KR20220037477A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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KR20220037477A
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쥰 야마와쿠
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라스마 처리 장치는, 챔버와, 안테나와, 유전체 창과, 가스 공급부와, 전력 공급부와, 전자 발생부와, 제어 장치를 구비한다. 챔버에는, 기판이 탑재되는 스테이지가 수용된다. 안테나는, 챔버의 외부에 마련되어 있다. 유전체 창은, 챔버와 안테나 사이에 마련되어 있다. 가스 공급부는, 챔버 내에 처리 가스를 공급한다. 전력 공급부는, 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 유전체 창을 통하여 챔버 내에 고주파를 공급하고, 챔버 내의 처리 가스를 플라스마화한다. 전자 발생부는, 챔버 내에 공급된 처리 가스를 여기하는 것에 의해, 챔버 내에 전자를 발생시킨다. 제어 장치는, 전자 발생부에 의한 처리 가스의 여기가 개시되는 것과 동시, 또는, 전자 발생부에 의한 처리 가스의 여기가 개시된 후에, 안테나에 고주파 전력을 공급하도록 전력 공급부를 제어한다.

Description

플라스마 처리 장치
본 개시는, 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스 중 하나를 실행하는 처리 장치로서, 처리 가스를 플라스마화하여 에칭이나 성막 처리 등을 행하는 플라스마 처리가 알려져 있다. 이러한 플라스마 처리 장치에서는, 유도 결합 플라스마(ICP)나 용량 결합 플라스마(CCP) 등이 이용된다. ICP는, CCP에 비해 전자 밀도가 높기 때문에, CCP보다 가스 해리성이 우수하다. 그 때문에, 플라스마 처리 장치에서는, ICP를 이용하여 처리가 행해지는 경우가 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개 2010-153274호 공보
본 개시는, ICP 모드의 플라스마를 보다 고속으로 착화할 수가 있는 플라스마 처리 장치를 제공한다.
본 개시의 일 태양에 따른 플라스마 처리 장치는, 챔버와, 안테나와, 유전체 창과, 가스 공급부와, 전력 공급부와, 전자 발생부와, 제어 장치를 구비한다. 챔버에는, 기판이 탑재되는 스테이지가 수용된다. 안테나는, 챔버의 외부에 마련되어 있다. 유전체 창은, 챔버와 안테나 사이에 마련되어 있다. 가스 공급부는, 챔버 내에 처리 가스를 공급한다. 전력 공급부는, 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 유전체 창을 통하여 챔버 내에 고주파를 공급하고, 챔버 내의 처리 가스를 플라스마화한다. 전자 발생부는, 챔버 내에 공급된 처리 가스를 여기하는 것에 의해, 챔버 내에 전자를 발생시킨다. 제어 장치는, 전자 발생부에 의한 처리 가스의 여기가 개시되는 것과 동시, 또는, 전자 발생부에 의한 처리 가스의 여기가 개시된 후에, 안테나에 고주파 전력을 공급하도록 전력 공급부를 제어한다.
본 개시의 여러 가지의 측면 및 실시 형태에 의하면, ICP 모드의 플라스마를 보다 고속으로 착화할 수가 있다.
도 1은, 본 개시의 제 1 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 비교예에 있어서, 안테나에 공급되는 전력과 반사 전력의 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 여러 가지 방전 현상에 있어서의 전자 밀도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는, 성막 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 개시의 제 2 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은, 본 개시의 제 3 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은, 직류 전압의 인가 방법의 다른 예를 나타내는 도면이다.
이하에, 개시하는 플라스마 처리 장치의 실시 형태에 대해, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에 의해, 개시되는 플라스마 처리 장치가 한정되는 것은 아니다.
ICP를 이용하는 플라스마 처리 장치에 있어서 ICP가 착화하는 과정에서는, 우선 CCP 모드에서 플라스마가 생성된다. 그리고, CCP 모드에 의해 생성된 플라스마 중의 전자가, 안테나에 의해 챔버 내에 형성된 유도 자장에 의해 보충되면, 플라스마가 ICP 모드로 이행한다.
플라스마가 ICP 모드로 이행하기 위해서는, CCP 모드의 플라스마에 있어서 충분한 양의 전자가 생성될 필요가 있다. 그 때문에, 플라스마 처리 장치에서는, ICP 모드뿐만이 아니라, CCP 모드에 있어서도 고주파 전원과 안테나의 매칭을 취할 필요가 있다.
고주파 전원과 안테나의 매칭에서는, 예를 들면 고주파 전원으로부터 안테나에 공급된 전력에 대한 반사파의 크기가 작아지도록, 가변 용량 콘덴서의 용량을 순차 변경하는 처리가 필요하다. 그 때문에, 고주파 전원과 안테나의 매칭에는, 어느 정도의 시간이 걸린다. ICP 모드뿐만이 아니라 CCP 모드에 있어서도 고주파 전원과 안테나의 매칭이 필요하게 되면, ICP 모드에서의 플라스마의 착화에 시간이 걸린다. 그 때문에, PE-ALD(Plasma　Enhanced-Atomic　Layer　Deposition)와 같이, 단시간의 플라스마 처리를 반복하는 처리에서는, ICP 모드의 플라스마를 이용하는 것이 어렵다.
그래서, 본 개시는, ICP 모드의 플라스마를 보다 고속으로 착화할 수가 있는 기술을 제공한다.
(제 1 실시 형태)
［플라스마 처리 장치(1)의 구성］
도 1은, 본 개시의 제 1 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 플라스마 처리 장치(1)는, PE-ALD에 의해, 기판의 일례인 웨이퍼 W 상에 소망하는 막(예를 들면 실리콘 질화막)을 성막한다. 플라스마 처리 장치(1)는, 플라스마원으로서 ICP를 이용한다.
플라스마 처리 장치(1)는, 본체(10) 및 제어 장치(100)를 구비한다. 본체(10)는, 바닥을 갖고(有底) 상부가 개구한 챔버(12)를 가진다. 챔버(12)의 상부는, 유전체 창(14)에 의해 막혀 있다. 챔버(12)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있고, 내벽에는, 예를 들면 표면에 내플라스마성의 재료로 이루어지는 용사 피막이 형성되어 있다. 챔버(12)는, 접지되어 있다.
유전체 창(14)은, 제 1 유전체 창(140) 및 제 2 유전체 창(141)을 가진다. 제 1 유전체 창(140)과 제 2 유전체 창(141) 사이에는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 구성된 패러데이 실드(shield)(50)가 마련되어 있다. 패러데이 실드(50)와 챔버(12)의 측벽 사이에는, 절연체로 구성된 절연 부재(51)가 배치되어 있고, 패러데이 실드(50)와 챔버(12)는 전기적으로 절연되어 있다. 패러데이 실드(50)에는, 직류 전압 공급부(20)가 접속되어 있다. 직류 전압 공급부(20)는, 스위치(21) 및 직류 전원(22)을 가진다.
제어 장치(100)는, 챔버(12) 내에 가스가 공급된 후, 스위치(21)를 제어하여 패러데이 실드(50)에 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압을 공급한다. 이것에 의해, 패러데이 실드(50)를 통하여 챔버(12) 내의 가스에 직류 전압이 인가되고, 챔버(12) 내에 직류 방전이 발생한다. 직류 방전에 의해, 챔버(12) 내에 전자가 발생한다. 직류 방전은, 패러데이 실드(50)를 통하여 챔버(12) 내의 가스에 직류 전압이 인가되고 나서 예를 들면 수십~수백μ초 정도 발생한다. 직류 전압 공급부(20)는, 전자 발생부의 일례이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 직류 전원(22)은, 음의 직류 전압을, 스위치(21)를 통하여 패러데이 실드(50)에 인가하지만, 다른 예로서 직류 전원(22)은, 양의 직류 전압을, 스위치(21)를 통하여 패러데이 실드(50)에 인가해도 좋다.
챔버(12) 내에는, 웨이퍼 W가 탑재되는 스테이지(30)가 수용되어 있다. 스테이지(30)는, 기대(31) 및 정전 척(32)을 가진다. 기대(31)는, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성의 금속으로 형성되어 있고, 챔버(12)의 저부에 지지되어 있다. 기대(31)는, 챔버(12)의 저부를 통하여 접지되어 있다.
정전 척(32)은, 기대(31) 상에 마련되어 있다. 정전 척(32)은, 절연체로 구성되고, 전극(320)이 내장되어 있다. 전극(320)에는, 스위치(34)를 통하여 직류 전원(35)이 접속되어 있다. 전극(320)은, 스위치(34)를 통하여 직류 전원(35)으로부터 인가된 직류 전압에 의해 정전 척(32)의 표면에 클롱력을 발생시켜, 클롱력에 의해 웨이퍼 W를 정전 척(32)의 상면에 흡착 유지한다.
또한, 정전 척(32)의 내부에는 도시하지 않은 히터가 내장되어 있다. 히터에는 도시하지 않은 교류 전원으로부터 교류 전압이 인가된다. 정전 척(32) 및 히터로의 전원 공급은, 제어 장치(100)에 의해 제어된다. 또, 정전 척(32)의 상면으로서, 정전 척(32)에 흡착 유지된 웨이퍼 W의 외주의 위치에는, 도시하지 않은 에지 링이 마련되어 있다. 에지 링은, 예를 들면 단결정 실리콘 등으로 형성되어 있다. 에지 링은, 포커스 링으로 불리는 경우도 있다.
기대(31)의 내부에는, 냉매가 흐르는 유로(310)가 형성되어 있다. 유로(310)에는, 배관(33a) 및 배관(33b)을 통하여 도시하지 않은 칠러 유닛으로부터 온도 제어된 냉매가 순환 공급된다. 유로(310) 내를 순환하는 냉매에 의한 냉각과 정전 척(32) 내의 히터에 의한 가열에 의해 정전 척(32) 상의 웨이퍼 W의 온도가 소망하는 온도로 조정된다.
챔버(12)의 측벽에는, 챔버(12) 내에 가스를 공급하기 위한 공급구(18)가 마련되어 있다. 공급구(18)에는, 배관(61)을 통하여 가스 공급부(60)가 접속되어 있다. 가스 공급부(60)는, 가스 공급원(62a)~(62c), 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(63a)~(63c), 및 밸브(64a)~(64c)를 가진다. MFC(63a)~(63c) 및 밸브(64a)~(64c)는, 제어 장치(100)에 의해 제어된다.
가스 공급원(62a)은, 전구체 가스의 공급원이다. 가스 공급원(62b)은, 반응 가스의 공급원이다. 가스 공급원(62c)은, 불활성 가스의 공급원이다. 본 실시 형태에 있어서, 전구체 가스는 예를 들면 DCS(DiChloroSilane)의 가스이며, 반응 가스는 예를 들면 암모니아 또는 질소의 가스이며, 불활성 가스는 예를 들면 아르곤의 가스이다. 반응 가스는, 처리 가스의 일례이다.
MFC(63a)는, 가스 공급원(62a)으로부터 공급된 전구체 가스의 유량을 제어하고, 유량이 제어된 전구체 가스를, 밸브(64a) 및 배관(61)을 통하여 챔버(12) 내에 공급한다. MFC(63b)는, 가스 공급원(62b)으로부터 공급된 반응 가스의 유량을 제어하고, 유량이 제어된 반응 가스를, 밸브(64b) 및 배관(61)을 통하여 챔버(12) 내에 공급한다. MFC(63c)는, 가스 공급원(62c)으로부터 공급된 불활성 가스의 유량을 제어하고, 유량이 제어된 불활성 가스를, 밸브(64c) 및 배관(61)을 통하여 챔버(12) 내에 공급한다.
챔버(12)의 저부에는, 배기관(15)을 통하여 배기 장치(16)가 접속되어 있다. 배기 장치(16)는, 도시하지 않은 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(12) 내를 소망하는 진공도까지 감압할 수가 있다. 또, 챔버(12)의 측벽에는, 웨이퍼 W를 반입 및 반출하기 위한 개구부(17)가 형성되어 있고, 개구부(17)는, 게이트 밸브 G에 의해 개폐된다.
유전체 창(14)의 위쪽에는, 안테나(40)가 배치되어 있다. 안테나(40)는, 동등의 도전성의 재료로 구성된 도선(41)을 가진다. 본 실시 형태에 있어서, 도선(41)은, 절연체로 구성된 홀더(42)에 의해, 평면 코일 모양의 형상이 되도록 유지되어 있다. 안테나(40)는, 절연체로 구성된 스페이서(43)에 의해 유전체 창(14)으로부터 이간하여 배치되어 있다.
도선(41)의 일단에는, 정합기(44)를 통하여 고주파 전원(45)이 접속되어 있다. 도선(41)의 타단은 접지되어 있다. 고주파 전원(45)은, 플라스마 생성용의 고주파 전력, 예를 들면 27MHz의 주파수의 고주파 전력을, 정합기(44)를 통하여 안테나(40)에 공급한다. 고주파 전원(45)으로부터 안테나(40)에 공급되는 고주파 전력의 주파수 및 크기는, 제어 장치(100)에 의해 제어된다. 정합기(44)는, 고주파 전원(45)의 출력 임피던스와 부하(안테나(40)) 측의 입력 임피던스를 정합시킨다. 또, 정합기(44)는, 고주파 전원(45)으로부터 안테나(40)에 공급된 고주파 전력에 대한 반사 전력의 크기를 나타내는 정보를 제어 장치(100)에 출력한다. 정합기(44)는, 제어 장치(100)에 의해 제어된다. 고주파 전원(45)은, 전력 공급부의 일례이다.
안테나(40)는, 고주파 전원(45)으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 유전체 창(14)을 통하여 챔버(12) 내에 고주파의 자계를 발생시킨다. 챔버(12) 내에 발생한 고주파의 자계에 의해 챔버(12) 내에 고주파의 유도 전계가 발생한다. 챔버(12) 내에 발생한 유도 전계에 의해, 챔버(12) 내에 공급된 처리 가스가 여기되고, 챔버(12) 내에 처리 가스의 플라스마가 생성된다. 그리고, 플라스마에 포함되는 이온이나 활성종에 의해, 정전 척(32) 상의 웨이퍼 W에 대해서, 성막 등의 처리가 실시된다.
또한, 본 실시 형태의 안테나(40)는, 루프 안테나이지만, 다른 형태로서, 안테나(40)는, 공진 안테나나 다이폴 안테나 등이어도 좋다. 또, 본 실시 형태에 있어서, 유전체 창(14) 상에는 1개의 안테나(40)가 마련되지만, 다른 형태로서 유전체 창(14) 상에는 복수의 안테나(40)가 마련되어도 좋다. 또, 안테나(40)는, 챔버(12)의 주위에 배치되어도 좋다.
제어 장치(100)는, 메모리, 프로세서, 및 입출력 인터페이스를 가진다. 메모리에는, 프로세서에 의해 실행되는 프로그램, 및, 각 처리의 조건 등을 포함하는 레시피가 격납되어 있다. 프로세서는, 메모리로부터 읽어낸 프로그램을 실행하고, 메모리 내에 기억된 레시피에 근거하여, 입출력 인터페이스를 통하여, 본체(10)의 각부를 제어한다.
［플라스마의 모드 천이］
도 1에 예시된 플라스마 처리 장치(1)에서는, ICP를 이용하여 플라스마 처리가 행해진다. 본 실시 형태에 있어서, ICP 모드의 플라스마가 착화하는 과정에서는, 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가된다. 여기서, 비교예로서 ICP 모드의 플라스마가 착화하는 과정에서 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되지 않는 경우, 즉 패러데이 실드(50)가 접지되어 있는 경우의 플라스마의 모드 천이에 대해 설명한다. 도 2는, 비교예에 있어서, 안테나(40)에 공급되는 전력과 반사 전력의 변화의 일례를 나타내는 도면이다.
비교예에 있어서, 예를 들면 도 2에 나타나는 바와 같이, 챔버(12) 내에서는, 우선 CCP 모드에서 플라스마가 생성된다. CCP 모드에서는, 제어 장치(100)는, 안테나(40)에 공급되는 전력을 서서히 증가시키면서, 반사 전력이 작아지도록 정합기(44) 및 고주파 전원(45)을 제어한다.
그리고, 안테나(40)로부터 충분한 전력이 공급되고, 반사 전력이 미리 정해진 값 이하가 된 타이밍 t1에서, CCP 모드에서 플라스마가 착화한다. CCP 모드에서 플라스마가 착화하면, 챔버(12) 내에 충분한 양의 전자가 발생한다. CCP 모드의 플라스마에 의해 생성된 전자가, 안테나(40)에 의해 챔버 내에 형성된 유도 자장에 의해 보충되면, 플라스마의 모드가 CCP 모드에서 ICP 모드로 천이한다. 도 2의 예에서는, 안테나(40)에 고주파 전력이 공급되고 나서 플라스마의 모드가 ICP 모드로 천이할 때까지의 시간 T1은, 예를 들면 수십 밀리 초 정도이다.
CCP 모드에 있어서의 플라스마와, ICP 모드에 있어서의 플라스마는, 임피던스가 다르기 때문에, 플라스마가 ICP 모드로 천이한 후, 반사 전력이 다시 증가한다. 제어 장치(100)는, ICP 모드에 있어서 반사 전력이 작아지도록 정합기(44)를 제어한다. 그리고, 반사 전력이 다시 미리 정해진 값 이하가 된 타이밍 t2에서, ICP 모드에 있어서 플라스마가 착화한다. 그 후, 제어 장치(100)는, 안테나(40)에 공급되는 전력을 조정하고, 타이밍 t3에서 안테나(40)에 공급되는 전력이 설정 전력 P0으로 된다.
여기서, 비교예에서는, ICP 모드의 플라스마를 생성하는 경우에서도, CCP 모드의 플라스마를 생성할 필요가 있다. 그 때문에, CCP 모드의 플라스마와 고주파 전원(45) 사이의 임피던스의 정합을 취할 필요가 있다. 정합기(44)에 의한 임피던스의 조정에는 어느 정도의 시간이 걸리기 때문에, ICP 모드의 플라스마의 착화까지 필요로 하는 시간이 길어져 버린다. PE-ALD에 있어서, ALD의 1 사이클에 있어서의 플라스마 처리의 시간은, 수십 밀리 초 정도로 짧다. 그 때문에, CCP 모드의 플라스마가 착화하기까지 필요로 하는 시간 T1이 예를 들면 수십 밀리 초 정도이면, 비교예에 있어서, PE-ALD의 플라스마원으로서 ICP를 이용하는 것은 어렵다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 챔버(12) 내에 고주파 플라스마가 생성되기 전에, 챔버(12) 내에 충분한 양의 전자를 발생시킨다. 이것에 의해, CCP 모드의 기간을 없앨 수가 있고, ICP 모드의 플라스마를 단시간에 착화시킬 수가 있다.
본 실시 형태에서는, 챔버(12) 내에 반응 가스가 공급된 후, 스위치(21)를 통하여 패러데이 실드(50)에 직류 전원(22)로부터의 직류 전압을 공급하는 것에 의해, 챔버(12) 내에 직류 방전을 발생시킨다. 이것에 의해, 챔버(12) 내에 충분한 양의 전자가 신속히 발생하고, CCP 모드를 거치지 않고 ICP 모드의 플라스마를 용이하게 착화시킬 수가 있다. 또한, 패러데이 실드(50)로의 직류 전압의 공급은, 안테나(40)로의 고주파 전력의 공급 전이어도 좋고, 안테나(40)로의 고주파 전력의 공급과 동시여도 좋다.
도 3은, 여러 가지 방전 현상에 있어서의 전자 밀도의 일례를 나타내는 도면이다. 예를 들면 도 3에 나타나는 바와 같이, CCP 모드의 플라스마의 전자 밀도는, 최대 약 1011［cm-3］정도이며, ICP 모드의 플라스마의 전자 밀도는, 최대 약 1012［cm-3］정도이다. 그 때문에, 플라스마의 모드가 CCP 모드로부터 ICP 모드로 천이하기 위해서는, CCP 모드에 있어서 높은 전력을 공급하고, 높은 전자 밀도의 플라스마를 생성할 필요가 있다.
이것에 대해, 글로(glow) 방전이나 아크 방전 등의 직류 방전의 전자 밀도는, ICP 모드의 플라스마의 전자 밀도보다 높다. 그 때문에, 고주파 플라스마의 생성을 개시하기 전에, 직류 방전을 발생시키면, ICP 모드의 플라스마와 동등 이상의 전자 밀도가 실현되고, 신속히 ICP 모드의 플라스마의 착화가 가능해진다. 또한, 아크 방전은, 웨이퍼 W나 챔버(12) 내의 부품 등에 데미지를 주기 때문에, 바람직하지 않다. 그 때문에, 고주파 플라스마의 생성을 개시하기 전에 행해지는 직류 방전은, 글로 방전인 것이 바람직하다.
또, 플라스마 처리 장치(1)는, ICP 모드의 플라스마를 생성하도록 설계되어 있고, 접지된 패러데이 실드(50)에 의해 CCP 모드에서의 플라스마의 생성이 억제된다. 그 때문에, 챔버(12) 내에서는, CCP 모드의 플라스마의 착화가 어렵다. 그 때문에, CCP 모드에서 플라스마가 착화하기 위해서는, ICP 모드에 있어서 공급되는 전력보다 큰 전력을 안테나(40)에 공급할 필요가 있다. 성막 처리와 같이, 에칭 처리보다 압력이 높은 처리에서는, 착화에 필요한 전력이 더 커진다. 그 때문에, 소비 전력이나 부품의 발열이 커져 버린다.
이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 챔버(12) 내에서 고주파 플라스마의 생성을 개시하기 전에 챔버(12) 내에 충분한 양의 전자를 발생시키기 때문에, CCP 모드의 기간이 없어진다. 그 때문에, CCP 모드의 플라스마를 착화시키기 위해서 큰 전력을 공급할 필요가 없다. 이것에 의해, 소비 전력이나 부품의 발열을 저감할 수가 있다.
또, 비교예에서는, ICP 모드의 플라스마를 생성하는 경우에서도, CCP 모드에서의 플라스마를 생성할 필요가 있고, CCP 모드의 플라스마와 고주파 전원(45) 사이의 임피던스의 정합을 취할 필요가 있다. ICP 모드의 플라스마와 CCP 모드의 플라스마는, 임피던스가 다르기 때문에, 정합기(44)는 넓은 정합 범위가 필요하다. 이것에 의해, 정합기(44)의 회로 규모가 커지고, 장치가 대형화한다.
이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 챔버(12) 내에서 고주파 플라스마의 생성을 개시하기 전에 챔버(12) 내에 충분한 양의 전자를 발생시키기 때문에, CCP 모드의 기간이 없어진다. 이것에 의해, CCP 모드의 플라스마와 고주파 전원(45) 사이의 임피던스의 정합을 취할 필요가 없다. 이것에 의해, 정합기(44)의 회로 규모를 작게 할 수가 있고, 장치를 소형화할 수가 있다.
［성막 처리］
도 4는, 성막 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 4에 예시되는 성막 처리는, 주로 제어 장치(100)의 제어에 따라 본체(10)가 동작하는 것에 의해 실현된다.
우선, 웨이퍼 W가 챔버(12) 내에 반입된다(S10). 스텝 S10에서는, 게이트 밸브 G가 열리고, 도시하지 않는 반송 암에 의해 웨이퍼 W가 챔버(12) 내에 반입되고, 정전 척(32) 상에 탑재된다. 그리고, 게이트 밸브 G가 닫혀진다. 그리고, 스위치(34)를 통하여 직류 전원(35)으로부터 전극(320)에 직류 전압이 공급되고, 웨이퍼 W가 정전 척(32)의 상면에 흡착 보관 유지된다.
다음에, 챔버(12) 내의 압력이 조정된다(S11). 스텝 S11에서는, 배기 장치(16)에 의해 챔버(12) 내의 가스가 배기된다. 그리고, 밸브(64c)가 열리고, MFC(63c)에 의해 유량이 조정된 불활성 가스가 챔버(12) 내에 공급된다. 제어 장치(100)는, 챔버(12)와 배기 장치(16) 사이에 마련된 도시하지 않는 APC(Auto　Pressure　Control) 밸브의 개방도를 조정하는 것에 의해, 챔버(12) 내의 압력을 조정한다. 그리고, 밸브(64c)가 닫혀진다.
다음에, PE-ALD의 사이클(스텝 S12~S16)이 실행된다. PE-ALD의 사이클에서는, 우선, 흡착 공정이 실행된다(S12). 스텝 S12에서는, 밸브(64a)가 열리고, MFC(63a)에 의해 유량이 조정된 전구체 가스가 챔버(12) 내에 공급된다. 이것에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 전구체 가스의 분자가 흡착한다. 그리고, 밸브(64a)가 닫혀진다.
다음에, 제 1 퍼지 공정이 실행된다(S13). 스텝 S13에서는, 밸브(64c)가 열리고, MFC(63c)에 의해 유량이 조정된 불활성 가스가 챔버(12) 내에 공급된다. 이것에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 과잉으로 흡착한 전구체 가스의 분자가 제거된다.
다음에, 반응 공정이 실행된다(S14). 스텝 S14에서는, 스텝 S20~S26의 처리가 실행된다. 반응 공정에서는, 우선, 반응 가스가 챔버(12) 내에 공급된다(S20). 스텝 S20에서는, 밸브(64b)가 열리고, MFC(63b)에 의해 유량이 조정된 반응 가스와, MFC(63c)에 의해 유량이 조정된 불활성 가스가 챔버(12) 내에 공급된다.
다음에, 직류 전압의 인가가 개시된다(S21). 스텝 S21에서는, 제어 장치(100)는, 패러데이 실드(50)와 직류 전원(22)이 접속되도록 스위치(21)를 제어하는 것에 의해, 직류 전원(22)로부터의 직류 전압이 패러데이 실드(50)에 인가된다. 그리고, 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되고, 챔버(12) 내에 있어서 직류 방전이 발생한다. 직류 방전이 발생하는 것에 의해, 챔버(12) 내에 전자가 발생한다. 직류 방전은, 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되고 나서 예를 들면 수십~수백μ초 정도 발생한다. 그 때문에, 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되고 나서 예를 들면 수십~수백μ초 정도, 플라스마의 모드가 CCP 모드로부터 ICP 모드로 천이하는데 필요한 양의 전자를 챔버(12) 내에 발생시킬 수가 있다.
다음에, 고주파 전원(45)으로부터 안테나(40)에 고주파 전력의 공급이 개시된다(S22). 그리고, 제어 장치(100)는, 정합기(44)로부터 출력되는 반사 전력의 크기를 참조하고, 고주파 전원(45)으로부터 안테나(40)에 공급되는 고주파 전력의 크기를 서서히 크게 하면서, 반사 전력이 작아지도록 정합기(44)를 제어한다. 스텝 S21에 있어서의 직류 방전에 의해, 충분한 양의 전자가 챔버(12) 내에 신속히 발생하기 때문에, 챔버(12) 내에서는, ICP 모드의 플라스마가 신속히 발생한다. 또한, 도 4의 예에서는, 스텝 S21이 실행된 후에 스텝 S22가 실행되지만, 다른 예로서 스텝 S21과 스텝 S22는 동시에 실행되어도 좋다.
다음에, 제어 장치(100)는, 플라스마가 착화했는지 여부를 판정한다(S23). 스텝 S23에서는, 제어 장치(100)는, 정합기(44)로부터 출력되는 반사 전력의 크기가 미리 정해진 임계값 이하가 되었는지 여부를 판정하는 것에 의해, 플라스마가 착화했는지 여부를 판정한다. 플라스마가 착화하고 있지 않은 경우(S23：아니오), 제어 장치(100)는, 다시 스텝 S23에 나타낸 처리를 실행한다.
한편, 플라스마가 착화한 경우(S23：예), 직류 전압의 인가가 정지된다(S24). 스텝 S24에서는, 제어 장치(100)는, 패러데이 실드(50)가 접지되도록 스위치(21)를 제어하는 것에 의해, 패러데이 실드(50)로의 직류 전압의 인가를 정지한다. 이것에 의해, 챔버(12) 내에 있어서, 직류 방전이 정지한다. 스텝 S23에 있어서 착화한 플라스마는, ICP 모드의 플라스마이다. ICP 모드의 플라스마에 의해, 웨이퍼 W의 표면에 흡착한 전구체 가스의 분자와 플라스마에 포함되는 활성종이 반응하고, 웨이퍼 W의 표면에 목적의 막이 형성된다.
다음에, 제어 장치(100)는, 스텝 S14가 개시되고 나서 소정 시간이 경과했는지 여부를 판정한다(S25). 소정 시간은, PE-ALD에 있어서의 플라스마 처리의 시간이며, 예를 들면 수십 밀리 초이다. 소정 시간이 경과하고 있지 않은 경우(S25：아니오), 제어 장치(100)는, 다시 스텝 S25에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 소정 시간이 경과한 경우(S25：예), 고주파 전력의 공급이 정지된다(S26). 그리고, 밸브(64b)가 닫혀진다.
스텝 S14의 반응 공정이 종료한 후, 제 2 퍼지 공정이 실행된다(S15). 스텝 S15에서는, MFC(63c)에 의해 유량이 조정된 불활성 가스가 챔버(12) 내에 공급된다. 이것에 의해, 과잉으로 공급된 활성종 등이 웨이퍼 W의 표면으로부터 제거된다. 그리고, 밸브(64c)가 닫혀진다.
다음에, 제어 장치(100)는, PE-ALD가 소정 사이클 실행되었는지 여부를 판정한다(S16). PE-ALD가 소정 사이클 실행되어 있지 않은 경우(S16：아니오), 다시 스텝 S12에 나타난 처리가 실행된다.
한편, PE-ALD가 소정 사이클 실행된 경우(S16：예), 배기 장치(16)가 정지되고, 게이트 밸브 G가 열린다. 그리고, 도시하지 않은 반송 암에 의해 성막 후의 웨이퍼 W가 정전 척(32)으로부터 취출되고, 챔버(12)의 외부에 반출된다. 그리고, 본 흐름도에 나타난 성막 처리는 종료한다.
이상, 제 1 실시 형태에 대해 설명했다. 상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치(1)는, 챔버(12)와, 안테나(40)와, 유전체 창(14)과, 가스 공급부(60)와, 고주파 전원(45)과, 직류 전압 공급부(20)와, 제어 장치(100)를 구비한다. 챔버(12)에는, 웨이퍼 W가 탑재되는 스테이지(30)가 수용되어 있다. 안테나(40)는, 챔버(12)의 외부에 마련되어 있다. 유전체 창(14)은, 챔버(12)와 안테나(40) 사이에 마련되어 있다. 가스 공급부(60)는, 챔버(12) 내에 반응 가스를 공급한다. 고주파 전원(45)은, 안테나(40)에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 유전체 창(14)을 통하여 챔버(12) 내에 고주파를 공급하고, 챔버(12) 내의 반응 가스를 플라스마화한다. 직류 전압 공급부(20)는, 챔버(12) 내에 공급된 반응 가스를 여기하는 것에 의해, 챔버(12) 내에 전자를 발생시킨다. 제어 장치(100)는, 직류 전압 공급부(20)에 의한 반응 가스의 여기가 개시되는 것과 동시, 또는, 직류 전압 공급부(20)에 의한 반응 가스의 여기가 개시된 후에, 안테나(40)에 고주파 전력을 공급하도록 고주파 전원(45)을 제어한다. 이것에 의해, ICP 모드의 플라스마를 보다 고속으로 착화할 수가 있다.
또, 상기한 제 1 실시 형태에 있어서, 직류 전압 공급부(20)는, 챔버(12) 내에 공급된 반응 가스에 직류 전압을 인가하는 것에 의해 직류 방전을 발생시키고, 챔버(12) 내에 전자를 발생시킨다. 이것에 의해, 챔버(12) 내에 신속히 전자를 발생시킬 수가 있다.
또, 상기한 제 1 실시 형태에 있어서, 유전체 창(14)에는, 제 1 유전체 창(140)과 제 2 유전체 창(141)이 포함되어 있고, 제 1 유전체 창(140)과 제 2 유전체 창(141) 사이에는, 패러데이 실드(50)가 마련되어 있다. 직류 전압 공급부(20)는, 패러데이 실드(50)에 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 챔버(12) 내에 직류 방전을 발생시킨다. 이것에 의해, 챔버(12) 내에 용이하게 직류 방전을 발생시킬 수가 있다.
(제 2 실시 형태)
상기한 제 1 실시 형태에서는, 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 반응 가스가 공급된 챔버(12) 내에서 직류 방전을 발생시켰다. 이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 기대(31)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되는 점이 제 1 실시 형태와는 다르다. 이하에서는, 제 1 실시 형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 5는, 본 개시의 제 2 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 5에 있어서, 도 1과 동일한 부호를 부여한 구성은, 도 1에 있어서의 구성과 동일 또는 같은 기능을 가지기 때문에 설명을 생략 한다.
본 실시 형태에 있어서, 기대(31)는, 절연체로 구성된 지지 부재(39)를 통하여 챔버(12)의 저부에 지지되어 있다. 기대(31)와 챔버(12)는, 지지 부재(39)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.
또, 기대(31)에는, 직류 전압 공급부(20)가 접속되어 있다. 제어 장치(100)는, 챔버(12) 내에 가스가 공급된 후, 스위치(21)를 제어하여 기대(31)에 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압을 공급한다. 이것에 의해, 챔버(12) 내에 직류 방전이 발생하고, 챔버(12) 내에 전자가 발생한다.
이러한 구성에 있어서도, 직류 방전에 의해, 챔버(12) 내에 전자를 발생시킬 수가 있고, ICP 모드의 플라스마를 보다 고속으로 착화할 수가 있다.
(제 3 실시 형태)
상기한 제 1 실시 형태에서는, 패러데이 실드(50)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 반응 가스가 공급된 챔버(12) 내에서 직류 방전을 발생시켰다. 이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 직류 전압이 고주파 전력에 중첩되는 것에 의해, 안테나(40)를 통하여 반응 가스에 직류 전압이 인가되는 점이 제 1 실시 형태와는 다르다. 이하에서는, 제 1 실시 형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 6은, 본 개시의 제 3 실시 형태에 있어서의 플라스마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 이하에 설명하는 점을 제외하고, 도 6에 있어서, 도 1과 동일한 부호를 부여한 구성은, 도 1에 있어서의 구성과 동일 또는 같은 기능을 가지기 때문에 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 있어서, 정합기(44)에는, 직류 전압 공급부(20)가 접속되어 있다. 제어 장치(100)는, 챔버(12) 내에서 직류 방전을 발생시킬 때에, 정합기(44)와 직류 전원(22)이 접속되도록 스위치(21)를 제어한다. 그리고, 제어 장치(100)는, 스위치(21)를 통하여 직류 전원(22)으로부터 공급되는 직류 전압을, 고주파 전원(45)으로부터 공급되는 고주파 전력에 중첩시켜서 안테나(40)에 공급한다. 고주파 전력에 중첩되어 안테나(40)에 공급된 직류 전압에 의해, 반응 가스가 공급된 챔버(12) 내에 직류 방전이 발생하고, 챔버(12) 내에 전자가 발생한다.
이러한 구성에 있어서도, 직류 방전에 의해, 챔버(12) 내에 전자를 발생시킬 수가 있고, ICP 모드의 플라스마를 보다 고속으로 착화할 수가 있다.
［그 외］
또한, 개시의 기술은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기한 각 실시 형태에서는, 반응 공정에 있어서, 플라스마가 착화할 때까지 직류 전압 공급부(20)로부터의 직류 전압이 반응 가스에 계속적으로 인가되지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 직류 전압 공급부(20)로부터의 직류 전압은, 단속적으로 반응 가스에 인가되어도 좋다. 즉, 제어 장치(100)는, 챔버(12) 내의 반응 가스가 플라스마화될 때까지, 미리 정해진 시간마다 반응 가스에 반복하여 직류 전압이 인가되도록 직류 전압 공급부(20)를 제어해도 좋다.
또, 이때, 제어 장치(100)는, 예를 들면 도 7에 나타나는 바와 같이, 반응 가스에 인가되는 직류 전압을, 낮은 전압으로부터 높은 전압으로 서서히 변화시켜도 좋다. 즉, 제어 장치(100)는, 챔버(12) 내의 반응 가스가 플라스마화될 때까지, 미리 정해진 시간마다 반응 가스에 인가되는 직류 전압의 크기가 서서히 커지도록 직류 전압 공급부(20)를 제어해도 좋다. 이 경우, 직류 전원(22)에는, 가변 직류 전압원이 이용된다.
도 7은, 직류 전압의 인가 방법의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 7의 예에서는, 반응 가스에 인가되는 직류 전압은, 전회(前回) 플라스마가 착화한 때의 직류 전압 Vp로부터 미리 정해진 전압 ΔV분 낮은 전압 V0으로부터 V1, V2,··로 서서히 커지고 있다. 도 7의 예에서는, 타이밍 ta에서 플라스마가 착화하고 있다. 이것에 의해, 챔버(12)의 컨디션에 맞추어, 보다 낮은 전압으로 ICP 모드의 플라스마를 착화시킬 수가 있다. 따라서, 직류 전압 공급부(20)에 의해 소비되는 전력을 삭감할 수가 있다.
여기서, 성막의 과정에서는, 챔버(12)의 내벽이나 챔버(12) 내의 부품에 반응 부생성물(이른바 데포)이 퇴적하는 경우가 있다. 그 때문에, PE-ALD의 사이클이 반복되면, 챔버(12) 내 상태가 서서히 변화하고, ICP 모드의 플라스마가 착화하기 위한 직류 전압의 크기가 변화하는 경우가 있다. 도 7의 예에서는, 반응 가스에 인가되는 직류 전압은, 전회 플라스마가 착화한 때의 직류 전압 Vp에서 미리 정해진 전압 ΔV분 낮은 전압 V0으로부터 서서히 커지고 있다. 이것에 의해, 보다 낮은 전압으로 ICP 모드의 플라스마를 착화시킬 수가 있음과 아울러, ICP 모드의 플라스마가 착화할 때까지의 시간이 길어지는 것을 억제할 수가 있다.
또한, 직류 전압이 반응 가스에 계속적으로 인가되는 제 1~ 제 3 실시 형태에 있어서도, 전회 플라스마가 착화한 때의 직류 전압 Vp로부터 미리 정해진 전압 ΔV분 낮은 전압 V0으로부터 서서히 크게 해도 좋다.
또, 상기한 각 실시 형태에서는, 반응 가스를 여기하는 것에 의해, 전자를 발생시키기 위한 전자 발생부의 일례로서, 직류 전압 공급부(20)가 이용되었지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. 전자 발생부는, 예를 들면, 반응 가스에 UV(Ultra Violet) 광을 조사하는 것에 의해, 반응 가스를 여기하고, 전자를 발생시키는 구성의 것이어도 좋다.
또, 상기한 각 실시 형태에서는, PE-ALD에 의해 웨이퍼 W에 소정의 막을 성막하는 플라스마 처리 장치(1)를 예로 설명했지만, 개시의 기술은 이것에 한정되지 않는다. ICP를 이용하여 성막을 행하는 장치이면, 플라스마 CVD(Chemical　Vapor　Deposition)에 의해 성막을 행하는 장치에 대해서도 개시의 기술을 적용할 수가 있다. 또, ICP를 이용하여 처리를 행하는 장치이면, 에칭 장치나 세정 장치 등에 대해서도 개시의 기술을 적용할 수가 있다.
또한, 이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 실제로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또, 상기의 실시 형태는, 첨부의 청구의 범위 및 그 취지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
G　게이트 밸브
W　웨이퍼
1　플라스마 처리 장치
10　본체
12　챔버
14　유전체 창
140　제 1 유전체 창
141　제 2 유전체 창
15　배기관
16　배기 장치
17　개구부
18　공급구
20　직류 전압 공급부
21　스위치
22　직류 전원
30　스테이지
31　기대
310　유로
32　정전 척
320　전극
33　배관
34　스위치
35　직류 전원
39　지지 부재
40　안테나
41　도선
42　홀더
43　스페이서
44　정합기
45　고주파 전원
50　패러데이 실드(shield)
51　절연 부재
60　가스 공급부
61　배관
62　가스 공급원
63　MFC
64　밸브
100　제어 장치

Claims (9)

  1. 기판이 탑재되는 스테이지를 수용하는 챔버와,
    상기 챔버의 외부에 마련된 안테나와,
    상기 챔버와 상기 안테나 사이에 마련된 유전체 창과,
    상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 안테나에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 유전체 창을 통하여 상기 챔버 내에 고주파를 공급하고, 상기 챔버 내의 상기 처리 가스를 플라스마화하는 전력 공급부와,
    상기 챔버 내에 공급된 상기 처리 가스를 여기하는 것에 의해, 상기 챔버 내에 전자를 발생시키는 전자 발생부와,
    상기 전자 발생부에 의한 상기 처리 가스의 여기가 개시되는 것과 동시, 또는, 상기 여기가 개시된 후에, 상기 안테나에 고주파 전력을 공급하도록 상기 전력 공급부를 제어하는 제어 장치
    를 구비하는 플라스마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는,
    상기 안테나로부터, 상기 처리 가스가 공급된 상기 챔버 내에 고주파 전력을 공급하는 것에 의해, 상기 챔버 내에 유도 결합에 의한 플라스마를 발생시키는 플라스마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,　
    상기 전자 발생부는,
    상기 챔버 내에 공급된 상기 처리 가스에 직류 전압을 인가하는 것에 의해 직류 방전을 발생시키고, 상기 챔버 내에 전자를 발생시키는 플라스마 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유전체 창에는, 제 1 유전체 창과 제 2 유전체 창이 포함되고,
    상기 제 1 유전체 창과 상기 제 2 유전체 창 사이에는, 패러데이 실드(shield)가 마련되어 있고,
    상기 전자 발생부는,
    상기 패러데이 실드에 상기 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 상기 챔버 내에 직류 방전을 발생시키는 플라스마 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전자 발생부는,
    상기 스테이지에 상기 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 상기 챔버 내에 직류 방전을 발생시키는 플라스마 처리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,　
    상기 전자 발생부는,
    상기 안테나에 공급되는 상기 고주파 전력에 상기 직류 전압을 중첩시키는 것에 의해, 상기 챔버 내에 직류 방전을 발생시키는 플라스마 처리 장치.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 챔버 내의 상기 처리 가스가 플라스마화될 때까지, 미리 정해진 시간마다 상기 처리 가스에 반복하여 직류 전압이 인가되도록 상기 전자 발생부를 제어하는 플라스마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 챔버 내의 상기 처리 가스가 플라스마화될 때까지, 미리 정해진 시간마다 상기 처리 가스에 인가되는 직류 전압의 크기가 서서히 커지도록 상기 전자 발생부를 제어하는 플라스마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,　
    상기 제어 장치는,
    상기 챔버 내의 상기 처리 가스가 전회(前回) 플라스마화된 때의 직류 전압의 크기보다 미리 정해진 전압분 낮은 전압으로부터 직류 전압의 크기가 서서히 커지도록 상기 전자 발생부를 제어하는 플라스마 처리 장치.
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