(57)【要約】  本発明は、真空チャンバー全体に対してコンディショニングを行うことが可能なプラズマ処理装置及びコンディショニング方法を提供する。本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置は、基板ホルダ（２）を、反応室（８）とその下側に位置する搬送室（９）との間で移動させる移動手段を具備する。また、基板ホルダ（２）が搬送室に位置している場合には反応室（８）の排気コンダクタンスが大きくなる構造とする。コンディショニング時には基板ホルダ（２）を搬送室（９）に移動させて、拡散種が広範囲に広がるようにして真空チャンバー（１）内の反応室（８）、搬送室（９）を共に効率よくコンディショニングを行う。
2010008021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有し、減圧状態で用いる真空チャンバーと、
前記基板を保持するための基板ホルダと、
前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、
前記基板ホルダを前記搬送領域と反応領域との間で移動させる移動手段とを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記基板にプロセス処理を施す前に、前記基板ホルダに前記基板が保持されていない状態で、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動する工程と、
前記基板にプロセス処理を行うガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入する工程と、
前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整える工程と、
前記基板を前記基板ホルダに保持させ、前記移動手段により前記基板ホルダを前記反応領域に移動し、前記基板に前記ガスを用いたプロセス処理を施す工程と
を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記プラズマを生成する手段は、前記真空チャンバー内に外部エネルギーとしてマイクロ波を供給して前記プラズマを生成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記真空チャンバーにコンダクタンスの異なる複数の排気口が設けられ、
前記真空チャンバー内の雰囲気を整える工程では、前記複数の排気口のうちコンダクタンスの大きい排気口を用いて排気を行い、
前記プロセス処理を施す工程では、前記複数の排気口のうちコンダクタンスの小さい排気口を用いて排気を行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記真空チャンバー内に２種類以上のガスが導入され、前記２種類以上のガスのうち第一のガスによる前記プロセス処理の後であって、前記２種類以上のガスのうちの第二のガスを使用する前記プロセス処理の前に、該第二のガスを用いて前記真空チャンバー内の雰囲気を整える工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記基板を保持するための基板ホルダと、
前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、
前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段とを備え、
前記真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングが必要である場合に、
前記基板にプロセス処理を施す前に、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動させ、その後に前記ガス導入手段により前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入し、前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングを実施することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記コンディショングが必要である場合とは、前回のプロセス処理からガス組成が異なる場合、および前回のプロセス処理から所定時間経過している場合のいずれか一方の条件を満たす場合であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記基板を保持するための基板ホルダと、
前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、
前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段とを備えるプラズマ処理装置を制御する制御装置であって、
前記基板にプロセス処理をする前に、前記真空チャンバーに対するコンディショニングが必要か否かを判断する手段と、
前記コンディショニングが必要であると判断される場合、前記基板ホルダが前記搬送領域内に位置するように前記移動手段を制御する手段と、
前記基板ホルダが前記搬送領域に位置する場合、前記基板にプロセス処理をする前に、前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスが前記真空チャンバーに導入されるように前記ガス導入手段を制御する手段と、
前記ガスが導入された真空チャンバー内にプラズマが生成されるように前記プラズマを生成する手段を制御する手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
コンピュータを請求項７に記載の制御装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
【請求項９】
コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、請求項８記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面に酸化膜や窒化膜等を形成する等の処理を行うプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ放電によってプロセスガスを活性化させ、基板に処理を施す基板処理装置が広く知られている。このような基板処理装置は、複数の放電電極間に高周波電圧を印加してプラズマを生成し、供給されたガスを励起して活性化させ、基板表面に薄膜を形成したり、エッチングする等の基板処理を行う。【０００３】
しかし、例えば、チャンバー内に汚染物質がある場合は、処理後の基板汚染の原因となり、残留ガスが存在している場合は、所望の効果が得られなくなる。そのため、基板処理前にチャンバー内雰囲気を整えることを目的として、処理で使用するガスをチャンバー内に導入させ、プラズマを生成して真空容器内部をコンディショニングすることが一般に行われている。コンディショニングを行うことでチャンバー内の雰囲気が安定し、基板処理の性能を安定させる効果がある。コンディショニングは、特にロットの開始時やプロセスガスを変更する際に有効である。【０００４】
次に、コンディショニングについてプラズマ処理装置で広く実施されているクリーニングとの違いを併せて説明する。クリーニングとは、処理過程によって発生する不純物をチャンバー内から除去し、チャンバー内及び内壁を清浄な状態にすることである。一方、コンディショニングとは、連続処理中の処理レートや膜質を安定させることを目的として、半導体基板にプロセス処理を施す前に、半導体基板にプロセス処理に用いるガスをチャンバー内に導入し、発生した活性種をチャンバー内壁に付着させてチャンバー内の雰囲気を整えることをいう。【０００５】
コンディショニングを行わなかった場合には、処理が進むごとにチャンバー内壁の状態が変化するため、連続処理中の処理レートが不安定になる。また、不純物がチャンバー内壁に付着している場合には、膜中に不純物が混入し、膜質に影響を与える。これらの悪い影響を改善するためにコンディショニングを実施する。その結果、連続処理中も処理レートが安定し、尚且つ良好な膜質が得られる。【０００６】
このようなプラズマ処理装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１のプラズマ処理装置を図３に示す。特許文献１の方法では、電極間隔を狭くしてエッチングレートを高める場合においても、コンディショニング時には電極間隔を変化させて、効果的なプラズマコンディショニングを行うものである。【０００７】
即ち、電極昇降機構１０８により上部電極１０３の位置を可変とし、エッチング時に比べコンディショニング時の下部電極１０２、上部電極１０３の間隔を広げ、プラズマを広範囲に広がるようにする。そして、真空チャンバー１０１、下部電極１０２、上部電極１０３等に付着した反応生成物等を除去するようにしている。【０００８】
しかしながら、特許文献１では、平行平板型の電極を用いてプラズマを生成する構造をとっている。そのため、コンディショニング時に上部・下部電極の間隔を広げてプラズマが広範囲に広がるようにしても、電極間でのコンディショニング効果は大きいが、それ以外の箇所ではコンディショニングが十分に行われない。【０００９】
別の例として、特許文献２に記載のプラズマ処理装置がある。特許文献２の処理装置を図４に示す。特許文献２の方法では、ＥＣＲ型マイクロ波プラズマ処理装置の真空容器内部を、高速且つ均一にプラズマコンディショニングを行う。【００１０】
即ち、真空容器（プラズマ生成室２０３、受渡し室２１１）に高密度ラジカルを発生させ、その密度が半減するまでの空間的領域内に被コンディショニング領域が存在するようにステージ２０８の位置を可変し、クリーニングを行う。具体的には、コンディショニング時のガス圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上に設定し、被処理物を載置するステージ２０８はＥＣＲ領域から１３０ｍｍ以内に移動させてコンディショニングを実施する。この領域であれば、コンディショニングを高速に且つ均一に行うことができるとしている。【００１１】
しかしながら、特許文献２にはステージ位置がＥＣＲ領域から１３０ｍｍ以内にある状態でコンディショニングを行うと記載されている。その条件の場合にはコンディショニングする領域の大部分が反応室となり、下部領域については効率よくコンディショニングが行き届かない可能性がある（効率が大幅に悪化する）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０５−３４３３７２号公報
【特許文献２】特開平０６−０９７１３０号公報
【発明の概要】
【００１３】
上記従来の技術では、コンディショニングの際にプラズマが生成される平行平板間や反応室内部の狭い領域にしか活性種が広がらないので、真空チャンバー全体へ十分にコンディショニングが実施できない。そのため、真空チャンバー内に不十分なコンディショニング箇所が生じ、基板処理を実行した時の成膜レート及び膜質に影響を与えるという課題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上記課題を解決するため、真空チャンバー全体に対して十分にコンディショニングを行うことが可能なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の第１の態様は、内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有し、減圧状態で用いる真空チャンバーと、前記基板を保持するための基板ホルダと、前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、前記基板ホルダを前記搬送領域と反応領域との間で移動させる移動手段とを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記基板にプロセス処理を施す前に、前記基板ホルダに前記基板が保持されていない状態で、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動する工程と、前記基板にプロセス処理を行うガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入する工程と、前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整える工程と、前記基板を前記基板ホルダに保持させ、前記移動手段により前記基板ホルダを前記反応領域に移動し、前記基板に前記ガスを用いたプロセス処理を施す工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の態様は、内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、前記基板を保持するための基板ホルダと、前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段とを備え、前記真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングが必要である場合に、前記基板にプロセス処理を施す前に、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動させ、その後に前記ガス導入手段により前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入し、前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングを実施することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の態様は、内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、前記基板を保持するための基板ホルダと、前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段とを備えるプラズマ処理装置を制御する制御装置であって、前記基板にプロセス処理をする前に、前記真空チャンバーに対するコンディショニングが必要か否かを判断する手段と、前記コンディショニングが必要であると判断される場合、前記基板ホルダが前記搬送領域内に位置するように前記移動手段を制御する手段と、前記基板ホルダが前記搬送領域に位置する場合、前記基板にプロセス処理をする前に、前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスが前記真空チャンバーに導入されるように前記ガス導入手段を制御する手段と、前記ガスが導入された真空チャンバー内にプラズマが生成されるように前記プラズマを生成する手段を制御する手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、基板ホルダを搬送室内に移動させて反応室との排気コンダクタンスを大きくすることにより、真空チャンバー全体にコンディショニングが行き渡り、プロセス前の真空チャンバー内の雰囲気を安定させることが可能となる。従って、処理レート及び膜質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明と従来技術とで処理枚数と膜厚の変化との関係を比較して示す図である。
【図３】従来例のプラズマ処理装置を示す模式図である。
【図４】他の従来例のプラズマ処理装置を示す模式図である。
【図５】本発明に於いてコンディショニングの実施手順を示すフローチャートである。
【図６】プラズマ酸化を行った後にプラズマ窒化を行う場合のコンディショニングの効果を、従来技術と本発明と比較した図である。
【図７】本発明に係るプラズマ処理装置における制御系の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態の構成を示す模式図である。図１において、符号１は減圧状態で用いる真空チャンバーである。真空チャンバー１は図示しない真空ポンプに接続され、真空チャンバー１内は所定の真空圧に保持される。
【００２０】
真空チャンバー１の上部には石英部品３が設置されている。石英部品３は、外部エネルギー供給手段５から真空チャンバー１内への外部エネルギーを導入するための透過窓の機能を持っている。プロセスガスが供給された真空チャンバー１内に、外部エネルギー供給手段５からマイクロ波等の外部エネルギーが石英部品３の部分から真空チャンバー１内へ導入され、プラズマ１０を生成する。
【００２１】
真空チャンバー１は、その上部側に位置する反応室８、および下側側に位置する搬送室９の２部屋を備えている。実際のプラズマ処理では、反応室８側でプラズマ１０が生成される。搬送室９は真空チャンバー内に半導体基板を搬入又は搬出するためのものである。真空チャンバー１内には半導体基板を保持するための基板ホルダ２が設けられている。
【００２２】
基板ホルダ２は半導体基板を保持し、図示しない移動手段により反応室８と搬送室９との間を上下に移動する。移動手段は、例えば、真空チャンバー１の外部に設置されたモータ等の駆動源やこの駆動源の駆動力を利用して基板ホルダ２を上下方向に移動させる昇降機構等を有している。搬送室９には図示しない開口から半導体基板が一枚ずつ搬入され、該搬入された半導体基板が基板ホルダ２上に保持される。
【００２３】
半導体基板を処理するときは、まず、搬送室９には図示しない開口から半導体基板が一枚ずつ搬入され、基板ホルダ２上に保持される。そして半導体基板は、必要に応じて基板ホルダ２上に保持されたまま反応室８の所定位置（処理位置）へ移送される。処理位置は、処理特性の要求により決定される。
【００２４】
次に、外部エネルギー供給手段５からマイクロ波等の外部エネルギーが石英部品３の部分から、プロセスガスが供給された真空チャンバー１内へ導入され、反応室８にプラズマ１０を生成する。生成されたプラズマ１０により、基板ホルダ２に保持された半導体基板に対して膜形成等のプロセス処理を行う。
【００２５】
基板ホルダ２が搬送室９内に位置している場合には、反応室８内に基板ホルダ２が位置する場合よりも反応室８の排気コンダクタンスが大きくなる構造としている。真空チャンバー１にはガス導入口４が設けられていて、異なる２種類以上のプロセスガスをガス導入口４から真空チャンバー１内に導入することができる。
【００２６】
真空チャンバー１には２系統以上の複数の排気口が設けられ、本実施形態では図１に示すように排気量が大きい排気口（大）６と排気量が小さい排気口（小）７とが設けられている。即ち、１系統は排気コンダクタンスを小さくし、もう１系統は排気コンダクタンスが大きくなるように設定されている。
なお、本明細書において、「排気コンダクタンス」とは以下のものである。すなわち、一般的に分子流領域において、ある経路を通過する気体の流量Ｑは、圧力の差（Ｐ１−Ｐ２）に比例する。比例定数Ｃ（＝Ｑ／（Ｐ１−Ｐ２））を排気コンダクタンスと定義する。
【００２７】
本実施形態では、排気口における排気コンダクタンスは、所定のガス流量Ｑを流した際の排気経路上の圧力差ΔＰより、排気コンダクタンスＣ＝ガス流量Ｑ／圧力差ΔＰで定義される。従って、排気経路を流れるガス流量Ｑを一定とした場合、排気コンダクタンスＣが大きくなると、圧力差ΔＰは小さくなり、チャンバーはより低圧になる。
【００２８】
大流量側の排気コンダクタンスは、小流量側と比較しておよそ１０倍以上の大きさに設定することが望ましい。コンディショニングを行う場合には、排気コンダクタンスの大きい排気口（大）６を用いて真空排気を行うことにより、拡散種（活性種）が真空チャンバー１内部に広がるようにする。
【００２９】
図７は、本実施形態のプラズマ処理装置における制御系の概略構成を示すブロック図である。
図７において、符号１０００はプラズマ処理装置全体を制御する制御手段としての制御部である。この制御部１０００は、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行するＣＰＵ１００１、およびこのＣＰＵ１００１によって実行される、図５にて後述される処理などの制御プログラムなどを格納するＲＯＭ１００２を有する。また、制御部１０００は、ＣＰＵ１００１の処理動作中のデータや入力データなどを一時的に格納するＲＡＭ１００３、およびフラッシュメモリやＳＲＡＭ等の不揮発性メモリ１００４などを有する。
【００３０】
また、この制御部１０００には、所定の指令あるいはデータなどを入力するキーボードあるいは各種スイッチなどを含む入力操作部１００５、プラズマ処理装置の入力・設定状態などをはじめとする種々の表示を行う表示部１００６、経過時間を測定可能なタイマシステム１００７が接続されている。また、制御部１０００には、ガス導入機構１０１３、外部エネルギー供給手段５、基板ホルダ移動用モータ１０１４、第１の排気機構１０１５、第２の排気機構１０１６がそれぞれ、駆動回路１００８、１００９、１０１０、１０１１、１０１２を介して接続されている。
【００３１】
上記ガス導入機構１０１３はガス導入口４に接続されており、ＣＰＵ１００１からの指示に従い、所定のプロセスガスを、ガス導入口４を介して真空チャンバー１へと導入する。第１の排気機構１０１５および第２の排気機構１０１６はそれぞれ排気口６および排気口７に接続されており、ＣＰＵ１００１からの指示に従い、真空チャンバー１の排気を行う。外部エネルギー供給手段５は、ＣＰＵ１００１からの指示に従い、マイクロ波等の外部エネルギーを真空チャンバー１へと供給する。
【００３２】
上述のように、基板ホルダ２は移動手段により上下移動が可能である。該基板ホルダ２は、移動手段が有する昇降機構に接続されており、基板ホルダ移動用モータ１０１４が駆動することにより昇降機構が作動し、基板ホルダ２の上下移動が行われる。すなわち、ＣＰＵ１００１からの指示に従って基板ホルダ移動用モータが駆動し、該駆動により基板ホルダ２は移動する。
【００３３】
次に、本実施形態の動作について説明する。本実施形態においては、コンディショニングは酸化又は窒化のプロセスが選択され、半導体基板がプラズマ処理装置に導入される前に実行する。また、コンディショニングは前回のプラズマ処理後から一定時間が経過した場合、若しくは前回のプラズマ処理で用いたガスとは異なる種類若しくは組成のガスを用いる場合に実行する。
【００３４】
図５は、本実施形態のプラズマ処理装置のコンディショニング処理に係わる処理手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照して、コンディショニングにかかる各工程を説明する。
【００３５】
ステップ５０１では、制御部１０００は、プロセス処理開始の命令としての、今回のプロセス処理にて用いるガスを特定するガス特定情報（どんな種類または組成のガスを用いるのかを示す情報）を含むプロセス処理開始情報を取得する。なお、本実施形態では、プロセス処理として酸化処理および窒化処理を実行できる形態である。従って、酸化処理を行う場合、上記ガス特定情報は、「用いるガスは酸素であることを示す情報」であり、窒化処理を行う場合は、上記ガス特定情報は、「用いるガスは窒素であることを示す情報」である。
すなわち、ユーザが入力操作部１００５を介して、今回のプロセス処理が酸化処理なのか窒化処理なのかを入力し、今回のプロセス処理開始に関する指示を入力すると、制御部１０００は、該ユーザ入力に従ったプロセス処理開始情報を取得する。このとき、ユーザが今回のプロセス処理が酸化処理である旨を入力すると、プロセス処理開始情報にはガス特定情報として「用いるガスは酸素であることを示す情報」が含まれる。一方、ユーザが今回のプロセス処理が窒化処理である旨を入力すると、プロセス処理開始情報にはガス特定情報として「用いるガスは窒素であることを示す情報」が含まれる。
【００３６】
ステップ５０２では、制御部１０００は、前回のプロセス処理から所定時間（例えば、Ｔ秒）経過したか否かを判断する。すなわち、制御部１０００は、タイマシステム１００７を参照し、前回のプロセス処理の終了時から現在までの経過時間を算出し、該算出した経過時間がＴ秒を超えているか否かを判断する。
このような経過時間の算出方法としては、例えば、前回のプロセス処理が終了すると、制御部１０００は、タイマシステム１００７から該終了時の時間に関する情報を読み出し、不揮発性メモリ１００４に記憶させる。そして、ステップ５０１にてプロセス処理開始情報を取得すると、本ステップにおいて、制御部１０００は、タイマシステム１００７から現在の時間に関する情報を読み出し、該読み出された現在の時間に関する情報と不揮発性メモリ１００４に記憶された前回のプロセス処理の終了時の時間に関する情報とに基づいて、現在の時間と前回のプロセス処理の終了時の時間との差分を計算する。該差分が経過時間となる。なお、上記終了時の時間は時刻であっても良いし、ある基準点からの経過時間（差分時間）であっても良い。
また、経過時間の他の算出方法としては、スタート時からストップ時までの経過時間を計測可能なストップウォッチ機能を有するタイマシステム１００７を用い、制御部１０００は、前回のプロセス処理が終了すると同時にタイマシステム１００７のストップウォッチ機能をスタートさせる。そして、ステップ５０１にてプロセス処理開始情報を取得すると、本ステップにおいて、制御部１０００は、タイマシステム１００７のストップウォッチ機能をストップさせる。制御部１０００は、スタート時からストップ時までに計測された時間を上記経過時間とする。
このように、本実施形態では、前回のプロセス処理からの経過時間を取得できればいずれの方法を用いても良い。
ステップ５０２において、制御部１０００は、前回のプロセス処理からＴ秒経過したと判断する場合は、ステップ５０４に進み、前回のプロセス処理からＴ秒経過していないと判断する場合は、ステップ５０３に進む。
【００３７】
ステップ５０３では、制御部１０００は、前回のプロセス処理で用いたガスの種類または組成が、今回のプロセス処理で用いるガスの種類または組成と異なるか否かを判断する。本実施形態では、あるプロセス処理が終了すると、制御部１０００は、プロセス処理開始情報に含まれるガス特定情報に基づいて、上記あるプロセス処理にて用いたガスを特定する使用ガス特定情報（どんな種類または組成のガスを用いたのかを示す情報）を不揮発性メモリ１００４に記憶させる。従って、制御部１０００は、今回のプロセス処理の開始前において、前回のプロセス処理で用いたガスの種類または組成に関する情報（前回のプロセス処理に対する使用ガス特定情報）を保持することになる。
よって、本ステップでは、制御部１０００は、不揮発性メモリ１００４に記憶された、前回のプロセス処理に対する使用ガス特定情報と、今回のプロセス処理開始情報に含まれるガス特定情報とを比較して、前回のプロセス処理と今回のプロセス処理とで用いるガスが異なるか否かを判断する。
なお、次回のプロセス処理の前に、今回のプロセス処理にて用いたガスとの照合を行わせるために、後に行われる今回のプロセス処理が終了すると、制御部１０００は、不揮発性メモリ１００４に記憶された「前回のプロセス処理に対する使用ガス特定情報」を、今回のプロセス処理に対する使用ガス特定情報に更新する。
ステップ５０３において、制御部１０００は、前回のプロセス処理と今回のプロセス処理とで用いるガスが異なると判断する場合は、ステップ５０４に進み、前回のプロセス処理と今回のプロセス処理とで用いるガスが同一であると判断する場合は、ステップ５０５に進む。
【００３８】
ステップ５０４では、制御部１０００は、本発明に特徴的なコンディショング処理を行う。始めに、制御部１０００は、基板ホルダ２に半導体基板が保持されていない状態で、駆動回路１０１０を介して基板ホルダ移動用モータ１０１４に制御信号を送信して該基板ホルダ移動用モータ１０１４を駆動させることにより（図示しない移動手段の駆動により）、基板ホルダ２を搬送室９へ移動させる。このように基板ホルダ２が搬送室９へ移動することによって上述のように反応室８の排気コンダクタンスが大きくなり、プラズマにより拡散種（活性種）が搬送室９側まで広がるため、真空チャンバー１の内壁全体にコンディショニングを行うことが可能になる。
また、２系統以上存在する複数の排気口についてコンダクタンスの大きい排気口６を用いることにより、拡散種が更に真空チャンバー１内に広がり、真空チャンバー１の内壁全体へコンディショニングを行うことが可能になる。
【００３９】
次に、制御部１０００は、ガス導入機構１０１３および外部エネルギー手段５のそれぞれに制御信号を送信する。該制御信号を受信したガス導入機構１０１３は、真空チャンバー１内にガス導入口４よりプロセスガスを供給し、上記制御信号を受信した外部エネルギー供給手段５は、真空チャンバー１にマイクロ波を供給して、プラズマ１０を生成する。次いで、制御部１０００は、第１の排気機構１０１５に制御信号を送信すると、該制御信号を受信した第１の排気機構１０１５は、排気口６を用いて真空チャンバー１内を所定の圧力まで排気する。このような動作により、プラズマ処理装置は、プラズマ１０によって発生した拡散種を真空チャンバー１の内壁に付着させて真空チャンバー１内の雰囲気を整え、真空チャンバー１内壁全体にコンディショニングを行う。このようにして真空チャンバー１内でコンディショニングが十分行われた後、制御部１０００は、ステップ５０５に進む。
【００４０】
ステップ５０５では、制御部１０００は、今回のプロセス処理を開始する。すなわち、真空チャンバー１内に半導体基板が搬入されると、制御部１０００は、駆動回路１０１０を介して基板ホルダ移動用モータ１０１４に制御信号を送信して該基板ホルダ移動用モータ１０１４を駆動させることにより、基板ホルダ２を反応室８内へと移動させ、反応室８内にて半導体基板にプロセス処理を行う。
なお、図５では、コンディショニング処理（ステップ５０４）への移行を判断するステップとして、ステップ５０２とステップ５０３とを行っているが、本発明の一実施形態では、ステップ５０２とステップ５０３とのいずれか一方のみを行うようにしても良い。
【００４１】
このように、本実施形態では、ステップ５０２、５０３において、制御部１０００は、半導体基板に今回のプロセス処理を行う前に、前回のプロセス処理からの経過時間や前回のプロセス処理と今回のプロセス処理とで用いるガスの対比に基づいて、真空チャンバー１に対するコンディショニングが必要か否かを判断する。そして、コンディショニングが必要であると判断される場合は、ステップ５０４にてコンディショニング処理を行ってからステップ５０５にて今回のプロセス処理を開始する。一方、コンディショニング処理が必要無いと判断される場合は、そのままステップ５０５にて今回のプロセス処理を開始する。
【００４２】
なお、本実施形態では、ステップ５０２、５０３における「ＹＥＳ」の判断がトリガーとなり、ステップ５０４のコンディショニング処理が開始されるが、ユーザによるコンディショング処理開始の直接の指示をトリガーとしてステップ５０４のコンディショニング処理を開始するようにしても良い。この場合は、例えば、制御部１０００は、表示部１００６に、コンディショニング処理が必要か否かを示す指示、およびプロセス処理の種類（プロセス処理に用いるガスの種類等）を入力するためのユーザインタフェースを表示し、ユーザに所定の指示を入力させる。ユーザが入力操作部１００５を介して、コンディショニング処理が必要か否かを示す指示、およびプロセス処理の種類を入力すると、制御部１０００は、プロセス処理開始情報を取得する。なお、該プロセス処理開始情報には、ガス特定情報に加えて、コンディショニング処理が必要か否かを示す情報が含まれている。制御部１０００は、プロセス処理開始情報を取得すると、コンディショニング処理が必要か否かを示す情報に基づいて、真空チャンバー１に対するコンディショニングが必要か否かを判断する。そして、コンディショニングが必要であると判断される場合は、ステップ５０４にてコンディショニング処理に移行し、コンディショニング処理が必要無いと判断される場合は、そのままステップ５０５にて今回のプロセス処理を開始する。
【００４３】
（第１の実施例）  
本発明の基板ホルダ位置を変化させたコンディショニング方法と、基板ホルダ位置を変更しなかったコンディショニング方法（従来のコンディショニング方法）とで、コンディショニング後に連続シリコンウェハの酸化処理を行い、処理枚数とシリコン酸化膜厚の変化との比較を行った。なお、連続酸化処理の前には、本装置で連続窒化処理を行い、コンディショニングの直前まで真空チャンバー１内及びその内壁は窒素雰囲気で満たされていた。
【００４４】
窒化処理、コンディショニング及び酸化処理のそれぞれの処理条件を以下に示す。
●窒化処理  
・窒素ガス流量    ：５００ｓｃｃｍ  
・チャンバー内圧力：１００Ｐａ  
・温度            ：室温  
・窒化時間        ：３分間（２５枚処理）  
・基板ホルダ位置  ：反応室内  
●コンディショニング  
・酸素ガス流量      ：５００ｓｃｃｍ  
・チャンバー内圧力  ：５０Ｐａ  
・温度              ：室温  
・コンディション時間：３分間  
・基板ホルダ位置    ：搬送室内  
●酸化処理  
・酸素ガス流量    ：５００ｓｃｃｍ  
・チャンバー内圧力：１００Ｐａ  
・温度            ：室温  
・酸化時間        ：２分  
・基板ホルダ位置  ：反応室内
【００４５】
図２はその結果を示す。基板位置を変化させない従来技術と、基板位置を変化させた本発明の方法とを比較すると、本発明の方法では１枚目から安定した処理を行うことが可能である。外部エネルギーについてはステージ位置に関係なくプラズマを生成できればよいので、外部エネルギーはマイクロ波に限定されるものではない。
【００４６】
（第２の実施例）  
次に、第１の実施例と同一の処理装置を用い、プラズマ酸化で使用した後にプラズマ窒化処理を行う場合の、本発明によるコンディショニングの効果を検証した。
プラズマ酸化及びプラズマ窒化の際のプラズマ照射条件は、第１の実施例と同一とし、シリコンウェハの酸化処理を２５枚行った後にコンディショニングを行い、さらにその後シリコンウェハのプラズマ窒化処理を２５枚連続で行った。プラズマ窒化処理によって形成されたシリコン窒化膜の膜厚を、分光エリプソメトリーで測定した。その結果、図６に示す通り従来技術である基板位置を変化させないコンディショニング方法では、コンディショニング直後のウェハにおいて窒化膜厚が薄くなっているのに対し、本発明によるコンディショニングを行ったケースでは安定した窒化膜厚が得られた。  
この結果より、本発明では従来技術に比べてより効果的に、チャンバー内空間及び表面に付着した残留雰囲気を除去し、基板処理プラズマの粒子を付着させていると考えられる。
【００４７】
また、本実施形態では酸化窒化を例に説明したが、真空チャンバー１内の雰囲気が異なる場合であれば本発明を適用でき、ガス系統及び処理はここで組み合わせたものに限らず、あらゆるコンディショニングに使用することができる。
【００４８】
なお、真空排気についてはプロセス処理の時には圧力制御を容易にするためコンダクタンスが小さい排気口を用い、コンディショニングの時にはコンダクタンスが大きい排気口を用いるとなお望ましい。
【００４９】
以上のように本発明は、コンディショニングの際には活性種が真空チャンバー１内壁に広がるため、反応室８より外側の搬送室９の壁までコンディショニングを行うことが可能となる。そのため、基板ホルダ２を反応室８と搬送室９との間で上下に移動させる移動手段を用い、基板ホルダ２が搬送室９内に位置している場合には、反応室８内に基板ホルダ２が位置している場合よりも反応室８の排気コンダクタンスが大きくなる構造としている。従って、活性種が搬送室９側へ広がり、搬送室９の内壁までコンディショニングを行うことが可能となる。
例えば、円筒配管の排気コンダクタンスＣは一般的に、  
Ｃ＝１２１×Ｄ３／Ｌ    （式１）  
で表すことができる。ここで、式１において、記号Ｄは円筒配管の直径であり、記号Ｌは円筒配管の長さを表す。
【００５０】
本実施形態では、基板ホルダ２が反応室８内に位置する場合は、基板ホルダ２が排気に対する衝立となり、排気経路が真空チャンバー１の壁面と基板ホルダ２との隙間になる。これに対して、基板ホルダ２が搬送室９に位置する場合は、排気に対する衝立となる基板ホルダ２が下がるので、排気経路の断面積は拡大することになる。従って、この場合、式１において円筒配管の直径が拡大したと見なすことができる。よって、本実施形態では、基板ホルダ２が搬送室内に位置させると、排気コンダクタンスを大きくすることができるのである。
【００５１】
また、本発明は、外部エネルギー供給手段としてマイクロ波を用いているため、高密度のプラズマが得られ、活性種が真空チャンバー１内へ容易に広がりやすくなり、より好ましい効果が得られる。
【００５２】
更に、本発明は２種類以上のガス系統を有し、第一のガスを使用後、第二のガスを使用する前に第二のガスを用いたコンディショニングを行う。また、本発明の一実施形態では、２系統以上の複数の排気口を設けても良く、１系統はコンダクタンスを小さくし、もう１系統はコンダクタンスを大きくしている。コンディショニングを行う場合には、大きいコンダクタンスの排気口を用いて真空チャンバーを排気することで圧力の制御が容易になり、コンディショニング時のプラズマの密度を広げることができる。
【００５３】
（その他の実施形態）  
上述の実施形態では、本発明のプラズマ処理装置を制御する制御装置としての制御部１０００をプラズマ処理装置に内蔵する形態について説明したが、この形態に限定されない。例えば、制御部１０００をプラズマ処理装置とは別個の装置（コンピュータ）に内蔵させても良い。この場合は、コンピュータとプラズマ処理装置とを所定のインターフェースを介して接続し、コンピュータがプラズマ処理装置の各構成（ガス導入機構１０１３、外部エネルギー供給手段５、基板ホルダ移動用モータ１０１４、第１の排気機構１０１５、第２の排気機構１０１６）を制御するためのドライバをコンピュータにインストールすれば良い。このようにすることで、該コンピュータは、図５に示す制御プログラムやステップ５０４のコンディショニング処理を実行することができる。
【００５４】
前述した実施形態の機能を実現するように前述した実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記憶させ、該記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。即ちコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も実施例の範囲に含まれる。また、前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体はもちろんそのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。
かかる記憶媒体としてはたとえばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。
また前述の記憶媒体に記憶されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウエア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作し前述の実施形態の動作を実行するものも前述した実施形態の範疇に含まれる。
【図１】
2010008021.tif 000003
【図２】
2010008021.tif 000004
【図３】
2010008021.tif 000005
【図４】
2010008021.tif 000006
【図５】
2010008021.tif 000007
【図６】
2010008021.tif 000008
【図７】
2010008021.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月8日(2010.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有し、減圧状態で用いる真空チャンバーと、
前記基板を保持するための基板ホルダと、
前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、
前記基板ホルダを前記搬送領域と反応領域との間で移動させる移動手段とを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記基板にプロセス処理を施す前に、前記基板ホルダに前記基板が保持されていない状態で、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動する工程と、
前記基板にプロセス処理を行うガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入する工程と、
前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整える工程と、
前記基板を前記基板ホルダに保持させ、前記移動手段により前記基板ホルダを前記反応領域に移動し、前記基板に前記ガスを用いたプロセス処理を施す工程とを有し、
前記真空チャンバーにコンダクタンスの異なる複数の排気口が設けられ、
前記真空チャンバー内の雰囲気を整える工程では、前記複数の排気口のうちコンダクタンスの大きい排気口を用いて排気を行い、
前記プロセス処理を施す工程では、前記複数の排気口のうちコンダクタンスの小さい排気口を用いて排気を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記プラズマを生成する手段は、前記真空チャンバー内に外部エネルギーとしてマイクロ波を供給して前記プラズマを生成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記真空チャンバー内に２種類以上のガスが導入され、前記２種類以上のガスのうち第一のガスによる前記プロセス処理の後であって、前記２種類以上のガスのうちの第二のガスを使用する前記プロセス処理の前に、該第二のガスを用いて前記真空チャンバー内の雰囲気を整える工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記基板を保持するための基板ホルダと、
前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、
前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段と、
コンダクタンスの異なる複数の排気経路を備え、
前記真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングが必要である場合に、
前記基板にプロセス処理を施す前に、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動させ、その後に前記ガス導入手段により前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入し、前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングを実施し、
前記コンディショニングを実施する際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの大きい排気経路を用いて排気を行い、
前記基板に前記プロセス処理を施す際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの小さい排気経路を用いて排気を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記コンディショングが必要である場合とは、前回のプロセス処理からガス組成が異なる場合、および前回のプロセス処理から所定時間経過している場合のいずれか一方の条件を満たす場合であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記基板を保持するための基板ホルダと、
前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、
前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段と、
コンダクタンスの異なる複数の排気経路とを備えるプラズマ処理装置を制御する制御装置であって、
前記基板にプロセス処理をする前に、前記真空チャンバーに対するコンディショニングが必要か否かを判断する手段と、
前記コンディショニングが必要であると判断される場合、前記基板ホルダが前記搬送領域内に位置するように前記移動手段を制御する手段と、
前記基板ホルダが前記搬送領域に位置する場合、前記基板にプロセス処理をする前に、前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスが前記真空チャンバーに導入されるように前記ガス導入手段を制御する手段と、
前記ガスが導入された真空チャンバー内にプラズマが生成されるように前記プラズマを生成する手段を制御する手段とを備え、
前記コンディショニングを実施する際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの大きい排気経路を用いて排気を行い、前記基板に前記プロセス処理を施す際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの小さい排気経路を用いて排気を行うように、前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
コンピュータを請求項６に記載の制御装置として機能させるためのコンピュータプログラム。
【請求項８】
コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、請求項７記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の目的は、上記課題を解決するため、真空チャンバー全体に対して十分にコンディショニングを行うことが可能なプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の第１の態様は、内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有し、減圧状態で用いる真空チャンバーと、前記基板を保持するための基板ホルダと、前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、前記基板ホルダを前記搬送領域と反応領域との間で移動させる移動手段とを備えるプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、前記基板にプロセス処理を施す前に、前記基板ホルダに前記基板が保持されていない状態で、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動する工程と、前記基板にプロセス処理を行うガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入する工程と、前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整える工程と、前記基板を前記基板ホルダに保持させ、前記移動手段により前記基板ホルダを前記反応領域に移動し、前記基板に前記ガスを用いたプロセス処理を施す工程とを有し、前記真空チャンバーにコンダクタンスの異なる複数の排気口が設けられ、前記真空チャンバー内の雰囲気を整える工程では、前記複数の排気口のうちコンダクタンスの大きい排気口を用いて排気を行い、前記プロセス処理を施す工程では、前記複数の排気口のうちコンダクタンスの小さい排気口を用いて排気を行うことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の第２の態様は、内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、前記基板を保持するための基板ホルダと、前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段と、コンダクタンスの異なる複数の排気経路を備え、前記真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングが必要である場合に、前記基板にプロセス処理を施す前に、前記移動手段により前記基板ホルダを前記搬送領域に移動させ、その後に前記ガス導入手段により前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスを前記真空チャンバーに導入し、前記プラズマを生成する手段により、前記真空チャンバー内にプラズマを生成し、該プラズマにより発生した活性種を前記真空チャンバー内壁に付着させて真空チャンバー内の雰囲気を整えるコンディショニングを実施し、前記コンディショニングを実施する際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの大きい排気経路を用いて排気を行い、前記基板に前記プロセス処理を施す際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの小さい排気経路を用いて排気を行うことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の第３の態様は、内部に基板を搬入又は搬出するための搬送領域と、前記基板にプロセス処理を施すための反応領域とを有する真空チャンバーと、前記真空チャンバーに所定のガスを導入するガス導入手段と、前記基板を保持するための基板ホルダと、前記反応領域内でプラズマを生成する手段と、前記基板ホルダを前記搬送領域と前記反応領域との間で移動させる移動手段と、コンダクタンスの異なる複数の排気経路とを備えるプラズマ処理装置を制御する制御装置であって、前記基板にプロセス処理をする前に、前記真空チャンバーに対するコンディショニングが必要か否かを判断する手段と、前記コンディショニングが必要であると判断される場合、前記基板ホルダが前記搬送領域内に位置するように前記移動手段を制御する手段と、前記基板ホルダが前記搬送領域に位置する場合、前記基板にプロセス処理をする前に、前記プロセス処理にて用いるガスと同じガスが前記真空チャンバーに導入されるように前記ガス導入手段を制御する手段と、前記ガスが導入された真空チャンバー内にプラズマが生成されるように前記プラズマを生成する手段を制御する手段とを備え、前記コンディショニングを実施する際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの大きい排気経路を用いて排気を行い、前記基板に前記プロセス処理を施す際には、前記複数の排気経路のうちコンダクタンスの小さい排気経路を用いて排気を行うように、前記プラズマ処理装置を制御することを特徴とする。
【国際調査報告】
2010008021.tif 000010
2010008021.tif 000011
2010008021.tif 000012
2010008021.tif 000013