KR20220149734A - 클리닝 방법 및 플라스마 처리 장치 - Google Patents

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KR20220149734A
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요시유키 곤도
유타카 후지노
히로유키 이쿠타
히데키 유아사
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

실시 형태에 관한 클리닝 방법은, 기판에 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치의 클리닝 방법이다. 클리닝 방법은, 보호막 생성 공정과, 클리닝 공정을 포함한다. 보호막 생성 공정은, 플라스마 생성 영역과 확산 영역을 갖는 처리 공간이 형성되는 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 플라스마 생성 영역에 보호막을 형성한다. 클리닝 공정은, 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 보호막이 형성된 처리 용기 내를 클리닝한다.

Description

클리닝 방법 및 플라스마 처리 장치
본 개시는, 클리닝 방법 및 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 기판(이하, 웨이퍼라고도 함)에 플라스마 처리를 행한 후에, 플라스마 처리가 행하여진 처리 용기 내를 클리닝하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2004-296512호 공보
본 개시는, 처리 용기 내에서의 클리닝의 균일성을 향상시키는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 의한 클리닝 방법은, 기판에 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치의 클리닝 방법이다. 클리닝 방법은, 보호막 생성 공정과, 클리닝 공정을 포함한다. 보호막 생성 공정은, 플라스마 생성 영역과 확산 영역을 갖는 처리 공간이 형성되는 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 플라스마 생성 영역에 보호막을 형성한다. 클리닝 공정은, 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 보호막이 형성된 처리 용기 내를 클리닝한다.
본 개시에 의하면, 처리 용기 내에서의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 관한 마이크로파 출력부의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 마이크로파 방사 기구의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 실시 형태에 관한 처리 용기의 천장 벽부의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태에 관한 성막 생성 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 변형예에 관한 성막 생성 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 변형예에 관한 성막 생성 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 변형예에 관한 플라스마 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 클리닝 방법 및 플라스마 처리 장치의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 기재하는 실시 형태에 의해 개시되는 클리닝 방법 및 플라스마 처리 장치가 한정되는 것은 아니다.
<플라스마 처리 장치>
실시 형태에 관한 클리닝 방법이 실행되는 플라스마 처리 장치(100)에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
플라스마 처리 장치(100)는, 마이크로파 플라스마를 사용한 플라스마 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 웨이퍼(W)에 플라스마 처리를 행한다. 이하에서는, 웨이퍼(W)에 SiN을 성막하는 플라스마 처리 장치(100)를 일례로서 설명하지만, 이것에 한정되지는 않는다.
플라스마 처리 장치(100)는, 처리 용기(101)와, 적재대(102)와, 가스 공급 기구(103)와, 배기 장치(104)와, 마이크로파 도입 장치(105)와, 제어부(106)를 갖는다.
처리 용기(101)는 웨이퍼(W)를 수용한다. 처리 용기(101)는, 알루미늄이나, 알루미늄 합금 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 처리 용기(101)는, 예를 들어 대략 원통상으로 형성된다. 처리 용기(101)는, 천장 벽부(111)와, 측벽부(112)와, 저벽부(113)를 갖는다.
천장 벽부(111)에는 복수의 구멍이 형성된다. 구멍에는, 가스 도입 노즐(123) 및 마이크로파 도입 장치(105)의 마이크로파 방사 기구(143)가 감입된다. 즉, 천장 벽부(111)에는, 가스 도입 노즐(123) 및 마이크로파 방사 기구(143)가 설치된다.
저벽부(113)에는 배기 구멍(113a)이 형성된다. 배기 구멍(113a)에는 배기관(116)이 접속된다. 배기관(116)은 배기 장치(104)에 접속된다.
측벽부(112)는, 천장 벽부(111)와 저벽부(113)를 연결한다. 측벽부(112)에는 반입출구(114)가 형성된다. 반입출구(114)는, 처리 용기(101)에 인접하는 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 가능하게 하도록 형성된다. 반입출구(114)는, 게이트 밸브(115)에 의해 개폐된다.
적재대(102)는, 예를 들어 원판상으로 형성된다. 적재대(102)는, AlN 등의 세라믹스에 의해 구성된다. 적재대(102)는, 지지 부재(120)에 의해 지지된다. 지지 부재(120)는, AlN 등의 세라믹스에 의해 구성된다. 지지 부재(120)는, 처리 용기(101)의 저벽부(113)의 중앙 부근으로부터 상방으로 연장되도록 마련된다.
적재대(102)의 외연부에는, 웨이퍼(W)를 보유 지지하는 가이드 링(181)이 마련된다. 적재대(102)에는, 웨이퍼(W)를 승강시키는 승강 핀이 마련된다. 적재대(102)에는 히터(182)가 매립된다. 히터(182)는, 히터 전원(183)으로부터 급전됨으로써 발열하여, 적재대(102) 및 웨이퍼(W)를 가열한다. 히터(182)는, 예를 들어 저항 가열형 히터이다. 적재대(102)에는 열전쌍이 삽입된다. 열전쌍으로부터의 신호에 기초하여 히터(182)의 발열이 제어됨으로써, 웨이퍼(W)의 가열 온도가 제어된다.
적재대(102)에는, 히터(182)보다도 상방에 전극(184)이 매립되어 있다. 전극(184)은, 웨이퍼(W)와 동일 정도의 크기다. 전극(184)에는, 고주파 바이어스 전원(122)이 전기적으로 접속된다. 적재대(102)에는, 이온을 인입하기 위한 고주파 바이어스가 인가된다. 또한, 고주파 바이어스 전원(122)은, 플라스마 처리의 특성에 따라서는 마련되지 않아도 된다.
가스 공급 기구(103)는, 복수의 가스 도입 노즐(123)을 갖는다. 또한, 가스 공급 기구(103)는, SiH4(실란) 가스 공급원(192)과, NH3(암모니아) 가스 공급원(193)과, Ar(아르곤) 가스 공급원(194)과, NF3(삼불화질소) 가스 공급원(195)과, N2(질소) 가스 공급원(196)을 갖는다.
복수의 가스 도입 노즐(123)은, 천장 벽부(111)의 구멍에 감입된다. 가스 도입 노즐(123)의 선단은, 처리 용기(101) 내에 돌출된다. 가스 도입 노즐(123)은, 가스 공급 배관(191)을 통해서 각 가스 공급원(192 내지 196)으로부터 가스가 공급되고, 공급된 가스를 처리 용기(101) 내에 도입한다.
각 가스 공급원(192 내지 196)은, 분기관(191a 내지 191e)을 통해서 가스 공급 배관(191)에 접속된다. 각 분기관(191a 내지 191e)에는, 매스 플로 컨트롤러 및 밸브가 각각 마련된다. 가스 공급 기구(103)에서는, 각 밸브가 제어됨으로써, 각 가스 공급원(192 내지 196)으로부터 공급되는 가스의 유량이 각각 제어된다.
SiH4 가스 공급원(192)은, 성막 가스인 SiH4 가스를 공급한다. 성막 가스는, SiH4 가스 외에, Si2H6 가스, TSA(tetra-silyl-amine) 가스 등의 Si 함유 가스이어도 된다. NH3 가스 공급원(193)은, 성막 가스인 NH3 가스를 공급한다.
Ar 가스 공급원(194)은, 플라스마 생성 가스인 Ar 가스를 공급한다. 플라스마 생성 가스는 희가스이며, He(헬륨) 가스, Ne(네온) 가스 등이어도 된다.
NF3 가스 공급원(195)은, 클리닝 가스인 NF3 가스를 공급한다. N2 가스 공급원(196)은, 퍼지 가스인 N2 가스를 공급한다. N2 가스는, 예를 들어 플라스마 생성 가스와 함께 공급된다. 또한, 퍼지 가스인 N2 가스가 공급되지 않고, 플라스마 생성 가스가 공급되어도 된다. 상기한 각 가스는, 일례이며, 상기 가스에 한정되지는 않는다.
배기 장치(104)는, 예를 들어 진공 펌프에 의해 배기관(116)을 통해서 처리 용기(101) 내의 가스를 배출한다. 배기 장치(104)는, 처리 용기(101) 내의 압력을 압력 제어 밸브에 의해 조정한다.
마이크로파 도입 장치(105)는, 처리 용기(101) 내에 전자파(마이크로파)를 도입해서 플라스마를 발생시킨다. 마이크로파 도입 장치(105)는, 처리 용기(101)의 천장 벽부(111)와, 마이크로파 출력부(130)와, 안테나 유닛(140)을 갖는다. 천장 벽부(111)는, 천장판으로서 기능한다.
마이크로파 출력부(130)는, 마이크로파를 생성함과 함께, 마이크로파를 복수의 경로로 분배해서 출력한다. 마이크로파 출력부(130)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 전원(131)과, 마이크로파 발진기(132)와, 앰프(133)와, 분배기(134)를 갖는다. 도 2는, 실시 형태에 관한 마이크로파 출력부(130)의 개략을 도시하는 블록도이다.
마이크로파 발진기(132)는 솔리드 스테이트이며, 예를 들어 860MHz로 마이크로파를 발진(예를 들어, PLL 발진)시킨다. 또한, 마이크로파의 주파수는, 860MHz에 한하지 않고, 2.45GHz, 8.35GHz, 5.8GHz, 1.98GHz 등, 700MHz 내지 10GHz의 범위의 것을 사용할 수 있다.
앰프(133)는, 마이크로파 발진기(132)에 의해 발진된 마이크로파를 증폭시킨다. 분배기(134)는, 앰프(133)에 의해 증폭된 마이크로파를 복수의 경로로 분배한다. 분배기(134)는, 입력측과 출력측의 임피던스를 정합시키면서 마이크로파를 분배한다.
안테나 유닛(140)은, 마이크로파 출력부(130)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(101)(도 1 참조)에 도입한다. 안테나 유닛(140)은, 복수의 안테나 모듈(141)을 포함한다. 복수의 안테나 모듈(141)은, 분배기(134)에 의해 분배된 마이크로파를 각각 처리 용기(101) 내에 도입한다. 각 안테나 모듈(141)은, 앰프부(142)와, 마이크로파 방사 기구(143)를 갖는다.
앰프부(142)는, 분배된 마이크로파를 증폭해서 출력한다. 앰프부(142)는, 위상기(145)와, 가변 게인 앰프(146)와, 메인 앰프(147)와, 아이솔레이터(148)를 갖는다.
위상기(145)는, 마이크로파의 위상을 변화시킨다. 가변 게인 앰프(146)는, 메인 앰프(147)에 입력되는 마이크로파의 전력 레벨을 조정한다. 메인 앰프(147)는, 솔리드 스테이트 앰프로서 구성된다. 아이솔레이터(148)는, 마이크로파 방사 기구(143)의 안테나부(156)(도 3 참조)에서 반사되어 메인 앰프(147)를 향하는 반사 마이크로파를 분리한다.
여기서, 도 3을 사용해서 마이크로파 방사 기구(143)에 대해서 설명한다. 도 3은, 실시 형태에 관한 마이크로파 방사 기구(143)의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
마이크로파 방사 기구(143)는, 앰프부(142)로부터 출력된 마이크로파를 처리 용기(101)(도 1 참조) 내에 방사한다. 마이크로파 방사 기구(143)는, 통 형상을 이루는 외측 도체(152) 및 내측 도체(153)를 갖는다. 내측 도체(153)는, 외측 도체(152) 내에 외측 도체(152)와 동축상으로 마련된다.
마이크로파 방사 기구(143)는, 외측 도체(152)와 내측 도체(153)의 사이에 마이크로파 전송로를 갖는 동축관(151)과, 튜너(154)와, 급전부(155)와, 안테나부(156)를 갖는다. 튜너(154)는, 부하의 임피던스를 마이크로파 전원(131)의 특성 임피던스에 정합시킨다.
급전부(155)는, 앰프부(142)로부터의 증폭된 마이크로파를 마이크로파 전송로에 급전한다. 급전부(155)는, 외측 도체(152)의 상단부 측방으로부터 동축 케이블에 의해 앰프부(142)에서 증폭된 마이크로파가 도입되어, 예를 들어 급전 안테나에 의해 마이크로파를 방사한다. 마이크로파의 방사에 의해, 외측 도체(152)와 내측 도체(153)의 사이의 마이크로파 전송로에 마이크로파 전력이 급전되고, 마이크로파 전력이 안테나부(156)를 향해서 전파한다.
안테나부(156)는, 동축관(151)의 하단부에 마련되어 있다. 안테나부(156)는, 동축관(151)으로부터의 마이크로파를 처리 용기(101) 내에 방사한다. 안테나부(156)는, 평면 안테나(161)와, 지파재(162)와, 마이크로파 투과판(163)을 갖는다.
평면 안테나(161)는 원판상이다. 평면 안테나(161)는, 내측 도체(153)의 하단부에 접속된다. 평면 안테나(161)에는 슬롯(161a)이 형성된다. 슬롯(161a)은, 평면 안테나(161)를 관통하도록 형성된다. 슬롯(161a)의 형상은, 마이크로파가 효율적으로 방사되도록 적절히 설정된다. 슬롯(161a)에는 유전체가 삽입되어 있어도 된다.
지파재(162)는, 평면 안테나(161)의 상면측에 배치된다. 지파재(162)는, 진공보다도 큰 유전율을 갖는 재료에 의해 형성된다. 지파재(162)는, 지파재(162)의 두께에 따라 마이크로파의 위상을 조정할 수 있어, 마이크로파의 방사 에너지가 최대로 되도록 할 수 있다.
마이크로파 투과판(163)은, 평면 안테나(161)의 하면측에 배치된다. 마이크로파 투과판(163)은 천장 벽부(111)에 감입된다. 마이크로파 투과판(163)의 하면은 처리 용기(101)의 내부 공간에 노출되어 있다. 마이크로파 투과판(163)은, 유전체로 구성되어 마이크로파를 TE 모드에서 효율적으로 방사할 수 있는 형상이다. 마이크로파 투과판(163)을 투과한 마이크로파는, 처리 용기(101) 내의 공간에 플라스마를 생성한다.
지파재(162) 및 마이크로파 투과판(163)을 구성하는 재료로서는, 예를 들어 석영이나 세라믹스, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등의 불소계 수지, 폴리이미드 수지 등을 사용할 수 있다.
튜너(154)는, 슬래그 튜너를 구성하고 있다. 튜너(154)는, 슬래그(171a, 171b)와, 액추에이터(172)와, 튜너 컨트롤러(173)를 갖는다. 슬래그(171a, 171b)는, 동축관(151)의 안테나부(156)보다도 기단부측(상단부측)의 부분에 배치된 2개의 슬래그이다. 슬래그(171a, 171b)는, 판상이면서 또한 환상을 이루고, 세라믹스 등의 유전체 재료로 구성되어, 동축관(151)의 외측 도체(152)와 내측 도체(153)의 사이에 배치되어 있다.
액추에이터(172)는, 2개의 슬래그(171a, 171b)를 각각 독립적으로 구동한다. 액추에이터(172)는, 예를 들어 각각 슬래그(171a, 171b)가 나사 결합하는 2개의 나사를 회전시킴으로써 슬래그(171a, 171b)를 개별로 구동시킨다. 액추에이터(172)는, 튜너 컨트롤러(173)로부터의 지령에 기초하여, 슬래그(171a, 171b)를 상하 방향으로 이동시킨다.
튜너 컨트롤러(173)는 액추에이터(172)를 제어한다. 튜너 컨트롤러(173)는, 종단부의 임피던스가, 예를 들어 50Ω이 되도록, 슬래그(171a, 171b)의 위치를 조정한다.
메인 앰프(147)와, 튜너(154)와, 평면 안테나(161)는 근접 배치하고 있다. 그리고, 튜너(154)와 평면 안테나(161)는 집중 상수 회로를 구성하고, 또한 공진기로서 기능한다. 평면 안테나(161)의 설치 부분에는, 임피던스 부정합이 존재한다. 그러나, 튜너(154)에 의해 플라스마 부하에 대하여 직접 튜닝하므로, 플라스마를 포함해서 고정밀도로 튜닝할 수 있어, 평면 안테나(161)에서의 반사의 영향을 해소할 수 있다.
마이크로파 방사 기구(143)를, 예를 들어 7개 마련된다. 7개의 마이크로파 방사 기구(143)에 대응하는 마이크로파 투과판(163)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 균등하게 육방 최밀 배치가 되도록 배치된다. 도 4는, 실시 형태에 관한 처리 용기(101)의 천장 벽부(111)의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
7개의 마이크로파 투과판(163) 중 1개는, 천장 벽부(111)의 중앙에 배치된다. 다른 6개의 마이크로파 투과판(163)은, 중앙에 배치된 마이크로파 투과판(163)의 주위에 배치된다. 7개의 마이크로파 투과판(163)은, 인접하는 마이크로파 투과판(163)이 등간격으로 되도록 배치되어 있다. 또한, 가스 공급 기구(103)의 복수의 가스 도입 노즐(123)은, 중앙의 마이크로파 투과판(163)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 마이크로파 방사 기구(143)의 개수는 7개에 한정하는 것은 아니다.
도 1로 돌아가서, 제어부(106)는, 전형적으로는 컴퓨터로 이루어져, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어하도록 되어 있다. 제어부(106)는, 플라스마 처리 장치(100)의 프로세스 시퀀스 및 제어 파라미터인 프로세스 레시피를 기억한 기억부나, 입력 수단 및 디스플레이 등을 구비하고 있고, 선택된 프로세스 레시피에 따라서 소정의 제어를 행하는 것이 가능하다.
상기 플라스마 처리 장치(100)에서는, 처리 용기(101) 내의 압력이 감압된 후에, Ar 가스가 처리 용기(101)에 공급된다. 또한, 마이크로파 도입 장치(105)의 마이크로파 출력부(130)로부터 복수로 분배되어 출력된 마이크로파가, 안테나 유닛(140)의 복수의 안테나 모듈(141)에 유도되어, 마이크로파 방사 기구(143)로부터 방사된다. 이에 의해, 처리 용기(101) 내에 플라스마가 생성된다.
플라스마가 생성된 처리 용기(101) 내에서는, 천장 벽부(111) 바로 아래 영역, 예를 들어 천장 벽부(111)의 수cm 정도 하방의 영역(천장 벽부(111)의 하면으로부터 1cm 내지 3cm 하방의 영역)에서, 플라스마 생성 영역(200)이 형성된다. 플라스마 생성 영역(200)은, Ar 가스에 마이크로파가 방사됨으로써 플라스마가 생성되는 영역이다. 또한, 플라스마 생성 영역(200)보다도 하방에 위치하는 영역에는, 플라스마 생성 영역(200)에서 생성된 플라스마가 확산하는 확산 영역(201)이 형성된다. 확산 영역(201)은, 예를 들어 적재대(102) 및 적재대(102)에 보유 지지되는 웨이퍼(W)를 포함하는 영역이다. 플라스마 처리 장치(100)에서는, 처리 용기(101) 내에, 플라스마 생성 영역(200)과 확산 영역(201)을 갖는 처리 공간이 형성된다.
확산 영역(201)에서의 플라스마의 전자 온도는, 플라스마 생성 영역(200)에서의 플라스마의 전자 온도보다도 낮다. 또한, 확산 영역(201)에서의 플라스마의 전자 밀도는, 플라스마 생성 영역(200)에서의 플라스마의 전자 밀도보다도 작다.
<성막 생성 처리>
이어서, 실시 형태에 관한 성막 생성 처리에 대해서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는, 실시 형태에 관한 성막 생성 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
제어부(106)는, 프리코팅 공정을 행한다(S100). 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내에 웨이퍼(W)가 반입되어 있지 않은 상태에서 프리코팅 공정을 행한다. 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내를 감압하고, Ar 가스를 처리 용기(101) 내에 공급한다. 그리고, 제어부(106)는, 마이크로파 방사 기구(143)로부터 마이크로파를 방사시켜, 처리 용기(101) 내에 플라스마를 생성시킨다. 제어부(106)는, 플라스마가 생성된 타이밍에 SiH4 가스 및 NH3 가스를 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(101)의 내벽은, SiN막에 의해 피막된다. 프리코팅 공정이 행해짐으로써, 처리 용기(101) 내에 존재하는 파티클원이 SiN막에 의해 커버된다.
제어부(106)는 반입 공정을 행한다(S101). 제어부(106)는, 웨이퍼(W)를 처리 용기(101)에 반입하여, 웨이퍼(W)를 적재대(102)에 적재한다.
제어부(106)는 성막 공정을 행한다(S102). 제어부(106)는, 적재대(102)에 적재된 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막한다. 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내에서 웨이퍼(W)(기판의 일례)에 대하여 플라스마 처리를 행하여, 웨이퍼(W)에 SiN막을 성막한다. 구체적으로는, 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내를 제1 압력으로 감압한다. 제1 압력은, 미리 설정된 압력이며, 웨이퍼(W)에 대한 SiN막의 성막에 적합한 압력이다.
그리고, 제어부(106)는, Ar 가스를 처리 용기(101) 내에 공급하고, 마이크로파 방사 기구(143)로부터 마이크로파를 방사시켜, 처리 용기(101) 내에 플라스마를 생성시킨다. 제어부(106)는, 플라스마가 생성된 타이밍에 SiH4 가스 및 NH3 가스를 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상에 SiN막이 성막된다. 제어부(106)는, 하기의 처리 조건에서 성막 공정이 행해지도록, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 하기의 처리 조건은, 일례이며, 성막의 종류나, 플라스마 처리 장치(100)의 종류 등에 따라서 설정된다. 예를 들어, Ar 가스 대신에 플라스마 생성 가스로서 He 가스가 사용되어도 된다. 또한, N2 가스가 공급되지 않고 성막 공정이 행하여져도 된다. 또한, 성막 공정에 의해, 처리 용기(101) 내에는 성막 원료를 포함하는 퇴적물막이 부착된다.
(성막 공정의 처리 조건)
중앙에 배치된 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 전력: 0 내지 500W
주위에 배치된 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 전력: 400 내지 1000W
처리 용기(101) 내의 압력: 1 내지 200Pa
웨이퍼(W)의 온도: 300 내지 600℃
Ar(He) 가스: 0.1 내지 1000sccm
N2 가스: 0 내지 50sccm(0sccm 시, N2 가스는 미사용)
SiH4 가스: 10 내지 100sccm
NH3 가스: 10 내지 300sccm
제어부(106)는 반출 공정을 행한다(S103). 제어부(106)는, SiN막이 성막된 웨이퍼(W)를 처리 용기(101)로부터 반출한다.
제어부(106)는 보호막 생성 공정을 행한다(S104). 제어부(106)는, 처리 용기(101)로부터 웨이퍼(W)가 반출된 상태에서, 보호막 생성 공정을 행한다. 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내를 제2 압력으로 감압한다. 제2 압력은, 미리 설정된 압력이며, 플라스마 생성 영역(200)에 선택적으로 보호막을 성막시키는 압력이다. 제2 압력은, 제1 압력보다도 높다. 처리 용기(101) 내의 압력이 높아지면, 플라스마 생성 영역(200)에서 생성된 플라스마가 처리 용기(101) 내에서 확산하기 어려워진다.
그리고, 제어부(106)는, Ar 가스를 처리 용기(101) 내에 공급하고, 마이크로파 방사 기구(143)로부터 마이크로파를 방사시켜, 처리 용기(101) 내에 플라스마를 생성시킨다. 제어부(106)는, 플라스마가 생성된 타이밍에 SiH4 가스 및 NH3 가스를 공급한다. 이에 의해, 처리 용기(101) 내의 플라스마 생성 영역(200)에 보호막이 선택적으로 형성된다. 즉, 보호막 생성 공정은, 보호막을 플라스마 생성 영역(200)에 선택적으로 형성한다. 보호막 생성 공정에 의해, 확산 영역(201)보다도 두꺼운 보호막이, 플라스마 생성 영역(200)에 형성된다. 보호막은, 웨이퍼(W)에 성막되는 SiN막과 동일 종류의 막이다. 제어부(106)는, 하기의 처리 조건에서 보호막 생성 공정이 행해지도록, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 또한, 보호막 생성 공정의 처리 조건은, 성막 공정의 처리 조건에 따라서 설정된다. 예를 들어, Ar 가스 대신에 플라스마 생성 가스로서 He 가스가 사용되어도 된다. 또한, N2 가스가 공급되지 않고 보호막 생성 공정이 행하여져도 된다.
(보호막 생성 공정의 처리 조건)
중앙에 배치된 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 전력: 0 내지 500W
주위에 배치된 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 전력: 400 내지 1000W
처리 용기(101) 내의 압력: 1 내지 200Pa
웨이퍼(W)의 온도: 300 내지 600℃
Ar(He) 가스: 0.1 내지 1000sccm
N2 가스: 0 내지 50sccm(0sccm 시, N2 가스는 미사용)
SiN4: 30 내지 200sccm
NH3: 0.1 내지 300sccm
이와 같이, 제어부(106)는, 보호막 생성 공정을 행한다. 보호막 생성 공정은, 플라스마 생성 영역(200)과 확산 영역(201)을 갖는 처리 공간이 형성되는 처리 용기(101) 내에 SiN4 가스 및 NH3 가스(성막 가스의 일례)를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 플라스마 생성 영역(200)에 보호막을 형성한다. 보호막 생성 공정은, 웨이퍼(W)(기판의 일례)에 플라스마 처리가 행하여진 후에, 보호막을 형성한다. 보호막 생성 공정에서 공급되는 SiN4 가스 및 NH3 가스(성막 가스의 일례)는, 웨이퍼(W)(기판의 일례)의 플라스마 처리에 사용되는 SiN4 가스 및 NH3 가스(성막 가스의 일례)와 동일 종류의 가스이다.
제어부(106)는 클리닝 공정을 행한다(S105). 제어부(106)는, 플라스마 생성 영역(200)에 보호막이 형성된 상태에서 클리닝 공정을 행한다. 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내를 감압하고, Ar 가스 및 NF3 가스를 처리 용기(101) 내에 공급한다. 그리고, 제어부(106)는, 마이크로파 방사 기구(143)로부터 마이크로파를 방사시켜, 처리 용기(101) 내에 플라스마를 생성시킨다. 이에 의해, 처리 용기(101) 내에 부착된 퇴적물막이 제거된다. 제어부(106)는, 하기의 처리 조건에서 클리닝 공정이 행해지도록, 플라스마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 또한, 클리닝 공정의 처리 조건은, 성막 공정의 처리 조건이나, 보호막 생성 공정의 처리 조건에 따라서 설정된다. 예를 들어, Ar 가스 대신에 플라스마 생성 가스로서 He 가스가 사용되어도 된다.
(클리닝 공정의 처리 조건)
중앙에 배치된 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 전력: 0 내지 500W
주위에 배치된 마이크로파 방사 기구(143)의 마이크로파 전력: 400 내지 1000W
처리 용기(101) 내의 압력: 1 내지 200Pa
웨이퍼(W)의 온도: 300 내지 600℃
Ar(He) 가스: 0.1 내지 1000sccm
N2 가스: 0.1 내지 50sccm
NF3 가스: 500 내지 2000sccm
이와 같이, 제어부(106)는, 처리 용기(101) 내에 NF3 가스(클리닝 가스의 일례)를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 보호막이 형성된 처리 용기(101) 내를 클리닝하는 클리닝 공정을 실행한다.
플라스마 처리 장치(100)에서는, 클리닝 공정이 행해짐으로써, 처리 용기(101) 내에 부착된 퇴적물막이 제거된다. 플라스마 생성 영역(200)에서의 플라스마의 전자 밀도는, 확산 영역(201)에서의 플라스마의 전자 밀도보다도 크다. 그 때문에, 단위 시간에 대한 퇴적물막의 제거량은, 확산 영역(201)보다도 플라스마 생성 영역(200)이 커진다.
플라스마 생성 영역에 보호막이 형성되지 않는 비교예에 관한 플라스마 처리 장치에서는, 클리닝 공정을 행함으로써, 플라스마 생성 영역에서의 퇴적물막의 제거가 완료된 후에 처리 용기의 재질이 노출된 상태에서, 클리닝 공정이 계속된다. 즉, 비교예에 관한 플라스마 처리 장치에서는, 퇴적물막이 형성되어 있지 않은 상태의 처리 용기를 기준으로 하는 클리닝의 정도인 클리닝 레이트가, 플라스마 생성 영역과, 확산 영역에서 다르다. 그 때문에, 비교예에 관한 플라스마 처리 장치에서는, 플라스마 생성 영역을 형성하는 처리 용기가 과잉으로 클리닝되는 오버 클리닝이 생길 우려가 있다. 오버 클리닝이 생기면, 노출된 처리 용기의 재질과 가스가 반응해서, 예를 들어 파티클이 발생할 우려가 있다. 또한, 비교예에 관한 플라스마 처리 장치는, 처리 용기의 교환 빈도가 높아져, 비용이 높아질 우려가 있다.
실시 형태에 관한 클리닝 방법은, 웨이퍼(W)(기판의 일례)에 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치(100)에서 실행된다. 실시 형태에 관한 클리닝 방법은, 보호막 생성 공정과, 클리닝 공정을 포함한다. 보호막 생성 공정은, 플라스마 생성 영역(200)과 확산 영역(201)을 갖는 처리 공간이 형성되는 처리 용기(101) 내에 SiN4 가스 및 NH3 가스(성막 가스의 일례)를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 플라스마 생성 영역(200)에 보호막을 형성한다. 클리닝 공정은, 처리 용기(101) 내에 NF3 가스(클리닝 가스의 일례)를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 보호막이 형성된 처리 용기(101) 내를 클리닝한다.
이에 의해, 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200)과 확산 영역(201)의 클리닝 레이트의 차를 작게 하여, 플라스마 생성 영역(200)의 처리 용기(101)에 오버 클리닝이 생기는 것을 억제할 수 있다. 즉, 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 플라스마 처리 장치(100)는, 예를 들어 클리닝 공정에 의한 파티클의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 플라스마 처리 장치(100)는, 예를 들어 처리 용기(101)의 교환 빈도를 낮게 하여, 비용을 저감할 수 있다.
또한, 보호막 생성 공정은, 웨이퍼(W)(기판의 일례)에 플라스마 처리가 행하여진 후에, 보호막을 형성한다.
이에 의해, 플라스마 처리 장치(100)는, 보호막이 형성된 상태에서, 웨이퍼(W)의 성막 공정이 실행되는 것을 방지할 수 있어, 보호막에 기인하는 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 보호막 생성 공정은, 보호막을 플라스마 생성 영역(200)에 선택적으로 형성한다.
이에 의해, 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200)에 보호막을 형성하여, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 보호막 생성 공정에서 공급되는 SiH4 가스 및 NH3 가스(성막 가스의 일례)는, 웨이퍼(W)(기판의 일례)의 플라스마 처리에 사용되는 SiH4 가스 및 NH3 가스(성막 가스의 일례)와 동일 종류의 가스이다.
이에 의해, 플라스마 처리 장치(100)는, 보호막을 형성하기 위한 가스 공급원을 별도로 사용하지 않고 보호막을 형성할 수 있다. 그 때문에, 플라스마 처리 장치(100)는, 장치 전체가 대형화하는 것을 억제하면서, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에 대해서 설명한다.
변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 보호막 생성 공정과, 클리닝 공정이 반복해서 행하여져도 된다. 도 6은, 변형예에 관한 성막 생성 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)와 마찬가지로, 웨이퍼(W)에 성막을 행한다(S200 내지 S203). 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 보호막 생성 공정에 의해 보호막을 플라스마 생성 영역(200)에 형성한 후에, 클리닝 공정에 의해 클리닝을 행한다(S204, S205). 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 재생성 조건을 충족하는 경우에는(S206: "예"), 다시 보호막 생성 공정을 행한 후에, 클리닝 공정을 행한다(S204, S205). 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 재생성 조건을 충족하지 않는 경우에는(S206: "아니오"), 클리닝이 완료되었다고 판정하고, 성막 생성 처리를 종료한다.
재생성 조건은, 예를 들어 클리닝 공정의 횟수에 관한 조건이다. 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(1)는, 클리닝 공정의 횟수가 미리 설정된 횟수보다도 적은 경우에, 재생성 조건을 충족한다고 판정한다. 즉, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(1)는, 클리닝 공정의 횟수가 미리 설정된 횟수 이상이 되면, 클리닝이 완료되었다고 판정한다. 재생성 조건은 변경 가능하며, 처리 용기(101)의 상태에 따라서 변경된다.
이에 의해, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 클리닝이 행하여진 플라스마 생성 영역(200)의 처리 용기(101)의 상태에 따라, 보호막을 형성하면서 클리닝을 행할 수 있다. 그 때문에, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 설정된 복수매의 웨이퍼(W)에 대하여 성막 공정이 행하여진 후에, 보호막 생성 공정 및 클리닝 공정이 행하여져도 된다.
변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 성막 공정에서의 웨이퍼(W)의 성막 매수가 많아， 퇴적물막이 두꺼울 경우에는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 성막 공정을 행한 후에 클리닝 공정을 행해도 된다. 도 7은, 변형예에 관한 성막 생성 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치(100)와 마찬가지로, 웨이퍼(W)에 성막을 행한다(S300 내지 S303). 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 클리닝 조건을 충족하지 않는 경우에는(S304: "아니오"), 새로운 웨이퍼(W)를 처리 용기(101)에 반입하여, 새로운 웨이퍼(W)에 대하여 성막을 행한다(S301 내지 S303). 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 클리닝 조건을 충족하는 경우에는(S304: "예"), 클리닝 공정을 행한다(S305).
클리닝 조건은, 예를 들어 설정된 복수매의 웨이퍼(W)에 대하여 성막 공정이 행해진 경우에 충족된다. 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 클리닝 공정을 행한 후에 보호막 생성 공정을 행하고(S306), 다시 클리닝 공정을 행한다(S307). 예를 들어, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 미리 설정된 시간, 클리닝 공정을 행한 후에 보호막을 생성하고, 다시 클리닝 공정을 행한다.
이에 의해, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 퇴적물막의 두께에 따라서 클리닝 공정을 실행할 수 있다.
또한, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 보호막 생성 공정에서, 웨이퍼(W)(기판의 일례)에 대한 플라스마 처리의 적산 처리 시간에 기초하여 보호막을 형성해도 된다. 적산 처리 시간은, 퇴적물막이 처리 용기(101)에 부착되어 있지 않은 상태로부터의 플라스마 처리의 적산 처리 시간이다. 예를 들어, 적산 처리 시간은, 클리닝 공정이 행하여진 후의, 웨이퍼(W)에 대한 플라스마 처리의 적산 처리 시간이다. 예를 들어, 플라스마 처리의 적산 처리 시간이 길어질수록, 보호막 생성 공정에서 보호막을 형성하는 시간이 길어진다. 즉, 예를 들어 성막 공정에서의 플라스마 처리의 적산 처리 시간이 길어질수록, 형성되는 보호막의 두께가 두꺼워진다.
이에 의해, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 성막 공정에 의해 처리 용기(101)에 부착되는 퇴적물막의 두께에 따라, 보호막의 두께를 조정할 수 있다. 그 때문에, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 클리닝 공정에서의 플라스마의 발광량에 기초하여 보호막을 형성한다. 예를 들어, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 수광기(220)를 갖는다. 도 8은, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 처리 용기(101)에 관찰용 개구(221)가 마련된다. 개구(221)에는, 관찰용 창(222)이 기밀하게 설치된다. 수광기(220)는, 관찰용 창(222)의 외측에 마련된다. 수광기(220)는, 플라스마의 발광량을 검출한다. 예를 들어, 처리 용기(101)에 부착되는 퇴적물막이 두꺼울 경우에는, 수광기(220)에 의해 검출되는 플라스마의 발광량이 작아진다. 즉, 수광기(220)에 의해 검출되는 플라스마의 발광량이 작아질수록, 형성되는 보호막의 두께가 두꺼워진다.
이에 의해, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 성막 공정에 의해 처리 용기(101)에 부착되는 퇴적물막의 두께에 따라, 보호막의 두께를 조정할 수 있다. 그 때문에, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 성막 공정이 행하여진 후에 처리 용기(101)에 부착된 퇴적물막이 계측되고, 계측 결과에 기초하여, 보호막 생성 공정에서의 보호막의 두께가 조정되어도 된다. 또한, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 웨이퍼(W)에 부착된 파티클량이 계측되고, 계측 결과에 기초하여, 보호막 생성 공정에서의 보호막의 두께가 조정되어도 된다.
변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)의 클리닝 방법에서는, 보호막 생성 공정에 의해 형성되는 보호막은, C(탄소)나, B(붕소)나, Al(알루미늄) 등의 원소를 포함하는 막이어도 된다. 또한, 보호막 생성 처리에 의해 형성되는 보호막은, F(불소)나, Cl(염소) 등의 할로겐계 원소를 포함하는 막이어도 된다. 상기 원소를 포함하는 보호막을 형성함으로써, 보호막 자신의 제거량을 변화시킬 수 있다. 따라서, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 단위 시간에 대한 보호막의 제거량을 조정해서 클리닝 레이트를 제어하는 것이 가능하게 된다.
이에 의해, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 단위 시간에 대한 퇴적물막의 제거량을 조정할 수 있어, 클리닝 공정에서의 플라스마 생성 영역(200)과 확산 영역(201)의 클리닝 레이트를 조정할 수 있다. 그 때문에, 변형예에 관한 플라스마 처리 장치(100)는, 플라스마 생성 영역(200) 및 확산 영역(201)에서의 처리 용기(101)의 클리닝의 균일성을 향상시킬 수 있다.
플라스마 처리 장치(100)는, 용량 결합 플라스마(CCP)나, 유도 결합 플라스마(ICP)를 사용한 처리 장치이어도 된다. 보호막은, 플라스마 생성 영역(200)에 대응하는 보호 영역에 형성된다. 즉, 보호막은, 클리닝 공정에서 오버 클리닝이 생기는 보호 영역에 형성되면 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 실제로, 상기한 실시 형태는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 취지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
100: 플라스마 처리 장치
101: 처리 용기
103: 가스 공급 기구
105: 마이크로파 도입 장치
106: 제어부
200: 플라스마 생성 영역
201: 확산 영역

Claims (8)

  1. 기판에 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치의 클리닝 방법이며,
    플라스마 생성 영역과 확산 영역을 갖는 처리 공간이 형성되는 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 상기 플라스마 생성 영역에 보호막을 형성하는 보호막 생성 공정과,
    상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 상기 보호막이 형성된 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 클리닝 공정
    을 포함하는, 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호막 생성 공정은, 상기 기판에 상기 플라스마 처리가 행하여진 후에 상기 보호막을 형성하는, 클리닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호막 생성 공정 및 상기 클리닝 공정은, 반복해서 행하여지는, 클리닝 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막 생성 공정은, 상기 보호막을 상기 플라스마 생성 영역에 선택적으로 형성하는, 클리닝 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막 생성 공정은, 상기 기판에 대한 상기 플라스마 처리의 적산 처리 시간에 기초하여 상기 보호막을 형성하는, 클리닝 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막 생성 공정은, 상기 클리닝 공정에서의 플라스마의 발광량에 기초하여 상기 보호막을 형성하는, 클리닝 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막 생성 공정에서 공급되는 상기 성막 가스는, 상기 기판의 상기 플라스마 처리에 사용되는 성막 가스와 동일 종류의 가스인, 클리닝 방법.
  8. 플라스마 생성 영역과 확산 영역을 갖는 처리 공간이 형성되는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판에 대하여 플라스마 처리를 행하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 처리 용기 내에 성막 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 상기 플라스마 생성 영역에 보호막을 형성하는 보호막 생성 공정과,
    상기 처리 용기 내에 클리닝 가스를 공급하면서, 플라스마를 발생시켜서 상기 보호막이 형성된 상기 처리 용기 내를 클리닝하는 클리닝 공정을 실행하는,
    플라스마 처리 장치.
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