KR20220157309A - 온도 제어 방법 및 온도 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는, 기판을 처리할 때에, 기판 처리 성능이 변동하는 것을 억제하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
플라즈마 처리 장치의 챔버의 온도 제어 방법으로서, (a) 기판을 상기 챔버의 내부에 제공하는 공정과, (b) 상기 챔버의 내부 구성 부재의 처리 개시전 온도를 측정하는 공정과, (c) 측정한 상기 처리 개시전 온도 및 미리 설정한 목표 온도의 차에 기초하여, 온도 제어 조건을 결정하는 공정과, (d) 상기 온도 제어 조건에 기초하여, 상기 내부 구성 부재를 플라즈마에 의해 승온하거나 및 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실시하는 공정과, (e) 상기 기판을 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는 온도 제어 방법.

Description

온도 제어 방법 및 온도 제어 장치{TEMPERATURE CONTROL METHOD AND TEMPERATURE CONTROL DEVICE}
본 개시는, 온도 제어 방법 및 온도 제어 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 클리닝 처리 종료 후의 웨이퍼 처리에 앞서, 처리실 내에 플라즈마를 처리 이력에 따라 미리 설정한 처리 시간 생성하고 처리실의 내표면을 가열하여 내표면 온도를 제어하는 플라즈마 처리 장치가 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-244065호 공보
본 개시는, 기판을 처리할 때에, 기판 처리 성능이 변동하는 것을 억제하는 기술을 제공한다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 챔버의 온도 제어 방법으로서, (a) 기판을 상기 챔버의 내부에 제공하는 공정과, (b) 상기 챔버의 내부 구성 부재의 처리 개시전 온도를 측정하는 공정과, (c) 측정한 상기 처리 개시전 온도 및 미리 설정한 목표 온도의 차에 기초하여, 온도 제어 조건을 결정하는 공정과, (d) 상기 온도 제어 조건에 기초하여, 상기 내부 구성 부재를 플라즈마에 의해 승온하거나 및 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실시하는 공정과, (e) 상기 기판을 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는 온도 제어 방법이 제공된다.
본 개시에 따르면, 기판을 처리할 때에, 기판 처리 성능이 변동하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 구성예를 설명한 도면이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 플라즈마 처리 장치의 일례의 구성예를 설명한 도면이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 제어부의 온도 제어에 대해서 설명한 도면이다.
도 4는 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 제어부의 온도 제어에 대해서 설명한 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 제어부의 온도 제어를 설명한 흐름도이다.
도 6은 비교예의 플라즈마 처리 시스템의 일례의 동작예에 대해서 설명한 도면이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다. 또한, 이해를 쉽게 하기 위해, 도면에 있어서의 각부의 축척은 실제와는 상이한 경우가 있다.
평행, 직각, 직교, 수평, 수직, 상하, 좌우 등의 방향에는, 실시형태의 효과를 해치지 않을 정도의 어긋남이 허용된다. 각부의 형상은, 직각에 한정되지 않고, 활 모양으로 둥그스름해져도 좋다. 평행, 직각, 직교, 수평, 수직에는, 대략 평행, 대략 직각, 대략 직교, 대략 수평, 대략 수직이 포함되어도 좋다.
처음에, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 구성예를 설명한 도면이다.
일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 시스템은, 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 플라즈마 처리 공간을 갖는다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 가스 공급구는, 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는, 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 갖는다.
플라즈마 생성부(12)는, 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma), 또는, 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma) 등이어도 좋다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 여러 가지 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 좋다. 일 실시형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는, 100 kHz∼10 GHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 따라서, AC 신호는 RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, RF 신호는 200 kHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다.
제어부(2)는, 본 개시에 있어서 설명되는 여러 가지 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 설명되는 여러 가지 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하기 위해 구성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는, 예컨대 컴퓨터(2a)를 포함하여도 좋다. 컴퓨터(2a)는, 예컨대, 처리부(CPU: Central Processing Unit)(2a1), 기억부(2a2), 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함하여도 좋다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 기초하여 여러 가지 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신하여도 좋다.
이하에, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다.
용량 결합 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 위쪽에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 천장부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 측벽(10a)은 접지된다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 하우징과는 전기적으로 절연된다.
플라즈마 처리 챔버(10)는, 측벽(10a)의 기판 지지부(11)측에, 측벽 보호 부재(115)를 구비한다. 측벽 보호 부재(115)는, 측벽(10a)을 보호한다. 측벽 보호 부재(115)는, 예컨대, 석영 및 세라믹스로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 재료를 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 측벽 보호 부재(115)의 온도를 측정하는 온도 센서(116)를 구비한다. 온도 센서(116)는, 예컨대, 형광식 광파이버 온도계이다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(웨이퍼)(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면)(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환상(環狀) 영역(링 지지면)(111b)을 갖는다. 본체부(111)의 환상 영역(111b)은, 평면에서 보아 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환상 영역(111b) 상에 배치된다. 일 실시형태에 있어서, 본체부(111)는 베이스 및 정전척을 포함한다. 베이스는 도전성 부재를 포함한다. 베이스의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능한다. 정전척은, 베이스 상에 배치된다. 정전척의 상면은, 기판 지지면(111a)을 갖는다. 링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 1 또는 복수의 환상 부재 중 적어도 하나는 에지링이다. 또한, 도시는 생략하지만, 기판 지지부(11)는, 정전척, 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로, 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 기판 지지면(111a) 사이에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내로 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는 도전성 부재를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재는 상부 전극으로서 기능한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13) 이외에 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 부착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함하여도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예컨대 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 하나의 유량 변조 디바이스를 포함하여도 좋다.
전원(30)은, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급하도록 구성된다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라즈마 생성부(12)의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판(W)에 인입할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, RF 전원(31)은, 제1 RF 생성부(31a) 및 제2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(31a)는 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 결합되어, 플라즈마 생성용 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호는 13 MHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제1 RF 생성부(31a)는, 상이한 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 소스 RF 신호는, 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급된다. 제2 RF 생성부(31b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 결합되어, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 소스 RF 신호보다도 낮은 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는 400 kHz∼13.56 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제2 RF 생성부(31b)는, 상이한 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 바이어스 RF 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급된다. 또한, 여러 가지 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다.
또한, 전원(30)은, 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함하여도 좋다. DC 전원(32)은 제1 DC 생성부(32a) 및 제2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 제1 DC 생성부(32a)는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 접속되어, 제1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제1 DC 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 인가된다. 일 실시형태에 있어서, 제1 DC 신호가, 정전척 내의 전극과 같은 다른 전극에 인가되어도 좋다. 일 실시형태에 있어서, 제2 DC 생성부(32b)는, 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 접속되어, 제2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제2 DC 신호는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 인가된다. 여러 가지 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 DC 신호가 펄스화되어도 좋다. 또한, 제1 및 제2 DC 생성부(32a, 32b)는 RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 좋고, 제1 DC 생성부(32a)가 제2 RF 생성부(31b) 대신에 마련되어도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예컨대 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
<본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 온도 제어 방법>
본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 온도 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 제어부(2)의 온도 제어에 대해서 설명한 도면이다.
도 3의 종축은 온도, 횡축은 시간을 나타낸다. 또한, 도 3의 좌측은 최초의 로트인 제1 로트, 우측은 제1 로트 다음의 제2 로트를 나타낸다.
제1 로트 및 제2 로트 각각은 차례로 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)과, 냉각 기간(기간 Pc)과, 기판 처리 기간(기간 Pp)을 갖는다. 또한, 도 3에서는, 기판 처리 기간(기간 Pp)으로서 하나의 기간을 기재하고 있지만, 제1 로트 및 제2 로트 각각의 기판의 처리 장수에 따라, 계속해서 복수의 기판 처리 기간(기간 Pp)을 구비하여도 좋다. 또한, 기판 처리 기간(기간 Pp) 후에 기판 반송 기간(기간 Pw)을 가져도 좋다. 기판 반송 기간에 있어서는, 플라즈마의 입열이 없기 때문에, 챔버의 온도는 낮아진다.
제1 로트와 제2 로트 사이에는 빈 시간이 설정되어 있지 않아도 좋고, 수시간, 혹은 수일 단위로 빈 시간이 설정되어 있어도 좋다.
드라이클리닝 기간(기간 Pdc)은, 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부를 세정하는 기간이다. 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)에서는, 제어부(2)는, 소정의 처리 조건으로, 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 플라즈마 처리를 행한다. 또한, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)에서는, 복수의 처리 항목으로 처리를 행하여도 좋다.
예컨대, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)에 있어서의 플라즈마 처리 장치(1)의 처리 조건은, 압력을 100 밀리토르(13.3 파스칼), 고주파 전력의 파워를 600 와트, 처리 가스를 산소, 처리 온도를 120℃로 하는 조건이다.
또한, 상기한 처리 조건 이외에 예컨대 승온 속도, 승온 시간 등을 처리 조건으로 추가하여도 좋다. 즉, 제어부(2)는, 플라즈마에 의해 승온하는 경우에, 고주파 전력의 파워, 챔버의 내부의 압력, 처리 가스의 종류, 처리 가스의 유량, 승온 속도 및 승온 시간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건을 설정한다.
드라이클리닝 처리를 행하면, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부 온도가 상승한다. 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)에 이어서, 냉각 기간(기간 Pc)에 있어서, 제어부(2)는, 플라즈마 처리 장치(1)의 내부의 냉각 처리를 행한다.
냉각 기간(기간 Pc)은, 샤워 헤드(13)로부터 냉각 가스를 공급하여 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부를 냉각하는 기간이다. 제어부(2)는, 플라즈마 처리 장치(1)에 냉각 가스를 공급하도록 제어한다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 샤워 헤드(13)로부터 플라즈마 처리 공간(10s)으로 냉각 가스를 공급한다. 냉각 처리에 이용되는 냉각 가스는, 예컨대, 헬륨 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나이다.
냉각 처리에 있어서의 조건으로서, 예컨대, 냉각 가스의 가스 유량 및 냉각 가스의 종류로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건을 설정하여도 좋다. 즉, 제어부(2)는, 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 경우에, 챔버의 내부의 압력, 냉각 가스의 유량, 냉각 가스의 종류 및 강온 시간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건을 설정한다.
또한, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)과 냉각 기간(기간 Pc)을 합쳐서 온도 조정 기간(기간 Pdcc)이라고 하는 경우가 있다.
기판 처리 기간(기간 Pp)은, 웨이퍼(W)의 기판 처리를 행하는 기간이다. 예컨대, 제어부(2)는, 기억부(2a2)에 기억되어 있는 처리 레시피에 기초하여, 플라즈마 처리 장치(1)를 제어한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치(1)는, 원하는 기판 처리를 실행하여, 웨이퍼(W)에 대하여 에칭 등의 처리를 행한다.
다음에, 샤워 헤드(13)와 측벽 보호 부재(115)의 온도에 대해서 설명한다. 도 3에 있어서, 선 Lsh는 샤워 헤드(13)의 플라즈마 처리 공간(10s)측의 벽의 온도를 나타낸다. 선 Lsw는 측벽 보호 부재(115)의 온도를 나타낸다. 또한, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 온도 센서(116)에 의해 측정된다. 온도 Tsws는 측벽 보호 부재(115)가 로트의 마지막에 안정된 온도를 나타낸다. 온도 Tshs는 샤워 헤드(13)가 로트의 마지막에 안정된 온도를 나타낸다.
플라즈마 처리 공간(10s)을 구성하는 부분의 온도는, 원하는 온도에서 일정해지는 것이 바람직하다. 샤워 헤드(13)는, 예컨대, 온도 조절 모듈을 구비하여, 샤워 헤드(13)의 온도가 원하는 온도에서 일정해지도록 제어되고 있는 것으로 한다.
드라이클리닝 처리(기간 Pdc)에 있어서, 샤워 헤드(13) 및 측벽 보호 부재(115) 각각은 플라즈마로부터의 열을 흡수하여 온도가 상승한다. 예컨대, 제1 로트에서는, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 온도 T11에서 온도 T12로 온도차 ΔT11 상승한다. 제2 로트에서는, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 온도 T21에서 온도 T22로 온도차 ΔT21 상승한다.
최초의 제1 로트 전에 기판 처리가 행해지고 있지 않기 때문에, 제1 로트의 온도 T11은, 제2 로트의 온도 T21보다 낮게 되어 있다.
또한, 샤워 헤드(13)는, 온도 조절 모듈에 의해 온도가 제어되고 있기 때문에, 드라이클리닝 처리에 의한 샤워 헤드(13)의 온도 변동은, 측벽 보호 부재(115)와 비교하여 작다.
냉각 기간(기간 Pc)에 있어서는, 샤워 헤드(13) 및 측벽 보호 부재(115) 각각은 냉각 가스에 의해 냉각되어 온도가 하강한다. 예컨대, 제1 로트에서는, 온도 T12에서 온도 T1s로 온도차 ΔT12 하강한다. 제2 로트에서는, 온도 T22에서 온도 T2s로 온도차 ΔT22 하강한다.
그리고, 기판 처리 기간(기간 Pp)이 시작될 때에는, 측벽 보호 부재(115)의 온도 T1s 및 온도 T2s가, 측벽 보호 부재(115)의 안정 온도인 온도 Tsws를 중심으로 하여, 온도 범위 ΔT의 범위 내가 되도록, 제어부(2)는 플라즈마 처리 장치(1)를 제어한다. 여기서, 목표 온도를 온도 Tsws로 한다.
드라이클리닝 처리를 행하기 전의 온도인 온도 T11 및 온도 T21 각각과 목표 온도인 온도 Tsws의 차를 구한다. 그리고, 온도 T11과 온도 Tsws의 차에 기초하여, 플라즈마 처리를 시작할 때의 온도 T1s가 소정의 범위가 되도록, 드라이클리닝 처리에 있어서의 처리 조건과 냉각 처리에 있어서의 처리 조건을 변경한다. 또한, 온도 T21과 온도 Tsws의 차에 기초하여, 플라즈마 처리를 시작할 때의 온도 T2s가 소정의 범위가 되도록, 드라이클리닝 처리에 있어서의 처리 조건과 냉각 처리에 있어서의 처리 조건을 변경한다.
드라이클리닝 처리에 있어서의 처리 조건 또는 냉각 처리에 있어서의 처리 조건에 의한 내부 구성 부재의 온도 변동에 대해서는, 사전에 측정하여, 예컨대 기억부(2a2)에 보존하여도 좋다. 그리고, 기억부(2a2)에 보존되어 있는 데이터에 기초하여, 드라이클리닝 처리에 있어서의 처리 조건 또는 냉각 처리에 있어서의 처리 조건에 의한 내부 구성 부재의 온도를 추측하여, 처리 조건을 정하여도 좋다.
또한, 냉각 기간(기간 Pc) 후에, 시즈닝 처리를 행하여도 좋다. 도 4는 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 제어부(2)의 온도 제어에 대해서 설명한 도면이다.
제1 로트 및 제2 로트 각각은 차례로 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)과, 냉각 기간(기간 Pc)과, 시즈닝 처리 기간(시즈닝 기간)(기간 Ps)과, 기판 처리 기간(기간 Pp)을 갖는다. 또한, 도 4에서는, 기판 처리 기간(기간 Pp)으로서 1 기간을 기재하고 있지만, 제1 로트 및 제2 로트 각각의 기판의 처리 장수에 따라, 계속해서 복수의 기판 처리 기간(기간 Pp)을 구비하여도 좋다.
드라이클리닝 기간(기간 Pdc), 냉각 기간(기간 Pc) 및 기판 처리 기간(기간 Pp)에 대해서는 전술한 설명과 마찬가지이므로 생략한다.
냉각 기간(기간 Pc)에 이어서 시즈닝 처리를 행한다. 시즈닝 기간(기간 Ps)은, 소정의 플라즈마 처리를 행하여, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부 온도나 내부 구조물의 상태를 안정시키기 위한 시즈닝 처리를 행하기 위한 기간이다.
또한, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc), 냉각 기간(기간 Pc) 및 시즈닝 기간(기간 Ps)을 합쳐서 온도 조정 기간(기간 Pdcs)이라고 하는 경우가 있다.
시즈닝 기간(기간 Ps) 후, 예컨대, 기판의 교체 등을 행하기 위해, 일정 대기 기간(기간 Pw)이 경과한 후에, 기판 처리를 행한다.
다음에, 샤워 헤드(13)와 측벽 보호 부재(115)의 온도에 대해서 설명한다.
드라이클리닝 처리(기간 Pdc)에 있어서, 드라이클리닝 처리가 행해지면, 샤워 헤드(13) 및 측벽 보호 부재(115) 각각은 플라즈마로부터의 열을 흡수하여 온도가 상승한다. 예컨대, 제1 로트에서는, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 온도 T11에서 온도 T12로 온도차 ΔT11 상승한다. 제2 로트에서는, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 온도 T21에서 온도 T22로 온도차 ΔT21 상승한다.
또한, 샤워 헤드(13)는, 온도 조절 모듈에 의해 온도가 제어되고 있기 때문에, 드라이클리닝 처리에 의한 샤워 헤드(13)의 온도 변동은, 측벽 보호 부재(115)와 비교하여 작다.
냉각 기간(기간 Pc)에 있어서, 냉각 처리가 행해지면, 샤워 헤드(13) 및 측벽 보호 부재(115) 각각은 냉각 가스에 의해 냉각되어 온도가 하강한다. 예컨대, 제1 로트에서는, 온도 T12에서 온도 T13으로 온도차 ΔT12 하강한다. 제2 로트에서는, 온도 T22에서 온도 T23으로 온도차 ΔT22 하강한다.
시즈닝 기간(기간 Ps)에 있어서, 시즈닝 처리가 행해지면, 샤워 헤드(13) 및 측벽 보호 부재(115) 각각은 플라즈마로부터의 열을 흡수하여 온도가 상승한다. 예컨대, 제1 로트에서는, 온도 T13에서 온도 T14로 온도차 ΔT13 상승한다. 제2 로트에서는, 온도 T23에서 온도 T24로 온도차 ΔT23 상승한다.
대기 기간(기간 Pw)에 있어서, 샤워 헤드(13) 및 측벽 보호 부재(115) 각각은 온도가 하강한다. 예컨대, 제1 로트에서는, 온도 T14에서 온도 T1s로 하강한다. 제2 로트에서는, 온도 T24에서 온도 T2s로 하강한다.
그리고, 기판 처리 기간(기간 Pp)이 시작될 때에는, 측벽 보호 부재(115)의 온도 T1s 및 온도 T2s는 측벽 부재의 안정 온도인 온도 Tsws를 중심으로 하여, 온도 범위 ΔT의 범위 내가 되도록, 제어부(2)는 플라즈마 처리 장치(1)를 제어한다. 즉, 목표 온도를 온도 Tsws로 한다.
구체적으로는, 드라이클리닝 처리를 행하기 전의 온도인 온도 T11 및 온도 T21 각각과 목표 온도인 온도 Tsws의 차를 구한다. 그리고, 온도 T11과 온도 Tsws의 차에 기초하여, 플라즈마 처리를 시작할 때의 온도 T1s가 소정의 범위가 되도록, 드라이클리닝 처리에 있어서의 처리 조건과 냉각 처리에 있어서의 처리 조건을 변경한다. 또한, 온도 T21과 온도 Tsws의 차에 기초하여, 플라즈마 처리를 시작할 때의 온도 T2s가 소정의 범위가 되도록, 드라이클리닝 처리에 있어서의 처리 조건과 냉각 처리에 있어서의 처리 조건을 변경한다. 또한, 처리 조건을 변경할 때에는, 시즈닝 처리의 처리 조건을 변경하여도 좋다.
도 5는 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 일례의 제어부(2)의 온도 제어를 설명한 흐름도이다. 이하의 설명에 의해, 온도 제어 방법의 공정에 대해서 설명한다.
처음에, 제어부(2)는, 처리할 기판을 플라즈마 처리 챔버(10) 내부의 기판 지지부(11)에 배치한다(단계 S10). 즉, 제어부(2)는, 기판을 챔버 내에 제공하는 절차를 실행한다.
다음에, 제어부(2)는, 온도 센서(116)에 의해 측벽 보호 부재(115)의 온도를 측정한다(단계 S20). 즉, 제어부(2)는, 챔버내 부재의 처리 개시전 온도를 측정하는 절차를 실행한다.
다음에, 제어부(2)는, 온도 제어 조건을 결정한다(단계 S30). 즉, 제어부(2)는, 온도 제어 조건을 결정하는 절차를 실행한다. 구체적으로는, 단계 S20에 있어서 측정한 처리 개시전 온도와 목표 온도의 차에 기초하여, 온도 제어 조건을 결정한다. 온도 제어 조건은, 예컨대, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)에 있어서의 처리 조건, 냉각 기간(기간 Pc)에 있어서의 처리 조건 및 시즈닝 기간(기간 Ps)에 있어서의 처리 조건 중 적어도 어느 하나이다.
상기 온도 제어 조건은, 기판 처리 기간(기간 Pp)이 시작될 때에, 측벽 보호 부재(115)의 온도, 즉, 온도 센서(116)로 측정한 온도가, 목표 온도가 되도록 결정한다.
다음에, 제어부(2)는, 단계 S30에서 온도 제어 조건에 기초하여, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부를 승온 또는 냉각한다(단계 S40). 즉, 제어부(2)는, 온도 제어 조건에 기초하여, 내부 구성 부재를 플라즈마에 의해 승온하거나 및 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실시하는 절차를 실행한다. 전술한 바와 같이, 온도 제어 조건은, 기판 처리 기간(기간 Pp)이 시작될 때에, 측벽 보호 부재(115)의 온도가 목표 온도가 되도록 결정되어 있기 때문에, 기판 처리 기간(기간 Pp)을 시작할 때에는, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 목표 온도를 포함한 소정의 범위 내가 된다.
그리고, 제어부(2)는, 기판을 플라즈마 처리한다(단계 S50). 즉, 제어부(2)는 기판을 플라즈마 처리하는 절차를 실행한다. 기판 처리 기간(기간 Pp)을 시작할 때에는, 측벽 보호 부재(115)의 온도는 목표 온도를 포함한 소정의 범위 내이기 때문에, 기판 처리를 행할 때의 기판 처리 성능의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 제어부(2)는, 온도 제어 장치의 일례이다.
<작용·효과>
본 개시의 플라즈마 처리 장치(1)에 따르면, 복수의 기판을 처리할 때에, 기판 처리 성능의 변동을 억제할 수 있다.
예컨대, 본 실시형태에 따른 온도 제어 방법을 적용하지 않는 경우에는, 로트 내 및 로트 사이에 있어서, 기판 처리 장치의 내부에 배치되는 부재의 온도가 변동한다. 도 6은 본 실시형태에 따른 온도 제어 방법을 적용하지 않는 비교예의 온도 특성을 나타낸 도면이다.
선 Lsw는 측벽 보호 부재(115)의 온도를 나타낸다. 선 Lcr은 링 어셈블리(112)의 환상 부재의 하나의 온도를 나타낸다. 선 Lsh는 샤워 헤드(13)의 온도를 나타낸다. 또한, 도면 중의 「Pdcs」란, 드라이클리닝 기간을 포함한 온도 조정 기간을 의미한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 비교예에 있어서는, 로트 내 및 로트 사이에 있어서, 기판 처리 장치의 내부에 배치되는 부재의 온도가 변동한다. 특히, 적극적으로 온도 조정을 행하고 있지 않은 챔버내 부재인 측벽 보호 부재(115) 및 링 어셈블리(112)의 환상 부재는, 로트 내 및 로트 사이에 있어서 온도가 변동한다.
본 실시형태에 따른 온도 제어 방법에 의하면, 기판 처리를 행할 때에, 플라즈마 처리 챔버의 내부의 내부 구성 부재의 온도를 조정하여, 기판 처리에 있어서의 플라즈마 처리 챔버 내의 내부 구성 부재의 온도에 따른 변동을 억제할 수 있다. 기판 처리에 있어서의 플라즈마 처리 챔버 내의 내부 구성 부재의 온도에 따른 변동을 억제함으로써, 기판 처리에 있어서의 기판 처리 성능의 변동을 억제할 수 있다.
특히, 복수의 처리 기판을 로트 단위로 처리하는 경우에, 로트와 다음 로트 사이에 있어서의 온도 변동을 억제하여 로트와 다음 로트 사이에 있어서의 기판 처리 성능의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 동일 로트 내에 있어서도, 로트 처리 중에 온도의 변동을 억제하여, 로트 처리 중에 있어서의 기판 처리 성능의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 전술한 설명에서는, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc) 및 냉각 기간(기간 Pc)을 갖고 있었지만, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc) 및 냉각 기간(기간 Pc) 중 어느 한쪽 기간만을 구비하여도 좋다. 또한, 전술한 설명에서는, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc) 및 냉각 기간(기간 Pc)을 이 순서로 갖고 있었지만, 냉각 기간(기간 Pc) 및 드라이클리닝 기간(기간 Pdc)의 순서로 갖고 있어도 좋다. 또한, 드라이클리닝 기간(기간 Pdc) 및 냉각 기간(기간 Pc)을 복수회 반복하여도 좋다. 또한, 플라즈마에 의한 승온을 행하는 경우에는, 드라이클리닝을 행하는 경우에 한정되지 않고, 플라즈마를 발생시키면 좋다. 예컨대, 플라즈마를 발생시켜 목표 온도까지 승온한 후에, 플라즈마의 생성을 정지하여, 승온을 정지하여도 좋다.
또한, 목표 온도는 미리 설정하여도 좋다. 또한, 목표 온도는, 안정 온도인 온도 Tsws로 하였지만, 목표 온도는, 온도 Tsws에 한정되지 않는다. 미리 설정한 목표 온도는, 예컨대, 기판을 복수 처리한 경우의 포화 온도여도 좋다. 포화 온도란, 기판을 복수 처리한 경우에 도달하는 안정된 온도를 의미한다. 그 밖에, 목표 온도는, 기차(機差)에 의존하여 설정하여도 좋고, 온도 센서의 개체차에 의존하여 설정하여도 좋다.
또한, 상기한 설명에서는, 내부 구성 부재로서, 측벽 보호 부재(115)에 대해서 설명하였으나, 내부 구성 부재는, 측벽 보호 부재(115)에 한정되지 않는다. 내부 구성 부재는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에 마련되는 부재, 예컨대, 링 어셈블리(112)를 구성하는 환상 부재(예컨대, 커버링)여도 좋고, 샤워 헤드(13)의 단부를 보호하는 보호 부재여도 좋으며, 배기로에 마련되는 배플판이어도 좋다.
이번에 개시된 본 실시형태에 따른 온도 제어 방법 및 온도 제어 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있으며, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.

Claims (11)

  1. 플라즈마 처리 장치의 챔버의 온도 제어 방법으로서,
    (a) 기판을 상기 챔버의 내부에 제공하는 공정과,
    (b) 상기 챔버의 내부 구성 부재의 처리 개시전 온도를 측정하는 공정과,
    (c) 측정한 상기 처리 개시전 온도 및 미리 설정한 목표 온도의 차에 기초하여 온도 제어 조건을 결정하는 공정과,
    (d) 상기 온도 제어 조건에 기초하여, 상기 내부 구성 부재를 플라즈마에 의해 승온하거나 및 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실시하는 공정과,
    (e) 상기 기판을 플라즈마 처리하는 공정
    을 포함하는 온도 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 공정 전에, 시즈닝 처리를 실시하는 공정을 더 포함하는 온도 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 구성 부재는 석영 및 세라믹스로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 재료를 포함하는 것인 온도 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 장치는 상기 내부 구성 부재의 온도를 측정하는 센서를 구비하고,
    상기 처리 개시전 온도는 상기 센서에 의해 측정하는 것인 온도 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (d) 공정에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 승온하는 경우에, 고주파 전력의 파워, 상기 챔버의 내부의 압력, 처리 가스의 종류, 상기 처리 가스의 유량, 승온 속도 및 승온 시간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건을 설정하는 것인 온도 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (d) 공정에 있어서, 상기 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 경우에, 상기 챔버의 내부의 압력, 상기 냉각 가스의 유량, 상기 냉각 가스의 종류 및 강온 시간으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 조건을 설정하는 것인 온도 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 가스는 헬륨 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인 온도 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 승온하는 경우는, 목표 온도까지 승온한 후에 승온을 정지하는 것을 포함하는 것인 온도 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 설정한 목표 온도는 기판을 복수 처리한 경우의 포화 온도인 것인 온도 제어 방법.
  10. 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버의 내부 구성 부재와,
    상기 내부 구성 부재의 온도를 측정하는 센서를 구비하는 기판 처리 장치의 온도 제어 장치로서,
    상기 온도 제어 장치는,
    (a) 기판을 상기 처리 챔버의 내부에 제공하는 절차와,
    (b) 상기 내부 구성 부재의 처리 개시전 온도를 측정하는 절차와,
    (c) 측정한 상기 처리 개시전 온도 및 미리 설정한 목표 온도의 차에 기초하여 온도 제어 조건을 결정하는 절차와,
    (d) 상기 온도 제어 조건에 기초하여, 상기 내부 구성 부재를 플라즈마에 의해 승온하거나 및 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실시하는 절차와,
    (e) 상기 기판을 플라즈마 처리하는 절차
    를 실행하는 것인 온도 제어 장치.
  11. 기판 처리 장치의 온도 제어 장치로서,
    기억부와,
    상기 기억부에 연결된 CPU를 포함하고,
    상기 CPU는,
    (a) 기판을 상기 기판 처리 장치의 처리 챔버의 내부에 제공하고,
    (b) 센서를 사용하여 상기 처리 챔버의 내부 구성 부재의 처리 개시전 온도를 측정하고,
    (c) 측정한 상기 처리 개시전 온도 및 미리 설정한 목표 온도의 차에 기초하여 온도 제어 조건을 결정하고,
    (d) 상기 온도 제어 조건에 기초하여, 상기 내부 구성 부재를 플라즈마에 의해 승온하거나 및 냉각 가스의 퍼지에 의해 냉각하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실시하고,
    (e) 상기 기판을 플라즈마 처리하도록
    구성되는 것인 온도 제어 장치.
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