KR20180035109A - 플라스마 처리 장치의 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 운전의 효율 또는 신뢰성을 향상시킨 플라스마 처리 장치의 운전 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 진공 용기 내부의 처리실 및 그 위쪽의 플라스마 형성실과, 상기 처리실 내의 시료대의 상면의 위쪽에서 처리실과 플라스마 형성실 사이에서 플라스마의 입자를 상기 처리실에 도입하는 복수의 관통 구멍을 구비한 유전체제의 판 부재와, 상기 판 부재의 외주측을 둘러싸며 배치되고 상기 웨이퍼에 전자파를 조사해서 가열하는 램프 및 상기 램프로부터의 상기 전자파를 투과시키는 링 형상의 창 부재를 구비한 진공 처리 장치에서, 도입 구멍으로부터 웨이퍼에 플라스마 형성실 내에 형성된 플라스마의 입자를 공급해서 반응 생성물을 형성하는 공정 후에, 플라스마를 소화하고 웨이퍼를 가열해서 반응 생성물을 탈리시키는 공정을 실시한 후, 플라스마 형성실에 형성한 클리닝용의 가스의 플라스마의 입자를 당해 플라스마 형성실 및 처리실 그리고 창 부재에 공급하는 공정을 실시한다.

Description

플라스마 처리 장치의 운전 방법{THE OPERATION METHOD OF THE PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 진공 용기 내에 배치된 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료의 표면에 미리 배치된 처리 대상의 막층을 포함하는 복수의 막구조의 당해 처리 대상의 막층의 표면을 에칭 처리하는 플라스마 처리 장치의 운전 방법에 관한 것이며, 여기(勵起)되어 높은 반응성을 가진 원자 또는 분자 등의 입자를 조사하는 공정과 시료를 가열해서 에칭을 행하는 공정을 행하는 플라스마 처리 장치의 운전 방법에 관한 것이다.
전자기기의 소형화·고성능화에 대응하기 위하여, 반도체 디바이스는 미세화, 박막화, 3차원화가 진행되고 있다. 이 3차원 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 고(高)애스펙트 구조, 3차원 입체 구조의 가공이 필수 불가결하여, 종래의 웨이퍼면에 대해서 수직 방향으로 에칭을 행하는 「이방성 에칭」에 더하여, 웨이퍼면에 대해서 횡방향으로도 에칭이 가능한 「등방향 에칭」의 기술, 장치가 요구되고 있다.
종래, 횡방향의 등방성 에칭은 약액을 이용한 웨트 처리에 의해 행해져 왔지만, 미세화의 진전에 의해, 약액의 표면 장력이 일으키는 패턴 도괴(倒壞)에 의한 수율 저하가 발생하는 등, 이때까지 없었던 새로운 과제가 현재화(顯在化)되어 있어, 약액을 이용한 웨트 처리로부터 약액을 이용하지 않는 드라이 처리에의 치환이 요구되고 있다. 이것에 대하여 최근, 약액을 사용하지 않는 세정·제거 기술로서, 드라이 에칭 기술이 검토되고 있다.
이 기술은, 반도체 웨이퍼 등의 시료가 배치된 용기 내부의 처리실에 가스나 플라스마를 이용하여 생성한 라디칼, 또는 베이퍼(증기) 등의 에천트를 공급하고 당해 에천트와 시료 표면의 피에칭 재료에 흡착시키고 반응시켜서 반응층을 형성한 후, 시료 또는 반응층을 가열함에 의해 반응층에 에너지를 부여해서 이것을 구성하는 입자를 시료 표면으로부터 탈리(脫離)시켜서, 처리실 내로부터 제거하는 것이다. 이 반응층을 형성하는 공정(흡착)과 반응층을 탈리시켜서 제거하는 공정(탈리)을 1사이클로 해서, 이 사이클을 반복함에 의해 피에칭 재료의 막층의 에칭을 행한다.
이 기술은, 드라이 에칭 처리로서 약액을 사용하지 않기 때문에 상기 패턴 도괴라는 문제의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 1사이클당 제거되는 피에칭 재료의 양은, 포화성이 있는 흡착 프로세스에서 형성되는 반응층의 두께에 지배적으로 영향받으므로, 1사이클당의 에칭량을 당해 반응층이 형성되는 두께인 수 ㎚ 레벨 이하로 제어할 수 있고, 사이클 수의 증감에 의해 수 ㎚의 치수 정밀도로 에칭의 양을 조절할 수 있다는 작용·효과가 있다.
이와 같은 에칭 처리의 종래 기술로서는, 특허문헌 1(일본 특개2005-244244호 공보)에 개시된 것이 종래로부터 알려져 있었다. 이 특허문헌에는, 용기 내의 플라스마 형성용의 공간에 공급한 NF3 가스와 NH3의 가스를 플라스마화해서 얻어진 라디칼 등 반응성이 높은 입자를 분배 플레이트의 복수의 구멍을 통해서 반응실에 도입하고 당해 실내에 배치된 지지 부재 상에 지지된 기판 표면에 흡착시켜서 반응 생성물에 의한 막층을 형성시킨 후, 기판을 지지 부재와 함께 분배 플레이트에 접근시킴으로써 분배 플레이트로부터 방사되는 열에 의해 기판을 가열해서 상기 반응 생성물을 탈리시켜서 제거하는 장치가 기재되어 있다.
또한, 반응성이 높은 입자를 공급해서 시료 표면에 층으로서 형성한 반응 생성물이 탈리할 때까지 시료를 가열하는 시간을 단축하기 위하여, 램프 등의 광원으로부터 방사되는 자외광을 시료 표면에 조사해서 반응 생성물을 가열하여 탈리시키는 것이, 특허문헌 2(일본 특개2015-185594호 공보)에 개시되어 있다.
일본 특개2005-244244호 공보 일본 특개2015-185594호 공보
상기 종래 기술은, 다음의 점에 대하여 고려가 불충분했기 때문에 문제가 발생하고 있었다.
즉, 상기 종래 기술의 에칭 처리에서는, 흡착의 공정과 탈리의 공정을 번갈아 반복해서 반응 생성물의 막층의 생성과 당해 반응 생성물의 막층의 제거가, 처리 대상의 막의 두께가 원하는 값으로 될 때까지 반복해서 행해진다. 이 때문에, 기판으로부터 탈리된 반응 생성물이 처리실 내에 다시 부착되어 잔류하는 양을 저감하는 것 또는 그 제거를 효율적으로 행하는 것이, 처리 장치의 운전의 효율과 신뢰성을 장기간 높게 유지하는데 중요하게 된다.
특히, 탈리 공정에 있어서 가열의 시간을 단축하기 위하여 IR 램프(적외선 램프)나 VUV 램프(진공 자외선 램프) 등의 광에 의해 가열하는 수단을 이용한 장치에 있어서는, 광원과 웨이퍼 사이에 반응 생성물의 광원에의 도달을 방지하기 위하여 투광성의 부재를 배치하는 것이 필수로 되지만 이 부재의 표면에 부착된 반응 생성물이 광의 투과 효율을 저하해 버려서, 가열에 요하는 시간을 증대시켜 스루풋을 손상해 버린다는 문제가 발생한다. 이와 같은 문제점에 대하여, 상기 종래 기술에서는 고려되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은, 운전의 효율 또는 신뢰성을 향상시킨 플라스마 처리 장치의 운전 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 내측이 감압되는 진공 용기와, 이 진공 용기 내부에 배치되고 처리 대상의 웨이퍼가 배치되어 처리되는 처리실 및 이 처리실 위쪽에 배치되고 그 내부에 공급된 처리용의 가스를 이용하여 플라스마가 형성되는 플라스마 형성실과, 상기 처리실 내측에서 그 하부에 배치되고 상기 웨이퍼가 상면에 놓이는 시료대와, 이 시료대의 상면의 위쪽의 상기 진공 용기 내이며 상기 처리실과 상기 플라스마 형성실 사이에 배치되고 상기 플라스마의 입자가 상기 처리실에 도입되는 복수의 관통 구멍을 구비한 유전체제의 판 부재와, 상기 처리실의 위쪽의 상기 판 부재의 외주측에서 이것을 둘러싸며 배치되고 상기 웨이퍼에 전자파를 조사해서 가열하는 램프 및 상기 처리실의 내측에 면해서 상기 램프로부터의 상기 전자파를 투과시키는 부재로 구성된 링 형상의 창 부재를 구비한 진공 처리 장치의 운전 방법으로서, 상기 도입 구멍으로부터 상기 시료대 상에 놓인 상기 웨이퍼에 상기 처리용의 가스를 이용하여 상기 플라스마 형성실 내에 형성된 플라스마의 입자를 공급해서 상기 웨이퍼의 표면에 반응 생성물을 형성하는 공정 후에 상기 전자파에 의해 상기 웨이퍼를 가열해서 상기 반응 생성물을 탈리시키는 공정을 실시한 후, 상기 플라스마 형성실에 클리닝용의 가스를 공급해서 상기 플라스마 형성실 내에 형성한 플라스마의 입자를 당해 플라스마 형성실 및 상기 처리실 그리고 상기 창 부재에 공급하는 공정을 실시함에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 스루풋의 저하가 억제되어, 장치의 장기안정성의 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 운전의 동작의 흐름을 나타내는 플로 차트.
도 3은 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 4는 도 3에 나타내는 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 1개의 가스 공급구의 근방의 구성을 확대해서 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 5는 도 3에 나타내는 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 운전의 동작의 흐름을 나타내는 플로 차트.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거해서 상세히 설명한다.
(실시예)
본 발명의 실시예를 도 1 및 2를 이용하여 설명한다.
우선, 도 1을 이용하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전체 구성의 개략을 설명한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 도면에 나타내는 플라스마 처리 장치(100)는, 내부에 플라스마가 형성되는 공간과 처리 대상의 시료가 처리되는 공간을 구비한 진공 용기(117)와 이 진공 용기(117)의 외측에 배치되고 진공 용기(117) 내부에 플라스마를 형성하기 위한 전계를 공급하는 플라스마 형성부와, 진공 용기(117) 아래쪽에서 이것에 연결되어 배치되고 진공 용기(117) 내부의 시료가 처리되는 공간과 연통(連通)되어 그 내부를 배기하는 터보 분자 펌프 또는 로터리 펌프 등의 진공 펌프를 구비한 배기부를 구비하고 있다.
진공 용기(117)는, 처리 대상의 시료인 기판 형상의 웨이퍼(104)가 내측에 배치되는 처리실(101)과, 이 위쪽에 배치되고 내측에 플라스마(102')가 형성되는 공간인 방전실(102)을 내부에 구비하고 있다. 또한, 방전실(102)의 위쪽에는 진공 용기(117)를 구성하고 방전실(102)의 내부와 외부 사이를 봉지(封止)하는 덮개 부재(119)가 배치되어 있다.
처리실(101) 및 방전실(102)은 원통형을 가진 공간으로서, 그 상하 방향의 중심축이 합치 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치에 배치되어 있다. 이들 사이는 마찬가지로 중심축이 합치 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치에 배치된 원형의 분산판(110)에 의해 구획되고, 분산판(110)의 중앙부에 배치된 복수의 관통 구멍을 통해서 연통되어 있다.
원통형의 방전실(102)은 원통형을 갖고 진공 용기(117)를 구성하는 석영제의 방전관(108)에 의해 그 옆쪽의 외주가 둘러싸이고, 방전관(108)의 측벽 외측의 외주에는, 소정의 주파수의 고주파 전력이 공급되는 코일 안테나인 고주파 코일(109)이 상하 방향으로 복수 단 감겨서 배치되어 있다. 방전관(108) 위쪽에는 덮개 부재(119)가 진공 용기(117)를 구성한 상태에서 원형을 가진 덮개 부재(119)가 중심을 방전실에 합치 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치에 놓여서 배치된다.
이 상태에서, 방전관(108)의 원통형을 가진 측벽의 상단부의 위쪽에 덮개 부재(119)의 외주연 부분이 놓이고, 그 하면과 방전관(108)의 측벽의 상단부 상면 사이에 O링 등의 시일 부재가 끼워진다. 이것에 의해, 방전실(102) 내부와 진공 용기(117) 외부 사이가 기밀하게 봉지된다.
진공 용기(117)는, 처리실(101)의 아래쪽 및 옆쪽을 둘러싸는 원통형을 가진 하부 블록과, 이 하부 블록을 구성하고 그 원통형의 측벽 상단 위쪽에 놓여서 중앙부에 원형의 개구를 구비하고 처리실(101)의 천장면을 구성하는 판 형상의 외주 링 부재를 대좌(臺座)로 해서, 그 대좌의 위쪽에 놓여서 처리실(101)의 천장면을 구성하는 링 형상의 램프 유닛(118)과, 이 램프 유닛(118) 위쪽에 놓인 원통형의 방전관(108)과, 방전관(108)의 위쪽에 놓이고 방전실(102)의 위쪽을 덮어서 배치된 덮개 부재(119)에 의해 구성된다. 또한, 분산판(110)은 링 형상의 램프 유닛(118)의 내주연의 내측에 배치되어 있고, 램프 유닛(118)의 원형의 내주의 중심축은, 처리실(101) 또는 방전실(102)의 중심축에 합치 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치로 되도록 배치되어 있다.
즉, 본 실시예에서는 램프 유닛(118)이 처리실(101)과 방전실(102) 사이에 두고 배치되어 있어, 램프 유닛(118)은 처리실(101)의 천장면 및 방전실(102)의 하면 또는 이들의 측벽면을 구성하고 있다. 또한, 램프 유닛(118)의 상면과 방전관(108)의 측벽 하단부 사이 및 램프 유닛(118)과 이것이 그 위쪽에 놓이는 진공 용기(117)의 하부 블록 사이에는, 방전관(108)과 덮개 부재(119) 사이와 마찬가지로, O링 등의 시일 부재가 끼워져, 이들 부재가 진공 용기(117)를 구성한 상태에서, 진공 용기(117) 내외를 기밀하게 봉지하도록 배치된다.
분산판(110) 아래쪽의 처리실(101)의 하부에는, 원통형을 가진 부재로서 원형의 그 상면 위쪽에 처리 대상의 기판 형상의 시료인 웨이퍼(104)가 재치(載置)되는 스테이지(103)가 배치되어 있다. 스테이지(103) 아래쪽의 처리실(101)의 공간을 사이에 둔 진공 용기(117)의 하부 블록의 바닥부에는, 배기부를 구성하는 진공 펌프가 배치되고 당해 진공 펌프의 입구와 하부 블록을 연결하는 배기용의 관로와 처리실(101)을 연통해서 처리실(101) 내로부터 배기되는 입자가 통류(通流)하는 배기용의 원형의 개구가 배치되어 있다.
본 실시예에서는, 원통형을 갖는 스테이지(103) 및 원형을 가진 배기용의 개구의 중심축은 원통형을 가진 처리실(101)의 중심축과 합치 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 위치에 배치되어 있다. 이 구성에 의해, 플라스마 처리 장치(100)는, 덮개 부재(119), 방전관(108) 또는 방전실(102), 램프 유닛(118) 또는 분산판(110), 처리실(101) 또는 하부 블록 및 배기용의 개구의 중심축끼리가 합치하거나 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 동축상의 위치에 배치된 구성을 구비하고 있다.
덮개 부재(119)는, 방전실(102)의 천장면을 구성하는 하면 중앙부에 복수의 관통 구멍을 구비하고 이들의 개구인 가스 공급구(111)가 방전실(102)에 면해 있다. 또한, 덮개 부재(119) 상부는 저류부(貯留部)를 포함하는 가스원을 구비한 가스 공급 장치(112)와 연결되고, 이것으로부터 관로를 통해서 공급된 가스가 가스 공급구(111)를 통해서 방전실(102) 내에 위쪽으로부터 공급된다.
원통형을 가진 방전관(108) 측벽의 외주측에 감긴 고주파 코일(109)은, 공급된 고주파 전력이 방전관(108)의 원통형의 내주 벽면 내측에 형성하는 유도 자계에 의해 고주파 코일(109) 근방의 방전실(102) 내부에 형성된 전류에 의해서, 방전실(102) 내에 공급된 가스가 여기되어 유도 결합형의 플라스마(102')(ICP)가 형성된다. 플라스마식은, 도 1에 나타내는 실시예와 같은 ICP일 필요는 없으며, 예를 들면, 용량 결합형 플라스마(CCP)나 표면파 플라스마 등, 고밀도 플라스마에 의해 라디칼이 효율적으로 생성되는 것이면 된다.
고주파 코일(109)은, 상기 플라스마(102')를 생성하기 위한 고주파 전원(113)에 정합기(114)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 본 예에 있어서 고주파 전원(113)이 생성해서 공급하는 전력의 주파수는 13.56MHz, 27.12MHz 등의 수십 MHz의 주파수대가 이용된다. 본 실시예에 있어서 공급되는 가스 중 웨이퍼(104)를 처리하기 위하여 공급되는 처리용 가스는, NH3, H2, CH2F2, CH3OH 등의 가연성 가스, O2와 NF3 등의 지연성 가스 및 이들의 혼합 가스가 이용되고, 또한 He, Ne, Ar, N2의 불활성 가스에 의해 희석된 이들의 혼합 가스여도 된다. 도시는 생략하지만 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)에 있어서 가연성 가스나 지연성 가스를 사용하는 경우에는, 안전하게 이들 가스를 사용해서 플라스마 처리 장치(100)를 운전할 수 있도록 하기 위한 설비가 배치되어 있다.
웨이퍼(104)의 위쪽으로부터 전자파를 방사해서 이것을 가열하는 램프 유닛(118)은, IR(적외선) 램프 유닛이 이용되고 있다. 본 예의 램프 유닛(118)은, IR 램프(106), IR 램프(106)의 위쪽을 덮어서 배치되고 IR 램프(106)가 주위에 방사하는 IR광을 반사하는 반사판(107) 및 링 형상의 램프 유닛(118)의 내주 측벽 및 하면을 구성하는 석영 등의 투광성을 가진 부재로 구성된 광투과창(105)을 구비하고 있다.
본 예의 IR 램프(106)는, 중심축 주위에 동심 또는 나선 형상으로 다중으로 배치된 서클형(원 형상)의 램프가 이용된다. IR 램프(106)는 전력을 공급하는 램프용 전원(115)이 접속되고, 양자 사이에는 플라스마 생성용의 고주파 전력의 노이즈가 램프용 전원(115)에 유입되지 않도록 하기 위한 고주파 컷 필터(116)가 배치되어 있다.
도시는 생략했지만, 램프용 전원(115)은, 다중으로 배치된(도면 중 직경은 3개) IR 램프(106)의 중심으로부터 각각의 반경에 위치하는 각각의 원호 형상의 부분에 공급되는 전력의 크기를 각각에서 독립적으로 조절 가능하게 구성되고, 웨이퍼(104)의 반경 방향에 대한 온도 또는 가열의 양의 분포가 조절된다. 램프 유닛(118)의 내주 내측의 공간은, 위쪽에 배치된 방전실(102) 내에서 형성된 플라스마 중의 라디칼 등이 여기되어 반응성이 높은 입자가 통류하는 유로로서, 당해 유로 내에, 플라스마 중에서 생성된 이온이나 전자를 차폐하고 가스의 중성의 입자나 라디칼을 투과시켜서 웨이퍼(104)에 공급하는 관통 구멍이 배치된 분산판(110)이 설치되어 있다.
램프 유닛(118)의 하면으로부터 내주 측벽면에 걸쳐서 IR광을 통과시키기 위한 석영제의 광투과창(105)이 배치되어 있다. 광투과창(105)은, 처리실(101)에 대해서 IR 램프(106) 아래쪽으로부터 내주측의 옆쪽을 덮어서 배치되고, IR광은 IR 램프(106)로부터 아래 방향으로부터 중앙측 방향으로 도중에 끊어지지 않고 방사된다.
또한, 본 실시예에서는 분산판(110)도 석영 등의 투광성 부재로 구성되어 있어, 그 외주측에 위치해서 분산판(110)을 향해서 방사되는 IR광은, 분산판(110)에 의해 차단되지 않고 이것을 투과해서, 대부분이 처리실(101) 내부에 도달한다. 또한, 웨이퍼(104)를 가열하는 수단으로서, IR 램프 대신에 VUV 램프를 이용해도 되며, 이 경우에는 광투과창(105)을 구성하는 부재로서 파장이 짧은 VUV광을 통과시키는 합성 석영을 이용해도 된다.
또한, 스테이지(103)는, 내부에 원통형을 가진 금속제의 부재 및 이 내부에 배치되고 당해 부재 또는 스테이지(103)의 온도를 처리에 적합한 소기의 범위 내의 값으로 하기 위하여 칠러(냉동기)에 있어서 온도 조절된 냉매가 순환, 공급되는 통류하는 유로가 배치되어 있다. 추가로 또한, 금속제의 부재 위쪽에는, 웨이퍼(104)를 처리 중에 스테이지(103) 상에 유지하는 정전기력을 형성하기 위한 직류 전력이 공급되는 막 형상의 복수의 전극이 내부에 배치된 세라믹스 등 유전체제의 막이 배치되어 있다.
또한, 당해 막 상면에는 웨이퍼(104)가 정전 흡착된 상태에서 웨이퍼(104) 이면과 막 상면 사이의 극간에 He 등의 열전달용 가스가 공급되는 개구가 배치되고, 당해 가스의 공급에 의해 웨이퍼(104)와 스테이지(103) 사이의 열전달을 촉진해서 효율적으로 처리 중인 웨이퍼(104)의 온도가 처리에 적합한 원하는 범위 내의 값으로 조절된다. 또, 스테이지(103)의 아래쪽의 배기용의 개구와 진공 펌프 입구 사이의 배기용의 경로 상에는, 경로 또는 개구의 유로 단면적을 증감해서 배기의 유량 또는 속도를 조절하기 위한 조압(調壓) 밸브가 배치되어 있다.
다음으로, 도 2를 이용하여 본 실시예의 플라스마 처리 장치의 운전의 흐름을 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 운전의 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
본 도면에 나타내는 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)의 운전은, 처리실(101) 내에 처리 대상의 미처리인 웨이퍼(104)를 반입해서 스테이지(103) 상에 배치하는 공정과, 그 후에 웨이퍼(104)의 표면에 미리 배치된 마스크층을 포함하는 복수의 막으로 구성된 막구조의 당해 처리 대상의 막층에 처리를 실시하는 공정과, 처리 완료된 웨이퍼(104)를 처리실(101) 밖으로 반출하는 공정과, 웨이퍼(104)가 반출되어 밀봉된 처리실(101)에 면한 부재의 표면에 부착된 물질을 제거하여 처리 개시 전의 상태에 가깝게 하는 클리닝을 행하는 공정을 포함하고 있다. 웨이퍼(104)의 표면의 막층에 처리를 실시하는 공정은, 후술과 같이 원하는 결과가 얻어지도록 복수 회 반복되는 스텝을 포함하고 있다.
또, 본 실시예에 있어서, 도 2에 나타내는 플라스마 처리 장치(100)가 행하는 동작은, 도시하지 않는 제어 장치로부터의 지령 신호에 의거해서 행해진다. 당해 제어 장치는 지령 신호를 발신해서 이와 같은 동작을 시키는 플라스마 처리 장치(100)를 구성하는 도 1에 나타낸 진공 용기(117) 등의 각 부분이나 부품, 전원 사이가 지령 신호 및 당해 부분에 배치된 센서로부터의 신호를 통신 가능하게 접속되어 있다.
제어 장치는, 마이크로프로세서 등의 반도체 디바이스로 구성된 연산기와, 플라스마 처리 장치(100) 사이에서 통신되는 신호의 수수(授受)를 행하는 인터페이스와, 신호에 포함되는 데이터나 연산기의 출력한 신호의 값을 기입해서 기억하거나 연산기가 동작하는 알고리즘이 기재된 소프트웨어나 프로그램이 미리 기억되어 판독되는 RAM이나 ROM 등의 메모리 또는 HDD, CD-ROM 등의 드라이브를 포함하는 기억 장치를 구비하고 이들이 통신 가능하게 접속되어 구성되어 있다. 제어 장치는, 플라스마 처리 장치(100)가 설치된 클린룸 등의 건물 내의 특정의 플로어 층에 설치되어 있어도, 다른 층이나 건물 내에서 당해 플라스마 처리 장치 및 그 부분과 통신 가능하게 배치되어 있어도 된다.
우선, 웨이퍼 반입 공정 201로서, 에칭 처리의 대상으로 되는 막층을 포함하는 막구조가 그 표면에 미리 배치된 미처리의 웨이퍼(104)가, 도시하지 않는 진공 용기(117)의 하부 블록의 외측벽에 연결된 다른 진공 용기이며 감압된 내부의 공간인 반송실을 구비한 진공 반송 용기 내의 당해 반송실 내를, 이 실내에 배치되고 복수의 빔(beam) 형상 부재의 양단부가 관절에 의해 연결되어 구성되고 당해 관절의 축 둘레의 빔 형상 부재의 회전에 의해 전체를 신장 또는 수축시키는 암(arm)을 구비한 반송 장치인 로봇 암의 당해 암 선단부의 웨이퍼 유지용의 핸드부 상에 놓여서 반송되고, 핸드부가 암의 신장에 의해서 반송실로부터 처리실(101) 내부에 진입함으로써 처리실(101) 내에 반입되고, 스테이지(103)에 넘겨 받아진다(스텝2011). 암이 처리실(101) 밖의 반송실에 퇴출되면 웨이퍼(104)가 스테이지(103) 상부의 유전체제의 막 상면에 놓여서 정전 흡착되어 유지된다(스텝2012).
다음으로, 사이클 제거 공정 202가 개시되고, 프로세스 가스 공급 장치(112)로부터 공급된 처리용 가스는, 가스 공급구(111)를 통해 방전실(102) 내에 위쪽으로부터 도입된다. 또한, 고주파 전원(113)으로부터 고주파 코일(109)에 고주파 전력이 공급되어 방전실(102) 내에 형성된 유도 전류에 의해, 당해 방전실(102) 내에 공급된 처리용 가스의 원자 또는 분자가 여기되어 플라스마(102')가 형성된다(스텝2021).
이 플라스마(102')에 포함되는, 또는 이것에 포함된 하전 입자에 의해 여기되어 높은 반응성을 갖는 입자인 라디칼은, 방전실(102)을 확산하면서 아래쪽으로 이동해서 분산판(110)의 관통 구멍을 통하여 처리실(101)에 진입하고, 처리실(101) 아래쪽의 스테이지(103) 상면 상에서 유지된 웨이퍼(104) 상면에 도달하고, 당해 상면에 배치되고 처리 대상인 막층의 재료와 물리적 또는 화학적 반응을 일으켜 반응 생성물을 생성해서 층을 형성한다(스텝2022). 여기에서, 이와 같은 반응은, 포화성이 있는 반응이기 때문에, 반응의 결과로서 반응층의 두께는 공급되는 라디칼이 웨이퍼(104) 상면에 조사되는 시간을 증감함에 의해 높은 정밀도로 조절하는 것이 가능하게 된다.
일정한 두께의 반응층이 형성된 후, 고주파 전원으로부터의 플라스마 형성용의 고주파 전력 또는 스테이지(103) 내에 배치된 전극에 공급된 바이어스 전위 형성용의 고주파 전원으로부터의 전력을 작게 해서 플라스마를 소화(消火)한 후, 처리실(101)은 스테이지(103)의 하부에 설치된 진공 펌프의 동작에 의해 처리실(101) 및 방전실(102) 내가 고속으로 또한 소정의 높은 진공도까지 배기된다(스텝2023). 당해 진공도가 도시하지 않는 진공 용기(117)에 부착된 압력계에 의해 검지되어 제어 장치에 의해 검출되면, IR 램프(106)에 전력이 공급되어 전자파(적외선 대역의 광)가 웨이퍼(104) 상면을 향해서 방사되어, 웨이퍼(104)는 가열되어 반응층의 생성물에 이것을 구성하는 입자의 웨이퍼(104) 표면으로부터의 탈리에 필요한 에너지가 부여된다(스텝2024).
반응 생성물의 탈리와 이것에 의한 반응층의 제거를 위해서는, 그 재료를 구성하는 입자에 소정의 값 이상의 에너지를 주면 된다. 본 실시예에서는 램프 유닛(118)의 IR 램프(106)로부터 방사되는 IR을 받아서 웨이퍼(104)가 소정의 값의 온도 이상으로 가열됨으로써, 반응층의 표면을 구성하는 반응 생성물에 균등하게 에너지가 주어지고 그 표면으로부터 탈리하는 입자의 양의 치우침이 저감되어, 웨이퍼(104)의 표면으로부터의 반응층의 제거의 양의 분포가 보다 균일에 가까워진다. 반응층이 소정의 양만 제거된 후, IR 램프(106)에 공급된 전력이 정지되어 IR의 방사와 이것에 의한 웨이퍼(104)의 가열이 정지되고, 내부의 유로를 웨이퍼(103)보다 낮은 온도로 된 냉매가 통류하는 스테이지(103)와의 사이에 열전달 가스가 공급되어 열전달이 촉진되어 있는 웨이퍼(104)는, 다음으로 라디칼 등의 반응성 입자를 처리 대상의 막층 표면에 흡착시키는데 적합한 온도까지 냉각된다(스텝2025).
이 후, 처리 대상의 막층의 나머지 막두께가 소기의 값 이하에 도달했는지의 여부가 도시하지 않는 플라스마 처리 장치(100)의 제어 장치에 의해 판정되고, 도달해 있지 않다고 판정된 경우에는, 플라스마(102')를 형성하는 스텝2021로 되돌아가서 사이클 제거 공정을 다시 개시한다. 당해 막두께가 소기의 값에 도달한 것이 검출되면, 웨이퍼 반출 공정 203으로 이행한다.
웨이퍼 반출 공정 203에서는, 우선 웨이퍼(104)의 스테이지(103)에의 정전 흡착이 해제된다(스텝2031). 이 스텝에서는, 예를 들면 유전체제의 흡착막 내의 2개의 막 형상의 전극에 처리 중에 공급되어 있던 직류의 전력에 의해 형성된 극성과 반대의 것으로 되도록 직류의 전력이 공급된다.
이 후, 웨이퍼(104)는 흡착막 위쪽에 도시하지 않는 스테이지(103) 내에 수납되어 있던 복수의 푸셔 핀이 위쪽으로 이동함으로써 이들 선단 위쪽에 놓여서 스테이지(103) 위쪽으로 들어 올려지고, 처리실(101) 내에 진입해 온 반송실 내의 로봇 암의 암 선단부를 구성하는 핸드부 상에 놓여서 넘겨 받아지고, 암이 수축함에 의해 처리실(101)로부터 반송실에 반출된다(스텝2032).
본 실시예에서는 웨이퍼 반출 공정 203 후, 진공 용기(117) 내부의 표면에 부착된 반응 생성물 등의 물질을 제거하기 위한 클리닝 공정 204가 실시된다. 이 공정에 있어서, 진공 용기(117)의 내부에는, 가스 공급 장치(112)로부터 가스 공급구(111)를 통해 방전실(102)에 NF3, SF6 가스, 또는 이들을 O2, N2, Ar, He, Ne 등의 불활성 가스로 희석한 혼합 가스가 도입되고, 고주파 코일(109)에 고주파 전원으로부터의 고주파 전력이 공급되어 형성된 방전실(102) 내의 유도 전류에 의해 혼합 가스가 여기되어 플라스마가 형성된다(스텝2041).
이 스텝에 있어서, 처리실(101) 내의 압력은, 제어 장치로부터의 지령 신호에 의거해서 조절된 배기용의 개구와 진공 펌프 입구 사이의 조압 밸브의 동작에 의해, 사이클 제거 공정이 실시되었을 때의 압력의 값보다 높은 값의 압력으로 된다. 이 상태에서, 스텝2042에 있어서, 램프 유닛(118)의 표면을 포함한 진공 용기(117) 내부의 표면의 클리닝이 실시된다.
구체적으로는, 반응 생성물 등 진공 용기(117) 내부에 형성되어 방전관(108), 램프 유닛(118)의 광투과창(105), 처리실(101)을 구성하는 진공 용기(117)의 하부 블록의 내측 벽면에 부착된 물질이, 상기 혼합 가스의 플라스마에 의해 형성된 하전 입자 또는 반응성이 높은 입자가 이들 내측 벽면에 공급되어 발생된 상호 작용에 의해 제거된다. 또한, 이 클리닝의 스텝 중에, 처리실(101)의 배기용의 개구 근방 또는 방전관(108) 측벽에 배치한 수광기를 통해서 수광한 플라스마로부터의 특정의 파장의 발광의 강도가 제어 장치에 있어서 검출되고, 판정용의 소정의 값과 비교되어 클리닝의 종점이 판정된다.
종점이 검출될 때까지 스텝2042는 계속되고, 당해 종점이 검출된 후는, 혼합 가스의 공급 또는 고주파 코일에의 고주파 전력의 공급이 정지되어 플라스마가 소화된다. 또는, 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서, 진공 펌프 또는 조압 밸브의 동작에 의해 스텝2041, 2042 또는 사이클 제거 공정 202로부터 높은 진공도까지 진공 배기해서 감압되어 클리닝 처리가 종료된다(스텝2043).
클리닝 공정 204의 종료 후, 다음으로 실시되는 처리 대상인 미처리의 웨이퍼(104)가 존재하는 경우에는, 웨이퍼 반입 공정 201로 되돌아가서 웨이퍼(104)가 처리실(101)에 반송된다. 처리 대상의 웨이퍼(104)가 없는 경우에는, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 웨이퍼(104)의 처리가 정지된다.
또, 본 실시예에서는, 클리닝 공정 204에 있어서 처리실(101) 내에는 웨이퍼가 배치되어 있지 않지만, 당해 공정에 있어서의 혼합 가스의 플라스마 중의 입자와의 상호 작용에 의해 스테이지(103) 표면, 특히 웨이퍼(104)를 정전 흡착하기 위하여 유전체제의 막이 소모되는 것을 억제하기 위하여, 스텝2041의 개시 전에 Si 등의 클리닝의 작용에 미치는 영향이 작다고 상정되는 재료로 구성된 클리닝 공정용의 더미 웨이퍼를 스테이지(103) 상에 재치해서, 스텝2041, 2042를 실시해도 된다.
이와 같은 클리닝 공정 204를 실시함으로써, 투과창(105)의 표면을 포함하는 진공 용기(117) 내부의 표면을 구성하는 벽 표면에 부착된 반응 생성물을 효율적으로 제거하여, 웨이퍼(104)의 에칭 처리의 수율 및 플라스마 처리 장치(100)의 웨이퍼 처리의 스루풋의 향상이 달성된다.
〔변형예〕
다음으로 도 3 내지 5를 이용하여, 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 대하여 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예의 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 도면에 나타내는 변형예에서는, 도 1에 나타낸 실시예의 구성에 더해서, 램프 유닛(118)이 놓이는 진공 용기(117)의 하부 블록에 배치되고 퍼지 가스를 처리실(101) 내에 공급하는 가스 공급구(302) 및 이것에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 장치(303)가 구비되고, 퍼지 가스 공급 장치(303)는 가스 공급구(302)와 접속됨과 함께 가스 공급 장치(112)와 덮개 부재(119) 사이를 접속하는 처리 가스용의 가스 공급 경로를 구성하는 배관에, 퍼지 가스 공급 경로를 구성하는 배관을 통해 접속되어 있다.
또한, 처리 가스용의 가스 공급 경로를 구성하는 배관 상의 퍼지 가스용의 가스 공급 경로를 구성하는 배관의 접속부와 가스 공급 장치(112) 사이에는, 내부를 통하는 처리용 가스의 유량 또는 속도를 증감 혹은 관로의 개방과 기밀한 폐쇄를 행하는 가스 밸브(301)가 배치되어 있다. 또한, 가스 공급구(302) 및 처리 가스용의 가스 공급 경로를 구성하는 배관 상의 퍼지 가스용의 가스 공급 경로를 구성하는 배관과의 접속부와 퍼지 가스 공급 장치(303) 사이의 퍼지 가스 공급 경로 상에는, 퍼지 가스가 내부를 흐르는 배관의 관로의 개방과 기밀한 폐쇄 또는 퍼지 가스의 유량 또는 속도의 증감을 행하는 가스 밸브(304)가 배치되어 있다.
본 예에 있어서도, 가스 공급 장치(112)로부터의 처리용 가스는 덮개 부재(119)에 배치된 가스 공급구(111)로부터 방전실(102)에 공급되는 한편, 처리용 가스가 퍼지 가스 공급 경로를 통하여 가스 공급구(302)로부터 처리실(101)에 도입되는 것을 억제하기 위하여, 처리용 가스의 가스 공급 경로를 구성하는 배관과 가스 공급구(302)를 접속하는 퍼지 가스 공급 경로를 구성하는 배관 상이며 가스 밸브(304)와 가스 공급구(302) 사이에 배관 내의 유로의 개방 또는 기밀한 폐쇄를 하는 가스 밸브(305)가 배치되어 있다. 처리용 가스가 가스 공급구(111)로부터 방전실(102)에 공급되고 있는 동안은, 가스 밸브(305)는 제어 장치로부터의 지령 신호에 의거해서 퍼지 가스 공급 경로를 구성하는 배관을 기밀하게 폐쇄한다.
가스 공급구(302)는, 진공 용기(117)의 하부 블록을 구성하고 그 원통형의 측벽 상단 위쪽에 놓여서 중앙부에 원형의 개구를 구비하고 처리실(101)의 천장면을 구성하는 판 형상의 외주 링 부재이며 그 위쪽에 놓이는 램프 유닛(1118)의 대좌의 링 내주연을 구성하는 내측벽 상에 그 개구가 배치되고, 위쪽이며 처리실(101) 중앙측에 위치하는 램프 유닛(118)의 광투과창(105)의 하면을 향해서 공급된 퍼지 가스가 유출되도록, 당해 개구의 축방향이 배치되어 있다. 본 예에 있어서, 바람직한 가스 공급구(302)는, 링 형상으로 배치된 광투과창(105)의 하면의 바로 아래쪽이며 이것을 둘러싼 둘레 방향의 위치에, 처리실(101) 또는 램프 유닛(118)의 중심축에 대하여 동등하거나 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 각도로, 그 개구를 구성하는 슬릿이 대좌인 외주 링 부재의 중앙부의 개구의 내주 측벽에 배치되어 있다.
도 4를 이용하여, 도 3의 가스 공급구(302)의 구성을 상세히 설명한다. 도 4는, 도 3에 나타내는 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 1개의 가스 공급구의 근방의 구성을 확대해서 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
본 도면에 있어서, 가스 공급구(302)는, 진공 용기(117)를 구성하고 처리실(101)의 외주를 둘러싸는 하부 블록의 원통형의 측벽 상단의 위쪽에 놓인 외주 링 부재(403)의 내부에 배치된 관통 구멍이며, 그 일단의 개구는 진공 용기(117)의 하부 블록의 외측 벽면에 배치되고 퍼지 가스 공급 경로를 구성하는 배관과 접속되어 있다. 또한, 다른 쪽의 단부는, 외주 링 부재(403)의 중앙부의 개구를 둘러싸는 링의 내주의 측벽에 배치되어 있다.
또한, 가스 공급구(302)의 타단부의 개구의 축방향은, 외주 링 부재(403)의 위쪽에 놓인 램프 유닛(118)의 광투과창(105)의 하측 표면과 평행 또는 그렇다고 간주할 수 있을 정도로 근사한 방향이며, 외주 링 부재(403)의 원형의 중앙부 개구의 중심을 향해서 배치되어 있다. 가스 공급구(302)의 아래쪽이며 외주 링 부재(403)의 하면 아래쪽에는, 가스 공급구(302)로부터 공급되어 처리실(101) 또는 중앙부 개구의 중심을 향해서 도입되는 퍼지 가스가, 광투과창(105)의 하면을 따라 흐르도록, 이것에 평행한 표면을 갖고 외주 링 부재(403)의 링의 내주연을 덮어서 그 둘레 방향으로 링 형상으로 배치된 안내판(401)이 배치되어 있다.
안내판(401)은, 외주 링 부재(403)와 같은 재료로 구성된 홀더(402)가 외주 링 부재(403) 하면에 대해서 안내판(401)을 사이에 두고 나사 등의 부재로 체결되어, 처리실(101) 내에서 유지되어 있다. 본 예의 안내판(401)은, IR 램프로부터 방사되는 IR광을 감쇠 또는 차폐하지 않도록, 광투과창(105)과 같은 파장을 투과하는 재료, 예를 들면 석영을 포함하는 재료로 구성되어 있다.
다음으로, 도 5를 이용하여, 본 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 운전의 흐름을 설명한다. 도 5는, 도 3에 나타내는 변형예에 따른 플라스마 처리 장치의 운전의 동작의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
본 예의 플라스마 처리 장치(100)의 운전은, 도 2에 나타내는 실시예와 마찬가지로, 처리실(101) 내에 처리 대상의 미처리인 웨이퍼(104)를 반입해서 스테이지(103) 상에 배치하는 공정과, 그 후에 웨이퍼(104)의 표면에 미리 배치된 마스크층을 포함하는 복수의 막으로 구성된 막구조의 당해 처리 대상의 막층에 처리를 실시하는 공정과, 처리 완료된 웨이퍼(104)를 처리실(104) 밖으로 반출하는 공정과, 웨이퍼(104)가 반출되어 밀봉된 처리실(101)에 면한 부재의 표면에 부착된 물질을 제거하여 처리 개시 전의 상태에 가까워지는 클리닝을 행하는 공정을 포함하고 있다. 웨이퍼(104)의 표면의 막층에 처리를 실시하는 공정은, 후술과 같이 원하는 결과가 얻어지도록 복수 회 반복되는 스텝을 포함하고 있다. 또한, 플라스마 처리 장치(100)가 행하는 동작은, 도시하지 않는 제어 장치로부터의 지령 신호에 의거해서 행해진다.
우선, 웨이퍼 반입 공정 501로서, 에칭 처리의 대상으로 되는 막층을 포함하는 막구조가 그 표면에 미리 배치된 미처리의 웨이퍼(104)가, 도시하지 않는 진공 용기(117)의 하부 블록의 외측벽에 연결된 진공 반송 용기의 반송실 내를, 당해 반송실 내의 로봇 암의 암 선단부의 웨이퍼 유지용의 핸드부 상에 놓여서 반송되어, 처리실(101) 내에 반입되고, 스테이지(103)에 넘겨 받아진다(스텝5011). 암이 처리실(101) 밖의 반송실에 퇴출되면 웨이퍼(104)가 스테이지(103) 상부의 유전체제의 막 상면에 놓여서 정전 흡착되어 유지된다(스텝5012).
다음으로, 사이클 제거 공정 502가 개시되고, 제어 장치로부터의 지령 신호에 의거해서, 가스 밸브(305)가 기밀하게 폐쇄된 상태에서 가스 밸브(301)가 열리고, 당해 가스 밸브(301)의 동작에 의해, 프로세스 가스 공급 장치(112)로부터의 처리용 가스가 그 유량 또는 속도가 플라스마(102')의 형성에 적합한 소정의 범위 내의 값으로 조절되고, 가스 공급구(111)를 통해 방전실(102) 내에 위쪽으로부터 도입된다. 또한, 고주파 전원(113)으로부터 고주파 코일(109)에 고주파 전력이 공급되어 방전실(102) 내에 형성된 유도 전류에 의해, 당해 방전실(102) 내에 공급된 처리용 가스의 원자 또는 분자가 여기되어 플라스마(102')가 형성된다(스텝5021).
이 플라스마(102')에 포함되는, 또는 이것에 포함된 하전 입자에 의해 여기되어 높은 반응성을 가진 입자인 라디칼은, 방전실(102)를 확산하면서 아래쪽으로 이동해서 분산판(110)의 관통 구멍을 통하여 처리실(101)에 진입하고, 처리실(101) 아래쪽의 스테이지(103) 상면 상에서 유지된 웨이퍼(104) 상면에 도달한다. 당해 웨이퍼(104)의 상면에 미리 배치되고 처리 대상인 막층의 재료와 라디칼이 물리적 또는 화학적 반응을 일으켜 반응 생성물을 생성해서 층을 형성한다(스텝5022). 일정한 두께의 반응층이 형성된 후, 고주파 전원으로부터의 플라스마 형성용의 고주파 전력 또는 스테이지(103) 내에 배치된 전극에 공급된 바이어스 전위 형성용의 고주파 전원으로부터의 전력을 작게 해서 플라스마를 소화한 후, 처리실(101)은 스테이지(103)의 하부에 설치된 진공 펌프의 동작에 의해 처리실(101) 및 방전실(102) 내가 고속으로 또한 소정의 높은 진공도까지 배기된다(스텝5023).
당해 소정의 진공도가 진공 용기(117)에 부착된 도시하지 않는 압력계로부터의 출력에 의해 제어 장치에 있어서 검출되면, 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 처리용 가스의 가스 공급 경로의 배관 상에 배치된 가스 밸브(311)가 닫혀 당해 배관 내의 유로가 기밀하게 폐쇄된다. 이 상태에서, 가스 밸브(304, 305)가 열려 가스 공급 장치(303)로부터 퍼지 가스가 퍼지 가스 공급 경로에 공급된다(스텝5024).
가스 밸브(304)를 통과한 퍼지 가스는, 가스 밸브(305)를 포함하는 퍼지 가스 공급 경로를 통류해서 가스 공급구(302)로부터 처리실(101) 내에 공급됨과 함께, 처리용 가스의 가스 공급 경로에 유입해서 덮개 부재(119)의 가스 공급구(111)로부터 방전실(102) 내에 위쪽으로부터 공급되고, 방전실(102) 하측 중앙부의 개구에 배치된 분산판(110)의 관통 구멍을 통하여 처리실(101) 내에 유입한다. 이 결과, 진공 용기(117) 내에 공급된 퍼지 가스는, 광투과창(105)의 바닥면 및 내주 측벽면을 따라 처리실(101)의 상측 중앙부를 향해서 흐르고, 광투과창(105)의 광이 투과하는 영역의 표면에의 처리실(101) 내의 입자의 도달을 억제한다.
다음으로, 스텝5024에 있어서 개시된 퍼지 가스의 공급이 이루어진 상태에서, 도시하지 않는 램프용 전원(115)으로부터 IR 램프(106)에 전력이 공급되어 방사된 적외선을 받아서 웨이퍼(104)가 가열되고, 웨이퍼(104) 표면의 반응층을 구성하는 반응 생성물에 이것을 구성하는 입자의 탈리에 필요한 에너지가 주어진다(스텝5025). 본 예에 있어서도, 램프 유닛(118)의 IR 램프(106)로부터 방사되는 IR을 받아서 웨이퍼(104)가 소정의 값의 온도 이상으로 가열되어, 웨이퍼(104)의 표면으로부터의 반응층의 제거의 양의 분포가 보다 균일에 가까워지게 된다.
반응층이 소정의 양만 제거된 후, IR 램프(106)에 공급된 전력이 정지되어 IR의 방사와 이것에 의한 웨이퍼(104)의 가열이 정지되고, 내부의 유로를 웨이퍼(103)보다 낮은 온도로 된 냉매가 통류하는 스테이지(103)와의 사이에 열전달 가스가 공급되어 열전달이 촉진되어 있는 웨이퍼(104)는, 다음으로 라디칼 등의 반응성 입자를 처리 대상의 막층 표면에 흡착시키는데 적합한 온도까지 냉각된다(스텝5026). 이때, 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라서 가스 밸브(304, 305)가 퍼지 가스 공급 경로를 기밀하게 폐쇄해서 진공 용기(117) 내부에의 퍼지 가스의 공급이 정지된다.
이 후, 처리 대상의 막층의 나머지 막두께가 소기의 값 이하에 도달했는지의 여부가 도시하지 않는 플라스마 처리 장치(100)의 제어 장치에 의해 판정되고, 도달해 있지 않다고 판정된 경우에는, 플라스마(102')를 형성하는 스텝5021로 되돌아가서 사이클 제거 공정을 다시 개시한다. 당해 막두께가 소기의 값에 도달한 것이 검출되면, 웨이퍼 반출 공정 503으로 이행해서, 도 2에 나타낸 것과 같은 복수의 스텝으로 구성되는 웨이퍼 반출 공정 503 및 클리닝 공정 504이 실시된다.
그 후, 다음으로 실시되는 처리 대상인 미처리의 웨이퍼(104)가 존재하는 경우에는, 웨이퍼 반입 공정 501로 되돌아가서 웨이퍼(104)가 처리실(101)에 반송된다. 처리 대상의 웨이퍼(104)가 없는 경우에는, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 웨이퍼(104)의 처리가 정지된다.
또, 본 변형예는, 스텝5026에 있어서 IR 램프(106)에 의한 웨이퍼(104)의 가열이 종료한 후에 퍼지 가스의 공급이 정지되는 구성이다. 이 구성에서는 가열이 종료된 후의 웨이퍼(104)를 냉각하는 기간 중에 웨이퍼(104)로부터 처리실(101) 내에 탈리해서 웨이퍼(104)의 주위에 체류하고 있는 잔류 반응 생성물이 다시 웨이퍼(104) 표면에 부착되어 버릴 우려가 있다.
이와 같은 문제의 발생을 억제하기 위하여, 퍼지 가스의 공급을 스텝5026에서도 계속해서 그 종료 후에 스텝5021로 되돌아가서 사이클 제거 공정을 재개하는 시점까지 계속하고 스텝5021에서의 재개 시에 정지하는 구성으로 해도 된다. 또한, 클리닝 공정 504의 스텝5041, 5042에 있어서, 가스 공급구(302)로부터 클리닝 가스를 공급해서, 처리실(101) 내의 램프 유닛(118)의 광투과창(105)의 근방에서 방전실(102)로부터 분산판(110)을 통해서 유입되어 온 플라스마(102')의 높은 반응성의 입자와 클리닝 가스를 작용시켜, 광투과창(105)의 표면의 부착물을 제거하도록 해도 된다.
본 예에 있어서는, 광투과창(105) 표면에 부착된 반응 생성물 등의 부착물을 제거하는 작용이 나타남과 함께, 웨이퍼(104)를 가열할 때에 웨이퍼(104) 표면의 반응층으로부터 탈리한 반응 생성물을 구성하는 물질이 광투과창(105)에 부착되는 것을 억제할 수 있고, 플라스마 처리 장치(100)에 의해서 처리되는 웨이퍼(104)의 매수가 증대하는데 수반해서 광투과창(105)을 투과하는 IR의 감쇠가 증대해 버려서 램프 유닛(118)에 의한 웨이퍼(104)의 가열의 효율이 손상되어, 웨이퍼(104)의 가열이 웨이퍼(104) 상면의 면 내 방향에 대하여 불균일하게 되어 버리거나, 소기의 값의 범위 내로 가열되지 않거나 해서 처리의 수율이 손상되거나, 또는 가열에 요하는 시간이 길어져서 스루풋이 저하해 버리는 것이 억제된다. 이것에 의해, 플라스마 처리 장치(100)에 의한 웨이퍼(104)의 처리가 장기적으로 안정되어 장치 및 이것에 의한 처리의 신뢰성이나 재현성이 향상된다.
또, 상기한 실시예의 스텝2021, 2022 및 변형예의 스텝5021, 5022에 있어서는, 스테이지(103) 상에 놓인 웨이퍼(104) 상면 위쪽에 바이어스 전위를 형성하기 위한 전력, 예를 들면 소정의 주파수의 고주파 전력은 스테이지(103) 또는 그 내부에 배치된 전극에 공급되어 있지 않다. 그러나, 웨이퍼(104) 상면에 공급되는 라디칼에 의한 반응 생성물에 의한 막층을 보다 효율적으로 형성하기 위하여, 이들 스텝 중에 있어서 상기 전력을 공급해서 바이어스 전위를 웨이퍼(104) 상면 위쪽에 형성해도 된다.
101 : 처리실 102 : 플라스마
103 : 스테이지 104 : 웨이퍼
105 : IR투과창 106 : 적외선 램프
107 : 반사판 108 : 방전관
109 : 고주파 코일 110 : 분산판
111 : 가스 공급구 112 : 가스 공급 장치
113 : 고주파 전원 114 : 정합기
115 : 램프용 전원 116 : 고주파 컷 필터
301 : 가스 밸브 302 : 가스 공급구
303 : 퍼지 가스 공급 장치 304, 305 : 가스 밸브
401 : 안내판

Claims (6)

  1. 내측이 감압되는 진공 용기와, 이 진공 용기 내부에 배치되고 처리 대상의 웨이퍼가 배치되어 처리되는 처리실 및 이 처리실 위쪽에 배치되고 그 내부에 공급된 처리용의 가스를 이용하여 플라스마가 형성되는 플라스마 형성실과, 상기 처리실 내측에서 그 하부에 배치되고 상기 웨이퍼가 상면에 놓이는 시료대와, 이 시료대의 상면의 위쪽의 상기 진공 용기 내이며 상기 처리실과 상기 플라스마 형성실 사이에 배치되고 상기 플라스마의 입자가 상기 처리실에 도입되는 복수의 관통 구멍을 구비한 유전체제(誘電體製)의 판 부재와, 상기 처리실의 위쪽의 상기 판 부재의 외주측에서 이것을 둘러싸며 배치되고 상기 웨이퍼에 전자파를 조사해서 가열하는 램프 및 상기 처리실의 내측에 면해서 상기 램프로부터의 상기 전자파를 투과시키는 부재로 구성된 링 형상의 창 부재를 구비한 진공 처리 장치의 운전 방법으로서,
    상기 창 부재의 전자파를 투과시키는 부재가 이 창 부재의 하면 및 상기 판 부재를 둘러싸는 측면을 구성하는 것이고,
    상기 도입 구멍으로부터 상기 시료대 상에 놓인 상기 웨이퍼에 상기 처리용의 가스를 이용하여 상기 플라스마 형성실 내에 형성된 플라스마의 입자를 공급해서 상기 웨이퍼의 표면에 반응 생성물을 형성하는 공정 후에, 상기 플라스마 형성실 내에서의 플라스마를 소화(消火)하고 상기 전자파에 의해 상기 웨이퍼를 가열해서 상기 반응 생성물을 탈리시키는 공정을 실시한 후, 상기 플라스마 형성실에 클리닝용의 가스를 공급해서 상기 플라스마 형성실 내에 형성한 플라스마의 입자를 당해 플라스마 형성실 및 상기 처리실 그리고 상기 창 부재에 공급하는 공정을 실시하는 진공 처리 장치의 운전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 가열하는 공정에 있어서 상기 전자파에 의해 판 부재가 가열되는 진공 처리 장치의 운전 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면에 반응 생성물을 형성하는 공정과 상기 반응 생성물을 탈리시키는 공정이 번갈아 복수 회 반복되는 진공 처리 장치의 운전 방법.
  4. 내측이 감압되는 진공 용기와, 이 진공 용기 내부에 배치되고 처리 대상의 웨이퍼가 배치되어 처리되는 처리실 및 이 처리실 위쪽에 배치되고 그 내부에 공급된 처리용의 가스를 이용하여 플라스마가 형성되는 플라스마 형성실과, 상기 처리실 내측에서 그 하부에 배치되고 상기 웨이퍼가 상면에 놓이는 시료대와, 이 시료대의 상면의 위쪽의 상기 진공 용기 내이며 상기 처리실과 상기 플라스마 형성실 사이에 배치되고 상기 플라스마의 입자가 상기 처리실에 도입되는 복수의 관통 구멍을 구비한 유전체제의 판 부재와, 상기 처리실의 위쪽의 상기 판 부재의 외주측에서 이것을 둘러싸며 배치되고 상기 웨이퍼에 전자파를 조사해서 가열하는 램프 및 상기 처리실의 내측에 면해서 상기 램프로부터의 상기 전자파를 투과시키는 부재로 구성된 링 형상의 창 부재를 구비한 진공 처리 장치의 운전 방법으로서,
    상기 창 부재의 전자파를 투과시키는 부재가 이 창 부재의 하면 및 상기 판 부재를 둘러싸는 측면을 구성하는 것이고,
    상기 도입 구멍으로부터 상기 시료대 상에 놓인 상기 웨이퍼에 상기 처리용의 가스를 이용하여 상기 플라스마 형성실 내에 형성된 플라스마의 입자를 공급해서 상기 웨이퍼의 표면에 반응 생성물을 형성하는 공정 후에, 상기 플라스마 형성실 내에서의 플라스마를 소실시킨 상태에서 상기 처리실에 면한 상기 창 부재의 표면을 따라 희가스를 공급하면서 상기 전자파에 의해 상기 웨이퍼를 가열해서 상기 반응 생성물을 탈리시키는 공정을 실시하는 진공 처리 장치의 운전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 가열해서 상기 반응 생성물을 탈리시키는 공정 중에 링 형상의 상기 창 부재의 외주측으로부터 상기 처리실의 중앙측을 향해서 상기 희가스가 공급되는 진공 처리 장치의 운전 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면에 반응 생성물을 형성하는 공정 및 상기 웨이퍼를 가열해서 상기 반응 생성물을 탈리시키는 공정이 번갈아 복수 회 반복되는 진공 처리 장치의 운전 방법.
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