KR20170113155A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 기판을 배치해서 회전 테이블을 회전시켜 플라즈마 처리를 행하는 경우에 있어서, 회전 테이블의 반경 방향에 있어서의 플라즈마 처리를 조정 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 처리실(1)과, 해당 처리실 내에 설치되고, 둘레 방향을 따라 기판(W)을 상면에 적재 가능한 회전 테이블(2)과, 상기 처리실의 상면보다 상방에, 상기 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 이동 가능하게 설치된 안테나(131)를 가지고, 상기 반경 방향에 있어서 상기 회전 테이블에 플라즈마를 국소적으로 조사 가능한 플라즈마 발생기(180)를 가진다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
종래부터, 진공 용기 내에서 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 차례로 공급하는 사이클을 복수회 행하여 기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치로서, 기판을 적재하는 기판 적재 영역이 그 일면측에 형성되고, 상기 진공 용기 내에서 상기 기판 적재 영역을 공전시키기 위한 회전 테이블과, 이 회전 테이블의 둘레 방향으로 서로 분리 영역을 개재해서 이격된 영역에 각각 제1 처리 가스 및 제2 처리 가스를 공급하는 제1 처리 가스 공급부 및 제2 처리 가스 공급부를 구비함과 함께, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위해서, 진공 용기 내에 플라즈마 발생용 가스를 공급하는 플라즈마 발생 가스 공급부와, 플라즈마 발생용 가스를 유도 결합에 의해 플라즈마화하기 위해서, 기판 적재 영역에 대향하도록 설치되고, 세로 방향의 축의 둘레에 권회된 안테나와, 안테나의 주위에 발생한 전자계에 있어서의 전계 성분의 통과를 저지하기 위해서, 안테나와 기판과의 사이에 개재해서 설치되고, 접지된 도전성의 판상체로 이루어지는 패러데이 실드를 갖는 플라즈마 발생부를 구비한 구성이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2013-45903호 공보
그러나, 상술한 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 안테나는, 회전 테이블의 반경의 일부를 덮도록 고정한 상태에서 설치되기 때문에, 회전 테이블의 중심측의 위치와 외주측의 위치에서는, 플라즈마의 조사 시간에 차가 발생하여, 플라즈마 처리에 불균형이 발생해버린다. 즉, 회전 테이블이 일정한 회전 속도로 회전하면, 반경 방향의 중심측의 영역은 둘레 방향에 있어서 저속도로 이동하는 것에 반해, 반경 방향의 외주측의 영역은 둘레 방향에 있어서 고속으로 이동한다. 따라서, 플라즈마를 반경 방향으로 대략 균일하게 발생시키면, 외주측의 플라즈마 조사 시간이 중심측에 비해서 짧아져, 외주측의 플라즈마 처리량이 중심측에 비해서 부족해버리는 경우가 있다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 회전 테이블의 둘레 방향을 따라 기판을 배치하고, 회전 테이블을 회전시키면서 플라즈마 조사를 행하는 플라즈마 처리에 있어서, 회전 테이블의 반경 방향에 있어서의 플라즈마 처리량을 조정 가능한 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되고, 둘레 방향을 따라 기판을 상면에 적재 가능한 회전 테이블과,
상기 처리실의 상면보다 상방에, 상기 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 이동 가능하게 설치된 제1 안테나를 포함하고, 상기 반경 방향에 있어서 상기 회전 테이블에 플라즈마를 국소적으로 조사 가능한 제1 플라즈마 발생기를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 관한 플라즈마 처리 방법은, 처리실 내에 설치되고, 표면 상에 둘레 방향을 따라 적어도 1매의 기판이 적재된 회전 테이블을 회전시키는 공정과,
상기 처리실의 상면보다 상방에 설치된 안테나를, 상기 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 이동시키면서 플라즈마를 발생시켜, 상기 기판에, 상기 회전 테이블의 상기 반경 방향에 있어서 국소적으로 플라즈마를 조사하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리량을 국소적으로 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 플라즈마 발생기의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 플라즈마 발생기의 일례를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 및 제2 플라즈마 발생기에 설치되는 하우징의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 플라즈마 발생기의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 8은 플라즈마 발생기에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 일례를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 안테나를 내주측으로 이동시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 장치의 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 일례를 나타낸 도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 일례의 안테나부 및 패러데이 실드를 도시한 도면이다. 도 13의 (a)는 제2 플라즈마 발생기의 일례의 안테나부 및 패러데이 실드의 평면도이다. 도 13의 (b)는 제2 플라즈마 발생기의 일례의 안테나부 및 패러데이 실드의 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
〔플라즈마 처리 장치의 구성〕
도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 종단면도를 도시한다. 또한, 도 2에, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 평면도를 나타낸다. 또한, 도 2에서는, 설명의 편의상, 천장판(11)의 묘화를 생략하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께 웨이퍼(W)를 공전시키기 위한 회전 테이블(2)을 구비하고 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 기판을 적재하고, 회전 테이블(2)을 회전시켜서 플라즈마 처리를 행하는 기판 처리 전체에 적용할 수 있고, 성막 장치 외에, 어닐 장치 등에도 적용이 가능하다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치를 성막 장치에 적용한 예를 들어서 이하 설명한다.
진공 용기(1)는, 내부에서 기판을 처리하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는, 회전 테이블(2)의 후술하는 오목부(24)에 대향하는 위치에 설치된 천장판(천장부)(11)과, 용기 본체(12)를 구비하고 있다. 또한, 용기 본체(12)의 상면의 주연부에는, 링 형상으로 설치된 시일 부재(13)가 설치되어 있다. 그리고, 천장판(11)은, 용기 본체(12)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있다. 평면에서 보면 진공 용기(1)의 직경 치수(내경 치수)는, 한정되지 않지만, 예를 들어 1100mm 정도로 할 수 있다.
진공 용기(1) 내의 상면측에 있어서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역(C)에 있어서 서로 다른 처리 가스끼리 혼합되는 것을 억제하기 위해서 분리 가스를 공급하는, 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 대략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)에 대하여, 연직축을 중심으로, 도 2에 도시하는 예에서는 시계 방향으로, 구동부(23)에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 회전 테이블(2)의 직경 치수는, 한정되지 않지만, 예를 들어 1000mm 정도로 할 수 있다.
회전축(22) 및 구동부(23)는, 케이스체(20)에 수납되어 있고, 이 케이스체(20)는, 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는, 회전 테이블(2)의 하방 영역에 질소 가스 등을 퍼지 가스(분리 가스)로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.
진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은, 회전 테이블(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링 형상으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 직경 치수가 예를 들어 300mm인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있다. 이 오목부(24)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서, 복수 개소, 예를 들어 5군데에 형성되어 있다. 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 구체적으로는 1mm 내지 4mm 정도 큰 내경을 가진다. 또한, 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼(W)의 두께와 거의 동등하거나, 또는 웨이퍼(W)의 두께보다도 크게 구성된다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과, 회전 테이블(2)의 웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역의 표면이 동일한 높이로 되거나, 웨이퍼(W)의 표면이 회전 테이블(2)의 표면보다도 낮아진다. 또한, 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼(W)의 두께보다도 깊은 경우에도, 너무 깊게 하면 성막에 영향을 미치는 경우가 있으므로, 웨이퍼(W)의 두께의 3배 정도의 깊이까지로 하는 것이 바람직하다.
오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려서 승강시키기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는, 도시하지 않은 관통 구멍이 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 대향하는 위치에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 복수개, 예를 들어 5개의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각각의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 회전 테이블(2)과 천장판(11)과의 사이에 배치된다. 또한, 이들 각각의 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해서 웨이퍼(W)에 대향해서 수평하게 신장되도록 설치되어 있다.
도 2에 도시하는 예에서는, 원료 가스 노즐(31)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로, 분리 가스 노즐(42), 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32), 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41)이 이 순서로 배열되어 있다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 성막 장치는, 이 형태에 한정되지 않고, 회전 테이블(2)의 회전 방향은 반시계 방향이어도 되고, 이 경우, 원료 가스 노즐(31)로부터 반시계 방향으로, 분리 가스 노즐(42), 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32), 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41)이 이 순서로 배열되어 있다.
제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32), 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)의 상방측에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 플라즈마 처리용 가스 노즐로부터 토출되는 가스를 활성화하기 위해서, 플라즈마 발생기(80, 180)가 각각 설치되어 있다. 제1 플라즈마 발생기(80)와 제2 플라즈마 발생기(180)는 구성이 상이하며, 제1 플라즈마 발생기(80)의 안테나(83)는 고정식이지만, 제2 플라즈마 발생기(180)의 안테나(131)는, 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 이들 플라즈마 발생기(80, 180)의 상세에 대해서는 후술한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 각각의 처리 영역에 1개의 노즐을 배치하는 예를 나타냈지만, 각각의 처리 영역에 복수의 노즐을 배치하는 구성이어도 된다. 예를 들어, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)은, 복수의 플라즈마 처리용 가스 노즐로 구성되고, 각각, 아르곤(Ar) 가스, 산화 가스 또는 질화 가스, 수소(H2) 가스 등을 공급하는 구성이어도 되고, 1개의 플라즈마 처리용 가스 노즐만을 배치하여, 아르곤 가스, 산화 또는 질화 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 공급하는 구성이어도 된다.
처리 가스 노즐(31)은, 원료 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)은, 제1 플라즈마 처리용 가스 공급부를 이루고 있고, 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)은, 제2 플라즈마 처리용 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스는, 상술한 바와 같이, 퍼지 가스라 칭해도 된다.
각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)은, 유량 조정 밸브를 통해서, 도시하지 않은 각각의 가스 공급원에 접속되어 있다.
원료 가스 노즐(31)로부터 공급되는 원료 가스는, 용도에 따라서 다양한 처리 가스가 선택된다. 예를 들어, 원료 가스의 일례로서, 실리콘 함유 가스를 들 수 있다. 또한 실리콘 함유 가스의 예로서는, DCS[디클로로실란], 디실란(Si2H6), HCD[헥사클로로디실란], DIPAS[디이소프로필아미노실란], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란], BTBAS[비스터셔리부틸아미노실란] 등의 가스를 들 수 있다.
원료 가스 노즐(31)로부터 공급되는 원료 가스로서, 실리콘 함유 가스 외에, TiCl4[사염화티타늄], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토], TMA[트리메틸알루미늄], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오네이트] 등의 금속 함유 가스를 사용해도 된다.
제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)로부터 공급되는 제1 플라즈마 처리용 가스는, 원료 가스 노즐(31)로부터 공급된 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스가 선택된다. 일반적으로는, 산화막을 성막하기 위해서 사용되는 산화 가스나, 질화막을 성막하기 위해서 사용되는 질화 가스가 선택된다. 산화 가스의 예로서는, 오존, 산소, 물 등의 산소 함유 가스를 들 수 있다. 또한, 질화 가스의 예로서는, 암모니아(NH3) 등의 질소 함유 가스를 들 수 있다. 또한, 제1 플라즈마 처리용 가스는, 산화 가스 또는 질화 가스 등의 원료 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성하는 반응 가스 이외에, H2 가스, Ar 등을 필요에 따라 포함해도 되고, 그 경우에는, 이들 혼합 가스가 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)로부터 공급되어, 제1 플라즈마 발생기(80)에 의해 플라즈마화된다.
제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터 공급되는 제2 플라즈마 처리용 가스는, 생성한 반응 생성물의 개질을 목적으로 한 처리를 행하기 위하여, 제1 플라즈마 처리용 가스와 마찬가지의 반응 가스를 포함하는 가스가 선택된다. 따라서, 예를 들어 제1 플라즈마 처리용 가스가 산화 가스인 경우에는, 제2 플라즈마 처리용 가스도 산화 가스로 되고, 제1 플라즈마 처리용 가스가 질화 가스인 경우에는, 제2 플라즈마 처리용 가스도 질화 가스가 선택된다. 원료 가스와 제1 플라즈마 처리용 가스와의 반응에 의해, 반응 생성물이 생성해도, 산화 또는 질화가 불충분하면, 고밀도의 고품질의 막을 얻을 수 없다. 따라서, 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터는, 반응 가스와 유사한 개질 가스가 공급된다.
분리 가스 노즐(41, 42)로부터 공급되는 분리 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 2에 도시하는 예에서는, 원료 가스 노즐(31)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로, 분리 가스 노즐(42), 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32), 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33), 분리 가스 노즐(41)이 이 순서로 배열되어 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 실제 처리에 있어서는, 원료 가스 노즐(31)로부터 공급된 원료 가스가 표면에 흡착된 웨이퍼(W)는, 분리 가스 노즐(42)로부터의 분리 가스, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)로부터의 반응 가스, 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터의 개질 가스, 분리 가스 노즐(41)로부터의 분리 가스의 순서로, 가스에 노출된다.
이들 노즐(31, 32, 33, 41, 42)의 하면측(회전 테이블(2)에 대향하는 측)에는, 상술한 각 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(35)이 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 복수 개소에, 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다(도 3 참조). 각 노즐(31, 32, 33, 41, 42)의 각각의 하단 테두리와 회전 테이블(2)의 상면과의 이격 거리가 예를 들어 1 내지 5mm 정도가 되도록 배치되어 있다.
원료 가스 노즐(31)의 하방 영역은, Si 함유 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이다. 또한, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 웨이퍼(W) 상의 박막의 제1 플라즈마 처리를 행하기 위한 제2 처리 영역(P2)이 되고, 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)의 하방 영역은, 웨이퍼(W) 상의 박막의 제2 플라즈마 처리를 행하기 위한 제3 처리 영역(P3)이 된다.
도 3에, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 단면도를 도시한다. 또한, 도 3은, 분리 영역(D)에서부터 제1 처리 영역(P1)을 거쳐서 분리 영역(D)까지의 단면도이다.
분리 영역(D)에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 천장판(11)의 이면에 설치되어 있고, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 형성된다.
천장면(44)을 형성하는 볼록 형상부(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 볼록 형상부(4)에는, 둘레 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(41, 42)이 이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)의 주연부(진공 용기(1)의 외측 테두리측 부위)는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해서, 회전 테이블(2)의 외측 단면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대하여 약간 이격되도록, L자 형으로 굴곡되어 있다.
원료 가스 노즐(31)의 상방측에는, 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)를 따라 통류시키기 위해서, 또한 분리 가스가 웨이퍼(W)의 근방을 피해서 진공 용기(1)의 천장판(11)측을 통류하도록, 노즐 커버(230)가 설치되어 있다. 노즐 커버(230)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 원료 가스 노즐(31)을 수납하기 위해서 하면측이 개구되는 대략 상자형의 커버체(231)와, 이 커버체(231)의 하면측 개구단에 있어서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 각각 접속된 판상체인 정류판(232)을 구비하고 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은, 원료 가스 노즐(31)의 선단부에 대향하도록 회전 테이블(2)을 향해서 연장되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 외측 테두리측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은, 원료 가스 노즐(31)에 간섭하지 않도록 절결되어 있다.
이어서, 플라즈마 처리용 가스 노즐(32, 33)의 상방측에 각각 배치되는, 제1 플라즈마 발생기(80) 및 제2 플라즈마 발생기(180)에 대해서, 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 플라즈마 발생기(80) 및 제2 플라즈마 발생기(180)는, 서로 다른 구성을 가지며, 각각 독립된 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 플라즈마 발생기의 일례를 도시하는 종단면도이다. 또한, 도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 플라즈마 발생기의 일례를 도시하는 분해 사시도이다. 또한, 도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제1 및 제2 플라즈마 발생기에 설치되는 하우징의 일례를 나타내는 사시도이다. 또한, 이하의 모든 실시 형태에 있어서, 「제1 플라즈마 발생기(80)」를 간단히 「플라즈마 발생기(80)」라고 칭하고, 「제2 플라즈마 발생기(180)」를 간단히 「플라즈마 발생기(180)」라고 칭하는 것으로 한다.
플라즈마 발생기(80)는, 금속선 등으로 형성되는 안테나(83)를 코일 형상으로, 예를 들어 연직축을 중심으로 3중으로 권회해서 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 발생기(80)는, 평면에서 볼 때 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 신장되는 띠 형상체 영역을 둘러싸도록, 또한 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 직경 부분을 걸치도록 배치되어 있다.
안테나(83)는, 정합기(84)를 통해서 주파수가 예를 들어 13.56MHz 및 출력 전력이 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 그리고, 이 안테나(83)는, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 설치되어 있다. 또한, 도 4에서, 안테나(83)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(86)이 설치되어 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)의 상방측에 있어서의 천장판(11)에는, 평면에서 볼 때 대략 부채형으로 개구되는 개구부(11a)가 형성되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 개구부(11a)에는, 안테나(83)를 천장판(11)보다도 하방측에 위치시키기 위한 하우징(90)이 설치되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 하우징(90)은, 상방측의 주연부가 둘레 방향에 걸쳐서 플랜지 형상으로 수평하게 신장되어 플랜지부(90a)를 이룸과 함께, 평면에서 볼 때, 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향해서 오목해지도록 형성되어 있다.
하우징(90)은, 이 하우징(90)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치한 경우에, 회전 테이블(2)의 직경 방향에 있어서의 웨이퍼(W)의 직경 부분을 걸치도록 배치되어 있다. 또한, 하우징(90)과 천장판(11)과의 사이에는, O-링 등의 시일 부재(11c)가 설치된다.
진공 용기(1)의 내부 분위기는, 하우징(90)을 개재해서 기밀하게 설정되어 있다. 구체적으로는, 하우징(90)을 이미 설명한 개구부(11a) 내에 떨어트려 넣으면, 플랜지부(90a)와 단차부(11b) 중 최하단의 단차부(11b)가 서로 걸리어 고정된다. 그리고, 이미 설명한 O-링(11d)에 의해, 당해 단차부(11b)(천장판(11))와 하우징(90)이 기밀하게 접속된다. 또한, 개구부(11a)의 외측 테두리를 따르듯이 프레임 형상으로 형성된 가압 부재(91)에 의해 상기 플랜지부(90a)를 하방측을 향해서 둘레 방향에 걸쳐서 가압함과 함께, 이 가압 부재(91)를 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정함으로써, 진공 용기(1)의 내부 분위기가 기밀하게 설정된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하면에는, 당해 하우징(90)의 하방측의 처리 영역(P2, P3)의 각각을 둘레 방향을 따라 둘러싸도록, 회전 테이블(2)을 향해서 수직으로 신장되는 돌기부(92)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 회전 테이블(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는, 상술한 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32) 및 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)이 수납되어 있다. 또한, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32) 및 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)의 기단부(진공 용기(1)의 내벽측)에 있어서의 돌기부(92)는, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32) 및 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)의 외형을 따르도록 대략 원호 형상으로 절결되어 있다.
하우징(90)의 하방측에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 돌기부(92)가 둘레 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 시일 부재(11c)는, 이 돌기부(92)에 의해, 플라즈마에 직접 노출되지 않고, 즉, 플라즈마 생성 영역으로부터 격리되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 생성 영역으로부터 플라즈마가 예를 들어 시일 부재(11c)측으로 확산하려고 해도, 돌기부(92)의 하방을 경유해 나가게 되므로, 시일 부재(11c)에 도달하기 전에 플라즈마가 실활되게 된다.
하우징(90)의 상방측에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상을 대략 따르도록 형성된 도전성의 판상체인 금속판, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 패러데이 실드(95)는, 하우징(90)의 바닥 면을 따르도록 수평하게 형성된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외종단으로부터 둘레 방향에 걸쳐서 상방측으로 신장되는 수직면(95b)을 구비하고 있고, 평면에서 볼 때 예를 들어 대략 육각형이 되도록 구성되어 있어도 된다.
도 7은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생기의 일례를 나타내는 평면도이다. 도 8은, 플라즈마 발생기에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도이다.
회전 테이블(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 실드(95)를 본 경우의 우측 및 좌측에서의 패러데이 실드(95)의 상단 테두리는, 각각, 우측 및 좌측으로 수평하게 신장되어 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고, 패러데이 실드(95)와 하우징(90)과의 사이에는, 지지부(96)를 하방측으로부터 지지함과 함께 하우징(90)의 중심부 영역(C)측 및 회전 테이블(2)의 외측 테두리부측의 플랜지부(90a)에 각각 지지되는 프레임 형상체(99)가 설치되어 있다.
안테나(83)에 의해 생성한 전계가 웨이퍼(W)에 도달하는 경우, 웨이퍼(W)의 내부에 형성되어 있는 패턴(전기 배선 등)이 전기적으로 대미지를 받아버리는 경우가 있다. 그 때문에, 도 8에 도시한 바와 같이, 수평면(95a)에는, 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위해서, 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있다.
슬릿(97)은, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 신장되도록, 둘레 방향에 걸쳐서 안테나(83)의 하방 위치에 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(97)은, 안테나(83)에 공급되는 고주파에 대응하는 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수가 되도록 형성되어 있다. 또한, 각각의 슬릿(97)의 길이 방향에 있어서의 일단측 및 타단측에는, 이들 슬릿(97)의 개구단을 막도록, 접지된 도전체 등으로 형성되는 도전로(97a)가 둘레 방향에 걸쳐서 배치되어 있다. 패러데이 실드(95)에 있어서 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉, 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는, 당해 영역을 통해서 플라즈마의 발광 상태를 확인하기 위한 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한, 상술한 도 2에서는, 간단화를 위하여, 슬릿(97)을 생략하고 있고, 슬릿(97)의 형성 영역 예를, 일점 쇄선으로 나타내고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(95)의 수평면(95a) 상에는, 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라즈마 발생기(80, 180)와의 사이의 절연성을 확보하기 위해서, 두께 치수가 예를 들어 2mm 정도의 석영 등으로 형성되는 절연판(94)이 적층되어 있다. 즉, 플라즈마 발생기(80, 180)는, 각각, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 개재해서 진공 용기(1)의 내부(회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W))에 대향하도록 배치되어 있다.
이와 같이, 제1 플라즈마 발생기(80)는, 진공 용기(1)의 천장판(11)에 설치된 하우징(90) 상의 고정된 안테나(83)를 가진다. 한편, 제2 플라즈마 발생기(180)는, 이동 가능한 안테나를 구비하는 점에서, 제1 플라즈마 발생기(80)와 상이하다. 이하, 제2 플라즈마 발생기(180)에 대해서 상세하게 설명한다.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 일례를 나타낸 도이다. 제2 플라즈마 발생기(180)는, 안테나부(130)와, 이동 기구부(140)와, 정합기(150)와, 전원(160)을 구비한다. 제2 플라즈마 발생기(180)는, 이동 기구부(140)를 구비하고 있고, 안테나(131)와 정합기(150)가 이동 가능하게 구성되어 있는 점에서, 제1 플라즈마 발생기(80)와 크게 상이하다. 또한, 제2 플라즈마 발생기(180)는, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 개구부(11a)에 설치된 하우징(90) 상에 설치되어 있는 점은, 제1 플라즈마 발생기(80)와 마찬가지이다. 또한, 하우징(90)의 구성은, 도 5 내지 도 7에서 설명한 구성과 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.
안테나부(130)는, 안테나(131)와 안테나 지지부(132)를 가진다. 안테나(131)는, 플라즈마를 발생시키기 위한 전극이다. 본 실시 형태에서는, 안테나(131)는, 유도 결합 플라즈마를 발생시키기 위한 ICP(Inductively Coupled Plasma) 안테나로서 구성된다. 안테나(131)는, 형상은 특별히 한정되지 않지만, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 국소적인 플라즈마 조사를 행하기 위해서, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서, 회전 테이블(2)의 반경보다는 짧은 길이를 가진다. 또한, 안테나(131)의 반경 방향에 있어서의 길이가 회전 테이블(2)의 반경의 1/2보다도 크면, 안테나(131)를 이동시켜도 항상 플라즈마 조사되는 겹침 부분이 발생해버리므로, 바람직하게는 회전 테이블의 반경의 1/2 이하의 크기로 설정된다. 또한, 국소적인 플라즈마 조사를 보다 고정밀도로 행하기 위해서는, 안테나(131)의 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 길이는, 1/5 내지 1/2의 범위로 설정되어도 되고, 보다 바람직하게는 1/4 내지 1/2의 범위, 또는 1/3 내지 1/2의 범위로 설정되어도 된다. 최적으로는, 안테나(131)의 반경 방향에 있어서의 길이는, 1/3 전후로 설정되는 것이 바람직하다.
안테나(131)의 평면 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 원형, 타원형, 정사각형을 포함하는 직사각형과 같은 형상으로 구성되어도 된다. 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 안테나(131)가 원형의 평면 형상을 갖는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 안테나(131)는, 안테나(83)와 마찬가지로, 금속 배선을 코일 형상으로 복수회 권회해서 구성하면 되고, 도 9에 도시된 바와 같이, 코일형상(나선 형상 또는 대략 원통 형상)의 형상을 가진다.
안테나 지지부(132)는, 안테나(131)를 지지하기 위한 수단이며, 안테나(131)에 접속됨과 함께, 안테나(131)를 이동 가능하게 지지한다. 도 9에서는, 안테나 지지부(132)는, 안테나(131)의 상단부에서 안테나(131)에 접속되어, 안테나(131)를 매달아 지지하고 있다. 안테나 지지부(132)는, 안테나(131)에 물리적으로 접속됨과 함께, 전기적으로도 접속된다. 즉, 안테나 지지부(132)는, 고주파 전류를 통전 가능하도록 도체로 구성되고, 일반적으로는, 금속 재료로 구성된다. 안테나 지지부(132)는, 안테나(131)와 동일한 금속 재료로 구성되어도 되고, 다른 금속 재료로 구성되어도 되지만, 안테나(131)를 지지하기 위해서, 안테나(131)보다도 강한 강도를 갖도록, 안테나(131)에 사용되어 있는 금속 배선보다도 굵고 또한 높은 강성을 갖고 구성된다.
이동 기구부(140)는, 안테나(131)를 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 이동시키기 위한 구동 기구이다. 이동 기구부(140)는, 프레임(141)과, 슬라이더(142)와, 볼 나사(143)와, 모터(144)를 구비한다.
프레임(141)은, 이동 기구부(140)를 진공 용기(1)의 상면을 구성하는 천장판(11) 상에 설치하기 위한 베이스의 역할을 한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 안테나(131)는, 하우징(90)의 오목 부분 내를 이동 가능하게 하기 위해서, 하우징(90)의 상방에 이동 기구를 탑재할 수 있도록, 회전 테이블(2)의 반경을 커버하는 프레임(141)을 하우징(90)의 상방에 설치한다. 따라서, 프레임(141) 상에 이동 기구부(140)의 다른 부품이 탑재된다. 프레임(141)은, 이동 기구부(140)를 지지할 수 있으면, 다양한 형상을 가질 수 있음과 함께, 다양한 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프레임(141)은, 금속 재료로 구성된다.
슬라이더(142)는, 안테나(131)를 슬라이드 이동 가능하게 지지하기 위한 부재이다. 따라서, 슬라이더(142)에는 안테나 지지부(132)가 고정되고, 안테나 지지부(132)를 통해서 안테나(131)를 매달아 지지함과 함께, 프레임(141) 상을 슬라이드 이동 가능하게 구성된다.
또한, 안테나(131)는, 슬라이더(142) 및 안테나 지지부(132)에 하우징(90)의 상면과는 비접촉의 상태로 지지되어, 하우징(90)과 비접촉의 상태에서 이동 가능하게 구성되어 있다.
또한, 슬라이더(142)의 이동 방향, 즉 프레임(141)의 설치 방향은, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 대략 전역을 이동 가능하면, 반드시 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 배치될 필요는 없으며, 예를 들어 반경에 대하여 비스듬히 교차하도록 설정되어도 된다. 그러나, 최단 거리로 안테나(131)를 반경 방향에 있어서 이동시키기 위해서는, 프레임(141)은 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 설치되고, 슬라이더(142)는, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 슬라이드 이동 가능하게 구성되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 프레임(141) 및 슬라이더(142)는, 반경 방향을 따라서 설치된 예를 들어 설명한다.
볼 나사(143)는, 슬라이더(142)의 슬라이드 이동의 이동 방향을 가이드하기 위한 가이드 부재이다. 따라서, 볼 나사(143)는, 슬라이더(142)의 이동 방향을 규정하도록, 프레임(141)의 양단에 설치되고, 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 연장된다. 또한, 볼 나사(143)는, 슬라이더(142)를 이동시키는 구동력을 슬라이더(142)에 전달해서 이동시키기 위한 구동력 전달 수단으로서의 역할도 행한다.
보다 상세하게는, 볼 나사(143)의 표면에는 나사산이 형성되어 있고, 슬라이더(142)에는 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되고, 관통 구멍의 표면에는, 볼 나사(143)와 나사 결합하는 나사산이 형성되어 있다. 그리고, 볼 나사(143)의 회전에 의해, 슬라이더(142)는, 연장되는 볼 나사(143)를 따라 이동한다.
모터(144)는, 슬라이더(142)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동 수단이다. 모터(144)의 회전축에는 볼 나사(143)가 접속되어 있어, 모터(144)의 회전에 의해 볼 나사(143)가 회전하고, 이 회전에 수반하여 슬라이더(142)가 볼 나사(143)를 따라 슬라이드 이동하고, 슬라이더(142)와 함께 안테나 지지부(132) 및 안테나(131)가 슬라이드 이동한다.
또한, 모터(144)는, 진공 용기(1)의 천장판(11)의 외주측에 배치해도 되고, 내주측(중심측)에 배치해도 된다. 용도에 따라, 모터(144)는 적절한 개소에 배치할 수 있다.
또한, 도 9에서는, 볼 나사(143)와 모터(144)로 슬라이더(142)를 이동시키는 구성으로 하고 있지만, 볼 나사(143) 대신에 슬라이더(142)와 걸리어 결합하는 레일을 배치하고, 슬라이더(142)가 레일 상을 슬라이드 이동하는 기구를 채용하는 것도 가능하다. 즉, 슬라이드 이동 가능한 슬라이더(142)와, 이 이동 방향을 가이드하는 가이드 수단과, 슬라이더(142)를 이동시키기 위한 구동력을 부여하는 수동 구동 수단이 존재하면, 이동 기구부(140)는 다양한 구성을 채용할 수 있다.
정합기(150)는, 고주파 전원(160)과 안테나(131)와의 사이에 설치되지만, 본 실시 형태에서는, 슬라이더(142)와 일체적으로 설치된다. 정합기(150)를 고정하면, 안테나(131)의 슬라이드 이동에 의해, 정합기(150)와 안테나(131)와의 사이의 거리가 변화하여, 플라즈마의 강도가 변화해버린다. 따라서, 플라즈마의 강도를 일정하게 유지하기 위해서, 정합기(150)는, 안테나(131)와 함께 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 안테나(131)를 지지하는 슬라이더(142) 상에 정합기(150)를 탑재하고 있지만, 안테나(131)와의 거리를 일정하게 유지해서 이동 가능하면, 다양한 구성으로 되어도 된다.
고주파 전원(160)은, 안테나(131)에 고주파 전력을 공급하기 위한 전원이다. 고주파 전원(160)은, 소정의 플라즈마 발생에 필요한 고주파 전력을 안테나(131)에 공급할 수 있으면 다양한 구성으로 되어도 되고, 예를 들어 고주파 전원(85)과 마찬가지로, 5000W의 출력을 가지는 고주파 전원이 사용되어도 되고, 또한 13.56MHz의 주파수의 고주파 전력을 출력해도 된다.
도 10은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 안테나를 내주측으로 이동시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 이러한 이동 기구부(140)를 구비하는 플라즈마 발생기(180)는, 모터(144) 회전을 구동함으로써, 안테나(131)를 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 이동시킬 수 있다. 따라서, 모터(144)의 회전 속도를 변화시킴으로써, 안테나(131)의 이동 속도를 변화시킬 수 있다. 직경 치수가 300mm의 웨이퍼(W)를 적재 가능한 회전 테이블(2)의 경우, 회전 테이블(2)의 외주부의 둘레 방향에 있어서의 이동 거리는, 내주부(중심부)의 둘레 방향에 있어서의 이동 거리의 약 3배가 된다. 즉, 회전 테이블(2)의 둘레 방향을 따라 1군데에 고정된 플라즈마 발생기(80)에 의해 웨이퍼(W)(또는 회전 테이블(2))에 플라즈마가 조사되는 시간에 대해서는, 외주부는 내주부의 약 1/3이 된다. 플라즈마의 조사 시간이 짧으면, 당연히 플라즈마 처리량은 적어진다. 따라서, 회전 테이블(2)의 외주측과 내주측에서 플라즈마의 조사 시간이 균일해지는 제어를 행하면, 플라즈마 처리량은 균일해진다고 생각된다.
예를 들어, 안테나(131)의 이동 속도를, 안테나(131)가 회전 테이블(2)의 외주측에 위치할 때는 느리게 하고, 안테나(131)가 회전 테이블(2)의 내주측에 위치할 때는 빠르게 하여, 플라즈마의 조사량이 회전 테이블(2)의 외주측과 내주측에서 대략 균일해지는 이동을 행하면, 그러한 플라즈마 처리량의 균일화가 가능하게 된다. 예를 들어, 안테나(131)가 외주측에 위치할 때는, 내주측에 위치할 때의 이동 속도의 대략 1/3이 되는 제어를 행하면, 플라즈마 처리량의 불균형은 시정된다. 그러한 이동 속도의 변화는, 안테나(131)의 위치에 따라서 단계적으로 변화해도 되고, 연속적으로 변화해도 된다. 또한, 속도 제로, 즉 정지하고 있는 경우도 포함하여, 정지 시간도 포함한 제어를 행하게 해도 된다.
예를 들어, 회전 테이블(2)의 외주측이 내주측보다도 약 3배의 시간 동안 플라즈마에 조사되도록, 안테나(131)의 위치, 각 위치에서의 속도를 조정함으로써, 반경 방향의 각 위치에 있어서, 주속도로 플라즈마에 조사되는 시간을 일정하게 할 수 있다.
이와 같이, 회전 테이블(2) 및 웨이퍼(W)에의 반경 방향에 있어서의 국소적인 플라즈마 조사가 가능한 작은 안테나(131)를, 반경 방향에 있어서 이동 가능하게 함으로써, 플라즈마 조사 시간을 조정할 수 있어, 웨이퍼(W)의 균일한 플라즈마 처리가 가능하게 된다.
그때, 안테나(131)는 수평 이동하여, 안테나(131)가 경사지는 일은 없으므로, 전위는 항상 일정하게 유지되어, 웨이퍼(W)에 전기적인 대미지를 끼치는 일도 없다.
또한, 상술한 고주파 전원(160)의 출력(파워) 및 정합기(150)의 조정에 의해, 안테나(131)에 의해 발생하는 플라즈마의 강도를 변화시키는 것도 가능하다. 이에 의해, 성막 시의 면 내의 막질을 조정할 수 있다.
따라서, 플라즈마 발생기(180)는, 안테나(131)의 위치, 각 위치에서의 속도 및 플라즈마의 강도를 제어하는 것이 가능하고, 이들의 파라미터를 적절하게 설정함으로써, 플라즈마 처리량을 조정하여, 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
또한, 이러한 파라미터의 설정을 포함한 제어는, 도 1에 도시한 제어부(120)에서 행하는 것이 가능하다. 즉, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에는, 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 설치되어 있다. 이 제어부(120)의 메모리 내에는, 후술하는 기판 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 장치의 각종 동작을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내에 인스톨된다.
그리고, 제어부(120)는, 구동 기구인 모터(144)의 회전 속도를, 정지를 포함해서 조정 가능하고, 마찬가지로, 고주파 전원(160)의 출력의 조정도 가능하다. 따라서, 레시피의 조건 등도 고려하면서, 플라즈마 처리의 균일화가 도모되도록, 제2 플라즈마 발생기(180)에 있어서의 안테나(131)의 위치, 각 위치에서의 속도 및 플라즈마의 강도를 제어하여, 최적의 플라즈마 처리를 행한다.
또한, 일단 플라즈마가 생성되면, 안테나(131)를 이동시켜도, 플라즈마가 계속해서 생성되는 것은, 발명자들이 확인하였다. 따라서, 최초의 플라즈마를 발생시키는 단계만 안테나(131)를 정지시키고 있으면, 이러한 안테나(131)를 이동시켜서 플라즈마의 조사 위치를 이동시키는 것은 충분히 가능하다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 구성 요소에 대해서 설명한다.
회전 테이블(2)의 외주측에 있어서, 회전 테이블(2)보다도 약간 아래 위치에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)의 상면에는, 서로 둘레 방향으로 이격되도록 예를 들어 2군데에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 다른 표현을 하면, 진공 용기(1)의 바닥면에는, 2개의 배기구가 형성되고, 이들 배기구에 대응하는 위치에서의 사이드 링(100)에는, 배기구(61, 62)가 형성되어 있다.
본 명세서에서는, 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을, 각각, 제1 배기구(61), 제2 배기구(62)라 칭한다. 여기에서는, 제1 배기구(61)는, 분리 가스 노즐(42)과, 이 분리 가스 노즐(42)에 대하여 회전 테이블의 회전 방향 하류측에 위치하는 제1 플라즈마 발생기(80)와의 사이에 형성되어 있다. 또한, 제2 배기구(62)는, 제2 플라즈마 발생기(180)와, 이 플라즈마 발생기(180)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 분리 영역(D)과의 사이에 형성되어 있다.
제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는, 플라즈마 처리용 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 각각, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재하여 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 배기 기구인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
상술한 바와 같이, 중심부 영역(C)측으로부터 외측 테두리측에 걸쳐서 하우징(90)을 배치하고 있기 때문에, 플라즈마 처리 영역(P2, P3)에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 통류해 오는 가스는, 이 하우징(90)에 의해 배기구(62)를 향하려고 하는 가스류가 규제되어버리는 경우가 있다. 그 때문에, 하우징(90)보다도 외주측에서의 사이드 링(100)의 상면에는, 가스가 흐르기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)(도 1 및 도 2 참조)가 형성되어 있다.
천장판(11)의 하면에서의 중앙부에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에 있어서의 중심부 영역(C)측의 부위와 연속해서 둘레 방향에 걸쳐서 대략 링 형상으로 형성됨과 함께, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면(천장면(44))과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는, 중심부 영역(C)에 있어서 각종 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래비린스 구조부(110)가 배치되어 있다.
상술한 바와 같이 하우징(90)은, 중심부 영역(C)측에 가까운 위치까지 형성되어 있으므로, 회전 테이블(2)의 중앙부를 지지하는 코어부(21)는, 회전 테이블(2)의 상방측의 부위가 하우징(90)을 피하도록 회전 중심측에 형성되어 있다. 그 때문에, 중심부 영역(C)측에서는, 외측 테두리부측보다도, 각종 가스끼리 혼합되기 쉬운 상태로 되어 있다. 그 때문에, 코어부(21)의 상방측에 래비린스 구조를 형성함으로써, 가스의 유로를 형성하여, 가스끼리 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로는, 래비린스 구조부(110)는, 회전 테이블(2)측으로부터 천장판(11)측을 향해서 수직으로 신장되는 벽부와, 천장판(11)측으로부터 회전 테이블(2)을 향해서 수직으로 신장되는 벽부가, 각각 둘레 방향에 걸쳐서 형성됨과 함께, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서 교대로 배치된 구조를 가진다. 래비린스 구조부(110)에서는, 예를 들어 원료 가스 노즐(31)로부터 토출되어 중심부 영역(C)을 향하려고 하는 제1 처리 가스는, 래비린스 구조부(110)를 타고 넘어갈 필요가 있다. 그 때문에, 중심부 영역(C)을 향함에 따라서 유속이 느려져, 확산하기 어려워진다. 결과로서, 처리 가스가 중심부 영역(C)에 도달하기 전에, 중심부 영역(C)에 공급되는 분리 가스에 의해, 처리 영역(P1)측으로 되돌려지게 된다. 또한, 중심부 영역(C)을 향하려고 하는 다른 가스에 대해서도, 마찬가지로 래비린스 구조부(110)에 의해 중심부 영역(C)에 도달하기 어려워진다. 그 때문에, 처리 가스끼리 중심부 영역(C)에서 서로 혼합되는 것이 방지된다.
한편, 분리 가스 공급관(51)으로부터 이 중심부 영역(C)에 공급된 분리 가스는, 둘레 방향으로 급격하게 확산하려고 하는데, 래비린스 구조부(110)를 설치하고 있기 때문에, 래비린스 구조부(110)를 타고 넘어가는 동안에 유속이 억제되어 간다. 이 경우, 질소 가스는, 예를 들어 회전 테이블(2)과 돌기부(92)와의 사이가 매우 좁은 영역에도 침입하려고 하는데, 래비린스 구조부(110)에 의해 유속이 억제되어 있으므로, 예를 들어 반송구(15) 부근 등의 비교적 넓은 영역으로 흘러 간다. 그 때문에, 하우징(90)의 하방측에의 질소 가스의 유입이 억제된다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14)와의 사이의 공간에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되어 있다. 히터 유닛(7)은, 회전 테이블(2)을 개재해서 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 예를 들어 실온 내지 760℃ 정도로 가열할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또한, 도 1에서의 참조 부호 71a는, 히터 유닛(7)의 측방측에 설치된 커버 부재이며, 참조 부호 7a는, 이 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재이다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이, 둘레 방향에 걸쳐서 복수 개소에 설치되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는, 게이트 밸브(G)에 의해 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 진공 용기(1)의 외부에는, 도시하지 않은 반송 아암이 설치되고, 반송 아암을 사용해서 진공 용기(1) 내에 웨이퍼(W)를 반송한다.
회전 테이블(2)의 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 대향하는 위치에서 도시하지 않은 반송 아암에 의해 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 그 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측의 수수 위치에 대응하는 개소에는, 오목부(24)를 관통해서 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 도시하지 않은 승강 핀 및 승강 기구가 설치되어 있다.
도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 장치의 분해 사시도이다. 도 11에 도시되는 바와 같이, 제1 플라즈마 발생기(80)에서 산화 처리 또는 질화 처리를 행하고, 제2 플라즈마 발생기(180)에서 산화 처리 또는 질화 처리의 조정을 행하면서 개질을 실시할 수 있는 구성으로 되어 있다.
〔제2 실시 형태〕
도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 일례를 나타낸 도이다. 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기(181)는, 안테나(131)의 주위를 둘러싸는 패러데이 실드(170)가 새롭게 설치되어 있는 점에서, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기(180)와 상이하다. 기타 구성 요소에 대해서는, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기(180)와 마찬가지이므로, 대응하는 구성 요소에 동일한 참조 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 패러데이 실드(170)는, 안테나(131)의 주위를 덮도록 설치되고, 안테나(131)와 함께 이동 가능하게 구성되어 있다. 이와 같이, 패러데이 실드(170)를 안테나(131)와 함께 이동 가능하게 구성함으로써, 안테나(131)가 이동해도, 안테나(131)와 패러데이 실드(170)와의 거리 및 위치 관계를 일정하게 유지할 수 있어, 회전 테이블(2)(또는 웨이퍼(W))에 조사되는 플라즈마의 강도를 일정하게 할 수 있다. 즉, 패러데이 실드(170)는, 안테나(131)의 형상에 맞춰서 구성되는 것이기 때문에, 안테나(131)가 이동하면, 전계의 커트량 및 자계의 투과량 등이 변화할 우려가 있다. 따라서, 패러데이 실드(170)도, 정합기(150)와 마찬가지로, 안테나(131)와 함께 이동 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 안테나(131)가 이동해도, 플라즈마의 강도, 상하 방향에서의 플라즈마 밀도를 변화시키지 않고, 플라즈마를 이동시킬 수 있다.
도 13은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 제2 플라즈마 발생기의 일례의 안테나부 및 패러데이 실드를 도시한 도면이다. 도 13의 (a)는 제2 플라즈마 발생기의 일례의 안테나부 및 패러데이 실드의 평면도이며, 도 13의 (b)는 제2 플라즈마 발생기의 일례의 안테나부 및 패러데이 실드의 측면도이다.
도 13의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 패러데이 실드(170)는, 대략 원기둥상의 형상을 가지고, 안테나(131)의 주위를 둘러싸고 있다. 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(170)의 저면(170a) 상에는, 상방에 적재되는 안테나(131)와의 사이의 절연성을 확보하기 위해서, 두께 치수가 예를 들어 2mm 정도의 석영 등으로 형성되는 절연판(171)이 적층되어 있다. 그리고, 패러데이 실드(170)의 저면(170a)에는, 방사상의 슬릿(172)이 형성되어 있다. 안테나(131)와 패러데이 실드(170)가 모두 슬라이드 이동함으로써, 안테나(131)의 위치와 방사상의 슬릿의 위치 관계는 항상 일정하게 유지되어, 이동한 각 영역에서 일정한 플라즈마 조사를 행할 수 있다. 또한, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 패러데이 실드(170)는 접지된다.
제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지로, 안테나(131)도 패러데이 실드(170)도 수평 이동이며, 이동에 의해 경사가 발생하지 않으므로, 전위는 일정하게 유지되어, 웨이퍼(W)에 전기적인 대미지를 끼치지 않는다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 관한 플라즈마 발생 장치에 의하면, 안테나(131)를 슬라이드 이동시켜도 플라즈마 강도를 일정하게 유지할 수 있어, 설계대로의 원하는 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
〔제3 실시 형태〕
도 14는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도이다. 제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에서는, 제2 플라즈마 발생기(180)뿐만 아니라, 제1 플라즈마 발생기(280)도 이동식의 안테나(230)를 구비해서 구성되어 있다. 즉, 개질용의 제2 플라즈마 발생기(180)뿐만 아니라, 산화 처리 또는 질화 처리용의 제1 플라즈마 발생기(280)도 반경 방향에 있어서 국소적인 플라즈마 처리를 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 제1 플라즈마 발생기(280)에 있어서도 회전 테이블(2)의 내주측과 외주측에 있어서의 플라즈마 처리를 균일화할 수 있어, 보다 면내 균일성이 높은 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
또한, 제1 플라즈마 발생기(280)는, 제1 및 제2 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 발생기(180, 181) 중 어느 구성을 채용해도 된다. 또한, 구성 자체는 제1 및 제2 실시 형태에서 설명한 제2 플라즈마 발생기(180, 181)와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다. 또한, 기타 구성 요소에 대해서도, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 발생 장치와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
제3 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에 의하면, 면내 균일성을 더욱 향상시키는 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
〔제4 실시 형태〕
도 15는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타낸 도이다. 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치로부터, 제1 플라즈마 발생기(80)를 제거하고, 제2 플라즈마 발생기(180)만을 설치한 구성을 가진다. 또한, 제4 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 제1 처리 영역(P1) 및 분리 영역(D)의 넓이가 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치와 상이한데, 구성 요소적으로는, 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치로부터, 제1 플라즈마 발생기(80)를 제거한 구성이다. 이와 같이, 플라즈마 발생기(180)를 1대만으로 해서 개질 처리를 행하게 해도 된다.
이 경우, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)은, 그대로 제1 플라즈마 발생기(80)가 설치되어 있던 개소에 배치되어 개구부(11a) 및 하우징(90)을 포함해서 제1 플라즈마 발생기(80)만이 제거되고, 제2 플라즈마 발생기(180)는, 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)도 포함해서 그대로 설치된다.
이러한 구성이어도, 산화 가스 또는 질화 가스 등의 반응 가스는 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)로부터 공급되어, 플라즈마를 사용하지 않는 형태로 반응 생성물을 생성하는 반응은 행하여지고, 그 후에 플라즈마 발생기(180)에서 개질이 행하여지므로, 플라즈마 조사량을 조정하면서 개질을 행할 수 있어, 기판 처리의 면내 균일성을 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 이동식의 안테나(131)를 가지는 플라즈마 발생기(180, 181, 280)를 용도에 따라서 다양한 배치로 설치할 수 있어, 플라즈마 처리량의 조정이 가능한 플라즈마 처리 장치를 다양한 형태로 구성할 수 있다.
〔성막 방법〕
이어서, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용한 플라즈마 처리 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법은, 이동식의 안테나(131)를 사용한 플라즈마 발생기(180, 181, 280)를 탑재한 다양한 플라즈마 처리 장치로 실시 가능한데, 이동식의 안테나를 사용한 플라즈마 발생기(180)를 1대와, 안테나 고정식의 플라즈마 발생기(80)를 1대 구비한 제1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 사용해서 플라즈마 처리를 행하는 예에 대해 설명한다.
또한, 플라즈마 처리의 내용으로서는, ALD법(Atomic Layer Deposition, 원자층 퇴적 방법) 또는 MLD법(Molecular Layer Deposition, 분자층 퇴적 방법)에 의한 성막을 실시하는 예에 대해서 설명한다. 단, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법은, 성막 방법에 한정되지 않고, 회전 테이블 상에 둘레 방향을 따라 기판을 배치하고, 회전 테이블을 회전시키면서 플라즈마 처리를 행하는 방법이라면, 어닐 등을 포함해서 다양한 플라즈마 처리에 적용 가능하다.
플라즈마 처리 방법의 실시에 앞서, 웨이퍼(W)를 진공 용기(1) 내에 반입한다. 구체적으로는, 우선, 게이트 밸브(G)를 개방한다. 그리고, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 반송 아암(도시하지 않음)에 의해 반송구(15)를 통해서 회전 테이블(2) 상에 적재한다.
계속해서, 게이트 밸브(G)를 폐쇄하고, 히터 유닛(7)에 의해, 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도는, 예를 들어 300℃ 이상 800℃ 이하로 설정된다. 계속해서, 원료 가스 노즐(31)로부터 원료 가스를, 소정의 유량으로 토출함과 함께, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32) 및 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터, 소정의 유량으로 제1 및 제2 플라즈마 처리용 가스를 각각 공급한다.
그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 소정의 압력으로 조정한다. 또한, 플라즈마 발생기(80, 180)에서는, 각각, 안테나(83)에 대하여 소정의 출력의 고주파 전력을 인가한다. 고주파 전력은, 예를 들어 5kW로 설정해도 된다.
회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역(P1)에 도달하면, 원료 흡착 공정이 행하여진다. 원료 흡착 공정에서는, 웨이퍼(W)에 원료 가스가 원료 가스 노즐(31)로부터 공급되고, 원료 가스가 웨이퍼(W)의 표면 상에 흡착된다. 또한, 원료 가스는, 예를 들어 실리콘 함유 가스 등이 공급된다.
계속해서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 분리 영역(D)의 하방을 통과하며, 분리 가스가 공급되어 퍼지된다. 그 후, 웨이퍼(W)는, 제2 처리 영역(P2)에 도달한다.
웨이퍼(W)가 제2 처리 영역(P2)에 도달하면, 반응 공정이 행하여진다. 반응 공정에서는, 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐(32)로부터 반응 가스가 공급되고, 원료 가스와 반응해서 반응 생성물이 생성되어 그 분자층이 웨이퍼(W)의 표면 상에 퇴적된다. 반응 가스는, 예를 들어 오존, 산소 등의 산화 가스, 또는 암모니아 등의 질화 가스이다. 원료 가스가 실리콘 함유 가스인 경우, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막이 생성해서 그 분자층이 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적된다. 그때, 반응 가스는 제1 플라즈마 발생기(80)에 의해 활성화해서 공급되므로, 효과적으로 산화 또는 질화가 행하여진다.
이어서, 회전 테이블의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 제3 처리 영역(P3)에 도달하고, 개질 공정이 행하여진다. 개질 공정에서는, 플라즈마 처리에 의해, 웨이퍼(W)의 표면 상에 퇴적된 반응 생성물의 개질이 행하여진다. 이 경우, 제2 플라즈마 발생기(180)에 의해 플라즈마 처리가 행하여지므로, 안테나(131)가 반경 방향의 어느 한 위치에 있는 상태에서 개질 처리가 행하여진다. 개질 처리는, 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터, 제1 플라즈마 처리용 가스와 유사한 처리 가스를 공급하여, 산화 처리 또는 질화 처리 등의 개질 처리를 행한다. 산화막의 성막에는 산화 가스가 플라즈마화해서 공급되고, 질화막의 성막에는 질화 가스가 플라즈마화해서 공급된다.
제3 처리 영역(P3)에서는, 안테나(131)가 이동하고 있기 때문에, 회전 테이블(2)이 연속적으로 복수회 회전하는 경우에는, 전회와 상이한 영역에 플라즈마 조사가 행하여지는 경우가 많다. 상술한 바와 같이, 기본적으로는, 회전 테이블(2)의 외주측에 플라즈마가 조사되는 경우에는, 내주측에 플라즈마가 조사되는 경우보다도 느린 이동 속도가 되도록 제어된다.
제어부(120)는, 모터(144)의 회전 속도, 고주파 전원(160)의 출력 등을 제어함으로써, 안테나(131)의 위치, 이동 속도, 플라즈마 강도가, 전체의 플라즈마 처리를 통해서 반경 방향에 있어서 균일해지게된다.
이어서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해, 웨이퍼(W)는 분리 영역(D)의 하방을 통과하여, 분리 가스가 공급되어 퍼지된다. 또한, 분리 가스(퍼지 가스)로는 N2, Ar 등이 사용된다. 웨이퍼(W)는, 분리 영역(D)을 통과한 후, 제1 처리 영역(P1)에 도달한다. 그리고, 다시 원료 흡착 공정이 행하여진다.
이하, 회전 테이블(2)의 회전에 수반하여, 웨이퍼(W)는 원료 흡착 공정, 반응 공정 및 개질 공정을 반복하여, 플라즈마 처리에 의한 성막 처리가 행하여진다. 그때, 상술한 바와 같이, 플라즈마 발생기(180)에 있어서 안테나(131)는 슬라이드 이동하여, 전체에 걸쳐 균일하게 플라즈마에 의한 개질 처리가 행하여진다. 그리고, 막이 소정의 막 두께에 도달하면, 성막 처리가 종료된다. 이에 의해, 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 종료된다.
또한, 플라즈마 발생기(180) 내의 안테나(131)의 이동은, 상술한 바와 같이, 안테나(131)가 회전 테이블(2)의 외주측에 위치할 때는 느리게 하고, 안테나(131)가 회전 테이블(2)의 내주측에 위치할 때는 빠르게 하여, 플라즈마의 조사량이 회전 테이블(2)의 외주측과 내주측에서 대략 균일해지는 이동을 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라즈마 처리량의 균일화가 가능하게 된다. 예를 들어, 안테나(131)가 외주측에 위치할 때는, 내주측에 위치할 때의 이동 속도의 대략 1/3이 되는 제어를 행하면, 플라즈마 처리량의 불균형은 시정된다. 그러한 이동 속도의 변화는, 안테나(131)의 위치에 따라서 단계적으로 변화해도 되고, 연속적으로 변화해도 된다. 또한, 속도 제로, 즉 정지하고 있는 경우도 포함하여, 정지 시간도 포함한 제어를 행하게 해도 된다.
즉, 예를 들어 회전 테이블(2)의 외주측이 내주측보다도 약 3배의 시간 플라즈마에 조사되도록, 안테나(131)의 위치, 각 위치에서의 속도를 조정함으로써, 반경 방향의 각 위치에서, 원주속도로 플라즈마에 조사되는 시간을 일정하게 할 수 있다.
또한, 그때, 상술한 고주파 전원(160)의 출력(파워) 및 정합기(150)의 조정에 의해, 안테나(131)에 의해 발생하는 플라즈마의 강도를 변화시키는 것도 가능하다. 이에 의해, 성막 시의 면 내의 막질을 조정할 수 있다.
이와 같이, 플라즈마 발생기(180)는, 안테나(131)의 위치, 각 위치에서의 속도 및 플라즈마의 강도를 제어하는 것이 가능하고, 이들의 파라미터를 적절하게 설정함으로써, 플라즈마 처리량을 조정하여, 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
플라즈마 처리(성막 처치)가 종료되면, 가스 노즐(31 내지 33, 41, 42)로부터의 가스의 공급을 정지함과 함께, 회전 테이블(2)의 회전도 정지한다. 그리고, 게이트 밸브(G)를 개방하여, 성막(플라즈마) 처리 후의 웨이퍼(W)를, 반송 아암(도시하지 않음)을 사용해서 반송구(15)로부터 반출한다. 모든 웨이퍼(W)의 반출을 종료하면, 성막(플라즈마) 처리 모두가 종료된다. 필요에 따라, 다음으로 처리할 웨이퍼(W)를 반입하고, 또한 마찬가지로 성막(플라즈마) 처리를 실시한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 의하면, 회전 테이블(2)의 반경 방향에 있어서의 플라즈마 처리량을 국소적으로 보정 및 조정하여, 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리량을 회전 테이블(2)의 중심으로부터의 거리에 관계없이 대략 균일하게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.
1 : 진공 용기 2 : 회전 테이블
15 : 반송구 24 : 오목부
31 : 원료 가스 노즐 32 : 제1 플라즈마 처리용 가스 노즐
33 : 제2 플라즈마 처리용 가스 노즐 41, 42 : 분리 가스 노즐
80, 180 : 플라즈마 발생기 83, 130 : 안테나
84, 150 : 정합기 85, 160 : 고주파 전원
90 : 하우징 95, 170 : 패러데이 실드
120 : 제어부 140 : 이동 기구부
141 : 프레임 142 : 슬라이더
143 : 볼 나사 144 : 모터
P1, P2, P3 : 처리 영역 W : 웨이퍼

Claims (20)

  1. 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되고, 둘레 방향을 따라 기판을 상면에 적재 가능한 회전 테이블과,
    상기 처리실의 상면보다 상방에, 상기 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 이동 가능하게 설치된 제1 안테나를 포함하고, 상기 반경 방향에 있어서 상기 회전 테이블에 플라즈마를 국소적으로 조사 가능한 제1 플라즈마 발생기를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 상기 반경 방향에 있어서, 상기 회전 테이블의 반경의 1/2 이하의 길이를 가지는, 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 상기 반경 방향을 따라서 이동가능한, 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리실의 상면 상에는, 상기 제1 안테나를 상기 반경 방향을 따라서 이동시키는 슬라이드 기구가 설치되고, 상기 제1 안테나를 슬라이드 이동시키는, 플라즈마 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라이드 기구는,
    상기 제1 안테나를 지지하는 슬라이더와,
    상기 슬라이드 기구의 이동 방향을 따라서 연장되고, 상기 슬라이더를 상기 이동 방향을 따라서 슬라이드 이동 가능하게 지지하는 가이드 수단과,
    상기 슬라이더 또는 상기 가이드 수단을 구동하고, 상기 슬라이더를 원하는 위치에 슬라이드 이동시키는 구동 수단을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가이드 수단은 볼 나사이며,
    상기 구동 수단은 모터인, 플라즈마 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 상기 처리실의 상면에 형성된 오목부 영역에 설치되고,
    상기 슬라이더에 매달려 지지되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 슬라이더에는 정합기가 일체적으로 설치되고,
    상기 제1 안테나는 상기 정합기와 함께 슬라이드 이동하도록 구성된, 플라즈마 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 패러데이 실드에 둘러싸여 있음과 함께, 상기 패러데이 실드는 상기 슬라이더에 고정되어 있고,
    상기 제1 안테나는, 상기 패러데이 실드와 함께 슬라이드 이동하도록 구성되어 있는, 플라즈마 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 구동 수단은, 상기 슬라이더의 이동 속도를 변경 가능한, 플라즈마 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구동 수단에 의해 구동되는 상기 슬라이더의 위치 및 상기 위치에 있어서의 이동 속도를 제어하는 제어 수단을 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 슬라이더가 상기 회전 테이블의 제1 위치에 있을 때의 제1 이동 속도가, 상기 슬라이더가 상기 제1 위치보다도 내주측의 제2 위치에 있을 때의 제2 이동 속도 이하가 되도록 상기 슬라이더의 상기 이동 속도를 제어하는, 플라즈마 처리 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 제1 플라즈마 발생기의 출력을 제어 가능한, 플라즈마 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 테이블은, 상기 둘레 방향을 따라 복수의 상기 기판을 상면에 적재 가능하고,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    상기 처리실 내의 상기 회전 테이블보다 상방에는, 상기 회전 테이블의 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제1 플라즈마 발생기와 이격되어 배치되고, 제1 처리 가스를 상기 회전 테이블 상에 공급 가능한 제1 처리 가스 공급 수단과,
    상기 회전 테이블의 상기 둘레 방향에 있어서 상기 제1 처리 가스 공급 수단과 상기 제1 플라즈마 발생기와의 사이에 배치되고, 상기 회전 테이블 상에 상기 제1 처리 가스와 반응해서 반응 생성물을 생성 가능한 제2 처리 가스를 공급 가능한 제2 처리 가스 공급 수단을 더 포함하고,
    상기 제1 플라즈마 발생기는, 상기 반응 생성물에의 상기 플라즈마의 조사에 의해 상기 반응 생성물을 개질 처리 가능한, 플라즈마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처리실의 상면 상이며, 상기 제2 처리 가스 공급 수단의 상방의 위치에, 제2 플라즈마 발생기를 더 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 플라즈마 발생기는, 상기 반경 방향에 있어서 상기 회전 테이블의 반경의 대략 전부를 덮는 상기 처리실의 상면 상에 고정된 제2 안테나를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 플라즈마 발생기는, 상기 처리실의 상면보다 상방에, 상기 반경 방향에 있어서 이동 가능하게 설치된 제2 안테나를 포함하고, 상기 반경 방향에 있어서 상기 회전 테이블에 플라즈마를 국소적으로 조사 가능하게 구성된, 플라즈마 처리 장치.
  18. 처리실 내에 설치되고, 표면 상에 둘레 방향을 따라 적어도 1매의 기판이 적재된 회전 테이블을 회전시키는 공정과,
    상기 처리실의 상면보다 상방에 설치된 안테나를, 상기 회전 테이블의 반경 방향에 있어서 이동시키면서 플라즈마를 발생시켜, 상기 기판에, 상기 회전 테이블의 상기 반경 방향에 있어서 국소적으로 플라즈마를 조사하는 공정을 포함하는 플라즈마 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나가 상기 회전 테이블의 제1 위치에 있을 때의 제1 이동 속도가, 상기 안테나가 상기 제1 위치보다도 내주측의 제2 위치에 있을 때의 제2 이동 속도 이하가 되도록 상기 안테나를 이동시키는, 플라즈마 처리 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 회전 테이블의 중심으로부터의 상기 반경 방향에서의 거리의 상이에 기인하는 둘레 방향의 이동 속도의 상이를 보상하고, 상기 반경 방향에서의 모든 위치에 있어서 상기 플라즈마의 조사 시간이 일정해지도록 상기 안테나의 위치 및 상기 위치에서의 이동 속도를 제어하는, 플라즈마 처리 방법.
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