KR20200112682A - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 정밀하게 판정한다.
(해결 수단) 플라즈마 처리 장치 내의 플라즈마 발광 강도를 측정하는 검출기를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 플라즈마의 생성 영역을 지나고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 1 광축을 갖는 제 1 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과, 플라즈마의 생성 영역을 지나지 않고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 2 광축을 갖는 제 2 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분 또는 비율에 근거하여, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 판정하는 공정을 갖는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마의 발광 강도의 변화에 의해 에칭의 종점 검출을 행하는 드라이 에칭 장치가 알려져 있다. 예컨대, 특허문헌 1은, 반도체 기판 근방의 플라즈마의 발광 강도를 측정하는 제 1 검출기와, 제 1 전극 상에 설치된 피 에칭 재료 근방의 플라즈마의 발광 강도를 측정하는 제 2 검출기를 구비하고, 제 1 검출기가 측정하는 발광 강도와 제 2 검출기가 측정하는 발광 강도를 연산하고, 그 연산 결과의 변화에 의해 에칭의 종점 검출을 행하는 것을 제안하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 1997-55367호 공보
OES(발광 분광법)에서는, 플라즈마의 발광 강도를 측정함으로써 플라즈마의 상태를 검출할 수 있다. 플라즈마는, 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태의 영향을 받는다. 따라서, 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 제어하는 것은 중요하다.
본 개시는, 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 정밀하게 판정하는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 태양에 의하면, 플라즈마 처리 장치 내의 플라즈마 발광 강도를 측정하는 검출기를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 플라즈마의 생성 영역을 지나고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 1 광축을 갖는 제 1 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과, 플라즈마의 생성 영역을 지나지 않고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 2 광축을 갖는 제 2 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분 또는 비율에 근거하여, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 판정하는 공정을 갖는 플라즈마 처리 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 정밀하게 판정할 수 있다.
도 1은 일 실시형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 일 실시형태와 관련되는 검출기의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시형태와 관련되는 검출 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시형태와 관련되는 발광 강도의 차분(벽의 상태)을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시형태와 관련되는 플라즈마 발광 강도의 측정 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 6은 일 실시형태와 관련되는 시즈닝 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 일 실시형태와 관련되는 컨디셔닝의 개시 및 종료를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시형태와 관련되는 드라이 클리닝 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 9는 일 실시형태의 변형예 1과 관련되는 드라이 클리닝 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 10은 일 실시형태와 관련되는 검출기의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시형태의 변형예 2와 관련되는 시즈닝 처리를 나타내는 플로차트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
우선, 일 실시형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법을 실행하는 플라즈마 처리 장치(10)에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1(a) 및 도 1(b)는 일 실시형태와 관련되는 플라즈마 처리 장치(10)의 일례로서, 평행 평판형의 용량 결합(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 플라즈마 처리 장치의 단면 모식도를 나타낸다.
최초로, 도 1(a)에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)의 구성에 대하여 설명한다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 용기(11)와, 그 내부에 배치된 탑재대(12)를 갖는다. 처리 용기(11)는, 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 용기이고, 접지되어 있다. 탑재대(12)는, 기대(16)와, 기대(16)의 위에 배치된 정전 척(13)을 갖는다. 탑재대(12)는, 절연 부재인 유지부(14)를 통해서 처리 용기(11)의 저부에 배치되어 있다.
기대(16)는, 알루미늄 등으로 형성되어 있다. 정전 척(13)은, 알루미나(Al2O3) 등의 유전체로 형성되고, 웨이퍼 W를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 기구를 갖는다. 정전 척(13)에는, 중앙에서 웨이퍼 W가 탑재되고, 외주에서 웨이퍼 W의 주위를 둘러싸는 고리 모양의 에지 링(15)(포커스 링이라고도 한다)이 탑재된다.
처리 용기(11)의 측벽과 탑재대(12)의 측벽의 사이에는, 고리 모양의 배기로(23)가 형성되고, 배기구(24)를 거쳐서 배기 장치(22)에 접속되어 있다. 배기 장치(22)는, 터보 분자 펌프나 드라이 펌프 등의 진공 펌프로 구성된다. 배기 장치(22)는, 처리 용기(11) 내의 가스를 배기로(23) 및 배기구(24)에 유도하여, 배기한다. 이것에 의해, 처리 용기(11) 내의 처리 공간을 소정의 진공도로 감압한다.
배기로(23)에는, 처리 공간과 배기 공간을 나누고, 가스의 흐름을 제어하는 배플판(27)이 마련되어 있다. 배플판(27)은, 예컨대, 알루미늄으로 형성된 모재의 표면에 부식 내성을 갖는 막(예컨대 산화이트륨(Y2O3))을 피복한 고리 모양의 부재이고, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다.
탑재대(12)는, 제 1 고주파 전원(17) 및 제 2 고주파 전원(18)에 접속된다. 제 1 고주파 전원(17)은, 예컨대 60㎒의 플라즈마 생성용의 고주파 전력(이하, "HF 파워"라고도 한다)을 탑재대(12)에 인가한다. 제 2 고주파 전원(18)은, 예컨대 40㎒의 이온 인입용의 고주파 전력(이하, "LF 파워"라고도 한다)을 탑재대(12)에 인가한다. 이것에 의해, 탑재대(12)는 하부 전극으로서도 기능한다.
처리 용기(11)의 천정의 개구에는, 외주에 링 형상의 절연 부재(28)를 사이에 두고 샤워 헤드(20)가 마련되어 있다. HF 파워가 탑재대(12)와 샤워 헤드(20)의 사이에 용량적으로 인가되고, 주로 HF 파워에 의해 가스로부터 플라즈마가 생성된다.
플라즈마 중의 이온은 탑재대(12)에 인가된 LF 파워에 의해 탑재대(12)로 끌어들여지고, 탑재대(12)에 탑재된 웨이퍼 W에 충돌하고, 이것에 의해, 웨이퍼 W 상의 소정의 막에 효율적으로 에칭 등이 이루어진다.
가스 공급원(19)은, 에칭 공정, 클리닝 공정, 시즈닝 공정 등의 각 플라즈마 처리 공정의 프로세스 조건에 따른 가스를 공급한다. 가스는, 가스 배관(21)을 통해서 샤워 헤드(20) 내에 들어가고, 가스 확산실(25)을 거쳐서 다수의 가스 통기 구멍(26)으로부터 처리 용기(11) 내에 샤워 형상으로 도입된다.
도 1(b)에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 도 1(a)에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)와 거의 동일 구성을 갖지만, 제 1 고주파 전원(17)의 배치와 후술하는 검출기(40)의 구성이 상이하다. 도 1(b)의 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제 1 고주파 전원(17)이, 샤워 헤드(20)에 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(17)은, 예컨대 60㎒의 HF 파워를 샤워 헤드(20)에 인가한다.
제어부(30)는, CPU, ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 갖는다. 제어부(30)는, RAM에 기억된 레시피에 설정된 수순에 따라, 각종 플라즈마 처리 공정의 제어나 장치 전체의 제어를 행한다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서 플라즈마 처리를 행할 때, 우선, 웨이퍼 W가, 반송 암 상에 유지된 상태에서 도시하지 않는 게이트 밸브로부터 처리 용기(11) 내에 반입된다. 웨이퍼 W는, 정전 척(13) 상에 탑재된다. 게이트 밸브는, 웨이퍼 W를 반입 후에 닫힌다. 정전 척(13)의 도시하지 않는 전극에 직류 전압을 인가함으로써, 웨이퍼 W는, 쿨롱력에 의해 정전 척(13)에 흡착 및 유지된다.
처리 용기(11) 내의 압력은, 배기 장치(22)에 의해 설정치로 감압되고, 처리 용기(11)의 내부가 진공 상태로 제어된다. 소정의 가스가 샤워 헤드(20)로부터 샤워 형상으로 처리 용기(11) 내에 도입된다. HF 파워 및 LF 파워가 탑재대(12)에 인가된다. 도 1(a)에서는, HF 파워는, 탑재대(12)에 인가되기 때문에, 플라즈마 생성 영역 P는, 웨이퍼 W의 근방이 된다. 도 1(b)에서는, HF 파워는, 샤워 헤드(20)에 인가되기 때문에, 플라즈마 생성 영역 P는, 샤워 헤드(20)의 근방이 된다.
주로 HF 파워에 의해, 도입된 가스로부터 플라즈마가 생성되고, 플라즈마의 작용에 의해 웨이퍼 W에 에칭 등의 플라즈마 처리가 실행된다. 플라즈마 처리가 종료된 후, 웨이퍼 W는, 반송 암 상에 유지되어, 처리 용기(11)의 외부로 반출된다. 이 처리를 반복함으로써 연속하여 웨이퍼 W가 처리된다.
웨이퍼 W를 플라즈마 처리하고 있는 동안, 처리 용기(11)의 내부에서 발광한 광이, 측벽에 마련된 창(41)을 통해서, 검출기(40)에 입사된다.
검출기(40)는, 입사되는 광의 방향을 바꾸는 기능을 갖고, 제 1 광축 L1을 갖는 광 및 제 2 광축 L2를 갖는 광을 검출한다. 제 1 광축 L1은, 웨이퍼 W 근방의 플라즈마 생성 영역 P를 지나고, 처리 용기(11)의 측벽(11b)에 이른다. 입사되는 광의 방향을 바꾸는 기능을 이용하여, 검출기(40)를 천정으로 향하게 한 후, 검출기(40)는, 제 2 광축 L2를 갖는 광을 검출한다. 제 2 광축 L2는, 플라즈마 생성 영역 P를 지나지 않고, 처리 용기(11)의 천정벽(11a)에 이른다.
도 1(b)에서는, 검출기(40)는, 검출기(40a)와 검출기(40b)를 갖고 있다. 검출기(40a, 40b)는, 입사되는 광의 방향을 바꾸는 기능을 갖지 않는다. 제 1 광축 L1을 갖는 광 및 제 2 광축 L2를 갖는 광은, 상이한 창(41a, 41b)을 통과하여 처리 용기(11)의 내부로부터 출사되고, 검출기(40a, 40b)에 의해 각각 검출된다. 단, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이 동일한 창을 통과시키도록 하더라도 좋다.
검출기(40a)는, 제 1 광축 L1을 갖는 광을 검출한다. 제 1 광축 L1은, 샤워 헤드(20) 근방의 플라즈마 생성 영역 P를 지나고, 처리 용기(11)의 측벽(11b)에 이른다. 검출기(40b)는, 제 2 광축 L2를 갖는 광을 검출한다. 제 2 광축 L2는, 플라즈마 생성 영역 P를 지나지 않고, 처리 용기(11)의 측벽(11b)에 이른다.
검출기(40)는, 발광 분광법(OES : Optical Emission Spectroscopy)을 이용하여 플라즈마의 상태를 모니터한다. OES에서는, 시료 중의 대상 원소를 방전 플라즈마에 의해 증발 기화 여기하고, 얻어지는 원소 고유의 휘선 스펙트럼(원자 스펙트럼)의 파장을 정성(定性)하고, 발광 강도로부터 정량을 행한다. 단, OES는, 플라즈마의 상태를 모니터하는 수법의 일례이고, 검출기(40)는, 플라즈마의 상태를 모니터할 수 있으면, 사용하는 수법은 OES로 한정되지 않는다.
또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 검출기(40)는, 액추에이터(42)의 동력에 의해 상하, 좌우 및 비스듬한 방향으로 방향을 바꿀 수 있다. 이러한 구성에 의해, 검출기(40)는, 검출하는 제 1 광축 L1 및 제 2 광축 L2를 이동시킬 수 있다. 또한, 검출기(40)는, 제 2 광축 L2'로 이동시키더라도 좋고, 다른 각도 및 위치로 이동시키더라도 좋다. 이것에 의해, 복수 방향의 플라즈마 발광 강도를 측정할 수 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이 복수 방향의 플라즈마 발광 강도의 차분에 근거하여, 처리 용기(11)의 내벽의 상태를 판정할 수 있다. 또, 동일한 창(41)을 통과시켜 복수 방향의 광축을 갖는 광을 검출한 경우에는, 복수 방향의 플라즈마 발광 강도의 차분을 사용하여 내벽의 상태를 판정할 때에, 창(41)의 불투명함 등의 영향을 캔슬할 수 있다.
도 3은 처리 용기(11) 내에 소정 유량의 아르곤 가스를 공급했을 때에, 도 2에 나타내는 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 소정 파장의 제 1 플라즈마 발광 강도를 측정한 결과를, 다른 유량으로 측정했을 때의 플라즈마 발광 강도로 규격화한 것을 "IL1"로 나타낸다. 또한, 도 2에 나타내는 제 2 광축 L2를 갖는 광을 이용하여 소정 파장의 제 2 플라즈마 발광 강도를 측정한 결과를, 다른 유량으로 측정했을 때의 플라즈마 발광 강도로 규격화한 것을 "IL2"로 나타낸다. 이것에 의하면, 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 처리 용기(11)의 중심의 플라즈마의 상태를 측정한 결과와, 제 2 광축 L2를 갖는 광을 이용하여 처리 용기(11)의 단부의 플라즈마의 상태를 측정한 결과에는 큰 변화는 없었다. 다시 말해, 처리 용기(11)의 중심의 플라즈마의 상태의 측정 결과와, 처리 용기(11)의 단부의 플라즈마의 상태의 측정 결과는, 외란을 동일하게 받고 있는 것을 알 수 있었다.
그래서, 시즈닝의 소정 매수마다 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 측정한 제 1 플라즈마 발광 강도(도 4(a)의 검은 원(IL1))와, 동 타이밍에 제 2 광축 L2를 갖는 광을 이용하여 측정한 제 2 플라즈마 발광 강도(흰 원(IL2))의 차분을 산출한다. 도 2의 예에서는, 제 1 광축 L1은, 플라즈마의 생성 영역 P를 지난다. 따라서, 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 측정되는 제 1 플라즈마 발광 강도(검은 원(IL1))는, 플라즈마의 상태를 나타낸다.
한편, 제 2 광축 L2는, 플라즈마의 생성 영역 P를 지나지 않고, 처리 용기(11)의 천정벽에 이른다. 따라서, 제 2 광축 L2를 갖는 광을 이용하여 측정되는 제 2 플라즈마 발광 강도(흰 원(IL2))는, 플라즈마의 생성 영역 P로부터 확산된 플라즈마의 상태와 벽의 상태를 나타낸다.
따라서, 도 4(a)에 화살표로 나타내는 제 1 플라즈마 발광 강도와 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분을 산출하는 것에 의해, 플라즈마의 상태와 외란을 캔슬할 수 있다. 다시 말해, 도 4(b)의 제 1 플라즈마 발광 강도와 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분(원(IL1-IL2))에 근거하여, 처리 용기(11)의 내벽의 상태를 판정할 수 있다.
[플라즈마 발광 강도의 측정 처리]
이하에서는, 벽의 상태를 판정하기 위해 행하는 플라즈마 발광 강도의 측정 처리에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 일 실시형태와 관련되는 플라즈마 발광 강도의 측정 처리를 나타내는 플로차트이다.
본 처리가 개시되면, 검출기(40)는, 발광 분광법(OES)에 근거하여 플라즈마 생성 영역 P를 지나는 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 제 1 플라즈마 발광 강도를 측정한다(스텝 S1). 다음으로, 검출기(40)는, 발광 분광법에 근거하여 플라즈마 생성 영역 P를 지나지 않는 제 2 광축 L2를 갖는 광을 이용하여 제 2 플라즈마 발광 강도를 측정한다(스텝 S2).
다음으로, 제어부(30)는, 측정을 종료할지를 판정한다(스텝 S3). 제어부(30)는, 측정을 종료한다고 판정하면, 본 처리를 종료한다. 제어부(30)는, 측정을 종료하지 않는다고 판정하면, 다음의 측정 시간이 되었는지를 판정한다(스텝 S4). 그리고, 제어부(30)는, 다음의 측정 시간이 될 때까지 기다린다. 제어부(30)는, 다음의 측정 시간이 되었다고 판정한 경우, 스텝 S3으로 돌아간다. 스텝 S3 이후에 있어서 다음의 제 1 플라즈마 발광 강도 및 다음의 제 2 플라즈마 발광 강도가 측정된다. 이러한 처리에 의해, 측정이 종료될 때까지, 스텝 S3~S6이 반복되고, 소정 시간마다 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도가 측정된다. 소정 시간마다 측정된 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도는, 제어부(30)에 송신된다.
[시즈닝 처리]
다음으로, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 다음의 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분을 이용한 시즈닝 처리에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 일 실시형태와 관련되는 시즈닝 처리를 나타내는 플로차트이다. 도 7은 일 실시형태와 관련되는 컨디셔닝의 개시 및 종료를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 컨디셔닝 처리의 일례로서, 시즈닝 처리, 드라이 클리닝 처리를 들어 설명한다. 또한, 도 7의 가로축은, 시간을 나타내지만, 제품 웨이퍼 및 더미 웨이퍼의 매수로 표시하는 것도 가능하다.
도 6의 처리가 개시되면, 제어부(30)는, 시즈닝 처리를 개시할지를 판정한다(스텝 S10). 도 7의 예에서는, 미리 정해진 시각 T0에 시즈닝 처리를 개시한다고 설정되어 있다. 따라서, 제어부(30)는, 시각 T0이 되면, 시즈닝 처리를 개시한다고 판정하고, 처리 용기(11) 내의 시즈닝 처리를 실행한다(스텝 S12). 시즈닝 처리에서는, 처리 용기(11) 내를 안정화시키기 위해, 웨이퍼를 처리하는 프로세스 조건과 동일 조건으로 플라즈마를 생성하고, 처리 용기(11) 내에서 플라즈마 처리를 행한다.
시즈닝 처리 중, 소정 간격으로 검출기(40)로부터 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 측정치가 제어부(30)에 보내진다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 제어부(30)는, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 측정치를 취득하고, 그 차분을 산출한다(스텝 S14).
다음으로, 제어부(30)는, 산출한 차분이 정상 범위 내인지를 판정한다(스텝 S16). 도 7의 검은 원은, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분(이하, 간단히 "차분"이라고도 한다)을 나타낸다. 도 7의 시즈닝 중에서는, 최초와 2번째에 산출한 차분은 점선으로 나타낸 정상 범위 외에 플롯되어 있다. 한편, 시즈닝 중의 3번째~6번째에 산출한 차분은 정상 범위 내에 플롯되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제어부(30)는, 스텝 S16에 있어서, 최초와 2번째에 산출한 차분에 대하여, 정상 범위 외라고 판정하고, 스텝 S12로 돌아가 시즈닝 처리를 속행한다. 한편, 제어부(30)는, 스텝 S16에 있어서, 3번째~6번째에 산출한 차분에 대하여, 정상 범위 내라고 판정하고, 스텝 S18로 진행한다.
스텝 S18에 있어서, 제어부(30)는, 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과했는지를 판정한다. 제 2 소정 시간은, 미리 설정된 값으로서, 시즈닝 처리에 의해 처리 용기(11) 내의 환경이 정상의 상태로 안정되었다고 판단할 수 있는 시간이 설정되어 있다.
제어부(30)는, 3번째~5번째에 산출한 차분에 근거하여, 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과하지 않았다고 판정하고, 스텝 S12~스텝 S18의 처리를 반복한다.
한편, 스텝 S18에 있어서, 제어부(30)는, 6번째에 산출한 차분에 근거하여, 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과했다고 판정하여, 시즈닝 처리를 종료하고(스텝 S20), 본 처리를 끝낸다. 도 7의 예에서는, 시각 T1에 있어서 시즈닝 처리를 종료하는 판단이 이루어진다.
이것에 의하면, 제 1 플라즈마 발광 강도와 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분에 근거하여, 처리 용기(11)의 내벽의 상태가 정상 범위인지를 판정한다. 그리고, 판정 결과에 근거하여 처리 용기(11) 내의 내벽의 상태가 정상의 상태로 안정되었다고 판단했을 때에 시즈닝을 종료한다고 판정한다.
[드라이 클리닝 처리]
다음으로, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 다음의 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분을 이용한 드라이 클리닝 처리에 대하여, 도 8 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 8은 일 실시형태와 관련되는 드라이 클리닝 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 8의 드라이 클리닝 처리가 개시되면, 제어부(30)는, 도시하지 않는 반송 암을 제어하여 웨이퍼 W를 처리 용기(11) 내에 반입한다(스텝 S30). 다음으로, 제어부(30)는, 레시피에 설정된 프로세스 조건에 근거하여 HF 파워 및 LF 파워를 인가하고, 소정의 가스를 공급하여 플라즈마를 생성하고, 웨이퍼 W에 플라즈마 처리를 실시한다(스텝 S32).
다음으로, 제어부(30)는, 플라즈마 처리 후, 도시하지 않는 반송 암을 제어하여 웨이퍼 W를 처리 용기(11)로부터 반출입한다(스텝 S34). 다음으로, 제어부(30)는, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 측정치를 취득하고, 그 차분을 산출한다(스텝 S36). 그리고, 제어부(30)는, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분이 제 1 임계치를 넘었는지를 판정한다(스텝 S38). 제 1 임계치는, 벽에 부착물이 퇴적되는 것 등에 의해 처리 용기(11) 내의 벽의 상태가 악화되어, 드라이 클리닝이 필요하다고 판단되는 값으로 미리 설정되어 있다.
스텝 S38에 있어서, 제어부(30)는, 차분이 제 1 임계치를 넘지 않았다고 판정하면, 벽을 포함하는 처리 용기(11) 내의 드라이 클리닝을 개시할 필요는 없다고 판단하고, 스텝 S30으로 돌아간다. 그리고, 제어부(30)는, 다음의 웨이퍼 W를 반입하고, 스텝 S32~S38의 처리를 반복한다.
스텝 S38에 있어서, 제어부(30)는, 차분이 제 1 임계치를 넘었다고 판정하면, 드라이 클리닝을 실행한다(스텝 S40).
도 7의 예에서는, 정상 범위의 상한을 제 1 임계치로 한다. 이 경우, 차분이 제 1 임계치를 넘을 때까지, 웨이퍼 W의 처리가 실행된다.
도 7에서는, 시각 T2의 직전에 나타내는 차분이 제 1 임계치를 넘었다. 따라서, 이 시점에서 드라이 클리닝을 개시한다고 판단한다. 그 결과, 도 7의 예에서는 시각 T2에 드라이 클리닝이 개시되고 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 제어부(30)는, 산출한 차분이 정상 범위 내인지를 판정한다(스텝 S42). 제어부(30)는, 산출한 차분이 정상 범위 내가 될 때까지, 스텝 S40의 드라이 클리닝 처리를 계속한다. 스텝 S42에 있어서, 제어부(30)는, 산출한 차분이 정상 범위 내라고 판정하면, 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 소정 시간 이상 경과했는지를 판정한다(스텝 S44).
제 1 소정 시간은, 미리 설정된 값으로서, 클리닝에 의해 처리 용기(11) 내의 환경이 정상의 상태로 안정되었다고 판단할 수 있는 시간이 설정되어 있다.
제어부(30)는, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분에 근거하여 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 소정 시간 이상 경과하지 않았다고 판정하면, 스텝 S40~스텝 S44의 처리를 반복한다.
한편, 제어부(30)는, 차분에 대하여, 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 소정 시간 이상 경과했다고 판정하면, 드라이 클리닝을 종료한다(스텝 S46). 그리고, 제어부(30)는, 스텝 S30으로 돌아가 그 이후의 처리를 반복한다.
도 7의 예에서는, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분이 제 1 임계치를 넘은 후, 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 처리 시간이 경과한 시각 T3에 드라이 클리닝을 종료한다.
이것에 의해, 도 7의 시각 T3~T4까지 다음의 웨이퍼 W의 처리가 행하여진다. 그리고, 다시, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분이 제 1 임계치를 넘으면, 드라이 클리닝이 필요하다고 판정하고, 시각 T4에 있어서 드라이 클리닝이 개시된다.
또, 도 8의 예에서는, 드라이 클리닝을 종료한 후, 즉시 웨이퍼 W의 처리를 행하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 드라이 클리닝을 종료한 후의 소정 시간, 소정의 막을 프리코팅하고, 그 후에 웨이퍼 W의 처리를 행하더라도 좋다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태와 관련되는 플라즈마 처리에 의하면, 플라즈마의 상태를 검출하는 제 1 플라즈마 발광 강도와, 플라즈마의 상태와 벽의 상태를 검출하는 제 2 플라즈마 발광 강도의 2개의 측정치의 차분으로부터, 벽의 상태를 판정한다. 이것에 의해, 판정한 벽의 상태로부터, 시즈닝의 종료, 드라이 클리닝의 개시 및 드라이 클리닝의 종료를 적정한 타이밍에 행할 수 있다. 이것에 의해, 처리 용기(11) 내에 파티클이 발생하는 등, 처리 용기(11) 내의 환경을 악화시켜, 웨이퍼 처리의 생산성이 저하되는 것을 회피할 수 있다.
[변형예 1]
다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 일 실시형태의 변형예 1과 관련되는 드라이 클리닝 처리에 대하여 설명한다. 도 9는 일 실시형태의 변형예 1과 관련되는 드라이 클리닝 처리를 나타내는 플로차트이다. 도 10은 일 실시형태와 관련되는 검출기(40)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9의 변형예 1과 관련되는 드라이 클리닝 처리의 각 스텝 중, 도 8의 드라이 클리닝 처리와 동일한 처리를 행하는 스텝에는, 동일한 스텝 번호가 부여되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 변형예 1과 관련되는 드라이 클리닝 처리에서는, 제어부(30)는, 처리 용기(11)의 벽의 둘레 방향으로 대략 균등하게 3개 이상의 광축을 갖는 광을 검출기(40)에서 검출한다. 도 10의 예에서는, 5개의 광축을 갖는 광을 검출한다. 복수의 검출기(40)를 이용하여 처리 용기(11)의 벽의 둘레 방향으로 대략 균등하게 3개 이상의 광축을 갖는 광을 검출하더라도 좋다. 제 1 광축 L1은, 플라즈마의 생성 영역 P를 지나고, 처리 용기(11)의 측벽에 이른다. 제 1 광축 L1을 갖는 광은, 제 1 플라즈마 발광 강도를 측정하기 위해 사용된다. 제 2 광축 L2~L5는, 플라즈마의 생성 영역 P를 지나지 않고, 처리 용기(11)의 측벽에 이른다. 제 2 광축 L2~L5를 갖는 광은, 제 2 플라즈마 발광 강도를 각각 측정하기 위해 사용된다.
도 9의 처리가 개시되면, 스텝 S30~S34의 웨이퍼 처리가 행하여진다. 다음으로, 제어부(30)는, 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 측정된 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 광축 L2~L5를 갖는 광을 각각 이용하여 측정된 제 2 플라즈마 발광 강도의 측정치를 취득한다. 그리고, 제어부(30)는, 취득한 제 1 플라즈마 발광 강도와 각각의 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분을 산출한다(스텝 S50). 이것에 의해, 제 1 플라즈마 발광 강도와 복수의 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분(복수의 차분)이 산출된다.
다음으로, 제어부(30)는, 산출한 차분의 적어도 어느 하나가 제 1 임계치를 넘었는지를 판정한다(스텝 S52). 제어부(30)는, 산출한 차분의 전부가 제 1 임계치를 넘지 않았다고 판정한 경우, 드라이 클리닝을 개시할 필요는 없다고 판단한다. 그리고, 제어부(30)는, 스텝 S30으로 돌아가, 다음의 웨이퍼 W를 반입하고, 스텝 S32~S34, S50, S52의 처리를 반복한다.
스텝 S52에 있어서, 제어부(30)는, 산출한 차분 중 적어도 어느 하나가 제 1 임계치를 넘었다고 판정하면, 드라이 클리닝을 실행한다(스텝 S40).
다음으로, 제어부(30)는, 산출한 차분의 전부가 정상 범위 내인지를 판정한다(스텝 S54). 산출한 차분의 전부가 정상 범위 내에 있을 때, 처리 용기(11)의 측벽의 둘레 방향에 있어서의 복수의 포인트(도 10의 포인트 R1~R5)의 전부에 있어서 측벽 상태가 정상이라고 판정할 수 있다. 이것에 의해, 벽의 컨디션이 둘레 방향에서 균일한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 제어부(30)는, 산출한 차분의 전부가 정상 범위 내가 될 때까지, 스텝 S40의 드라이 클리닝 처리를 계속한다. 스텝 S54에 있어서, 제어부(30)는, 산출한 차분의 전부가 정상 범위 내라고 판정하면, 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 소정 시간 이상 경과했는지를 판정한다(스텝 S44).
제어부(30)는, 제 1 플라즈마 발광 강도와 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분의 전부가 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 소정 시간 이상 경과했다고 판정될 때까지, 스텝 S40, S54, S44의 처리를 반복한다.
제어부(30)는, 모든 차분이 정상 범위 내가 되고 나서 제 1 소정 시간 이상 경과했다고 판정하면, 드라이 클리닝을 종료한다(스텝 S46). 그리고, 제어부(30)는, 스텝 S30으로 돌아가 스텝 S30 이후의 처리를 반복한다.
이상 설명한 변형예 1과 관련되는 클리닝 처리에 의하면, 벽의 컨디션이 둘레 방향에서 균일한 것을 확인할 수 있다. 이것에 의해, 둘레 방향에 있어서 벽의 상태의 균질성을 확인할 수 있고, 드라이 클리닝의 개시 및 종료를 보다 적정한 타이밍에 행할 수 있다. 단, 광축이 벽으로 향하는 포인트는 둘레 방향으로 균일하지 않더라도 좋다. 예컨대, 광축이 향하는 포인트는, 측벽이나 천정벽에 점재시키더라도 좋다. 이것에 의해, 처리 용기(11) 내의 내벽의 전체의 상태를 정밀하게 파악할 수 있다.
또, 변형예 1에서는, 클리닝 처리에 대하여 설명했지만, 이것으로 한정되지 않고, 시즈닝의 종료 조건에도 사용할 수 있다. 예컨대, 도 6의 스텝 S18에 있어서, 모든 차분이 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과했다고 판정했을 때에, 시즈닝을 종료시키더라도 좋다.
[변형예 2]
구체적으로, 도 11을 참조하여, 일 실시형태의 변형예 2와 관련되는 시즈닝 처리에 대하여 설명한다. 도 11은 일 실시형태의 변형예 2와 관련되는 시즈닝 처리를 나타내는 플로차트이다. 도 11의 변형예 2와 관련되는 시즈닝 처리의 각 스텝 중, 도 6의 시즈닝 처리와 동일한 처리를 행하는 스텝에는, 동일한 스텝 번호가 부여되어 있다.
변형예 2와 관련되는 시즈닝 처리에서는, 제어부(30)는, 시즈닝 처리를 개시한다고 판정하면(스텝 S10), 처리 용기(11) 내의 시즈닝 처리를 실행한다(스텝 S12).
시즈닝 처리 중, 제어부(30)는, 소정 간격으로 검출기(40)로부터 제 1 광축 L1을 갖는 광을 이용하여 측정된 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 광축 L2~L5를 갖는 광을 각각 이용하여 측정된 제 2 플라즈마 발광 강도의 측정치를 취득한다. 그리고, 제어부(30)는, 취득한 제 1 플라즈마 발광 강도와 각각의 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분을 산출한다(스텝 S60). 이것에 의해, 제 1 플라즈마 발광 강도와 복수의 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분(복수의 차분)이 산출된다.
다음으로, 제어부(30)는, 산출한 모든 차분이 정상 범위 내인지를 판정한다(스텝 S62). 제어부(30)는, 산출한 복수의 차분 중에 정상 범위 외가 있다고 판정한 경우, 스텝 S12로 돌아가 시즈닝 처리를 속행한다. 한편, 제어부(30)는, 산출한 모든 차분이 정상 범위 내라고 판정한 경우, 스텝 S18로 진행한다.
스텝 S18에 있어서, 제어부(30)는, 산출한 모든 차분이 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과했는지를 판정한다. 제어부(30)는, 산출한 모든 차분이 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과하지 않았다고 판정한 경우, 스텝 S12로 돌아가 시즈닝 처리를 속행한다.
한편, 제어부(30)는, 산출한 모든 차분이 정상 범위 내가 되고 나서 제 2 소정 시간 이상 경과했다고 판정한 경우, 시즈닝 처리를 종료하고(스텝 S20), 본 처리를 끝낸다.
이상 설명한 변형예 2와 관련되는 시즈닝 처리에 의하면, 벽의 컨디션이 둘레 방향에서 균일한 것을 확인할 수 있다. 이것에 의해, 둘레 방향에 있어서 벽의 상태의 균질성을 확인할 수 있고, 시즈닝의 종료를 보다 적정한 타이밍에 행할 수 있다.
제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도는, OES를 이용하여 소정의 한 파장의 제 1 플라즈마 발광 강도 및 소정의 한 파장의 제 2 플라즈마 발광 강도를 측정했다. 그리고, 상기 실시형태 및 변형예에서는, 측정한 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분(감산)을 이용하여 벽의 상태를 판정했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 측정한 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 비율(제산)을 이용하여 벽의 상태를 판정하더라도 좋다. 측정한 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 비율(제산)에 의해, 벽의 상태와 플라즈마의 상태의 관계를 규격화할 수 있다. 이것에 의해, 규격화한 벽의 상태와 플라즈마의 상태의 관계에 근거하여, 벽의 상태를 판정할 수 있다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에서는, 제 1 소정 시간 및 제 2 소정 시간을 사용했지만, 시간 대신에 더미 웨이퍼의 매수를 이용하더라도 좋다. 예컨대, 시즈닝 때 및 드라이 클리닝 때에 더미 웨이퍼를 반입하는 경우에는, 반입한 더미 웨이퍼의 매수에 근거하여, 도 6의 스텝 S18, 도 8 및 도 9의 스텝 S44의 판정을 행하더라도 좋다.
또한, 제 1 플라즈마 발광 강도 및 제 2 플라즈마 발광 강도의 측정 타이밍은, 동시이더라도 좋고, 동시가 아니더라도 대략 연속하는 시간이면 된다.
또한, 본 실시형태 및 변형예에서는, 처리 용기(11) 내의 컨디셔닝 처리의 일례로서, 시즈닝 처리, 드라이 클리닝 처리를 들어 설명했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 컨디셔닝 처리는, 처리 용기(11) 내에 소정 막(SiO2막)의 보호막을 피복하는 프리코팅을 행하더라도 좋다. 이 경우, 보호막은, 웨이퍼 처리 때의 프로세스 조건과 상이한 조건으로 플라즈마 처리를 행하는 것에 의해 형성되더라도 좋다.
이번 개시된 일 실시형태와 관련되는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에 있어서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시형태는, 첨부된 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치는, ALD(Atomic Layer Deposition) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입에서도 적용 가능하다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 탑재대(하부 전극)
11 : 처리 용기
13 : 정전 척
15 : 에지 링
16 : 기대
17 : 제 1 고주파 전원
18 : 제 2 고주파 전원
20 : 샤워 헤드(상부 전극)
27 : 배플판
30 : 제어부
40 : 검출기

Claims (11)

  1. 플라즈마 처리 장치 내의 플라즈마 발광 강도를 측정하는 검출기를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    플라즈마의 생성 영역을 지나고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 1 광축을 갖는 제 1 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과,
    플라즈마의 생성 영역을 지나지 않고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 2 광축을 갖는 제 2 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과,
    검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분 또는 비율에 근거하여, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 판정하는 공정
    을 갖는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판정하는 공정은, 판정한 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태에 따라, 상기 플라즈마 처리 장치 내의 컨디셔닝의 개시 및 종료 중 적어도 어느 하나를 판정하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝은, 드라이 클리닝, 시즈닝 및 프리코팅 중 적어도 어느 하나인 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정하는 공정은, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분이 제 1 임계치를 넘었을 때, 드라이 클리닝을 개시한다고 판정하고, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분이 정상 범위에 들어가 있는 상태가 제 1 소정 시간 이상 경과했을 때, 상기 드라이 클리닝을 종료한다고 판정하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 판정하는 공정은, 시즈닝을 개시한 후, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분이 정상 범위에 들어가 있는 상태가 제 2 소정 시간 이상 경과했을 때, 상기 시즈닝을 종료한다고 판정하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기는, 검출하는 광의 방향을 바꾸는 기구를 갖고,
    상기 기구를 이용하여 상기 제 1 광축을 갖는 광 및 상기 제 2 광축을 갖는 광을 검출하는
    플라즈마 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 제 1 광축을 갖는 광을 검출하는 제 1 검출기와, 상기 제 2 광축을 갖는 광을 검출하는 제 2 검출기를 갖고,
    상기 제 1 검출기로부터 상기 제 1 광축을 갖는 광을 검출하고,
    상기 제 2 검출기로부터 상기 제 2 광축을 갖는 광을 검출하는
    플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출하는 공정은, 플라즈마의 생성 영역을 지나지 않고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 둘레 방향의 복수의 포인트에 이르는 복수의 제 2 광축을 갖는 광을 이용하여 측정한 복수의 제 2 플라즈마 발광 강도를 검출하고,
    상기 판정하는 공정은, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 복수의 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분 또는 비율에 근거하여, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 판정하는
    플라즈마 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 판정하는 공정은, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분 중 적어도 어느 하나가 제 1 임계치를 넘었을 때, 드라이 클리닝을 개시한다고 판정하고, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분의 전부가 정상 범위에 들어가 있는 상태가 제 1 소정 시간 이상 경과했을 때, 상기 드라이 클리닝을 종료한다고 판정하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 판정하는 공정은, 검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 각각의 차분의 전부가 정상 범위에 들어가 있는 상태가 제 2 소정 시간 이상 경과했을 때, 시즈닝을 종료한다고 판정하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 처리 용기와, 상기 처리 용기 내의 플라즈마 발광 강도를 측정하는 검출기와, 제어부를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 제어부는,
    플라즈마의 생성 영역을 지나고, 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 1 광축을 갖는 제 1 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과,
    플라즈마의 생성 영역을 지나지 않고, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽에 이르는 제 2 광축을 갖는 제 2 플라즈마 발광 강도를 상기 검출기에서 검출하는 공정과,
    검출한 상기 제 1 플라즈마 발광 강도와 상기 제 2 플라즈마 발광 강도의 차분 또는 비율에 근거하여, 상기 플라즈마 처리 장치의 내벽의 상태를 판정하는 공정
    을 실행하는
    플라즈마 처리 장치.
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