부근의 파쇄층에 작용하는 것에 의해 파쇄층이 개질(改質) 혹은 소실한 것으로 생각된다.In order to confirm what kind of change occurred on the surface of the microwave transmission plate 28 by performing the plasma surface treatment, the roughness of the lower surface of the microwave transmission plate 28 before and after the plasma surface treatment is performed. It measured by AFM (Atomic Force Microscope). The result is as showing to FIG. FIG. 6 shows the state of the lower surface of the microwave permeation plate 28 before the plasma surface treatment, and fine unevenness is seen on the surface, but the unevenness is lost in FIG. 7 showing the state after the plasma surface treatment. Thus, by performing plasma surface treatment, it was confirmed that the roughness of a microwave permeable plate fell significantly and the surface was smoothed. That is, it is considered that the fracture layer is modified or lost due to the high ion energy plasma used for the plasma surface treatment acting on the fracture layer near the surface of the microwave transmission plate 28.

상기 시험에서는, 플라즈마 표면 처리를 실행하는 것에 의해, 플라즈마 처리 장치(100)의 1구성 부재인 마이크로파 투과판(28)에 대하여 파티클을 저감할 수 있다는 것이 확인되었다. 이러한 파티클의 억제 효과는, 플라즈마 처리 장치(100)와 동일한 구성의 플라즈마 표면 처리 장치를 이용하여, 마이크로파 투과판(28) 등의 석영제부재에 대하여 개별적으로 플라즈마 표면 처리를 실행하는 것에 의해서도 얻을 수 있다. 즉, 석영제부재에 대한 플라즈마 표면 처리는, 반드시 웨이퍼(W) 등의 제품 처리용의 플라즈마 처리 장치(100)에 내장된 상태로 실행할 필요는 없다. 예컨대, 전용의 플라즈마 표면 처리 장치를 사용하여, 플라즈마 처리 장치(100)에 내장되기 전의 마이크로파 투과판(28)을 피처리체로서, 개별적으로 플라즈마 표면을 처리할 수 있다. 그 때의 조건은, 상기 플라즈마 표면 처리와 동일한 조건으로 실시할 수 있다. 또한, 플라즈마 표면 처리 장치에 있어서의 플라즈마원으로서는, 예컨대 리모트 플라즈마 방식, ICP 플라즈마 방식, ECR 플라즈마 방식, 표면 반사파 플라즈마 방식, 마그네트론 플라즈마 방식 등을 채용할 수 있다. In the said test, it was confirmed that particle | grains can be reduced with respect to the microwave permeation | transmission plate 28 which is one component member of the plasma processing apparatus 100 by performing plasma surface treatment. Such a particle suppressing effect can also be obtained by separately performing plasma surface treatment on quartz members such as the microwave transmission plate 28 using a plasma surface treatment apparatus having the same configuration as that of the plasma treatment apparatus 100. have. That is, the plasma surface treatment on the quartz member does not necessarily need to be performed in a state embedded in the plasma processing apparatus 100 for product processing such as the wafer W. For example, using a dedicated plasma surface treatment apparatus, the plasma surface can be individually treated by using the microwave permeation plate 28 before being incorporated in the plasma treatment apparatus 100 as a target object. The conditions at that time can be performed on the same conditions as the said plasma surface treatment. As the plasma source in the plasma surface treatment apparatus, for example, a remote plasma method, an ICP plasma method, an ECR plasma method, a surface reflected wave plasma method, a magnetron plasma method and the like can be adopted.

또한, 사용하지 않은 것에 한하지 않고, 사용된 결과 파티클의 발생 원인이 된 마이크로파 투과판(28) 등의 석영제부재에 대하여 플라즈마 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 반복해서 재이용을 도모할 수 있다. In addition, it is not limited to being unused, and plasma surface treatment is performed on the quartz member such as the microwave transmissive plate 28 that causes the particles to be used as a result, and can be reused repeatedly.

다음에, 플라즈마 표면 처리의 프로세스 조건을 결정하기 위해서, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)를 사용하여 이하의 조건으로 플라즈마를 생성시켜 이온 에너지를 측정하였다. Next, in order to determine the process conditions of plasma surface treatment, plasma was generated under the following conditions using the plasma processing apparatus 100 of FIG. 1 to measure ion energy.

<조건 1> <Condition 1>

Ar 가스 유량 ; 1000mL/min(sccm) Ar gas flow rate; 1000 mL / min (sccm)

N₂ 가스 유량 ; 40mL/min(sccm) N ₂ gas flow rate; 40 mL / min (sccm)

처리 압력 ; 6.7 Pa(50mTorr) 및 10 Pa(75mTorr) Processing pressure; 6.7 Pa (50 mTorr) and 10 Pa (75 mTorr)

마이크로파 파워 ; 1200 W, 1500 W, 2000 W 및 3000 W Microwave power; 1200 W, 1500 W, 2000 W and 3000 W

탑재대(2)의 온도 ; 실온Temperature of the mounting table 2; Room temperature

<조건 2> <Condition 2>

Ar 가스 유량 ; 1000mL/min(sccm) Ar gas flow rate; 1000 mL / min (sccm)

N₂ 가스 유량 ; 200mL/min(sccm) N ₂ gas flow rate; 200 mL / min (sccm)

처리 압력 ; 12 Pa(90mTorr) Processing pressure; 12 Pa (90 mTorr)

도 8은, 마이크로파 파워(가로축)와 플라즈마의 이온 에너지의 크기(세로축)의 관계를 처리 압력별로 플롯한 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 9는, 압력(가로 축)과 플라즈마의 이온 에너지의 크기(세로축)의 관계를 마이크로파 파워별로 플롯한 결과를 나타내고 있다. 8 shows the result of plotting the relationship between the microwave power (horizontal axis) and the magnitude (vertical axis) of the ion energy of the plasma for each processing pressure. 9 shows the result of plotting the relationship between the pressure (horizontal axis) and the magnitude (vertical axis) of the ion energy of the plasma for each microwave power.

도 8 및 도 9에 의해, 설정한 조건범위의 안에서, 처리 압력이 낮을수록, 플라즈마의 이온 에너지가 큰 것을 알 수 있다. 설정한 범위내에서는, 마이크로파 파워는 처리 압력만큼 큰 영향을 끼치는 것은 아니지만, 마이크로파 파워가 증가함에 따라, 이온 에너지도 증가하는 경향을 볼 수 있었다. 이들의 결과로부터, 플라즈마 표면 처리시에 필요한 고이온 에너지 예컨대 5.3 eV 초과의 플라즈마를 얻기 위해서는, 처리 압력을 10 Pa 이하로 설정하는 것이 바람직하고, 6.7 Pa 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 동일한 목적으로, 마이크로파 파워는, 1500 W 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2000 W 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 3000 W 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.8 and 9 show that within the set condition range, the lower the processing pressure, the greater the ion energy of the plasma. Within the set range, the microwave power does not affect as much as the processing pressure, but as the microwave power increases, the ion energy also tends to increase. From these results, in order to obtain high ion energy required for plasma surface treatment, for example, a plasma of more than 5.3 eV, it is preferable to set the processing pressure to 10 Pa or less, more preferably 6.7 Pa or less. In addition, for the same purpose, the microwave power is preferably 1500 W or more, more preferably 2000 W or more, and even more preferably 3000 W or more.

다음에, 도 10은, 마이크로파 투과판(28)의 하단으로부터의 거리(㎜)와, 플라즈마의 전자온도(세로축)의 관계를 처리 압력별로 플롯한 것이다. 플라즈마 처리시의 처리 압력은 6.7 Pa(50mTorr) 또는 66.7 Pa(500mTorr)으로 했다. 이 도 10에 의해, 마이크로파 투과판(28)으로부터의 거리가 떨어질 수록, 전자온도가 저하하는 경향이 보이고, 특히 마이크로파 투과판(28)의 하단으로부터 20㎜ 정도까지의 사이에서 급준(急峻)한 전자 온도의 하강이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 그러나, 마이크로파 투과판(28)의 바로 아래에서는, 처리 압력이 6.7 Pa 이하이면, 1.5 eV 이상 예컨대 2 eV의 전자 온도의 플라즈마를 형성할 수 있다. 이 것으로부터, 처리 압력을 6.7 Pa 이하의 저압 조건으로 제어함으로써, 마이크로파 투과판(28)의 근방에서 2 eV 이상, 바람직하게는 2 내지 4 eV의 높은 전자 온도로 플라즈마 표면 처리를 실행하는 것이 바람직하다. Next, FIG. 10 plots the relationship between the distance (mm) from the lower end of the microwave transmission plate 28 and the electron temperature (vertical axis) of the plasma for each processing pressure. The processing pressure at the time of plasma processing was 6.7 Pa (50 mTorr) or 66.7 Pa (500 mTorr). As shown in FIG. 10, as the distance from the microwave transmissive plate 28 decreases, the electron temperature tends to decrease, and in particular, the steepness of the microwave transmissive plate 28 is lowered from about 20 mm to the lower end. It turns out that the fall of the electron temperature is occurring. However, just below the microwave permeation plate 28, if the processing pressure is 6.7 Pa or less, plasma of an electron temperature of 1.5 eV or more, for example, 2 eV, can be formed. From this, it is preferable to perform the plasma surface treatment at a high electron temperature of 2 eV or more, preferably 2 to 4 eV in the vicinity of the microwave permeable plate 28 by controlling the processing pressure to a low pressure condition of 6.7 Pa or less. Do.

도 11은, 약 4000장의 웨이퍼(W)에 대하여 반복하여 플라즈마 질화 처리를 실시하는 도중에, 플라즈마 표면 처리를 실행한 러닝시험에 있어서의 파티클수(웨이퍼 1장당)의 추이를 나타내고 있다. 파티클은, 입자 직경이 0.16㎛ 초과인 것을 계측했다. 이 시험에서는, 이하의 조건에서 플라즈마 질화 처리 및 플라즈마 표면 처리를 실시했다. FIG. 11 shows the change in the number of particles (per wafer) in a running test in which plasma surface treatment was performed while repeatedly performing plasma nitridation treatment on about 4000 wafers W. As shown in FIG. The particle measured that the particle diameter was more than 0.16 micrometer. In this test, plasma nitridation treatment and plasma surface treatment were performed under the following conditions.

<플라즈마 질화 처리 조건> <Plasma nitriding treatment conditions>

Ar 가스 유량 ; 1000mL/min(sccm) Ar gas flow rate; 1000 mL / min (sccm)

N₂ 가스 유량 ; 40mL/min(sccm)N ₂ gas flow rate; 40 mL / min (sccm)

챔버내 압력 ; 6.7 Pa(50mTorr) Chamber pressure; 6.7 Pa (50 mTorr)

처리온도(탑재대(2)의 온도) ; 400℃ Treatment temperature (temperature of the mounting table 2); 400 ℃

마이크로파 파워 ; 1500 W Microwave power; 1500 W

처리 시간; 30초Processing time; 30 seconds

<플라즈마 표면 처리 조건> <Plasma surface treatment condition>

Ar 가스 유량 ; 1000mL/min(sccm) Ar gas flow rate; 1000 mL / min (sccm)

N₂ 가스 유량 ; 40mL/min(sccm)N ₂ gas flow rate; 40 mL / min (sccm)

챔버내 압력 ; 6.7 Pa(50mTorr) Chamber pressure; 6.7 Pa (50 mTorr)

마이크로파 파워 ; 3000 W Microwave power; 3000 W

처리 시간 ; 210초Processing time; 210 seconds

※ 플라즈마 표면 처리는 1000회 반복하여 실시하였다. * The plasma surface treatment was repeated 1000 times.

이 도 11에 있어서, 플라즈마 표면 처리 이전에는, 웨이퍼(W)의 처리매수가 증가해감에 따라, 파티클수도 증가하여, 처리매수가 약 1000장의 부근에서 기준값(허용 파티클수)인 20개를 초과하였다. 그러나, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)내에서 플라즈마 표면 처리를 실행하는 것에 의해, 파티클수는 대략 플라즈마 질화 처리전의 레벨까지 감소하고, 그 후는, 처리매수가 약4000장에 달하는 부근까지 기준값(허용 파티클수) 이하에서 추이하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 플라즈마 질화 처리의 도중에 플라즈마 표면 처리를 실행하는 것에 의해, 플라즈마 질화 처리를 반복하는 것에 의해서 증가한 파티클수를 초기의 레벨까지 감소시킬 수 있고, 아울러 그 후의 파티클수의 증가를 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.In Fig. 11, before the plasma surface treatment, as the number of sheets of wafer W increases, the number of particles also increases, and the number of sheets exceeds 20, which is a reference value (number of particles allowed) in the vicinity of about 1000 sheets. . However, by performing the plasma surface treatment in the chamber 1 of the plasma processing apparatus 100, the number of particles decreases to the level before the plasma nitridation treatment, and after that, the vicinity of the number of treatment sheets reaching about 4000 sheets. It can be seen that it is changing below the reference value (allowed particle number). Therefore, by performing the plasma surface treatment in the middle of the plasma nitridation treatment, it is possible to reduce the increased number of particles to the initial level by repeating the plasma nitridation treatment and to suppress the subsequent increase in the number of particles. I could confirm it.

다음에, 도 1과 동일한 구성의 플라즈마 처리 장치(100)를 사용하여 실행되는 본 발명의 플라즈마 처리의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다. 도 12는, 파티클수의 계측 결과를 바탕으로 플라즈마 질화 처리의 도중에 플라즈마 표면 처리 공정을 마련한 플라즈마 처리 방법 순서의 개요를 나타내는 흐름도이다.Next, a description will be given of a preferred embodiment of the plasma processing of the present invention performed using the plasma processing apparatus 100 having the same configuration as that in FIG. 1. FIG. 12 is a flowchart showing an outline of a procedure of a plasma processing method in which a plasma surface treatment step is provided in the middle of plasma nitridation processing based on a measurement result of particle number.

따라서, 처리용기내의 석영표면이 노출되어 있는 영역에 강한 플라즈마에의해 질화처리함으로써, 웨이퍼(기판)으로의 플라즈마 질화처리조건의 압력이 20Pa 이상에서 반복해서 웨이퍼를 처리하여도 파티클의 발생을 억제할수 있었다. Therefore, by nitriding with a strong plasma in the region where the quartz surface in the processing container is exposed, particle generation can be suppressed even if the wafer is repeatedly processed at a pressure of 20 Pa or more under the plasma nitriding treatment condition to the wafer (substrate). there was.

우선, 도 12의 스텝(11)에서는, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)내에서 플라즈마 질화 처리를 실행한다. 이 플라즈마 질화 처리는, 상기와 동일한 순서로 실행할 수 있다. 예컨대, 우선 피처리 기판인 웨이퍼(W)(제품 웨이퍼)를 챔버(1)내에 반입하여, 탑재대(2) 상에 탑재한다. 다음에, Ar 가스 및 N₂ 가스를 소정의 유량으로 가스 도입 부재(15)를 거쳐서 챔버(1)내에 도입한다. 다음에 마이크로파 발생 장치(39)로부터의 마이크로파를, 마이크로파 투과판(28)을 거쳐서 챔버(1)내에서의 웨이퍼(W)의 상방 공간에 방사시키는 것에 의해 플라즈마를 형성시킨다. 웨이퍼(W)의 표면에는 미리 예컨대 실리콘 산화막(SiO₂막)이 형성되어 있고, 플라즈마 질화 처리에 의해, 실리콘 산화막중에 질소가 도입되어 실리콘 산질화막(SiON 막)이 형성된다. 또한, 플라즈마 질화 처리에 있어서의 가스 유량, 압력, 마이크로파 파워, 온도 등의 조건은 상기와 동일하게 실시할 수 있다. First, in step 11 of FIG. 12, plasma nitridation processing is performed in the chamber 1 of the plasma processing apparatus 100. This plasma nitridation process can be performed in the same order as above. For example, first, a wafer W (product wafer), which is a substrate to be processed, is loaded into the chamber 1 and mounted on the mounting table 2. Next, Ar gas and N ₂ gas are introduced into the chamber 1 via the gas introduction member 15 at a predetermined flow rate. Next, plasma is formed by radiating the microwaves from the microwave generator 39 into the space above the wafer W in the chamber 1 via the microwave permeable plate 28. A silicon oxide film (SiO ₂ film), for example, is formed on the surface of the wafer W in advance, and nitrogen is introduced into the silicon oxide film by a plasma nitridation process to form a silicon oxynitride film (SiON film). In addition, conditions, such as a gas flow volume, a pressure, a microwave power, and a temperature in a plasma nitridation process, can be performed similarly to the above.

플라즈마 질화 처리가 종료한 후는, 마이크로파의 공급을 정지하고, 다음에 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 게이트밸브(26)를 열림으로 하여 챔버(1)의 반출입구(25)로부터 처리된 웨이퍼(W)를 반출하는 것에 의해, 1장의 웨이퍼(W)에 대한 처리가 종료한다. 이 스텝(11)의 플라즈마 질화 처리는, 복수매(예컨대, 통산하여 10000장정도)의 웨이퍼(W)에 대하여 반복하여 실시된다.After the plasma nitriding process is completed, the supply of microwaves is stopped, and then the supply of gas is stopped. Then, the gate valve 26 is opened to carry out the processed wafer W from the carrying in and out ports 25 of the chamber 1, so that the processing for one wafer W is completed. The plasma nitridation processing in this step 11 is repeatedly performed on a plurality of wafers W (for example, about 10,000 sheets in total).

다음에, 스텝(12)에서는, 파티클 계측을 실행한다. 파티클 계측은, 피처리 기판인 웨이퍼(W)(제품 웨이퍼)대신에 측정용 웨이퍼(Wm)를 챔버(1)내에 반입하고, 상기 스텝(11)과 동일한 조건으로 처리한 뒤, 이 측정용 웨이퍼(Wm)을 챔버(1)로부 터 반출하여, 파티클 계측기(도시하지 않음)를 이용하여 웨이퍼 표면의 파티클수를 계측하는 것에 의해 실행할 수 있다. 이 파티클수의 계측은, 예컨대 웨이퍼(W)(제품 웨이퍼)를 소정 매수 처리할 때마다 실행할 수 있다 Next, in step 12, particle measurement is performed. Particle measurement is carried out on the same conditions as the step 11 after carrying the measurement wafer Wm into the chamber 1 instead of the wafer W (product wafer) which is a to-be-processed substrate, and then measuring this wafer (Wm) can be carried out from the chamber 1 by measuring the number of particles on the wafer surface using a particle measuring device (not shown). The number of particles can be measured, for example, every time a predetermined number of wafers W (product wafers) are processed.

다음에, 스텝(13)에서는, 스텝(12)에서의 계측 결과에 근거하여, 파티클수가 기준값(허용 파티클수 ; 예컨대 20개)을 넘었는지 아닌지를 판정한다. 그리고, 파티클수가 기준값을 넘은(Yes) 경우에는, 파티클을 억제하기 위해서, 다음에 스텝(14)에서 마이크로파 투과판(28)을 구성 부재로서 포함하는 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)내를 플라즈마 표면 처리한다. 이 플라즈마 표면 처리는, 마이크로파 투과판(28)을 챔버(1)내에 내장한 채로의 상태로 실행할 수 있다.Next, in step 13, based on the measurement result in step 12, it is determined whether the number of particles has exceeded the reference value (the number of allowable particles; for example, 20). In the case where the number of particles exceeds the reference value (Yes), in order to suppress the particles, in step 14, the chamber 1 of the plasma processing apparatus 100 including the microwave permeation plate 28 as a constituent member. The plasma surface treatment. This plasma surface treatment can be performed in a state in which the microwave permeation plate 28 is incorporated in the chamber 1.

이 스텝(14)의 플라즈마 표면 처리는, 예컨대 표 1에 도시하는 스텝(1) 내지 스텝(5)과 동일한 순서로 실시할 수 있다. The plasma surface treatment of this step 14 can be performed in the same order as the steps 1 to 5 shown in Table 1, for example.

즉, 플라즈마 처리 장치(100)의 챔버(1)내에 더미 웨이퍼(Wd)를 반입한 뒤, Ar 가스를 도입하면서, 압력을 조절하고, 다음에, Ar 가스 유량 및 압력을 유지한 채 챔버(1)내에 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성시킨다. 다음에, Ar 가스 유량, 압력 및 마이크로파 파워를 플라즈마 표면 처리의 설정 조건으로 조정하여 플라즈마를 안정화시킨다. 그리고, Ar 가스 유량, 압력 및 마이크로파 파워를 유지한 채로, 챔버(1)내에 N₂ 가스를 도입하고, 생성된 고이온 에너지의 마이크로파 여기 질소 함유 플라즈마에 의해 챔버(1)내의 부재 예컨대 마이크로파 투과판(28)다음에, 스텝(16)에서는, 스텝(S15)에서의 계측 결과에 근거하여, 파티클수가 기준 값(허용 파티클수)이하 인지 아닌지를 판정한다. 그리고, 파티클수가 기준값 이하인(Yes) 경우에는, 챔버(1)내가 청정한 상태로 되어 있으므로, 스텝(17)에서 처리해야 하는 다음 로트가 존재하는지 안하는지를 판단한다. 스텝(17)에서 다음 로트가 있다(Yes)라고 판단된 경우에는, 재차 스텝(11)으로 되돌아가, 더미 웨이퍼(Wd)를 웨이퍼(W)(제품 웨이퍼)로 바꾸어 플라즈마 질화 처리를 실시한다. 한편, 스텝(17)에서 다음 로트가 없다(No)고 판단된 경우에는, 처리를 종료한다. That is, after the dummy wafer Wd is brought into the chamber 1 of the plasma processing apparatus 100, the pressure is adjusted while introducing Ar gas, and then the chamber 1 is maintained while maintaining the Ar gas flow rate and pressure. ), Microwaves are introduced to generate plasma. Next, the Ar gas flow rate, pressure and microwave power are adjusted to the set conditions of the plasma surface treatment to stabilize the plasma. Then, while maintaining the Ar gas flow rate, pressure, and microwave power, N ₂ gas is introduced into the chamber 1, and a member such as a microwave permeation plate in the chamber 1 is produced by the generated high ion energy microwave excited nitrogen-containing plasma. (28) Next, in step 16, it is determined whether or not the number of particles is equal to or less than the reference value (allowed number of particles) based on the measurement result in step S15. When the number of particles is less than or equal to the reference value (Yes), since the inside of the chamber 1 is in a clean state, it is determined whether or not the next lot to be processed in step 17 exists. If it is determined in step 17 that there is the next lot (Yes), the process returns to step 11 again, and the dummy wafer Wd is replaced with the wafer W (product wafer) to perform plasma nitridation processing. On the other hand, if it is determined in step 17 that there is no next lot (No), the process ends.

또한, 스텝(16)에서 파티클수가 기준값 이하가 아니라(No)고 판단된 경우에는, 스텝(14)의 플라즈마 표면 처리를 실시한다. 스텝(14) 내지 스텝(16)의 처리는, 파티클수가 기준값 이하로 감소할 때까지 실시할 수 있다.In addition, when it is determined in step 16 that the number of particles is not equal to or less than the reference value (No), the plasma surface treatment of step 14 is performed. The processing of steps 14 to 16 can be performed until the number of particles decreases below the reference value.

이상, 본 발명의 실시형태를 말했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제약되는 일 없이, 여러가지의 변형이 가능하다.As mentioned above, although embodiment of this invention was mentioned, various deformation | transformation are possible for this invention, without restrict | limiting to the said embodiment.

예컨대 상기 실시형태에서는, 석영제부재로서, 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서의 마이크로파 투과판(28)을 들었지만, 이것에 한하는 것이 아니라, 다른 챔버내 부재로서 예컨대 석영 라이너, 샤워 플레이트 등에 대해서도, 플라즈마 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 동일하게 석영 부재로부터의 파티클의 발생을 저감할 수 있다. For example, in the said embodiment, although the microwave transmission plate 28 in the plasma processing apparatus 100 of FIG. 1 was mentioned as a quartz member, it is not limited to this, For example, a quartz liner and a shower plate as another chamber member. Also, by performing the plasma surface treatment, generation of particles from the quartz member can be similarly reduced.

또한, 상기 실시 형태에서는, RLSA 방식의 플라즈마 처리 장치(100)를 예시했지만, 본 발명은, 다른 방식의 플라즈마 처리 장치, 예컨대 리모트 플라즈마 방식, ICP 플라즈마 방식, ECR 플라즈마 방식, 표면 반사파 플라즈마 방식, 마그네트론 플라즈마 방식 등의 플라즈마 처리 장치에도 적용할 수 있다. In addition, although the RLSA type plasma processing apparatus 100 was illustrated in the said embodiment, this invention is another type of plasma processing apparatus, such as a remote plasma system, an ICP plasma system, an ECR plasma system, a surface reflection wave plasma system, and a magnetron. It can also be applied to a plasma processing apparatus such as a plasma system.

본 발명에 의하면, 플라즈마 폭로 환경하에서 사용되는 석영제부재에 대하여, 5.3 eV 초과의 이온 에너지를 갖는 플라즈마를 이용하여 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 해당 석영제부재를 예컨대 챔버 구성 부품으로서 사용하여 플라즈마 질화 처리할 때에, 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. According to the present invention, a surface of a quartz member used in a plasma exposure environment is subjected to surface treatment using a plasma having ion energy of more than 5.3 eV. When nitriding, generation of particles can be effectively suppressed.

따라서, 챔버내 석영제부재에 대하여, 플라즈마 질화 처리에 앞서 플라즈마 표면 처리를 실시하는 것에 의해, 파티클의 발생을 억제하면서 반복하여 플라즈마 질화 처리를 실행할 수 있게 되어, 형성되는 실리콘 질화막을 예컨대 게이트 절연막으로서 이용할 경우에, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. Therefore, by performing the plasma surface treatment on the quartz member in the chamber prior to the plasma nitridation treatment, the plasma nitridation treatment can be repeatedly performed while suppressing the generation of particles. When used, a highly reliable semiconductor device can be provided.

Claims

Using a processing gas containing Ar gas and N ₂ gas, a plasma having high ion energy of more than 5.3 eV is generated at a processing pressure of 15 Pa or less, and the surface of the plasma is treated using the plasma, and used in a plasma processing apparatus. felled

Quartz member.

The method of claim 1,

The said plasma surface treatment is a quartz member, wherein the electron temperature of the said plasma in the vicinity of the surface of the said quartz member is 2 eV or more.

The method according to claim 1 or 2,

And the plasma surface treatment is repeated 25 to 2000 times.

The method according to claim 1 or 2,

The plasma surface treatment is performed for 5 to 1000 seconds.

The method of claim 1,

The plasma material is a quartz material generated at a power of 1500 to 4000W.