KR101772723B1 - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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야스히로 세오
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

공통 가스원(41)로부터 공급되는 공통 가스를 플로우 스플리터(44)에 의해 2계통으로 분기시키고, 2계통으로 분기된 공통 가스를 처리 용기(2)의 유전체 창(16)의 중앙에 마련되는 중앙 도입구(58)(55), 및 기판(W)의 상방에 둘레방향으로 배열되는 복수의 주변 도입구(62)에 도입한다. 2계통으로 분기시킨 공통 가스의 어느 한쪽에 첨가 가스를 첨가한다. 처리 용기(2)내에 도입된 공통 가스 및 첨가 가스를 기판(W)의 하방의 배기구(11a)로부터 배기하고, 처리 용기(2)내를 소정의 압력으로 감압한다. 다수의 슬롯(21)을 갖는 슬롯 안테나(20)를 이용하여 처리 용기(2)내에 마이크로파를 도입하고, 복수의 주변 도입구(62)가 마련되는 영역의 전자 온도를 중앙 도입구(58)(55)가 마련되는 영역의 전자 온도보다 낮게 한다.

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은 처리용기에 도입된 처리 가스를 플라즈마화시켜서 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치 및 방법에 관한 것이다．
종래부터 반도체 디바이스의 제조 분야에서는 플라즈마를 이용해서 기판에 플라즈마 처리를 실행하는 기술이 자주 이용되고 있다. 플라즈마 처리는 플라즈마 에칭 및 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 크게 나뉜다. 플라즈마 에칭은 반도체 디바이스의 미세 패턴을 형성하는데 이용되며, 리소그래피와 함께 중요한 기반 기술이다. 금후의 LSI(Large Scale Integration) 디바이스에서는 미세화와 동시에 막의 다양화가 진행되고, 플라즈마 에칭에는 미세가공 성능과 그것을, 예를 들면, 300㎜ 이상의 대구경 웨이퍼상에서 균일하게 제어할 수 있는 기술이 요청된다.
플라즈마 에칭의 플라즈마 소스로서는 지금까지, 평행 평판, ECR(Electron Cyclotron Resonance), ICP(Inductive Coupled Plasma) 등이 개발되어 있다. 특허문헌 1에는 플라즈마 소스로서 평행 평판을 이용한 플라즈마 에칭 장치가 개시되어 있다. 이 평행 평판형 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 처리 용기내에 한 쌍의 평행한 상부 전극 및 하부 전극을 설치하고, 하부 전극에 고주파를 인가함과 아울러, 이 하부 전극상에 기판을 탑재하여 에칭을 실행한다. 에칭의 기판면내에서의 균일성을 향상시키기 위해, 상부 전극은 기판의 중앙에 처리 가스를 공급하는 중앙 영역과, 기판의 주변에 처리 가스를 공급하는 주변 영역으로 구획된다. 그리고, 상부 전극의 중앙 영역 및 주변 영역으로부터 공통인 처리 가스를 기판에 공급하고, 주변 영역에 공통 가스에 부가해서 또한 첨가 가스를 첨가하고 있다. 첨가 가스를 부가하는 것에 의해, 기판의 중앙 영역이 주변 영역보다도 배기되기 어려운 것에 기인한 에칭의 면내 불균일성을 개선하고 있다.
최근, 플라즈마 소스의 하나로서, 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna)를 사용한 플라즈마 에칭 장치가 개발되어 있다(특허문헌 2 참조). 래디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 플라즈마 에칭 장치에서는 처리 용기의 유전체 창의 위에 다수의 슬롯을 갖는 슬롯 안테나가 설치된다. 슬롯 안테나의 다수의 슬롯으로부터 방사된 마이크로파는 유전체로 이루어지는 유전체 창을 거쳐서 처리 용기의 처리 공간으로 도입된다. 처리 가스는 마이크로파 에너지에 의해서 플라즈마화된다.
래디얼 라인 슬롯 안테나에 의해 생성된 마이크로파 플라즈마의 특징은 유전체 창 바로 아래(플라즈마 여기 영역이라 함)에서 생성된 비교적 전자 온도가 높은 수 eV의 플라즈마가 확산하여, 유전체 창으로부터 100㎜ 이상 아래쪽의 기판 바로 위(확산 플라즈마 영역이라 함)에서는 약 1∼2eV 정도의 낮은 전자 온도로 되는 점에 있다. 즉, 플라즈마의 전자 온도의 분포가 유전체 창으로부터의 거리의 함수로서 생기는 것에 특징이 있다.
래디얼 라인 슬롯 안테나형의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 저 전자 온도 영역에 에칭 가스를 공급하여, 에칭 가스의 해리 제어(플라즈마 중의 에칭종의 생성량의 제어)를 실행하며, 이에 따라 에칭 반응(에칭종에 의한 기판의 표면 화학 반응)을 제어하므로, 에칭의 고정밀도화가 도모되는 동시에, 기판에 데미지를 주는 것이 대폭 저감된다. 예를 들면, 스페이서 형성 공정에 있어서 에칭시 등에 설계 치수대로 디바이스를 제작할 수 있으면서, 기판에 대한 리세스(recess) 등의 데미지를 억제할 수 있다.
일본 특허 공개 공보 제 2008-47687 호 일본 특허 공개 공보 제 2010-118549 호
최근, 반도체 디바이스의 미세 가공 성능의 향상이나 막의 다양화에 수반하여, 에칭 가스의 다양한 해리 제어 및 기판의 면내 균일성 제어의 양립이 요청되고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 평행 평판형 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 40㎜ 이내의 단거리로 분리된 상부 전극과 하부 전극의 사이에 생성되는 플라즈마를 이용하고 있고, 플라즈마의 전자 온도는 상부 전극에서 하부 전극에 이르기까지 높은 채로 유지되고, 또한 공통 가스 및 첨가 가스는 모두 상부 전극에 도입되므로, 공통 가스 및 첨가 가스의 해리를 다양하게 제어할 수 없다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 2에 기재된 래디얼 라인 슬롯 안테나를 사용한 에칭 장치에 있어서는 기판의 면내에서의 에칭 레이트나 에칭 형상 등을 일정하게 하는 것이 곤란하며, 에칭 처리를 기판의 면내에서 균일하게 실행하는 것이 과제로 되어 있다.
그래서, 본 발명은 처리 가스의 해리 상태를 다양하게 제어할 수 있으면서, 기판 처리의 면내 균일성를 제어할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 플라즈마 처리 장치는, 천장부에 마이크로파를 투과하는 유전체 창을 갖는 동시에, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리용기와, 상기 처리용기의 내부에 마련되고, 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 상면에 마련되고, 상기 처리용기의 처리공간에 수의 슬롯을 거쳐서 마이크로파를 도입하는 슬롯 안테나와, 소정의 주파수의 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기와, 상기 마이크로파 발생기가 발생하는 마이크로파를 상기 슬롯 안테나에 보내는 마이크로파 도입로와, 처리 가스원으로부터 공급되는 처리 가스를 상기 처리용기에 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리용기내에 도입된 처리 가스를, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하는 배기 수단을 구비하는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 처리 가스원은 공통 가스를 공급하기 위한 공통 가스원과, 첨가 가스를 공급하기 위한 첨가 가스원을 갖고, 상기 처리 가스 도입 수단은 상기 공통 가스원에 접속되는 공통 가스 라인과, 상기 공통 가스 라인에 마련되고, 상기 공통 가스 라인을 2계통으로 분기시키고, 또한, 2계통으로 분기되는 상기 공통 가스의 유량의 비율을 조절 가능한 플로우 스플리터와, 2계통으로 분기되는 분기 공통 가스 라인의 한쪽에 접속되고, 상기 공통 가스를 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 2계통으로 분기되는 상기 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽에 접속되고, 상기 공통 가스를 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 주변부에 공급하기 위한, 기판 위쪽의 둘레 방향에 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부와, 상기 첨가 가스원에 접속되는 동시에, 2계통으로 분기되는 상기 분기 공통 가스 라인의 적어도 한쪽에 상기 첨가 가스를 첨가하는 첨가 가스 라인과, 상기 첨가 가스 라인에 마련되고, 상기 첨가 가스의 유량을 조절하는 유량 조절부를 갖고, 상기 중앙 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창보다도 아래쪽이고 또한 상기 탑재대에 탑재된 기판보다도 위쪽에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 태양에 있어서는, 상기 플라즈마 처리 장치는 또한, 상기 플로우 스플리터가 2계통으로 분기시키는 상기 공통 가스의 유량의 비율, 및 상기 유량 조정부가 조절하는 상기 첨가 가스의 유량을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 태양에 있어서, 상기 복수의 주변 도입구는, 상기 유전체창에 배치되는 상기 중앙 도입구가 기판을 향해 분사하는 처리 가스의 흐름의 주위에 배치되고, 또한, 상기 중앙 도입구가 분사하는 처리 가스의 흐름을 향해 처리 가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 태양에 있어서, 상기 공통 가스원은 상기 공통 가스로서, 플라즈마 여기용 가스를 포함하고, 상기 첨가 가스원은 상기 첨가 가스로서 기판을 에칭하는 에칭용 가스를 포함하고, 상기 첨가 가스 라인은 상기 2계통으로 분기되는 분기 가스 공통 라인 중, 상기 복수의 주변 도입구에 상기 공통 가스를 공급하는 분기 공통 가스 라인에, 상기 첨가 가스를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 5 태양에 따른 플라즈마 처리 방법은, 천장부에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 투과하는 유전체 창을 갖는 동시에, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기내에 도입된 처리 가스를 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하고, 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 상면에 마련되는 슬롯 안테나의 다수의 슬롯을 거쳐서 상기 처리용기의 처리공간에 플라즈마를 도입하는 플라즈마 처리 방법으로서, 공통 가스원으로부터 공급되는 공통 가스를 플로우 스플리터에 의해서 2계통으로 분기하는 공정과, 2계통으로 분기되는 상기 공통 가스를, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부, 및 상기 탑재대에 탑재된 기판의 주변부에 공급하기 위한, 기판 위쪽의 둘레 방향에 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부에 도입하는 공정과, 첨가 가스원으로부터 공급되는 첨가 가스를 2계통으로 분기되는 상기 공통 가스의 적어도 한쪽에 첨가하는 공정을 구비하고, 상기 중앙 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창보다도 아래쪽이고 또한 상기 탑재대에 탑재된 기판보다도 위쪽에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 6 태양에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리용기와, 상기 처리용기의 상부에 마련되고, 처리공간을 구획하는 유전체 창과, 상기 처리용기의 내부에 마련된 탑재대와, 상기 유전체 창의 상면에 마련된 슬롯 안테나와, 마이크로파 발생기와 상기 슬롯 안테나와 접속하는 마이크로파 도입로와, 상기 처리용기의 내부와 연통한 배기 장치와, 공통 가스원에 접속되는 공통 가스 라인과, 상기 공통 가스 라인에 마련되고, 상기 공통 가스 라인을, 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인으로 분기하고, 상기 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인을 흐르는 가스의 유량의 비율을 조절하는 것이 가능한 플로우 스플리터와, 상기 제 1 분기 공통 가스 라인에 접속되고, 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 중앙부의 위쪽에 위치하는 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 상기 제 2 분기 공통 가스 라인에 접속되고 상기 기판 위쪽의 공간의 둘레 방향을 따라 배열되고, 상기 유전체 창보다 아래쪽에 위치하는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부와, 첨가 가스원과 상기 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인의 적어도 한쪽을 접속하는 첨가 가스 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 7 태양에 따른 플라즈마 처리 장치는, 천장부에 마이크로파를 투과시키는 유전체 창을 갖고, 또한, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리용기와, 상기 처리용기의 내부에 마련되고, 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 상면에 마련되고, 상기 처리용기의 처리공간에 다수의 슬롯을 거쳐서 마이크로파를 도입하는 슬롯 안테나와, 소정 주파수의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 상기 마이크로파 발생기가 발생시키는 마이크로파를 상기 슬롯 안테나로 인도하는 마이크로파 도입로와, 처리 가스원으로부터 공급되는 처리 가스를 상기 처리용기에 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리용기 내에 도입된 처리 가스를, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하는 배기 수단을 구비하되, 상기 처리 가스원은 공통 가스를 공급하기 위한 공통 가스원과, 첨가 가스를 공급하기 위한 첨가 가스원을 갖고, 상기 처리 가스 도입 수단은 상기 공통 가스원에 접속되는 공통 가스 라인과, 상기 공통 가스 라인으로부터 분기되는 2계통의 분기 공통 가스 라인의 한쪽에 접속되고, 상기 공통 가스를 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 상기 공통 가스 라인으로부터 분기되는 2계통의 상기 분기 공통 가스 라인의 다른쪽에 접속되고, 상기 공통 가스를 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 주변부에 공급하기 위한, 기판 위쪽의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부와, 상기 첨가 가스원에 접속되고, 또한, 2계통의 상기 분기 공통 가스 라인의 적어도 한쪽에 상기 첨가 가스를 첨가하는 첨가 가스 라인과, 상기 첨가 가스 라인에 마련되고, 상기 첨가 가스의 유량을 조절하는 유량 조절부를 갖고, 상기 중앙 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창보다도 아래쪽이고 또한 상기 탑재대에 탑재된 기판보다도 위쪽에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 8 태양에 따른 플라즈마 처리 방법은, 천장부에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 투과하는 유전체 창을 갖고, 또한, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기 내에 도입된 처리 가스를 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하고, 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 상면에 마련되는 슬롯 안테나의 다수의 슬롯을 거쳐서 상기 처리용기의 처리공간에 플라즈마를 도입하는 플라즈마 처리 방법으로서, 공통 가스원으로부터 공급되는 공통 가스를 2계통으로 분기하여, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부, 및 상기 탑재대에 탑재된 기판의 주변부에 공급하기 위한, 기판 위쪽의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부에 도입하는 공정과, 첨가 가스원으로부터 공급되는 첨가 가스를 상기 2계통으로 분기되는 상기 공통 가스의 적어도 한쪽에 첨가하는 공정을 구비하고, 상기 중앙 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창보다는 아래쪽이고 또한 상기 탑재대에 탑재된 기판보다는 위쪽에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 9 태양에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리용기와, 상기 처리용기의 상부에 마련되고, 처리공간을 구획하는 유전체 창과, 상기 처리용기의 내부에 마련된 탑재대와, 상기 유전체 창의 상면에 마련된 슬롯 안테나와, 마이크로파 발생기와 상기 슬롯 안테나와 접속하는 마이크로파 도입로와, 상기 처리용기의 내부와 연통한 배기 장치와, 공통 가스원에 접속되는 공통 가스 라인으로부터 2계통으로 분기되는 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인과, 상기 제 1 분기 공통 가스 라인에 접속되고, 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 중앙부의 위쪽에 위치하는 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 상기 제 2 분기 공통 가스 라인에 접속되고, 상기 기판 위쪽의 공간의 둘레 방향을 따라 배열되고, 상기 유전체 창보다 아래쪽에 위치하는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부와, 첨가 가스원과 상기 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인의 적어도 한쪽을 접속하는 첨가 가스 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 10 태양에 따른 플라즈마 처리 장치는, 천장부에 마이크로파를 투과시키는 유전체 창을 갖고, 또한, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리용기와, 상기 처리용기의 내부에 마련되고, 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 상면에 마련되고, 상기 처리용기의 처리공간에 다수의 슬롯을 거쳐서 마이크로파를 도입하는 슬롯 안테나와, 소정 주파수의 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생기와, 상기 마이크로파 발생기가 발생시키는 마이크로파를 상기 슬롯 안테나로 인도하는 마이크로파 도입로와, 처리 가스원으로부터 공급되는 처리 가스를 상기 처리용기에 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리용기 내에 도입된 처리 가스를, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하는 배기 수단을 구비하되, 상기 처리 가스원은 공통 가스를 공급하기 위한 공통 가스원과, 첨가 가스를 공급하기 위한 첨가 가스원을 갖고, 상기 처리 가스 도입 수단은, 상기 공통 가스원에 접속되는 공통 가스 라인과, 상기 공통 가스 라인으로부터 분기되는 2계통의 분기 공통 가스 라인의 한쪽에 접속되고, 상기 공통 가스를 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 상기 공통 가스 라인으로부터 분기되는 2계통의 상기 분기 공통 가스 라인의 다른쪽에 접속되고, 상기 공통 가스를 상기 탑재대에 탑재되는 기판의 주변부에 공급하기 위한, 상기 처리 용기 상부의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부와, 상기 첨가 가스원에 접속되고, 또한, 2계통의 상기 분기 공통 가스 라인의 적어도 한쪽에 상기 첨가 가스를 첨가하는 첨가 가스 라인과, 상기 첨가 가스 라인에 마련되고, 상기 첨가 가스의 유량을 조절하는 유량 조절부를 갖고, 상기 중앙 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구는 상기 처리용기의 상부에 배치되고, 상기 기판은 상기 처리 용기의 하부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 11 태양에 따른 플라즈마 처리 방법은, 천장부에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 투과하는 유전체 창을 갖고, 또한, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리용기 내에 도입된 처리 가스를 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하고, 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 상면에 마련되는 슬롯 안테나의 다수의 슬롯을 거쳐서 상기 처리용기의 처리공간에 플라즈마를 도입하는 플라즈마 처리 방법으로서, 공통 가스원으로부터 공급되는 공통 가스를 2계통으로 분기하여, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 주변부에 공급하기 위한 상기 처리 용기의 상부의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부에 도입하는 공정과, 첨가 가스원으로부터 공급되는 첨가 가스를 상기 2계통으로 분기되는 상기 공통 가스의 적어도 한쪽에 첨가하는 공정을 구비하고, 상기 중앙 도입구는 상기 처리용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구는 상기 처리 용기의 상부에 배치되고, 상기 기판은 상기 처리 용기의 하부에 배치되고, 상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 12 태양에 따른 플라즈마 처리 장치는, 처리용기와, 상기 처리용기의 상부에 마련되고, 처리공간을 구획하는 유전체 창과, 상기 처리용기의 내부에 마련되고, 상기 처리 용기의 하부에 배치되는 기판이 탑재되는 탑재대와, 상기 유전체 창의 상면에 마련된 슬롯 안테나와, 마이크로파 발생기와 상기 슬롯 안테나와 접속하는 마이크로파 도입로와, 상기 처리용기의 내부와 연통한 배기 장치와, 공통 가스원에 접속되는 공통 가스 라인으로부터 2계통으로 분기되는 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인과, 상기 제 1 분기 공통 가스 라인에 접속되고, 상기 탑재대에 탑재되는 상기 기판의 중앙부의 위쪽에 위치하는 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부와, 상기 제 2 분기 공통 가스 라인에 접속되고, 상기 처리 용기 상부의 둘레 방향을 따라 배열되고, 상기 유전체 창보다 아래쪽에 위치하는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부와, 첨가 가스원과 상기 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인의 적어도 한쪽을 접속하는 첨가 가스 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기판의 중앙부에 처리가스를 공급하는 중앙 도입구 및 기판의 주변부에 처리 가스를 공급하는 복수의 주변 도입구에, 2계통으로 분기시킨 공통가스를 도입하고, 2계통으로 분기시킨 공통 가스의 적어도 한쪽에 첨가 가스를 첨가하므로, 기판처리의 면내 균일성을 제어할 수 있다. 더욱이, 중앙 도입구가 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역에 배치되고, 복수의 주변 도입구가 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역에 배치되므로, 처리 가스의 해리도 다양하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 종단면도,
도 2는 도 1의 Ｘ-X선을 따른 단면도,
도 3은 유전체 창으로부터의 거리 Z와 플라즈마의 전자 온도의 관계를 나타내는 그래프,
도 ４는 실시예에서 사용한 플라즈마 처리 장치의 종단면도,
도 5는 비교예 1과 실시예 1에서, 웨이퍼의 X-X선을 따른 에칭 레이트를 비교한 그래프,
도 6은 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 있어서의 균일성을 평가한 그래프,
도 7은 비교예 1과 실시예 3에서, 웨이퍼의 X-X선을 따른 에칭 레이트를 비교한 그래프,
도 8은 실리콘 기판상에 형성한 패턴의 단면 사진을 나타내는 도면이다.
(플라즈마 처리 장치의 구조)
이하, 첨부 도면을 의거하여 본 발명의 일실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 본 명세서 및 도면에 있어서 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는 원통형상의 처리용기(2)를 구비한다. 처리용기(2)의 천장부는 유전체로 이루어지는 유전체 창(천판)(16)으로 덮힌다. 처리용기(2)는, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지고, 전기적으로 접지된다. 처리용기(2)의 내벽면은 알루미나(alumina) 등의 절연성 보호막(2f)으로 피복되어 있다.
처리용기(2)의 바닥부의 중앙에는 기판으로서의 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 함)(W)를 탑재하기 위한 탑재대(3)가 마련된다. 탑재대(3)의 상면에 웨이퍼(W)가 유지된다. 탑재대(3)는, 예를 들면, 알루미나나 질화 알루미나 등의 세라믹재로 이루어진다. 탑재대(3)의 내부에는 히터(5)가 매립되며, 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열할 수 있도록 되어 있다. 히터(5)는 지주내에 배치된 배선을 거쳐서 히터 전원(4)에 접속된다.
탑재대(3)의 상면에는 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하는 정전 척(CK)이 마련된다. 정전 척(CK)에는 정합기(MG)를 거쳐서 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원(HFQ)이 접속된다.
처리용기(2)의 바닥부에는 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼(W)의 표면보다도 아래쪽의 배기구(11a)로부터 처리 가스를 배기하는 배기관(11)이 마련된다. 배기관(11)에는 압력 제어 밸브(PCV), 진공 펌프(10)가 접속된다. 압력 제어 밸브(PCV) 및 진공 펌프(10)에 의해서, 처리용기(2)내의 압력이 소정의 압력으로 조절된다. 이들 배기관(11), 압력 제어 밸브(PCV) 및 진공 펌프(배기 장치)(10)가 배기 수단을 구성한다. 즉, 배기 장치(10)는 압력 제어 밸브(PCV)를 거쳐서, 처리용기(2)의 내부에 연통되어 있다.
처리용기(2)의 천장부에는 기밀성을 확보하기 위한 Ｏ링 등의 시일(15)을 거쳐서 유전체 창(16)이 마련된다. 유전체 창(16)은, 예를 들면, 석영, 알루미나(Ａl2O3), 혹은 질화 알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어지고, 마이크로파에 대해 투과성을 갖는다.
유전체 창(16)의 상면에는 원판 형상의 슬롯 안테나(20)가 마련된다. 슬롯 안테나(20)는 도전성을 갖는 재질, 예를 들면, Ag, Au 등으로 도금이나 코팅된 동으로 이루어진다. 슬롯 안테나(20)에는, 예를 들면, 복수의 Ｔ자 형상의 슬롯(21)이 동심원 형상으로 배열되어 있다.
슬롯 안테나(20)의 상면에는 마이크로파의 파장을 압축하기 위한 유전체판(25)이 배치된다. 유전체판(25)은, 예를 들면, 석영(SiO2), 알루미나(Al2O3), 혹은 질화 알루미늄(AlN) 등의 유전체로 이루어진다. 유전체판(25)은 도전성의 커버(26)로 덮인다. 커버(26)에는 원환형상의 열매체 유로(27)가 마련된다. 이 열매체 유로(27)를 흐르는 열매체에 의해서 커버(26) 및 유전체판(25)이 소정의 온도로 조절된다. 2.45㎓의 주파수의 마이크로파를 예로 들면, 진공 중의 파장은 약 12㎝이고, 알루미나제의 유전체 창(16) 중에서의 파장은 약 3∼4㎝로 된다.
커버(26)의 중앙에는 마이크로파를 전파하는 동축 도파관(30)이 접속된다. 동축 도파관(30)은 내측 도체(31)와 외측 도체(32)로 구성된다. 내측 도체(31)는 유전체판(25)의 중앙을 관통해서 슬롯 안테나(20)의 중앙에 접속된다.
동축 도파관(30)에는 모드 변환기(37) 및 구형 도파관(36)을 거쳐서 마이크로파 발생기(35)가 접속된다. 마이크로파는 2.45㎓ 이외에, 860㎒, 915㎒나 8.35㎓ 등의 마이크로파를 이용할 수 있다.
마이크로파 발생기(35)가 발생한 마이크로파는 마이크로파 도입로로서의 직사각형 도파관(36), 모드 변환기(37) 및 동축 도파관(30)과, 유전체판(25)으로 전파한다. 유전체판(25)으로 전파한 마이크로파는 슬롯 안테나(20)의 다수의 슬롯(21)으로부터 유전체 창(16)을 거쳐서 처리용기(2)내에 공급된다. 마이크로파에 의해서 유전체 창(16)의 아래쪽에 전계가 형성되고, 처리용기(2)내의 처리 가스가 플라즈마화된다.
슬롯 안테나(20)에 접속되는 내측 도체(31)의 하단은 원추 사다리꼴형상으로 형성된다. 이에 따라, 동축 도파관(30)으로부터 유전체판(25) 및 슬롯 안테나(20)로 마이크로파가 효율적으로 손실없이 전파된다.
래디얼 라인 슬롯 안테나에 의해서 생성된 마이크로파 플라즈마의 특징은 유전체 창(16) 바로 아래(플라즈마 여기 영역이라 함)에서 생성된 비교적 전자 온도가 높은 수 eV의 플라즈마가 확산하여, 웨이퍼(W) 바로 위(플라즈마 확산 영역)에서는 약 1∼2eV 정도의 낮은 전자 온도의 플라즈마로 되는 점에 있다. 즉, 평행 평판 등의 플라즈마와는 달리, 플라즈마의 전자 온도의 분포가 유전체 창(16)으로부터의 거리의 함수로서 명확하게 생기는 점에 특징이 있다. 더욱 상세하게는 도 3에 나타낸 바와 같이, 유전체 창(16) 바로 아래로부터의 거리 Z의 함수로서, 유전체 창(16) 바로 아래에서의 수 eV∼약 10eV의 전자 온도가, 웨이퍼(W)상에서는 약 1∼2eV 정도로 감쇠한다. 웨이퍼(W)의 처리는 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(플라즈마 확산 영역)에서 실행되기 때문에, 웨이퍼(W)에 리세스 등의 큰 데미지를 주는 일이 없다. 플라즈마의 전자 온도가 높은 영역(플라즈마 여기 영역)에 처리 가스가 공급되면, 처리 가스는 용이하게 여기되고 해리된다. 한편, 플라즈마의 전자 온도가 낮은 영역(플라즈마 확산 영역)에 처리 가스가 공급되면, 플라즈마 여기 영역 근방에 공급된 경우에 비해, 해리의 정도는 억제된다.
처리용기(2)의 천장부의 유전체 창(16) 중앙에는 웨이퍼(W)의 중심부에 처리 가스를 도입하는 중앙 도입부(55)가 마련된다. 동축 도파관(30)의 내측 도체(31)에는 처리 가스의 공급로(52)가 형성된다. 중앙 도입부(55)는 공급로(52)에 접속된다.
중앙 도입부(55)는 유전체 창(16)의 중앙에 마련된 원통형상의 공간부(59)에 끼워 넣어지는 원기둥 형상의 블럭(57)과, 동축 도파관(30)의 내측 도체(31)의 하면과 블럭(57)의 상면의 사이에 적당한 간격을 갖고 개구된 가스 저장부(60)로 구성된다. 블록(57)은, 예를 들면, 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지고, 전기적으로 접지되어 있다. 블럭(57)에는 상하 방향으로 관통하는 복수의 중앙 도입구(58)(도 2 참조)가 형성된다. 중앙 도입구(58)의 평면형상은 필요한 콘덕턴스 등을 고려해서 원형 또는 타원형 구멍으로 형성된다. 알루미늄제의 블럭(57)은 양극 산화 피막 알루미나(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3) 등으로 코팅된다.
내측 도체(31)를 관통하는 공급로(52)로부터 가스 저장부(60)에 공급된 처리 가스는 가스 저장부(60)내를 확산한 후, 블럭(57)의 복수의 중앙 도입구(58)로부터 아래쪽으로 또한 웨이퍼(W)의 중심부를 향해 분사된다.
처리용기(2)의 내부에는 웨이퍼(W)의 위쪽의 주변을 둘러싸도록, 웨이퍼(W)의 주변부에 처리 가스를 공급하는 링형상의 주변 도입부(61)가 배치된다. 주변 도입부(61)는 천장부에 배치되는 중앙 도입구(58)보다도 아래쪽이고, 또한 탑재대에 탑재된 웨이퍼(W)보다도 위쪽에 배치된다. 주변 도입부(61)는 중공의 파이프를 환상으로 형성하고, 그 내주측에 둘레 방향으로 일정한 간격을 두고 복수의 주변 도입구(62)를 개구하여 이루어진다. 주변 도입구(62)는 주변 도입부(61)의 중심을 향해 처리 가스를 분사한다. 주변 도입부(61)는, 예를 들면, 석영으로 이루어진다. 처리용기(2)의 측면에는 스테인리스제의 공급로(53)가 관통한다. 공급로(53)는 주변 도입부(61)에 접속된다. 공급로(53)로부터 주변 도입부(61)의 내부에 공급된 처리 가스는 주변 도입부(61)의 내부의 공간을 확산한 후, 복수의 주변 도입구(62)로부터 주변 도입부(61)의 내측을 향해 분사된다. 복수의 주변 도입구(62)로부터 분사된 처리 가스는 웨이퍼(W)의 주변 상부에 공급된다. 또, 링형상의 주변 도입부(61)를 마련하는 대신에, 처리용기(2)의 내측면에 복수의 주변 도입구(62)를 형성해도 좋다.
처리용기(2)내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스원은 공통 가스원(41) 및 첨가 가스원(42)으로 구성된다. 공통 가스원(41) 및 첨가 가스원(42)은 플라즈마 에칭 처리, 플라즈마 CVD 처리에 따른 처리 가스를 공급한다. 예를 들면, Poly-Si 등의 실리콘계의 막을 에칭할 때에는 Ar 가스, HBr 가스(또는 Cl2 가스), O2 가스를 공급하고, SiO2 등의 산화막을 에칭할 때에는 Ar 가스, CHF계 가스, CF계 가스, O2 가스를 공급하고, SiN 등의 질화막을 에칭할 때에는 Ar 가스, CF계 가스, CHF계 가스, O2 가스를 공급한다.
또, CHF계 가스로서는 CH3(CH2)3CH2F, CH3(CH2)4CH2F, CH3(CH2)7CH2F, CHCH3F2, CHF3, CH3F 및 CH2F2 등을 들 수 있다.
CF계 가스로서는 C(CF3)4, C(C2F5)4, C4F8, C2F2 및, C5F8 등을 들 수 있다.
공통 가스원(41)과 첨가 가스원(42)에서 같은 종류의 가스를 공급해도 좋고, 공통 가스원(41)과 첨가 가스원(42)에서 다른 종류의 가스를 공급해도 좋다. 후술하는 바와 같이, 에칭 가스의 해리를 억제하기 위해서는 공통 가스원(41)으로부터 플라즈마 여기용 가스를 공급하고, 첨가 가스원(42)으로부터 에칭 가스를 공급해도 좋다. 예를 들면, 실리콘계의 막을 에칭할 때에는 공통 가스원(41)으로부터 플라즈마 여기용 가스로서 Ar 가스만을 공급하고, 첨가 가스원(42)으로부터 에칭 가스로서 HBr 가스, O2 가스만을 공급하는 등으로 해도 좋다.
공통 가스원(41)은 또한, O2, SF6 등의 클리닝 가스 및 그 밖의 공통 가스를 공급한다. 공통 가스원(41)이 공급하는 공통 가스는 후술하는 플로우 스플리터(44)에 의해 2계통으로 나뉜다. 공통 가스원(41)을 마련함으로써, 첨가 가스원(42)에 공통 가스원을 마련할 필요가 없어지고, 가스 라인을 간소화할 수 있다.
공통 가스원(41)에는 각 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c)가 마련된다. 또한, 유량을 제어하기 위한 제어 장치(49)가, 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c), 플로우 스플리터(44) 및 유량 제어 밸브(42a, 42b, 42c)에 접속된다. 복수의 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c)는 복수개의 공통 가스 라인(45)에 접속된다. 가스를 혼합하기 위해, 복수개의 공통 가스 라인(45)은 1개로 합쳐지고, 플로우 스플리터(44)의 상류측에 접속된다. 복수의 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c)는 제어 장치(49)에 의해서 제어된다. 제어 장치(49)는 각 가스의 유량을 조절하고, 플로우 스플리터(44)에 공급되는 공통 가스의 가스종마다의 유량/분압을 결정한다.
공통 가스원으로부터 공급되는 공통 가스는 혼합된 후, 공통 가스 라인의 도중에 마련되는 플로우 스플리터(44)에 도입된다. 플로우 스플리터(44)는 공통 가스를 2계통으로 나눈다. 플로우 스플리터(44)의 하류측에는 2계통의 분기 공통 가스 라인(46, 47)이 마련된다. 2계통의 분기 공통 가스 라인의 한쪽(46)은 처리용기(2)의 천장부의 중앙 도입구(58)에 접속되고, 다른 쪽(47)은 처리용기(2)의 내부의 주변 도입부(61)에 접속된다.
플로우 스플리터(44)는 2계통으로 나누어지는 공통 가스의 분기 비율, 즉, 분기 공통 가스 라인의 한쪽(46)의 유량과 다른 쪽(47)의 유량의 비를 조절한다. 플로우 스플리터(44)는 제어 장치(49)에 의해서 제어되고, 제어 장치(49)가 공통 가스의 분기 비율을 결정한다.
여기서, 균일한 플라즈마의 생성, 면내 균일한 웨이퍼(W)의 처리를 목적으로 하여, 플로우 스플리터(44)에 의해서 공통 가스의 분기 비율을 조절하고, 중앙 도입구(58) 및 주변 도입부(61)로부터의 가스 도입량을 조절하는 기술을 RDC(Radial Distribution Control)라 부른다. RDC는 중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입량과 주변 도입부(61)로부터의 가스 도입량의 비에 의해 나타나진다. 중앙 도입부(55) 및 주변 도입부(61)에 도입하는 가스종이 공통인 경우가, 일반적인 RDC이다. 최적의 RDC값은 에칭 대상막의 종류나 각종 조건에 따라 실험적으로 결정된다.
에칭 처리에서는 에칭을 따라 부생성물(에칭된 찌꺼기나 퇴적물)이 생성된다. 그 때문에, 처리용기(2)내에서의 가스 흐름을 개선하고, 부생성물의 처리용기 밖으로의 배출을 촉진하기 위해, 중앙 도입부(55)로부터의 가스 도입과 주변 도입부(61)로부터의 가스 도입을 교대로 실행하는 것이 검토되고 있다. 이것은 RDC값을 시간적으로 전환하는 것에 의해 실현 가능하다. 예를 들면, 웨이퍼(W)의 중심 부분에 많은 가스를 도입하는 스텝과, 주변부에 많은 가스를 도입하는 스텝을 소정 주기로 반복하여, 기류를 조절함으로써 처리용기(2)로부터 부생성물을 쓸어 내는 것에 의해 균일한 에칭 레이트를 달성하고자 하는 것이다.
첨가 가스원(42)에는 각 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(42a, 42b, 42c)가 마련된다. 복수의 유량 제어 밸브(42a, 42b, 42c)는 복수개의 첨가 가스 라인(48)에 접속된다. 가스를 혼합하기 위해, 복수개의 첨가 가스 라인(48)은 1개로 합쳐진다. 그리고, 첨가 가스 라인(48)은 플로우 스플리터(44)의 하류측의, 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)에 접속된다. 제어 장치(49)는 첨가 가스원(42)의 각 가스의 유량을 제어하고, 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)에 첨가되는 첨가 가스의 가스종마다의 분압을 제어한다.
또, 이 실시형태에서는 첨가 가스 라인은 주변 도입부(61)에 접속되는 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)에 접속되어 있지만, 이와는 반대로, 분기 공통 가스 라인의 한쪽(46)에 접속되어도 좋다.
본 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의하면， 플로우 스플리터(44)로부터 2계통으로 분기하는 분기 공통 가스 라인 중의 다른 쪽(47)에 첨가 가스 라인을 접속하고, 그 다른 쪽에 첨가 가스를 첨가하므로, 2계통의 분기 공통 가스 라인(46, 47)간에 가스종마다의 분압이나 가스종 자체를 임의로 변화시킬 수 있다. 웨이퍼(W)의 중심 부분과 주변 부분에서, 도입되는 처리 가스의 가스종마다의 분압이나 가스종 자체를 변화시킬 수 있으므로, 플라즈마 처리의 특성을 다양하게 변화시킬 수 있다.
(플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 에칭의 일예)
이상과 같이 구성된 플라즈마 처리 장치(1)를 사용한 플라즈마 처리의 일예로서, HBr을 포함하는 처리 가스를 사용하여, 웨이퍼(W)의 상면의 Poly-Si막을 에칭하는 예를 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 우선, 웨이퍼(W)가 처리용기(2)내에 반입되고, 탑재대(3)상에 탑재되며 정전 척(CK)상에 흡착된다. 정전 척(CK)에는 직류 전류 및/또는 고주파 전원(HFQ)로부터 정합기(MG)를 거쳐서 고주파 전압이 인가된다. 압력 제어 밸브(PCV)가 컨트롤러(CONT)에 의해 제어되고, 배기관(11)으로부터 배기가 실행되어 처리용기(2)내가 감압된다. 컨트롤러(CONT)는 압력 제어 밸브(PCV) 이외에, 유량의 제어 장치(49), 고주파 전원(HFQ), 히터 전원(4) 및, 마이크로파 발생기(35) 등의 요소를 제어하고 있다. 또, 컨트롤러(CONT)는 제어 장치(49)에 유량의 제어 지시를 출력하고 있다.
다음으로, 공통 가스원(41)으로부터 Ar 가스로 이루어지는 공통 가스가 플로우 스플리터(44)에 공급된다. 플로우 스플리터(44)에 공급되는 Ar 가스의 압력은 제어 장치(49)에 의해서 결정된다. 이와 동시에, 첨가 가스원(42)으로부터 HBr 가스, O2 가스를 포함하는 첨가 가스를 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)에 공급한다. 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)에 첨가되는 HBr 가스 및 O2 가스의 분압은 제어 장치(49)에 의해서 제어된다.
플로우 스플리터(44)는 Ar 가스로 이루어지는 공통 가스를 2계통으로 나눈다. 플로우 스플리터(44)의 분기 비율은 제어 장치(49)에 의해서 결정된다.
플로우 스플리터(44)에 의해서 2계통으로 나누어진 공통 가스 중의 1계통은 분기 공통 가스 라인의 한쪽(46)을 거쳐서 처리용기(2)의 천장부의 중앙 도입구(58)에 도입된다. 그리고, 중앙 도입구(58)로부터 처리용기(2)내에 도입된다.
2계통으로 나누어진 공통 가스 중의 다른 쪽의 계통은 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)을 거쳐서, 처리용기(2)의 내부의 주변 도입부(61)에 도입된다. 분기 공통 가스 라인의 다른 쪽(47)에는 HBr 가스, O2 가스를 포함하는 첨가 가스가 첨가되어 있다. 이 때문에, 주변 도입부(61)에는 공통 가스와 첨가 가스의 혼합 가스인 Ar 가스, HBr 가스, O2 가스가 공급된다. 혼합 가스는 주변 도입부(61)로부터 처리용기(2)내에 공급된다.
마이크로파 발생기(35)를 작동시키면, 우선, Ar 가스가 마이크로파에 의해 여기되고, Ar 플라즈마가 생성된다. 다음에, Ar 플라즈마에 의해 HBr 가스, O2 가스가 여기되고, 생성한 래디컬과 이온에 의해서, Poly-Si막이 에칭된다. 소정 시간 에칭 처리가 실행된 후, 마이크로파 발생기(35)의 작동과 처리용기(2)내에의 처리 가스의 공급이 정지된다.
그 후, 웨이퍼(W)가 처리용기(2)로부터 반출되어 일련의 플라즈마 에칭 처리가 종료한다. 로트 단위로 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭이 종료했을 때에는 공통 가스원(41)으로부터 처리용기(2)내에 O2 가스 등의 클리닝 가스가 공급되고, 처리용기(2)의 내부가 클리닝된다.
(에칭 가스의 최적의 해리 상태를 실현하기 위한 대책)
미세 패턴의 에칭은 피에칭막의 측벽을 보호(퇴적)하면서, 에칭종에 따라 에칭을 실행할 필요가 있다. 특히, 선택비를 요하는 에칭에 있어서는 퇴적에 의한 에칭 마스크의 보호와, 에칭의 밸런스를 유지해서 에칭하는 것이 중요하게 된다. 에칭 가스의 과잉 해리를 억제하고, 에칭에 필요한 이온종, 래디컬종을 에칭 가스의 해리를 컨트롤해서 만들어 낼 필요가 있다. 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서는 플라즈마 처리공간이 넓고, 플라즈마의 전자 온도가 유전체 창(16)으로부터의 거리에 따라 감쇠하는 것을 특징으로 하기 때문에, 에칭 가스를 도입하는 위치에 따라, 에칭 가스가 해리하는 상태를 바꿀 수 있다. 유전체 창(16) 바로 아래에 에칭 가스를 도입하면, 플라즈마의 전자 온도가 높으므로, 에칭 가스의 해리는 진행하기 쉬워진다. 한편, 유전체 창(16)으로부터 비교적 먼 위치에 에칭 가스를 도입하면, 플라즈마의 전자 온도가 낮으므로, 에칭 가스의 해리를 정도가 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 원하는 에칭 가스의 해리 상태를 얻고자 할 때, 유전체 창(16) 바로 아래에 공급하는 가스의 양과, 유전체 창(16)에서 먼 위치에 공급하는 가스의 양을 조절하는 것에 의해 용이하게 해리 상태를 컨트롤할 수 있다. 전술한 바와 같이, 래디얼 라인 슬롯 안테나에 의해 마이크로파 플라즈마를 발생시키면, 웨이퍼(W)를 처리하는 영역에 저전자 온도이고 또한 고밀도의 플라즈마(1012㎝-3 정도)를 균일하게 생성할 수 있다. 즉, 유전체 창(16)의 바로 아래의 발생 영역에서의 플라즈마는 고밀도이고 전자 온도도 비교적 높지만, 플라즈마는 아래쪽의 웨이퍼(W)의 처리를 실행하는 영역으로 확산하고, 전자 온도도 저하한다. 해당 플라즈마는 발생 영역의 플라즈마가 고밀도이기 때문에, 확산 영역에 있어서도 충분하게 고밀도가 유지된다.
이들로부터, 구체적으로는 과잉 해리를 억제한 에칭종/래디컬을 생성하기 위해서는 마이크로파 플라즈마의 확산 영역에 에칭 가스를 많이 공급하면 좋게 된다. 본 실시형태에 있어서는 플라즈마의 확산 영역에는 주변 도입부(61)가 배치되므로, 주변 도입부(61)에 에칭 가스를 공급하면 해리를 억제할 수 있다. 즉, 플라즈마 처리 중에 공통 가스원(41)으로부터 플라즈마 여기용 가스로서의 Ar 가스를 공급하고, 첨가 가스원(42)으로부터 에칭 가스로서의 HBr 가스 및 O2 가스를 공급하면, 에칭 가스의 해리를 억제할 수 있다.
또한, 유전체 창(16)에 배치되는 중앙 도입구(58)가 웨이퍼(W)를 향해 분사하는 처리 가스의 흐름의 주위에 복수의 주변 도입구(62)를 배치하는 동시에, 복수의 주변 도입구(62)가, 중앙 도입구(58)가 분사하는 처리 가스의 흐름을 향해 처리 가스를 분사하는 구성으로 한 것에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 도달한 플라즈마 및 에칭 가스를 웨이퍼(W)의 중앙부에 있어서 제어하는 것 및, 웨이퍼(W)의 주변부에 있어서 제어하는 것을, 독립적으로 제어하는 것이 가능하게 되므로, 에칭 레이트의 면내 균일성 제어에 우수한 효과를 초래한다.
또한, 에칭 가스의 선택, 웨이퍼 Ｗ상의 대상 디바이스나 대상막(예를 들면, 폴리실리콘막, 산화막, 질화막 등)의 조합에 따라， 유전체 창(16) 근방의 중앙 도입구(58)로부터의 가스 공급과 웨이퍼 Ｗ 근방의 주변 도입부(61)로부터의 가스 공급량/비율을 조합해서 결정함으로써, 최적의 균일성 제어가 가능하게 된다. 마이크로파 플라즈마는 발생 영역의 유전체 창(16) 근방에서는 전자 온도가 높지만, 발생 영역에서 멀어지면 급속하게 확산하여 전자 온도가 낮아진다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 피처리 표면에서는 웨이퍼(W)를 손상시키지 않는 에칭이 가능하게 된다.
링형상의 주변 도입부(61)는 플라즈마의 아래쪽 방향으로의 플라즈마의 확산의 통로로서, 중앙부가 크게 개구되어 있고, 플라즈마는 웨이퍼(W)의 피처리 표면을 향해 하강해 간다. 주변 도입부(61)에는 복수의 주변 도입구(62)가 플라즈마의 확산의 통로에 대해 직교하는 방향에 마련되어 있고, 에칭 가스로서, HBr, O2 등이 분사된다. 플라즈마의 전자 온도가 낮기 때문에, 복수의 주변 도입구(62)로부터 공급된 에칭 가스는 낮은 해리의 상태로 웨이퍼(W) 표면에 도달한다. 예를 들면, 폴리실리콘막에 대해, 이온 에너지로서는 작지만, 에칭의 화학 반응의 촉진에는 바람직한 이온으로서 작용하고, 예를 들면, 폴리실리콘막의 에칭형상을 측벽의 직각을 유지한 상태에서 홀을 형성하는 반응을 야기시킨다.
또한, 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향한 중앙 도입구(58)로부터도 에칭 가스를 추가해서 공급하고, 웨이퍼(W)의 주변부에 대향한 복수의 주변 도입구(62)로부터 에칭 가스를 공급하여 양자의 공급량과 비율을 선택함으로써, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 에칭 레이트(에칭 속도)의 균일성을 바람직하게 제어할 수 있다.
에칭 가스를 주변 도입부(61)로부터 공급함으로써, 이하의 장치적인 이점도 있다. 즉, HBr 등의 에칭 가스는 부식성 가스이며, 알루미늄을 부식시킨다. 중앙 도입구(58)의 블럭(57)은 알루미늄제므로, 가령 표면을 양극 산화막으로 피복했다고 해도 부식될 우려가 있다. 주변 도입부(61)는 석영 등의 비부식성 재료로 이루어지므로, 주변 도입부(61)에 에칭 가스를 흘려도 부식할 우려는 없다.
또한, 실리콘 산화막 등을 에칭하는 경우, 에칭 가스로서 CF계 또는 CHF계의 가스(예를 들면, 퇴적성의 CH2F2)를 사용한다. 유전체 창(16)을 관통해서 마련된 중앙 도입구(58)로부터 CF계의 가스를 도입하면, 높은 전자 온도의 플라즈마에 의해서 생성한 래디컬이나 전자가 중앙 도입구(58)를 역류하고, 가스가 처리실내에 도입되기 전에 CF계의 가스를 해리시키고, 중앙 도입구(58)에 반응 생성물이 퇴적하는 것에 의해, 중앙 도입구(58)가 막힐 우려가 있다. 플라즈마의 전자 온도가 낮은 위치의 주변 도입부(61)로부터 CF계의 가스를 처리실내에 도입함으로써, 높은 전자 온도의 플라즈마에 의해서 생성한 래디컬 등에 의한 가스의 해리를 억제하고, 중앙 도입구(58)에 반응 생성물이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또, 상기에는 본 발명의 바람직한 1실시형태를 나타냈지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들면, 본 발명의 에칭 장치에서 처리되는 기판은 반도체 웨이퍼(W), 유기 EL 기판, FPD(플랫 패널 디스플레이)용의 기판의 어느 것이라도 좋다.
처리용기(2)의 유전체 창(16)으로부터 마이크로파를 도입하고, 처리용기내에 마이크로파 여기 플라즈마를 생성할 수 있으면, 플라즈마 소스는 래디얼 라인 슬롯 안테나에 한정되지 않는다.
(실시예)
도 ４에 나타내는 바와 같이, 첨가 가스원(42)으로부터, 첨가 가스로서 HBr 가스, CH2F2 가스 또는 CHF3 가스, Ar 가스 및, O2 가스를 공급할 수 있도록 하였다. 또, 동일 도면에서는 설명의 명확화를 위해, 도 1에 나타낸 정전 척 등의 상세한 구성의 기재는 생략하고 있다. 가스 박스에는 각 가스의 유량을 제어하는 유량 조절부로서의 유량 제어 밸브(42a∼42d)를 마련하고, 각각의 가스의 유량이, 각각의 유량 제어 밸브(42a∼42d)에 의해서 제어된다. 각 유량 제어 밸브(42a∼42d)는 도 1에 나타낸 제어 장치(49)에 의해 제어된다.
또, 공통 가스원(41)에도, 복수의 다른 종류의 가스종의 유량을, 각각 제어 가능한 유량 조절부로서의 복수의 유량 제어 밸브(41a, 41b, 41c, ··41x)가 마련되어 있고, 이들도 도 1에 나타낸 제어 장치(49)에 의해 제어된다. 공통 가스원(41)으로부터 공통 가스로서, HBr 가스, CH2F2 가스 또는 CHF3 가스, Ar 가스, O2 가스, 및 클리닝 가스 그 밖의 공통 가스를 공급할 수 있도록 하였다. 가스종은 에칭 대상으로 되는 막종에 따라 선택된다. 예를 들면, Poly-Si를 에칭할 때는 Ar 가스, HBr 가스, O2 가스가 선택되고, SiO2막을 에칭할 때는 Ar 가스, CHF계 가스, O2 가스가 선택된다. 공통 가스를 플로우 스플리터(44)에 의해서 2계통으로 나누고, 1계통의 처리 가스를 처리용기(2)의 천장부의 중앙 도입구(58)로부터 처리용기(2)의 내부에 도입할 수 있고, 나머지의 1계통의 처리 가스를 처리용기(2)의 주변 도입부(61)로부터 도입할 수 있도록 하였다.
(Poly-Si의 에칭의 실시예 1)
공통 가스로서 Ar 가스를 사용하고, 첨가 가스로서 HBr/O2를 사용하고, 웨이퍼(W)상의 Poly-Si를 에칭하였다. 공통 가스 라인(45)에는 Ar 가스만을 흘렸다. Ar 가스를 플로우 스플리터(44)에서 2계통으로 나누고, 중앙 도입구(58) 및 주변 도입부(61)로부터 처리용기(2)내에 Ar 가스를 도입하였다. Ar 가스의 도입량비( 이하, RDC라 함)는 이하의 표 1과 같다.
여기서, RDC는 중앙 도입구(58)로부터의 가스 도입량과, 주변 도입부(61)로부터의 가스 도입량의 비로 나타난다. 이 실시예 1에서는 RDC를 (1) 7:93, (2) 50:50, (3) 80:20의 3패턴으로 변화시켰다. 각각의 RDC의 패턴마다 분기 공통 가스 라인에 HBr 및 O2를 첨가하였다. 여기서, ＭＷ는 마이크로파의 파워, RF는 웨이퍼에 인가하는 바이어스의 파워, 압력은 처리용기(2)내의 압력을 나타낸다.
공통가스 RDC(1) RDC(2) RDC(3) 첨가가스 MW RF 압력
HBr O2
100sccm 7:93 50:50 80:20 580sccm 3sccm 2000W 150W 100mT
(Poly-Si의 에칭의 비교예 1)
첨가 가스원(42)으로부터 처리 가스를 첨가하지 않은 비교예를 실행하였다. 첨가 가스원(42)으로부터 HBr 및 O2를 첨가하지 않고, 공통 가스원(41)으로부터만 Ar/HBr/O2를 공급하였다. 이 비교예 1에 있어서, RDC를 (1) 7:93, (2) 50:50의 2패턴으로 변화시켰다. 표 2는 비교예 1의 처리 조건을 나타낸다.
공통가스 RDC(1) RDC(1) MW RF 압력
Ar HBr O2
1000sccm 580sccm 3sccm 7:93 50:50 2000W 150W 100mT
도 5a 및 5b는 각기 비교예 1 및 실시예 1에서, 웨이퍼(W)의 X축 방향의 에칭 레이트를 비교한 그래프이다. 종축은 에칭 레이트(Poly E/R(㎚/min))를 나타내고, 횡축은 웨이퍼(W)의 중심부로부터의 거리 X(㎜)를 나타내고 있다. 그래프 중의 선이 평평한 직선에 가까우면 가까울수록, 에칭 레이트의 면내 균일성이 높게 된다.
비교예 1에서는 RDC 50일 때(즉, 중앙 도입구(중심부)로부터 도입되는 가스 도입량을 50%, 주변 도입부(에지)로부터 도입되는 가스 도입량을 50%로 한 경우), 웨이퍼(W)의 주변부의 에칭 레이트가 중심부의 에칭 레이트보다도 낮고, 균일성을 확보하기 어려웠다. 또한, RDC를 7:93으로 설정했을 때(웨이퍼(W)의 중심부에 도입되는 가스 도입량을 7%로 했을 때), 웨이퍼(W)의 중심부의 에칭 레이트가 저하하였다.
이에 대해, 실시예 1에서는 RDC를 변화시킴으로써, 에칭 레이트의 균일성의 분포가, 중앙이 움푹 패인 것에서 중앙이 부풀어 오른 것까지 다양하게 변화시킬 수 있었다. 웨이퍼(W)의 주변부에 HBr 및 O2를 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 주변부가 중심부보다도 에칭되는 경향을 강하게 할 수 있기 때문으로 추측된다. 예를 들면, RDC를 7:93으로 설정하면, 웨이퍼(W)의 중심부의 에칭 레이트를 낮게 할 수 있다. RDC를 50:50으로 설정하면, 에칭 레이트의 분포를 플랫으로 할 수 있다. 특히, RDC7에서 비교예와 비교하면, 중심부의 에칭 레이트를 더욱 크게 변화시킬 수 있다.
도 6은 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 있어서의 균일성을 평가한 그래프이다. 횡축이 RDC의 비(웨이퍼(W)의 중심부에 도입되는 가스 도입량의 비율)이며, 종축이 불균일성(non uniformity)이다. 종축의 플러스의 값이 크면 클수록, 웨이퍼(W)의 중심부의 에칭 레이트가 높아지는 경향에 있는 것을 의미하고, 종축의 마이너스의 값이 작으면 작을수록(절대값이 크면 클수록), 웨이퍼(W)의 주변부의 에칭 레이트가 높아지는 경향에 있는 것을 의미한다.
비교예 1에서는 RDC가 12∼13일 때에 불균일성(종축)이 0이 된다(바꿔 말하면, 가장 균일하게 된다). 그러나, RDC가 12∼13을 넘으면, 불균일성이 정의 값이 된다(즉, 웨이퍼(W)의 주변부에 비해, 중심부의 에칭 레이트가 커진다). 이에 대해, 실시예 1에서는 취화수소(HBr)와 산소 3sccm을 주변부로부터 도입하고, RDC가 35∼36일 때에, 종축의 불균일성이 0이 된다(바꿔 말하면, 가장 균일하게 된다). 불균일성이 0이 될 때의 RDC의 값이 커지고, 50에 가까워지면, 불균일성이 커진다. 또한, 도입하는 산소량을 증가시켜, 6sccm으로 하면(실시예 2로 하면), 균일성이 좋아지는 RDC의 값이 약 55로 된다. 이상으로부터, 아르곤과 산소(3sccm)와 취화수소(HBr 580sccm)를 전부 혼합하고, RDC값을 변화시키는 경우에 비해, 취화수소(HBr)와 산소 가스를 주변부로부터 첨가 가스로서 별도로 첨가하여 도입하는 것에 의해서， 균일성을 얻을 수 있는 RDC값을 크게 이동시키는 것이 가능해진다. 특히, 산소량을 증가시키면, 균일성이 가장 좋아지는 RDC값이 그래프의 우측 방향으로 이동하므로, 산소의 유량비가 처리에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 또한, RDC의 변화에 대해 불균일성의 값이 정과 부로 밸런스 좋게 분포하므로, 웨이퍼(W)의 주변부가 에칭되는 경향을 비교예 1보다도 강하게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 6 중의 실시예 2는 O2의 첨가량을 실시예 1의 2배로 했을 때의 데이터를 나타낸다. O2의 첨가량을 2배로 하면, 불균일성이 0이 될 때의 RDC를 더욱 올릴 수 있다. 단, RDC의 변화에 대해 불균일성의 변화의 비율이 급준하게 되는 것에 유의할 필요가 있다. 즉, 실시예 1에 있어서 산소를 3sccm 첨가한 경우와, 실시예 2와 같이 6sccm 첨가한 경우를 비교하면, RDC의 변화량에 대한 불균일성(%)의 변화량(즉, 기울기)이 변화한다. 산소를 6sccm 가했을 때의 쪽이, 더욱 민감하게 불균일성에 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 바꿔 말하면, 6sccm의 산소를 가할 때, 균일성을 담보할 수 있는 RDC값의 폭은 매우 좁은 범위에 있다. 한편, 산소를 3sccm 가한 경우에는 균일성을 담보할 수 있는 RDC값의 폭은 넓고 보다 덜 민감하다고 할 수 있다. 처리용기내에 도입되는 총 에칭 가스의 유량이 동등한 경우에도, 이와 같이 RDC값에 변화가 생기는 것은 처리 장치내에 공급한 가스의 해리 상태의 차이에 의한 것으로 생각할 수 있다.
에칭 처리를 다수의 웨이퍼에 대해 연속적으로 실행하면, 처리용기(2)내에 에칭 퇴적물이 퇴적하는 것 등에 의해 처리용기내의 상태가 경시적으로 변화하고, 웨이퍼간에 에칭 처리에 편차가 생긴다. 본 발명은 경시 변화에 의한 웨이퍼의 처리의 불균일을 억제하는 것에도 유효하게 이용된다. 구체적으로는, 웨이퍼의 에칭의 균일성을 소정 개수마다 검사하여, 에칭 가스의 조성을 변화시키거나, RDC값을 최적값으로 피드백해서 조정하기 쉽게 할 수 있다. 에칭 처리 후의 웨이퍼를 광학적인 수법을 이용하여, 예를 들면, 25개 걸러마다 에칭형상(에칭 깊이 등)을 검사하고, 면내의 에칭 균일성을 산출하고, 그 값이 기준(범위내)인지 어떤지 판정한다. 그 값이 기준값(범위내)이 아닐 때, RDC의 값을 미세 조정한다. 구체적으로는 불균일성(%)이 정인 경우에는 RDC값을 내리고, 부인 경우는 RDC값을 올리는 식으로 조정할 수 있다. 도 6에 있어서, 비교예 1에 나타내는 경우보다도 실시예에 관한 구성 쪽이, RDC값을 변화시킬 수 있는 폭이 크고, 소위 "조정범위"가 크고, 제어성이 높다고 할 수 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같은 데이터를 각각의 산소량에 대해, 기억 장치를 포함하는 컨트롤러(CONT)내에 축적해 두고, 각 유량 제어 밸브를 흐르는 유량을 조정함으로써, 상술한 바와 같이 RDC값을 제어하도록, 자동적으로 피드백 제어하는 것도 가능하다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향한 중앙 도입구(58)로부터 공급하는 가스보다도, 더욱 웨이퍼(W)에 가까운 위치이고 또한 웨이퍼(W)의 주변부에 대향해서 가스를 공급하는 주변 도입구(62)로부터의 가스 공급량 쪽을 상대적으로 증가시킴으로써, 웨이퍼(W)의 표면 전체의 에칭 레이트의 균일성을, 양자의 가스의 공급량의 비율을 동일한 비율로 변화시켰을 때보다도, 더욱 큰 에칭 레이트의 변화가 얻어진다.
(Poly-Si의 에칭의 실시예 3)
상기 실시예 1에서는 도 ４에 나타내는 바와 같이, 주변 도입부(61)에 접속되는 분기 공통 가스 라인(47)에 HBr 및 O2를 첨가하였다. 이에 대해, 실시예 3에서는 중앙 도입구(58)에 접속되는 분기 공통 가스 라인(46)에 첨가 가스를 첨가하였다. 즉, 도 ４에 있어서의 첨가 가스 라인(48) 대신에, 이것을 첨가 가스 라인(48’)(점선으로 나타냄)으로 하고, 첨가 가스 라인(48’)을 분기 공통 가스 라인(46)에 접속하였다.
공통 가스 라인(45)내를 흐르는 공통 가스로서, Ar/HBr/O2를 사용하고, 첨가 가스 라인(48’)내를 흐르는 첨가 가스로서 O2를 사용하였다. 표 3에 처리 조건을 나타낸다.
공통가스 RDC 첨가가스 O2 MW RF 압력
Ar HBr O2
1000sccm 600sccm 3sccm 7:93 3sccm 2000W 150W 100mT
도 7은 O2를 첨가한 실시예 3에 있어서의 웨이퍼(W)의 X-X선을 따른 에칭 레이트를, RDC를 7:93으로 설정한 비교예 1의 에칭 레이트와 함께 나타낸 그래프이고, 종축은 에칭 레이트(Poly E/R(㎚/min))를 나타내며, 횡축은 웨이퍼(W)의 중심부로부터의 거리 X(㎜)를 나타내고 있다. 실시예 3과 같이, O2 가스를 중앙 도입구(58)에 첨가하면, 주변 도입부(61)에 첨가하는 경우에 비해, 웨이퍼(W)의 중심부의 에칭 레이트가 국소적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 에칭 레이트의 분포를 넓은 범위에서 균일하게 제어하고 싶은 경우에는 실시예 1과 같이 주변 도입부(61)에 에칭 가스를 첨가하는 것이 유효하다고 고려된다. 실시예 3과 RDC가 7인 실시예 1을 비교하면 에칭 레이트는 마찬가지의 거동을 나타내었다.
또, 장치 구성으로서는 쌍방의 첨가 가스 라인(48, 48’)을 모두 이용하는 구조를 채용할 수도 있다.
(STI(Shallow Trench Isolation) 형성용의 에칭의 실시예 4)
실시예 4에서는 실시예 1과 동일한 장치 구성이고, 가스 유량비 등의 조건을 이하의 표 ４에 나타내는 조건으로 하고, 에칭 대상물을 실리콘 기판으로 하고, STI 형성용의 실리콘 에칭을 실행하였다. 웨이퍼(W)의 중심부 및 주변부 각각에 패턴이 밀(密)하게 밀집해 있는 부분(Dense)과 패턴이 소(疎)인 부분(Isolated)이 있는 샘플에 대해 에칭을 실행하였다.
공통가스 RDC 첨가가스 O2 MW RF 압력
Ar HBr HBr O2
1000sccm 250sccm 40:60 750sccm 3sccm 2000W 150W 100mT
도 8은 실리콘 기판상에 형성한 패턴의 단면사진을 나타내는 도면으로서, 상기 밀한 부분과 소한 부분을 나타내고 있다. 패턴의 선폭, 트렌치 측벽의 경사각, 트렌치의 깊이를 측정한 결과, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부에서 그 차는 요구되는 값의 범위내이며, 또 패턴의 밀과 소에서도 그 차는 요구되는 값의 범위내이었다.
또, RDC값은 피에칭막과 그 하지막의 에칭 선택비를 고려하여 적절히 조절이 가능하다. 예를 들면, 하지막이 산화막이고, 산소가 포함되는 플라즈마를 이용해서 에칭할 때에는 하지막과의 에칭 선택성이 높고 형상 제어성이 좋은 에칭이 가능하므로, 균일성이 높은 에칭에 필요한 RDC값의 폭을 더욱 넓게 취하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 상술한 플라즈마 처리 장치는 처리용기(2)와, 처리용기(2)의 상부에 마련되고, 처리 공간을 구획하는 유전체 창(16)과, 처리용기(2)의 내부에 마련된 탑재대(3)와, 유전체 창(16)의 상면에 마련된 슬롯 안테나(20)와, 마이크로파 발생기(35)와 슬롯 안테나(20)와 접속하는 마이크로파 도입로(36, 37, 30)와, 처리용기(2)의 내부에 연통한 배기 장치(10)와, 희가스 등의 플라즈마 여기용 가스를 포함하는 공통 가스원(41)에 접속되는 공통 가스 라인(45)과, 공통 가스 라인(45)의 도중에 마련되고, 공통 가스 라인(45)을, 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인(46, 47)으로 분기하고, 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인(46, 47)을 흐르는 가스의 유량의 비율을 조절 가능한 플로우 스플리터(44)와, 제 1 분기 공통 가스 라인(46)에 접속되고, 탑재대(3)에 탑재되는 기판 W의 중앙부의 위쪽에 위치하는 중앙 도입구(58)를 갖는 중앙 도입부(55)와, 제 2 분기 공통 가스 라인(47)에 접속되고 기판 W의 위쪽의 공간의 둘레 방향을 따라 배열되고, 유전체 창(16)보다도 아래쪽에 위치하는 복수의 주변 도입구(62)를 갖는 주변 도입부(61)와, 에칭 가스 등을 포함하는 첨가 가스원(42)과 제 1 및 제 2 분기 공통 가스 라인(46, 47)의 적어도 한쪽을 접속하는 첨가 가스 라인을 구비하고 있다. 이 장치에 의하면, 처리 가스의 해리 상태를 다양하게 제어할 수 있는 동시에, 기판 처리의 면내 균일성도 제어할 수 있다.
W...웨이퍼 1...처리용기
3...탑재대 11...배기구
16...유전체 창 20...슬롯 안테나
21...슬롯 35...마이크로파 발생기
41...공통 가스원 42...첨가 가스원
42a,42b,42c...유량 제어 밸브(유량 조절부)
44...플로우 스플리터 45...공통 가스 라인
46...공통 가스 분기라인의 한쪽
47...공통 가스 분기라인의 다른쪽
48...첨가 가스 라인 49...제어 장치
55...중앙 도입부 58...중앙 도입구
61...주변 도입부 62...주변 도입구

Claims (12)

  1. 웨이퍼 상면에 Poly－Si막을 갖는 기판에, 플라즈마 처리를 실시하고, 상기 Poly－Si막을 에칭하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    천정부에 플라즈마를 생성하기 위한 마이크로파를 투과하는 유전체 창을 가짐과 아울러, 내부를 기밀하게 유지하는 것이 가능한 처리 용기에 처리 가스를 도입하고, 상기 처리 용기내에 도입된 처리 가스를 탑재대에 탑재된 기판의 상면보다 아래쪽의 배기구로부터 배기하고, 상기 처리 용기의 상기 유전체 창의 상면에 설치되는 슬롯 안테나의 다수의 슬롯을 거쳐서 상기 처리 용기의 처리 공간에 플라즈마를 도입하는 플라즈마 처리 방법이며,
    공통 가스원으로부터 공급되는 공통 가스를 플로우 스플리터에 의해 2 계통으로 분기하는 공정과,
    2 계통으로 분기되는 상기 공통 가스를, 상기 탑재대에 탑재된 기판의 중앙부에 공급하기 위한 중앙 도입구를 갖는 중앙 도입부, 및 상기 탑재대에 탑재된 기판의 주변부에 공급하기 위한, 기판 위쪽의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 주변 도입구를 갖는 주변 도입부에 도입하는 공정과,
    첨가 가스원으로부터 공급되는 첨가 가스를 2 계통으로 분기되는 상기 공통 가스 중 상기 주변 도입구에 도입되는 쪽에만 첨가하는 공정
    을 구비하며,
    상기 중앙 도입구 및 상기 주변 도입구의 양쪽에 도입되는 상기 공통 가스는 Ar 가스를 포함하고, 또한, 상기 중앙 도입구보다 상기 주변 도입구에 상대적으로 많이 도입되고, 상기 주변 도입구에 도입되는 상기 첨가 가스는 HBr 가스 및 O2 가스를 포함하고,
    상기 중앙 도입구는, 상기 처리 용기의 상기 유전체 창의 중앙부에 배치되고,
    상기 복수의 주변 도입구는, 상기 처리 용기의 상기 유전체 창보다 아래쪽이고 또한 상기 탑재대에 탑재된 상기 기판보다 위쪽에 배치되고,
    상기 복수의 주변 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도는, 상기 중앙 도입구가 배치되는 영역의 플라즈마의 전자 온도보다 낮은
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 표면의 면내의 에칭 불균일성을 검사하고, 이 검사 결과가 기준 범위내가 아닌 경우에는, 상기 공통 가스의, 상기 중앙 도입구 및 상기 주변 도입구로의 도입비를 조정하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭 불균일성이 0을 기준으로 하여 정(+)방향으로 클수록, 상기 기판의 중심부의 에칭 레이트가 상기 기판의 주변부의 에칭 레이트보다 높고, 상기 에칭 불균일성이 0을 기준으로 하여 부(-)방향으로 클수록, 상기 기판의 주변부의 에칭 레이트가 상기 기판의 중심부의 에칭 레이트보다 높은 경향이 있다는 것을 의미하는 경우에 있어서,
    상기 도입비의 조정 공정에서,
    상기 에칭 불균일성이 정(+)인 경우에는, 상기 중앙 도입구로의 상기 공통 가스의 상기 도입비를 내리고,
    상기 에칭 불균일성이 부(-)인 경우에는, 상기 중앙 도입구로의 상기 공통 가스의 상기 도입비를 올리는
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공통 가스를, 상기 중앙 도입구 및 상기 주변 도입구의 양쪽에 도입하는 경우에서, 이들 양쪽에의 가스 도입량에 대한 상기 중앙 도입구로부터의 가스 도입량의 비율은 35% ~ 36%로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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