KR20180109724A - 플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 플라스마 처리 방법, 그리고 플라스마 처리 장치 - Google Patents

Abstract

통상의 플라스마보다도 저에너지의 플라스마를 생성하고 안정적으로 유지할 수 있는 플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 플라스마 처리 방법을 제공한다.
플라스마 발생기에 통상의 파워보다도 낮은 소정 파워를 투입한 상태에서 플라스마를 생성하고 유지하는 플라스마 생성 방법이며,
플라스마 발생기에 통상의 파워를 투입하여 착화 가스의 플라스마를 발생시키는 플라스마 착화 공정과,
상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 통상의 파워와 상기 소정 파워의 차보다도 작은 제1 소정 파워만큼 저하시키는 제1 투입 파워 저하 공정과,
상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 제1 소정 파워만큼보다도 작은 제2 소정 파워만큼 저하시키는 제2 투입 파워 저하 공정을 갖고,
해당 제2 투입 파워 저하 공정은 상기 제1 투입 파워 저하 공정보다도 나중에 행해지고 복수 회 반복된다.

Description

플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 플라스마 처리 방법, 그리고 플라스마 처리 장치{PLASMA GENERATION METHOD, PLASMA PROCESSING METHOD USING THE SAME, AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 플라스마 처리 방법, 그리고 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.

종래부터, 소정의 출력을 갖는 제1 고주파 전력을 전극에 공급하여 플라스마를 발생시키고, 피처리체에 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치의 운전 방법이며, 플라스마 처리 장치의 전회의 운전 종료로부터의 시간 간격이 소정 간격을 초과한 때, 소정의 출력보다도 작은 출력을 갖는 제2 고주파 전력을 전극에 공급하는 전하 축적 공정을 행하고 나서 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치의 운전 방법이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

이러한 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 메인터넌스 등으로 장치를 장기간 정지시키고 있은 경우에 플라스마의 착화를 하기 어려워지는 경우가 많은 점에서, 장기간 정지 후에 플라스마의 착화를 하기 쉬워지는 착화 시퀀스를 도입하고 있다.

일본 특허 공개 제2015-154025호 공보

그러나 특허문헌 1에는, 장기간의 정지 후에 플라스마의 착화를 용이하게 하는 시퀀스는 개시되어 있지만, 플라스마의 출력을 저하시킨 경우에 플라스마를 실화시키지 않고 유지하는 기술은 개시되어 있지 않다.

그런데 최근의 성막 프로세스에서는, 실리콘 질화막이 하지막으로서 형성된 웨이퍼 상에 실리콘 산화막을 성막하는 프로세스를 행하는 경우가 있다. 이러한 실리콘 산화막의 성막에서는, 실리콘 함유 가스의 산화, 및 퇴적한 실리콘 산화막의 개질을 위하여, 산화 가스를 플라스마화하여 웨이퍼에 공급하는 경우가 있다. 그런데 이러한 산화 플라스마에 의하여 하지막의 실리콘 질화막이 산화되어 버리는 경우가 있다. 이러한 하지막의 산화를 방지하기 위해서는, 플라스마 발생기에 투입하는 파워를 저하시켜 플라스마 강도를 약화시키는 대응이 고려되지만, 이를 실시하고자 하면 플라스마가 실화되어 버린다는 문제를 발생시키는 경우가 있다. 통상, 플라스마 발생기는 소정의 파워를 투입하여 플라스마를 발생시키도록 구성되어 있다. 따라서 통상의 파워를 투입하여 플라스마를 일단 발생시키더라도, 그 후에 플라스마 강도를 저하시키고자 투입 파워를 저하시키면, 플라스마의 실화로 이어져 버려 저에너지의 플라스마를 발생시키 못하는 경우가 많다.

그래서 본 발명은, 그러한 플라스마 발생기를 사용하더라도 통상의 플라스마보다도 저에너지의 플라스마를 생성하고 안정적으로 유지할 수 있는 플라스마 생성 방법 및 이를 이용한 플라스마 처리 방법, 그리고 플라스마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 관한 플라스마 생성 방법은, 플라스마 발생기에 통상의 파워보다도 낮은 소정 파워를 투입한 상태에서 플라스마를 생성하고 유지하는 플라스마 생성 방법이며,

플라스마 발생기에 통상의 파워를 투입하여 착화 가스의 플라스마를 발생시키는 플라스마 착화 공정과,

상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 통상의 파워와 상기 소정 파워의 차보다도 작은 제1 소정 파워만큼 저하시키는 제1 투입 파워 저하 공정과,

상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 제1 소정 파워만큼보다도 작은 제2 소정 파워만큼 저하시키는 제2 투입 파워 저하 공정을 갖고,

해당 제2 투입 파워 저하 공정은 상기 제1 투입 파워 저하 공정보다도 나중에 행해지고 복수 회 반복된다.

본 발명에 의하면 저에너지의 플라스마를 생성하고 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법의 일례를 나타내는 시퀀스도이다.
도 2는 비교예에 관한 종래의 시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 3은 비교예에 관한 종래의 시퀀스에 있어서의 플라스마의 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법의 플라스마의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 서셉터의 동심원을 따른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부에 마련되는 하우징의 일례의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 서셉터의 회전 방향을 따라 진공 용기를 절단한 종단면도를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 처리 영역에 마련된 플라스마 처리용 가스 노즐을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부의 일례의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 플라스마 발생부에 마련되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 16은 실시예에 관한 플라스마 처리 방법의 실시 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법의 일례를 나타내는 시퀀스도이다. 도 1에 있어서, 횡축은 시간(s), 종축은 플라스마 발생기에 공급되는 고주파 전원의 출력 파워(W)를 나타내고 있다. 또한 플라스마 발생기 및 고주파 전원은 도시되어 있지 않지만, 다양한 플라스마 발생기 및 고주파 전원을 사용할 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이 시각 t1에 있어서 착화 가스가 도입된다. 착화 가스는 산화 가스 이외의 가스, 즉, 산소 원소를 포함하지 않는 가스가 선택된다. 예를 들어 착화 가스는 암모니아(NH₃) 가스여도 된다. 여기서는, 착화 가스로서 암모니아를 사용하는 예를 들어 설명한다.

또한 착화 가스로 산소 원소를 포함하지 않는 비산화 가스가 선택되는 이유는, 실리콘으로 이루어지는 웨이퍼 W에 산화막 이외의 막이 하지막으로서 형성된 상태에서 산화 가스가 플라스마화되면, 산소 라디칼이 하지막을 산화시켜 버려 하지막이 막 감소해 버리기 때문이다. 하지막은, 예를 들어 SiN막 등이어도 된다. SiN막이 하지막으로서 웨이퍼 W 상에 형성되어 있는 경우, 산화 가스가 플라스마화되면 SiN막을 막 감소시켜 버리는 경우가 있다. 그래서 본 실시 형태에 있어서는, 산소 원소를 함유하지 않는 가스를 착화 가스로서 사용하고 있다.

시각 t2에서는 플라스마 착화가 행해진다. 구체적으로는, 고주파 전원으로부터 플라스마 발생기에 통상의 파워 Ps로 고주파 전력이 투입된다. 이것에 의하여 플라스마 발생기는 통상의 동작으로 플라스마를 발생시킨다. 즉, 플라스마 착화가 이루어진다. 또한, 예를 들어 통상의 파워 Ps는 1500W, 2000W 등의 값으로 설정되는 경우가 많다.

시각 t3에 있어서 암모니아의 공급이 정지된다. 플라스마의 착화는 일단 이루어졌으므로, 암모니아의 공급이 정지되더라도 잔류 암모니아에 의하여 플라스마는 유지되고 있다.

시각 t4 내지 t5의 기간에 있어서 고주파 전원으로부터의 고주파 전력이 P1만큼 저감된다. 이때, 플라스마 발생기에 투입되는 파워는 통상의 파워 Ps로부터 파워 P1만큼 감소하여 중간 파워 Pm으로 된다. 중간 파워 Pm은, 착화되고 나서 그대로 고주파 전원의 출력 파워를 저하시키더라도 플라스마가 실화되지 않는 것이 확실한 레벨의 파워이다. Ps가 1500W, 2000W인 경우, 예를 들어 중간 파워는 1000W 이상의 값으로 설정된다. 초기 단계의 파워 저하 공정에서는 큰 저하 폭으로 투입 파워를 저하시킬 수 있다.

시각 t5 내지 t6의 기간에서는, 플라스마 발생기에 투입되는 파워는 중간 파워 Pm의 상태로 유지된다. 연속적으로 투입 파워를 대폭 저하시키면 플라스마가 실화될 우려가 있으므로, 통상의 파워 Ps로부터 파워 P1만큼 저하시켜 중간 파워 Pm에 도달하면, 얼마간 그대로 중간 파워 Pm을 유지하고 플라스마가 안정화되는 것을 대기한다. 이것에 의하여, 파워를 저하시킨 플라스마에의 변동 영향을 진정화시킬 수 있다.

시각 t6 내지 t7의 기간에 있어서 고주파 전원의 출력이 파워 P2만큼 저감된다. 파워 P2는 파워 P1보다는 작은 값으로 설정된다. 예를 들어 통상의 파워 Ps가 1500W, 2000W인 경우, 파워 P2는 200W 정도로 설정되어도 된다. 상술한 중간 파워 Pm보다도 작은 파워로 출력을 저하시키는 경우, 1회에 대폭 파워를 저하시키면 플라스마가 실화될 우려가 있다. 따라서 중간 파워 Pm에 도달 이후에는 작은 저하 폭으로 투입 파워를 저하시킨다.

시각 t7 내지 t8의 기간에 있어서 파워는 그대로의 값으로 유지된다. 이것에 의하여 플라스마를 안정화시킬 수 있다.

시각 t8 내지 t9의 기간에 있어서 고주파 전원의 출력이 파워 P2만큼 저감된다. 시각 t6 내지 t7의 기간과 마찬가지로 파워 P1보다도 작은 변동 폭의 파워 P2만큼 파워가 저감된다.

시각 t9 내지 t10의 기간에 있어서 고주파 전원의 출력이 유지된다. 이것에 의하여 플라스마를 안정화시킬 수 있다.

시각 t10 내지 t11의 기간에 있어서 고주파 전원의 출력이 파워 P2만큼 저감된다. 이것에 의하여, 플라스마 발생기에의 투입 파워는 목표값인 저하 파워 Pg에 도달한다. 투입 파워 Pg는, 산화 플라스마를 생성하더라도 하지막인 SiN막을 막 감소시키지 않는, 레벨이 약한 산화 플라스마를 발생시키는 레벨로 설정되어 있다. 따라서 산화 가스를 도입하더라도 문제없는 투입 파워까지 플라스마를 실화시키지 않고 도달해 있는 상태라고 할 수 있다.

시각 t11 내지 t12의 기간에서는 저하 파워 Pg인 채 투입 파워가 유지된다. 이것에 의하여 플라스마를 안정화할 수 있다.

여기서, 고주파 전원의 파워를 파워 P2만큼 저하시키는 시각 t6 내지 t7의 기간, 시각 t8 내지 t9의 기간, 및 시각 t10 내지 t11의 기간끼리는 동일한 기간으로 설정된다. 마찬가지로, 고주파 전원의 파워를 파워 P2만큼 저하시키고 나서 플라스마가 안정되는 것을 대기하는 시각 t 내지 t8의 기간과 시각 t9 내지 t10의 기간끼리도 동일한 기간으로 설정된다.

한편, 고주파 전원의 파워를 파워 P1만큼 저하시키는 시각 t4 내지 t5의 기간은, 상술한 고주파 전원의 파워를 파워 P2만큼 저하시키는 시각 t6 내지 t7의 기간, 시각 t8 내지 t9의 기간 및 시각 t10 내지 t11의 기간과 동일할 필요는 없다. 또한 고주파 전원의 파워를 파워 P1만큼 저하시키고 나서 플라스마가 안정되는 것을 대기하는 시각 t5 내지 t6의 기간도, 상술한 고주파 전원의 파워를 파워 P2만큼 저하시키고 나서 플라스마가 안정되는 것을 대기하는 시각 t 내지 t8의 기간 및 시각 t9 내지 t10의 기간과 동일할 필요는 없다. 그러나 모든 파워 저하 기간끼리 및 대기 기간끼리를 동일하게 하더라도 전혀 문제는 없으며, 그러한 시간 설정은 용도에 따라 적절히 임의로 설정 가능하다.

시각 t13에 산화 가스가 도입된다. 산화 가스는 플라스마 발생기에 의하여 플라스마화되어 웨이퍼 W에 공급된다. 플라스마에 의하여 활성화된 산화 가스는 산화막의 성막에 사용됨과 함께 산화막의 개질에도 기여한다. 한편, 활성화된 산화 가스는 저에너지화가 도모되어 있으므로, 하지막인 SiN막을 막 감소시키지 않는다. 따라서 하지막을 막 감소시키지 않고 산화·개질 공정을 행하는 것이 가능하다.

이와 같이, 파워 P2가 낮은 저하 폭으로 복수 회에 걸쳐 플라스마 발생기에의 투입 파워를 저하시킴으로써, 플라스마를 실화시키지 않고 플라스마 에너지를 저하시킬 수 있다.

또한 플라스마가 실화되지 않는 것이 확실한 중간 파워 Pm까지는, 파워 P2보다도 저하 폭이 큰 파워 P1만큼 투입 파워를 저하시킴으로써 재빨리 목표값인 저하 파워 Pg에 도달할 수 있어서, 실화를 방지하면서 저하 파워 Pg에의 확실한 도달을 실현할 수 있다.

도 2는, 비교예에 관한 종래의 시퀀스를 나타낸 도면이다. 도 2에 있어서, 시각 t4까지는 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법에서 설명한 도 1과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

시각 t4 내지 t5의 기간은, 종래의 시퀀스에서는 고주파 전원의 출력을 증가시키는 기간이다. 이러한 시퀀스에 의하여, 플라스마 발생기에의 투입 파워는 파워 Ph까지 증가하여 플라스마를 확실히 생성 및 유지할 수 있지만, 산화 플라스마를 생성한 경우, 하지막의 막 감소가 발생해 버린다.

한편, 파선으로 나타낸 바와 같이 시각 t4 내지 t5에, 도 1에서 설명한 저하 파워 Pg까지 투입 파워를 저하시키면, 시각 t5 또는 그 직후에 플라스마는 실화되어 버린다. 단계를 밟지 않고 일거에 목표값인 저하 파워까지 투입 파워를 저하시키면, 플라스마는 그 변화에 대응하지 못하고 실화되어 버린다.

도 3은, 비교예에 관한 종래의 시퀀스에 있어서의 플라스마의 상태를 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 통상의 파워 Ps를 1500W로 설정하고 목표값인 저하 파워 Pg를 600W로 설정한 경우, 시각 50 내지 60(s) 사이에 플라스마는 실화되어 일거에 출력이 저하된다.

도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법의 플라스마의 상태를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타난 바와 같이 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법에서는, 투입 파워와 마찬가지로 계단 형상으로 출력을 저하시킬 수 있어서, 플라스마를 유지하면서 출력을 저하시킬 수 있다. 이러한 방법에 의하여 하지막의 막 감소를 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법에 의하면, 서서히 계단 형상으로 플라스마 발생기에의 투입 파워를 저하시킴으로써, 플라스마의 실화를 방지하면서 플라스마 에너지를 저하시킬 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법의 일례를 나타낸 도면이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 제2 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법에 있어서는 파워 P3이 가장 작은 파워 저하 분으로 되어 있으며, 통상의 파워 Ps로부터 파워 P1만큼 저하되어 중간 파워 Pm1에 도달한 후, 파워 P2만큼 더 저하되어 중간 파워 Pm2에 도달해 있다. 이와 같이 중간 파워 Pm을 2단계의 중간 파워 Pm1, Pm2로 분할해도 된다. 파워 P2는, 파워 P1보다는 작고 파워 P3보다는 큰 값으로 설정되어 있다. 이러한 설정으로 함으로써, 중간 파워 Pm2를 제1 실시 형태의 중간 파워 Pm보다도 낮은 값으로 설정하는 것도 가능하다. 이 경우, 중간 파워 Pm2는, 2단계의 파워 저하를 행한 경우에 확실히 실화되지 않는 레벨의 값으로 설정된다.

예를 들어 통상 파워 Ps가 1500W, 2000W인 경우, 중간 파워 Pm을 1000W보다도 높게 설정하고 중간 파워 Pm2를 1000W보다도 낮게 하는 설정도 가능하다. 물론, 확실히 플라스마의 실화를 방지하는 관점에서 중간 파워 Pm1, Pm2의 양쪽 모두 1000W 이상으로 설정해도 된다.

한편, 복수 회 반복되는 파워 P3은, 제1 실시 형태와 마찬가지로 가장 작은 파워 저하 분으로 설정한다. 예를 들어 제1 실시 형태와 마찬가지로 200W 정도로 설정해도 된다.

제2 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법에 의하면, 파워 P3 전에 2단계로 투입 파워를 저하시킬 수 있어서, 프로세스에 따라 적절한 파워의 저하 시퀀스를 유연하게 편성하는 것이 가능해진다.

[제3 실시 형태]

본 발명의 제3 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법을 플라스마 처리 장치에 적용한 예에 대하여 설명한다.

도 6에, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 횡단면도를 도시한다. 또한 도 7에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 일례의 개략 평면도를 도시한다. 또한 도 7에서는, 설명의 편의상 천장판(11)의 묘화를 생략하고 있다.

도 6에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치는, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 마련되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께, 웨이퍼 W를 공전시키기 위한 서셉터(2)를 구비하고 있다.

진공 용기(1)는, 웨이퍼 W를 수용하여 웨이퍼 W의 표면 상에 형성된 막 등에 플라스마 처리를 행하기 위한 처리실이다. 진공 용기(1)는, 서셉터(2)의 후술하는 오목부(24)에 대향하는 위치에 마련된 천장판(천장부)(11)과, 용기 본체(12)를 구비하고 있다. 또한 용기 본체(12)의 상면의 주연부에는, 링형으로 마련된 시일 부재(13)가 마련되어 있다. 그리고 천장판(11)은 용기 본체(12)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있다. 평면에서 본 진공 용기(1)의 직경 치수(내경 치수)는 한정되지 않지만, 예를 들어 1100㎜ 정도로 할 수 있다.

진공 용기(1) 내의 상면측에 있어서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역 C에 있어서 서로 상이한 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위하여 분리 가스를 공급하는 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.

서셉터(2)는, 중심부에서 개략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있으며, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 뻗어 있는 회전축(22)에 대하여 연직축 주위, 도 7에 도시하는 예에서는 시계 방향으로 구동부(23)에 의하여 회전 가능하게 구성되어 있다. 서셉터(2)의 직경 치수는 한정되지 않지만, 예를 들어 1000㎜ 정도로 할 수 있다.

회전축(22) 및 구동부(23)는 케이스체(20)에 수납되어 있으며, 이 케이스체(20)는, 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한 이 케이스체(20)에는, 서셉터(2)의 하방 영역에 Ar 가스 등을 퍼지 가스(분리 가스)로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.

진공 용기(1)의 저면부(14)에 있어서의 코어부(21)의 외주측은, 서셉터(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링형으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.

서셉터(2)의 표면부에는, 직경 치수가, 예를 들어 300㎜인 웨이퍼 W를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있다. 이 오목부(24)는 서셉터(2)의 회전 방향을 따라 복수 개소, 예를 들어 5개소에 마련되어 있다. 오목부(24)는, 웨이퍼 W의 직경보다도 약간, 구체적으로는 1㎜ 내지 4㎜ 정도 큰 내경을 갖는다. 또한 오목부(24)의 깊이는 웨이퍼 W의 두께와 거의 같거나, 또는 웨이퍼 W의 두께보다도 크게 구성된다. 따라서 웨이퍼 W가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼 W의 표면과, 서셉터(2)의, 웨이퍼 W가 적재되지 않는 영역의 표면이 동일한 높이로 되거나, 웨이퍼 W의 표면이 서셉터(2)의 표면보다도 낮아진다. 또한 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼 W의 두께보다도 깊은 경우이더라도 너무 깊게 하면 성막에 영향이 나타나는 경우가 있으므로, 웨이퍼 W의 두께의 3배 정도의 깊이까지로 하는 것이 바람직하다. 또한 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼 W를 하방측으로부터 밀어올려서 승강시키기 위한, 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는, 도시되지 않은 관통 구멍이 형성되어 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)의 회전 방향을 따라 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2과 제3 처리 영역 P3이 서로 이격되어 마련된다. 제3 처리 영역 P3은 플라스마 처리 영역이므로, 이후, 플라스마 처리 영역 P3으로 표시해도 되는 것으로 한다. 또한 서셉터(2)에 있어서의 오목부(24)의 통과 영역과 대향하는 위치에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 복수 개, 예를 들어 7개의 가스 노즐(31, 32, 33, 34, 35, 41, 42)이 진공 용기(1)의 주위 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각각의 가스 노즐(31 내지 35, 41, 42)은 서셉터(2)와 천장판(11) 사이에 배치된다. 또한 이들 각각의 가스 노즐(31 내지 34, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역 C를 향하여 웨이퍼 W에 대향하여 수평으로 뻗어 있도록 설치되어 있다. 한편, 가스 노즐(35)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심 영역 C를 향하여 연장된 후, 굴곡되어 직선적으로 중심부 영역 C을 따르도록 반시계 방향{서셉터(2)의 회전 방향의 반대 방향}으로 연장되어 있다. 도 7에 도시하는 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향{서셉터(2)의 회전 방향}으로 플라스마 처리용 가스 노즐(33, 34), 플라스마 처리용 가스 노즐(35), 분리 가스 노즐(41), 제1 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42), 제2 처리 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 또한 제2 처리 가스 노즐(32)로 공급되는 가스는 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로 공급되는 가스와 동질의 가스가 공급되는 경우가 많지만, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로 당해 가스의 공급이 충분한 경우에는 반드시 마련되지는 않아도 된다.

또한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은 1개의 플라스마 처리용 가스 노즐로 대용해도 된다. 이 경우, 예를 들어 제2 처리 가스 노즐(32)과 마찬가지로, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심 영역 C를 향하여 연장된 플라스마 처리용 가스 노즐을 마련하도록 해도 된다.

제1 처리 가스 노즐(31)은 제1 처리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한 제2 처리 가스 노즐(32)은 제2 처리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은 각각 플라스마 처리용 가스 공급부를 이루고 있다. 또한 분리 가스 노즐(41, 42)은 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다.

각 노즐(31 내지 35, 41, 42)은 유량 조정 밸브를 통해, 도시되지 않은 각각의 가스 공급원에 접속되어 있다.

이들 노즐(31 내지 35, 41, 42)의 하면측{서셉터(2)에 대향하는 측}에는, 전술한 각 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(36)이 서셉터(2)의 반경 방향을 따라 복수 개소에, 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 각 노즐(31 내지 35, 41, 42)의 각각의 하단 에지와 서셉터(2)의 상면의 이격 거리가, 예를 들어 1 내지 5㎜ 정도로 되도록 배치되어 있다.

제1 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 처리 가스를 웨이퍼 W에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이고, 제2 처리 가스 노즐(32)의 하방 영역은, 제1 처리 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 제2 처리 가스를 웨이퍼 W에 공급하는 제2 처리 영역 P2이다. 또한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 하방 영역은, 웨이퍼 W 상의 막의 개질 처리를 행하기 위한 제3 처리 영역 P3으로 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 제1 처리 영역 P1과, 제2 처리 영역 P2 및 제3의 처리 영역 P3과, 제1 처리 영역 P1을 분리하는 분리 영역 D를 형성하기 위하여 마련된다. 또한 제2 처리 영역 P2와 제3 처리 영역 P3 사이에는 분리 영역 D는 마련되어 있지 않다. 제2 처리 영역 P2에서 공급하는 제2 처리 가스와 제3 처리 영역 P3에서 공급하는 혼합 가스는, 혼합 가스에 포함되어 있는 성분의 일부가 제2 처리 가스와 공통되는 경우가 많으므로, 특별히 분리 가스를 사용하여 제2 처리 영역 P2와 제3 처리 영역 P3을 분리할 필요가 없기 때문이다.

상세는 후술하겠지만, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터는, 성막하고자 하는 막의 주성분을 이루는 원료 가스가 제1 처리 가스로서 공급된다. 예를 들어 성막하고자 하는 막이 실리콘 산화막(SiO₂)인 경우에는 유기 아미노실란 가스 등의 실리콘 함유 가스가 공급된다. 제2 처리 가스 노즐(32)로부터는, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응 가스가 제2 처리 가스로서 공급된다. 예를 들어 성막하고자 하는 막이 실리콘 산화막(SiO₂)인 경우에는 산소 가스, 오존 가스 등의 산화 가스가 공급된다. 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로부터는, 성막된 막의 개질 처리를 행하기 위하여, 제2 처리 가스와 마찬가지의 가스와 희가스를 포함하는 혼합 가스가 공급된다. 여기서, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은 서셉터(2) 상의 상이한 영역에 가스를 공급하는 구조로 되어 있으므로, 영역마다 희가스의 유량비를 상이하게 하여 개질 처리가 전체에서 균일하게 행해지도록 공급해도 된다.

도 8에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 서셉터의 동심원을 따른 단면도를 도시한다. 또한 도 8은, 분리 영역 D로부터 제1 처리 영역 P1을 거쳐 분리 영역 D까지의 단면도이다.

분리 영역 D에 있어서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는 개략 부채형의 볼록형부(4)가 마련되어 있다. 볼록형부(4)는 천장판(11)의 이면에 설치되어 있으며, 진공 용기(1) 내에는, 볼록형부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 주위 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 형성된다.

천장면(44)을 형성하는 볼록형부(4)는 도 7에 도시한 바와 같이, 정상부가 원호상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한 볼록형부(4)에는, 주위 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 뻗어 있도록 형성된 홈부(43)가 형성되며, 분리 가스 노즐(41, 42)이 이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한 볼록형부(4)의 주연부{진공 용기(1)의 외연측의 부위)는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위하여, 서셉터(2)의 외측 단부면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대하여 약간 이격되도록 L자형으로 굴곡되어 있다.

제1 처리 가스 노즐(31)의 상방측에는, 제1 처리 가스를 웨이퍼 W를 따라 통류시키기 위하여, 또한 분리 가스가 웨이퍼 W의 근방을 피하여 진공 용기(1)의 천장판(11)측을 통류하도록 노즐 커버(230)가 마련되어 있다. 노즐 커버(230)는 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 처리 가스 노즐(31)을 수납하기 위하여 하면측이 개구되는 개략 상자형의 커버체(231)와, 이 커버체(231)의 하면측 개구 단부에 있어서의 서셉터(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 각각 접속된 판상체인 정류판(232)을 구비하고 있다. 또한 서셉터(2)의 회전 중심측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은, 제1 처리 가스 노즐(31)의 선단부에 대향하도록 서셉터(2)를 향하여 뻗어 나가 있다. 또한 서셉터(2)의 외연측에 있어서의 커버체(231)의 측벽면은, 제1 처리 가스 노즐(31)에 간섭하지 않도록 잘라 내어져 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 상방측에는, 진공 용기(1) 내에 토출되는 플라스마 처리용 가스를 플라스마화하기 위하여 플라스마 발생기(80)가 마련되어 있다.

도 9에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부의 일례의 횡단면도를 도시한다. 또한 도 10에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부의 일례의 분해 사시도를 도시한다. 또한 도 11에, 본 실시 형태에 관한 플라스마 발생부에 마련되는 하우징의 일례의 사시도를 도시한다.

플라스마 발생기(80)는, 금속선 등으로부터 형성되는 안테나(83)를 코일형으로, 예를 들어 연직축 주위로 3중으로 권회하여 구성되어 있다. 또한 플라스마 발생기(80)는, 평면에서 보아 서셉터(2)의 직경 방향으로 뻗어 있는 띠형체 영역을 둘러싸도록, 또한 서셉터(2) 상의 웨이퍼 W의 직경 부분에 걸쳐 있도록 배치되어 있다.

안테나(83)는 정합기(84)를 통해, 주파수가, 예를 들어 13.56㎒, 및 출력 전력이, 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 그리고 안테나(83)는, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 마련되어 있다. 또한 도 6 및 도 8에 있어서, 안테나(83)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(86)이 마련되어 있다.

또한 안테나(83)는 상하로 꺾어 구부림 가능한 구성을 가지며, 안테나(83)를 자동적으로 상하로 꺾어 구부림 가능한 상하동 기구가 마련되지만, 도 7에 있어서는 그것들의 상세는 생략되어 있다. 그 상세에 대해서는 후술한다.

도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 상방측에 있어서의 천장판(11)에는, 평면에서 보아 개략 부채형으로 개구되는 개구부(11a)가 형성되어 있다.

개구부(11a)에는 도 9에 도시한 바와 같이, 개구부(11a)의 개구 에지부를 따라 이 개구부(11a)에 기밀하게 마련되는 환형 부재(82)를 갖는다. 후술하는 하우징(90)은 이 환형 부재(82)의 내주면측에 기밀하게 마련된다. 즉, 환형 부재(82)는, 외주측이 천장판(11)의 개구부(11a)에 면하는 내주면(11b)에 대향함과 함께, 내주측이 후술하는 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 대향하는 위치에 기밀하게 마련된다. 그리고 이 환형 부재(82)를 통해, 개구부(11a)에는, 안테나(83)를 천장판(11)보다도 하방측에 위치시키기 위하여, 예를 들어 석영 등의 유도체에 의하여 구성된 하우징(90)이 마련된다. 하우징(90)의 저면은 플라스마 발생 영역 P2의 천장면(46)을 구성한다.

하우징(90)은 도 11에 도시한 바와 같이, 상방측의 주연부가 주위 방향에 걸쳐 플랜지형으로 수평으로 뻗어 나가 플랜지부(90a)를 이룸과 함께, 평면에서 보아 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향하여 파이도록 형성되어 있다.

하우징(90)은, 이 하우징(90)의 하방에 웨이퍼 W가 위치한 경우에, 서셉터(2)의 직경 방향에 있어서의 웨이퍼 W의 직경 부분에 걸쳐 있도록 배치되어 있다. 또한 환형 부재(82)와 천장판(11) 사이에는 O-링 등의 시일 부재(11c)가 마련된다.

진공 용기(1)의 내부 분위기는 환형 부재(82) 및 하우징(90)을 통해 기밀하게 설정되어 있다. 구체적으로는, 환형 부재(82) 및 하우징(90)을 개구부(11a) 내에 밀어넣고, 이어서 환형 부재(82) 및 하우징(90)의 상면이며, 환형 부재(82) 및 하우징(90)의 접촉부를 따르도록 프레임형으로 형성된 압박 부재(91)에 의하여, 하우징(90)을 하방측을 향하여 주위 방향에 걸쳐 압박한다. 또한 이 압박 부재(91)를 도시되지 않은 볼트 등에 의하여 천장판(11)에 고정한다. 이것에 의하여 진공 용기(1)의 내부 분위기는 기밀하게 설정된다. 또한 도 10에 있어서는, 간단화를 위하여 환형 부재(82)를 생략하여 도시하고 있다.

도 11에 도시한 바와 같이 하우징(90)의 하면에는, 당해 하우징(90)의 하방측 처리 영역 P2를 주위 방향을 따라 둘러싸도록 서셉터(2)를 향하여 수직으로 뻗어 나간 돌기부(92)가 형성되어 있다. 그리고 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 서셉터(2)의 상면에 의하여 둘러싸인 영역에는, 전술한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)이 수납되어 있다. 또한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 기단부{진공 용기(1)의 내벽측}에 있어서의 돌기부(92)는, 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 외형을 따르도록 개략 원호상으로 잘라 내어져 있다.

하우징(90)의 하방(제2 처리 영역 P2)측에는, 도 9에 도시한 바와 같이 돌기부(92)가 주위 방향에 걸쳐 형성되어 있다. 시일 부재(11c)는 이 돌기부(92)에 의하여 플라스마에 직접 노출되지 않으며, 즉, 제2 처리 영역 P2로부터 격리되어 있다. 그 때문에, 제2 처리 영역 P2로부터 플라스마가, 예를 들어 시일 부재(11c)측에 확산하고자 하더라도 돌기부(92)의 하방을 경유해서 가게 되므로, 시일 부재(11c)에 도달하기 전에 플라스마가 실활되게 된다.

또한 도 9에 도시한 바와 같이 하우징(90)의 하방의 제3 처리 영역 P3 내에는 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)이 마련되며, 아르곤 가스 공급원(120), 헬륨 가스 공급원(121), 산소 가스 공급원(122) 및 암모니아 가스 공급원(123)에 접속되어 있다. 또한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)과 아르곤 가스 공급원(120), 헬륨 가스 공급원(121), 산소 가스 공급원(122) 및 암모니아 가스 공급원(123) 사이에는, 각각에 대응하는 유량 제어기(130, 131, 132, 133)가 마련되어 있다. 아르곤 가스 공급원(120), 헬륨 가스 공급원(121) 및 산소 가스 공급원(122)으로부터 각각 유량 제어기(130, 131, 132, 133)를 통해 Ar 가스, H₂ 가스, O₂ 가스 및 NH₃ 가스가 소정의 유량비(혼합비)로 각 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에 공급되며, 공급되는 영역에 따라 Ar 가스, H₂ 가스, O₂ 가스 및 NH₃ 가스가 정해진다.

또한 플라스마 처리용 가스 노즐이 1개인 경우에는, 예를 들어 상술한 Ar 가스, He 가스 및 O₂ 가스의 혼합 가스를 1개의 플라스마 처리용 가스 노즐에 공급하도록 한다.

도 12는, 서셉터(2)의 회전 방향을 따라 진공 용기(1)를 절단한 종단면도를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이 플라스마 처리 중에는 서셉터(2)가 시계 방향으로 회전하므로, N₂ 가스가 이 서셉터(2)의 회전에 연동되어 서셉터(2)와 돌기부(92) 사이의 간극으로부터 하우징(90)의 하방측에 침입하고자 한다. 그 때문에, 간극을 통한 하우징(90)의 하방측에의 N₂ 가스의 침입을 저지하기 위하여, 간극에 대하여 하우징(90)의 하방측으로부터 가스를 토출시키고 있다. 구체적으로는, 플라스마 발생용 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(36)에 대하여, 도 9 및 도 12에 도시한 바와 같이 이 간극을 향하도록, 즉, 서셉터(2)의 회전 방향 상류측 및 하방을 향하도록 배치하고 있다. 연직축에 대한 플라스마 발생용 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(36)이 향하는 각도 θ는 도 12에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 45° 정도여도 되고, 돌기부(92)의 내측면에 대향하도록 90° 정도여도 된다. 즉, 가스 토출 구멍(36)이 향하는 각도 θ는, N₂ 가스의 침입을 적절히 방지할 수 있는 45° 내지 90° 정도의 범위 내에서 용도에 따라 설정할 수 있다.

도 13은, 플라스마 처리 영역 P3에 마련된 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)을 확대하여 도시한 사시도이다. 도 13에 도시된 바와 같이 플라스마 처리용 가스 노즐(33)은, 웨이퍼 W가 배치되는 오목부(24)의 전체를 커버할 수 있어서, 웨이퍼 W의 전체면에 플라스마 처리용 가스를 공급 가능한 노즐이다. 한편, 플라스마 처리용 가스 노즐(34)은, 플라스마 처리용 가스 노즐(33)보다도 약간 상방에 플라스마 처리용 가스 노즐(33)과 대략 중첩되도록 마련된, 플라스마 처리용 가스 노즐(33)의 절반 정도의 길이를 갖는 노즐이다. 또한 플라스마 처리용 가스 노즐(35)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 부채형의 플라스마 처리 영역 P3의 서셉터(2)의 회전 방향 하류측의 반경을 따르도록 연장되고, 중심 영역 C 부근에 도달하면 중심 영역 C를 따르도록 직선적으로 굴곡된 형상을 갖고 있다. 이후, 구별의 용이를 위하여, 전체를 커버하는 플라스마 처리용 가스 노즐(33)을 베이스 노즐(33), 외측만 커버하는 플라스마 처리용 가스 노즐(34)을 외측 노즐(34), 내측까지 연장된 플라스마 처리용 가스 노즐(35)을 축측 노즐(35)이라 칭해도 되는 것으로 한다.

베이스 노즐(33)은 플라스마 처리용 가스를 웨이퍼 W의 전체면에 공급하기 위한 가스 노즐이며, 도 12에서 설명한 바와 같이, 플라스마 처리 영역 P3을 구획하는 측면을 구성하는 돌기부(92) 쪽을 향하여 플라스마 처리용 가스를 토출한다.

한편, 외측 노즐(34)은 웨이퍼 W의 외측 영역에 중점적으로 플라스마 처리용 가스를 공급하기 위한 노즐이다.

축측 노즐(35)은 웨이퍼 W의 서셉터(2)의 축측에 가까운 중심 영역에 플라스마 처리용 가스를 중점적으로 공급하기 위한 노즐이다.

또한 플라스마 처리용 가스 노즐을 1개로 한 경우에는 베이스 노즐(33)만을 마련하게 하면 된다.

다음으로, 플라스마 발생기(80)의 패러데이 실드(95)에 대하여 더 상세히 설명한다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이 하우징(90)의 상방측에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상을 개략 따르도록 형성된 도전성의 판상체인 금속판, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 패러데이 실드(95)는, 하우징(90)의 저면을 따르도록 수평으로 걸림 지지된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외측 종단부로부터 주위 방향에 걸쳐 상방측으로 뻗어 있는 수직면(95b)을 구비하고 있으며, 평면에서 보아, 예를 들어 개략 육각형으로 되도록 구성되어 있어도 된다.

도 14는, 안테나(83)의 구조의 상세 및 상하동 기구를 생략한 플라스마 발생기(80)의 일례의 평면도이다. 도 15는, 플라스마 발생기(80)에 마련되는 패러데이 실드(95)의 일부를 도시하는 사시도를 도시한다.

서셉터(2)의 회전 중심으로부터 패러데이 실드(95)을 본 경우의 우측 및 좌측에 있어서의 패러데이 실드(95)의 상단부 에지는, 각각 우측 및 좌측으로 수평으로 뻗어 나가 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고 패러데이 실드(95)와 하우징(90) 사이에는, 지지부(96)를 하방측으로부터 지지함과 함께 하우징(90)의 중심부 영역 C측 및 서셉터(2)의 외연부측의 플랜지부(90a)에 각각 지지되는 프레임형체(99)가 마련되어 있다.

전계가 웨이퍼 W에 도달하는 경우, 웨이퍼 W의 내부에 형성되어 있는 전기 배선 등이 전기적으로 손상을 받아 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 도 15에 도시한 바와 같이 수평면(95a)에는, 안테나(83)에 있어서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼 W를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼 W에 도달시키기 위하여 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있다.

슬릿(97)은 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 뻗어 있도록 주위 방향에 걸쳐 안테나(83)의 하방 위치에 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(97)은, 안테나(83)에 공급되는 고주파에 대응하는 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수로 되도록 형성되어 있다. 또한 각각의 슬릿(97)의 길이 방향에 있어서의 일 단부측 및 타 단부측에는, 이들 슬릿(97)의 개구 단부를 막도록, 접지된 도전체 등으로부터 형성되는 도전로(97a)가 주위 방향에 걸쳐 배치되어 있다. 패러데이 실드(95)에 있어서 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉, 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는, 당해 영역을 통해 플라스마의 발광 상태를 확인하기 위한 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한 도 7에 있어서는 간단화를 위하여 슬릿(97)을 생략하고 있으며, 슬릿(97)의 형성 영역예를 1점 쇄선으로 나타내고 있다.

도 10에 도시한 바와 같이 패러데이 실드(95)의 수평면(95a) 상에는, 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라스마 발생기(80)와의 사이의 절연성을 확보하기 위하여, 두께 치수가, 예를 들어 2㎜ 정도인 석영 등으로부터 형성되는 절연판(94)이 적층되어 있다. 즉, 플라스마 발생기(80)는, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 통해 진공 용기(1)의 내부{서셉터(2) 상의 웨이퍼 W}를 덮도록 배치되어 있다.

다시 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치의 다른 구성 요소에 대하여 설명한다.

서셉터(2)의 외주측에 있어서 서셉터(2)보다도 약간 하측 위치에는, 도 2에 도시한 바와 같이 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)의 상면에는, 서로 주위 방향으로 이격되도록, 예를 들어 2개소에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 달리 말하면, 진공 용기(1)의 바닥면에는 2개의 배기구가 형성되며, 이들 배기구에 대응하는 위치에 있어서의 사이드 링(100)에는 배기구(61, 62)가 형성되어 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을 각각 제1 배기구(61), 제2 배기구(62)라 칭한다. 여기서는, 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 노즐(31)과, 이 제1 처리 가스 노즐(31)에 대하여 서셉터(2)의 회전 방향 하류측에 위치하는 분리 영역 D 사이에 있어서, 분리 영역 D측에 근접한 위치에 형성되어 있다. 또한 제2 배기구(62)는, 플라스마 발생부(81)와, 이 플라스마 발생부(81)보다도 서셉터(2)의 회전 방향 하류측의 분리 영역 D 사이에 있어서, 분리 영역 D측에 근접한 위치에 형성되어 있다.

제1 배기구(61)는 제1 처리 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는 플라스마 처리용 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2의 배기구(62)는 각각, 버터플라이 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재 설치된 배기관(63)에 의하여, 진공 폐기 기구인, 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.

전술한 바와 같이, 중심부 영역 C측으로부터 외연측에 걸쳐 하우징(90)을 배치하고 있기 때문에, 처리 영역 P2에 대하여 서셉터(2)의 회전 방향 상류측으로부터 통류해 오는 가스는, 이 하우징(90)에 의하여 배기구(62)를 향하고자 하는 가스류가 규제되어 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 하우징(90)보다도 외주측에 있어서의 사이드 링(100)의 상면에는, 가스가 흐르기 위한 홈형의 가스 유로(101)가 형성되어 있다.

천장판(11)의 하면에 있어서의 중앙부에는 도 1에 도시한 바와 같이, 볼록형부(4)에 있어서의 중심부 영역 C측의 부위와 연속되어 주위 방향에 걸쳐 개략 링형으로 형성됨과 함께, 그 하면이 볼록형부(4)의 하면{천장면(44)}과 동일한 높이에 형성된 돌출부(5)가 마련되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 서셉터(2)의 회전 중심측에 있어서의 코어부(21)의 상방측에는, 중심부 영역 C에 있어서 각종 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래버린스 구조부(110)가 배치되어 있다.

전술한 바와 같이 하우징(90)은 중심부 영역 C측에 근접한 위치까지 형성되어 있으므로, 서셉터(2)의 중앙부를 지지하는 코어부(21)는, 서셉터(2)의 상방측의 부위가 하우징(90)을 피하도록 회전 중심측에 형성되어 있다. 그 때문에, 중심부 영역 C측에서는, 외연부측보다도 각종 가스끼리가 혼합되기 쉬운 상태로 되어 있다. 그 때문에, 코어부(21)의 상방측에 래버린스 구조를 형성함으로써 가스의 유로를 얻어, 가스끼리가 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

서셉터(2)와 진공 용기(1)의 저면부(14) 사이의 공간에는, 도 1에 도시한 바와 같이 가열 기구인 히터 유닛(7)이 마련되어 있다. 히터 유닛(7)은 서셉터(2)를 통해 서셉터(2) 상의 웨이퍼 W를, 예를 들어 실온 내지 300℃ 정도로 가열할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또한 도 1에, 히터 유닛(7)의 측방측에 커버 부재(71a)가 마련됨과 함께, 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재(7a)가 마련된다. 또한 진공 용기(1)의 저면부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측에 있어서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이 주위 방향에 걸쳐 복수 개소에 마련되어 있다.

진공 용기(1)의 측벽에는 도 2에 도시한 바와 같이, 반송 아암(10)과 서셉터(2) 사이에 있어서 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는 게이트 밸브 G보다 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다.

서셉터(2)의 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 대향하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼 W의 수수가 행해진다. 그 때문에, 서셉터(2)의 하방측 수수 위치에 대응하는 개소에는, 오목부(24)를 관통하여 웨이퍼 W를 이면으로부터 들어올리기 위한, 도시되지 않은 승강 핀 및 승강 기구가 마련되어 있다.

또한 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치에는, 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 마련되어 있다. 이 제어부(120)의 메모리 내에는, 후술하는 기판 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 장치의 각종 동작을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있으며, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광 자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내에 인스톨된다.

[플라스마 처리 방법]

이하, 이러한 본 발명의 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치를 사용한 플라스마 처리 방법에 대하여 설명한다.

먼저 웨이퍼 W를 진공 용기(1) 내에 반입한다. 웨이퍼 W 등의 기판의 반입 시에는 먼저 게이트 밸브 G를 개방한다. 그리고 서셉터(2)를 간헐적으로 회전시키면서 반송 아암(10)에 의하여 반송구(15)를 통하여 서셉터(2) 상에 적재한다.

웨이퍼 W에는 산화막 이외의 하지막이 형성되어 있다. 상술한 바와 같이, 예를 들어 SiN막 등의 하지막이 형성되어 있어도 된다.

이어서, 게이트 밸브 G를 폐쇄하고 진공 펌프(64) 및 압력 조정부(65)에 의하여 진공 용기(1) 내를 소정의 압력으로 한 상태에서, 서셉터(2)를 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의하여 웨이퍼 W를 소정의 온도로 가열한다. 이때, 분리 가스 노즐(41, 42)로부터는 분리 가스, 예를 들어 Ar 가스가 공급된다.

여기서, 플라스마 발생기(80)의 착화가 행해진다. 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로부터 소정의 유량으로 착화 가스를 공급한다. 착화 가스는 산화 가스 이외의 가스가 선택되며, 예를 들어 질소 함유 가스인 암모니아가 선택된다.

그리고 암모니아의 공급을 정지시킨 후, 도 1 및 도 5에 있어서 설명한 제1 또는 제2 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법에 의하여 저파워로 플라스마가 생성되고 유지된다.

계속해서, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터는 실리콘 함유 가스를 공급하고, 제2 처리 가스 노즐(32)로부터는 산화 가스를 공급한다. 또한 플라스마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로부터도 소정의 유량으로 산화 가스를 공급한다.

웨이퍼 W의 표면에서는, 서셉터(2)의 회전에 의하여 제1 처리 영역 P1에 있어서 Si 함유 가스 또는 금속 함유 가스가 흡착되고, 이어서, 제2 처리 영역 P2에 있어서 웨이퍼 W 상에 흡착된 Si 함유 가스가 산소 가스에 의하여 산화된다. 이것에 의하여, 박막 성분인 실리콘 산화막의 분자층이 1층 또는 복수 층 형성되어 반응 생성물이 형성된다.

또한 서셉터(2)가 회전하면 웨이퍼 W는 플라스마 처리 영역 P3에 도달하여, 플라스마 처리에 의한 실리콘 산화막의 개질 처리가 행해진다. 플라스마 처리 영역 P3에서 공급되는 플라스마 처리용 가스에 대해서는, 예를 들어 베이스 가스 노즐(33)로부터는 Ar 및 He를 1:1의 비율로 포함하는 Ar, He, O₂의 혼합 가스, 외측 가스 노즐(34)로부터는 He 및 O₂를 포함하고 Ar을 포함하지 않는 혼합 가스, 축측 가스 노즐(35)로부터는 Ar 및 O₂를 포함하고 He를 포함하지 않는 혼합 가스를 공급한다. 이것에 의하여, Ar과 He가 1:1로 포함되는 혼합 가스를 공급하는 베이스 노즐(33)로부터의 공급을 기준으로 하여, 각속도가 느리고 플라스마 처리량이 많아지기 쉬운 중심축측의 영역에서는, 베이스 노즐(33)로부터 공급되는 혼합 가스보다도 개질력이 약한 혼합 가스를 공급한다. 또한 각속도가 빠르고 플라스마 처리량이 부족한 경향이 있는 외주측의 영역에서는, 베이스 노즐(33)로부터 공급되는 혼합 가스보다도 개질력이 강한 혼합 가스를 공급한다. 이것에 의하여, 서셉터(2)의 각속도의 영향을 저감할 수 있어서, 서셉터(2)의 반경 방향에 있어서 균일한 플라스마 처리를 행할 수 있다.

여기서, 저에너지의 플라스마가 사용되고 있기 때문에, 산화 플라스마는 하지막을 막 감소시키지 않고 성막 프로세스가 행해진다.

또한 플라스마 발생기(80)에서는, 안테나(83)에 대하여 소정의 저출력의 고주파 전력을 계속해서 공급한다.

하우징(90)에서는, 안테나(83)에 의하여 발생하는 전계 및 자계 중 전계는 패러데이 실드(95)에 의하여 반사, 흡수 또는 감쇠되어 진공 용기(1) 내에의 도달이 저해된다.

한편, 자계는, 패러데이 실드(95)에 슬릿(97)을 형성하고 있으므로, 이 슬릿(97)을 통과하여 하우징(90)의 저면을 통해 진공 용기(1) 내에 도달한다. 이렇게 하여 하우징(90)의 하방측에 있어서, 자계에 의하여 플라스마 처리용 가스가 플라스마화된다. 이것에 의하여, 웨이퍼 W에 대하여 전기적 손상을 일으키기 어려운 활성종을 많이 포함하는 플라스마를 형성할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 서셉터(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼 W 표면에의 원료 가스의 흡착, 웨이퍼 W 표면에 흡착된 원료 가스 성분의 산화, 및 반응 생성물의 플라스마 개질이 이 순서대로 다수 회에 걸쳐 행해진다. 즉, ALD법에 의한 성막 처리와 형성된 막의 개질 처리가 서셉터(2)의 회전에 의하여 다수 회에 걸쳐 행해진다.

또한 본 실시 형태에 관한 플라스마 처리 장치에 있어서의 제1 및 제2 처리 영역 P1, P2 사이와 제3 및 제1 처리 영역 P3, P1 사이에는, 서셉터(2)의 주위 방향을 따라 분리 영역 D를 배치하고 있다. 그 때문에, 분리 영역 D에 있어서, 처리 가스와 플라스마 처리용 가스의 혼합이 저지되면서 각 가스가 배기구(61, 62)를 향하여 배기되어 간다.

[실시예]

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 16은, 실시예에 관한 플라스마 처리 방법의 실시 결과를 나타낸 도면이다. 실시예에 있어서는, 실리콘 웨이퍼의 산화를 플라스마를 사용하여 행하며, 플라스마 발생기에의 투입 파워를 다양하게 변화시켰다.

실시예에 있어서의 프로세스 조건은, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 120rpm, 플라스마 발생기에 있어서 H₂/O₂의 혼합 가스를 45/75sccm의 유량으로 공급하고, 이를 플라스마화하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시켰다. 안테나(83)의 경사 각도는 0도이다. 또한 처리 시간은 10분으로 하였다.

도 16에 나타난 바와 같이, 고주파 전원(85)의 출력 파워를 저하시킬수록 산화막의 두께는 얇아졌다. 즉, 산화력이 저하된 것으로 된다. 이와 같이, 실시예에 의하면, 플라스마 발생기(80)에 공급하는 고주파 전원(85)의 출력 파워를 저하시킴으로써 산화 플라스마의 산화력을 저하시킬 수 있으며, 본 실시 형태에 관한 플라스마 생성 방법을 실시함으로써 하지막의 산화를 방지할 수 있는 것이 나타났다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예에 대하여 상세히 설명했지만 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 상술한 실시 형태 및 실시예에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

1: 진공 용기
2: 서셉터
24: 오목부
31, 32: 처리 가스 노즐
33 내지 35: 플라스마 처리용 가스 노즐
36: 가스 토출 구멍
41, 42: 분리 가스 노즐
80: 플라스마 발생기
81: 안테나 장치
83: 안테나
85: 고주파 전원
86: 접속 전극
87: 상하동 기구
88: 리니어 인코더
89: 지지점 지그
95: 패러데이 실드
120 내지 122: 가스 공급원
130 내지 132: 유량 제어기
830, 830a 내지 830d: 안테나 부재
831: 연결 부재
832: 스페이서
P1: 제1 처리 영역(원료 가스 공급 영역)
P2: 제2 처리 영역(반응 가스 공급 영역)
P3: 제3 처리 영역(플라스마 처리 영역)
W: 웨이퍼

Claims (10)

1. 플라스마 발생기에 통상의 파워보다도 낮은 소정 파워를 투입한 상태에서 플라스마를 생성하고 유지하는 플라스마 생성 방법이며,
   플라스마 발생기에 통상의 파워를 투입하여 착화 가스의 플라스마를 발생시키는 플라스마 착화 공정과,
   상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 통상의 파워와 상기 소정 파워의 차보다도 작은 제1 소정 파워만큼 저하시키는 제1 투입 파워 저하 공정과,
   상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 제1 소정 파워만큼보다도 작은 제2 소정 파워만큼 저하시키는 제2 투입 파워 저하 공정을 갖고,
   해당 제2 투입 파워 저하 공정은 상기 제1 투입 파워 저하 공정보다도 나중에 행해지고 복수 회 반복되는, 플라스마 생성 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 투입 파워 저하 공정은 상기 소정 파워에 도달할 때까지 반복되는, 플라스마 생성 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 투입 파워 저하 공정은, 상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를 상기 통상의 파워로부터 저하시킬 때 행해지고, 상기 통상의 파워로부터 상기 제1 소정 파워만큼 저하시킨 파워는, 상기 플라스마를 실화시키지 않는 파워로 설정되어 있는, 플라스마 생성 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 플라스마를 실화시키지 않는 파워는 1000W 이상으로 설정되어 있는, 플라스마 생성 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 투입 파워 저하 공정과 1회째의 상기 제2 투입 파워 저하 공정 사이에, 상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 제1 소정 파워만큼보다도 작고 상기 제2 소정 파워만큼보다도 큰 제3 소정 파워만큼 저하시키는 제3 투입 파워 저하 공정을 더 갖는, 플라스마 생성 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 착화 가스는 산소를 함유하지 않는 가스인, 플라스마 생성 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 플라스마 착화 공정과 상기 제1 투입 파워 저하 공정 사이에, 상기 착화 가스의 공급을 정지시키는 공정을 더 갖는, 플라스마 생성 방법.
8. 산화막 이외의 막이 하지막으로서 형성된 기판을 처리실 내의 서셉터 상에 적재하는 공정과,
   제7항에 기재된 플라스마 생성 방법에 의하여, 플라스마 발생기에 통상의 파워보다도 낮은 소정 파워를 투입한 상태에서 플라스마를 생성하는 공정과,
   상기 기판에 실리콘 함유 가스를 공급하여 상기 기판의 표면에 흡착시키는 공정과,
   상기 처리실 내에 산화 가스를 도입하고, 상기 플라스마 발생기에 상기 통상의 파워보다도 낮은 상기 소정 파워를 투입한 상태에서 상기 산화 가스의 플라스마를 생성하여 상기 기판에 공급하고, 상기 기판의 표면에 흡착된 상기 실리콘 함유 가스를 산화시켜 상기 기판의 표면 상에 실리콘 산화물의 분자층을 퇴적시키는 공정을 갖는, 플라스마 처리 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 산화막 이외의 막은 질화막이고, 상기 착화 가스는 질소 함유 가스인, 플라스마 처리 방법.
10. 처리실과,
    해당 처리실 내에 마련되고 표면에 기판을 적재 가능한 회전 테이블과,
    해당 회전 테이블 상에 실리콘 함유 가스를 공급 가능한 제1 처리 가스 노즐과,
    해당 회전 테이블 상에 산화 가스를 공급 가능함과 함께, 플라스마의 착화에 사용되는 산화제를 포함하지 않는 착화 가스를 공급 가능한 제2 처리 가스 노즐과,
    해당 제2 처리 가스 노즐로부터 공급되는 상기 산화 가스를 활성화 가능한 플라스마 발생기와,
    해당 플라스마 발생기에 고주파 전력을 공급 가능한 고주파 전원과,
    제어 수단을 갖고,
    해당 제어 수단은,
    상기 제2 처리 가스 노즐로부터 상기 착화 가스를 공급시키는 공정과,
    상기 고주파 전원을 제어하여, 플라스마 발생기에 통상의 파워를 공급시켜 상기 착화 가스의 플라스마를 발생시키는 플라스마 착화 공정과,
    상기 고주파 전원을 제어하여, 상기 플라스마 발생기에 공급하는 파워를 제1 소정 파워만큼 저하시키는 제1 투입 파워 저하 공정과,
    상기 고주파 전원을 제어하여, 상기 플라스마 발생기에 투입하는 파워를, 상기 제1 소정 파워만큼보다도 작은 제2 소정 파워만큼 저하시키는 제2 투입 파워 저하 공정을 실행함과 함께,
    해당 제2 투입 파워 저하 공정을 복수 회 반복하여, 상기 플라스마 발생기에 공급하는 파워를 소정 파워까지 저하시키는 제어를 행하는, 플라스마 처리 장치.

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