KR101061630B1 - 가스 공급 장치, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

가스 공급 장치, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 간이한 배관구성을 채용하면서, 기판의 가장 바깥둘레의 특성보정을 유효하게 실행한다.
가스 공급 장치(60)는 샤워헤드(16)와, 처리 가스를 샤워헤드(16)를 향해 공급하는 처리 가스 공급부(66)와, 처리 가스 공급부(66)로부터의 처리 가스를 흘리는 처리 가스 공급 유로(64)와, 처리 가스 공급 유로(64)로부터 분기해서 샤워헤드(16)에 처리 가스를 공급하는 분기 유로(64a, 64b)와, 부가 가스를 샤워헤드(16)를 향해 공급하는 부가 가스 공급부(75)와, 부가 가스 공급부(75)로부터의 부가 가스를 샤워헤드(16)에 흘리는 부가 가스 공급 유로(76)를 구비하고, 샤워헤드(16)는 웨이퍼 W의 배치 영역에 가스를 공급하는 제 1, 제 2 가스 도입부(51, 52)와, 웨이퍼 W의 바깥가장자리보다도 외측에 가스를 공급하는 제 3 가스 도입부(53)를 갖고, 분기 유로(64a, 64b)는 제 1, 제 2 가스 도입부(51, 52)에 접속되고, 부가 가스 공급 유로(76)는 제 3 가스 도입부(53)에 접속되어 있다.

Description

가스 공급 장치, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{GAS SUPPLY DEVICE, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판에 대해 플라즈마 에칭 등의 기판 처리를 실행할 때에, 처리용기에 가스를 공급하는 가스 공급 장치와 이러한 가스 공급 장치를 포함하는 기판 처리 장치, 및 기판 처리 방법에 관한 것이다．
반도체 장치나 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는 기판의 표면에 소정의 막을 형성하는 성막 처리나, 기판 상에 형성된 막을 소정 패턴으로 가공하는 에칭 처리 등의 기판 처리가 실행된다.
이러한 기판 처리에 있어서는 높은 반응성을 얻는 관점으로부터 플라즈마가 이용되는 경우가 있고, 특히 에칭 처리에는 플라즈마 에칭 장치가 다용되고 있다. 플라즈마 에칭 장치는 기판을 수용하는 처리용기 내에, 기판을 탑재하는 하부 전극과, 하부 전극과 대향해서 마련되고, 하부 전극의 기판을 향해 가스를 분출하는 샤워헤드를 구성하는 상부 전극을 갖고 있다. 그리고 샤워 헤드로부터 소정의 혼합 가스를 분출하면서 양 전극 간에 고주파 전계를 형성하여 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마에 의해 기판상의 막을 에칭한다.
이러한 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 에칭 레이트나 에칭 선택비 등의 에칭 특성은 기판상에 공급되는 가스 농도에 영향을 받기 때문에, 에칭 특성을 기판면내에 있어서 균일하게 하는 관점으로부터, 기판면내에 있어서 가스 분포를 조정하는 방법이 각종 제안되고 있다.
예를 들면 특허문헌 1에는 비교적 간단한 배관 구성으로 처리 용기의 복수개소에 임의의 혼합 가스를 공급하여 가스 분포를 조정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 처리 가스를 제 1 및 제 2 유로로 분기시켜 샤워헤드의 제 1 및 제 2 부위로부터 토출하도록 하고, 이들 유로를 거쳐서 소정의 부가 가스를 흘릴 수 있도록 하고, 가스 성분이나 유량을 조정하여, 간단한 배관 구성 및 제어로 처리용기의 복수 개소에 임의의 혼합 가스를 공급하여 가스 분포를 조정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 처리 가스를 제 1 및 제 2 유로로 분기시켜 샤워헤드의 제 1 및 제 2 부위로부터 토출하도록 하고, 그것과는 별개로 소정의 부가 가스를 토출 가능하게 하여, 더욱 높은 자유도로 가스 성분이나 유량을 조정하고, 간단한 배관 구성 및 제어로 처리 용기의 복수 개소에 임의의 혼합 가스를 공급하여 가스 분포를 조정하는 기술이 개시되어 있다.
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2006-165399호
(특허문헌 2) 일본국 특허공개공보 제2007-207808호
(특허문헌 3) 일본국 특허공개공보 제2007-214295호
그러나 기판의 면내 균일성의 스펙이 더욱 엄격해지고 있고, 특히, 기판의 에지의 가장 바깥둘레의 특성 보정을 실행하는 것이 곤란하고, 단지 상기 기술을 채용한 것만으로는 면내 균일성이 충분하다고 할 수 없는 경우가 생긴다. 또한, 프로세스에 의해서는 부가 가스를 이용할 필요가 없는 경우도 있지만, 상기 특허문헌 3과 같이 부가 가스의 라인을 별도로 마련했을 때에는 부가 가스를 이용하지 않는 경우에, 부가 가스 토출용의 토출 구멍에 퇴적이 생기거나 토출 구멍 부근에서 이상 방전이 생긴다고 하는 문제가 생길 우려가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로써, 간이<簡易>한 배관 구성을 채용하면서, 기판의 가장 바깥둘레의 특성 보정을 유효하게 실행할 수 있는 가스 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 가장 바깥둘레의 특성을 유효하게 보정하여 기판의 면내에서 균일한 처리를 실행하는 것이 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 처리 가스 이외에 부가 가스를 공급할 수 있고, 부가 가스를 공급하지 않는 경우에 데포나 이상 방전이 잘 발생하지 않는 가스 공급 장치와 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는 피처리 기판이 배치된 처리실내에 가스를 공급하는 가스 공급 장치로서, 상기 처리실내에 있어서, 그 중에 배치된 피처리 기판에 대향해서 마련되고, 상기 처리실내에 가스를 도입하는 복수의 가스 도입부를 갖는 가스 도입 부재와, 피처리 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 가스 도입 부재를 향해 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 가스 공급부로부터의 처리 가스를 흘리는 처리 가스 공급 유로와, 상기 처리 가스 공급 유로로부터 분기하고, 상기 가스 도입 부재에 접속되며, 소정의 분류 비율로 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 분기 유로와, 상기 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 상기 가스 도입 부재를 향해 공급하는 부가 가스 공급부와, 상기 부가 가스 공급부로부터의 부가 가스를 흘리고, 상기 가스 도입 부재에 접속된 부가 가스 공급 유로를 구비하고, 상기 복수의 가스 도입부는 상기 피처리 기판의 배치 영역에 가스를 공급하는 복수의 내측 가스 도입부와, 상기 피처리 기판의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 가스를 도입하는 외측 가스 도입부를 갖고, 상기 복수의 분기 유로는 상기 복수의 내측 가스 도입부에 접속되고, 상기 부가 가스 공급 유로는 상기 외측 가스 도입부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치를 제공한다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 가스 도입 부재는 복수의 가스 도입부가 동심 형상으로 마련되고, 가장 외측이 상기 외측 가스 도입부이며, 그 내측에 복수의 내측 가스 도입부가 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또한, 상기 가스 도입 부 재는 내부에 가스 확산 공간을 갖고, 하부벽에 복수의 가스 토출 구멍을 갖는 샤워헤드를 구성하고, 상기 가스 확산 공간이 상기 복수의 가스 도입부에 대응하여 복수의 가스 확산실로 구획되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고 상기 가스 도입 부재의 상기 복수의 가스 도입부는 상기 내측 가스 도입부로서, 상기 피처리 기판의 중심 영역에 상기 처리 가스를 도입하는 제 1 가스 도입부와, 상기 피처리 기판의 주변 영역에 상기 처리 가스를 도입하는 제 2 가스 도입부를 갖고, 상기 제 2 가스 도입부의 외측에 상기 외측 가스 도입부로서 제 3 가스 도입부를 갖고, 상기 복수의 분기 유로는 제 1 분기 유로와 제 2 분기 유로를 갖고, 이들은 각각 상기 제 1 가스 도입부 및 상기 제 2 가스 도입부에 접속되어 있는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 외측 가스 도입부에 상기 부가 가스와 상기 처리 가스를 선택적으로 공급 가능한 전환 기구를 가져도 좋고, 그 경우에, 상기 전환 기구는 상기 부가 가스 공급 유로와 상기 처리 가스 공급 유로 또는 어느 하나의 상기 분기 유로를 연결하는 바이패스 배관과, 상기 부가 가스 공급 유로측 및 상기 바이패스 배관 측의 접속을 선택적으로 전환하는 바이패스 밸브를 갖는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에서는 피처리 기판이 배치된 처리실내에 가스를 공급하는 가스 공급 장치로서, 피처리 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리실에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입부와, 상기 처리 가스 공급부로부터의 처리 가스를 상기 처리 가스 도입부에 공급하는 처리 가스 공급로와, 상기 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부 가 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 부가 가스 공급부와, 상기 처리실에 부가 가스를 도입하는 부가 가스 도입부와, 상기 부가 가스 공급부로부터의 부가 가스를 상기 부가 가스 도입 부위에 공급하는 부가 가스 공급로와, 상기 부가 가스를 처리용기 내에 도입하지 않는 경우에, 상기 부가 가스 도입 부위에 처리 가스가 흐르도록 전환하는 전환기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 장치를 제공한다.
상기 제 2 관점에 있어서, 상기 전환기구는 상기 부가 가스 공급 유로와 상기 처리 가스 공급 유로를 연결하는 바이패스 배관과, 상기 부가 가스 공급 유로 측 및 상기 바이패스 배관 측의 접속을 선택적으로 전환하는 바이패스 밸브를 갖는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 관점에 있어서, 상기 처리 가스 공급로는 상기 처리 가스 도입부로부터 연장하는 주 유로와, 주 유로로부터 분기한 복수의 분기 유로를 갖고, 상기 처리 가스 도입부는 상기 분기 유로에 대응해서 복수 마련되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 처리실내에 있어서, 그 중에 배치된 피처리 기판에 대향해서 마련되고, 상기 처리실내에 가스를 도입하는 가스 도입 부재를 더 구비하고, 상기 가스 도입 부재는 상기 복수의 처리 가스 도입부 및 상기 부가 가스 도입부를 갖고 있는 구성으로 할 수 있다. 상기 가스 도입 부재는 내부에 가스 확산 공간을 갖고, 하부벽에 복수의 가스 토출 구멍을 갖는 샤워헤드를 구성하고, 상기 가스 확산 공간이 상기 복수의 처리 가스 도입부 및 상기 부가 가스 도입부에 대응해서 복수의 가스 확산실로 구획되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고 상기 가스 도입 부재의 상기 복수의 처리 가스 도입부는 상기 피처리 기판의 중심 영역 에 상기 처리 가스를 도입하는 제 1 가스 도입부와, 상기 피처리 기판의 주변 영역에 상기 처리 가스를 도입하는 제 2 가스 도입부를 갖고, 상기 부가 가스 도입부는 상기 제 2 가스 도입부의 외측에 마련되고, 상기 피처리 기판의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 부가 가스를 공급하는 구성으로 할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 관점에 있어서, 상기 부가 가스는 상기 처리 가스와는 다른 가스로 할 수 있다. 또한, 상기 처리 가스는 복수의 가스를 포함하고, 상기 부가 가스는 이들 복수의 가스와 다른 가스로 할 수 있으며, 또한 상기 처리 가스를 구성하는 가스의 일부로 할 수도 있다.
본 발명의 제 3 관점에서는 그 중에 피처리 기판이 배치되는 처리실과, 상기 처리실내에 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하고, 상기 가스 공급 장치로부터 피처리 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여 피처리 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서, 상기 가스 공급 장치는, 상기 처리실내에 있어서, 그 중에 배치된 피처리 기판에 대향해서 마련되고, 상기 처리실내에 가스를 도입하는 복수의 가스 도입부를 갖는 가스 도입 부재와, 피처리 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 가스 도입 부재를 향해 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리 가스 공급부로부터의 처리 가스를 흘리는 처리 가스 공급 유로와, 상기 처리 가스 공급 유로로부터 분기하고, 상기 가스 도입 부재의 상기 복수의 가스 도입부에 접속되고, 소정의 분류 비율로 상기 처리 가스를 공급하는 복수의 분기 유로와, 상기 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 상기 가스 도입 부재를 향해 공급하는 부가 가스 공급부와, 상기 부가 가스 공급부로부 터의 부가 가스를 흘리고, 상기 가스 도입 부재에 접속된 부가 가스 공급 유로를 구비하고, 상기 가스 도입 부재는 상기 처리실에 배치된 피처리 기판의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 가스를 도입하는 외측 가스 도입부를 갖고, 상기 부가 가스 공급 유로는 상기 외측 가스 도입부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 관점에서는 그 중에 피처리 기판이 배치되는 처리실과, 상기 처리실내에 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하고, 상기 가스 공급 장치로부터 피처리 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여 피처리 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서, 상기 가스 공급 기구는, 피처리 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 처리 가스 공급부와, 상기 처리실에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입부와, 상기 처리 가스 공급부로부터의 처리 가스를 상기 처리 가스 도입부에 공급하는 처리 가스 공급로와, 상기 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 부가 가스 공급부와, 상기 처리실에 부가 가스를 도입하는 부가 가스 도입부와, 상기 부가 가스 공급부로부터의 부가 가스를 상기 부가 가스 도입 부위에 공급하는 부가 가스 공급로와, 상기 부가 가스를 처리용기내에 도입하지 않는 경우에, 상기 부가 가스 도입 부위에 처리 가스가 흐르도록 전환하는 전환기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 제 3, 제 4 관점에 있어서, 상기 기판 처리 장치는 상기 처리 가스와 상기 부가 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구를 더 구비하고, 생성한 플라즈마에 의해 피처리 기판을 처리하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제 5 관점에서는 피처리 기판이 배치된 처리용기내에 처리 가스를 도입하여 피처리 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 방법으로서, 상기 피처리 기판의 배치 영역에 소정의 분류 비율로 처리 가스를 복수 부위로부터 공급하고, 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 상기 복수 부위보다도 외측의 외측부위로부터 상기 피처리 기판의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 공급하여, 피처리 기판에 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법을 제공한다.
상기 제 5 관점에 있어서, 상기 복수 부위는 동심 형상으로 마련되고, 상기 외측 부위는 상기 복수 부위의 외측에 동심 형상으로 마련되어 있는 구성을 취할 수 있다. 이 경우에, 상기 복수 부위는 상기 피처리 기판의 중심 영역에 대응하는 제 1 부위와, 상기 피처리 기판의 주변 영역에 대응하는 제 2 부위를 갖는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 5 관점에 있어서, 상기 기판 처리는 피처리 기판의 소정의 막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 에칭 처리로 할 수 있다. 이 경우에, 상기 부가 가스는 상기 처리실내의 피처리 기판의 둘레 가장자리 부분에 있어서 반응 생성물이 저하하는 경우에, 반응 생성물을 생성하는 성분을 포함하는 가스이어도 좋고, 또한, 상기 부가 가스는 상기 처리실내의 피처리 기판의 둘레 가장자리 부분에 있어서 피에칭막의 막중 성분이 저하하는 경우에, 막중 성분을 생성하는 가스이어도 좋다.
본 발명의 제 6 관점에서는 피처리 기판이 배치된 처리실내에 처리 가스를 도입하여 피처리 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 방법으로서, 상기 처리 가스를 처리 가스 도입부로부터 상기 처리실의 피처리 기판의 배치 영역에 도입하고, 또한 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 부가 가스 도입부로부터 상기 처리실내에 도입하여 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정과, 상기 처리 가스를 처리 가스 도입부로부터 상기 처리실의 피처리 기판의 배치 영역에 도입하고, 상기 부가 가스를 도입하지 않고 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정을 포함하고, 상기 부가 가스를 도입하지 않고 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정은 상기 부가 가스 도입부로부터 처리 가스를 공급하면서 실행하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 처리실내에 마련한 가스 도입 부재를, 복수의 내측 가스 도입부와, 외측 가스 도입부를 갖는 구성으로 하고, 복수의 내측 가스 도입부로부터 피처리 기판의 배치 영역에 분류량을 조정하여 처리 가스를 공급하고, 외측 가스 도입부로부터 피처리 기판의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 흘리도록 했으므로, 피처리 기판의 가장 바깥둘레 부분에 있어서의 처리 특성을 유효하게 보정하여 최적화할 수 있고, 처리 특성을 더욱 균일하게 할 수 있다. 즉, 피처리 기판의 둘레 가장자리 영역에 부가 가스를 공급해도, 피처리 기판의 가장 바깥둘레 부분의 처리 특성을 보정하는 것이 곤란하지만, 부가 가스를 피처리 기판의 바깥가장자리로부터 외측의 부분에 공급하면, 부가 가스가 피처리 기판의 가장 바깥둘레 부분에 유효하게 작용하여 그 부분의 처리 특성을 보정할 수 있다.
또한, 처리실에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입부와, 부가 가스를 도입하는 부가 가스 도입부를 마련하고, 피처리 기판에 처리 가스 및 부가 가스를 공급 가능한 구성에 있어서, 부가 가스를 처리용기 내에 도입하지 않는 경우에, 부가 가스 도입부에 처리 가스가 흐르도록 전환하는 전환 기구를 마련했으므로, 부가 가스를 도입하지 않는 경우에 부가 가스 도입부로부터 처리 가스를 흘릴 수 있고, 처리 중에 부가 가스 도입부의 가스 토출 구멍에 아무것도 통류하지 않는 것을 저지할 수 있고, 부가 가스 도입부의 가스 토출 구멍에 데포가 생기거나, 처리가 플라즈마 처리인 경우에, 가스 토출 구멍에서 이상 방전이 생기는 문제를 방지할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 1실시 형태에 관한 가스 공급 장치가 적용된 기판 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이며, 도 2는 도 1의 장치에 있어서의 샤워헤드의 저면도이다.
이 플라즈마 에칭 장치는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 기밀하게 구성되며, 대략 원통형상을 이루고, 벽부가 예를 들면 표면 이 산화 처리된 알루미늄제의 챔버(1)를 갖고 있다. 이 챔버(1)는 접지되어 있다.
이 챔버(1)내에는 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 단지 웨이퍼라 함) W를 수평으로 지지하는 동시에 하부 전극으로서 기능하는 지지 테이블(2)이 마련되어 있다. 지지 테이블(2)은 예를 들면 표면이 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있고, 챔버(1)의 저벽으로 부터 돌출된 지지부(3)상에 절연 부재(4)를 거쳐서 지지되어 있다. 또한, 지지 테이블(2)의 위쪽의 바깥 가장자리에는 도전성 재료 또는 절연성 재료로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 포커스 링(5)의 외측에는 배플판(14)이 마련되어 있다. 또한, 지지 테이블(2)과 챔버(1)의 저벽의 사이에는 공동부(空洞部)(7)가 형성되어 있다.
지지 테이블(2)의 표면상에는 웨이퍼 W를 정전 흡착하기 위한 정전 척(6)이 마련되어 있다. 이 정전 척(6)은 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)이 개재되어 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(13)이 접속되어 있다. 그리고 전극(6a)에 전원(13)으로부터 전압이 인가되는 것에 의해, 예를 들면 쿨롱력에 의해서 반도체 웨이퍼 W가 흡착된다.
지지 테이블(2)내에는 냉매유로(8a)가 마련되고, 이 냉매유로(8a)에는 냉매배관(8b)이 접속되어 있으며, 냉매 제어 장치(8)에 의해, 적절한 냉매가 이 냉매배관(8b)을 거쳐서 냉매유로(8a)에 공급되고, 순환되도록 되어 있다. 이것에 의해, 지지 테이블(2)이 적절한 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 정전 척(6)의 표면과 웨이퍼 W의 이면의 사이에 열 전달용의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를 공급하기 위한 전열 가스 배관(9a)이 마련되고, 전열 가스 공급 장치(9)로부터 이 전열 가스 배관(9a)을 거쳐서 웨이퍼 W 이면에 전열 가스가 공급되도록 되어 있다. 이것에 의해, 챔버(1)내가 배기되어 진공으로 유지되어 있어도, 냉매유로(8a)에 순환되는 냉매의 냉열을 웨이퍼 W에 효율 좋게 전달시킬 수 있고, 웨이퍼 W의 온도 제어성을 높일 수 있다.
지지 테이블(2)의 대략 중앙에는 고주파 전력을 공급하기 위한 급전선(12)이 접속되어 있고, 이 급전선(12)에는 정합기(11) 및 고주파 전원(10)이 접속되어 있다. 고주파 전원(10)으로부터는 소정의 주파수, 예를 들면 10㎒ 이상의 고주파 전력이 지지 테이블(2)에 공급되도록 되어 있다. 한편, 하부 전극으로서 기능하는 지지 테이블(2)에 대향하여 그 위쪽에는 후술하는 샤워헤드(16)가 서로 평행하게 마련되어 있고, 이 샤워헤드(16)는 챔버를 거쳐서 접지되어 있다. 따라서,샤워 헤드(16)는 상부 전극으로서 기능하여, 지지 테이블(2)과 함께 한쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다.
상기 샤워헤드(16)는 챔버(1)의 천정벽 부분에 끼워 넣어져 있다. 이 샤워 헤드(16)는 챔버(1)내의 웨이퍼 중심 영역(센터 영역)에 가스를 도입하는 제 1 가스 도입부(51)와, 챔버(1)내의 웨이퍼 주변 영역(에지 영역)에 가스를 도입하는 제 2 가스 도입부(52)와, 웨이퍼 주변영역 보다도 외측 영역에 가스를 도입하는 제 3 가스 도입부(53)를 갖고 있으며, 이들이 동심 형상으로 배치되어 있다.
샤워헤드(16)는 샤워헤드 본체(16a)와, 그 하면에 교환 가능하게 마련된 전극판(18)을 갖고 있다. 샤워헤드 본체(16a)의 저벽 및 전극판(18)을 관통하도록 다수의 가스 토출 구멍(17)이 마련되어 있고, 샤워헤드 본체(16a)의 내부에는 가스 확산 공간(40)이 마련되어 있다. 이 가스 확산 공간(40)은 예를 들면 O링으로 이루어지는 제 1 환상 격벽 부재(42) 및 제 2 환상 격벽 부재(43)에 의해 중심측의 제 1 가스 확산실(40a)과 그 외측의 제 2 가스 확산실(40b)과 또한 그 외측(가장 바깥둘레)의 제 3 가스 확산실(40c)로 구획되어 있고, 이들 제 1 가스 확산실(40a), 제 2 가스 확산실(40b), 제 3 가스 확산실(40c)로부터 상기 다수의 가스 토출 구멍(17)이 아래쪽으로 연장되어 있다. 그리고, 제 1 가스 확산실(40a)과 그 하면에 마련되어 있는 다수의 가스 토출 구멍(17)으로 제 1 가스 도입부(51)가 구성되고, 제 2 가스 확산실(40b)과 그 하면에 마련되어 있는 다수의 가스 토출 구멍(17)으로 제 2 가스 도입부(52)가 구성되며, 제 3 가스 확산실(40c)과 그 하면에 마련되어 있는 다수의 가스 토출 구멍(17)으로 제 3 가스 도입부(53)가 구성된다.
제 1 및 제 2 가스 확산실(40a, 40b)에는 에칭을 위한 처리 가스가 공급되고 웨이퍼 W를 향해 에칭 가스를 토출 가능하게 되어 있다. 제 3 가스 확산실(40c)에는 부가 가스가 공급된다. 제 3 가스 확산실(40c)에 대응하는 가스 토출 구멍(17)은 지지테이블 (2)에 탑재되어 있는 웨이퍼 W의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 대응하고, 웨이퍼 W의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 부가 가스를 토출 가능하게 되어 있다.
제 1 가스 확산실(40a) 및 제 2 가스 확산실(40b)에는 공통의 처리 가스 공급부(66)로부터 처리 가스가 원하는 유량비로 공급되도록 되어 있다. 즉, 처리 가스 공급부(66)로부터의 가스 공급관(64)이 도중에 2개의 분기관(64a, 64b)으로 분기하고, 샤워헤드 본체(16a)에 형성된 가스 도입구(62a, 62b)에 접속되고, 가스 도 입구(62a, 62b)로부터의 처리 가스가 가스 확산실(40a, 40b)에 이른다. 분기관(64a, 64b)의 분류량은 이들 도중에 마련된 분류량 조정 기구(71)에 의해 조정된다. 또한, 제 3 가스 확산실(40c)에는 부가 가스 공급부(75)로부터, 처리 가스에 의한 에칭 특성을 조정하기 위한 부가 가스가 공급되도록 되어 있다. 부가 가스는 에칭시에 예를 들면 에칭 처리를 균일하게 하기 위해 소정의 작용을 미치게 하는 것이다. 부가 가스 공급부(75)로부터의 가스 공급관(76)은 샤워헤드 본체(16a)에 형성된 가스 도입구(62c)에 접속되고, 부가 가스는 가스 도입구(62c)를 거쳐서 제 3 가스 확산실(40c)에 이른다. 그리고, 샤워헤드(16), 처리 가스 공급부(66), 부가 가스 공급부(75), 분류량 조정 기구(71) 및 배관계에 의해 가스 공급 장치(60)가 구성되어 있다.
도 3은 가스 공급 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 처리 가스 공급부(66)는 처리 가스의 수에 따른 복수, 예를 들면 3개의 처리 가스 공급원(67a, 67b, 67c)을 갖고 있으며, 이들로부터, 각각 가스 배관(68a, 68b, 68c)이 연장되어 있고, 이들 가스 배관(68a, 68b, 68c)에는 유량 제어기로서의 매스플로 컨트롤러(MFC)(69) 및 개폐 밸브(70)가 마련되어 있어, 복수종의 처리 가스를 각각 원하는 유량으로 공급 가능하게 되어 있다. 이들 가스 배관(68a, 68b, 68c)은 상기 가스 공급 배관(64)에 합류하고 있고, 가스 공급 배관(64)에서는 복수의 가스가 혼합된 혼합 가스가 통류된다. 또, 처리 가스 공급원은 처리 가스의 수에 따라 마련되는 것이며, 2개 이하 또는 4개 이상이어도 좋은 것은 물론이다.
분류량 조정 기구(71)는 분기관(64a, 64b)에 각각 마련된 유량 제어 밸 브(71a, 71b) 및 압력 센서(72a, 72b)를 갖고 있다. 처리 가스 공급부(66)로부터 제 1 가스 확산실(40a) 및 제 2 가스 확산실(40b)까지의 유로의 콘덕턴스는 동일하므로, 유량 제어 밸브(71a, 71b)에 의해 제 1 가스 확산실(40a)과 제 2 가스 확산실(40b)에 공급하는 처리 가스의 유량비를 임의로 조정할 수 있다. 실제의 유량 조정은 분기관(64a, 64b)에 마련된 압력 센서(72a, 72b)의 검출값에 의거하여 유량 제어 밸브(71a, 71b)의 개방도를 조정하는 것에 의해 실행된다.
부가 가스 공급부(75)는 가스 공급 배관(76)에 접속된 부가 가스 공급원(77)과, 가스 공급관(76)에 마련된 유량 제어기로서의 매스플로 컨트롤러(MFC)(78) 및 개폐 밸브(79)를 갖고 있다.
이와 같이, 제 1 가스 확산실(40a)과 제 2 가스 확산실(40b)에 도입하는 처리 가스의 유량비를 조정함으로써, 중심측의 제 1 가스 도입부(51)로부터 챔버(1)내에 도입되는 처리 가스의 유량 FC와 주변측의 제 2 가스 도입부(52)로부터 챔버(1)내에 도입되는 가스의 유량 FE의 비율(FC/FE)을 임의로 조정할 수 있고, 이것에 의해 래디컬 분포 제어(래디컬 디스트리뷰션 컨트롤; RDC)를 실행할 수 있다. 또한, 이들 처리 가스와는 독립적으로 소정의 부가 가스를 처리 가스에 대해 소정의 비율로 제 3 가스 도입부(53)의 제 3 가스 확산실(40c)로부터 챔버(1)내의 웨이퍼 W의 바깥가장자리보다도 외측 부분에 도입할 수 있다.
부가 가스를 공급하는 가스 공급 배관(76)과 분기관(64b)의 사이는 바이패스 배관(80)으로 접속되어 있으며, 가스 공급 배관(76)과 바이패스 배관(80)의 합류점 에는 전환 밸브(81)가 마련되어 있다. 전환 밸브(81)는 예를 들면 삼방밸브로 이루어지고, 부가 가스를 공급하는 경우에는 바이패스 배관(80)과의 접속을 차단하여 부가 가스가 제 3 가스 확산실(40c)에 공급되도록 하고, 부가 가스를 공급하지 않는 경우에는 부가 가스 공급부(75)측과의 접속을 차단하여 바이패스 배관(80)을 거쳐서 처리 가스가 제 3 가스 확산실(40c)에 공급되도록 한다. 즉, 처리 중에 부가 가스를 필요로 하지 않는 경우에, 제 3 가스 확산실(40c)에 대응하는 가스 토출 구멍(17)에 아무것도 흐르지 않는 것을 방지하는 것이 가능하게 되어 있다.
챔버(1)의 저벽에는 배기관(19)이 접속되어 있고, 이 배기관(19)에는 진공 펌프 등을 포함하는 배기 장치(20)가 접속되어 있다. 그리고 배기 장치(20)의 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해 챔버(1)내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 한편, 챔버(1)의 측벽 상측에는 웨이퍼 W의 반입 출구(23)를 개폐하는 게이트 밸브(24)가 마련되어 있다.
한편, 챔버(1)의 반입출구(23)의 상하에 챔버(1)를 주회<周回; 주위를 돎>하도록, 동심 형상으로 2개의 링 자석(21a, 21b)이 배치되어 있고, 지지 테이블(2)과 샤워헤드(16)의 사이의 처리공간의 주위에 자계를 형성하도록 되어 있다. 이 링 자석(21a, 21b)은 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 가능하게 마련되어 있다.
플라즈마 에칭 장치의 각 구성부, 예를 들면, 처리 가스 공급부(66), 분류량 조정 기구(71), 부가 가스 공급부(75), 고주파 전원(10), 정합기(11), 직류 전원(13), 냉매 제어 장치(8), 전열 가스 공급 장치(9), 배기 장치(20) 등은 마이크로 프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 제어부(프로세스 컨트롤러)(90)에 접속되어 제 어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(90)에는 오퍼레이터가 플라즈마 에칭 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(91)가 접속되어 있다.
또한, 제어부(90)에는 플라즈마 에칭 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(90)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 에칭 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 레시피가 저장된 기억부(92)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(92) 중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는 하드 디스크와 같은 고정적인 것이어도 좋고, CDROM, DVD 등의 휴대가능한 것이어도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 레시피를 적절히 전송시키도록 해도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스(91)로부터의 지시 등으로 임의인 레시피를 기억부(92)로부터 호출하여 제어부(90)에 실행시킴으로써, 제어부(90)의 제어 하에서 플라즈마 에칭 장치에서의 원하는 처리가 실행된다.
다음에, 이상과 같이 구성된 플라즈마 에칭 장치의 처리 동작에 대해 설명한다. 이 때의 처리 동작은 상술한 제어부(90)에 의해 제어된다.
우선, 게이트밸브(24)를 열림으로 하여 반송 아암으로 웨이퍼 W를 챔버(1)내에 반입하고, 지지 테이블(2)상에 탑재한 후, 반송 아암을 퇴피시켜 게이트밸브(24)를 닫힘으로 하고, 배기 장치(20)의 진공 펌프에 의해 배기관(19)을 거쳐서 챔버(1)내를 소정의 진공도로 한다.
그리고, 처리 가스 공급부(66)로부터 에칭을 위한 처리 가스를 소정의 유량 및 비율로 제 1 가스 확산실(40a) 및 제 2 가스 확산실(40b)에 공급하고, 제 1 가스 도입부(51)와 제 2 가스 도입부(52)의 처리 가스 비율을 조정한다. 또한, 제 3 가스 도입부(53)의 제 3 가스 확산실(40c)에는 소정의 부가 가스를 공급한다. 그리고, 이들 가스를 가스 토출 구멍(17)을 거쳐서 챔버(1)내에 공급하면서, 배기 장치(20)의 진공 펌프에 의해 챔버(1)내를 배기하고, 그 중의 압력을 예를 들면 1∼150Pa의 범위내의 설정값으로 한다.
여기서, 처리 가스로서는 종래 이용되고 있는 각종의 것을 채용할 수 있으며, 예를 들면 C4F8 가스와 같은 플로로 카본 가스(CxFy)로 대표되는 할로겐 원소를 함유하는 가스를 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 할로겐 원소를 함유하는 가스와 함께, 또는 할로겐 원소를 함유하는 가스 대신에 Ar 가스나 O2 가스 등의 다른 가스를 이용할 수도 있다.
부가 가스는 웨이퍼의 에칭 특성에 특이한 부분이 존재하는 바와 같은 경우에, 그 부분의 환경을 조정하여 에칭의 면내 균일성을 높이기 위한 가스이다. 예를 들면, 웨이퍼의 둘레 가장자리부에서 부생성물이 적기 때문에 에칭 형상이 가늘어지는 경우가 있지만, 그 경우에는 부생성물을 생성하는 가스를 부가 가스로서 공급하는 것이 유효하다. 또한, 예를 들면, 웨이퍼의 둘레 가장자리부에서 막의 구성 성분에 대응하는 가스가 적기 때문에 에칭 형상이 가늘어지는 경우가 있지만, 그 경우에는 그 막의 구성 성분에 대응하는 가스를 부가 가스로서 공급하는 것이 유효 하다.
또, 부가 가스로서는 처리 가스의 일부를 이용할 수도 있고, 처리 가스와는 전혀 다른 가스를 이용할 수도 있다.
이와 같이 챔버(1)내에 처리 가스 및 부가 가스를 도입한 상태에서, 고주파 전원(10)으로부터 지지 테이블(2)에, 주파수가 10㎒ 이상, 예를 들면 13.56㎒의 고주파 전력을 공급한다. 이 때, 직류 전원(13)으로부터 정전 척(6)의 전극(6a)에 소정의 전압이 인가되고, 웨이퍼 W는 예를 들면 쿨롱력에 의해 흡착된다.
이와 같이 하여 하부 전극인 지지 테이블(2)에 고주파 전력이 인가되는 것에 의해, 상부 전극인 샤워헤드(16)와 하부 전극인 지지 테이블(2)의 사이의 처리공간에는 고주파 전계가 형성되고, 이것에 의해 처리공간에 공급된 처리 가스가 플라즈마화되어, 그 플라즈마중의 래디컬이나 이온에 의해서 웨이퍼 W의 피에칭막이 에칭된다.
이 경우에, 상기 특허문헌 1∼3에 있는 바와 같이, 처리 가스의 유량을 웨이퍼 W의 중심 영역과 주변 영역에서 조정하는 래디컬 분포 제어(RDC)와, 부가 가스를 웨이퍼 W의 주변 영역에 흘리는 것에 의해, 처리에 따라서는 에칭 특성을 균일하게 할 수 있다.
그러나, 하드 마스크층으로서 이용되는 SiN막이나, 저유전율(Low-k) 층간절연막과 같은 유기계막의 에칭에 있어서는 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분에 있어서, 에칭 특성, 특히 CD(크리티컬 디멘션)가 급격하게 변화한다. 구체적으로는 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분에 있어서, 레지스트의 가늘어짐이 생기는 경향에 있 다. 이 경우에는 단지 상기 특허문헌 1∼3과 같은 하드 구성을 이용하여 래디컬 분포 제어 및 부가 가스의 공급을 실행해도, 반드시 에칭 특성의 균일화를 달성할 수 없다.
그래서 본 실시형태에서는 제 1 가스 도입부(51) 및 제 2 가스 도입부(52)의 2계통으로 비율 조정하여 흘리도록 한 것에 부가하여, 제 3 가스 도입부(53)에 있어서, 부가 가스를 웨이퍼 W 바깥가장자리보다도 외측에 대응하는 위치에 도입하도록 하였다.
이것에 의해, 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분에 있어서의 에칭 특성을 유효하게 보정하여 최적화할 수 있고, 에칭 특성을 더욱 균일하게 할 수 있다. 즉, 웨이퍼 W의 에지 영역에 부가 가스를 공급해도, 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분의 에칭 특성을 보정하는 것은 곤란하지만, 부가 가스를 웨이퍼 W의 바깥가장자리로부터 외측의 부분에 공급하는 것에 의해, 부가 가스가 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분에 유효하게 작용하여 그 부분의 에칭 특성을 보정할 수 있다.
또한, 부가 가스는 웨이퍼 W의 미들 영역 및 센터 영역으로도 확산되고, 이들 영역의 환경에도 변화를 초래하지만, 제 1 가스 도입부(51) 및 제 2 가스 도입부(52)의 사이에서 처리 가스의 비율을 조정하는 것에 의해 그 영향을 취소할 수 있다.
이러한 에칭 특성의 보정을 도 4를 참조하여 구체적으로 나타내면, 예를 들면, SiN막을 에칭할 때에, 처리 가스로서 CH2F2 가스, CF4 가스, Ar 가스, O2 가스를 이용하고, 부가 가스를 이용하지 않는 경우에는 (a)에 나타내는 바와 같이 에칭 CD가 미들 영역을 지난 부근부터 크게 저하하는 경향이 있다. 또한, 상기 처리 가스와 함께 부가 가스로서 CH2F2 가스를 웨이퍼의 에지 영역에 공급한 경우에는 (b)에 나타내는 바와 같이 CD 분포는 개선되지만 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분에 CD가 저하하는 부분이 생기고, 이 부분은 래디컬 밀도 공간분포 제어를 실행해도 개선되지 않는다. 이에 반해, 본 실시형태와 같이, 웨이퍼 W의 바깥가장자리보다도 외측 부분에 부가 가스로서 CH2F2 가스를 공급한 경우에는 (c)에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 W의 가장 바깥둘레 부분의 CD 보정 효과를 최적화할 수 있다. (c)에 있어서의 웨이퍼의 중심 영역의 CD 저하는 제 1 가스 도입부(51) 및 제 2 가스 도입부(52)의 사이에서 처리 가스의 비율을 조정하여 래디컬 밀도 공간분포 제어를 실행하는 것에 의해 (d)와 같이 평탄화할 수 있고, CD의 균일성을 극히 높게 할 수 있다. 또, 도 4는 개략적인 경향을 모식적으로 나타낸 것이다.
또한, 프로세스에 따라서는 부가 가스를 이용할 필요가 없는 경우도 있지만, 그 경우에, 단지 부가 가스의 공급을 정지시킨 것에서는 제 3 가스 확산실(40c)에 대응하는 가스 토출 구멍(17)에 아무것도 흐르지 않는 상태로 되고, 이 상태에서 챔버(1)내에 플라즈마를 생성하면, 플라즈마가 제 3 가스 확산실(40c)에 대응하는 가스 토출 구멍(17)에 플라즈마가 들어가, 이상 방전이 생기거나, 데포가 생긴다.
그래서, 본 실시형태에서는 부가 가스를 공급하는 가스 공급 배관(76)과 분기관(64b)의 사이를 바이패스 배관(80)으로 접속하고, 전환 밸브(1)에 의해 제 3 가스 확산실(40c)에 부가 가스와 처리 가스를 선택적으로 공급할 수 있도록 하고, 부가 가스를 흘릴 필요가 없는 경우에, 전환 밸브(81)를 바이패스 배관(80)측으로 해서 제 3 가스 확산실(40c)에 처리 가스를 흘리는 것에 의해, 이러한 이상 방전이나 데포의 문제를 해소할 수 있다.
다음에, 본 발명을 유추하는 것에 이른 실험 결과에 대해 상세하게 설명한다.
여기서는 Si 기판상에 SiN막을 200㎚, 그 위에 폴리비닐 알콜계의 수지막(OPL)을 287㎚, 또한 그 위에 반사 방지막(Si-ARC)을 80㎚ 형성하고, 또한 그 위에 포토 레지스트막(PR)을 형성한 후, 포토 레지스트막을 포토리도그래피 공정에 의해 CD(라인 폭) 80㎚로 패턴화한 300㎜ 웨이퍼를 이용하고, 샤워헤드(16)의 가장 외측의 가스 토출 구멍이 웨이퍼 배치 영역내(중심으로부터 140㎜)인 것 이외는 도 1과 마찬가지의 장치를 이용하여, SiN막까지 에칭하였다. 이 때, 처리 가스로서 CHF3 가스, CF4 가스, Ar 가스, 및 O2 가스를 이용하고, 이들 유량을 CHF3/CF4/Ar/O2=30/90/600/15mL/min(sccm)으로 하고, 처리 가스의 비율을 센터:에지=45:55로 하며, 챔버내 압력:16.6Pa(125mTorr), 고주파 파워: 600W의 조건에서 에칭을 실행하였다. 또, 그 결과, 도 5의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진에서 나타내는 바와 같이, 패턴이 밀(Dense)한 부분 및 소(Isolation)인 부분 모두, 중심 영역에 비해 주변 영역의 라인 부분이 가늘어지는 것이 확인되었다. 또, 도면중의 숫자는 좌측이 톱의 CD값(㎚)을 나타내고, 우측이 보틈의 CD값(㎚)을 나타낸다.
다음에, 마찬가지의 장치를 이용하여, 처리 가스로서 CH2F2 가스, CF4 가스, Ar 가스, 및 O2 가스를 이용하고, 이들 유량을 CH2F2/CF4/Ar/O2=20/80/
/150/21mL/min(sccm)으로 하고, 가스 비율을 센터:에지=45:55로 하고, 챔버내 압력: 18.6Pa(140mTorr), 고주파 파워: 700W의 조건에서 CD(라인 폭) 80㎚에서 SiN막을 에칭하였다. 이 경우의 Dense부 및 Isolation부의 웨이퍼 직경 방향의 CD 시프트량에 대해 도 6의 (a), (b)에 나타낸다. 이들 도면으로부터도 웨이퍼의 에지 부분에 있어서 CD가 저하 하는 것을 알 수 있다.
이러한 웨이퍼의 에지 부분의 CD 저하에 상관이 있는 지표에 대해 조사한 결과, 도 7에 나타내는 바와 같이, 반응 생성물(부생성물)인 CN계 물질의 농도와 상관이 있고, 웨이퍼의 에지 부분에 있어서 반응 생성물의 농도가 저하 되는 것이 판명되었다. 또, 도 7은 웨이퍼의 0.5㎜상의 위치에 대해 시뮬레이션을 실행한 데이터이다. 도 7의 결과로부터, 웨이퍼 에지 부분에 있어서의 CD의 저하는 웨이퍼 에지 부분에 있어서 반응 생성물(CN계 물질)의 농도가 저하해 있는 것에 기인하는 것으로 추측된다.
그래서, 상기 실험에서 이용한 샤워헤드(16)의 가장 외측의 가스 토출 구멍이 웨이퍼 배치 영역내(중심으로부터 140㎜)인 장치를 이용하고, 부가 가스로서 반응 생성물인 CN계 물질을 대신하는 가스인 CH2F2 가스를 이용하여, 처리 가스를 공급하는 동시에 이 CH2F2 가스를 상기 가장 외측의 가스 토출 구멍(도 1의 장치에 있어서의 제 2 가스 확산실에 상당)으로부터 웨이퍼의 에지 부분에 토출하였다. 이 경우의 Dense부 및 Isolation부의 웨이퍼 직경 방향의 CD 시프트량에 대해 도 8의 (a), (b)에 나타낸다. 이들 도면으로부터, 웨이퍼의 에지 부분의 CD의 저하가 완화되고, 부가 가스에 의해 CD의 균일성이 개선되어 있지만, 웨이퍼의 가장 바깥둘레부에 있어서의 CD의 저하가 해소되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
이에 대해, 본 발명에 따라서 부가 가스인 CH2F2 가스를 웨이퍼의 바깥가장자리보다도 외측 부분(중심으로부터 156㎜)에 공급하도록 한 결과, 웨이퍼의 가장 바깥둘레부에 있어서의 CD의 저하를 보정할 수 있었다. 도 9는 직접 CD 시프트량을 나타낸 것은 아니지만, CD 시프트량과 강한 상관이 있는 SiN막의 레지스트막에 대한 선택비 시프트량을 나타내는 것이며, (a)가 부가 가스인 CH2F2가스를 웨이퍼의 에지부에 공급한 경우, (b)는 웨이퍼의 바깥가장자리보다도 외측 부분에 공급한 경우를 나타낸다. 이들 도면에 나타내는 바와 같이, (a)에서는 웨이퍼 가장 바깥둘레부에서 선택비가 저하하고 있는 것에 반해, (b)에서는 웨이퍼 가장 바깥둘레부에서 선택비가 상승하여 최대값을 나타내고 있다. 그리고, 이러한 상태로부터는 RDC 제어에 의해 용이하게 에칭 특성의 균일화를 도모할 수 있다.
이상은 분위기중의 반응 생성물(부생성물)의 농도가 에지 부분의 에칭 특성에 영향을 주고 있던 경우이지만, 막의 성분 그 자체의 농도가 에지 부분의 에칭 특성에 영향을 주는 경우도 있다. 예를 들면, 아몰퍼스 카본(a-C)이나 유기막의 에칭에 있어서는 막의 성분인 C의 농도가 웨이퍼의 에지 부분의 분위기중에서 낮아지는 결과, 웨이퍼의 에지 부분에서 CD가 저하하는 경향에 있다. 이 경우에는 부가 가스로서 막 성분인 C를 증가시키는 가스, 예를 들면 CO 가스를 이용할 수 있고, 이러한 부가 가스에 의해 CD 등의 에칭 특성을 균일하게 할 수 있다.
다음에, 본 발명을 이용하여 실제로 에칭 특성을 균일화한 실 예에 대해 설명한다.
도 10에 나타내는 바와 같은 Si 기판(101)상에 하드 마스크로서 SiN막(102)을 형성하고, 그 위에 반사 방지막(BARC)(103)을 형성하고, 그 위에 포토 레지스트막(104)을 형성한 후, 포토 레지스트막(PR)(104)을 포토리도그래피 공정에 의해 패턴화한 웨이퍼 샘플을 작성하고, 도 1의 장치에 의해 BARC(103) 및 SiN막(102)에 에칭 처리를 실시하였다.
공통 조건으로서, 웨이퍼 온도를 60℃, 센터 영역과 에지 영역의 처리 가스의 유량비를 센터:에지=45:55로 하고, BARC(103)의 에칭시에는 처리 가스로서 CF4 가스, Ar 가스, O2 가스를, 각각 120mL/min(sccm), 420mL/min(sccm), 15mL/min의 유량으로 공급하고, 챔버내 압력을 13.3Pa (100mTorr), 고주파 파워를 800W로 설정하여 플라즈마 에칭을 실행하고, SiN막(102)의 에칭시에는 처리 가스로서 CH2F2 가스, CF4 가스, Ar 가스, O2 가스를, 각각 20mL/min(sccm), 80mL/min(sccm), 150mL/min, 20mL/min의 유량으로 공급하고, 또한 제 3 가스 확산 영역(40c)을 거쳐서 웨이퍼 바깥가장자리보다도 외측 부분에 부가 가스로서 CN계 반응 생성물을 형성하는 CH2F2 가스를 2mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 챔버내 압력을 18.6Pa(140mTorr), 고 주파 파워를 700W로 설정하여 플라즈마 에칭을 실행하였다. 또, BARC의 에칭시에는 제 3 가스 영역(40c)으로부터 처리 가스를 공급하였다.
그 결과, SiN막(102)의 에칭시에는 부가 가스로서의 CH2F2 가스의 작용에 의해, 웨이퍼의 가장 바깥둘레 부분의 CD가 보정되어 균일성이 높은 에칭을 실현할 수 있었다. 또한, BARC(103)의 에칭시에는 부가 가스를 공급하지 않았지만, 부가 가스 공급용의 제 3 가스 확산 영역(40c)으로부터 처리 가스를 토출했으므로, 이상 방전이나 데포는 발생하지 않았다.
다음에, 도 11에 나타내는 바와 같은 Si 기판(201)상에 하드 마스크로서 SiN막(202)을 형성하고, 그 위에 아몰퍼스 카본(a-C)막(203)을 형성하고, 그 위에 SiO2막(204)을 형성하고, 또한 그 위에 포토 레지스트막(PR)(205)을 형성한 후, 포토 레지스트막(205)을 포토리도그래피 공정에 의해 패턴화한 웨이퍼 샘플을 작성하고, 도 1의 장치에 의해 SiO2막(204) 및 a-C막(203)에 에칭 처리를 실시하였다.
공통 조건으로서, 웨이퍼 온도를 20℃, 센터 영역과 에지 영역의 처리 가스의 유량비를 센터:에지=50:50으로 하고, SiO2막(204)의 에칭시에는 처리 가스로서 CF4 가스를 150mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 챔버내 압력을 10.6Pa(80mTorr), 고주파 파워를 400W로 설정하여 플라즈마 에칭을 실행하고, a-C막(203)의 에칭시에는 처리 가스로서 O2 가스, Ar 가스를, 각각180mL/min(sccm), 300mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 또한 제 3 가스 확산 영역(40c)을 거쳐서 웨이퍼 바깥가장자리보 다도 외측 부분에 부가 가스로서 분위기중의 막 성분을 증가시키는 가스인 CO 가스를 200mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 챔버내 압력을 4.0Pa(30mTorr), 고주파 파워를 500W로 설정하여 플라즈마 에칭을 실행하였다. 또, SiO2막(204)의 에칭시에는 제 3 가스 영역(40c)으로부터 처리 가스를 공급하였다.
그 결과, a-C막(203)의 에칭시에는 부가 가스로서의 CO 가스의 작용에 의해, 웨이퍼의 가장 바깥둘레 부분의 CD가 보정되어 균일성이 높은 에칭을 실현할 수 있었다. 또한, SiO2막(204)의 에칭시에는 부가 가스를 공급하지 않았지만, 부가 가스 공급용의 제 3 가스 확산 영역(40c)으로부터 처리 가스를 토출했으므로, 이상 방전이나 데포는 발생하지 않았다.
다음에, 도 12에 나타내는 바와 같은 Si기판(301)상에 하드 마스크로서 SiN막(302)을 형성하고, 그 위에 폴리비닐 알콜계의 수지막(OPL)(303)을 형성하고, 그 위에 반사 방지막(Si-ARC)(304)을 형성하고, 또한 그 위에 포토 레지스트막(305)을 형성한 후, 포토 레지스트막(305)을 포토리도그래피 공정에 의해 패턴화한 웨이퍼 샘플을 작성하고, 도 1의 장치에 의해 Si-ARC(304) 및 OPL(303)에 에칭 처리를 실시하였다.
공통 조건으로서, 웨이퍼 온도를 20℃, 센터 영역과 에지 영역의 처리 가스의 유량비를 센터:에지=50:50으로 하고 Si-ARC(304)의 에칭시에는 처리 가스로서 CF4 가스를 150mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 챔버내 압력을 10.6Pa(80mTorr), 고주파 파워를 400W로 설정하여 플라즈마 에칭을 실행하고, 수지막(303)의 에칭시 에는 처리 가스로서 N2 가스, O2 가스, H2 가스를, 각각 200mL/min(sccm), 18mL/min(sccm), 100mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 또한 제 3 가스 확산 영역(40c)을 거쳐서 웨이퍼 바깥가장자리보다도 외측 부분에 부가 가스로서 분위기중의 막 성분을 증가시키는 가스인 CO 가스를 40mL/min(sccm)의 유량으로 공급하고, 챔버내 압력을 2.3Pa(17mTorr), 고주파 파워를 300W로 설정하여 플라즈마 에칭을 실행하였다. 또, Si-ARC(304)의 에칭시에는 제 3 가스 영역(40c)으로부터 처리 가스를 공급하였다.
그 결과, OPL(303)의 에칭시에는 부가 가스로서의 CO 가스의 작용에 의해, 웨이퍼의 가장 바깥둘레 부분의 CD가 보정되어 균일성이 높은 에칭을 실현할 수 있었다. 또한, Si-ARC(304)의 에칭시에는 부가 가스를 공급하지 않았지만, 부가 가스 공급용의 제 3 가스 확산 영역(40c)으로부터 처리 가스를 토출했으므로, 이상 방전이나 데포는 발생하지 않았다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 일 없이 각종 변형 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 웨이퍼의 중심 영역에 대응하는 제 1 가스 도입부(51)와 웨이퍼의 주변 영역에 대응하는 제 2 가스 도입부(52)로 처리 가스를 분류시켰지만, 3개 이상의 영역으로 분류시켜도 좋다. 또한, 반드시 가스 도입부가 동심 형상으로 형성되어 있을 필요는 없다. 또한, 상기 실시 형태에서는 처리 가스 및 부가 가스를 샤워헤드로부터 도입했지만, 반드시 샤워헤드가 아니어도 좋고, 예를 들면, 단지 배관으로부터 이들 가스를 도입하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 플라즈마 에칭 처리에 대해 나타냈지만, 이것에 한정하는 것은 아니고 플라즈마 CVD 처리 등의 다른 플라즈마 처리이어도 좋고, 또한, 열CVD 등의 비(非)플라즈마 처리이어도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 피처리 기판으로서 반도체 웨이퍼를 이용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, FPD(플랫 패널 디스플레이)용 기판 등, 다른 기판이어도 좋다.
도 1은 본 발명의 1실시 형태에 관한 가스 공급 장치가 적용된 기판 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도.
도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 샤워헤드의 저면도.
도 3은 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 탑재된 가스 공급 장치의 구성을 나타내는 모식도.
도 4는 도 1의 장치를 이용하여 에칭 특성의 보정을 실행한 예를 모식적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 장치를 이용하여 SiN막을 부가 가스를 이용하지 않고 에칭 한 경우의 중심 영역과 주변 영역의 에칭 패턴의 상태를 나타내는 주사형 전자 현미경 사진.
도 6은 도 1의 장치를 이용하여 SiN막을 부가 가스를 이용하지 않고 에칭한 경우의 Dense부 및 Isolation부의 웨이퍼 직경 방향의 CD 시프트량을 나타내는 도면.
도 7은 도 1의 장치를 이용하여 SiN막을 부가 가스를 이용하지 않고 에칭 한 경우의 반응 생성물인 CN계 물질의 농도분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 8은 도 1의 장치를 이용하여 SiN막을 부가 가스로서 CH2F2 가스를 이용하여 에칭한 경우의 Dense부 및 Isolation부의 웨이퍼 직경 방향의 CD 시프트량을 나타내는 도면.
도 9는 도 1의 장치를 이용하여 SiN막을 에칭할 때에, 부가 가스인 CH2F2를 웨이퍼의 에지부에 공급한 경우와 웨이퍼의 바깥가장자리보다도 외측 부분에 공급한 경우에서, 웨이퍼 직경 방향의 선택비 시프트량을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 의해 실제로 에칭 특성을 균일화했을 때에 이용한 샘플 구조예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 의해 실제로 에칭 특성을 균일화했을 때에 이용한 샘플 구조예를 나타내는 도면.
도 12은 본 발명에 의해 실제로 에칭 특성을 균일화했을 때에 이용한 샘플 구조예를 나타내는 도면.
부호의 설명
1; 챔버
2; 지지 테이블(전극)
10; 고주파 전극
16; 샤워 헤드
16a; 샤워헤드 본체
17; 가스 토출 구멍
20; 배기 장치
40; 가스 확산 공간
40a; 제 1 가스 확산 공간
40b; 제 2 가스 확산 공간
40c; 제 3 가스 확산 공간
51; 제 1 가스 도입부
52; 제 2 가스 도입부
53; 제 3 가스 도입부
60; 가스 공급 장치
64; 가스 공급관
64a, 64b; 분류관
66; 처리 가스 공급부
67a, 67b, 67c; 처리 가스 공급원
71; 분류량 조정 기구
75; 부가 가스 공급부
76; 가스 공급 배관
77; 부가 가스 공급원
80; 바이패스 배관
81; 전환 밸브
W; 반도체 웨이퍼(피처리 기판)

Claims (24)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 피처리 기판이 배치된 처리실내에 가스를 공급하는 가스 공급 장치로서,
    피처리 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리실에 처리 가스를 도입하는 하나 또는 그 이상의 처리 가스 도입부와,
    상기 처리 가스 공급부로부터의 처리 가스를 상기 처리 가스 도입부에 공급하는 처리 가스 공급로와,
    상기 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 부가 가스 공급부와,
    상기 처리실에 부가 가스를 도입하는 부가 가스 도입부와,
    상기 부가 가스 공급부로부터의 부가 가스를 상기 부가 가스 도입부에 공급하는 부가 가스 공급로와,
    상기 부가 가스를 처리실 내에 도입하지 않는 경우에, 상기 부가 가스 도입부에 상기 처리 가스가 흘러 상기 처리실 내로 공급되도록 전환하는 전환 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전환 기구는 상기 부가 가스 공급로와 상기 처리 가스 공급로를 연결하는 바이패스 배관과, 상기 부가 가스 공급로측 및 상기 바이패스 배관측의 접속을 선택적으로 전환하는 바이패스 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 처리 가스 공급로는 상기 처리 가스 도입부로부터 연장하는 주 유로와, 주 유로로부터 분기한 복수의 분기 유로를 갖고, 상기 처리 가스 도입부는 상기 분기 유로에 대응해서 복수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 처리실내에 있어서, 상기 처리실 내에 배치된 피처리 기판에 대향해서 마련되고, 상기 처리실내에 가스를 도입하는 가스 도입 부재를 더 구비하고, 상기 가스 도입 부재는 상기 복수의 처리 가스 도입부 및 상기 부가 가스 도입부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 도입 부재는 내부에 가스 확산 공간을 갖고, 하부벽에 복수의 가스 토출 구멍을 갖는 샤워헤드를 구성하고, 상기 가스 확산 공간이 상기 복수의 처리 가스 도입부 및 상기 부가 가스 도입부에 대응해서 복수의 가스 확산실로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가스 도입 부재의 상기 복수의 처리 가스 도입부는 상기 피처리 기판의 중심 영역에 상기 처리 가스를 도입하는 제 1 가스 도입부와, 상기 피처리 기판의 주변 영역에 상기 처리 가스를 도입하는 제 2 가스 도입부를 갖고, 상기 부가 가스 도입부는 상기 제 2 가스 도입부의 외측에 마련되고, 상기 피처리 기판의 바깥가장자리보다도 외측의 영역에 부가 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  13. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 부가 가스는 상기 처리 가스와는 다른 가스인 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  14. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 복수의 가스를 포함하고, 상기 부가 가스는 이들 복수의 가스와 다른 가스, 또는 상기 처리 가스를 구성하는 가스의 일부인 것을 특징으로 하는
    가스 공급 장치.
  15. 삭제
  16. 피처리 기판이 배치되는 처리실과,
    상기 처리실내에 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 구비하고,
    상기 가스 공급 장치로부터 피처리 기판을 처리하기 위한 처리 가스를 상기 처리실내에 공급하여 피처리 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 장치로서,
    상기 가스 공급 장치는
    피처리 기판을 처리하는 처리 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 처리 가스 공급부와,
    상기 처리실에 처리 가스를 도입하는 하나 또는 그 이상의 처리 가스 도입부와,
    상기 처리 가스 공급부로부터의 처리 가스를 상기 처리 가스 도입부에 공급하는 처리 가스 공급로와,
    상기 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 상기 처리실을 향해 공급하는 부가 가스 공급부와,
    상기 처리실에 가스를 도입하는 부가 가스 도입부와,
    상기 부가 가스 공급부로부터의 부가 가스를 상기 부가 가스 도입부에 공급하는 부가 가스 공급로와,
    상기 부가 가스를 처리실 내에 도입하지 않는 경우에, 상기 부가 가스 도입부에 상기 처리 가스가 흘러 상기 처리실 내로 공급되도록 전환하는 전환 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리 가스와 상기 부가 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 기구를 더 구비하고, 생성한 플라즈마에 의해 피처리 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는
    기판 처리 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 피처리 기판이 배치된 처리실내에 처리 가스를 도입하여 피처리 기판에 소정의 처리를 실시하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 처리 가스를 처리 가스 도입부로부터 상기 처리실의 피처리 기판의 배치 영역에 도입하고, 또한 처리 가스에 의한 처리 특성을 조정하기 위한 부가 가스를 부가 가스 도입부로부터 상기 처리실내에 도입하여 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정과,
    상기 처리 가스를 처리 가스 도입부로부터 상기 처리실의 피처리 기판의 배치 영역에 도입하고, 상기 부가 가스를 도입하지 않고 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정을 포함하고,
    상기 부가 가스를 도입하지 않고 피처리 기판에 처리를 실시하는 공정은 상기 부가 가스 도입부에 상기 처리 가스를 흘려 상기 처리실 내로 공급하는
    기판 처리 방법.
KR1020080106003A 2007-11-02 2008-10-28 가스 공급 장치, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 KR101061630B1 (ko)

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