KR20220011582A - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

배치대의 배치면에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시킨다. 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기 내로 기판을 반입하여 처리 용기 내의 배치대의 배치면 상에 배치하는 공정과, 처리 용기 내에서 제 1 가스를 플라즈마화함으로써, 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 공정과, 처리 용기 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 플라즈마 처리의 실행 시에 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물의 표면을 피복하는 막을 형성하는 공정과, 처리 용기 내의 부재의 표면에 막이 형성된 상태에서, 배치대의 배치면 상의 기판을 처리 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함한다.

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.
종래, 플라즈마를 이용하여 반도체 웨이퍼 등의 기판에 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다. 이러한 플라즈마 처리 장치는, 예를 들면, 진공 공간을 구성 가능한 처리 용기 내에, 기판을 배치하기 위한 배치대를 가진다. 배치대의 내부에는, 리프터 핀이 수용되어 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 처리가 실시된 기판을 처리 용기 내로부터 반출하는 경우에, 구동 기구에 의해 배치대로부터 리프터 핀을 돌출시켜, 리프터 핀으로 배치대의 배치면으로부터 기판을 상승시킨다. 또한, 플라즈마 처리 장치에서는, 배치대가 0℃ 이하의 온도까지 냉각된 상태에서 플라즈마 처리가 행해지는 경우가 있다.
일본특허공개공보 2016-207840호 일본특허공개공보 2017-103388호
본 개시는, 배치대의 배치면에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시킬 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 일태양에 따른 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기 내로 기판을 반입하여 상기 처리 용기 내의 배치대의 배치면 상에 배치하는 공정과, 상기 처리 용기 내에서 제 1 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 공정과, 상기 처리 용기 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 플라즈마 처리의 실행 시에 상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물의 표면을 피복하는 막을 형성하는 공정과, 상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 상기 막이 형성된 상태에서, 상기 배치대의 배치면 상의 기판을 상기 처리 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함한다.
본 개시에 따르면, 배치대의 배치면에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시킬 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 2a는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 실행되는 경우의 처리 용기 내의 상태의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 2b는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 실행되는 경우의 처리 용기 내의 상태의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 2c는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 실행되는 경우의 처리 용기 내의 상태의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 2d는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 실행되는 경우의 처리 용기 내의 상태의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 3은 가스종마다, 플라즈마에 놓여진 기판 상의 노출된 막의 상태를 비교한 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는 비교예 1에 따른 처리 후의 기판 상의 노출된 막의 상태와, 실험예 1에 따른 처리 후의 기판 상의 노출된 막의 상태를 비교한 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 보호막의 두께와 처리 용기 내의 클리닝 시의 트러블의 유무와의 관계를 조사한 실험 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실행에 이용되는 플라즈마 처리 장치(10)의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 각종 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
그런데, 플라즈마 처리 장치에서는, 기판에 대한 플라즈마 처리가 행해질 시에, 반응 생성물이 생성되고, 처리 용기의 내벽 등에 부착하여 퇴적된다. 처리 용기의 내벽 등에 퇴적된 반응 생성물의 일부는, 반응 생성물로부터 휘발(이탈)하여 가스로서 처리 용기 내를 부유하고, 배치대의 배치면에 다시 부착하는 경우가 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치에서는, 플라즈마 처리가 실시된 기판이 처리 용기 내로부터 반출되면, 처리 용기 내에서 배치대의 배치면이 노출되므로, 노출된 배치대의 배치면에 반응 생성물이 부착하는 경우가 있다. 특히, 배치대가 0℃ 이하의 온도까지 냉각된 상태에서 플라즈마 처리가 행해지는 경우, 휘발성 가스로서 부유하는 반응 생성물의 응축이 일어나기 쉽기 때문에, 반응 생성물이 배치대의 배치면에 부착하기 쉬워진다. 배치대의 배치면에 대한 반응 생성물의 부착은, 배치대의 배치면에 대한 기판의 흡착 불량 등의 이상을 일으키는 요인이 되어, 바람직하지 않다.
[일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름의 일례]
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 흐름의 일례를 나타내는 순서도이다.
먼저, 처리 용기 내로 기판을 반입한다(단계(S101)). 예를 들면, 처리 용기 내로 기판을 반입하여 처리 용기 내의 배치대의 배치면 상에 배치한다.
이어서, 처리 용기 내에서 제 1 가스를 플라즈마화함으로써, 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행한다(단계(S102)). 기판에 대한 플라즈마 처리는, 예를 들면, 배치대의 온도가 0℃ 이하로 유지된 상태에서, 실행된다. 기판에 대한 플라즈마 처리는, 예를 들면, 에칭 처리이다. 기판에 대한 플라즈마 처리가 실행됨으로써, 처리 용기 내의 부재의 표면에 반응 생성물이 부착한다. 처리 용기 내의 부재란, 예를 들면, 처리 용기의 내벽 등을 포함하는 부재이다.
이어서, 처리 용기 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 처리 용기 내의 부재의 표면에 보호막을 형성한다(단계(S103)). 보호막은, 플라즈마 처리의 실행 시에 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물의 표면을 피복한다. 이 때, 배치대의 배치면 상의 기판의 표면이 반응 생성물의 표면과 함께 보호막으로 피복된다.
이어서, 처리 용기 내의 부재의 표면에 보호막이 형성된 상태에서, 배치대의 배치면 상의 기판을 처리 용기 내로부터 반출한다(단계(S104)).
처리 용기 내로부터 기판이 반출되면, 처리 용기 내를 클리닝한다(단계(S105)). 클리닝에서는, 예를 들면, 처리 용기 내로 더미 기판을 반입하여 배치대의 배치면 상에 배치하고, 처리 용기 내에서 제 3 가스를 플라즈마화함으로써, 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물을 보호막과 함께 제거한다.
처리 용기 내로부터 반출된 기판은, 애싱 처리 또는 웨트 에칭 처리를 실행 가능한 다른 장치의 처리 용기 내로 반입된다. 그리고, 다른 장치의 처리 용기 내에서 애싱 처리 또는 웨트 에칭 처리를 실행함으로써, 기판의 표면을 피복하는 보호막을 제거한다(단계(S106)). 이 때, 기판 상의 마스크로서, 레지스트 또는 아몰퍼스 카본 등의 탄소 함유 마스크가 이용되고 있는 경우, 기판의 표면을 피복하는 보호막과 함께 기판 상의 마스크를 제거한다.
이 후, 처리를 종료할지 여부를 판정한다(단계(S107)). 처리를 종료하지 않는다고 판정한 경우(단계(S107) : No), 단계(S101)로 돌아와, 다음의 기판을 처리 용기 내로 반입하고, 단계(S106)까지의 처리를 반복한다. 한편, 처리를 종료한다고 판정한 경우(단계(S107) : Yes), 처리를 종료한다.
또한 단계(S107)에 있어서의 판정은, 예를 들면, 플라즈마 처리가 실시된 기판의 매수가 정해진 매수에 달했는지 여부에 기초하여 행한다.
[일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 실행되는 경우의 처리 용기 내의 상태]
도 2a ~ 도 2d는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법이 실행되는 경우의 처리 용기 내의 상태의 일례에 대하여 설명하기 위한 도이다. 도 2a ~ 도 2d를 참조하여, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 대하여 더 설명한다.
도 2a는 단계(S102)의 플라즈마 처리가 실행됨으로써, 처리 용기(1) 내의 부재의 표면에 반응 생성물(201)이 부착한 상태를 나타낸다. 도 2a에 있어서는, 처리 용기(1) 내의 부재인, 처리 용기(1)의 내벽 및 처리 용기(1) 내의 배치대(2)의 측벽의 표면에 반응 생성물(201)이 부착하고 있다. 또한, 처리 용기(1) 내의 부재에 부착한 반응 생성물(201)의 일부는, 휘발(이탈)하여 휘발성 가스(201a)로서 처리 용기(1) 내를 부유하고 있다. 도 2a의 상태인 채로, 플라즈마 처리가 실시된 기판(W)이 처리 용기(1) 내로부터 반출되면, 처리 용기(1) 내에서 배치대(2)의 배치면(6e)이 노출되고, 노출된 배치대(2)의 배치면(6e)을 향해 휘발성 가스(201a)가 끌어당겨진다. 이 때문에, 노출된 배치대(2)의 배치면(6e)에 휘발성 가스(201a)에 기초하는 반응 생성물이 부착할 가능성이 있다. 특히, 배치대(2)가 0℃ 이하의 온도까지 냉각된 상태에서 단계(S102)의 플라즈마 처리가 행해지는 경우, 휘발성 가스(201a)로서 부유하는 반응 생성물의 응축이 일어나기 쉽기 때문에, 휘발성 가스(201a)에 기초하는 반응 생성물이 배치대(2)의 배치면(6e)에 부착하기 쉬워진다. 배치대(2)의 배치면(6e)으로의 반응 생성물의 부착은, 배치대(2)의 배치면(6e)에 대한 기판(W)의 흡착 불량 등의 이상을 일으키는 요인이 되어, 바람직하지 않다.
따라서, 일실시 형태에서는, 단계(S102)의 플라즈마 처리의 실행 후에, 처리 용기(1) 내의 부재의 표면에, 반응 생성물(201)의 표면을 피복하는 보호막(211)을 형성한다(단계(S103), 도 2b). 즉, 처리 용기(1) 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 처리 용기(1) 내의 부재의 표면에 보호막(211)을 형성한다. 보호막(211)은, 반응 생성물(201)의 표면과 함께 배치대(2)의 배치면(6e) 상의 기판(W)의 표면을 피복한다. 그리고, 처리 용기(1) 내의 부재의 표면에 보호막(211)이 형성된 상태에서, 배치대(2)의 배치면(6e) 상의 기판(W)을 처리 용기(1) 내로부터 반출한다(단계(S104)).
이와 같이, 단계(S102)의 플라즈마 처리의 실행 후에, 처리 용기(1) 내의 부재의 표면에, 반응 생성물(201)의 표면을 피복하는 보호막(211)을 형성함으로써, 기판(W)의 반출 시에 노출되는 배치대(2)의 배치면(6e)에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시킬 수 있다. 예를 들면, 배치대(2)의 배치면(6e) 상의 기판(W)이 처리 용기(1) 내로부터 반출되면, 도 2c에 나타내는 바와 같이, 처리 용기(1) 내에서 배치대(2)의 배치면(6e)이 노출된다. 그러나 도 2c에 있어서는, 반응 생성물(201)의 표면을 피복하는 보호막(211)이 형성되어 있기 때문에, 반응 생성물(201)로부터 휘발(이탈)하는 휘발성 가스(201a)(도 2a 참조)가 보호막(211)에 의해 차단된다. 이에 의해, 처리 용기(1) 내에서의 휘발성 가스(201a)의 부유를 억제할 수 있고, 결과로서, 배치대(2)의 배치면(6e)에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시킬 수 있다.
처리 용기(1) 내로부터 기판(W)이 반출된 후에, 처리 용기(1) 내를 클리닝한다(단계(S105), 도 2d). 클리닝에서는, 예를 들면, 처리 용기(1) 내로 더미 기판(W′)을 반입하여 배치대(2)의 배치면(6e) 상에 배치하고, 처리 용기(1) 내에서 제 3 가스를 플라즈마화함으로써, 처리 용기(1) 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물(201)을 보호막(211)과 함께 제거한다. 또한, 처리 용기(1) 내로 더미 기판(W′)을 반입하지 않고, 처리 용기(1) 내에서 제 3 가스를 플라즈마화함으로써, 클리닝을 행해도 된다. 한편, 처리 용기(1) 내로부터 기판(W)이 반출된 후에, 기판(W)의 표면을 피복하는 보호막(211)을 제거한다(단계(S106)). 이 때, 기판(W) 상의 마스크로서, 레지스트 또는 아몰퍼스 카본 등의 탄소 함유 마스크가 이용되고 있는 경우, 기판(W)의 표면을 피복하는 보호막(211)과 함께 기판(W) 상의 마스크도 제거한다.
[보호막의 형성에 이용하는 제 2 가스의 선정]
보호막의 형성에 이용하는 제 2 가스는, 단계(S102)의 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행함으로써 노출된 기판 상의 막의 표면(상면, 측면)에 대하여 에천트로서 기능하지 않는 가스인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명자들은, 각종의 가스에 관하여, 기판 상의 노출된 막의 표면에 대한 에천트로서의 기능의 유무에 대하여 조사했다. 실험에서는, 실리콘 기판 상에 적층된 실리콘 산화막(이하 'SiO2막'이라 칭함)을 기판 상의 노출된 막으로서 가지는 기판을 CF4, CH4 및 C4F8 각각의 플라즈마에 노출시켰다. SiO2막에는, 패턴이 형성되어 있다. 도 3은 가스종마다, 플라즈마에 노출된 기판 상의 에칭 대상막의 상태를 비교한 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 3에 있어서, 'Initial'은, 단계(S102)의 플라즈마 처리를 실행함으로써 SiO2막 상에 형성된 개구부를 가지는 마스크를 통하여, SiO2막에 홀 형상의 패턴을 에칭 가공한 후의 기판을 나타낸다. 또한, 실험의 효과를 알기 쉽게 하기 위하여, 에칭 가공 후, 마스크를 제거한 것을 이용하고 있으며, SiO2막의 상면과 측면이 노출되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, CF4 또는 C4F8를 이용하는 경우, 기판 상의 노출된 막인 SiO2막이 깎여, 그 막 두께가 감소하고 있다. 이에 대하여, CH4를 이용하는 경우, 기판 상의 SiO2막의 상면 및 SiO2막의 패턴 저부에 퇴적물이 퇴적되어 있다. 이와 같이, 도 3의 결과로부터, 할로겐을 포함하지 않는 탄소 함유 가스를 이용함으로써, 기판 상의 노출된 막의 패턴 형상을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 보호막의 형성에 이용하는 제 2 가스는, 할로겐을 포함하지 않는 탄소 함유 가스인 것이 바람직하며, 탄화수소 가스인 것이 보다 바람직하다.
또한 상기 실시 형태에서는, 단계(S102)의 기판에 대한 플라즈마 처리를 에칭 처리라 하고, 에칭 대상막 및 에칭 처리 후에 노출된 기판 상의 막을 SiO2막이라 했지만, 개시 기술은 임의의 에칭 대상막에 채용될 수 있다. 예를 들면, 에칭 대상막은, 실리콘 질화막(SiN막), 실리콘 탄화막(SiC막) 등의 단층막, 또는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 교호로 적층된 적층막(ON 적층막)이어도 된다. 또한, 단결정 실리콘(Si), 다결정 실리콘(Poly-Si), 아몰퍼스 실리콘(αSi) 등의 실리콘막이어도 되고, 실리콘 산화막과 다결정 실리콘이 교호로 적층된 적층막(OP적층막)이어도 된다. 또한, SiOCH 구조를 가지는 저유전율막이어도 된다. 이들을 총괄하여, '실리콘 함유막'이라 칭한다. 또한, 에칭 대상막이 에칭되어, 하지막까지 도달했을 때, 하지막이 노출된다. 하지막으로서는, 티탄(Ti) 또는 텅스텐(W), 구리(Cu) 등의 금속막 또는 실리콘막이 이용된다. 에칭의 마스크로서, 질화 티탄(TiN) 또는 텅스텐(W) 등의 금속막 또는 실리콘막이 이용되고 있고, 에칭 처리 후, 기판 상에서 노출된 상태가 된다.
이들 실리콘 함유막 및 금속막에 대하여, SiO2막과 마찬가지로, 보호막의 형성에 이용하는 제 2 가스는, 에천트로서 기능하지 않는 가스인 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 함유막 및 금속막은 할로겐이 포함되는 환경 하에서는 깎이기 쉬운 것은 알려져 있기 때문에, 기판 상의 노출된 막이 실리콘 함유막 및 금속막인 경우도, SiO2막인 경우와 마찬가지로, 보호막의 형성에 이용하는 제 2 가스는, 할로겐을 포함하지 않는 탄소 함유 가스인 것이 바람직하며, 탄화수소 가스인 것이 보다 바람직하다.
[보호막의 제거]
상기와 같이, 기판의 표면을 피복하는 보호막은, 처리 용기 내로부터 기판이 반출된 후에 제거된다(단계(S106)). 또한, 기판 상의 마스크로서 탄소 함유 마스크를 이용한 경우, 기판의 표면을 피복하는 보호막과 동시에 기판 상의 마스크도 제거된다. 본 발명자들은, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법으로 기판을 에칭 처리하고, 마스크의 제거 후의 에칭 대상막의 패턴 형상, 즉, 기판 상의 노출된 막의 패턴 형상을 조사했다. 도 4는 비교예 1에 따른 처리 후의 기판 상의 에칭 대상막의 상태와, 실험예 1에 따른 처리 후의 기판 상의 에칭 대상막의 상태를 비교한 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 4에 있어서, 'Etch → Depo → Ash'는, 실험예 1의 결과이며, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법으로 기판을 에칭 처리하고, 마스크를 제거한 경우이다. 또한, 'Etch → Ash'는, 비교예 1의 결과이며, 보호막을 형성하지 않고 기판을 에칭 처리하고, 마스크를 제거한 경우이다. 또한, 실험에서는, 실리콘 기판 상에 SiO2막을 에칭 대상막으로서 가지는 기판이 이용되었다. 또한, 기판 상의 마스크는, 탄소 함유 마스크이며, 단계(S106)에 있어서 산소의 플라즈마를 이용하여 제거되었다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실험예 1에 의한 처리 후의 에칭 대상막의 패턴 형상, 즉, 기판 상의 노출된 막의 패턴 형상은, 비교예 1에 의한 처리 후의 에칭 대상막의 패턴 형상과 거의 동등했다. 이와 같이, 도 4의 결과로부터, 기판의 표면을 피복하는 보호막은, 기판 상의 마스크(즉, 탄소 함유 마스크)와 동시에 적절하게 제거되는 것이 확인되었다.
[보호막의 최소 막 두께]
처리 용기 내의 부재의 표면에 보호막이 형성되었다 하더라도, 보호막이 얇은 경우에는, 반응 생성물로부터 이탈하는 휘발성 가스가 보호막을 투과하여 처리 용기 내를 부유하기 때문에, 휘발성 가스에 기초하는 반응 생성물이 노출된 배치대의 배치면에 부착할 가능성이 있다. 따라서, 보호막의 두께와 처리 용기 내의 클리닝 시의 트러블의 유무와의 관계에 대하여 조사했다.
도 5는 보호막의 두께와 처리 용기 내의 클리닝 시의 트러블의 유무와의 관계를 조사한 실험 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 5에 나타내는 실험에서는, 단계(S103)에서 형성되는 보호막의 두께를 5 종류로 설정하고, 단계(S105)의 클리닝의 실행 중에, 배치대의 배치면과 더미 기판과의 사이로 공급되는 전열 가스(He 가스)의 리크량을 측정함으로써, 트러블의 유무를 조사했다. 보호막의 두께를 0(nm), 25(nm), 50(nm), 100(nm), 150(nm)의 5 종류로 설정했다. 또한, 단계(S104)의 배치대의 배치면 상의 기판을 처리 용기 내로부터 반출하여, 단계(S105)의 처리 용기 내로 더미 기판을 반입하여 배치대의 배치면 상에 배치할 때까지의 동안, 600초의 간격을 두고 있다. 이는, 통상의 기판의 반출, 및 더미 기판의 반입에 걸리는 시간보다 충분히 길다. 그리고, 배치대의 배치면과 더미 기판과의 사이로 공급되는 전열 가스의 리크량이 미리 정해진 허용 스펙을 초과하는 경우, 트러블의 발생이 있다고 판단되었다. 한편, 전열 가스의 리크량이 허용 스펙 이하인 경우, 트러블의 발생이 없다고 판단되었다. 또한, 배치대의 배치면에 반응 생성물이 부착함으로써, 배치대의 배치면에 대한 더미 기판의 흡착력이 저하되고, 결과로서, 전열 가스의 리크량이 증대하는 것이라고 상정된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 보호막의 두께가 100(nm) 이상인 경우, 처리 용기 내의 클리닝 시의 트러블의 발생이 없었다. 즉, 도 5의 결과로부터, 보호막이 100(nm) 이상의 두께인 경우, 휘발성 가스가 보호막을 투과하기 어려워져, 휘발성 가스에 기초하는 반응 생성물이 배치대의 배치면에 부착하는 것이 억제되는 것이 확인되었다. 따라서, 보호막은, 100 nm 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
[일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례]
도 6은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법의 실행에 이용되는 플라즈마 처리 장치(10)의 일례를 나타내는 도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위가 된 처리 용기(1)를 가지고 있다. 이 처리 용기(1)는, 원통 형상이 되고, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있다. 처리 용기(1)는, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획 형성한다. 처리 용기(1) 내에는, 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 수평으로 지지하는 배치대(2)가 마련되어 있다. 배치대(2)는, 기재(베이스)(2a) 및 정전 척(ESC : Electrostatic chuck)(6)을 포함하여 구성되어 있다. 기재(2a)는, 도전성의 금속, 예를 들면 알루미늄 등으로 구성되어 있고, 하부 전극으로서의 기능을 가진다. 정전 척(6)은, 기판(W)을 정전 흡착하기 위한 기능을 가진다. 배치대(2)는, 지지대(4)에 지지되어 있다. 지지대(4)는, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 지지 부재(3)에 지지되어 있다. 또한, 배치대(2)의 상방의 외주에는, 예를 들면 단결정 실리콘으로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 또한, 처리 용기(1) 내에는, 배치대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(3a)가 마련되어 있다.
기재(2a)에는, 제 1 정합기(11a)를 개재하여 제 1 RF 전원(10a)이 접속되고, 또한, 제 2 정합기(11b)를 개재하여 제 2 RF 전원(10b)이 접속되어 있다. 제 1 RF 전원(10a)은, 플라즈마 발생용의 것이며, 이 제 1 RF 전원(10a)으로부터는 정해진 주파수의 고주파 전력이 배치대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 제 2 RF 전원(10b)은, 이온 인입용(바이어스용)의 것이며, 이 제 2 RF 전원(10b)으로부터는 제 1 RF 전원(10a)보다 낮은 정해진 주파수의 고주파 전력이 배치대(2)의 기재(2a)에 공급되도록 구성되어 있다. 이와 같이, 배치대(2)는 전압 인가 가능하게 구성되어 있다. 한편, 배치대(2)의 상방에는, 배치대(2)와 평행하게 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 가지는 샤워 헤드(16)가 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)와 배치대(2)는, 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능한다.
정전 척(6)은, 상면이 평탄한 원반 형상으로 형성되고, 당해 상면이 기판(W)이 배치되는 배치면(6e)으로 되어 있다. 정전 척(6)은, 해당 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 인가됨으로써, 쿨롱력에 의해 기판(W)이 흡착되도록 구성되어 있다.
배치대(2)의 내부에는, 냉매 유로(2d)가 형성되어 있고, 냉매 유로(2d)에는, 냉매 입구 배관(2b), 냉매 출구 배관(2c)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매 유로(2d) 내에 적절한 냉매, 예를 들면 냉각수 등을 순환시킴으로써, 배치대(2)를 정해진 온도로 제어 가능하게 구성되어 있다. 또한, 배치대(2) 등을 관통하도록, 기판(W)의 이면으로 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백 사이드 가스)를 공급하기 위한 가스 공급관(30)이 마련되어 있고, 가스 공급관(30)은, 도시하지 않는 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들 구성에 의해, 배치대(2)의 상면에 정전 척(6)에 의해 흡착 유지된 기판(W)을, 정해진 온도로 제어한다.
배치대(2)에는, 복수, 예를 들면 3 개의 핀용 관통홀(200)이 마련되어 있고(도 6에는 1 개만 나타냄), 이들 핀용 관통홀(200)의 내부에는, 각각 리프터 핀(61)이 배치되어 있다. 리프터 핀(61)은, 승강 기구(62)에 접속되어 있다. 승강 기구(62)는, 리프터 핀(61)을 승강시켜, 배치대(2)의 배치면(6e)에 대하여 리프터 핀(61)을 출몰 가능하게 동작시킨다. 리프터 핀(61)을 상승시킨 상태에서는, 리프터 핀(61)의 선단이 배치대(2)의 배치면(6e)으로부터 돌출하여, 배치대(2)의 배치면(6e)의 상방에 기판(W)을 유지한 상태가 된다. 한편, 리프터 핀(61)을 하강시킨 상태에서는, 리프터 핀(61)의 선단이 핀용 관통홀(200) 내에 수용되고, 기판(W)이 배치대(2)의 배치면(6e)에 배치된다. 이와 같이, 승강 기구(62)는, 리프터 핀(61)에 의해 배치대(2)의 배치면(6e)에 대하여 기판(W)을 승강시킨다. 또한, 승강 기구(62)는, 리프터 핀(61)을 상승시킨 상태에서는, 리프터 핀(61)에 의해 배치대(2)의 배치면(6e)의 상방에 기판(W)을 유지한다.
상기한 샤워 헤드(16)는, 처리 용기(1)의 천벽 부분에 마련되어 있다. 샤워 헤드(16)는, 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(95)를 개재하여 처리 용기(1)의 상부에 지지된다. 본체부(16a)는, 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)는, 내부에 가스 확산실(16c)이 마련되어 있다. 또한, 본체부(16a)는, 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 저부에, 다수의 가스 통류홀(16d)이 형성되어 있다. 또한, 상부 천판(16b)은, 당해 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입홀(16e)이, 상기한 가스 통류홀(16d)과 중첩되도록 마련되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)로 공급된 처리 가스는, 가스 통류홀(16d) 및 가스 도입홀(16e)을 거쳐 처리 용기(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급된다.
본체부(16a)에는, 가스 확산실(16c)로 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16g)가 형성되어 있다. 가스 도입구(16g)에는, 가스 공급 배관(15a)의 일단이 접속되어 있다. 이 가스 공급 배관(15a)의 타단에는, 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(가스 공급부)(15)이 접속된다. 가스 공급 배관(15a)에는, 상류측으로부터 차례로 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(15b), 및 개폐 밸브(V2)가 마련되어 있다. 가스 확산실(16c)에는, 가스 공급 배관(15a)을 거쳐, 처리 가스 공급원(15)으로부터 각종 처리 가스가 공급된다. 처리 가스 공급원(15)은, 복수의 가스 소스를 가지고 있다. 복수의 가스 소스는, 탄화수소 가스의 가스 소스, 산소 원자를 가지는 가스(산소 가스 등)의 소스, 및 불활성 가스의 소스 등의 각종의 가스의 소스를 포함할 수 있다. 불활성 가스로서는, 질소 가스, Ar 가스, He 가스와 같은 임의의 가스가 이용될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 장치(10)는, 처리 가스 공급원(15)의 복수의 가스 소스 중 선택된 하나 이상의 가스 소스로부터의 가스를, 개별로 조정된 유량으로, 처리 용기(1) 내에 공급하는 것이 가능하다.
상기한 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에는, 로우패스 필터(LPF)(71)를 개재하여 가변 직류 전원(72)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(72)은, 온·오프 스위치(73)에 의해 급전의 온·오프가 가능하게 구성되어 있다. 가변 직류 전원(72)의 전류·전압 그리고 온·오프 스위치(73)의 온·오프는, 후술하는 제어부(100)에 의해 제어된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 제 1 RF 전원(10a), 제 2 RF 전원(10b)으로부터 고주파가 배치대(2)에 인가되어 처리 공간에 플라즈마가 발생할 시에는, 필요에 따라 제어부(100)에 의해 온·오프 스위치(73)가 온이 되어, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 정해진 직류 전압이 인가된다.
처리 용기(1)의 측벽으로부터 샤워 헤드(16)의 높이 위치보다 상방으로 연장되도록 원통 형상의 접지 도체(1a)가 마련되어 있다. 이 원통 형상의 접지 도체(1a)는, 그 상부에 천벽을 가지고 있다.
처리 용기(1)의 저부에는, 배기구(81)가 형성되어 있다. 배기구(81)에는, 배기관(82)을 개재하여 배기 장치(83)가 접속되어 있다. 배기 장치(83)는, 진공 펌프를 가지고 있고, 이 진공 펌프를 작동시킴으로써 처리 용기(1) 내를 정해진 진공도까지 감압할 수 있도록 구성되어 있다. 한편, 처리 용기(1) 내의 측벽에는, 기판(W)의 반입반출구(84)가 마련되어 있고, 이 반입반출구(84)에는, 당해 반입반출구(84)를 개폐하는 게이트 밸브(85)가 마련되어 있다.
처리 용기(1)의 측부 내측에는, 내벽면을 따라 퇴적물 실드(86)가 마련되어 있다. 퇴적물 실드(86)는, 처리 용기(1)에 에칭 부생성물(퇴적물)이 부착하는 것을 방지한다. 이 퇴적물 실드(86)의 기판(W)과 대략 동일한 높이 위치에는, 그라운드에 대한 전위가 제어 가능하게 접속된 도전성 부재(GND 블록)(89)가 마련되어 있고, 이에 의해 이상 방전이 방지된다. 또한, 퇴적물 실드(86)의 하단부에는, 내벽 부재(3a)를 따라 연장되는 퇴적물 실드(87)가 마련되어 있다. 퇴적물 실드(86, 87)는 착탈 가능하게 되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이, 프로세서 및 메모리 등을 포함하는 제어부(100)를 구비한다. 제어부(100)는, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 제어부(100)는, 구체적으로, 제어 신호를 이용하여, 처리 가스 공급원(15)으로부터의 가스의 선택 및 유량, 배기 장치(83)의 배기, 제 1 RF 전원(10a) 및 제 2 RF 전원(10b)으로부터의 전력 공급, 가변 직류 전원(72)으로부터의 전압 인가, 리프터 핀(61)의 승강 등을 제어한다. 또한, 본 명세서에 있어서 개시되는 플라즈마 처리 방법의 각 공정은, 제어부(100)에 의한 제어에 의해 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 동작시킴으로써 실행될 수 있다. 제어부(100)의 메모리에는, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램, 및, 당해 방법의 실행에 이용되는 각종의 데이터가, 읽어내기 가능하게 저장되어 있다.
[실시 형태의 효과]
실시 형태에 따른 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기 내로 기판을 반입하여 처리 용기 내의 배치대의 배치면 상에 배치하는 공정과, 처리 용기 내에서 제 1 가스를 플라즈마화함으로써, 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 공정과, 처리 용기 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 플라즈마 처리의 실행 시에 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물의 표면을 피복하는 막을 형성하는 공정과, 처리 용기 내의 부재의 표면에 막이 형성된 상태에서, 배치대의 배치면 상의 기판을 처리 용기 내로부터 반출하는 공정을 포함한다. 이에 의해, 배치대의 배치면에 대한 반응 생성물의 부착을 저감시킬 수 있다.
또한, 실시 형태에 있어서, 반출하는 공정 후에, 처리 용기 내에서 제 3 가스를 플라즈마화함으로써, 반응 생성물을 막과 함께 제거하는 공정을 더 포함해도 된다. 이에 의해, 반응 생성물의 표면을 피복하는 보호막을 반응 생성물과 동시에 제거할 수 있다.
또한, 실시 형태에 있어서의 막을 형성하는 공정에 있어서, 기판의 표면이 반응 생성물의 표면과 함께 막으로 피복되어도 된다. 또한, 실시 형태에 있어서, 반출하는 공정 후에, 반출된 기판의 표면을 피복하는 막과 함께 기판 상의 마스크를 제거하는 공정을 더 포함해도 된다. 이에 의해, 기판의 표면을 피복하는 보호막을 기판 상의 마스크와 함께 적절히 제거할 수 있고, 결과로서, 마스크 아래의 패턴 형상을 유지 가능하다.
또한, 실시 형태에 있어서, 제 2 가스는, 기판 상의 노출된 막에 대하여 에천트로서 기능하지 않는 가스여도 된다. 이에 의해, 보호막의 형성 시에 기판 상의 노출된 막의 패턴 형상을 유지 가능하다.
또한, 실시 형태에 있어서, 기판 상의 노출된 막은, 실리콘 산화막(SiO2막)이며, 제 2 가스는, 할로겐을 포함하지 않는 탄소 함유 가스여도 된다. 또한, 실시 형태에 있어서, 제 2 가스는, 탄화수소 가스여도 된다. 이에 의해, 보호막의 형성 시에 기판 상의 노출된 막인 SiO2막의 패턴 형상을 유지 가능하다.
또한, 실시 형태에 있어서의 막을 형성하는 공정에 있어서, 막은, 100 nm 이상의 두께로 처리 용기 내의 부재의 표면에 형성되어도 된다. 이에 의해, 반응 생성물로부터 이탈하는 휘발성 가스가 보호막을 투과하기 어려워지고, 결과로서, 휘발성 가스에 기초하는 반응 생성물이 배치대의 배치면에 부착하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 실시 형태에 있어서, 처리 용기 내의 부재의 표면 온도는, 플라즈마 처리의 실행 시의 배치대의 온도 이하이며, 막으로부터 이탈하는 가스는, 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착하지 않는 성질을 가져도 된다. 이에 의해, 처리 용기 내의 부재의 표면 온도가 낮은 경우라도, 막으로부터 이탈하는 가스가 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(10)였지만, 임의의 플라즈마 처리 장치(10)에 채용될 수 있다. 예를 들면, 플라즈마 처리 장치(10)는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치(10), 마이크로파와 같은 표면파에 의해 가스를 여기시키는 플라즈마 처리 장치(10)와 같이, 임의의 타입의 플라즈마 처리 장치(10)여도 된다.

Claims (9)

  1. 처리 용기 내로 기판을 반입하여 상기 처리 용기 내의 배치대의 배치면 상에 배치하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에서 제 1 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 플라즈마 처리의 실행 시에 상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물의 표면을 피복하는 막을 형성하는 공정과,
    상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 상기 막이 형성된 상태에서, 상기 배치대의 배치면 상의 기판을 상기 처리 용기 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반출하는 공정 후에, 상기 처리 용기 내에서 제 3 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 반응 생성물을 상기 막과 함께 제거하는 공정을 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 막을 형성하는 공정에 있어서,
    상기 기판의 표면이 상기 반응 생성물의 표면과 함께 상기 막으로 피복되고,
    상기 반출하는 공정 후에, 반출된 상기 기판의 표면을 피복하는 상기 막을 제거하는 공정을 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 가스는, 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 의해 상기 기판 상에서 노출되는 막의 표면에 대하여 에천트로서 기능하지 않는 가스인, 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 상에서 노출되는 막은, 실리콘 함유막 또는 금속막이며,
    상기 제 2 가스는, 할로겐을 포함하지 않는 탄소 함유 가스인, 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 가스는, 탄화수소 가스인, 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막을 형성하는 공정에 있어서,
    상기 막은, 100 nm 이상의 두께로 상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 형성되는, 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 막으로부터 이탈하는 가스는, 상기 배치대의 온도가 상기 플라즈마 처리의 실행 시의 온도일 때의 상기 배치대의 표면에는 부착하지 않는 성질을 가지는, 플라즈마 처리 방법.
  9. 처리 공간을 제공하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 마련되고, 기판을 배치 가능한 배치면을 가지는 배치대와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    제어부
    를 가지고,
    상기 제어부는,
    처리 용기 내로 기판을 반입하여 상기 처리 용기 내의 배치대의 배치면 상에 배치하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에서 제 1 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 기판에 대한 플라즈마 처리를 실행하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에서 제 2 가스를 플라즈마화함으로써, 상기 플라즈마 처리의 실행 시에 상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 부착한 반응 생성물의 표면을 피복하는 막을 형성하는 공정과,
    상기 처리 용기 내의 부재의 표면에 상기 막이 형성된 상태에서, 상기 배치대의 배치면 상의 기판을 상기 처리 용기 내로부터 반출하는 공정
    을 포함하는 플라즈마 처리 방법을 각 부에 실행시키는, 플라즈마 처리 장치.
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