KR20100119726A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
진공화 가능하게 된 통체 형상의 처리 용기와, 복수의 피처리체를 보유 지지하여 상기 처리 용기 내로 삽입 분리되는 보유 지지 수단과, 상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라서 설치되어 상기 가스를 고주파 전력에 의해 발생한 플라즈마에 의해 활성화하는 활성화 수단을 갖고, 상기 피처리체에 대해 플라즈마 처리를 실시하도록 이루어진 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파를 차단하기 위해 상기 처리 용기의 주위를 둘러싸도록 하여 설치되는 동시에 접지된 통체 형상의 실드 하우징과, 상기 플라즈마 처리 중에 상기 실드 하우징과 상기 처리 용기 사이의 공간부를 따라서 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구를 구비한 플라즈마 처리 장치이다.
Description
본원은 2009년 5월 1일 출원의 일본 특허 출원 제2009-112319호 및 2010년 2월 24일 출원의 일본 특허 출원 제2010-039446호를 우선권 주장의 기초 출원으로 하고 있고, 여기서 이것에 기초하는 우선권을 주장하는 동시에, 그 전체 내용을 참조에 의해 삽입한다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 플라즈마를 사용하여 실온 정도의 온도 대역에서 성막 처리를 실시하기 위한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 실리콘 기판 등으로 이루어지는 반도체 웨이퍼에 대해, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 처리, 확산 처리, 개질 처리, 자연 산화막의 제거 처리 등의 각종 처리가 행해진다. 그리고, 최근에 있어서는, 성막 재료의 내열성 등을 고려하여 프로세스 처리 시에 있어서의 저온화가 요구되고 있고, 이에 대응하여 프로세스 시의 웨이퍼 온도가 낮아도 반응을 촉진시킬 수 있는 플라즈마를 사용한 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1 내지 4).
상기한 플라즈마 처리 장치의 일례를 설명하면, 도 14는 상기한 종래의 종형의 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 모식도이다. 도 14에 있어서, 내부 분위기를 진공화 가능한 석영제의 원통체 형상의 처리 용기(2) 내에는 반도체 웨이퍼(W)가 회전 가능하게 된 다단의 웨이퍼 보트(4)에 지지되어 있다. 이 웨이퍼 보트(4)는 처리 용기(2)의 하방으로부터 승강되어 이 처리 용기(2) 내에 삽입 분리할 수 있도록 되어 있다. 또한, 이 처리 용기(2)의 하단부는 덮개부(6)에 의해 기밀하게 폐쇄되도록 되어 있다. 이 처리 용기(2)의 측벽에는, 이 높이 방향을 따라서 단면이 직사각 형상으로 된 플라즈마 형성 박스(8)가 설치되어 있다. 그리고, 이 플라즈마 형성 박스(8) 내에 플라즈마에 의해 활성화되는 가스를 흘리는 가스 노즐(10)이 설치되어 있다.
그리고, 이 플라즈마 형성 박스(8)의 구획벽의 외측 양측에, 각각 독립된 플라즈마 전극(12)을 플라즈마 형성 박스(8)의 높이 방향을 따라서 서로 대향시켜 한 쌍 설치하고, 이 양 플라즈마 전극(12) 사이의 영역에 플라즈마 발생용 고주파 전원(14)으로부터의, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전력을 인가하도록 되어 있다. 또한, 이 처리 용기(2)의 외측에는 천장부의 외측도 포함시켜 단열재(16)가 설치된다. 또한, 이 단열재(16)의 내측의 측면에는 상기 반도체 웨이퍼(W)를 가열하기 위해 가열 히터(18)가 설치된다. 그리고, 이 단열재(16)의 외측면에는 천장부를 포함시켜 실드 하우징(20)이 설치되는 동시에, 이 실드 하우징(20)은 접지되어, 고주파가 외부로 누출되는 것을 방지하도록 되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 상기 플라즈마 전극(12) 사이의 영역에 고주파 전력이 인가되면 플라즈마가 발생한다. 이 플라즈마에 의해 플라즈마 형성 박스(8) 내에 공급된 가스가 활성화되어 활성종이 발생한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 가열 온도가 낮아도 상기 발생한 활성종에 의해 반응 등이 촉진되게 된다.
그런데, 최근에 있어서는, 새로운 기술로서 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)인 미세 가공 기술에 의해 조립하는 기술이 제안되어 있다. 이 MEMS 기술에 있어서는, 압력 센서나 마이크로폰 등의 1개의 3차원의 장치를 작은 칩 내에 미세 가공 기술에 의해 조립하는 기술이다. 그 중에는 회전자를 갖는 미세 모터를 조립하는 MEMS 기술의 예도 있다. 예를 들어, 상기 미세 모터를 형성하는 경우에는 회전 가능한 미세한 회전자를 형성할 필요가 있다. 따라서, 이 회전자에 상당하는 미세한 부품의 전체 주위를 미리 산화막으로 감싸도록 형성하고, 그리고, 그 주변부를, 상기 회전자를 수용하는 케이스를 박막으로 형성한다. 그 후, 상기 산화막의 전체를 에칭에 의해 제거함으로써 케이스 내를 공동화시킨다. 이와 같이 하여, 상기 미세한 회전자를 케이스 내에서 스스로 회전을 할 수 있는 구조로 마무리하고 있다.
이와 같이, 장치 자체에는 최종적으로는 남지 않고, 제조 공정의 도중에 필요로 인해 형성되고, 그 후에 제거되는 박막을 희생층이라고 부르고, 그것이 산화막인 경우에는 희생 산화막이라고 부른다. 이와 같은 희생층, 혹은 희생 산화막은 나중에 제거되므로 막질 특성 등은 특별히 문제되지 않는다. 따라서, 통상의 게이트 산화막이나 층간 절연막 등의 높은 막질 특성이 요구되는 산화막 등을 성막할 때에는, 높은 막질 특성을 얻기 위해 비교적 온도가 높은 고온 하에서 성막 처리를 행할 필요가 있다. 한편, 이와 같은 희생 산화막을 형성하기 위해서는, 실온 등의 저온 영역에서 성막할 수 있는 기술이 개발되어 있다.
상기 희생 산화막을 성막하기 위해서는, 예를 들어 성막 장치로서 도 14에서 설명한 바와 같은 플라즈마 처리 장치를 사용하고, 원료 가스로서 DIPAS(디이소프로필아미노실란) 등의 아미노실란계 가스와 플라즈마에 의해 발생한 오존 등의 활성종을 사용하여, 실온 정도의 비교적 저온에서 상기 희생 산화막을 형성하도록 되어 있다.
그러나, 상기한 희생 산화막을 형성하기 위해, 도 14에서 설명한 바와 같은 플라즈마 처리 장치를 사용하면, 뱃치 처리를 할 때마다 처리 용기(2)와 단열재(16) 사이의 공간 부분에 플라즈마에 의해 발생한 열이 축적되어 열이 가득차게 되고, 이 결과, 연속해서 뱃치 처리를 행하면, 뱃치 처리마다 프로세스 온도가 점차 상승해 버려, 성막의 재현성이 저하되어 버리는 등의 문제가 발생하고 있었다.
따라서, 본 발명의 실시예는 상기 사정을 감안하여 이것을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 신규이고 또한 유용한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예는,
프로세스 온도가 실온 정도의 낮은 온도 대역에서 플라즈마 처리할 때에, 그 프로세스 온도를 낮게 유지하여 플라즈마 성막 처리 등의 플라즈마 처리의 재현성을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 관점에 따르면, 진공화 가능한 통체 형상의 처리 용기와, 복수의 피처리체를 보유 지지하여 상기 처리 용기 내로 삽입 분리되는 보유 지지 수단과, 상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 상기 처리 용기의 길이 방향을 따라서 설치되어 상기 가스를 고주파 전력에 의해 발생한 플라즈마에 의해 활성화하는 활성화 수단을 갖고, 상기 피처리체에 대해 플라즈마 처리를 실시하도록 된 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파를 차단하기 위해 상기 처리 용기의 주위를 둘러싸도록 하여 설치되는 동시에 접지된 통체 형상의 실드 하우징과, 상기 플라즈마 처리 중에 상기 실드 하우징과 상기 처리 용기 사이의 공간부를 따라서 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구를 구비하도록 구성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치이다.
이와 같이, 통체 형상의 처리 용기 내에 보유 지지 수단에 보유 지지된 복수의 피처리체를 수용하여 필요한 가스를 도입하고, 이들 피처리체를 활성화 수단에 의해 발생한 플라즈마에 의해 가스의 활성종을 형성하고, 이 활성종에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파를 차단하기 위해 처리 용기의 주위를 둘러싸도록 하여 설치되는 동시에 접지된 통체 형상의 실드 하우징과, 플라즈마 처리 중에 실드 하우징과 처리 용기 사이의 공간부를 따라서 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구를 구비하고, 플라즈마 처리 중에 냉각 기구에 의해 처리 용기의 외측을 따라서 냉각 기체를 흘려 냉각하도록 하였으므로, 실드 하우징과 처리 용기 사이의 공간부에 플라즈마로부터 발생한 열이 축적되는 경우가 없어지고, 그 결과, 프로세스 온도가 실온 정도의 낮은 온도 대역에서 플라즈마 처리할 때에, 그 프로세스 온도를 낮게 유지하여 플라즈마 성막 처리 등의 플라즈마 처리의 재현성을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 하나의 관점에 따르면, 상기 공간부 내의 분위기의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 상기 배기 헤더부와 상기 배기원 사이에 설치된 배기로와, 상기 배기로의 도중에 개재 설치되어, 상기 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서 상기 공간부의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때의 상기 온도 측정 수단의 측정 온도가 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 상기 플라즈마 처리 시에는 폐쇄된 상태로 되는 밸브 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 공간부 내의 분위기의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 배기 헤더부와 배기원 사이에 설치된 배기로와, 배기로의 도중에 개재 설치되어, 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서 공간부의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때의 온도 측정 수단의 측정 온도가 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 플라즈마 처리 시에는 폐쇄된 상태로 되는 밸브 기구를 더 구비함으로써, 예를 들어 처리 용기의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막이 박리되기 어려워지는 조건을 설정할 수 있다. 이 결과, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
본 발명의 다른 하나의 관점에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 내부의 분위기를 배기하기 위해 가스를 공급 및 배출함으로써 당해 내부를 냉각 가능하게 처리 대상물을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법이고, 플라즈마가 생성되어 있지 않은 상태에서, 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 내부의 상기 분위기의 온도를 측정하는 스텝과, 상기 분위기가 미리 설정된 배기 풍량으로 배기되었을 때의 상기 측정된 온도가 미리 설정된 제1 임계치 온도보다 낮을 때에는, 상기 플라즈마 처리 중에 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 내부로의 상기 가스의 공급을 하지 않는 스텝을 갖는 플라즈마 처리 방법이다.
이에 의해, 예를 들어 처리 용기의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막이 박리되기 어려워지는 조건을 설정할 수 있다. 이 결과, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
또한 본 발명의 목적과 이점은, 일부는 명세서에 기재되고, 일부는 명세서로부터 자명하다. 본 발명의 목적과 이점은 첨부한 클레임에서 특히 지적되는 요소와 그 조합에 의해 실현되어 달성된다. 상기한 일반적인 기재와 하기의 상세한 설명은 예시로서 설명하는 것으로, 클레임된 본 발명을 한정적으로 하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 프로세스 온도가 실온 정도의 낮은 온도 대역에서 플라즈마 처리할 때에, 그 프로세스 온도를 낮게 유지하여 플라즈마 성막 처리 등의 플라즈마 처리의 재현성을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량을 향상시키는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 종단면 구성도.
도 2는 플라즈마 처리 장치를 도시하는 횡단면도.
도 3은 실드 하우징과 냉각 기구를 도시하는 부분 개략 사시도.
도 4a와 도 4b는 흡기 헤더부의 상태를 도시하는 분해 사시도.
도 5는 배기 헤더부를 도시하는 횡단면도.
도 6a와 도 6b는 뱃치 처리를 연속해서 행하였을 때의 처리 중에 있어서의 공간부의 온도 변화를 나타내는 그래프.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 도 6에 나타내는 그래프의 결과로부터 구한 공간부의 온도차를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 변형 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도.
도 9는 본 발명의 제1 변형 실시예에 있어서의 실드 하우징 내 분위기와 대기의 차압과 실드 하우징의 내부의 온도의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 차압이 0㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 차압이 60㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 12는 차압이 130㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 13은 플라즈마 처리(런) 종료 후의 실드 하우징 내의 온도 변화를 나타내는 그래프.
도 14는 종래의 종형의 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 모식도.
도 2는 플라즈마 처리 장치를 도시하는 횡단면도.
도 3은 실드 하우징과 냉각 기구를 도시하는 부분 개략 사시도.
도 4a와 도 4b는 흡기 헤더부의 상태를 도시하는 분해 사시도.
도 5는 배기 헤더부를 도시하는 횡단면도.
도 6a와 도 6b는 뱃치 처리를 연속해서 행하였을 때의 처리 중에 있어서의 공간부의 온도 변화를 나타내는 그래프.
도 7a, 도 7b, 도 7c는 도 6에 나타내는 그래프의 결과로부터 구한 공간부의 온도차를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 변형 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도.
도 9는 본 발명의 제1 변형 실시예에 있어서의 실드 하우징 내 분위기와 대기의 차압과 실드 하우징의 내부의 온도의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 차압이 0㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 차압이 60㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 12는 차압이 130㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프.
도 13은 플라즈마 처리(런) 종료 후의 실드 하우징 내의 온도 변화를 나타내는 그래프.
도 14는 종래의 종형의 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 모식도.
이하에, 도 1 내지 도 14를 사용하여 본원의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 종단면 구성도, 도 2는 플라즈마 처리 장치를 도시하는 횡단면도, 도 3은 실드 하우징과 냉각 기구를 도시하는 부분 개략 사시도, 도 4는 흡기 헤더부의 상태를 도시하는 분해 사시도, 도 5는 배기 헤더부를 도시하는 횡단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(22)는 연직 방향으로 설치되어 하단부가 개방된 천장이 있는 세로로 긴 원통체 형상의 처리 용기(24)를 갖고 있다. 이 처리 용기(24)의 전체는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있고, 이 처리 용기(24) 내의 천장에는 석영제의 천장판(26)이 설치되어 밀봉되어 있다. 또한, 이 처리 용기(24)의 하단부는 배기 특성의 향상을 위해 그 내경이 약간 크게 설정되고, 그 하단부는 개방되어 있다. 이 하단부에, 예를 들어 스테인리스 스틸제의 원통체 형상의 매니폴드를 연결하도록 한 구성을 사용해도 좋다.
상기 처리 용기(24)의 하단부 개구부에 있어서는, 그 하방으로부터 다수매의 피처리체로서의 반도체 웨이퍼(W)를 다단으로 적재한 보유 지지 수단으로서의 석영제의 웨이퍼 보트(28)가 승강 가능하고 삽입 분리 가능하게 되어 있다. 본 실시예의 경우에 있어서, 이 웨이퍼 보트(28)의 지주(28A)에는, 예를 들어 50 내지 150매 정도의 직경이 300㎜인 웨이퍼(W)를 대략 등피치로 다단으로 지지할 수 있도록 되어 있다.
이 웨이퍼 보트(28)는 석영제의 보온통(30)을 통해 테이블(32) 상에 적재되어 있고, 이 테이블(32)은 처리 용기(24)의 하단부 개구부를 개폐하는, 예를 들어 스테인리스 스틸제의 덮개부(34)를 관통하는 회전축(36) 상에 지지된다. 그리고, 이 회전축(36)의 덮개부(34)에 대한 관통부에는, 예를 들어 자성 유체 시일(38)이 개재 설치되어, 이 회전축(36)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(34)의 주변부와 처리 용기(24)의 하단부에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(40)가 개재 설치되어 있어, 처리 용기(24) 내의 시일성을 유지하고 있다.
상기한 회전축(36)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(42)의 선단에 설치되어 있고, 웨이퍼 보트(28) 및 덮개부(34) 등을 일체적으로 승강하여 처리 용기(24) 내로 삽입 분리할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 테이블(32)을 상기 덮개부(34)측으로 고정하여 설치하고, 웨이퍼 보트(28)를 회전시키지 않고 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 좋다. 그리고, 이 처리 용기(24)의 하단부는, 예를 들어 스테인리스 스틸로 이루어지는 베이스판(44)에 설치되어 지지되어 있다.
이 처리 용기(24)의 하부에는 처리 용기(24) 내측으로 플라즈마화되는 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급 수단(46)과, 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 수단(48)이 설치된다. 구체적으로는, 상기 제1 가스 공급 수단(46)은 상기 처리 용기(24)의 하부의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 제1 가스 노즐(50)을 갖고 있다. 이 제1 가스 노즐(50)에는 그 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사 구멍(50A)이 소정의 간격을 이격하여 형성되어 분산형의 가스 노즐로 되어 있고, 각 가스 분사 구멍(50A)으로부터 수평 방향을 향해 대략 균일하게 제1 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다.
또한, 마찬가지로 상기 제2 가스 공급 수단(48)도, 상기 처리 용기(24)의 하부의 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영관으로 이루어지는 제2 가스 노즐(52)을 갖고 있다. 상기 제2 가스 노즐(52)에는 그 길이 방향을 따라서 복수(다수)의 가스 분사 구멍(52A)이 소정의 간격을 이격하여 형성되어 분산형의 가스 노즐로 되어 있고, 각 가스 분사 구멍(52A)으로부터 수평 방향을 향해 대략 균일하게 제2 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 가스 노즐(50, 52)에 접속되는 가스 통로(46A, 48A)의 도중에는 각각 가스 유량을 제어하는 매스플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기(46B, 48B) 및 개폐 밸브(46C, 48C)가 개재 설치되어 있다.
또한, 여기서는 제1 가스와 제2 가스를 공급하는 제1 가스 공급 수단(46)과 제2 가스 공급 수단(48)밖에 도시되어 있지 않지만, 더 많은 가스종을 사용하는 경우에는, 그것에 대응하여 또 다른 가스 공급 수단을 설치하는 것은 물론이고, 예를 들어 N2 등의 퍼지 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단도 설치되어 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 불필요한 막을 제거하는 클리닝 가스, 예를 들어 HF계 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급계도 설치되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(24)의 하부의 측벽에는 배기구(54)가 형성되어 있다. 그리고, 이 배기구(54)에는 압력 조정 밸브(56A)나 진공 펌프(56B) 등이 개재 설치된 진공 배기계(56)가 접속되어 있고, 처리 용기(24) 내의 분위기를 진공화하여 소정의 압력으로 유지할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 처리 용기(24)에는 그 길이 방향을 따라서 설치되어, 상기 제1 가스를 고주파 전력에 의해 발생한 플라즈마에 의해 활성화하는 활성화 수단(58)이 형성되어 있다. 이 활성화 수단(58)은, 도 2에도 도시한 바와 같이 처리 용기(24)의 길이 방향을 따라서 설치된 플라즈마 구획벽(60)에 의해 구획 형성된 플라즈마 형성 박스(62)와, 이 플라즈마 구획벽(60)에 그 길이 방향을 따라서 설치된 플라즈마 전극(64)과, 이 플라즈마 전극(64)에 접속된 고주파 전원(66)에 의해 주로 구성되어 있다.
구체적으로는, 상기 플라즈마 형성 박스(62)는 상기 처리 용기(24)의 측벽을 상하 방향을 따라서 소정의 폭으로 깎아냄으로써 상하로 가늘고 긴 개구(68)를 형성하고, 이 개구(68)를 그 외측으로부터 덮도록 하여 단면 ㄷ자 형상으로 된 상하로 가늘고 긴, 예를 들어 석영제의 상기 플라즈마 구획벽(60)을 배치하여, 상기 플라즈마 구획벽(60)을 상기 처리 용기(24)의 외벽에 기밀하게 용접 접합함으로써 형성되어 있다.
이에 의해, 이 처리 용기(24)의 측벽의 외측으로 돌출시키도록 하여, 단면 ㄷ자 형상으로 움푹 패이게 하여 일측이 처리 용기(24) 내로 개방되어 연통된 플라즈마 형성 박스(62)가 일체적으로 형성되게 된다. 즉, 플라즈마 구획벽(60)의 내부 공간은 플라즈마 형성 영역으로 되어 있고, 상기 처리 용기(24) 내에 일체적으로 연통된 상태로 되어 있다. 상기 개구(68)는 웨이퍼 보트(28)에 보유 지지되어 있는 모든 웨이퍼(W)를 상기 처리 용기(24)의 높이 방향에 있어서 커버할 수 있도록 상하 방향으로 충분히 길게 형성되어 있다. 그리고, 상기 플라즈마 구획벽(60)의 양 측벽의 외측면에는 서로 대향시키도록 하여 한 쌍의 상기 플라즈마 전극(64)이 설치되어 있다. 이 플라즈마 전극(64)은 플라즈마 형성 박스(62)의 길이 방향을 따라서 전체에 형성되어 있다.
그리고, 상기 각 플라즈마 전극(64)은 각각 급전 라인(70)에 접속되고, 이 급전 라인(70)은 임피던스 정합을 도모하기 위한 정합 회로(71)가 도중에 개재 설치되어 상기 플라즈마 발생용 고주파 전원(66)에 접속되어 있고, 이 고주파 전력에 의해 플라즈마 형성 박스(62) 내에 플라즈마를 형성하도록 되어 있다. 여기서 상기 고주파 전원(66)의 주파수로서는, 예를 들어 13.56㎒가 사용되지만, 이에 한정되지 않고, 4㎒ 내지 27.12㎒의 범위 내의 주파수를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 처리 용기(24) 내를 상방향으로 연장해 가는 제1 가스 노즐(50)은 도중에 처리 용기(24)의 반경 방향 외측으로 굴곡된다. 상기 플라즈마 형성 박스(62) 내의 가장 안측이고, 처리 용기(24)의 중심으로부터 가장 이격된 부분에 위치한다. 즉, 이 가장 안측의 부분을 따라서 상방을 향해 기립시켜 설치되어 있다. 따라서, 고주파 전원(66)이 온으로 되어 있을 때에 상기 제1 가스 노즐(50)의 각 가스 분사 구멍(50A)으로부터 분사된 제1 가스는 이 플라즈마 형성 박스(62)에서 플라즈마에 의해 활성화되어 처리 용기(24)의 중심을 향해 확산되면서 흐르도록 되어 있다. 또한, 상기 제1 가스 노즐(50)은 처리 용기(24)의 측벽을 관통시키지 않고, 플라즈마 구획벽의 하단부로부터 직접 관통시키도록 하여 설치해도 좋다.
또한, 처리 용기(24)의 개구(68)의 내측의 일측에는, 상기 제2 가스 노즐(52)이 기립되어 설치되어 있고(도 2 참조), 제2 가스 노즐(52)에 형성한 각 가스 분사 구멍(52A)으로부터 처리 용기(24)의 중심 방향을 향해 제2 가스를 분사할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 이와 같이 형성된 처리 용기(24)의 외측에, 본 발명의 특징으로 하는 실드 하우징(72)과, 플라즈마 처리 중에 이 실드 하우징(72) 내에 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구(74)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 상기 처리 용기(24)의 외측에는 천장부도 포함시켜 주위 전체를 둘러싸도록 하여, 예를 들어 원통 형상으로 성형된 상기 실드 하우징(72)이 설치되어 있다. 이 실드 하우징(72)은 알루미늄이나 스테인리스 스틸 등의 금속으로 이루어져 접지되어 있고, 활성화 수단(58)으로부터 밖으로 누출되는 고주파를 차단하여 외측으로 누출되지 않도록 하고 있다.
이 실드 하우징(72)의 하단부는 상기 베이스판(44)에 접속되어 있어, 이 하방으로부터도 고주파가 누출되지 않도록 하고 있다. 이 실드 하우징(72)의 실드값(비도전율 × 비투자율 × 판 두께)은 높을수록 좋고, 예를 들어 SUS 304(스테인리스 스틸의 종류)를 사용한 경우의 판 두께는 1.5㎜ 이상으로 설정하는 것이 좋다. 또한, 그 치수는, 예를 들어 직경이 300㎜인 웨이퍼(W)를 수용하는 상기 처리 용기(24)의 직경이 450㎜ 정도인 경우에는, 상기 실드 하우징(72)의 직경은 600㎜ 정도이다.
그리고, 이 실드 하우징(72)에 설치되는 상기 냉각 기구(74)는 이 실드 하우징(72)의 일단부인 하단부에 설치되어 냉각 기체를 도입하기 위한 흡기 헤더부(76)와, 실드 하우징(72)의 타단부인 상단부에 설치되어 실드 하우징(72) 내의 분위기를 배기하기 위한 배기 헤더부(78)로 이루어지고, 상기 실드 하우징(72)과 처리 용기(24) 사이의 공간부(82)를 따라서 화살표 84로 나타낸 바와 같이 냉각 기체를 흘리도록 되어 있다. 그리고, 이 배기 헤더부(78)는 배기원(80)에 접속된다. 이 배기원(80)이라 함은, 여기서는 클린룸 내에 설치된 이 플라즈마 처리 장치(22)를 포함하는 각 장치 내의 배기를 행하는 공장 덕트(83)로 이루어지고, 이 공장 덕트(83)의 하류측에는 대형의 배기 팬(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 공장 내 전체의 배기를 행하도록 되어 있다.
상기 배기 헤더부(78)는, 도 3 및 도 4에도 도시한 바와 같이 상기 실드 하우징(72)의 측벽에, 그 둘레 방향을 따라서 설치된 기체 유통 덕트(86)와, 상기 실드 하우징(72)의 측벽에 그 둘레 방향을 따라서 소정의 간격으로 균등하게 형성된 기체 유통 구멍(88)과, 상기 기체 유통 덕트(86)에 설치되어 냉각 기체를 상기 실드 하우징(72)에 도입하기 위한 기체 도입구(90)를 갖고 있다. 상기 기체 유통 덕트(86)는, 여기서는 단면이 대략 직사각 형상으로 성형되어 있고, 실드 하우징(72)의 하단부의 주위를 링 형상으로 둘러싸도록 하여 설치되어 있다.
그리고, 이 기체 유통 덕트(86)의 천장부(86A)에, 상기 실드 하우징(72)의 직경 방향에 대향하도록 배치하여 한 쌍(2개)의 상기 기체 도입구(90)가 형성되어 있다. 상기 기체 유통 구멍(88)은, 여기서는 실드 하우징(72)의 둘레 방향을 따라서 직사각 형상으로 성형되어 있고, 전체 4개의 기체 유통 구멍(88)이 등간격으로 배치되어 있다. 따라서, 상기 2개의 기체 도입구(90)로부터 기체 유통 덕트(86) 내로 도입한 냉각 기체를, 이 기체 유통 덕트(86) 내를 따라서 흘리면서 상기 직사각 형상의 기체 유통 구멍(88)으로부터 실드 하우징(72) 내로 유입하도록 되어 있다.
이 경우, 냉각 기체를 균등하게 흘리기 위해, 상기 기체 도입구(90)를, 이웃하는 기체 유통 구멍(88) 사이의 중앙부에 형성하는 것이 바람직하다. 이 기체 유통 구멍(88)의 수는 4개로 한정되지 않고, 2개, 혹은 더 많이 형성해도 좋고, 펀칭 메탈 형상으로 링 형상으로 형성해도 좋다. 또한, 고주파의 실드 효과를 높이기 위해 상기 기체 유통 구멍(88)에 펀칭 메탈을 설치하도록 해도 좋다.
그리고, 여기서는 상기 2개의 기체 도입구(90)에 접속하도록 하여, 반원호 형상의 냉각 기체 안내 덕트(92)가 설치된다. 이 냉각 기체 안내 덕트(92)의 중앙부에는 기체 입구(94)가 형성되는 동시에, 그 양단부측에, 상기 각 기체 도입구(90)에 연통되는 개구(96)가 각각 형성되어 있다. 여기서는 클린룸 내의 상시 23 내지 27℃ 정도로 유지되어 있는 청정 공기가 냉각 기체로서 사용되고 있고, 따라서, 상기 기체 도입구(90)로부터 도입된 청정 공기로 이루어지는 냉각 기체가 상기 냉각 기체 안내 덕트(92) 내를 흘러 개구(96) 및 기체 도입구(90)를 통해 링 형상의 기체 유통 덕트(86) 내를 2방향으로 나뉘어 흐르고, 상기 기체 유통 구멍(88)으로부터 실드 하우징(72) 내로 유입하도록 되어 있다. 실제로는, 상기 기체 입구(94)에는 도시하지 않은 급기로가 접속되고, 이 급기로로부터 클린룸 내와 동일한 온도의 청정 공기가 도입된다.
또한, 상기 냉각 기체 안내 덕트(92)는 설치하지 않고, 2개의 기체 도입구(90)로부터 직접적으로 냉각 기체인 클린룸 내의 청정 공기를 도입하도록 해도 좋고, 이 기체 도입구(90)의 수를 더 많이 형성하도록 해도 좋다.
한편, 도 3 및 도 5에도 도시한 바와 같이, 상기 실드 하우징(72)의 상단부에 설치되는 배기 헤더부(78)는 실드 하우징(72)의 단부면을 막는 단부판(98)에 형성된 기체 유통 구멍(100)과, 이 기체 유통 구멍(100)을 둘러싸서 덮도록 하여 설치된 상자 형상의 배기 박스(102)와, 이 배기 박스(102)에 형성된 기체 배기구(104)와, 이 기체 배기구(104)에 접속되어 상기 배기원(80)인 공장 덕트(83)(도 1 참조)에 접속되는 배기로(106)를 갖고 있다.
상기 단부판(98)은 실드 하우징(72)의 천장판으로서 기능하는 것으로, 이 단부판(98)도 고주파에 대한 실드 기능을 갖는 금속판, 예를 들어 스테인리스 스틸에 의해 형성되어 있다. 이 단부판(98)에 형성되는 기체 유통 구멍(100)은, 여기서는 복수의 직경이 작은 펀치 구멍(100A)을 배열하여 형성되어 있고, 하방으로부터 상승해 오는 냉각 기체를 펀치 구멍(100A)을 통해 상방으로 흘리는 동시에 고주파에 대한 실드성을 높이도록 되어 있다. 즉, 여기서는, 단부판(98)으로서는, 중앙부측에 복수의 구멍이 형성된 펀칭 메탈을 사용할 수 있다. 이 경우, 이 기체 유통 구멍(100)을 대구경의 1개의 구멍으로서 형성해도 좋다. 이 대구경의 기체 유통 구멍(100)에 펀칭 메탈을 설치하도록 해도 좋다.
상기 배기 박스(102)는, 여기서는 대략 정사각 형상으로 성형되어 있고, 그 내측에는 상기 기체 유통 구멍(100)을 둘러싸는 동시에, 1변을 상기 배기 박스(102)의 측벽과 공통으로 한 "ㄷ"자 형상의 구획벽(108)이 더 설치되어 있다. 그리고, 이 구획벽(108)의 대향면에는 한 쌍의 유통 구멍(110)이 형성되는 동시에, 이 유통 구멍(110)은 상기 배기 박스(102)의 벽면과 상기 구획벽(108) 사이에 형성된 유로(112)를 통해 상기 기체 배기구(104)에 연통되어 있다.
따라서, 상기 복수의 펀치 구멍(100A)을 통해 상기 흘러나온 냉각 기체는 구획벽(108)에 형성한 한 쌍의 유통 구멍(110)을 통해 유로(112) 내를 흐르고, 또한 기체 배기구(104)로부터 공장 덕트(83)측을 향해 흐르도록 구성되어 있다. 또한, 상기 배기 박스(102)의 형상은 직사각 형상으로 한정되지 않고, 예를 들어 원형으로 성형해도 좋고, 또한 구획벽(108)의 형상을 원형으로 성형하도록 해도 좋다. 또한, 기체 배기구(104)를 배기 박스(102)의 측벽이 아니라, 이 기체 배기구(104)를 배기 박스(102)의 천장부에 형성하도록 하여 냉각 기체를 상방으로 빼도록 해도 좋다. 또한, 상기 배기로(106)에는 유량 제어 밸브(113)가 개재 설치되어 있어, 배기 풍량을 제어할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 도 1로 돌아가 이 플라즈마 처리 장치(22)의 동작 전체의 제어, 예를 들어 가스의 공급의 개시 및 공급의 정지, 고주파 전원(66)의 전력의 설정이나, 이 온ㆍ오프, 프로세스 압력의 설정 등은, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(114)에 의해 행해진다. 또한, 이 장치 제어부(114)는 상기 각종 가스의 공급이나 공급 정지의 제어, 고주파의 온ㆍ오프 제어 및 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램을 기억하는, 예를 들어 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등의 기억 매체(116)를 갖고 있다.
다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치를 사용하여 행해지는 플라즈마 처리로서 플라즈마에 의한 성막 방법을 실온 부근에서 행하는 경우를 예로 들어 설명한다. 구체적으로는, 여기서는 성막 처리로서, 제1 가스로서 산소를 사용하고, 제2 가스로서 아미노실란계 가스를 사용하여 실온 부근에서 희생 산화막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 아미노실란계 가스로서는 앞서 설명한 DIPAS를 사용할 수 있다.
우선, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상온의 다수매, 예를 들어 50 내지 150매의 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(W)가 적재된 상태의 웨이퍼 보트(28)를 실온, 예를 들어 23 내지 27℃ 정도로 된 처리 용기(24) 내에 그 하방으로부터 상승시켜 로드하고, 덮개부(34)로 처리 용기(24)의 하단부 개구부를 폐쇄함으로써 용기 내를 밀폐한다.
그리고, 처리 용기(24) 내를 진공화하여 소정의 프로세스 압력으로 유지하고, 상기 제1 가스와 제2 가스를 제1 가스 공급 수단(46) 및 제2 가스 공급 수단(48)으로부터 각각 유량 제어하면서 공급한다. 이것과 함께 고주파 전원(RF 전원)(66)을 온으로 하여 활성화 수단(58)의 플라즈마 형성 박스(62) 내에 플라즈마를 발생시키도록 한다.
구체적으로는, 제1 가스인 산소 가스는 제1 가스 노즐(50)의 각 가스 분사 구멍(50A)으로부터 수평 방향으로 분사되고, 또한 제2 가스인 아미노실란계 가스는 제2 가스 노즐(52)의 각 가스 분사 구멍(52A)으로부터 수평 방향으로 분사된다. 그리고, 산소 가스는 플라즈마 형성 박스(62) 내에 형성되어 있는 플라즈마에 의해 활성화되어 오존 등의 활성종이 만들어지고, 이 활성종이 상기 아미노실란계 가스와 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 희생 산화막을 형성하게 된다.
한편, 이와 같은 플라즈마 성막 처리가 행해지고 있는 동안, 상기 플라즈마에 의해 발생한 열이, 상기 처리 용기(24)의 외측을 덮는 고주파 차단용 실드 하우징(72) 내에 점차 축적되게 된다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 이 실드 하우징(72) 내는 냉각 기구(74)에 의해 흘려지고 있는 냉각 기체에 의해 냉각되어 있으므로, 처리 용기(24)나 웨이퍼(W)의 온도 상승을 억제하여, 이를 실온 정도로 유지할 수 있다.
즉, 이 실드 하우징(72) 내의 분위기는 배기원(80)인 공장 덕트(83)에 연통되어 배기되고 있으므로, 항상 감압 분위기로 되어 있다. 따라서, 이 플라즈마 처리 장치(22)가 설치되어 있는 클린룸 내의 23 내지 27℃ 정도로 유지된 청정 공기는 실드 하우징(72)의 하부에 형성한 기체 입구(94)로부터 화살표 120(도 1 및 도 3 참조)으로 나타낸 바와 같이 냉각 기체로서 냉각 기체 안내 덕트(92) 내로 도입되어 이 속을 흐르고, 이 냉각 기체는 원호 형상의 냉각 기체 안내 덕트(92)의 양단부에 형성한 각 개구(96) 및 기체 도입구(90)를 통해 배기 헤더부(78)의 기체 유통 덕트(86) 내로 화살표 122(도 3 참조)로 나타내는 바와 같이 도입된다. 이 냉각 기체는 링 형상의 기체 유통 덕트(86) 내를 2방향으로 나뉘어 흐르고, 4개 형성된 상기 기체 유통 구멍(88)으로부터 실드 하우징(72) 내로 유입되게 된다.
이 실드 하우징(72) 내로 유입된 냉각 기체는 이 실드 하우징(72)과 처리 용기(24) 사이의 공간부(82) 내를 화살표 84(도 1 참조)로 나타낸 바와 같이 상승하여 흘러 가고, 이때, 플라즈마에 의해 발생한 열에 의해 승온 경향에 있는 처리 용기(24)의 측벽을 냉각하는 동시에, 이 공간부(82)에 축적되어 있는 플라즈마에 의해 발생한 열을 운반하여 배출해 가게 된다. 이 냉각 기체가 상승하는 흐름은 처리 용기(24)의 대략 전체 둘레에 있어서 발생하게 된다.
이 실드 하우징(72) 내를 상승하여 흐른 냉각 기체는 배기 헤더부(78)의 기체 유통 구멍(100)의 각 펀치 구멍(100A)을 통해 배기 박스(102) 내로 수렴하도록 하여 유입되고, 또한 이 냉각 기체는 화살표 124(도 5 참조)로 나타낸 바와 같이 구획벽(108)에 형성한 한 쌍의 각 유통 구멍(110)을 통해 배기 박스(102)와 구획벽(108) 사이의 유로(112) 내를 흐르고, 또한 기체 배기구(104)로부터 배기로(106)를 통해 공장 덕트(83)측으로 흘러 가게 된다.
이와 같이 하여, 실드 하우징(72) 내는 냉각되고 있으므로, 처리 용기(24)나 웨이퍼(W)의 온도 상승을 억제하여 이를 실온 정도로 유지할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 1개의 뱃치 처리가 종료되고 다음의 뱃치 처리를 행할 때에도 실드 하우징(72) 내에는 열이 축적된 상태로는 되어 있지 않으므로, 처리 용기(24)나 웨이퍼(W)의 온도 상승을 억제하여 실온 정도로 유지할 수 있고, 플라즈마 처리의 재현성을 높게 유지할 수 있다. 바꾸어 말하면, 한번에 복수매의 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하는 뱃치 처리를 연속적으로 행해도, 상술한 바와 같이 냉각 기체를 실드 하우징(72) 내로 흘려 공간부(82)에 축적된 열을 배출하는 동시에 처리 용기(24) 및 웨이퍼(W)를 냉각하여 실온 정도로 유지할 수 있으므로, 플라즈마 처리(성막 처리)의 재현성을 높게 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따르면, 통체 형상의 처리 용기(24) 내에 보유 지지 수단(28)에 보유 지지된 복수의 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)를 수용하여 필요한 가스를 도입하고, 이들 피처리체를 활성화 수단(58)에 의해 발생한 플라즈마에 의해 가스의 활성종을 형성하고, 이 활성종에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 장치(22)에 있어서, 고주파를 차단하기 위해 처리 용기(24)의 주위를 둘러싸도록 하여 설치되는 동시에 접지된 통체 형상의 실드 하우징(72)과, 플라즈마 처리 중에 실드 하우징(72)과 처리 용기(24) 사이의 공간부(82)를 따라서 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구(74)를 구비하고, 플라즈마 처리 중에 냉각 기구(74)에 의해 처리 용기(24)의 외측을 따라서 냉각 기체를 흘려 냉각하도록 하였으므로, 실드 하우징(72)과 처리 용기(24) 사이의 공간부(82)에 플라즈마로부터 발생한 열이 축적되는 경우가 없어지고, 그 결과, 프로세스 온도가 실온 정도의 낮은 온도 대역에서 플라즈마 처리할 때에, 그 프로세스 온도를 낮게 유지하여 플라즈마 성막 처리 등의 플라즈마 처리의 재현성을 향상시킬 수 있다.
<본 발명의 실시예의 냉각 기구의 평가>
다음에, 상술한 바와 같은 냉각 기구(74)를 설치한 본 발명의 본 실시예의 플라즈마 처리 장치를 사용하여 복수회의 플라즈마에 의한 뱃치 처리를 연속적으로 행하였을 때의 처리 용기(24)와 실드 하우징(72) 사이에 형성되는 공간부(82)의 온도 변화를 측정하였으므로, 그 평가 결과에 대해 설명한다. 여기서는 비교를 위해, 도 14에 도시하는 원통체 형상의 단열재가 부착된 가열 히터(히터 자체는 구동하지 않음)를 갖는 종래의 플라즈마 처리 장치로 플라즈마에 의한 뱃치 처리도 행하였으므로, 그 결과에 대해서도 설명한다.
여기서의 처리는 1회의 뱃치 처리에서 117매의 웨이퍼에 대해 60분간의 플라즈마 성막 처리를 행하고, 이 뱃치 처리를 연속해서 7회(RUN 1로부터 RUN 7) 행하였다. 도 6a와 도 6b는 뱃치 처리를 연속해서 행하였을 때의 처리 중에 있어서의 공간부의 온도 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6a가 종래의 플라즈마 처리 장치의 경우를 도시하고, 도 6b가 본 발명의 본 실시예의 플라즈마 처리 장치의 경우를 도시하고 있다. 여기서 도 6b에 도시하는 본 발명의 본 실시예의 플라즈마 처리 장치에서는, 실드 하우징 내의 배기 풍량을 0.55㎥/min으로 설정하고 있다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d는 도 6a와 도 6b에 나타내는 그래프의 결과로부터 구한 공간부의 온도차를 나타내는 도면이다. 또한, 여기서는 배기 풍량을 3종류 바꾸어 행하였을 때의 실험의 결과를 더불어 기재하고 있다. 또한, 여기서는 웨이퍼 보트에 다단으로 지지되어 있는 웨이퍼를 높이 방향으로 4개의 에어리어로 분할하고, 최상단에 위치하는 에어리어에 대응하는 공간부의 온도를 "TOP"(톱)으로 나타내고, 그 아래의 에어리어에 대응하는 공간부의 온도를 "T-C"(톱 센터)로 나타내고, 또한 그 아래의 에어리어에 대응하는 공간부의 온도를 "C-B"(센터 보텀)로 나타내고, 또한 최하단에 위치하는 에어리어에 대응하는 공간부의 온도를 "BTM"(보텀)으로 나타내고 있다. 상기 각 온도는 공간부(82)에 배치한 열전대에 의해 측정하고 있다. 또한, 모든 프로세스에 있어서, 처리 개시 시의 공간부(82)의 온도는 27℃였다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 종래의 플라즈마 처리 장치의 경우에는, "TOP", "T-C", "C-B" 및 "BTM"의 모든 에어리어의 공간부의 온도는, 1RUN째로부터 7RUN째까지 뱃치 처리를 반복할 때마다 공간부의 온도는 27 내지 28℃로부터 서서히 상승하여, 최종적으로 40 내지 46℃ 정도까지 상승하고 있어, 재현성이 떨어져 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 도 7a에 도시한 바와 같이, 공간부의 최대치(Max)와 최소치(Min)의 온도차(Δ)는, "TOP"가 18.5℃, "T-C"가 16.5℃, "C-B"가 13.6℃, "BTM"이 10.7℃로 되어 있고, 뱃치 처리 사이에서 공간부의 온도가 크게 변동하여 바람직하지 않다.
이에 대해, 도 6b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 경우에는, "TOP", "T-C", "C-B" 및 "BTM"의 모든 에어리어의 공간부의 온도는, 1RUN째로부터 7RUN째까지 대략 27 내지 30℃의 범위 내로 억제되어 있어, 뱃치 처리를 연속적으로 행해도 공간부의 온도가 상승하는 경우가 없어 이를 안정적으로 유지할 수 있으므로, 플라즈마 처리의 재현성을 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
도 7c는 이 도 6b에 도시하는 실험의 공간부의 온도의 최대치(Max)와 최소치(Min)의 온도차(Δ)를 취한 것으로, "TOP", "T-C", "C-B" 및 "BTM"에 대해, 각각 3.6℃, 1.9℃, 1.4℃, 1.2℃이고, 모든 에어리어에서 온도차가 매우 작아져 종래의 장치예와 비교하여, 본 발명의 본 실시예에서는 매우 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 본 발명의 본 실시예의 플라즈마 처리 장치를 사용하여, 배기 풍량만을 0.35㎥/min 및 0.72㎥/min로 바꾸어, 도 6b에서 설명한 실험과 동일한 실험을 행하였을 때의 결과를 도 7b 및 도 7d에 각각 나타낸다.
이에 따르면, "TOP", "T-C", "C-B" 및 "BTM"의 공간부의 각 온도는, 도 7b 및 도 7d에 도시한 경우에도, 설정 온도인 27℃보다 그다지 변화되어 있지 않아, 충분히 양호한 결과를 나타내고 있고, 또한 온도차(Δ)도 도 7b의 경우에는 5.2℃, 3.9℃, 2.2℃, 1.4℃이고, 또한 도 7d의 경우에는 3.0℃, 1.7℃, 1.5℃, 1.2℃로, 모두 양호한 결과를 나타내고 있어, 플라즈마 처리의 재현성을 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
이 경우, 도 7b에 도시한 바와 같이, 배기 풍량을 0.35㎥/min으로 적게 한 경우에, "TOP"나 "T-C"의 공간부의 각 온도가 32.5℃나 31.1℃까지 상승하지만, 설정 온도인 27℃의 ±6℃의 범위 내이므로, 충분히 실용에 견딜 수 있는 결과였다.
<제1 변형 실시예>
다음에, 본 발명에 제1 변형 실시예에 대해 설명한다. 앞의 실시예에서는, 성막 처리 중에는 냉각 기구(74)를 사용하여 실드 하우징(72) 내의 공간부(82)로 냉각 기체를 반드시 흘리도록 하고 있었지만, 이 플라즈마 처리 장치(22)를 설치하는 환경, 예를 들어 클린룸 내의 온도 환경 등에 따라서는, 처리량 향상의 관점에서 냉각 기체를 흘리지 않는 쪽이 좋은 경우도 있다. 구체적으로는, 성막 처리를 반복해서 행하면, 처리 용기(24)의 내벽에도 박리되면 파티클의 원인이 되는 불필요한 막이 누적되어 퇴적되게 되지만, 일반적으로는 이 불필요한 막이 박리되기 전에, 정기적으로, 혹은 부정기적으로 클리닝 가스를 사용하여 상기 불필요한 막을 제거하는 클리닝 조작이 행해지고 있다.
이 불필요한 막을 제거하는 클리닝에 있어서는, 예를 들어 처리 용기(24)의 측벽에 퇴적되는 상기 불필요한 막의 누적 막 두께를 관리하여, 이 막 두께가 미리 정한 기준으로 되는 두께, 예를 들어 1 내지 20㎛ 정도의 범위 내의 미리 정해진 기준치에 도달할 때마다 클리닝 조작을 행하도록 되어 있다. 이 경우, 성막 시의 처리 용기(24)의 온도에 의존하여, 처리 용기(24)의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막의 막질이 미묘하게 변화되어, 예를 들어 누적 막 두께가 기준치에 도달하기 전에 박리되기 쉬워지는 경우도 있는 것이 본 발명의 발명자들에 의해 확인되었다. 이 기준치는 성막하는 막종이나 프로세스 조건 등에 따라서 미리 정해져 있다.
구체적으로는, 냉각 기구(74)를 동작시켜 처리 용기(24)의 측벽의 온도를 지나치게 내리면, 저온으로 되는 것에 따라서 불필요한 막이 박리되기 쉬워져, 누적 막 두께가 미리 정한 기준치 이하에서도 불필요한 막이 박리되기 시작해 파티클이 발생하는 현상이 생기는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이 본 발명의 제1 변형 실시예에서는 플라즈마 처리 장치(22)의 설치 환경에 의존하여, 냉각 기구(74)를 동작시킬지 여부를 결정하도록 하고 있다.
도 8은 본 발명의 제1 변형 실시예에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도이다. 도 8에 있어서는, 기본적인 구성은 이하에 설명하는 점을 제외하고 먼저 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 플라즈마 처리 장치와 동일하다. 도 1 내지 도 5에 있어서 설명한 구성과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 번호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
여기서는 상기 냉각 기구(74)의 배기 헤더부(78)의 기체 배기구(104)와 배기원(80)을 연락하는 배기로(106)의 도중에 밸브 기구(130)를 설치하고 있다. 이 밸브 기구(130)는 나비 밸브와 같은 유량 제어 밸브(132)와 제1 개폐 밸브(134)를 직렬로 설치하여 구성되어 있다. 또한, 냉각 기구(74)의 흡기 헤더부(76)에 형성한 냉각 기체 안내 덕트(92)의 기체 입구(94)에는 급기로(136)가 접속되고, 이 급기로(136)의 도중에는 제2 개폐 밸브(138)가 개재 설치되어 있다. 이 급기로(136)에는 클린룸 내와 대략 동일한 온도의 청정 공기가 냉각 기체로서 화살표 120과 같이 흡입되어 가게 된다. 또한, 이 급기로(136)를 설치하지 않고 기체 입구(94)를 클린룸 내에 개방시키도록 해도 좋다.
또한, 처리 용기(24)와 실드 하우징(72) 사이에 형성되는 공간부(82)에는 이 공간부(82) 내의 분위기의 온도를 측정하는 온도 측정 수단(140)이 설치되어 있다. 구체적으로는, 이 온도 측정 수단(140)은 실드 하우징(72)의 측벽으로부터 내측을 향해 약간 연장된 복수, 예를 들어 4개의 열전대(140A, 140B, 140C, 140D)에 의해 구성되어 있다. 이 4개의 열전대(140A 내지 140D)는 처리 용기(24) 내의 웨이퍼(W)의 수용 영역에 대응시켜, 그 높이 방향으로 대략 등간격으로 배치되어 있다.
즉, 열전대(140A)는 최상단에 배치되고, 다음의 열전대(140B)는 열전대(140A)의 하방에 배치되고, 다음의 열전대(140C)는 열전대(140B)의 하방에 배치되고, 다음의 최하단의 열전대(140D)는 열전대(140C)의 하방에 배치된다. 따라서, 이들 열전대(140A 내지 140D)는 그 상방으로부터 하방을 향해 "TOP"(톱), "T-C"(톱 센터), "C-B"(센터 보텀) 및 "BTM"(보텀)에 대응한다. 그리고, 이들 각 열전대(140A 내지 140D)의 각 출력은, 예를 들어 장치 제어부(114)로 입력되고 있다. 또한, 상기 공간부(82)에는 이 공간부(82) 내의 압력과 클린룸 내의 차압을 구하는 차압계(150)가 설치되어 있고, 이 출력을, 예를 들어 상기 장치 제어부(114)로 입력하도록 되어 있다.
그런데, 이와 같은 구성에 있어서 본 제1 변형 실시예에서는, 이 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서 상기 공간부(82)의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때의 상기 온도 측정 수단(140)의 측정 온도가, 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 플라즈마 처리 시에는 상기 밸브 기구(130)를 폐쇄한 상태에서 행하도록 한다. 이 밸브 기구(130)의 동작은 장치 제어부(114)로부터의 제어로 행해도 좋고, 오퍼레이터가 수동으로 행하도록 해도 좋다.
구체적으로는, 전술한 바와 같이 성막의 플라즈마 처리 시의 처리 용기(24)의 온도에 의존하여, 용기 내벽에 부착되는 불필요한 막의 부착 강도는 미묘하게 변화되므로, 냉각 기구(74)를 동작시켜 냉각 기체를 흘리면, 플라즈마 처리 장치(22)의 설치 환경에 의존하여 박리되기 쉬운 불필요한 막이 부착되는 경우가 발생한다. 예를 들어, 냉각 기체로서 사용하는 클린룸 내의 분위기 온도가 높은 경우에는, 흡입되는 냉각 기체의 온도도 높기 때문에, 플라즈마 처리 시에 냉각 기구(74)를 동작시켜 냉각 기체를 흘려도, 처리 용기(24)는 과도하게 냉각되는 경우는 없고, 따라서 불필요한 막은 박리되기 어려운 상태로 부착되게 된다.
이에 대해, 냉각 기체로서 사용하는 클린룸 내의 분위기 온도가 낮은 경우에는, 흡입되는 냉각 기체의 온도도 낮으므로, 플라즈마 처리 시에 냉각 기구(74)를 동작시켜 냉각 기체를 흘리면, 처리 용기(24)는 과도하게 냉각되게 되고, 따라서, 불필요한 막은 박리되기 쉬운 상태로 부착되게 된다.
이 경우, 처리 용기(24)의 내벽에서 특히 파티클이 발생하기 쉬운 부분은, 플라즈마에 의해 격렬하게 두드려지게 되는 플라즈마 형성 박스(62) 내이지만, 이 부분의 온도를 검출하기 위해 열전대를 배치하면, 플라즈마 형성 박스(62)의 근방에는 고주파 전극이 배치되어 있으므로 이상 방전이 발생하는 원인이 되기 때문에 현실적이지 않다.
따라서, 본 제1 변형 실시예에서는 냉각 기체에 의해 처리 용기(24)의 측벽이 냉각되므로, 냉기 기체가 이 공간부(82) 내를 통과할 때에, 처리 용기(24)의 측벽을 과도하게 냉각하게 되는 분위기 온도를 구하도록 하여, 처리 용기(24)의 측벽이 과도하게 냉각되는 상태일 때에는, 냉각 기구(74)를 동작시키지 않고 냉각 기체의 흐름을 정지시키도록 하고 있다.
그리고, 상기의 것을 실현하기 위해, 여기서는 플라즈마 처리 장치(22)의 스탠바이 시에 냉각 기체를 공간부(82) 내로 흘리고, 그때의 공간부(82) 내의 분위기 온도를 기준으로 하여 성막을 위한 플라즈마 처리 시에 냉각 기체를 흘릴지 여부를 결정하도록 하고 있다. 구체적으로는, 플라즈마 처리 장치(22)를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서, 공간부(82) 내를 미리 설정된 배기 풍량, 예를 들어 대기와의 압력차가 －100㎩ 정도로 되는 배기 풍량으로 배기했을 때의 온도 측정 수단(140)인 열전대(140A 내지 140D)의 측정 온도가, 미리 정해진 임계치 온도, 예를 들어 33℃보다도 낮은 경우에는, 상기 성막용 플라즈마 처리 시에는 밸브 기구(130)의 제1 개폐 밸브(134)를 폐쇄 상태로 하여, 냉각 기체가 공간부(82) 내를 흐르지 않도록 하고 있다. 즉, 냉각 기구(74)가 동작하지 않도록 하고 있다.
반대로, 상기 측정 온도가 33℃ 이상인 경우에는, 상기 밸브 기구(130)의 제1 개폐 밸브(134)를 개방 상태로 하여 냉각 기체를 흘리도록 하고 있다. 즉, 냉각 기구(74)를 동작시키도록 하고 있다. 또한, 상기 제1 개폐 밸브(134)의 개폐에 연동시켜, 제2 개폐 밸브(138)의 개폐도 행하도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 임계치 온도 33℃는 성막 가스로서 아미노실란계 가스, 예를 들어 DIPAS를 사용한 경우이다.
이와 같은 제1 및 제2 개폐 밸브(134, 138)의 개폐는, 기본적으로는 클린룸 내에 플라즈마 처리 장치(22)를 설치했을 때에 스탠바이 상태를 실현하여 상술한 바와 같이 결정한다. 이후, 상기 제1 및 제2 개폐 밸브(134, 138)는 기본적으로는 개방 상태, 혹은 폐쇄 상태가 고정된 채, 성막용 플라즈마 처리나 클리닝 처리가 반복해서 실시되게 된다. 또한, 클리닝 시의 조건에 따라서는 클리닝 처리 시에 냉각 기체를 흘리는 경우도 있다. 또한, 메인터넌스 등에 의해 설정 환경이 바뀐 경우에는, 다시, 상술한 바와 같이 냉각 기구(74)의 동작의 결정을 행하게 된다.
또한, 상기 스탠바이 상태라 함은, 장치 자체의 전원이 투입되어, 각종 배선류의 히터 등이 온 상태로 되어 있지만 활성화 수단(58)은 오프 상태로 플라즈마가 형성되고 있지 않아, 처리 용기(24)의 온도가 변동되지 않고 안정된 상태를 가리키고, 예를 들어 장치 전원 투입 후이면 1일 이상 경과한 상태이고, 성막의 프로세스(런)가 종료된 후이면, 예를 들어 약 7시간 이상 경과되어 있는 상태를 가리킨다.
<검증 실험>
다음에, 상기 제1 변형 실시예에 대해 검증 실험을 행하였으므로, 그 내용에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 제1 변형 실시예에 있어서의 실드 하우징 내 분위기와 대기의 차압과 실드 하우징의 내부의 온도의 관계를 나타내는 그래프, 도 10은 차압이 0㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프, 도 11은 차압이 60㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프, 도 12는 차압이 130㎩일 때의 런수와 파티클수 및 누적 막 두께의 관계를 나타내는 그래프, 도 13은 플라즈마 처리(런) 종료 후의 실드 하우징 내의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 여기서는, 상기 차압을 0 내지 －250㎩까지 변화시키고 있고, 그 중 몇 군데에 있어서 플라즈마 성막 처리를 행하여 파티클의 평가를 행하고 있다.
이 경우, 차압 0㎩의 경우에는, 제1 및 제2 개폐 밸브(134, 138)를 모두 폐쇄 상태로 하여 공간부(82) 내에 냉각 기체를 흘리지 않도록 하고 있고, 차압 0㎩ 이외에는, 제1 및 제2 개폐 밸브(134, 138)를 모두 개방 상태로 하고, 또한 밸브 기구(130)의 유량 제어 밸브(132)의 밸브 개방도를 적절하게 조정함으로써 차압을 변화시키고 있다. 따라서, 도 9의 횡축의 차압은 배기 풍량에 대응하고 있다. 즉, 차압이 적은 경우에는 냉각 기체의 배기 유량은 적고, 차압이 커지는 것에 따라서, 냉각 기체의 배기 유량은 순차적으로 커진다.
도 9에 도시하는 그래프 중에 있어서, 곡선 A는 도 8 중의 TOP의 열전대(140A)의 온도를 나타내고, 곡선 B는 도 8 중의 CTP의 열전대(140B)의 온도를 나타내고, 곡선 C는 도 8 중의 CBT의 열전대(140C)의 온도를 나타내고, 곡선 D는 도 8 중의 BTM의 열전대(140D)의 온도를 나타낸다. 또한, 곡선 X1은 도 8 중의 처리 용기(24)의 포인트 X1의 위치의 온도를 나타내고, 곡선 X2는 처리 용기(24)의 포인트 X2의 위치의 온도를 나타내고 있다. 또한, 이때의 플라즈마 처리 장치(22)를 설치하고 있는 클린룸 내의 온도는 23 내지 24℃ 정도이다.
도 9에 도시하는 그래프로부터 명백해진 바와 같이, 냉각 기체를 흘리지 않는 차압 0㎩일 때에는, 모든 온도 측정 개소에 있어서 온도가 가장 높게 되어 있다. 예를 들어, 곡선 X1, X2로 나타내는 각 포인트 X1, X2의 온도는 44 내지 45℃ 정도이고, 곡선 A 내지 D로 나타내는 각 열전대(140A 내지 140D)의 온도는 35 내지 39℃ 정도이다. 그리고, 차압이 커지는 것에 따라서, 즉 배기 풍량이 증가하는 것에 따라서 각 온도는 점차 저하되어 온다.
여기서, 차압 0㎩, －2㎩, －50㎩, －60㎩, －100㎩, －130㎩, －250㎩의 각 포인트에서 각각 복수 런의 성막 처리를 행하여 파티클의 평가를 행하였다. 이 결과, 차압 0㎩일 때에는 누적 막 두께가 기준치 이상으로 되어도 파티클수는 상한치인 50개 이하여서 합격하였지만, 그 이외의 차압 －2㎩ 내지 －250㎩의 전체에 있어서 누적 막 두께가 기준치보다도 작은 값이고 파티클수는 상한치의 50개에 도달해 버려 불합격이었다. 즉, 차압이 불과 －2㎩ 정도밖에 되지 않는 적은 양인 냉각 기체가 공간부에 흐른 것만으로도, 그때에 발생하는 약간의 온도 저하가 악영향을 미쳐, 누적 막 두께가 기준치에 도달하기 전에 파티클수가 50개로 되어 버렸다.
이 결과, 여기서의 설치 환경에서는 냉각 기구(74)를 동작시키지 않도록 하고, 즉 냉각 기체를 흘리지 않고 성막의 플라즈마 처리를 행할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 도 10 내지 도 12의 그래프는 그때의 일부의 결과를 나타내는 것으로, 도 10은 차압이 0㎩일 때를 나타내고, 도 11은 차압이 60㎩일 때를 나타내고, 도 12는 차압이 130㎩일 때를 나타내고 있다. 각 도면에 있어서 좌측 종축은 파티클수(막대 그래프)를 나타내고, 우측 종축은 누적 막 두께(꺾은선 그래프)를 나타내고 있다.
또한, 1개의 런은 1개의 뱃치 처리를 나타내고 있고, 각 런에 있어서 TOP(톱), CTR(센터), BTM(보텀)의 각 웨이퍼 위치에서 파티클을 측정하고 있고, 상기 순서로 파티클의 카운트수를 막대 그래프로 기재하고 있다. 또한, 여기서는 파티클수의 상한치를 50개로 설정하고 있고, 누적 막 두께의 기준치는, 전술한 바와 같이 1 내지 20㎛ 정도의 범위 내에 있어서의 특정한 값을 미리 설정하고 있다. 그 결과, 도 10에 나타내는 차압 0㎩의 경우에는, 1 내지 22런 행하고 있고, 상술한 바와 같이 누적 막 두께가 기준치에 도달해도, 파티클수는 상한치의 50개에 도달하고 있지 않아, 바람직한 결과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
이에 대해, 도 11에 나타내는 차압 60㎩의 경우에는, 누적 막 두께가 기준치보다도 낮은 포인트 P1인 곳에서(22런), 파티클수 50개의 상한치에 도달하고 있어 바람직하지 않다. 또한, 도 12에 나타내는 차압 130㎩의 경우에는, 누적 막 두께가 기준치보다도 얇고 또한 상기 포인트 P1보다도 더욱 얇은 포인트 P2인 곳에서(22런), 파티클수 50개의 상한치에 도달하고 있어 바람직하지 않다. 이와 같이 상기 차압을 작게 함으로써, 파티클의 증가량이 점차적으로 감소해 가는 것을 이해할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 여기서의 설치 환경에서는 냉각 기구(74)를 동작시키지 않도록 하고, 즉 냉각 기체를 흘리지 않고 성막의 플라즈마 처리를 행할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
여기서 상기 차압과 배기 풍량의 관계를 설명한다. 상기 공간부(82)의 용량[실드 하우징(72)의 용량-처리 용기(24)의 외피의 체적]은 250리터 정도이고, 이 공간부(82) 내에 냉각 기체를 흘릴 때에는, －40 내지 －100㎩의 범위 내의 차압으로 되도록 미리 유량 제어 밸브(132)의 밸브 개방도 조정에 의해 설정하고 있다. 이 경우, 차압이 －40㎩인 경우에는, 배기 풍량은 0.45㎥/min 정도이고, 차압이 －100㎩인 경우에는, 배기 풍량은 0.70㎥/min 정도이다. 이 배기 풍량은 플라즈마 처리 장치가 설치되는 클린룸에 의해 임의로 정할 수 있다. 그리고, 실제로 플라즈마 처리 장치를 클린룸에 설치할 때에는, 유량 제어 밸브(132)를 사용하여 상기 차압이 －40 내지 -100㎩의 범위 내에서, 바꾸어 말하면, 배기 풍량을 0.45 내지 0.70㎥/min 정도의 범위 내의 임의의 풍량으로 미리 설정하게 된다.
여기서, 상기 검증 실험에서 파티클에 관하여 합격으로 된 차압 0㎩일 때의 스탠바이 시의 조건에 대해 검토를 행한다. 도 13은 1회의 성막용 플라즈마 처리(런)를 행한 후의 스탠바이 상태일 때의 각 부분의 온도를 나타내는 그래프이다. 도 13 중에 있어서, 곡선 A 내지 D, X1, X2는, 도 9에 있어서 설명한 경우와 동일하고, 곡선 A는 도 8 중의 TOP의 열전대(140A)의 온도를 나타내고, 곡선 B는 도 8 중의 CTP의 열전대(140B)의 온도를 나타내고, 곡선 C는 도 8 중의 CBT의 열전대(140C)의 온도를 나타내고, 곡선 D는 도 8 중의 BTM의 열전대(140D)의 온도를 나타낸다. 또한, 곡선 X1은 도 8 중의 처리 용기(24)의 포인트 X1의 위치의 온도를 나타내고, 곡선 X2는 처리 용기(24)의 포인트 X2의 위치의 온도를 나타내고 있다. 여기서는 실온은 23 내지 24℃로 설정되고, 또한 실드 하우징(72) 내의 공간부(82)의 배기는 행하고 있지 않아, 차압 0㎩로 되어 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 2시 24분에 1회의 런이 종료되면, 각 부분의 온도는 차례대로 저하되어 있다. 그리고, 런 종료된 후, 약 7시간이 경과한 9시 24분 이후에는 각 부분의 온도는 대략 안정되어 있고, 스탠바이 상태로 되어 있다. 이 경우, 각 열전대(140A 내지 140D)의 온도는 대략 33 내지 34℃의 범위 내에서 안정되어 있다. 즉, 스탠바이 시에 열전대(140A 내지 140D)의 측정 온도가 33℃ 이상이면, 이 플라즈마 처리 장치를 사용하여 플라즈마 처리를 행해도(배기 풍량 ＝ 0인 상태), 파티클수 50개의 상한치를 클리어하기 위한 누적 막 두께의 기준치의 조건을 클리어할 수 있다.
바꾸어 말하면, 스탠바이 상태일 때에, 상기 유량 제어 밸브(132)에 의해 미리 설정한 배기 풍량으로 공간부(82) 내에 냉각 기체를 흘린 상태에 있어서, 상기 각 열전대(140A 내지 140D)의 측정 온도가 33℃ 이상이면, 성막용 플라즈마 처리 시에 바람직하게는 냉각 기구(74)를 동작시켜, 즉 제1 및 제2 개폐 밸브(134, 138)를 모두 개방 상태로 하여 냉각 기체를 흘려 처리 용기(24)를 냉각하도록 한다.
이 경우, 파티클의 발생을 억제한다고 하는 관점에서는 냉각 기체를 흘리지 않아도 좋지만, 냉각 기체를 흘리지 않으면, 그만큼 처리 용기의 온도가 올라가 있다. 그리고, 과도하게 온도가 올라가면, 때때로 행해지는 클리닝 시에 용기 내벽에 부착되어 있는 불필요한 막이 제거되기 어려워지는 경우가 있다. 따라서, 바람직하게는 상술한 바와 같이 냉각 기체를 흘리는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 제1 변형 실시예에 따르면, 또한 공간부 내의 분위기의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 배기 헤더부와 배기원 사이에 설치된 배기로와, 배기로의 도중에 개재 설치되어, 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태로 공간부의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때(공간부와 클린룸 내의 대기의 차압이 미리 설정된 설정치로 되도록 공간부의 분위기를 배기했을 때)의 온도 측정 수단의 측정 온도가 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 플라즈마 처리 시에는 폐쇄된 상태로 되는 밸브 기구를 구비함으로써, 예를 들어 처리 용기의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막이 박리되기 어려워지는 조건을 설정할 수 있다. 이 결과, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 처리 방법에 따르면, 예를 들어 처리 용기의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막이 박리되기 어려워지는 조건을 설정할 수 있다. 이 결과, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기한 누적 막 두께의 기준치나 파티클수 50개의 상한치는 단순히 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이들로 한정되지 않는 것은 물론이다. 또한, 상기 실시예에서는, 온도 측정 수단(140)으로서 4개의 열전대(140A 내지 140D)를 설치하였지만, 이에 한정되지 않고, 적어도 1개, 바람직하게는 2개 이상 설치하는 것이 좋다.
또한, 상기 각 실시예에서는 실드 하우징(72) 내의 분위기를 배기하는 배기원(80)으로서 항상 흡인하고 있는 공장 덕트(83)를 사용하였지만, 이것 대신에, 혹은 보다 강력하게 배기하기 위해 배기로(106)에 부가적인 배기원(80)으로서 배기 펌프를 개재 설치하도록 하여 플라즈마 처리 중에 구동시키도록 해도 좋다.
또한, 여기서는 배기 헤더부(78)에 배기 박스(102) 등을 사용하였지만, 이것 대신에, 배기 박스(102)로서, 흡기 헤더부(76)와 동일한 구조의 기체 유통 덕트(86)나 기체 유통 구멍(88)이나 기체 도입구(90)[기체 배기구(104)로서 사용함] 등을 실드 하우징(72)의 상단부에 형성하도록 해도 좋다.
또한, 여기서는 상온(실온)에서의 플라즈마 처리로서 희생 산화막을 성막하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않는 것은 물론이고, 가열 히터가 필요없이 실온 정도(23 내지 27℃ 정도)에서 행하는 플라즈마 처리의 전체에 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 여기서는 처리 용기(24)의 하단부에 흡기 헤더부(76)를 설치하고, 상단부에 배기 헤더부(78)를 설치한 실드 하우징(72) 내에는 하방으로부터 상방을 향해 냉각 기체를 흘리도록 하였지만, 이에 한정되지 않고, 처리 용기(24)의 상단부에 흡기 헤더부(76)를 설치하고, 하단부에 배기 헤더부(78)를 설치하고, 실드 하우징(72) 내에는 상방으로부터 하방을 향해 냉각 기체를 흘리도록 해도 좋다.
또한, 여기서는 급기측의 냉각 기체로서 클린룸측의 청정 기체를 사용하였지만, 제어성을 향상시키기 위해 급기로(136)의 도중에 칠러(chiller) 등의 온도 제어기를 설치하여, 공간부(82)로 도입되는 냉각 기체의 온도를 일정한 온도로 유지하도록 해도 좋다. 또한, 여기서는 처리 용기(24)를 연직 방향으로 기립시켜 설치한 종형식 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 처리 용기를 횡방향으로 설치한 횡형의 플라즈마 처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명하였지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판이나 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 또한 이들 기판으로 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 사용하는 글래스 기판이나 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 따르면, 다음과 같이 우수한 작용 효과를 발휘할 수 있다.
통체 형상의 처리 용기 내에 보유 지지 수단에 보유 지지된 복수의 피처리체를 수용하여 필요한 가스를 도입하고, 이들 피처리체를 활성화 수단에 의해 발생한 플라즈마에 의해 가스의 활성종을 형성하고, 이 활성종에 의해 피처리체에 플라즈마 처리를 실시하도록 한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 고주파를 차단하기 위해 처리 용기의 주위를 둘러싸도록 하여 설치되는 동시에 접지된 통체 형상의 실드 하우징과, 플라즈마 처리 중에 실드 하우징과 처리 용기 사이의 공간부를 따라서 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구를 구비하고, 플라즈마 처리 중에 냉각 기구에 의해 처리 용기의 외측을 따라서 냉각 기체를 흘려 냉각하도록 하였으므로, 실드 하우징과 처리 용기 사이의 공간부에 플라즈마로부터 발생한 열이 축적되는 경우가 없어지고, 그 결과, 프로세스 온도가 실온 정도의 낮은 온도 대역에서 플라즈마 처리할 때에, 그 프로세스 온도를 낮게 유지하여 플라즈마 성막 처리 등의 플라즈마 처리의 재현성을 향상시킬 수 있다.
또한, 공간부 내의 분위기의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 배기 헤더부와 배기원 사이에 설치된 배기로와, 배기로의 도중에 개재 설치되어, 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서 공간부의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때의 온도 측정 수단의 측정 온도가 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 플라즈마 처리 시에는 폐쇄된 상태로 되는 밸브 기구를 구비함으로써, 예를 들어 처리 용기의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막이 박리되기 어려워지는 조건을 설정할 수 있다. 이 결과, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
예를 들어, 처리 용기의 내벽에 퇴적되는 불필요한 막이 박리되기 어려워지는 조건을 설정할 수 있다. 이 결과, 클리닝 빈도를 적게 하여 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
이상, 각 실시 형태에 기초하여 본 발명의 설명을 행하여 온 것은 설명에 최선을 다하여 발명의 이해를 촉진시키고, 기술을 더욱 진행시키는 것의 도움이 되도록 기재한 것이다. 따라서, 실시 형태에 나타낸 요건에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시 형태에서의 예시는 그 장단점을 의미하는 것은 아니다. 실시 형태에 상세하게 발명을 기재하였지만, 발명의 취지로부터 이격되지 않는 범위에서 다양한 변경, 치환, 개변이 가능하다.
22 : 플라즈마 처리 장치
24 : 처리 용기
28 : 웨이퍼 보트(보유 지지 수단)
46 : 제1 가스 공급 수단
48 : 제2 가스 공급 수단
58 : 활성화 수단
62 : 플라즈마 형성 박스
64 : 플라즈마 전극
66 : 고주파 전원
72 : 실드 하우징
74 : 냉각 기구
76 : 흡기 헤더부
78 : 배기 헤더부
80 : 배기원
82 : 공간부
83 : 공장 덕트
86 : 기체 유통 덕트
88 : 기체 유통 구멍
90 : 기체 도입구
92 : 냉각 기체 안내 덕트
98 : 단부판
100 : 기체 유통 구멍
102 : 배기 박스
104 : 기체 배기구
106 : 배기로
130 : 밸브 기구
132 : 유량 제어 밸브(압력 조정 밸브)
134 : 제1 개폐 밸브
136 : 급기로
138 : 제2 개폐 밸브
140 : 온도 측정 수단
140A 내지 140D : 열전대
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)
24 : 처리 용기
28 : 웨이퍼 보트(보유 지지 수단)
46 : 제1 가스 공급 수단
48 : 제2 가스 공급 수단
58 : 활성화 수단
62 : 플라즈마 형성 박스
64 : 플라즈마 전극
66 : 고주파 전원
72 : 실드 하우징
74 : 냉각 기구
76 : 흡기 헤더부
78 : 배기 헤더부
80 : 배기원
82 : 공간부
83 : 공장 덕트
86 : 기체 유통 덕트
88 : 기체 유통 구멍
90 : 기체 도입구
92 : 냉각 기체 안내 덕트
98 : 단부판
100 : 기체 유통 구멍
102 : 배기 박스
104 : 기체 배기구
106 : 배기로
130 : 밸브 기구
132 : 유량 제어 밸브(압력 조정 밸브)
134 : 제1 개폐 밸브
136 : 급기로
138 : 제2 개폐 밸브
140 : 온도 측정 수단
140A 내지 140D : 열전대
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)
Claims (20)
- 진공화 가능한 통체 형상의 처리 용기와,
복수의 피처리체를 보유 지지하여 상기 처리 용기 내로 삽입 분리되는 보유 지지 수단과,
상기 처리 용기 내로 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,
상기 처리 용기의 길이 방향을 따라서 설치되어 상기 가스를 고주파 전력에 의해 발생한 플라즈마에 의해 활성화하는 활성화 수단을 갖고,
상기 피처리체에 대해 플라즈마 처리를 실시하도록 이루어진 플라즈마 처리 장치에 있어서,
고주파를 차단하기 위해 상기 처리 용기의 주위를 둘러싸도록 하여 설치되는 동시에 접지된 통체 형상의 실드 하우징과,
상기 플라즈마 처리 중에 상기 실드 하우징과 상기 처리 용기 사이의 공간부를 따라서 냉각 기체를 흘리는 냉각 기구를 구비하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치. - 제1항에 있어서, 상기 냉각 기구는,
상기 실드 하우징의 일단부에 설치되어 상기 냉각 기체를 도입하기 위한 흡기 헤더부와,
상기 실드 하우징의 타단부에 설치되어 상기 실드 하우징 내의 분위기를 배기하기 위해 배기원에 접속된 배기 헤더부를 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치. - 제2항에 있어서, 상기 배기원은 장치 내의 분위기를 배출하기 위한 덕트로, 상기 플라즈마 처리 장치가 설치되는 공장의 것인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 배기원은 배기 펌프인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 흡기 헤더부는,
상기 실드 하우징의 측벽에 그 둘레 방향을 따라서 설치된 기체 유통 덕트와,
상기 기체 유통 덕트와 상기 실드 하우징 내를 연통시키기 위해 상기 실드 하우징의 측벽에, 그 둘레 방향을 따라서 소정의 간격으로 형성된 기체 유통 구멍과,
상기 기체 유통 덕트에 형성되어 상기 냉각 기체를 도입하기 위한 기체 도입구를 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치. - 제5항에 있어서, 상기 기체 유통 구멍에는 복수의 구멍이 형성된 펀칭 메탈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 배기 헤더부는,
상기 실드 하우징의 단부면을 막는 단부판에 형성된 기체 유통 구멍과,
상기 기체 유통 구멍을 둘러싸서 덮도록 하여 설치된 상자 형상의 배기 박스와,
상기 배기 박스에 형성된 기체 배기구와,
상기 기체 배기구에 접속되어 상기 배기원에 연락되는 배기로를 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치. - 제7항에 있어서, 상기 기체 유통 구멍에는 복수의 구멍이 형성된 펀칭 메탈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 냉각 기체는 상기 플라즈마 처리 장치가 설치되는 공장인 클린룸 내의 분위기인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 처리 용기는 연직 방향으로 세로로 길게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 흡기 헤더부는 상기 실드 하우징의 하단부에 설치되고, 상기 배기 헤더부는 상기 실드 하우징의 상단부에 설치되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 흡기 헤더부는 상기 실드 하우징의 상단부에 설치되고, 상기 배기 헤더부는 상기 실드 하우징의 하단부에 설치되는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 공간부 내의 분위기의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과,
상기 배기 헤더부와 상기 배기원 사이에 설치된 배기로와,
상기 배기로의 도중에 개재 설치되어, 상기 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서 상기 공간부의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때의 상기 온도 측정 수단의 측정 온도가 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 상기 플라즈마 처리 시에는 폐쇄된 상태로 되는 밸브 기구를 구비한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치. - 제13항에 있어서, 상기 밸브 기구는 압력 조정 밸브와 개폐 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 흡기 헤더부에는, 급기로가 접속되고, 상기 급기로의 도중에는, 상기 플라즈마 처리 장치를 스탠바이 상태로 유지한 상태에서 상기 공간부의 분위기를 미리 설정된 배기 풍량으로 배기했을 때의 상기 온도 측정 수단의 측정 온도가 미리 정해진 임계치 온도보다도 낮은 경우에는, 상기 플라즈마 처리 시에는 폐쇄된 상태로 되는 개폐 밸브가 개재 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 가스는 성막용 가스인 아미노실란계 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 임계치 온도는 33℃인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 장치.
- 플라즈마 처리 장치의 내부의 분위기를 배기하기 위해 가스를 공급 및 배출함으로써 당해 내부를 냉각 가능하게 처리 대상물을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 방법이고,
플라즈마가 생성되어 있지 않은 상태에서, 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 내부의 상기 분위기의 온도를 측정하는 스텝과,
상기 분위기가 미리 설정된 배기 풍량으로 배기되었을 때의 상기 측정된 온도가 미리 설정된 제1 임계치 온도보다 낮을 때에는, 상기 플라즈마 처리 중에 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 내부로의 상기 가스의 공급을 하지 않는 스텝을 갖는, 플라즈마 처리 방법. - 제18항에 있어서, 상기 공간부의 분위기의 온도가, 상기 임계치 온도 이상인 경우에는, 상기 기체를 공급 및 배출한 상태에서, 상기 기체를 공급 또는 배출한 상태에서, 혹은 상기 기체를 공급도 배출도 하지 않는 상태에서, 상기 플라즈마 처리를 행하도록 한 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 방법.
- 제18항에 있어서, 플라즈마가 생성되어 있지 않은 상태에서, 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 내부 중 플라즈마가 존재하는 다른 부분 이외의 하나의 부분의 분위기의 온도를 측정하는 스텝과,
상기 내부의 상기 하나의 부분의 상기 분위기가 상기 미리 설정된 배기 풍량으로 배기되었을 때의 상기 하나의 부분의 상기 분위기의 상기 측정된 온도가 미리 설정된 제2 임계치 온도보다 낮을 때에는, 상기 플라즈마 처리 중에 상기 플라즈마 처리 장치의 상기 내부의 상기 하나의 부분으로의 상기 가스의 공급을 하지 않는 스텝을 더 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 처리 방법.
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