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JP6596602B2 - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Description

本発明は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.

近年、半導体装置の大面積化、高集積化にともない、成膜装置等のプラズマ処理装置では比較的蒸気圧の低い低蒸気圧の液体原料が反応材料として使用されている。例えば、シャワープレート内にヒータを設け、ヒータによってシャワープレートを加熱し、低蒸気圧の液体原料をシャワープレートから反応室に気化供給して、基板上に膜を形成する熱CVD(Chemical Vapor Deposition)装置が提供されている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, with the increase in area and integration of semiconductor devices, low vapor pressure liquid materials having a relatively low vapor pressure are used as reaction materials in plasma processing apparatuses such as film forming apparatuses. For example, a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) in which a heater is provided in the shower plate, the shower plate is heated by the heater, and a low vapor pressure liquid material is vaporized and supplied from the shower plate to the reaction chamber to form a film on the substrate. An apparatus is provided (see, for example, Patent Document 1).

特許第3883918号公報Japanese Patent No. 3883918

しかしながら、シャワープレートに高周波電力を投入するプラズマ処理装置では、シャワープレートにヒータが設けられていると、ヒータに高周波電力が重畳し、ヒータの加熱制御が難しくなる場合がある。また、シャワープレートを洗浄する際には、シャワープレートからヒータを取り外す作業を要する。これにより、プラズマ処理における生産性が低下する場合がある。   However, in a plasma processing apparatus that applies high frequency power to the shower plate, if the shower plate is provided with a heater, the high frequency power may be superimposed on the heater, making it difficult to control the heating of the heater. Further, when cleaning the shower plate, it is necessary to remove the heater from the shower plate. Thereby, the productivity in plasma processing may decrease.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、生産性を向上させた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。   In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus with improved productivity.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るプラズマ処理方法は、真空容器内に配置された基板支持台を第1温度に加熱することを含む。上記基板支持台と上記基板支持台に対向するシャワープレートとの間に第1放電条件による第1プラズマを発生させて、上記基板支持台が有する熱及び上記第1プラズマによって上記シャワープレートが加熱される。上記シャワープレートの温度は、非接触でモニタリングされる。上記シャワープレートの温度が上記基板支持台の上記熱によって加熱される温度よりも高い第2温度に達した後、上記シャワープレートから上記基板支持台に向けてプロセスガスを噴射し、上記基板支持台と上記シャワープレートとの間に第2放電条件による第2プラズマを発生させて、上記第2プラズマにより、上記基板支持台に支持された基板が処理される。
このようなプラズマ処理方法によれば、シャワープレートにヒータを設けることなく、シャワープレートの温度が精度よく加熱される。また、シャワープレートを洗浄する際には、シャワープレートからヒータを取り外す作業を要しない。これにより、プラズマ処理における生産性が向上する。
In order to achieve the above object, a plasma processing method according to an aspect of the present invention includes heating a substrate support placed in a vacuum vessel to a first temperature. A first plasma is generated under a first discharge condition between the substrate support and the shower plate facing the substrate support, and the shower plate is heated by the heat of the substrate support and the first plasma. The The temperature of the shower plate is monitored without contact. After the temperature of the shower plate reaches a second temperature higher than the temperature heated by the heat of the substrate support table, a process gas is jetted from the shower plate toward the substrate support table, and the substrate support table The second plasma is generated between the first and second shower plates under the second discharge condition, and the substrate supported by the substrate support is processed by the second plasma.
According to such a plasma processing method, the temperature of the shower plate can be accurately heated without providing a heater in the shower plate. Further, when cleaning the shower plate, it is not necessary to remove the heater from the shower plate. Thereby, productivity in plasma processing is improved.

上記のプラズマ処理方法においては、上記基板を処理する工程において、上記第2温度は、上記基板を処理する工程において上記シャワープレートの温度が最大となる温度であってもよい。
このようなプラズマ処理方法によれば、基板にプロセスガスによるプラズマ処理をする前にシャワープレートの温度が既に最大温度になっているため、プロセスガスによるプラズマ処理時にシャワープレートの温度変化が抑制される。これにより、例えば、基板に形成される膜の厚みがばらつきにくくなる。
In the plasma processing method, in the step of processing the substrate, the second temperature may be a temperature at which the temperature of the shower plate is maximized in the step of processing the substrate.
According to such a plasma processing method, since the temperature of the shower plate has already reached the maximum temperature before the substrate is subjected to the plasma processing with the process gas, the temperature change of the shower plate is suppressed during the plasma processing with the process gas. . Thereby, for example, the thickness of the film formed on the substrate is less likely to vary.

上記のプラズマ処理方法においては、上記プラズマ処理の工程において、上記第2放電条件は、放電電力、反応ガス流量及び処理時間を含む。上記基板を複数枚ごとに処理し、上記第2温度が上記基板を処理するごとに変化するときは、上記第2温度の値に応じて、上記放電電力、上記反応ガス流量及び上記処理時間の少なくとも1つを変化させて上記基板を処理してもよい。
このようなプラズマ処理方法によれば、基板を複数枚ごとに処理する際、第2温度が基板を処理するごとに変化しても、第2温度の値に応じて、放電電力、反応ガス流量及び処理時間の少なくとも1つを変化させてプラズマ処理がなされる。これにより、例えば、基板に形成される膜の膜質がばらつきにくくなる。
In the plasma processing method, in the plasma processing step, the second discharge condition includes a discharge power, a reaction gas flow rate, and a processing time. When the plurality of substrates are processed and the second temperature changes each time the substrate is processed, the discharge power, the reaction gas flow rate, and the processing time are changed according to the value of the second temperature. The substrate may be processed by changing at least one of them.
According to such a plasma processing method, when a plurality of substrates are processed, even if the second temperature changes each time the substrate is processed, the discharge power and the reaction gas flow rate are changed according to the value of the second temperature. In addition, plasma processing is performed while changing at least one of the processing times. Thereby, for example, the film quality of the film formed on the substrate is less likely to vary.

上記のプラズマ処理方法においては、さらに、上記プラズマ処理の工程において、上記基板を複数枚ごとに処理し、上記基板を複数枚ごとに処理した後に、上記真空容器に洗浄ガスを噴出させ、上記真空容器内を洗浄してもよい。
このようなプラズマ処理方法によれば、基板を複数枚ごとに処理した後に、洗浄ガスが噴出されて、真空容器内が洗浄される。
In the plasma processing method, further, in the plasma processing step, the substrate is processed for each of a plurality of substrates, the substrate is processed for each of a plurality of substrates, and then a cleaning gas is jetted into the vacuum vessel, so that the vacuum The inside of the container may be washed.
According to such a plasma processing method, after processing a plurality of substrates, cleaning gas is ejected and the inside of the vacuum vessel is cleaned.

上記のプラズマ処理方法においては、上記シャワープレートの温度を上記シャワープレートの背面側の上記真空容器外に配置された放射温度計によってモニタリングしてもよい。
このようなプラズマ処理方法によれば、シャワープレートの温度がシャワープレートの背面側の真空容器外に配置された放射温度計によって測定される。これにより、シャワープレートの温度が非接触で測定され、放射温度計がシャワープレートの温度に影響を与えにくくなる。
In the plasma processing method, the temperature of the shower plate may be monitored by a radiation thermometer disposed outside the vacuum vessel on the back side of the shower plate.
According to such a plasma processing method, the temperature of the shower plate is measured by a radiation thermometer arranged outside the vacuum vessel on the back side of the shower plate. As a result, the temperature of the shower plate is measured in a non-contact manner, and the radiation thermometer is less likely to affect the temperature of the shower plate.

上記のプラズマ処理方法においては、前記第2放電条件は、前記第1放電条件と異なってもよい。これにより、前記第1放電条件と異なる前記第2放電条件で上記基板にプラズマ処理がなされる。   In the plasma processing method, the second discharge condition may be different from the first discharge condition. Thereby, the substrate is subjected to plasma treatment under the second discharge condition different from the first discharge condition.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るプラズマ処理装置は、真空容器と、基板支持台と、シャワープレートと、電力供給源と、温度測定装置と、制御装置とを具備する。上記真空容器は、減圧状態が維持される。上記基板支持台は、上記真空容器内に配置され、基板載置面と加熱機構とを有する。上記基板支持台は、上記加熱機構によって上記基板載置面を第1温度に設定することができ、基板を支持することができる。上記シャワープレートは、上記基板支持台に対向する。上記電力供給源は、上記基板支持台と上記シャワープレートとの間にプラズマを発生させる。上記シャワープレートの温度を非接触で測定する。上記制御装置は、上記温度測定装置によって上記シャワープレートの上記温度をモニタリングし、上記基板支持台と上記シャワープレートとの間に第1放電条件による第1プラズマを発生させる。上記制御装置は、上記基板支持台が有する熱及び上記第1プラズマによって、上記シャワープレートを加熱し、上記シャワープレートの温度が上記基板支持台の上記熱によって加熱される温度よりも高い第2温度に達した後、上記シャワープレートから上記基板支持台に向けてプロセスガスを噴射する。上記制御装置は、上記基板支持台と上記シャワープレートとの間に第2放電条件による第2プラズマを発生させて、上記第2プラズマにより上記基板を処理することができる。
このようなプラズマ処理装置によれば、シャワープレートにヒータを設けることなく、シャワープレートの温度が精度よく加熱される。また、シャワープレートを洗浄する際には、シャワープレートからヒータを取り外す作業を要しない。これにより、プラズマ処理における生産性が向上する。
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a vacuum vessel, a substrate support, a shower plate, a power supply source, a temperature measurement device, and a control device. The vacuum container is maintained in a reduced pressure state. The substrate support is disposed in the vacuum vessel and has a substrate mounting surface and a heating mechanism. The substrate support can set the substrate mounting surface to the first temperature by the heating mechanism, and can support the substrate. The shower plate faces the substrate support. The power supply source generates plasma between the substrate support and the shower plate. The temperature of the shower plate is measured without contact. The control device monitors the temperature of the shower plate by the temperature measuring device and generates a first plasma according to a first discharge condition between the substrate support and the shower plate. The control device heats the shower plate with the heat of the substrate support and the first plasma, and the temperature of the shower plate is higher than the temperature heated by the heat of the substrate support. Then, the process gas is sprayed from the shower plate toward the substrate support. The controller may process the substrate by the second plasma by generating a second plasma according to a second discharge condition between the substrate support and the shower plate.
According to such a plasma processing apparatus, the temperature of the shower plate is accurately heated without providing a heater in the shower plate. Further, when cleaning the shower plate, it is not necessary to remove the heater from the shower plate. Thereby, productivity in plasma processing is improved.

以上述べたように、本発明によれば、プラズマ処理における生産性が向上する。   As described above, according to the present invention, productivity in plasma processing is improved.

本実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the plasma processing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るプロセス時間とシャワープレートの温度との関係を示す概略グラフ図である。It is a schematic graph which shows the relationship between the process time which concerns on this embodiment, and the temperature of a shower plate. 比較例に係るプロセス時間とシャワープレートの温度との関係を示す概略グラフ図である。It is a schematic graph which shows the relationship between the process time which concerns on a comparative example, and the temperature of a shower plate. 図(a)は、本実施形態に係るプロセス時間と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。図(b)は、比較例に係るプロセス時間と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。FIG. 1A is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film formation speed according to the present embodiment. FIG. 5B is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film formation rate according to the comparative example. シャワープレート温度と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。It is a schematic graph which shows the relationship between shower plate temperature and the film-forming speed | rate. 図(a)は、本実施形態に係るプロセス時間と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。図(b)は、本実施形態に係るプロセス時間と膜厚との関係を示す概略グラフ図である。FIG. 1A is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film formation speed according to the present embodiment. FIG. 4B is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film thickness according to the present embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, XYZ axis coordinates may be introduced.

(第1実施形態)   (First embodiment)

図1は、本実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略断面図である。   FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma processing apparatus according to this embodiment.

本実施形態に係るプラズマ処理装置1は、例えば、基板80を1枚ずつプラズマ処理する枚葉式のプラズマ処理装置である。例えば、1枚の基板80が真空容器10外から真空容器10内に搬入されると、基板80は、基板支持台30上でプラズマ処理されて、プラズマ処理後に真空容器10外に搬出される。この一連の動作は、複数の基板80に対し繰り返されてもよい。   The plasma processing apparatus 1 according to this embodiment is, for example, a single-wafer type plasma processing apparatus that performs plasma processing on the substrates 80 one by one. For example, when one substrate 80 is carried into the vacuum container 10 from outside the vacuum container 10, the substrate 80 is subjected to plasma processing on the substrate support 30, and is carried out of the vacuum container 10 after the plasma processing. This series of operations may be repeated for a plurality of substrates 80.

プラズマ処理装置1は、プラズマCVD法によって基板80に膜を形成する成膜手段と、ドライエッチングによって基板80に形成された膜を除去するエッチング手段とを兼ね備える。プラズマ処理装置1は、真空容器10と、支持部11と、蓋部12と、シャワーヘッド20と、基板支持台30と、ガス供給源40と、電力供給源50と、温度測定装置60と、制御装置70とを具備する。   The plasma processing apparatus 1 includes a film forming unit that forms a film on the substrate 80 by a plasma CVD method and an etching unit that removes the film formed on the substrate 80 by dry etching. The plasma processing apparatus 1 includes a vacuum vessel 10, a support unit 11, a lid unit 12, a shower head 20, a substrate support base 30, a gas supply source 40, a power supply source 50, a temperature measurement device 60, And a control device 70.

プラズマは容量結合方式によって、例えば、シャワーヘッド20と基板支持台30との間(プラズマ形成空間10p)に形成される。プラズマは、例えば、グロー放電によって形成される。プラズマ処理装置1がプラズマCVD装置として機能する場合、例えば、シャワーヘッド20は、陰極として機能し、基板支持台30は、陽極として機能する。また、プラズマ処理装置1がRIE(Reactive Ion Etching)等のエッチング装置として機能する場合、例えば、シャワーヘッド20は、陽極として機能し、基板支持台30は、陰極として機能する。   The plasma is formed by a capacitive coupling method, for example, between the shower head 20 and the substrate support 30 (plasma formation space 10p). The plasma is formed by glow discharge, for example. When the plasma processing apparatus 1 functions as a plasma CVD apparatus, for example, the shower head 20 functions as a cathode, and the substrate support 30 functions as an anode. Further, when the plasma processing apparatus 1 functions as an etching apparatus such as RIE (Reactive Ion Etching), for example, the shower head 20 functions as an anode, and the substrate support 30 functions as a cathode.

真空容器10は、基板支持台30を囲む。蓋部12は、真空容器10に対向する。支持部11は、蓋部12に付設されている。真空容器10には、ガス排気口10hを介して、例えば、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ(不図示)が接続されている。これにより、真空容器10内が減圧状態に維持される。例えば、図1の例では、シャワーヘッド20と、真空容器10と、支持部11で囲まれた空間が真空ポンプにより減圧状態に維持される。   The vacuum container 10 surrounds the substrate support 30. The lid 12 faces the vacuum container 10. The support portion 11 is attached to the lid portion 12. For example, a vacuum pump (not shown) such as a turbo molecular pump is connected to the vacuum vessel 10 through a gas exhaust port 10h. Thereby, the inside of the vacuum vessel 10 is maintained in a reduced pressure state. For example, in the example of FIG. 1, the space surrounded by the shower head 20, the vacuum vessel 10, and the support portion 11 is maintained in a reduced pressure state by a vacuum pump.

プラズマ処理装置1において、蓋部12と、シャワーヘッド20と、支持部11とで囲まれた空間15は、大気雰囲気であってもよく、減圧雰囲気であってもよい。蓋部12の電位は、例えば、接地電位である。蓋部12は、シャワーヘッド20に投入される高周波をシールドするシールドボックスとして機能する。空間15が減圧状態を維持する場合、真空容器10と蓋部12とを併せて真空容器とすることができる。この場合、真空容器内の少なくとも一部の空間が減圧状態に維持できる。真空容器10には、真空容器10内の圧力を計測する圧力計13が設置されている。圧力計13は、例えば、電離真空計である。   In the plasma processing apparatus 1, the space 15 surrounded by the lid portion 12, the shower head 20, and the support portion 11 may be an air atmosphere or a reduced pressure atmosphere. The potential of the lid 12 is, for example, a ground potential. The lid 12 functions as a shield box that shields the high frequency input to the shower head 20. When the space 15 maintains a reduced pressure state, the vacuum vessel 10 and the lid portion 12 can be combined into a vacuum vessel. In this case, at least a part of the space in the vacuum container can be maintained in a reduced pressure state. The vacuum vessel 10 is provided with a pressure gauge 13 for measuring the pressure in the vacuum vessel 10. The pressure gauge 13 is an ionization vacuum gauge, for example.

シャワーヘッド20は、ヘッド本体21と、シャワープレート22と、絶縁部材27とを有する。シャワーヘッド20は、絶縁部材27を介して真空容器10の支持部11により支持される。これにより、シャワーヘッド20が真空容器10から絶縁される。シャワーヘッド20は、プラズマ処理装置1から脱着可能に構成されている。   The shower head 20 includes a head body 21, a shower plate 22, and an insulating member 27. The shower head 20 is supported by the support portion 11 of the vacuum vessel 10 via the insulating member 27. Thereby, the shower head 20 is insulated from the vacuum vessel 10. The shower head 20 is configured to be detachable from the plasma processing apparatus 1.

ヘッド本体21とシャワープレート22とにより、シャワーヘッド20の内部空間28が形成される。内部空間28には、ヘッド本体21の内部に設けられたガス導入管42を経由して、プロセスガスが導入される。ガス導入管42の最終端(ガス導入口)は、例えば、内部空間28の中心付近に位置する。これにより、内部空間28に均等にプロセスガスが供給される。ガス導入口は、1つに限らず、ヘッド本体21に複数設けられてもよい。また、ヘッド本体21においては、熱媒体が流れる流路が設けられてもよい。これにより、ガス導入管42のコンダクタンスが向上する。熱媒体は、真空容器10外に設けられた温調機構(不図示)により、例えば、25℃以上150℃以下(例えば、80℃)に調整することができる。   The head body 21 and the shower plate 22 form an internal space 28 of the shower head 20. Process gas is introduced into the internal space 28 via a gas introduction pipe 42 provided inside the head body 21. The final end (gas introduction port) of the gas introduction pipe 42 is located, for example, near the center of the internal space 28. As a result, the process gas is evenly supplied to the internal space 28. The number of gas inlets is not limited to one, and a plurality of gas inlets may be provided in the head main body 21. Further, the head body 21 may be provided with a flow path through which the heat medium flows. Thereby, the conductance of the gas introduction pipe 42 is improved. The heat medium can be adjusted to, for example, 25 ° C. or more and 150 ° C. or less (for example, 80 ° C.) by a temperature control mechanism (not shown) provided outside the vacuum container 10.

シャワープレート22は、ヘッド本体21に密着するように接合されている。シャワープレート22は、基板支持台30に対向する。シャワープレート22は、内部空間28とは反対側のガス噴出面22sと、複数のガス噴出孔23と、内部空間28側の背面22rとを有する。複数のガス噴出孔23のそれぞれは、シャワープレート22を貫通する。すなわち、複数のガス噴出孔23のそれぞれは、内部空間28とプラズマ形成空間10pとの間を連なる。プロセスガスは、内部空間28から複数のガス噴出孔23を経由してガス噴出面22sから噴出される。   The shower plate 22 is joined so as to be in close contact with the head body 21. The shower plate 22 faces the substrate support base 30. The shower plate 22 has a gas ejection surface 22s on the side opposite to the internal space 28, a plurality of gas ejection holes 23, and a back surface 22r on the internal space 28 side. Each of the plurality of gas ejection holes 23 penetrates the shower plate 22. That is, each of the plurality of gas ejection holes 23 is connected between the internal space 28 and the plasma forming space 10p. The process gas is ejected from the gas ejection surface 22 s through the plurality of gas ejection holes 23 from the internal space 28.

シャワープレート22内には、ヒータ加熱機構が設けられていない。この理由は、シャワープレート22にヒータが設けられていると、シャワープレート22に高周波電力が供給された場合、ヒータに高周波電力が重畳して、ヒータの加熱制御が困難になることに基づく。さらに、シャワープレート22には、複数のガス噴出孔23が設けられているため、個々のガス噴出孔23を避けるように、ヒータを設けること、加熱媒体の流路を設けることが困難であることに基づく。従って、シャワープレート22は、基板支持台30が有する熱によって基板支持台30側から加熱されたり、または、プラズマ形成空間10pに形成されるプラズマ等により加熱されたりする。   A heater heating mechanism is not provided in the shower plate 22. This is based on the fact that when the shower plate 22 is provided with a heater, when the high frequency power is supplied to the shower plate 22, the high frequency power is superimposed on the heater, making it difficult to control the heating of the heater. Further, since the shower plate 22 is provided with a plurality of gas ejection holes 23, it is difficult to provide a heater and a heating medium flow path so as to avoid the individual gas ejection holes 23. based on. Therefore, the shower plate 22 is heated from the substrate support table 30 side by the heat of the substrate support table 30 or is heated by plasma or the like formed in the plasma formation space 10p.

ヘッド本体21及びシャワープレート22は、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の導電体を含む。ヘッド本体21及びシャワープレート22には、耐食性を向上させるために、必要に応じて酸化皮膜処理が施されてもよい。シャワープレート22の厚さは、5mm以上50mm以下である。ガス噴出孔23の内径は、0.3mm以上1mm以下である。複数のガス噴出孔23のそれぞれは、同じ内径である。複数のガス噴出孔23のX軸方向及びY軸方向におけるピッチは、3mm以上20mm以下である。   The head main body 21 and the shower plate 22 include, for example, a conductor such as aluminum (Al), an aluminum alloy, and stainless steel. The head body 21 and the shower plate 22 may be subjected to an oxide film treatment as necessary in order to improve the corrosion resistance. The thickness of the shower plate 22 is 5 mm or more and 50 mm or less. The inner diameter of the gas ejection hole 23 is not less than 0.3 mm and not more than 1 mm. Each of the plurality of gas ejection holes 23 has the same inner diameter. The pitch in the X-axis direction and the Y-axis direction of the plurality of gas ejection holes 23 is 3 mm or more and 20 mm or less.

基板支持台30は、基板載置面30sと、基板載置面30sを加熱する加熱機構30hとを有する。加熱機構30hは、例えば、ヒータである。基板80は、基板載置面30sによって支持される。基板載置面30sは、シャワープレート22のガス噴出面22sに対して実質的に平行になっている。基板支持台30は、例えば、導電体を含む。基板載置面30sは、導電体でもよく、絶縁体でもよい。例えば、基板載置面30sには、静電チャックが設置されてもよい。基板支持台30が絶縁体や静電チャックを含む場合、基板支持台30が接地されたときに、基板80とグランドとの間には、寄生の容量31が生じる。   The substrate support 30 includes a substrate placement surface 30s and a heating mechanism 30h that heats the substrate placement surface 30s. The heating mechanism 30h is, for example, a heater. The substrate 80 is supported by the substrate placement surface 30s. The substrate placement surface 30 s is substantially parallel to the gas ejection surface 22 s of the shower plate 22. The substrate support 30 includes, for example, a conductor. The substrate placement surface 30s may be a conductor or an insulator. For example, an electrostatic chuck may be installed on the substrate placement surface 30s. When the substrate support 30 includes an insulator or an electrostatic chuck, a parasitic capacitance 31 is generated between the substrate 80 and the ground when the substrate support 30 is grounded.

基板支持台30には、基板80にバイアス電力を供給できるように、電力供給源55が接続されてもよい。電力供給源55は、例えば、直流電源でもよく、交流電源でもよい。例えば、プラズマ処理装置1をRIE等のエッチング装置として用いる場合、電力供給源55によって基板80に電力が投入され、基板80にバイアス電位が印加される。基板支持台30とシャワープレート22との間の距離は、15mm以上60mm以下である。一例として、電極間距離は、20mmである。基板支持台30とシャワープレート22との間の距離は、制御装置70によって、自動的に適宜調整可能である。   A power supply source 55 may be connected to the substrate support 30 so that bias power can be supplied to the substrate 80. The power supply source 55 may be, for example, a DC power supply or an AC power supply. For example, when the plasma processing apparatus 1 is used as an etching apparatus such as RIE, power is supplied to the substrate 80 by the power supply source 55 and a bias potential is applied to the substrate 80. The distance between the substrate support 30 and the shower plate 22 is 15 mm or more and 60 mm or less. As an example, the distance between the electrodes is 20 mm. The distance between the substrate support 30 and the shower plate 22 can be automatically adjusted appropriately by the control device 70.

基板載置面30sは、加熱機構30hによって、例えば、60℃以上500℃以下の範囲の温度に加熱される。基板支持台30には、基板載置面30sを冷却する冷却機構が設けられてもよい。   The substrate placement surface 30s is heated to a temperature in the range of 60 ° C. or more and 500 ° C. or less, for example, by the heating mechanism 30h. The substrate support 30 may be provided with a cooling mechanism for cooling the substrate placement surface 30s.

プラズマ処理処置1において、基板載置面30s及びシャワープレート22の平面形状は、基板80の平面形状に対応している。例えば、基板80がパネル等に適用される矩形状の基板であれば、基板載置面30s及びシャワープレート22の平面形状は、矩形である。基板80が半導体デバイス等に適用されるウェーハ基板であれば、基板載置面30s及びシャワープレート22の平面形状は、円状になる。基板載置面30s及びシャワープレート22の面積は、基板80の面積よりも大きい。基板80は、例えば、厚さが0.5mmのガラス基板である。基板80のサイズは、400mm×300mm以上であり、例えば、1850mm×1500mmである。   In the plasma processing procedure 1, the planar shapes of the substrate placement surface 30 s and the shower plate 22 correspond to the planar shape of the substrate 80. For example, if the substrate 80 is a rectangular substrate applied to a panel or the like, the planar shape of the substrate mounting surface 30s and the shower plate 22 is rectangular. If the substrate 80 is a wafer substrate applied to a semiconductor device or the like, the planar shape of the substrate placement surface 30s and the shower plate 22 is circular. The area of the substrate placement surface 30 s and the shower plate 22 is larger than the area of the substrate 80. The substrate 80 is, for example, a glass substrate having a thickness of 0.5 mm. The size of the substrate 80 is 400 mm × 300 mm or more, for example, 1850 mm × 1500 mm.

ガス供給源40は、流量計41と、ガス導入管42とを有する。ガス供給源40は、シャワーヘッド20の内部空間28にプロセスガス(成膜ガス、エッチングガス、不活性ガス等)を供給する。ガス導入管42におけるプロセスガスの流量は、流量計41によって制御される。   The gas supply source 40 includes a flow meter 41 and a gas introduction pipe 42. The gas supply source 40 supplies process gas (film forming gas, etching gas, inert gas, etc.) to the internal space 28 of the shower head 20. The flow rate of the process gas in the gas introduction pipe 42 is controlled by the flow meter 41.

電力供給源50は、電源51と、整合回路部52と、配線53とを有する。配線53は、シャワーヘッド20の中心付近に接続されている。整合回路部52は、シャワーヘッド20と電源51との間に設置される。電源51は、例えば、RF電源である。電源51は、VHF電源でもよく、直流電源でもよい。電源51が直流電源の場合、電力供給源50からは、整合回路部52が除かれる。   The power supply source 50 includes a power source 51, a matching circuit unit 52, and a wiring 53. The wiring 53 is connected near the center of the shower head 20. The matching circuit unit 52 is installed between the shower head 20 and the power source 51. The power source 51 is, for example, an RF power source. The power source 51 may be a VHF power source or a DC power source. When the power source 51 is a DC power source, the matching circuit unit 52 is excluded from the power supply source 50.

電力供給源50は、基板支持台30とシャワープレート22との間にプラズマを発生させる。例えば、シャワーヘッド20から、プラズマ形成空間10pにプロセスガスが導入され、配線53を経由して電源51からシャワーヘッド20に電力が投入されると、プラズマ形成空間10pにプラズマが発生する。   The power supply source 50 generates plasma between the substrate support 30 and the shower plate 22. For example, when process gas is introduced from the shower head 20 into the plasma forming space 10 p and power is supplied from the power source 51 to the shower head 20 via the wiring 53, plasma is generated in the plasma forming space 10 p.

例えば、プラズマ処理装置1が成膜装置の場合、プラズマ形成空間10pに成膜ガスが導入され、プラズマ形成空間10pに成膜プラズマが発生して基板80に膜が形成される。一方、プラズマ処理装置1がエッチング装置の場合、プラズマ形成空間10pにエッチングガスが導入され、プラズマ形成空間10pにエッチングプラズマが発生して、基板80から膜が除去される。   For example, when the plasma processing apparatus 1 is a film forming apparatus, a film forming gas is introduced into the plasma forming space 10p, and film forming plasma is generated in the plasma forming space 10p to form a film on the substrate 80. On the other hand, when the plasma processing apparatus 1 is an etching apparatus, an etching gas is introduced into the plasma forming space 10p, etching plasma is generated in the plasma forming space 10p, and the film is removed from the substrate 80.

また、プラズマ処理装置1においては、シャワープレート22の温度を非接触でモニタリングする温度測定装置60が設けられている。温度測定装置60は、第1放射温度計61と、第2放射温度計62とを有する。第1放射温度計61及び第2放射温度計62のそれぞれは、光ファイバ式放射温度計である。   In the plasma processing apparatus 1, a temperature measuring device 60 that monitors the temperature of the shower plate 22 in a non-contact manner is provided. The temperature measuring device 60 includes a first radiation thermometer 61 and a second radiation thermometer 62. Each of the first radiation thermometer 61 and the second radiation thermometer 62 is an optical fiber type radiation thermometer.

第1放射温度計61は、光ファイバ集光部61aと、本体部61bとを有する。第2放射温度計62は、光ファイバ集光部62aと、本体部62bとを有する。第1放射温度計61及び第2放射温度計62のそれぞれは、シャワープレート22の背面22r側の真空容器10外に配置されている。   The 1st radiation thermometer 61 has the optical fiber condensing part 61a and the main-body part 61b. The 2nd radiation thermometer 62 has the optical fiber condensing part 62a and the main-body part 62b. Each of the first radiation thermometer 61 and the second radiation thermometer 62 is disposed outside the vacuum vessel 10 on the back surface 22r side of the shower plate 22.

光ファイバ集光部61a、62aのそれぞれは、固定冶具65により蓋部12に設置されている。例えば、光ファイバ集光部61aは、シャワープレート22の中心に設置され、光ファイバ集光部62aは、シャワープレート22の端部に設置されている。光ファイバ集光部61a、62aのそれぞれは、シャワープレート22に向かって垂直に設置されている。これにより、シャワープレート22の温度の面内分布を測定することができる。   Each of the optical fiber condensing units 61 a and 62 a is installed on the lid 12 by a fixing jig 65. For example, the optical fiber condensing unit 61 a is installed at the center of the shower plate 22, and the optical fiber condensing unit 62 a is installed at the end of the shower plate 22. Each of the optical fiber condensing units 61 a and 62 a is installed vertically toward the shower plate 22. Thereby, the in-plane distribution of the temperature of the shower plate 22 can be measured.

ここで、光ファイバ集光部61aが対向するヘッド本体21には、透明窓材25が設けられている。さらに、ヘッド本体21には、透明窓材25とシャワープレート22との間に垂直方向に延在する孔部21hが設けられている。これにより、第1放射温度計61は、透明窓材25及び孔部21hを介して、光ファイバ集光部61aが対向するシャワープレート22の背面22rからの放射光を受光することができる。これにより、第1放射温度計61は、シャワープレート22の背面22rの温度を検知できる。透明窓材25は、反応性ガスによる耐食性が高いサファイアを含む。   Here, a transparent window member 25 is provided on the head main body 21 facing the optical fiber condensing unit 61a. Further, the head main body 21 is provided with a hole 21 h extending between the transparent window member 25 and the shower plate 22 in the vertical direction. Thereby, the 1st radiation thermometer 61 can receive the radiated light from the back surface 22r of the shower plate 22 which the optical fiber condensing part 61a opposes via the transparent window material 25 and the hole 21h. Thereby, the first radiation thermometer 61 can detect the temperature of the back surface 22r of the shower plate 22. The transparent window material 25 includes sapphire that has high corrosion resistance due to the reactive gas.

さらに、光ファイバ集光部62aが対向するヘッド本体21には、透明窓材26が設けられている。透明窓材26は、サファイアを含む。ヘッド本体21には、透明窓材26とシャワープレート22との間に孔部21hが設けられている。これにより、第2放射温度計62は、透明窓材26及び孔部21hを介して、光ファイバ集光部62aが対向するシャワープレート22の背面22rの温度を検知できる。   Further, a transparent window member 26 is provided on the head main body 21 facing the optical fiber condensing unit 62a. The transparent window material 26 includes sapphire. The head body 21 is provided with a hole 21 h between the transparent window member 26 and the shower plate 22. Thereby, the 2nd radiation thermometer 62 can detect the temperature of the back surface 22r of the shower plate 22 which the optical fiber condensing part 62a opposes via the transparent window material 26 and the hole 21h.

プラズマ処理中における、ガス噴出面22sの温度と背面22rの温度との関係(温度検量線)は、予めシミュレーション、実験等により求められている。これにより、第1放射温度計61及び第2放射温度計62のそれぞれがシャワープレート22の背面22rの温度を検知することで、精度よくガス噴出面22sの温度を測定することができる。温度検量線は、制御装置70に格納されている。   The relationship (temperature calibration curve) between the temperature of the gas ejection surface 22s and the temperature of the back surface 22r during the plasma processing is obtained in advance by simulation, experiment, or the like. Thereby, each of the 1st radiation thermometer 61 and the 2nd radiation thermometer 62 detects the temperature of the back surface 22r of the shower plate 22, and can measure the temperature of the gas ejection surface 22s accurately. The temperature calibration curve is stored in the control device 70.

光ファイバ集光部61a、62aは、接地電位の蓋部12に取り付けられ、シャワーヘッド20から絶縁される。これにより、シャワーヘッド20に高周波電力が投入されても、光ファイバ集光部61a、62aには、高周波電力が印加されにくくなっている。また、ヘッド本体21が80℃以上の高温になったとしても、光ファイバ集光部61a、62aは、ヘッド本体21とは離れ、ヘッド本体21とは熱的に絶縁されている。これにより、光ファイバ集光部61a、62aは、ヘッド本体21から熱的な影響を受けにくくなっている。   The optical fiber condensing parts 61 a and 62 a are attached to the cover part 12 having the ground potential and are insulated from the shower head 20. Thereby, even if high frequency power is input to the shower head 20, it is difficult for high frequency power to be applied to the optical fiber condensing units 61a and 62a. Even if the head main body 21 reaches a high temperature of 80 ° C. or higher, the optical fiber condensing portions 61 a and 62 a are separated from the head main body 21 and are thermally insulated from the head main body 21. As a result, the optical fiber condensing units 61 a and 62 a are less susceptible to thermal influence from the head body 21.

制御装置70は、加熱機構30h、電源51、整合回路部52、流量計41及び基板支持台30とシャワープレート22との間の距離等を制御する。また、基板載置面30sの温度、温度測定装置60によって測定されたシャワープレート22の温度及び圧力計13によって測定された真空容器10内の圧力は、制御装置70に送られる。基板載置面30sの温度は、0.1秒周期でサンプリングされる。   The control device 70 controls the heating mechanism 30h, the power source 51, the matching circuit unit 52, the flow meter 41, the distance between the substrate support 30 and the shower plate 22, and the like. Further, the temperature of the substrate mounting surface 30 s, the temperature of the shower plate 22 measured by the temperature measuring device 60, and the pressure in the vacuum vessel 10 measured by the pressure gauge 13 are sent to the control device 70. The temperature of the substrate placement surface 30s is sampled at a period of 0.1 second.

制御装置70は、基板支持台30とシャワープレート22との間にプラズマを発生させる。例えば、制御装置70は、流量計41を制御して、シャワープレート22から基板支持台30に向けてプロセスガスを噴射させる。制御装置70は、電源51及び整合回路部52を制御して基板支持台30とシャワープレート22との間にプラズマを発生させる。   The control device 70 generates plasma between the substrate support 30 and the shower plate 22. For example, the control device 70 controls the flow meter 41 to inject process gas from the shower plate 22 toward the substrate support 30. The control device 70 controls the power source 51 and the matching circuit unit 52 to generate plasma between the substrate support 30 and the shower plate 22.

プラズマは、予備放電条件(第1放電条件)による予備放電プラズマ(第1プラズマ)と、プラズマ処理条件(第2放電条件)による処理プラズマ(第2プラズマ)とを含む。予備放電プラズマは、プラズマ処理条件と異なってもよく、同じでもよい。本実施形態では、予備放電プラズマとプラズマ処理条件とが異なる場合を例示する。加熱機構を持たないシャワープレート22は、予備放電プラズマまたは処理プラズマによって加熱される。さらに、シャワープレート22は、基板支持台30が発する輻射熱によって間接的に加熱されたり、または、シャワープレート22と基板支持台30との間に存在するガスが熱媒体となって加熱されたりする。   The plasma includes pre-discharge plasma (first plasma) under pre-discharge conditions (first discharge conditions) and process plasma (second plasma) under plasma processing conditions (second discharge conditions). The preliminary discharge plasma may be different from the plasma processing conditions or the same. In the present embodiment, a case where the preliminary discharge plasma and the plasma processing conditions are different is illustrated. The shower plate 22 having no heating mechanism is heated by the preliminary discharge plasma or the processing plasma. Further, the shower plate 22 is indirectly heated by the radiant heat generated by the substrate support 30 or a gas existing between the shower plate 22 and the substrate support 30 is heated as a heat medium.

プラズマ処理装置1を用いたプラズマ処理方法では、予め、基板支持台30の基板載置面30sが第1温度に設定される。次に、シャワープレート22の温度は、基板支持台30が有する熱及び予備放電プラズマによって、シャワープレート22が基板支持台30の熱によって加熱される温度よりも高い温度(第2温度)に設定される。この後、基板支持台30が有する熱及び処理プラズマによりシャワープレート22が加熱されつつ、基板80がプラズマ処理される。なお、制御装置70は、シャワープレート22の温度が所望の処理温度を超えた場合には、警告を発報し、プラズマ処理を中断または中止してもよい。   In the plasma processing method using the plasma processing apparatus 1, the substrate placement surface 30s of the substrate support 30 is set to the first temperature in advance. Next, the temperature of the shower plate 22 is set to a temperature (second temperature) higher than the temperature at which the shower plate 22 is heated by the heat of the substrate support 30 by the heat of the substrate support 30 and the preliminary discharge plasma. The Thereafter, the substrate 80 is plasma processed while the shower plate 22 is heated by the heat and processing plasma of the substrate support 30. The control device 70 may issue a warning when the temperature of the shower plate 22 exceeds a desired processing temperature, and interrupt or stop the plasma processing.

以下に、プラズマ処理装置1を用いたプラズマ処理方法について、プラズマCVDを例に説明する。成膜用の原料ガスとしては、例えば、TEOS(テトラエチレンオルトシリケート)が用いられる。基板80に形成される膜は、例えば、酸化シリコン膜である。原料ガスとしては、TEOS以外の有機系シリコンガス、シラン、ジシラン等が用いられてもよい。基板80に形成される膜は、窒化シリコン膜、非晶質シリコン膜等であってもよい。   Hereinafter, a plasma processing method using the plasma processing apparatus 1 will be described by taking plasma CVD as an example. As the source gas for film formation, for example, TEOS (tetraethylene orthosilicate) is used. The film formed on the substrate 80 is, for example, a silicon oxide film. As the source gas, organic silicon gas other than TEOS, silane, disilane, or the like may be used. The film formed on the substrate 80 may be a silicon nitride film, an amorphous silicon film, or the like.

プラズマCVDは、基板80上での化学反応を利用して基板80上に膜を形成する。このため、成膜時の基板温度が成膜速度に大きく影響を与える。   The plasma CVD uses a chemical reaction on the substrate 80 to form a film on the substrate 80. For this reason, the substrate temperature during film formation greatly affects the film formation speed.

成膜時には、基板80に前駆体分子が吸着しながら基板表面での反応が進行する。このため、成膜時に基板80の温度が変化すると、成膜速度が変動する場合がある。基板温度による成膜速度の変動を抑制するため、プラズマ処理装置1では、基板温度が加熱機構30hにより高精度に加熱されている。   During film formation, reaction on the substrate surface proceeds while the precursor molecules are adsorbed on the substrate 80. For this reason, when the temperature of the substrate 80 changes during film formation, the film formation speed may vary. In the plasma processing apparatus 1, the substrate temperature is heated with high accuracy by the heating mechanism 30 h in order to suppress fluctuations in the deposition rate due to the substrate temperature.

しかし、プラズマCVDでは、基板温度のほか、シャワープレート22の温度も成膜速度に影響を与える。   However, in plasma CVD, in addition to the substrate temperature, the temperature of the shower plate 22 also affects the deposition rate.

例えば、プロセスガスとして、TEOSガスを用いる場合、TEOSは、常温で液体であるため、流量計41に到達させる前に予め気化器(不図示)で気化してから、真空容器10内に導入される。TEOSガスは、例えば、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成する際の原料ガスとして用いられる。   For example, when TEOS gas is used as the process gas, since TEOS is liquid at room temperature, it is vaporized in advance by a vaporizer (not shown) before reaching the flow meter 41 and then introduced into the vacuum vessel 10. The The TEOS gas is used as a raw material gas for forming a gate insulating film of a thin film transistor, for example.

TEOSガスのような、分子量が無機シリコン系ガス(例えば、SiH)よりも大きく、液体を気化させた原料ガスを用いる場合、成膜速度は、基板温度のほか、シャワープレート22の温度にも影響を受ける。例えば、シャワープレート22の温度が低くなるほど、TEOSは、シャワーヘッド20の内壁またはガス噴出孔23内に吸着しやすくなり、シャワーヘッド20から基板80に向かうTEOSの量が低くなる。When a raw material gas having a molecular weight larger than that of an inorganic silicon-based gas (for example, SiH 4 ) and vaporizing a liquid, such as a TEOS gas, is used, the film forming speed is not limited to the substrate temperature but also to the temperature of the shower plate 22. to be influenced. For example, as the temperature of the shower plate 22 decreases, TEOS is more likely to be adsorbed in the inner wall of the shower head 20 or in the gas ejection holes 23, and the amount of TEOS from the shower head 20 toward the substrate 80 decreases.

すなわち、基板80の温度が一定に保たれたとしても、成膜時にシャワープレート22の温度が変化すると、シャワープレート22から噴出されるTEOSの量が変わる。例えば、シャワープレート22の温度が低くなり、シャワープレート22から噴出されるTEOSの量が減ると、基板80に到達するTEOSの濃度が低くなる。これにより、成膜速度が遅くなってしまう。このため、安定した成膜速度を維持するためには、基板温度だけでなく、シャワープレート22の温度をいかに一定に制御するかが重要になる。   That is, even if the temperature of the substrate 80 is kept constant, the amount of TEOS ejected from the shower plate 22 changes when the temperature of the shower plate 22 changes during film formation. For example, when the temperature of the shower plate 22 decreases and the amount of TEOS ejected from the shower plate 22 decreases, the concentration of TEOS reaching the substrate 80 decreases. This slows down the film formation rate. For this reason, in order to maintain a stable film formation rate, it is important how to control not only the substrate temperature but also the temperature of the shower plate 22 to be constant.

本実施形態では、シャワープレート22の温度を温度測定装置60によってモニタリングしつつ、シャワープレート22を基板支持台30が有する熱と、真空容器10に発生させるプラズマとによって加熱している。   In this embodiment, the temperature of the shower plate 22 is monitored by the temperature measuring device 60, and the shower plate 22 is heated by the heat of the substrate support 30 and the plasma generated in the vacuum vessel 10.

また、プラズマCVDでは、基板80を真空容器10内に搬入する前に、所謂"プリ成膜"と呼ばれる処理をする場合がある。プリ成膜では、成膜時の処理プラズマと同じまたは異なるプラズマを用いて、真空容器10の内壁、真空容器10内の部材表面、及びシャワープレート22の表面等に基板80に形成する膜を形成する。プリ成膜を行うことにより、成膜開始直後から真空容器10の内壁、真空容器10内の部材表面、シャワープレート22の表面等の状態が成膜中の真空容器10の内壁、真空容器10内の部材表面、シャワープレート22の表面等の状態と同じになり、成膜開始直後から処理プラズマが安定する。   In plasma CVD, before the substrate 80 is carried into the vacuum vessel 10, a so-called “pre-film formation” may be performed. In the pre-film formation, a film to be formed on the substrate 80 is formed on the inner wall of the vacuum vessel 10, the surface of the member in the vacuum vessel 10, the surface of the shower plate 22, and the like using plasma that is the same as or different from the processing plasma at the time of film formation. To do. By performing the pre-film formation, the inner wall of the vacuum vessel 10, the surface of the member in the vacuum vessel 10, the surface of the shower plate 22, etc. immediately after the start of film formation are in the inner wall of the vacuum vessel 10 during the film formation, The surface of the member, the surface of the shower plate 22 and the like are the same, and the processing plasma is stabilized immediately after the start of film formation.

プリ成膜により、シャワープレート22の温度は、基板支持台30が有する熱と、プリ成膜時のプラズマとによって、成膜開始前から所定の温度に加熱される。しかし、プリ成膜は、成膜開始前の予備処理であるために、処理時間が限られている。例えば、プリ成膜が長時間になるほど真空容器10の内壁、真空容器10内の部材表面、シャワープレート22の表面等に過剰な厚みの酸化シリコンが堆積して、発塵の要因になる。さらに、シャワープレート22の温度が飽和するまでプリ成膜を行うと、プリ成膜に要される時間が長時間になり、生産性が低くなってしまう。従って、プリ成膜の時間は限られ、シャワープレート22は、基板支持台30が有する熱及びプリ成膜時のプラズマだけでは充分に加熱されない場合がある。   By the pre-film formation, the temperature of the shower plate 22 is heated to a predetermined temperature from the start of film formation by the heat of the substrate support 30 and the plasma at the time of pre-film formation. However, since the pre-film formation is a preliminary process before starting the film formation, the processing time is limited. For example, as the pre-film formation takes a longer time, silicon oxide having an excessive thickness accumulates on the inner wall of the vacuum vessel 10, the surface of the member in the vacuum vessel 10, the surface of the shower plate 22, and the like, which causes dust generation. Furthermore, if the pre-film formation is performed until the temperature of the shower plate 22 is saturated, the time required for the pre-film formation becomes long and productivity is lowered. Accordingly, the pre-deposition time is limited, and the shower plate 22 may not be heated sufficiently only by the heat of the substrate support 30 and the plasma during pre-deposition.

シャワープレート22の温度が充分に加熱されないまま成膜が開始されると、基板80が成膜処理されるごとに、基板支持台30が有する熱と成膜時の処理プラズマとによって真空容器10の内壁、真空容器10内の部材、シャワープレート22の表面温度が上昇していく。従って、シャワープレート温度以外の成膜条件を同じにしても、成膜処理を繰り返すごとに成膜速度が変化する。このような場合、基板80に形成される膜の厚みは、成膜処理ごとにばらついてしまう。   When the film formation is started without the temperature of the shower plate 22 being sufficiently heated, the heat of the substrate support 30 and the processing plasma at the time of film formation cause the vacuum vessel 10 to be formed each time the substrate 80 is subjected to the film formation process. The surface temperature of the inner wall, the members in the vacuum vessel 10 and the shower plate 22 increases. Therefore, even if the film forming conditions other than the shower plate temperature are the same, the film forming speed changes each time the film forming process is repeated. In such a case, the thickness of the film formed on the substrate 80 varies for each film forming process.

また、プラズマCVDでは、成膜処理後に、真空容器10内にフッ素系ガス(NF等)を分解させたフッ素イオン、フッ素ラジカル等を導入し、真空容器10内を洗浄する場合がある。In plasma CVD, after the film forming process, fluorine ions, fluorine radicals, or the like obtained by decomposing fluorine-based gas (NF 3 or the like) may be introduced into the vacuum vessel 10 to clean the inside of the vacuum vessel 10.

洗浄処理では、真空容器10内にプラズマを発生させないため、シャワープレート22が洗浄ガスに晒されることになる。これにより、シャワープレート22の温度が急激に冷却される。この後、プリ成膜によって再びシャワープレート22が加熱されても、洗浄ガスで急激に冷やされたシャワープレート22は充分に加熱されず、このまま、成膜処理が開始されることになる。結果として、基板80に形成される膜の厚みは、成膜処理ごとにばらついてしまう。   In the cleaning process, the plasma is not generated in the vacuum vessel 10, so that the shower plate 22 is exposed to the cleaning gas. Thereby, the temperature of the shower plate 22 is rapidly cooled. Thereafter, even if the shower plate 22 is heated again by the pre-film formation, the shower plate 22 rapidly cooled with the cleaning gas is not sufficiently heated, and the film formation process is started as it is. As a result, the thickness of the film formed on the substrate 80 varies for each film forming process.

これに対し、本実施形態では、プリ成膜時の加熱不足を補うために、成膜開始前に、不活性ガス、窒素ガス等を放電させた加熱用プラズマを利用する。さらに、本実施形態では、シャワープレート22の温度を非接触でモニタリングする。例えば、プリ成膜時、加熱用プラズマ発生時、成膜時、及び洗浄時に、シャワープレート22の温度が温度測定装置60でモニタリングされる。   On the other hand, in the present embodiment, in order to compensate for insufficient heating at the time of pre-film formation, heating plasma in which an inert gas, nitrogen gas, or the like is discharged is used before the film formation is started. Furthermore, in this embodiment, the temperature of the shower plate 22 is monitored without contact. For example, the temperature measuring device 60 monitors the temperature of the shower plate 22 during pre-film formation, when heating plasma is generated, during film formation, and during cleaning.

本実施形態に係るプラズマ処理方法の具体例を以下に説明する。   A specific example of the plasma processing method according to the present embodiment will be described below.

図2(a)及び図2(b)は、本実施形態に係るプロセス時間とシャワープレートの温度との関係を示す概略グラフ図である。図2(b)は、図2(a)のP1区間を拡大させたグラフ図である。   2A and 2B are schematic graphs showing the relationship between the process time and the temperature of the shower plate according to this embodiment. FIG. 2B is a graph obtained by enlarging the P1 section of FIG.

例えば、区間Aでは、プラズマ処理装置1が成膜開始前の状態にある。区間Aは、プラズマ処理装置1のアイドル状態である。例えば、基板支持台30上に基板80が支持されてない状態で、基板支持台30が加熱機構30hによって60℃以上500℃以下の範囲の温度(第1温度)に設定される。第1温度は、一例として、380℃である。シャワープレート22は、基板支持台30が有する熱によって加熱され、例えば、330℃に設定される。区間A後においても、基板支持台30の温度は、第1温度に維持される。   For example, in the section A, the plasma processing apparatus 1 is in a state before starting film formation. Section A is an idle state of the plasma processing apparatus 1. For example, in a state where the substrate 80 is not supported on the substrate support 30, the substrate support 30 is set to a temperature (first temperature) in the range of 60 ° C. to 500 ° C. by the heating mechanism 30 h. The first temperature is 380 ° C. as an example. The shower plate 22 is heated by the heat which the board | substrate support stand 30 has, and is set to 330 degreeC, for example. Even after section A, the temperature of the substrate support 30 is maintained at the first temperature.

次に、区間B1では、基板支持台30上に基板80が支持されてない状態で、基板支持台30とシャワープレート22との間に予備放電条件による予備放電プラズマを発生させる。ここで、予備放電プラズマは、プリ成膜時のプラズマと、加熱用プラズマとを含む。なお、区間A−区間Bでは、基板支持台30上に基板を支持させてもよい。この場合の基板とは、例えば、ダミー基板等である。   Next, in the section B <b> 1, preliminary discharge plasma is generated between the substrate support base 30 and the shower plate 22 under the preliminary discharge condition in a state where the substrate 80 is not supported on the substrate support base 30. Here, the preliminary discharge plasma includes plasma during pre-deposition and heating plasma. In section A-section B, the substrate may be supported on the substrate support 30. The substrate in this case is, for example, a dummy substrate.

例えば、区間B1では、予めプリ成膜を200秒間行う。プリ成膜の条件は、一例として、成膜時間及びシャワープレート22の温度以外は、成膜条件と同じとしている。プリ成膜では、真空容器10の内壁、シャワープレート22のガス噴射面22s、及び基板支持台30の表面等に酸化シリコン膜が付着する。例えば、基板載置面30sには、膜厚が300nm相当の酸化シリコン膜が付着する。プリ成膜によって、例えば、シャワープレート22の温度が5℃上昇し、シャワープレート22の温度は、335℃に設定される。   For example, in the section B1, pre-film formation is performed for 200 seconds in advance. As an example, the pre-film formation conditions are the same as the film formation conditions except for the film formation time and the temperature of the shower plate 22. In the pre-film formation, a silicon oxide film adheres to the inner wall of the vacuum vessel 10, the gas ejection surface 22 s of the shower plate 22, the surface of the substrate support 30, and the like. For example, a silicon oxide film having a thickness of 300 nm is attached to the substrate placement surface 30s. By the pre-film formation, for example, the temperature of the shower plate 22 increases by 5 ° C., and the temperature of the shower plate 22 is set to 335 ° C.

次に、窒素プラズマによる加熱プラズマを発生させ、加熱プラズマによってシャワープレート22を加熱する。窒素プラズマの条件の一例は、N流量:5slm、圧力:300Pa、基板支持台30とシャワープレート22との間の距離:20mm、放電電力:10KWである。Next, heating plasma by nitrogen plasma is generated, and the shower plate 22 is heated by the heating plasma. An example of the nitrogen plasma conditions is N 2 flow rate: 5 slm, pressure: 300 Pa, distance between the substrate support 30 and the shower plate 22: 20 mm, and discharge power: 10 kW.

これにより、区間B1では、シャワープレート22が基板支持台30が有する熱と、プリ成膜時のプラズマと、加熱用プラズマとによって加熱されて、シャワープレート22の温度が335℃よりもさらに高い温度に設定される。ここで、第1実施形態における第2温度(T2)とは、1枚の基板80に成膜処理をした場合に、シャワープレート22が基板支持台30が有する熱と、成膜時の処理プラズマによって加熱されて、シャワープレート22の温度が飽和する温度である。換言すれば、1枚の基板80が成膜処理される期間においてシャワープレート22の温度が最大となる温度である。図2(a)、(b)の例では、第2温度(T2)は、358℃としている。実施形態では、この温度を飽和温度と呼ぶ。   Thereby, in the section B1, the shower plate 22 is heated by the heat of the substrate support 30, the plasma during pre-deposition, and the heating plasma, and the temperature of the shower plate 22 is higher than 335 ° C. Set to Here, the second temperature (T2) in the first embodiment refers to the heat that the substrate support 30 has in the shower plate 22 and the processing plasma at the time of film formation when film formation is performed on one substrate 80. Is a temperature at which the temperature of the shower plate 22 is saturated. In other words, it is a temperature at which the temperature of the shower plate 22 is maximized during the period in which the single substrate 80 is subjected to film formation. In the example of FIGS. 2A and 2B, the second temperature (T2) is 358 ° C. In the embodiment, this temperature is called a saturation temperature.

さらに、区間B1では、温度測定装置60によってシャワープレート22の温度がモニタリングされる。シャワープレート22の温度が第2温度(T2)に達したら、加熱プラズマを自動的に消滅させる。つまり、区間B1での処理は、シャワープレート22の温度を第2温度(T2)に設定する処理であり、シャワープレート温度を基準に、予備放電条件が調整される。加熱プラズマを消滅させた後には、シャワープレート22の温度が自然冷却して第2温度(T2)よりも低い第3温度(T3)にまで降下する。   Furthermore, in the section B1, the temperature of the shower plate 22 is monitored by the temperature measuring device 60. When the temperature of the shower plate 22 reaches the second temperature (T2), the heated plasma is automatically extinguished. That is, the process in the section B1 is a process of setting the temperature of the shower plate 22 to the second temperature (T2), and the preliminary discharge condition is adjusted based on the shower plate temperature. After extinguishing the heated plasma, the temperature of the shower plate 22 naturally cools and falls to a third temperature (T3) lower than the second temperature (T2).

次に、区間Cでは、基板支持台30上の基板80を設置させて、シャワープレート22から基板支持台30に向けてプロセスガス(例えば、TEOS)が噴射される。さらに、基板支持台30とシャワープレート22との間に成膜時の処理プラズマを発生させて、基板支持台30上の基板80に成膜処理する。   Next, in the section C, the substrate 80 on the substrate support 30 is installed, and a process gas (for example, TEOS) is injected from the shower plate 22 toward the substrate support 30. Further, processing plasma during film formation is generated between the substrate support 30 and the shower plate 22 to perform film formation on the substrate 80 on the substrate support 30.

区間Cでは、複数枚の基板80に対して1枚ずつ成膜処理が行われる。本実施形態では、これを"成膜サイクル"とする。例えば、図2(a)、(b)の例では、1つの成膜サイクルとして計7枚の基板80に対して成膜処理がなされる。1つの成膜サイクルでは、7枚の基板80に対して、1枚ずつ同じ成膜条件で成膜処理がなされる。   In the section C, the film forming process is performed for each of the plurality of substrates 80 one by one. In the present embodiment, this is a “film formation cycle”. For example, in the example of FIGS. 2A and 2B, film formation processing is performed on a total of seven substrates 80 as one film formation cycle. In one film formation cycle, film formation is performed on the seven substrates 80 one by one under the same film formation conditions.

区間Cでは、1枚の基板80に成膜処理をするごとに、基板支持台30が有する熱と成膜時の処理プラズマとによってシャワープレート22の温度が第3温度(T3)から第2温度(T2)まで上昇する。ここで、成膜時におけるシャワープレート22の温度は、第2温度(T2)を超えない。これは、第2温度(T2)は、成膜時にシャワープレート22の温度が最大となる温度だからである。   In section C, each time a film formation process is performed on one substrate 80, the temperature of the shower plate 22 is changed from the third temperature (T3) to the second temperature by the heat of the substrate support 30 and the processing plasma during film formation. It rises to (T2). Here, the temperature of the shower plate 22 during film formation does not exceed the second temperature (T2). This is because the second temperature (T2) is the temperature at which the temperature of the shower plate 22 is maximized during film formation.

成膜サイクル内では、1枚の基板80に対する成膜処理が終了した後、処理プラズマを停止させ、成膜処理を終了させる。これにより、シャワープレート22の温度が第3温度(T3)まで降下する。続いて、次の基板80を基板載置面30sに支持させ、次の基板80に対しても、成膜処理を行う。これにより、シャワープレート22の温度は、第3温度(T3)から再び第2温度(T2)になる。この繰り返しを計7枚の基板80に対して行う。換言すれば、成膜サイクルでは、シャワープレート22の温度が第3温度(T3)と第2温度(T2)との間で昇降する温度変動が7回繰り返される。この後、処理プラズマを消滅させる。   In the film forming cycle, after the film forming process for one substrate 80 is completed, the processing plasma is stopped and the film forming process is ended. Thereby, the temperature of the shower plate 22 falls to the third temperature (T3). Subsequently, the next substrate 80 is supported on the substrate placement surface 30 s, and the film formation process is performed also on the next substrate 80. As a result, the temperature of the shower plate 22 changes from the third temperature (T3) to the second temperature (T2) again. This is repeated for a total of seven substrates 80. In other words, in the film forming cycle, the temperature fluctuation in which the temperature of the shower plate 22 rises and falls between the third temperature (T3) and the second temperature (T2) is repeated seven times. Thereafter, the processing plasma is extinguished.

次に、区間Dでは、真空容器10内にフッ素イオン、フッ素ラジカル等の洗浄ガスが導入される。これにより、真空容器10の内壁、シャワープレート22のガス噴射面22s、及び基板支持台30の表面等のクリーニングが行われる。例えば、真空容器10の内壁、シャワープレート22のガス噴射面22s、及び基板支持台30の表面等に堆積した酸化シリコン膜が除去される。この際、洗浄ガスに晒されたシャワープレート22は、急激に冷え、第3温度よりも低い温度になる。   Next, in the section D, cleaning gas such as fluorine ions and fluorine radicals is introduced into the vacuum vessel 10. Thereby, cleaning of the inner wall of the vacuum vessel 10, the gas ejection surface 22s of the shower plate 22, the surface of the substrate support 30 and the like is performed. For example, the silicon oxide film deposited on the inner wall of the vacuum vessel 10, the gas ejection surface 22 s of the shower plate 22, the surface of the substrate support 30, etc. is removed. At this time, the shower plate 22 exposed to the cleaning gas is rapidly cooled to a temperature lower than the third temperature.

次に、区間B2では、基板支持台30上に基板80が支持されてない状態で、基板支持台30が有する熱と予備放電プラズマによってシャワープレート22の温度が第2温度(T2)になるまで再びシャワープレート22が加熱される。この後、再び区間Cの成膜サイクルが行われる。   Next, in the section B2, the temperature of the shower plate 22 is changed to the second temperature (T2) by the heat of the substrate support 30 and the preliminary discharge plasma in a state where the substrate 80 is not supported on the substrate support 30. The shower plate 22 is heated again. Thereafter, the film forming cycle of the section C is performed again.

以上のプラズマ処理方法により、1つの成膜サイクルが複数回繰り返されても、各成膜サイクルにおける基板80ごとの成膜条件は、同じになり、各基板80に成膜するときの成膜速度及び各基板80に形成される膜の厚みは、ばらつきにくくなる。   Even if one film formation cycle is repeated a plurality of times by the above plasma processing method, the film formation conditions for each substrate 80 in each film formation cycle are the same, and the film formation speed when forming a film on each substrate 80 is the same. In addition, the thickness of the film formed on each substrate 80 is less likely to vary.

次に、比較例に係るプラズマ処理について説明する。   Next, plasma processing according to a comparative example will be described.

図3(a)及び図3(b)は、比較例に係るプロセス時間とシャワープレートの温度との関係を示す概略グラフ図である。図3(b)は、図3(a)のP1区間を拡大させたグラフ図である。   FIGS. 3A and 3B are schematic graphs showing the relationship between the process time and the temperature of the shower plate according to the comparative example. FIG.3 (b) is the graph which expanded the P1 area of Fig.3 (a).

比較例においても、区間Aでは、基板支持台30が第1温度(T1)に設定される。区間A後、基板支持台30の温度は、第1温度に維持される。   Also in the comparative example, in the section A, the substrate support base 30 is set to the first temperature (T1). After the section A, the temperature of the substrate support 30 is maintained at the first temperature.

次に、区間B1では、予備放電プラズマを発生させる。比較例の予備放電プラズマは、プリ成膜のみのプラズマ、または、プリ成膜時のプラズマ及び加熱用プラズマである。但し、比較例における加熱用プラズマの発生時間は、本実施形態よりも短い時間であるとする。従って、比較例では、シャワープレート22の温度が第2温度(T2)に達しない状態で、成膜が開始されることになる。   Next, in the section B1, preliminary discharge plasma is generated. The preliminary discharge plasma of the comparative example is a plasma only for pre-deposition, or plasma during pre-deposition and heating plasma. However, it is assumed that the generation time of the heating plasma in the comparative example is shorter than that in the present embodiment. Therefore, in the comparative example, film formation is started in a state where the temperature of the shower plate 22 does not reach the second temperature (T2).

これにより、比較例では、区間Cで、シャワープレート22が基板支持台30が有する熱と、成膜時の処理プラズマとによって加熱されても、シャワープレート22の温度が成膜サイクルで第2温度(T2)に到達しにくくなる。例えば、図3(a)、(b)の例では、成膜サイクルにおける成膜処理ごとにシャワープレート22の温度が段階的に上昇し、さらに成膜サイクルが繰り返されるごとに、シャワープレート22の温度が相対的に上昇していく。比較例では、シャワープレート22の温度が第2温度(T2)となるのは、4回目の成膜サイクル時の最後の基板80に成膜処理を施したときである。   Thereby, in the comparative example, even if the shower plate 22 is heated by the heat of the substrate support 30 and the processing plasma at the time of film formation in the section C, the temperature of the shower plate 22 is the second temperature in the film formation cycle. It becomes difficult to reach (T2). For example, in the example of FIGS. 3A and 3B, the temperature of the shower plate 22 increases stepwise for each film forming process in the film forming cycle, and each time the film forming cycle is repeated, The temperature rises relatively. In the comparative example, the temperature of the shower plate 22 becomes the second temperature (T2) when the film formation process is performed on the last substrate 80 in the fourth film formation cycle.

従って、比較例では、各成膜サイクルにおける基板80ごとの成膜条件が異なり、各基板80に成膜するときの成膜速度及び各基板80に形成される膜の厚みがばらついてしまう。   Therefore, in the comparative example, the film forming conditions for each substrate 80 in each film forming cycle are different, and the film forming speed and the thickness of the film formed on each substrate 80 vary.

図4(a)は、本実施形態に係るプロセス時間と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。図4(b)は、比較例に係るプロセス時間と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。   FIG. 4A is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film formation speed according to the present embodiment. FIG. 4B is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film formation rate according to the comparative example.

図4(a)に示すように、本実施形態では、各成膜サイクルにおいて、各基板80に成膜するときの成膜速度が安定している。一方、図4(b)に示す比較例では、各成膜サイクルにおいて、各基板80に成膜するときの成膜速度が徐々に上昇している。さらに、比較例では、成膜サイクルが繰り返されるごとに、各基板80に成膜するときの成膜速度が相対的に上昇している。   As shown in FIG. 4A, in this embodiment, the film formation speed when forming a film on each substrate 80 is stable in each film formation cycle. On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 4B, the film formation rate when forming a film on each substrate 80 gradually increases in each film formation cycle. Furthermore, in the comparative example, every time the film formation cycle is repeated, the film formation speed when forming a film on each substrate 80 is relatively increased.

このように、本実施形態では、各基板80に成膜処理するときの成膜速度のばらつきを抑制するために、成膜サイクルが開始される前に、予備放電プラズマにより、シャワープレート22の温度を第2温度(T2)まで上昇させている。   As described above, in this embodiment, in order to suppress variation in the film formation rate when the film formation process is performed on each substrate 80, the temperature of the shower plate 22 is increased by the preliminary discharge plasma before the film formation cycle is started. Is raised to the second temperature (T2).

これにより、成膜サイクル直後からシャワープレート22の温度が最大温度である第2温度(T2)になっているため、各成膜サイクルにおいてシャワープレート22の温度がばらつきにくくなる。これにより、各基板80に成膜するときの成膜速度及び各基板80に形成される膜の厚みは、ばらつきにくくなる。   Accordingly, since the temperature of the shower plate 22 is the second temperature (T2), which is the maximum temperature, immediately after the film formation cycle, the temperature of the shower plate 22 is unlikely to vary in each film formation cycle. As a result, the film formation speed when forming a film on each substrate 80 and the thickness of the film formed on each substrate 80 are less likely to vary.

さらに、本実施形態では、シャワープレート22にヒータ機構が設けられていない。これにより、シャワープレート22を洗浄する際には、シャワープレート22からヒータを取り外す作業を要しない。仮に、シャワープレート22内にヒータが設けられた場合、ヒータ付近とヒータ遠方とによってシャワープレート22内に温度斑ができる可能性があるが、このような虞も生じない。   Further, in the present embodiment, the shower plate 22 is not provided with a heater mechanism. Thereby, when the shower plate 22 is washed, the operation of removing the heater from the shower plate 22 is not required. If a heater is provided in the shower plate 22, there may be temperature spots in the shower plate 22 depending on the vicinity of the heater and the distance from the heater, but such a possibility does not occur.

また、本実施形態では、シャワープレート22の温度が非接触で測定される。例えば、シャワープレート22の温度は、シャワープレート22の背面側の真空容器10外に配置された温度測定装置60によって測定される。これにより、温度測定装置60は、シャワープレート22と接触しない構成となり、温度測定装置60の設置がシャワープレート22の温度斑の要因とならない。   In the present embodiment, the temperature of the shower plate 22 is measured without contact. For example, the temperature of the shower plate 22 is measured by a temperature measuring device 60 disposed outside the vacuum vessel 10 on the back side of the shower plate 22. Thereby, the temperature measuring device 60 is configured not to come into contact with the shower plate 22, and the installation of the temperature measuring device 60 does not cause a temperature spot on the shower plate 22.

また、温度測定装置60により、シャワープレート22の温度が直接測定されるので、シャワープレート22の温度と放電条件との関係を試行錯誤により調査する必要もなく、事前の実験、シミュレーション等を要しない。   Further, since the temperature of the shower plate 22 is directly measured by the temperature measuring device 60, it is not necessary to investigate the relationship between the temperature of the shower plate 22 and the discharge conditions by trial and error, and no prior experiment, simulation, or the like is required. .

なお、プリ成膜のみによって、シャワープレート22の温度が第2温度(T2)に達する場合は、加熱用プラズマを発生させる必要はなく、プリ成膜後に成膜サイクルを開始してもよい。   When the temperature of the shower plate 22 reaches the second temperature (T2) only by the pre-deposition, it is not necessary to generate the heating plasma, and the film formation cycle may be started after the pre-deposition.

(第2実施形態)   (Second Embodiment)

第2実施形態では、第2温度(T2)をシャワープレート22の飽和温度とせず、第1温度(T1)よりも高く、飽和温度以下の温度とする。第2実施形態では、シャワープレート22の温度が飽和温度よりも低い状態から成膜サイクルを開始する。この場合、成膜処理ごとに、シャワープレート22の温度がばらついて、成膜速度がばらつく場合がある。しかし、シャワープレート22の温度と成膜速度との関係を成膜処理前に把握することで、膜厚のばらつきを抑えることができる。   In the second embodiment, the second temperature (T2) is not the saturation temperature of the shower plate 22, but is higher than the first temperature (T1) and equal to or lower than the saturation temperature. In the second embodiment, the film forming cycle is started from a state where the temperature of the shower plate 22 is lower than the saturation temperature. In this case, the temperature of the shower plate 22 varies for each film forming process, and the film forming speed may vary. However, by grasping the relationship between the temperature of the shower plate 22 and the film formation speed before the film formation process, variations in film thickness can be suppressed.

図5は、シャワープレート温度と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。   FIG. 5 is a schematic graph showing the relationship between the shower plate temperature and the film formation rate.

図5に示すように、シャワープレート22の温度が上昇するほど、成膜速度が速くなる。この理由は、上述した通りである。ここで、シャワープレート温度以外の成膜条件は、同じである。この結果は、成膜処理ごとに、シャワープレート22の温度が異なっても、シャワープレート22の温度に応じて成膜時間を制御することにより、基板80に形成される膜の厚みを制御できることを意味する。   As shown in FIG. 5, the film formation rate increases as the temperature of the shower plate 22 increases. The reason is as described above. Here, the film formation conditions other than the shower plate temperature are the same. This result shows that the thickness of the film formed on the substrate 80 can be controlled by controlling the film formation time according to the temperature of the shower plate 22 even if the temperature of the shower plate 22 is different for each film formation process. means.

図6(a)は、本実施形態に係るプロセス時間と成膜速度との関係を示す概略グラフ図である。図6(b)は、本実施形態に係るプロセス時間と膜厚との関係を示す概略グラフ図である。   FIG. 6A is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film formation speed according to this embodiment. FIG. 6B is a schematic graph showing the relationship between the process time and the film thickness according to this embodiment.

図6(a)の例では、成膜サイクルにおいて、成膜処理ごとに成膜速度が上昇している。これは、シャワープレート22の温度が成膜処理ごとに上昇するからである。   In the example of FIG. 6A, the deposition rate increases for each deposition process in the deposition cycle. This is because the temperature of the shower plate 22 increases with each film forming process.

しかし、このような場合でも、各成膜サイクルにおいて、成膜処理ごとの成膜速度を検量線(図5)から割り出し、割り出した成膜速度から成膜時間を算出することにより、各基板80に同じ厚みの膜を形成することができる。   However, even in such a case, in each film forming cycle, the film forming speed for each film forming process is calculated from the calibration curve (FIG. 5), and the film forming time is calculated from the calculated film forming speed, whereby each substrate 80 is obtained. A film having the same thickness can be formed.

例えば、各成膜サイクルにおいて、成膜処理ごとにシャワープレート22の温度上昇し、成膜速度が上昇する場合は、各成膜サイクルにおいて成膜処理の回数が増すごとに、成膜時間をより短くする。これにより、各成膜サイクルにおける基板80ごとの膜厚が均一になる(図6(b))。   For example, in each film forming cycle, when the temperature of the shower plate 22 increases and the film forming speed increases for each film forming process, the film forming time increases as the number of film forming processes increases in each film forming cycle. shorten. Thereby, the film thickness for each substrate 80 in each film formation cycle becomes uniform (FIG. 6B).

さらに、各成膜サイクルでは、予期せぬ事由により、シャワープレート22の温度が変動する可能性がある。例えば、基板80ごとの処理時間が変わったり、基板が搬送室に搬送される間隔が長くなったり、加熱機構30hの出力が不安定になったりして、シャワープレート22の温度が変動する可能性がある。このような場合でも、検量線(図5)から成膜処理ごとの成膜速度を割り出し、割り出した成膜速度から成膜時間を算出することにより、各基板80に同じ厚みの膜を形成することができる。   Furthermore, in each film forming cycle, the temperature of the shower plate 22 may fluctuate due to an unexpected reason. For example, there is a possibility that the temperature of the shower plate 22 fluctuates due to a change in the processing time for each substrate 80, an increase in the interval at which the substrates are transferred to the transfer chamber, or an unstable output of the heating mechanism 30h. There is. Even in such a case, a film having the same thickness is formed on each substrate 80 by calculating the film forming speed for each film forming process from the calibration curve (FIG. 5) and calculating the film forming time from the calculated film forming speed. be able to.

また、成膜時間以外にも、シャワープレート22の温度に応じて、放電電力、反応ガス流量、シャワープレート22と基板支持台30との間の距離、成膜圧力等の成膜条件パラメータの少なくとも1つを変化させて、各基板80に同じ厚みの膜を形成することができる。   In addition to the film formation time, at least the film formation condition parameters such as the discharge power, the reaction gas flow rate, the distance between the shower plate 22 and the substrate support 30, the film formation pressure, etc., depending on the temperature of the shower plate 22. By changing one, a film having the same thickness can be formed on each substrate 80.

成膜条件パラメータの一例を以下に示す。なお、以下の成膜条件は、第1実施形態の成膜条件(区間C)の一例でもある。   An example of the film formation condition parameters is shown below. The following film formation conditions are also examples of the film formation conditions (section C) of the first embodiment.

膜:TEOS酸化シリコン膜
原料ガス(ガス流量):TEOS(0.1slm以上2slm以下)、O(2slm以上60slm以下)
放電電力:0.5kW以上17kW以下
シャワープレートと基板支持台との距離:15mm以上35mm以下
成膜時圧力:50Pa以上400Pa以下
Film: TEOS silicon oxide film Source gas (gas flow rate): TEOS (0.1 slm to 2 slm), O 2 ( 2 slm to 60 slm)
Discharge power: 0.5 kW to 17 kW Distance between shower plate and substrate support: 15 mm to 35 mm Deposition pressure: 50 Pa to 400 Pa

膜:酸化シリコン膜
原料ガス(ガス流量):SiH(0.1slm以上5slm以下)、NO(2slm以上60slm以下)、Ar(2slm以上60slm以下)
放電電力:0.5kW以上17kW以下
シャワープレートと基板支持台との距離:15mm以上35mm以下
成膜時圧力:50Pa以上400Pa以下
Film: Silicon oxide film Source gas (gas flow rate): SiH 4 (0.1 slm to 5 slm), N 2 O ( 2 slm to 60 slm), Ar (2 slm to 60 slm)
Discharge power: 0.5 kW to 17 kW Distance between shower plate and substrate support: 15 mm to 35 mm Deposition pressure: 50 Pa to 400 Pa

膜:非晶質シリコン膜
原料ガス(ガス流量):SiH(0.1slm以上3slm以下)、Ar(2slm以上60slm以下)
放電電力:0.1kW以上5kW以下
シャワープレートと基板支持台との距離:15mm以上35mm以下
成膜時圧力:50Pa以上400Pa以下
Film: Amorphous silicon film Source gas (gas flow rate): SiH 4 (0.1 slm to 3 slm), Ar (2 slm to 60 slm)
Discharge power: 0.1 kW to 5 kW Distance between shower plate and substrate support: 15 mm to 35 mm Deposition pressure: 50 Pa to 400 Pa

膜:窒化シリコン膜
原料ガス(ガス流量):SiH(0.1slm以上5slm以下)、NH(2slm以上60slm以下)、N(2slm以上60slm以下)、
放電電力:0.5kW以上17kW以下
シャワープレートと基板支持台との距離:15mm以上35mm以下
成膜時圧力:50Pa以上400Pa以下
Film: Silicon nitride film Source gas (gas flow rate): SiH 4 (0.1 slm to 5 slm), NH 3 ( 2 slm to 60 slm), N 2 ( 2 slm to 60 slm),
Discharge power: 0.5 kW to 17 kW Distance between shower plate and substrate support: 15 mm to 35 mm Deposition pressure: 50 Pa to 400 Pa

例えば、成膜処理時に、シャワープレート22の温度が飽和温度(例えば、358℃)よりも10℃低い温度(例えば、348℃)を基準に±10℃の範囲に収まっている場合、放電電力の調整で膜厚の制御が可能である。例えば、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的低い場合は、放電電力を大きくすることで成膜速度を速くすることができる。逆に、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的高い場合は、放電電力を小さくすることで成膜速度を遅くすることができる。これにより、各基板80に同じ厚みの膜を形成することができる。   For example, when the temperature of the shower plate 22 is within a range of ± 10 ° C. with respect to a temperature (eg, 348 ° C.) lower than the saturation temperature (eg, 358 ° C.) during the film forming process, The film thickness can be controlled by adjustment. For example, when the temperature of the shower plate 22 is relatively low in the above range, the film formation rate can be increased by increasing the discharge power. Conversely, when the temperature of the shower plate 22 is relatively high in the above range, the film formation rate can be reduced by reducing the discharge power. Thereby, a film having the same thickness can be formed on each substrate 80.

また、成膜処理時に、シャワープレート22の温度が飽和温度よりも10℃低い温度(例えば、348℃)を基準に±10℃の範囲に収まっている場合、ガス流量の調整で膜厚の制御が可能である。例えば、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的低い場合は、ガス流量を大きくすることで成膜速度を速くすることができる。逆に、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的高い場合は、ガス流量を小さくすることで成膜速度を遅くすることができる。これにより、各基板80に同じ厚みの膜を形成することができる。   Further, when the temperature of the shower plate 22 is within a range of ± 10 ° C. with respect to a temperature (for example, 348 ° C.) lower than the saturation temperature during the film forming process, the film thickness is controlled by adjusting the gas flow rate. Is possible. For example, when the temperature of the shower plate 22 is relatively low in the above range, the deposition rate can be increased by increasing the gas flow rate. Conversely, when the temperature of the shower plate 22 is relatively high in the above range, the film formation rate can be reduced by reducing the gas flow rate. Thereby, a film having the same thickness can be formed on each substrate 80.

さらに、膜厚の制御のほかに、膜質の制御も可能である。例えば、成膜処理時に、シャワープレート22の温度が飽和温度よりも10℃低い温度(例えば、348℃)を基準に±10℃の範囲に収まっている場合、放電電力の調整で膜質の調整が可能である。   Furthermore, in addition to controlling the film thickness, the film quality can also be controlled. For example, when the temperature of the shower plate 22 is within a range of ± 10 ° C. based on a temperature (for example, 348 ° C.) lower than the saturation temperature during the film formation process, the film quality can be adjusted by adjusting the discharge power. Is possible.

例えば、窒化シリコン膜を基板80上に形成する場合には、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的低い場合は、この状態で成膜を行うと、膜密度が低くなってしまう。この場合、放電電力を大きくすることで、膜密度を所定の範囲に戻すことができる。逆に、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的高い状態で成膜を行うと膜密度は高くなってしまう。その場合は放電電力を小さくすることで膜密度を所定の範囲に戻すことができる。   For example, in the case where a silicon nitride film is formed on the substrate 80, if the temperature of the shower plate 22 is relatively low in the above range, if the film is formed in this state, the film density becomes low. In this case, the film density can be returned to a predetermined range by increasing the discharge power. On the contrary, if the film is formed in a state where the temperature of the shower plate 22 is relatively high within the above range, the film density becomes high. In that case, the film density can be returned to a predetermined range by reducing the discharge power.

一方、酸化シリコン膜を基板80上に形成する場合には、シャワープレート22の温度が上記の範囲で比較的低い場合は、この状態で成膜を行うと、膜密度が高くなってしまう。この場合、放電電力を小さくすることで、膜密度を所定の範囲に戻すことができる。   On the other hand, in the case where the silicon oxide film is formed on the substrate 80, if the temperature of the shower plate 22 is relatively low in the above range, the film density is increased if the film is formed in this state. In this case, the film density can be returned to a predetermined range by reducing the discharge power.

これにより、各基板80に同じ膜質の膜を形成することができる。   Thereby, a film having the same film quality can be formed on each substrate 80.

また、シャワープレート22の温度が異常放電等により飽和温度よりもオーバーシュートした場合には、冷却ガスをシャワープレート22内に導入することにより、シャワープレート22の温度を下げることも可能である。例えば、シャワープレート22の温度が飽和温度より10℃以上高くなった場合は、冷却ガスをシャワープレート22内に導入し、シャワープレート22を飽和温度まで冷却させる。ここで、冷却ガスとは、N、Ar、H、He等の少なくとも1つのガスである。Further, when the temperature of the shower plate 22 overshoots the saturation temperature due to abnormal discharge or the like, the temperature of the shower plate 22 can be lowered by introducing cooling gas into the shower plate 22. For example, when the temperature of the shower plate 22 becomes 10 ° C. or more higher than the saturation temperature, a cooling gas is introduced into the shower plate 22 to cool the shower plate 22 to the saturation temperature. Here, the cooling gas is at least one gas such as N 2 , Ar, H 2 , and He.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, Of course, a various change can be added.

例えば、区間B1、B2では、加熱用プラズマを発生させた後に、プリ成膜をしてもよい。これにより、真空容器10の内壁、シャワープレート22のガス噴射面22s、及び基板支持台30の表面等に酸化シリコン膜が付着した後に、これらの表面等が加熱されるのではなく、これらの表面が加熱された後、酸化シリコン膜がこれらの表面等に付着する。これにより、これらの表面等からの酸化シリコン膜の剥離(発塵)が抑制される。   For example, in the sections B1 and B2, the pre-deposition may be performed after the heating plasma is generated. Thus, after the silicon oxide film adheres to the inner wall of the vacuum vessel 10, the gas injection surface 22 s of the shower plate 22, the surface of the substrate support 30, and the like, these surfaces are not heated, but these surfaces are not heated. After being heated, a silicon oxide film adheres to these surfaces and the like. Thereby, peeling (dust generation) of the silicon oxide film from these surfaces and the like is suppressed.

また、プラズマ処理装置1をドライエッチングに適用した場合、エッチングサイクルを開始する前に、シャワープレート22の温度をエッチング処理時にシャワープレート22の温度が最大となる温度に調整する。この後、エッチングサイクルを開始すれば、各エッチングサイクルにおいて、エッチング処理ごとに、同じエッチング速度が得られることは言うまでもない。   When the plasma processing apparatus 1 is applied to dry etching, the temperature of the shower plate 22 is adjusted to a temperature at which the temperature of the shower plate 22 is maximized during the etching process before the etching cycle is started. After this, if an etching cycle is started, it goes without saying that the same etching rate can be obtained for each etching process in each etching cycle.

1…プラズマ処理装置
10…真空容器
10h…ガス排気口
10p…プラズマ形成空間
11…支持部
12…蓋部
13…圧力計
15…空間
20…シャワーヘッド
21…ヘッド本体
21h…孔部
22…シャワープレート
22s…ガス噴出面
22r…背面
23…ガス噴出孔
25、26…透明窓材
27…絶縁部材
28…内部空間
30…基板支持台
30s…基板載置面
30h…加熱機構
31…容量
40…ガス供給源
41…流量計
42…ガス導入管
50、55…電力供給源
51…電源
52…整合回路部
53…配線
60…温度測定装置
61…第1放射温度計
61a…光ファイバ集光部
61b…本体部
62…第2放射温度計
62a…光ファイバ集光部
62b…本体部
65…固定冶具
70…制御装置
80…基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma processing apparatus 10 ... Vacuum container 10h ... Gas exhaust port 10p ... Plasma formation space 11 ... Support part 12 ... Cover part 13 ... Pressure gauge 15 ... Space 20 ... Shower head 21 ... Head main body 21h ... Hole 22 ... Shower plate 22s ... Gas ejection surface 22r ... Back surface 23 ... Gas ejection holes 25, 26 ... Transparent window material 27 ... Insulating member 28 ... Internal space 30 ... Substrate support 30s ... Substrate mounting surface 30h ... Heating mechanism 31 ... Capacity 40 ... Gas supply Source 41 ... Flow meter 42 ... Gas introduction pipe 50, 55 ... Power supply source 51 ... Power source 52 ... Matching circuit unit 53 ... Wiring 60 ... Temperature measuring device 61 ... First radiation thermometer 61a ... Optical fiber condensing unit 61b ... Main body Part 62 ... Second radiation thermometer 62a ... Optical fiber condensing part 62b ... Main body part 65 ... Fixing jig 70 ... Control device 80 ... Substrate

Claims (7)

真空容器内に配置された基板支持台を第1温度に加熱し、
前記基板支持台と前記基板支持台に対向する導電体のシャワープレートとの間に第1放電条件による第1プラズマを発生させて、前記基板支持台が有する熱及び前記第1プラズマによって前記シャワープレートを加熱し、
前記シャワープレートの温度を前記シャワープレートの背面側の前記真空容器外に配置された放射温度計によって、前記シャワープレートの前記背面から放射される放射光を直接的に受光することによって非接触でモニタリングし、
前記シャワープレートの温度が前記基板支持台の前記熱によって加熱される温度よりも高い第2温度に達した後、前記シャワープレートに設けられた複数のガス噴出孔から前記基板支持台に向けて成膜ガスの前記シャワープレートの内壁及び前記複数のガス噴出孔内への吸着を抑制しながら前記成膜ガスを噴射し、前記基板支持台と前記シャワープレートとの間に第2放電条件による第2プラズマを発生させて、前記第2プラズマにより、前記基板支持台に支持された基板を成膜処理する
プラズマ処理方法。
Heating the substrate support placed in the vacuum vessel to a first temperature;
A first plasma according to a first discharge condition is generated between the substrate support and a shower plate made of a conductor facing the substrate support, and the shower plate is heated by the heat and the first plasma of the substrate support. Heat the
Non-contact monitoring of the temperature of the shower plate by directly receiving the radiation emitted from the back surface of the shower plate by a radiation thermometer disposed outside the vacuum vessel on the back side of the shower plate And
After the temperature of the shower plate has reached the second temperature higher than the temperature heated by the substrate support table of the heat formed toward a plurality of gas ejection holes provided in the shower plate to the substrate support table The film-forming gas is injected while suppressing the adsorption of the film gas into the inner wall of the shower plate and the plurality of gas injection holes, and a second discharge condition is generated between the substrate support and the shower plate. A plasma processing method of generating a plasma and forming a film on the substrate supported by the substrate support by the second plasma.
請求項1に記載のプラズマ処理方法であって、
前記基板を処理する工程において、前記第2温度は、前記基板を処理する工程において前記シャワープレートの温度が最大となる温度である
プラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
In the step of processing the substrate, the second temperature is a temperature at which the temperature of the shower plate is maximized in the step of processing the substrate.
請求項1に記載のプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理の工程において、前記第2放電条件は、放電電力、反応ガス流量及び処理時間を含み、前記基板を複数枚ごとに処理し、前記第2温度が前記基板を処理するごとに変化するときは、前記第2温度の値に応じて、前記放電電力、前記反応ガス流量及び前記処理時間の少なくとも1つを変化させて前記基板を処理する
プラズマ処理方法。
The plasma processing method according to claim 1,
In the plasma processing step, the second discharge condition includes a discharge power, a reaction gas flow rate, and a processing time, and the substrate is processed for each of a plurality of substrates, and the second temperature changes each time the substrate is processed. In some cases, the substrate is processed by changing at least one of the discharge power, the reaction gas flow rate, and the processing time according to the value of the second temperature.
請求項1〜3のいずれか1つに記載のプラズマ処理方法であって、さらに、
前記プラズマ処理の工程において、前記基板を複数枚ごとに処理し、前記基板を複数枚ごとに処理した後に、前記真空容器に洗浄ガスを噴出させ、前記真空容器内を洗浄する
プラズマ処理方法。
The plasma processing method according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
In the plasma processing step, the substrate is processed for each of a plurality of substrates, the substrate is processed for each of a plurality of substrates, and then a cleaning gas is jetted into the vacuum vessel to clean the inside of the vacuum vessel.
請求項1〜4のいずれか1つに記載のプラズマ処理方法であって、
前記第1放電条件は、
前記真空容器の内壁及び前記シャワープレートに前記基板に形成する膜と同じ膜を形成しつつ前記シャワープレートを加熱する工程と、
不活性ガスまたは窒素ガスを放電させた加熱用プラズマにより前記シャワープレートを加熱する工程とを含む
プラズマ処理方法。
A plasma processing method according to any one of claims 1 to 4,
The first discharge condition is:
Heating the shower plate while forming the same film as the film formed on the substrate on the inner wall of the vacuum vessel and the shower plate;
And a step of heating the shower plate with a heating plasma in which an inert gas or a nitrogen gas is discharged .
請求項1〜5のいずれか1つに記載のプラズマ処理方法であって、
前記放射温度計として、
前記シャワープレートの中央部の背面側に配置された第1放射温度計と、前記シャワープレートの端部の背面側に配置された第2放射温度計とを用いる
プラズマ処理方法。
A plasma processing method according to any one of claims 1 to 5,
As the radiation thermometer,
The plasma processing method using the 1st radiation thermometer arrange | positioned at the back side of the center part of the said shower plate, and the 2nd radiation thermometer arrange | positioned at the back side of the edge part of the said shower plate .
減圧状態が維持される真空容器と、
前記真空容器内に配置され、基板載置面と加熱機構とを有し、前記加熱機構によって前記基板載置面を第1温度に設定することが可能であり、基板を支持することが可能な基板支持台と、
前記基板支持台に対向する導電体のシャワープレートと、
前記基板支持台と前記シャワープレートとの間にプラズマを発生させる電力供給源と、
前記シャワープレートの温度を前記シャワープレートの背面側の前記真空容器外に配置された放射温度計によって、前記シャワープレートの前記背面から放射される放射光を直接的に受光することによって非接触で測定する温度測定装置と、
前記温度測定装置によって前記シャワープレートの前記温度をモニタリングし、前記基板支持台と前記シャワープレートとの間に第1放電条件による第1プラズマを発生させ、前記基板支持台が有する熱及び前記第1プラズマによって、前記シャワープレートを加熱し、前記シャワープレートの温度が前記基板支持台の前記熱によって加熱される温度よりも高い第2温度に達した後、前記シャワープレートに設けられた複数のガス噴出孔から成膜ガスの前記シャワープレートの内壁及び前記複数のガス噴出孔内への吸着を抑制しながら前記成膜ガスを前記基板支持台に向けて噴射し、前記基板支持台と前記シャワープレートとの間に第2放電条件による第2プラズマを発生させて、前記第2プラズマにより前記基板を成膜処理することが可能な制御装置と
を具備するプラズマ処理装置。
A vacuum vessel in which a reduced pressure state is maintained;
It is arrange | positioned in the said vacuum vessel, has a substrate mounting surface and a heating mechanism, can set the said substrate mounting surface to 1st temperature with the said heating mechanism, and can support a board | substrate. A substrate support,
A conductor shower plate facing the substrate support;
A power supply source for generating plasma between the substrate support and the shower plate;
The temperature of the shower plate is measured in a non-contact manner by directly receiving the radiation emitted from the back surface of the shower plate by a radiation thermometer disposed outside the vacuum vessel on the back surface side of the shower plate. A temperature measuring device,
The temperature of the shower plate is monitored by the temperature measuring device to generate a first plasma according to a first discharge condition between the substrate support and the shower plate, and the heat of the substrate support and the first A plurality of gas jets provided on the shower plate after the shower plate is heated by plasma and the temperature of the shower plate reaches a second temperature higher than the temperature heated by the heat of the substrate support. The film-forming gas is sprayed toward the substrate support while suppressing the adsorption of the film-forming gas from the holes into the inner wall of the shower plate and the plurality of gas ejection holes, and the substrate support and the shower plate by generating second plasma by the second discharge condition between, it can be deposited processing the substrate by the second plasma Plasma processing apparatus and a control device.
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