KR20180083264A - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 챔버의 내부의 부재를 보호하는 보호막으로부터의 파티클의 발생을 억제한다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 방법은, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하는 제 1 성막 공정과, 실리콘 함유 가스에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 제 2 성막 공정과, 실리콘 함유막이 성막된 후에, 챔버의 내부에 반입된 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정과, 플라즈마 처리된 피처리체가 챔버의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정과, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 부재의 표면으로부터 탄소 함유막을 제거하는 제 2 제거 공정을 포함한다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 다양한 측면 및 실시 형태는, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나, 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치 등을 들 수 있다.
그런데, 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 챔버 내에 배치된 부재(이하 간단히 「챔버 내 부재」라고 한다)는, 각종 플라즈마 처리시에 처리 가스의 플라즈마에 노출되기 때문에, 플라즈마 내성이 요구된다. 이와 관련하여, 챔버 내 부재의 표면에, 챔버 내 부재를 보호하는 보호막을 성막하는 것이 알려져 있다. 예컨대 특허 문헌 1에는, 챔버 내 부재의 표면에 탄소 함유막을 성막한 다음에, 탄소 함유막의 표면에 실리콘 함유막을 성막하여, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막에 의해 챔버 내 부재를 보호하는 것이 개시되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2016-12712호 공보
그렇지만, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막에 의해 챔버 내 부재를 보호하는 종래 기술에서는, 실리콘 함유막의 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 대하여 적절하지 않은 경우, 특히 실리콘 함유막이 얇은 경우, 탄소 함유막에 대한 실리콘 함유막의 밀착성이 불충분하게 된다. 이 때문에, 보호막이 처리 가스의 플라즈마에 노출될 때에, 반응 생성물이 파티클로서 챔버 내에 방출되어 버린다. 결과적으로, 종래 기술에서는, 챔버 내 부재를 보호하는 보호막으로부터 다량의 파티클이 발생하여 버릴 우려가 있었다.
개시하는 플라즈마 처리 방법은, 1개의 실시형태에 있어서, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하는 성막 공정과, 실리콘 함유 가스에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 상기 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 제 2 성막 공정과, 상기 실리콘 함유막이 성막된 후에, 상기 챔버의 내부에 반입된 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정과, 플라즈마 처리된 상기 피처리체가 상기 챔버의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면으로부터 상기 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정과, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 탄소 함유막을 제거하는 제 2 제거 공정을 포함한다.
개시하는 플라즈마 처리 방법의 1개의 태양에 의하면, 챔버의 내부의 부재를 보호하는 보호막으로부터의 파티클의 발생을 억제할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 3은 탄소 함유막의 막 두께와, 실리콘 함유막의 막 두께와, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막으로부터 발생하는 파티클의 수의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 제 2 성막 공정에 있어서 산소 함유 가스가 첨가되는 경우의 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비와, 실리콘 함유막의 조성비 및 막 밀도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 실리콘 함유막의 제거에 이용되는 불소 함유 가스와, 실리콘 함유막의 선택비의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실리콘 함유막의 제거에 이용되는 불소 함유 가스와, 실리콘 함유막의 선택비의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예 및 실시예에 있어서의 실리콘 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 탄소 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 다른 일례를 나타내는 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본원이 개시하는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치는, 기밀로 구성되고, 전기적으로 접지 전위로 된 처리 챔버(1)를 갖고 있다. 이 처리 챔버(1)는, 원통 형상으로 되고, 예컨대 표면에 양극 산화 피막이 형성된 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 챔버(1) 내에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼 W를 수평으로 지지하는 탑재대(2)가 마련되어 있다.
탑재대(2)는, 그 기재(2a)가 도전성의 금속, 예컨대 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다. 이 탑재대(2)는, 절연판(3)을 통해서 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 탑재대(2)의 위쪽의 외주에는, 예컨대 단결정 실리콘으로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 또한, 탑재대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예컨대 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(3a)가 마련되어 있다.
탑재대(2)의 위쪽에는, 탑재대(2)와 평행하게 대향하도록, 바꿔 말하면, 탑재대(2)에 지지된 반도체 웨이퍼 W와 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 갖는 샤워 헤드(16)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)와 탑재대(2)는, 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하도록 되어 있다. 탑재대(2)의 기재(2a)에는, 제 1 정합기(11a)를 거쳐서 제 1 고주파 전원(10a)이 접속되어 있다. 또한, 탑재대(2)의 기재(2a)에는, 제 2 정합기(11b)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(10b)이 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(10a)은, 플라즈마 발생용의 것이고, 이 제 1 고주파 전원(10a)으로부터는 소정 주파수(예컨대 100㎒)의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 제 2 고주파 전원(10b)은, 이온 인입용(바이어스용)의 것이고, 이 제 2 고주파 전원(10b)으로부터는 제 1 고주파 전원(10a)보다 낮은 소정 주파수(예컨대, 13㎒)의 고주파 전력이 탑재대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 되어 있다.
탑재대(2)의 상면에는, 반도체 웨이퍼 W를 정전 흡착하기 위한 정전 척(6)이 마련되어 있다. 이 정전 척(6)은 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)을 개재시켜 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 그리고 전극(6a)에 직류 전원(12)으로부터 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 쿨롱력에 의해 반도체 웨이퍼 W가 흡착되도록 구성되어 있다.
탑재대(2)의 내부에는, 냉매 유로(2b)가 형성되어 있고, 냉매 유로(2b)에는, 냉매 입구 배관(2c), 냉매 출구 배관(2d)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매 유로(2b) 내에 갈덴 등의 냉매를 순환시키는 것에 의해, 지지대(4) 및 탑재대(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 탑재대(2) 등을 관통하도록, 반도체 웨이퍼 W의 이면측에 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백사이드 가스)를 공급하기 위한 백사이드 가스 공급 배관(30)이 마련되어 있다. 이 백사이드 가스 공급 배관(30)은, 도시하지 않는 백사이드 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들 구성에 의해, 탑재대(2)의 상면에 정전 척(6)에 의해 흡착 유지된 반도체 웨이퍼 W를, 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다.
상기한 샤워 헤드(16)는, 처리 챔버(1)의 천벽 부분에 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)는, 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(45)를 통해서 처리 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 본체부(16a)는, 도전성 재료, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 탈착이 자유롭게 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 상부 천판(16b)은, 실리콘 함유 물질로 형성되고, 예컨대 석영으로 형성된다.
본체부(16a)의 내부에는, 가스 확산실(16c, 16d)이 마련되고, 이 가스 확산실(16c, 16d)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 저부에는, 다수의 가스 통류 구멍(16e)이 형성되어 있다. 가스 확산실은, 중앙부에 마련된 가스 확산실(16c)과, 주연부에 마련된 가스 확산실(16d)로 2분할되어 있고, 중앙부와 주연부에서 독립적으로 처리 가스의 공급 상태를 변경할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상부 천판(16b)에는, 해당 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입 구멍(16f)이, 상기한 가스 통류 구멍(16e)과 겹치도록 마련되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 가스 확산실(16c, 16d)에 공급된 처리 가스는, 가스 통류 구멍(16e) 및 가스 도입 구멍(16f)을 통해서 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급되도록 되어 있다. 또, 본체부(16a) 등에는, 도시하지 않는 히터나, 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않는 배관 등의 온도 조정기가 마련되어 있고, 플라즈마 에칭 처리 중에 샤워 헤드(16)를 소망 온도로 온도 제어할 수 있도록 되어 있다.
상기한 본체부(16a)에는, 가스 확산실(16c, 16d)에 처리 가스를 도입하기 위한 2개의 가스 도입구(16g, 16h)가 형성되어 있다. 이들 가스 도입구(16g, 16h)에는 가스 공급 배관(15a, 15b)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(15a, 15b)의 타단에는, 에칭용의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(15)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(15)은, 가스 공급부의 일례이다. 가스 공급 배관(15a)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로 컨트롤러(MFC)(15c), 및 개폐 밸브 V1이 마련되어 있다. 또한, 가스 공급 배관(15b)에는, 상류측으로부터 순서대로 매스 플로 컨트롤러(MFC)(15d), 및 개폐 밸브 V2가 마련되어 있다.
그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터는 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스가, 가스 공급 배관(15a, 15b)을 거쳐서 가스 확산실(16c, 16d)에 공급되고, 이 가스 확산실(16c, 16d)로부터, 가스 통류 구멍(16e) 및 가스 도입 구멍(16f)을 통해서 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급된다. 예컨대, 처리 가스 공급원(15)으로부터는, 후술하는 바와 같이, 처리 챔버(1)의 내부에 배치된 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막할 때에 이용되는 탄소 함유 가스 등이 공급된다. 또한, 예컨대, 처리 가스 공급원(15)으로부터는, 탄소 함유막의 표면에 대하여 실리콘 함유막을 성막할 때에 이용되는 실리콘 함유 가스 등이 공급된다. 또한, 예컨대, 처리 가스 공급원(15)으로부터는, 피처리체를 플라즈마 처리할 때에 이용되는 CF4를 포함하는 처리 가스 등이 공급된다. 또한, 처리 가스 공급원(15)으로부터는, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 제거할 때에 이용되는 불소 함유 가스 등이 공급된다. 또한, 처리 가스 공급원(15)으로부터는, 처리 챔버(1)의 내부에 배치된 부재의 표면으로부터 탄소 함유막을 제거할 때에 이용되는 산소 함유 가스 등이 공급된다. 처리 가스 공급원(15)에 의해 공급되는 가스의 상세에 대해서는, 후술한다.
상기한 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에는, 로우 패스 필터(LPF)(51)를 거쳐서 가변 직류 전원(52)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(52)은, 온ㆍ오프 스위치(53)에 의해 급전의 온ㆍ오프가 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(52)의 전류ㆍ전압 및 온ㆍ오프 스위치(53)의 온ㆍ오프는, 후술하는 제어부(60)에 의해 제어되도록 되어 있다. 또, 후술하는 바와 같이, 제 1 고주파 전원(10a), 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 고주파가 탑재대(2)에 인가되어 처리 공간에 플라즈마가 발생할 때에는, 필요에 따라서 제어부(60)에 의해 온ㆍ오프 스위치(53)가 온으로 되고, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
처리 챔버(1)의 저부에는, 배기구(71)가 형성되어 있고, 이 배기구(71)에는, 배기관(72)을 거쳐서 배기 장치(73)가 접속되어 있다. 배기 장치(73)는, 진공 펌프를 갖고 있고, 이 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해 처리 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 배기 장치(73)는, 배기부의 일례이다. 한편, 처리 챔버(1)의 측벽에는, 반도체 웨이퍼 W의 반입출구(74)가 마련되어 있고, 이 반입출구(74)에는, 해당 반입출구(74)를 개폐하는 게이트 밸브(75)가 마련되어 있다.
도면 중 76, 77은, 탈착이 자유롭게 된 퇴적물 실드이다. 퇴적물 실드(76)는, 처리 챔버(1)의 내벽면을 따라 마련되고, 처리 챔버(1)에 에칭 부생물(퇴적물)이 부착되는 것을 방지하는 역할을 갖고 있다. 이하에서는, 처리 챔버(1)의 내벽과 퇴적물 실드(76)를 아울러 「처리 챔버(1)의 내벽」이라고 부르는 경우가 있는 것으로 한다. 또한, 퇴적물 실드(77)는, 하부 전극이 되는 탑재대(2), 내벽 부재(3a) 및 지지대(4)의 외주면을 덮도록 마련되어 있다. 이하에서는, 탑재대(2), 내벽 부재(3a), 지지대(4) 및 퇴적물 실드(77)를 아울러 「하부 전극」이라고 부르는 경우가 있는 것으로 한다. 퇴적물 실드(76)의 반도체 웨이퍼 W와 대략 동일한 높이 위치에는, 직류적으로 그라운드에 접속된 도전성 부재(GND 블록)(79)가 마련되어 있고, 이것에 의해 이상 방전이 방지된다.
또한, 처리 챔버(1)의 주위에는, 동심원 형상으로 링 자석(80)이 배치되어 있다. 링 자석(80)은, 샤워 헤드(16)와 탑재대(2)의 사이의 공간에 자장을 인가한다. 링 자석(80)은, 도시하지 않는 회전 기구에 의해 회전이 자유롭게 구성되어 있다.
상기 구성의 플라즈마 처리 장치는, 제어부(60)에 의해, 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(60)에는, CPU를 구비하고 플라즈마 에칭 장치의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(61)와, 유저 인터페이스(62)와, 기억부(63)가 마련되어 있다.
유저 인터페이스(62)는, 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(63)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(61)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(62)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(63)로부터 불러내서 프로세스 컨트롤러(61)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(61)의 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기록 매체(예컨대, 하드 디스크, CD, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 혹은, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 수시로 전송시켜 온라인으로 이용하거나 하는 것도 가능하다.
예컨대, 제어부(60)는, 후술하는 플라즈마 처리 방법을 행하도록 플라즈마 처리 장치의 각 부를 제어한다. 상세한 일례를 들면, 제어부(60)는, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 처리 챔버(1)의 내부의 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막한다. 그리고, 제어부(60)는, 실리콘 함유 가스에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 상기 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막한다. 그리고, 제어부(60)는, 실리콘 함유막이 성막된 후에, 처리 챔버(1)의 내부에 반입된 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리한다. 그리고, 제어부(60)는, 플라즈마 처리된 피처리체가 처리 챔버(1)의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 제거한다. 그리고, 제어부(60)는, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 처리 챔버(1)의 내부의 부재의 표면으로부터 탄소 함유막을 제거한다. 여기서, 처리 챔버(1)의 내부의 부재는, 예컨대, 처리 챔버(1)의 내벽과, 처리 챔버(1)의 내부에 배치된 하부 전극인 탑재대(2), 내벽 부재(3a), 지지대(4) 및 퇴적물 실드(77)를 포함한다. 처리 챔버(1)의 내부의 부재를, 이하에서는 「챔버 내 부재」라고 부르는 경우가 있는 것으로 한다. 또한, 피처리체는, 예컨대, 반도체 웨이퍼 W이다.
다음으로, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하는 제 1 성막 공정을 행한다(스텝 S101). 탄소 함유 가스는, 예컨대, CxHyFz(식 중, x, y 및 z는 정수를 나타내고, (z-y)÷x는 2 이하)로 나타내어지는 가스를 포함한다. 또한, 탄소 함유 가스는, 예컨대, CH4, C4F8, CHF3, CH3F 및 C2H4 중 적어도 어느 하나를 포함하는 탄소 함유 가스이더라도 좋다. 탄소 함유 가스가 F를 포함하는 가스(예컨대, C4F8, CHF3 및 CH3F 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스)를 포함하는 경우, 탄소 함유 가스는, H2를 더 포함하더라도 좋다. 탄소 함유 가스는, 바람직하게는, 희가스를 더 포함한다. 희가스는, 예컨대, Ar 또는 He이다.
상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 탑재대(2)에 피처리체와는 상이한 기판(이하 「더미 웨이퍼」라고 부른다)이 탑재된 상태에서, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1)의 내부에 탄소 함유 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하여 탄소 함유 가스의 플라즈마를 생성한다. 이때, 제어부(60)는, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하지 않는다. 이 결과, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면에 탄소 함유막이 형성된다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 실리콘 함유 가스에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 제 2 성막 공정을 행한다(스텝 S102). 제 2 성막 공정에 의해 성막되는 실리콘 함유막의 막 두께는, 실리콘 함유막의 막 응력과 탄소 함유막의 막 응력의 균형이 유지되도록, 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정된다. 예컨대, 제 2 성막 공정에 의해 성막되는 실리콘 함유막의 막 두께는, 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚보다 큰 경우에, 탄소 함유막의 막 두께의 50% 이상이고, 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚ 이하인 경우에, 탄소 함유막의 막 두께의 20% 이상이다. 실리콘 함유 가스는, 예컨대, SiF4 및 SiCl4 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 실리콘 함유 가스에는, 산소 함유 가스가 첨가되더라도 좋다. 산소 함유 가스가 첨가되는 경우, 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비는, 바람직하게는, 2~10이다. 또한, 실리콘 함유 가스는, 바람직하게는, 희가스를 더 포함한다. 희가스는, 예컨대, Ar 또는 He이다.
상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 탑재대(2)에 더미 웨이퍼가 탑재된 상태에서, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1)의 내부에 실리콘 함유 가스를 공급하고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1)의 내부에 산소 함유 가스를 첨가하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하여 실리콘 함유 가스 및 산소 함유 가스의 플라즈마를 생성한다. 이때, 제어부(60)는, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하지 않는다. 이 결과, 실리콘 함유 가스 및 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 탄소 함유막의 표면에 실리콘 산화막이 실리콘 함유막으로서 형성된다. 다시 말해, 챔버 내 부재의 표면에, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막이 형성된다.
도 3은 탄소 함유막의 막 두께와, 실리콘 함유막의 막 두께와, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막으로부터 발생하는 파티클의 수의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 있어서, 「W/O Carbon Coating」은, 탄소 함유막이 존재하지 않는 것, 다시 말해, 탄소 함유막의 막 두께가 0㎚인 것을 나타낸다. 또한, 「W/O Ox Coating」은, 실리콘 함유막이 존재하지 않는 것, 다시 말해, 실리콘 함유막의 막 두께가 0㎚인 것을 나타낸다. 또한, 「1st layer; Carbon Coating」은, 탄소 함유막의 막 두께를 나타내고, 50㎚, 100㎚ 또는 200㎚이다. 또한, 「2nd layer; Ox Coating」은, 실리콘 함유막의 막 두께를 나타내고, 20㎚, 50㎚, 100㎚ 또는 200㎚이다.
또한, 「1st layer; Carbon Coating」 및 「2nd layer; Ox Coating」에 대응하는 범위 R1 내의 수치는, 처리 가스의 플라즈마가 적용된 경우에, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막으로부터 발생하는 파티클의 수를 나타낸다. 또한, 「1st layer; Carbon Coating」 및 「W/O Ox Coating」에 대응하는 범위 R2 내의 수치는, 처리 가스의 플라즈마가 적용된 경우에, 탄소 함유막으로부터 발생하는 파티클의 수를 나타낸다. 또한, 「2nd layer; Ox Coating」 및 「W/O Carbon Coating」에 대응하는 범위 R3 내의 수치는, 처리 가스의 플라즈마가 적용된 경우에, 실리콘 함유막으로부터 발생하는 파티클의 수를 나타낸다. 또한, 「W/O Carbon Coating」 및 「W/O Ox Coating」에 대응하는 범위 R4 내의 수치는, 처리 가스의 플라즈마가 적용된 경우에, 챔버 내 부재의 표면으로부터 발생하는 파티클의 수를 나타낸다. 또, 도 3에 있어서, 범위 R1, 범위 R2 또는 범위 R3 내의 파티클의 수는, 막의 형성과 처리 가스의 플라즈마의 적용이 3회 반복된 경우에 각 회에 있어서 측정된 파티클의 수의 평균에 의해 나타내어진다. 또한, 도 3에 있어서, 범위 R4 내의 파티클의 수는, 처리 가스의 플라즈마의 적용이 3회 반복된 경우에 각 회에 있어서 측정된 파티클의 수의 평균에 의해 나타내어진다. 또한, 도 3에 있어서, 처리 가스로서 CF4가 이용된 것으로 한다.
도 3의 범위 R1에 나타내는 바와 같이, 탄소 함유막의 막 두께가 200㎚이고, 또한, 실리콘 함유막의 막 두께가 50㎚인 경우, 즉, 실리콘 함유막의 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께의 25%인 경우, 파티클의 수가 34.7이 되었다. 이 파티클의 수는, 미리 정해진 허용 스펙(예컨대, 10)을 만족시키는 것은 아니었다.
한편, 도 3의 범위 R1에 나타내는 바와 같이, 탄소 함유막의 막 두께가 200㎚이고, 또한, 실리콘 함유막의 막 두께가 100㎚인 경우, 즉, 실리콘 함유막의 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께의 50%인 경우, 파티클의 수가, 8.7이 되었다. 이 파티클의 수는, 미리 정해진 허용 스펙(예컨대, 10)을 만족시키는 것이 되었다. 또한, 도 3의 범위 R1에 나타내는 바와 같이, 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚이고, 또한, 실리콘 함유막의 막 두께가 20㎚, 50㎚, 100㎚ 또는 200㎚인 경우, 즉, 실리콘 함유막의 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께의 20% 이상인 경우, 파티클의 수가, 2.0, 5.0, 3.3 또는 1.0이 되었다. 이 파티클의 수는, 미리 정해진 허용 스펙(예컨대, 10)을 만족시키는 것이 되었다.
도 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚보다 큰 경우에는, 실리콘 함유막의 막 두께를 탄소 함유막의 막 두께의 50% 이상으로 하는 것에 의해, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막으로부터 발생하는 파티클의 수를 저감할 수 있었다. 또한, 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚ 이하인 경우에는, 실리콘 함유막의 막 두께를 탄소 함유막의 막 두께의 20% 이상으로 하는 것에 의해, 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막으로부터 발생하는 파티클의 수를 저감할 수 있었다. 이것은, 실리콘 함유막의 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 대하여 적절한 경우에는, 실리콘 함유막의 막 응력과 탄소 함유막의 막 응력의 균형이 유지되고, 실리콘 함유막과 탄소 함유막의 결합이 강화되기 때문이라고 생각된다.
도 4는 제 2 성막 공정에 있어서 산소 함유 가스가 첨가되는 경우의 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비와, 실리콘 함유막의 조성비 및 막 밀도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 「유량비」는, 제 2 성막 공정에 있어서 산소 함유 가스가 첨가되는 경우의 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비를 나타낸다. 또한, 「Si/O 조성비」는, 실리콘 함유막에 포함되는 실리콘(Si)과 산소(O2)의 비를 나타낸다. 또한, 「막 밀도」는, 실리콘 함유막의 막 밀도를 나타낸다. 또, 도 4에서는, 실리콘 함유 가스가 SiCl4이고, 산소 함유 가스가 O2인 것으로 한다. 또한, 도 4에서는, CVD법에 의해 성막된 실리콘 함유막(「CVD SiO2(SiH4/O2)」)에 관하여, 「Si/O 조성비」 및 「막 밀도」를 참고 데이터로서 나타냈다. 또한, 도 4에서는, 열산화법에 의해 성막된 실리콘 함유막(「Th-SiO2」)에 관하여, 「막 밀도」를 참고 데이터로서 나타냈다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비가 2 미만인 경우, 즉, SiCl4/O2=15/5sccm 또는 15/15sccm인 경우, 막 밀도가 1.63g/㎤ 이하가 되었다. 이 막 밀도는, 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것은 아니었다.
한편, 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비가 2~10인 경우, 즉, SiCl4/O2=15/30sccm, 15/60sccm, 15/60sccm 또는 15/150sccm인 경우, 막 밀도가 1.92g/㎤ 이상이 되었다. 이 막 밀도는, 미리 정해진 허용 스펙을 만족시키는 것이 되고, CVD법에 의해 성막된 실리콘 함유막의 막 밀도와 거의 동일했다. 이것은, 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비가 2 미만인 경우와 비교하여, 실리콘 함유막에 있어서 Si 입자의 사이에 생기는 산소 결핍(O vacancy)이 적어지기 때문이라고 생각된다.
도 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비를 2~10으로 하는 것에 의해, 치밀하고 고품질의 실리콘 함유막을 형성하여 플라즈마 내성을 향상시킬 수 있었다.
도 2의 설명으로 돌아간다. 계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 처리 챔버(1)의 내부에 반입된 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정을 행한다(스텝 S103). 피처리체는, 예컨대, 실리콘 산화막이 적층된 반도체 웨이퍼 W이다. 또한, 처리 가스는, 예컨대, CF4 및 C4F6/Ar/O2의 적어도 어느 하나이다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 반입출구(74) 및 게이트 밸브(75)로부터 처리 챔버(1)의 내부에 피처리체를 반입하고, 반입된 피처리체를 정전 척(6) 상에 탑재한다. 그 후, 제어부(60)는, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1) 내부에 처리 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가함과 아울러, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가한다. 이 결과, 피처리체가 플라즈마 처리된다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 피처리체가 처리 챔버(1)의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정을 행한다(스텝 S104). 불소 함유 가스는, 예컨대, CF4를 포함한다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 반입출구(74) 및 게이트 밸브(75)로부터 처리 챔버(1)의 외부로 피처리체를 반출한다. 그 후, 제어부(60)는, 탑재대(2)에 더미 웨이퍼가 탑재된 상태에서, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1) 내부에 불소 함유 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가한다. 또한, 제어부(60)는, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하더라도 좋다. 이 결과, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막이 제거된다.
도 5 및 도 6은 실리콘 함유막의 제거에 이용되는 불소 함유 가스와, 실리콘 함유막의 선택비의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5는 불소 함유 가스로서 NF3/O2(=180/720sccm)를 이용한 경우의 각 측정점의 실리콘 함유막의 선택비를 나타낸다. 도 6은 불소 함유 가스로서 CF4(=600sccm)를 이용한 경우의 각 측정점의 실리콘 함유막의 선택비를 나타낸다. 도 5 및 도 6에 있어서, 「UEL(Center)」는, 상부 천판(16b)의 중심에 설정된 측정점을 나타낸다. 「UEL(Middle)」은, 상부 천판(16b)의 중심과 상부 천판(16b)의 에지의 사이의 부분에 설정된 측정점을 나타낸다. 「UEL(Edge)」는, 상부 천판(16b)의 에지에 설정된 측정점을 나타낸다. 또한, 「Sel. Ox/Carbon」은, 탄소 함유막에 대한 실리콘 함유막의 선택비를 나타내고, 「Sel. Ox/Poly」는, Poly-Si에 대한 실리콘 함유막의 선택비를 나타낸다.
도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 불소 함유 가스로서 CF4를 이용한 경우, 불소 함유 가스로서 NF3/O2를 이용한 경우와 비교하여, 탄소 함유막에 대한 실리콘 함유막의 선택비가 높아졌다. 다시 말해, 불소 함유 가스로서 CF4를 이용한 경우, 불소 함유 가스로서 NF3/O2를 이용한 경우와 비교하여, 실리콘 함유막의 아래에 위치하는 탄소 함유막의 소모가 억제되었다. 도 5 및 도 6의 결과로부터 알 수 있듯이, 불소 함유 가스로서 CF4를 이용하는 것에 의해, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 효율적으로 제거할 수 있었다.
또한, 제어부(60)는, 제 1 제거 공정에 있어서, 실리콘 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 변화의 타이밍에 따라, 실리콘 함유막의 제거를 종료한다. 다시 말해, 제어부(60)는, 반응 생성물이 플라즈마 중에서 방출하는 고유의 파장의 광의 강도를 측정하는 종점 검출 장치를 이용하여, 반응 생성물의 발광 강도를 검출하고, 발광 강도의 변화량이 소정치 이상이 되는 타이밍에 불소 함유 가스의 공급 및 고주파 전력의 인가를 정지한다.
여기서, 탄소 함유막의 표면에 실리콘 함유막을 성막한 실시예와, 챔버 내 부재의 표면에 실리콘 함유막만을 직접 성막한 비교예에 있어서, 실리콘 함유막의 제거를 각각 실시한 경우의 실험 결과에 대하여 설명한다. 도 7은 비교예 및 실시예에 있어서의 실리콘 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7에서는, 비교예 및 실시예의 각각의 구성에 있어서, 하기의 처리 조건을 이용하여, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 실리콘 함유막인 SiO2막을 제거한 경우에 반응 생성물로서 방출되는 CO의 발광 강도의 시간 변화가 나타내어지고 있다.
(처리 조건)
처리 압력 : 6.67㎩(50mTorr)
제 1 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 500W
제 2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 300W
불소 함유 가스 : CF4=600sccm
비교예에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, SiO2막의 제거의 개시 시점으로부터, CO의 발광 강도가 단조적으로 감소하고, CO의 발광 강도의 급격한 변화가 검출되지 않았다. 다시 말해, 비교예에서는, CO의 발광 강도의 변화량이 소정치 미만이 되는 타이밍이 종점 검출 장치에 의해 종점으로서 검출되지 않았다. 이것은, 챔버 내 부재의 표면으로부터 SiO2막이 완전하게 제거된 후에, 챔버 내 부재에 포함되는 SiO2 재료로부터 CO가 반응 생성물로서 방출되었기 때문에, CO의 발광 강도의 감소가 억제되었기 때문이라고 생각된다.
한편, 실시예에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, SiO2막의 제거의 개시 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 소정의 시간 범위 ΔT1에 있어서, CO의 발광 강도가 급격하게 감소하고, CO의 발광 강도의 급격한 변화가 검출되었다. 다시 말해, 실시예에서는, CO의 발광 강도의 변화량이 소정치 이상이 되는 타이밍이 종점 검출 장치에 의해 종점으로서 검출되었다. 이것은, 탄소 함유막의 표면으로부터 SiO2막이 완전하게 제거된 후에, 노출된 탄소 함유막에 의해 챔버 내 부재의 표면이 보호되어, 챔버 내 부재로부터 반응 생성물로서 방출되는 CO의 양이 억제되었기 때문에, CO의 발광 강도가 급격하게 감소했기 때문이라고 생각된다.
도 2의 설명으로 돌아간다. 계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면으로부터 탄소 함유막을 제거하는 제 2 제거 공정을 행한다(스텝 S105). 산소 함유 가스는, 적어도 O2를 포함한다.
상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정 후에, 탑재대(2)에 더미 웨이퍼가 탑재된 상태에서, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1) 내부에 산소 함유 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가한다. 또한, 제어부(60)는, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하더라도 좋다. 이 결과, 챔버 내 부재의 표면으로부터 탄소 함유막이 제거된다.
또한, 제어부(60)는, 제 2 제거 공정에 있어서, 탄소 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 변화의 타이밍에 따라, 탄소 함유막의 제거를 종료한다. 다시 말해, 제어부(60)는, 반응 생성물이 플라즈마 중에서 방출하는 고유의 파장의 광의 강도를 측정하는 종점 검출 장치를 이용하여, 반응 생성물의 발광 강도를 검출하고, 발광 강도의 변화량이 소정치 미만이 되는 타이밍에 산소 함유 가스의 공급 및 고주파 전력의 인가를 정지한다.
도 8은 탄소 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 시간 변화의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8에서는, 하기의 처리 조건을 이용하여, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 탄소 함유막을 제거한 경우에 반응 생성물로서 방출되는 CO의 발광 강도의 시간 변화가 나타내어지고 있다.
(처리 조건)
처리 압력 : 2.67㎩(20mTorr)
제 1 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 600W
제 2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 200W
산소 함유 가스 : O2=500sccm
도 8에 나타내는 바와 같이, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 탄소 함유막을 제거하는 경우, 탄소 함유막의 제거의 개시 시점으로부터 소정 시간 경과 후의 소정의 시간 범위 ΔT2에 있어서, CO의 발광 강도가 소정치로 포화하고, CO의 발광 강도의 변화가 검출되지 않게 되었다. 다시 말해, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 탄소 함유막을 제거하는 경우, 발광 강도의 변화량이 소정치 미만이 되는 타이밍이 종점 검출 장치에 의해 종점으로서 검출되었다. 이것은, 챔버 내 부재의 표면으로부터 탄소 함유막이 완전하게 제거된 후, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재가 소모되지 않았던 것을 의미한다.
다음으로, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 다른 일례를, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 다른 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 9에 나타내는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 플라즈마 처리 공정은, 실리콘 함유막이 성막된 후에, 복수의 피처리체가 처리 챔버(1)의 내부에 순차적으로 반입되는 경우에, 각 피처리체가 반입될 때마다, 각 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리한다. 또한, 도 9에 나타내는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 제 1 제거 공정은, 복수의 피처리체 중 마지막에 플라즈마 처리된 피처리체가 처리 챔버(1)의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 제거한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하는 제 1 성막 공정을 행한다(스텝 S111). 또, 스텝 S111의 상세는, 상술한 스텝 S101과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 실리콘 함유 가스에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 제 2 성막 공정을 행한다(스텝 S112). 또, 스텝 S112의 상세는, 상술한 스텝 S102와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 공정의 반복 횟수의 카운트에 이용되는 변수 m에 초기치 「1」을 설정한다(스텝 S113). 변수 m은, 처리 챔버(1)의 내부에 순차적으로 반입되는 복수의 피처리체의 수를 나타낸다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 각 피처리체가 반입될 때마다, 각 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정을 행한다(스텝 S114).
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 반입출구(74) 및 게이트 밸브(75)로부터 처리 챔버(1)의 내부에 피처리체를 반입하고, 반입된 피처리체를 정전 척(6) 상에 탑재한다. 그 후, 제어부(60)는, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1) 내부에 처리 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가함과 아울러, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가한다. 이 결과, 피처리체가 플라즈마 처리된다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 복수의 피처리체 중 마지막에 플라즈마 처리된 피처리체가 처리 챔버(1)의 외부로 반출되었는지 여부, 다시 말해, 변수 m이 미리 정해진 복수의 피처리체의 수를 나타내는 소정치 m0에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S115). 플라즈마 처리 장치는, 변수 m이 소정치 m0에 도달하지 않은 경우에는(스텝 S115; 아니오), 변수 m을 1 증가시키고(스텝 S116), 처리를 스텝 S114로 되돌린다. 플라즈마 처리 장치는, 변수 m이 소정치 m0에 도달한 경우에는(스텝 S115; 예), 제 1 제거 공정으로 진행한다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 복수의 피처리체 중 마지막에 플라즈마 처리된 피처리체가 처리 챔버(1)의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정을 행한다(스텝 S117).
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(60)는, 반입출구(74) 및 게이트 밸브(75)로부터 처리 챔버(1)의 외부로 마지막에 플라즈마 처리된 피처리체를 반출한다. 그 후, 제어부(60)는, 탑재대(2)에 더미 웨이퍼가 탑재된 상태에서, 처리 가스 공급원(15)으로부터 처리 챔버(1) 내부에 불소 함유 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가한다. 또한, 제어부(60)는, 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가하더라도 좋다. 이 결과, 탄소 함유막의 표면으로부터 실리콘 함유막이 제거된다.
계속하여, 플라즈마 처리 장치는, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면으로부터 탄소 함유막을 제거하는 제 2 제거 공정을 행한다(스텝 S118). 또, 스텝 S118의 상세는, 상술한 스텝 S105와 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 피처리체를 플라즈마 처리하기 전에, 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하고, 실리콘 함유 가스에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막한다. 이 때문에, 본 실시 형태에 의하면, 챔버 내 부재의 표면에 형성되어 탄소 함유막 및 실리콘 함유막을 포함하는 보호막에 있어서, 실리콘 함유막의 막 응력과 탄소 함유막의 막 응력의 균형을 유지하고, 실리콘 함유막과 탄소 함유막의 결합을 강화할 수 있다. 이 결과, 챔버 내 부재의 표면을 보호하는 보호막으로부터의 파티클의 발생을 억제할 수 있다.
(다른 실시 형태)
이상, 본 실시 형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명했지만, 실시 형태는 이것으로 한정되는 것이 아니다. 이하에서는, 다른 실시 형태에 대하여 설명한다.
상기 실시 형태에서는, 제 2 성막 공정에 있어서, 실리콘 함유 가스 및 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 예를 나타냈지만, 개시 기술은 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 제 2 성막 공정에 있어서, 실리콘 함유 가스 및 환원성 가스의 플라즈마에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하더라도 좋다. 환원성 가스는, 예컨대, H2, CH4 및 C3H6 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한, 예컨대, 제 2 성막 공정에 있어서, 실리콘 함유 가스의 플라즈마를 공급하는 공정과 산소 함유 가스의 플라즈마를 공급하는 공정을 교대로 반복하는 것에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하더라도 좋다. 이 경우, 실리콘 함유 가스로서, 예컨대, SiF4 및 SiCl4 중 적어도 어느 하나가 이용된다.
또한, 예컨대, 제 2 성막 공정에 있어서, 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정과 산소 함유 가스의 플라즈마를 공급하는 공정을 교대로 반복하는 것에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하더라도 좋다. 이 경우, 실리콘 함유 가스로서, 예컨대, 아미노실란계 가스가 이용된다.
또한, 예컨대, 제 2 성막 공정에 있어서, 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하더라도 좋다. 이 경우, 탄소 함유막의 표면에 형성되는 실리콘 함유막은, 실리콘 질화막이다.
1 : 처리 챔버
2 : 탑재대
2a : 기재
2b : 냉매 유로
2c : 냉매 입구 배관
2d : 냉매 출구 배관
3 : 절연판
3a : 내벽 부재
4 : 지지대
5 : 포커스 링
6 : 정전 척
6a : 전극
6b : 절연체
10a : 제 1 고주파 전원
10b : 제 2 고주파 전원
15 : 처리 가스 공급원
16 : 샤워 헤드
16a : 본체부
16b : 상부 천판
52 : 가변 직류 전원
60 : 제어부
61 : 프로세스 컨트롤러
62 : 유저 인터페이스
63 : 기억부
71 : 배기구
72 : 배기관
73 : 배기 장치

Claims (11)

  1. 탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하는 제 1 성막 공정과,
    실리콘 함유 가스에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 상기 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 제 2 성막 공정과,
    상기 실리콘 함유막이 성막된 후에, 상기 챔버의 내부에 반입된 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정과,
    플라즈마 처리된 상기 피처리체가 상기 챔버의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면으로부터 상기 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정과,
    산소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 탄소 함유막을 제거하는 제 2 제거 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 성막 공정에 의해 성막되는 상기 실리콘 함유막의 막 두께는, 상기 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚보다 큰 경우에, 상기 탄소 함유막의 막 두께의 50% 이상이고, 상기 탄소 함유막의 막 두께가 100㎚ 이하인 경우에, 상기 탄소 함유막의 막 두께의 20% 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 성막 공정은, 상기 실리콘 함유 가스에 대한 산소 함유 가스의 유량비가 2~10인 상기 산소 함유 가스를 첨가하고, 첨가된 상기 산소 함유 가스 및 상기 실리콘 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면에 대하여 상기 실리콘 함유막을 성막하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 제거 공정은, 상기 실리콘 함유막으로부터 발생하는 반응 생성물의 발광 강도의 변화의 타이밍에 따라, 상기 실리콘 함유막의 제거를 종료하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 공정은, 상기 실리콘 함유막이 성막된 후에, 복수의 상기 피처리체가 상기 챔버의 내부에 순차적으로 반입되는 경우에, 각 상기 피처리체가 반입될 때마다, 각 상기 피처리체를 상기 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하고,
    상기 제 1 제거 공정은, 복수의 상기 피처리체 중 마지막에 플라즈마 처리된 피처리체가 상기 챔버의 외부로 반출된 후에, 상기 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면으로부터 상기 실리콘 함유막을 제거하는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄소 함유 가스는, CxHyFz(식 중, x, y 및 z는 정수를 나타내고, (z-y)/x는 2 이하)로 나타내어지는 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄소 함유 가스는, CH4, C4F8, CHF3, CH3F 및 C2H4 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유 가스는, SiCl4 및 SiF4 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 성막 공정은, 상기 실리콘 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면에 대하여 상기 실리콘 함유막을 성막하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 불소 함유 가스는, CF4를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 챔버와,
    상기 챔버의 내부를 감압하기 위한 배기부와,
    상기 챔버의 내부에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    탄소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 탄소 함유막을 성막하는 성막 공정과, 실리콘 함유 가스에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면에 대하여, 막 두께가 상기 탄소 함유막의 막 두께에 따라 결정되는 실리콘 함유막을 성막하는 제 2 성막 공정과, 상기 실리콘 함유막이 성막된 후에, 상기 챔버의 내부에 반입된 피처리체를 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정과, 플라즈마 처리된 상기 피처리체가 상기 챔버의 외부로 반출된 후에, 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 탄소 함유막의 표면으로부터 상기 실리콘 함유막을 제거하는 제 1 제거 공정과, 산소 함유 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 탄소 함유막을 제거하는 제 2 제거 공정을 실행하는 제어부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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