KR101922757B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

소정의 플라즈마 처리 영역 내에 처리 가스를 공급하여, 플라즈마 발생 영역에서 상기 처리 가스를 플라즈마화해서 기판(W) 상에 형성된 막에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법이다. 기판 상에 형성된 막의 플라즈마 처리에 의한 면내 처리량의 분포가 취득된다. 이어서, 취득한 상기 면내 처리량의 분포에 기초하여, 상기 플라즈마 처리의 처리량을 증가시키고 싶은 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 유속이 상대적으로 높아지거나, 또는 상기 플라즈마 처리의 처리량을 감소시키고 싶은 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 유속이 상대적으로 낮아지도록 상기 처리 가스의 유속이 조정된다. 그리고, 유속이 조정된 상기 처리 가스를 상기 소정의 플라즈마 처리 영역 내에 공급하여, 상기 기판 상에 형성된 막에 상기 플라즈마 처리가 실시된다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA TREATMENT METHOD AND PLASMA TREATMENT APPARATUS}
본 출원은, 2014년 5월 15일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2014-101683호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 2014-101683호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라 칭함)에 대하여, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등의 방법에 의해 각종 성막 처리가 실시된다.
최근 들어, ALD법을 실시하는 성막 장치로서, 소위 회전 테이블식의 성막 장치의 연구 개발이 진행되고 있다. 이 성막 장치는, 진공 용기 내에 회전 가능하게 배치되고, 복수의 웨이퍼가 각각 적재되는, 웨이퍼보다도 약간 큰 직경을 갖는 오목부가 형성된 회전 테이블을 갖는다. 그리고, 이 회전 테이블의 상방에 구획되는 반응 가스 A의 공급 영역과, 반응 가스 B의 공급 영역과, 이들 공급 영역을 분리하는 분리 영역을 갖고 있다.
또한, 회전 테이블식의 성막 장치에서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2013-161874호 공보에 나타낸 바와 같은, 플라즈마 발생부가 탑재되는 경우가 있다. 플라즈마 발생부에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여, 기판 상으로의 각종(기능) 막의 성막, 기판 상에 형성된 탄소를 포함하는 막의 개질, 기판 상에 형성된 막의 에칭 등이 실시된다.
그 밖에, ALD법 이외의 에칭 장치, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 등에서도, 에칭, 성막, 막의 개질 등에 플라즈마 처리는 이용되고 있다.
그러나, 종래의 플라즈마 처리에서는, 플라즈마 처리를 행할 때의 면내의 처리량의 분포를 제어하는 직접적이고 효과적인 파라미터가 없고, 처리량 분포와의 상관이 반드시 많다고는 할 수 없는 가스의 종류의 변경, 가스의 유량의 변경, 압력의 변경 등의 파라미터 조정을 적절히 행하여, 그 결과를 본다는 간접적인 조정 방법밖에 존재하지 않았다.
따라서, 본 발명은, 플라즈마 처리를 행하는 막 등의 피처리면의 면내 처리량을 적절하게 조정할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 적용하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법은, 소정의 플라즈마 처리 영역 내에 처리 가스를 공급하고, 플라즈마 발생 영역에서 상기 처리 가스를 플라즈마화하여 기판 상에 형성된 막에 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법이다.
상기 기판 상에 형성된 막의 상기 플라즈마 처리에 의한 면내 처리량의 분포가 취득된다.
이어서, 취득한 상기 면내 처리량의 분포에 기초하여, 상기 플라즈마 처리의 처리량을 증가시키고 싶은 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 유속이 상대적으로 높아지거나, 또는 상기 플라즈마 처리의 처리량을 감소시키고 싶은 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 유속이 상대적으로 낮아지도록 상기 처리 가스의 유속이 조정된다.
유속이 조정된 상기 처리 가스를 상기 소정의 플라즈마 처리 영역 내에 공급하여, 상기 기판 상에 형성된 막에 상기 플라즈마 처리가 실시된다.
본 발명의 다른 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 기판을 수용해서 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기와,
해당 처리 용기 내에 설치되어, 상기 기판을 회전 방향을 따라서 적재 가능한 회전 테이블을 갖는다.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치는, 해당 회전 테이블의 회전 방향을 따른 소정 영역에 설치되고, 상기 회전 테이블보다 상방에서 천장면과 측면에 의해 구획된 플라즈마 처리 영역과,
해당 플라즈마 처리 영역 내의 서로 다른 영역에 처리 가스를 공급하는 것이 가능한 복수의 가스 노즐을 갖는다.
또한, 상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 발생 수단을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생부에 설치되는 하우징의 일례의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 회전 테이블의 회전 방향을 따라서 진공 용기를 절단한 종단면도를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 처리 영역에 설치된 플라즈마 처리용 가스 노즐을 확대해서 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생부의 일례의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 플라즈마 발생부에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도이다.
도 11a 및 11b는, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법의 슬리밍 처리 후에 측정해서 얻어진 슬리밍 처리의 면내 처리량의 분포 일례를 X 방향 및 Y 방향에서 도시한 도면이다.
도 12a 내지 12d는, 회전 테이블과 플라즈마 처리 영역의 천장면과의 사이의 거리를 변화시켰을 때의, 플라즈마 처리 영역 내의 반경 방향 단면에서의 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포의 상위를 나타낸 시뮬레이션 도이다.
도 13은 회전 테이블과 플라즈마 처리 영역의 천장면과의 사이의 거리를 변화시킨 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제1 내지 제4 도이다.
도 14는 회전 테이블과 플라즈마 처리 영역의 천장면과의 사이의 거리를 변화시킨 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제5 내지 제8 도이다.
도 15는 플라즈마 처리 영역 내에 설치된 복수의 플라즈마 처리 가스 노즐에 의한 가스 유량 조정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제1 내지 제3 도이다.
도 16은 플라즈마 처리 영역 내에 설치된 복수의 플라즈마 처리 가스 노즐에 의한 가스 유량 조정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제4 내지 제6 도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태의 설명을 행한다.
(플라즈마 처리 장치의 구성)
도 1에, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 종단면도를 도시한다. 또한, 도 2에, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례의 개략 평면도를 나타낸다. 또한, 도 2에서는, 설명의 편의상, 천장판(11)의 묘화를 생략하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 평면 형상이 대략 원형인 진공 용기(1)와, 이 진공 용기(1) 내에 설치되고, 진공 용기(1)의 중심에 회전 중심을 가짐과 함께 웨이퍼(W)를 공전시키기 위한 회전 테이블(2)을 구비하고 있다.
진공 용기(1)는, 웨이퍼(W)를 수용해서 웨이퍼(W)의 표면 상에 형성된 막 등에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 용기이다. 진공 용기(1)는, 회전 테이블(2)의 후술하는 오목부(24)에 대향하는 위치에 설치된 천장판(천장부)(11)과, 용기 본체(12)를 구비하고 있다. 또한, 용기 본체(12)의 상면의 주연부에는, 링 형상으로 설치된 시일 부재(13)가 설치되어 있다. 그리고, 천장판(11)은, 용기 본체(12)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있다. 평면에서 보면 진공 용기(1)의 직경 치수(내경 치수)는 한정되지 않지만, 예를 들어 1100mm 정도로 할 수 있다.
진공 용기(1) 내의 상면측에서의 중앙부에는, 진공 용기(1) 내의 중심부 영역(C)에서 서로 다른 처리 가스끼리가 혼합되는 것을 억제하기 위해 분리 가스를 공급하는, 분리 가스 공급관(51)이 접속되어 있다.
회전 테이블(2)은, 중심부에서 개략 원통 형상의 코어부(21)에 고정되어 있고, 이 코어부(21)의 하면에 접속됨과 함께 연직 방향으로 신장되는 회전축(22)에 대하여, 연직축 둘레, 도 2에 도시하는 예에서는 시계 방향으로, 구동부(23)에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 회전 테이블(2)의 직경 치수는, 한정되지 않지만, 예를 들어 1000mm 정도로 할 수 있다.
회전축(22) 및 구동부(23)는, 케이스체(20)에 수납되어 있고, 이 케이스체(20)는, 상면측의 플랜지 부분이 진공 용기(1)의 저면부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 이 케이스체(20)에는, 회전 테이블(2)의 하방 영역에 질소 가스 등을 퍼지 가스(분리 가스)로서 공급하기 위한 퍼지 가스 공급관(72)이 접속되어 있다.
진공 용기(1)의 저면부(14)에서의 코어부(21)의 외주측은, 회전 테이블(2)에 하방측으로부터 근접하도록 링 형상으로 형성되어 돌출부(12a)를 이루고 있다.
회전 테이블(2)의 표면부에는, 직경 치수가 예를 들어 300mm인 웨이퍼(W)를 적재하기 위한 원 형상의 오목부(24)가 기판 적재 영역으로서 형성되어 있다. 이 오목부(24)는, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라, 복수 개소, 예를 들어 5개소에 형성되어 있다. 오목부(24)는, 웨이퍼(W)의 직경보다도 약간, 구체적으로는 1mm 내지 4mm 정도 큰 내경을 갖는다. 또한, 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼(W)의 두께와 거의 동등하거나, 또는 웨이퍼(W)의 두께보다도 크게 구성된다. 따라서, 웨이퍼(W)가 오목부(24)에 수용되면, 웨이퍼(W)의 표면과, 회전 테이블(2)의 웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역의 표면이 동일한 높이로 되거나, 웨이퍼(W)의 표면이 회전 테이블(2)의 표면보다도 낮아진다. 또한, 오목부(24)의 깊이는, 웨이퍼(W)의 두께보다도 깊은 경우에도, 너무 깊게 하면 성막에 영향을 미치는 경우가 있으므로, 웨이퍼(W)의 두께의 3배 정도의 깊이까지로 하는 것이 바람직하다. 또한, 오목부(24)의 저면에는, 웨이퍼(W)를 하방측으로부터 밀어올려서 승강시키기 위한 예를 들어 후술하는 3개의 승강 핀이 관통하는, 도시하지 않은 관통 구멍이 형성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)이 서로 이격되어 형성된다. 제2 처리 영역(P2)은, 플라즈마 처리 영역이므로, 이후, 플라즈마 처리 영역(P2)이라고 나타내도 되는 것으로 한다. 또한, 회전 테이블(2)에서의 오목부(24)의 통과 영역과 대향하는 위치에는, 예를 들어 석영으로 이루어지는 복수개, 예를 들어 7개의 가스 노즐(31, 32, 33, 34, 35, 41, 42)이 진공 용기(1)의 둘레 방향으로 서로 간격을 두고 방사상으로 배치되어 있다. 이들 각각의 가스 노즐(31 내지 35, 41, 42)은, 회전 테이블(2)과 천장판(11)의 사이에 배치된다. 또한, 이들 각각의 가스 노즐(31 내지 34, 41, 42)은, 예를 들어 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심부 영역(C)을 향해서 웨이퍼(W)에 대향하여 수평으로 신장되도록 설치되어 있다. 한편, 가스 노즐(35)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 중심 영역(C)을 향해서 연장된 후, 굴곡되어 직선적으로 중심부 영역(C)을 따르도록 반시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향의 반대 방향)으로 연장되어 있다. 도 2에 도시하는 예에서는, 후술하는 반송구(15)로부터 시계 방향(회전 테이블(2)의 회전 방향)으로, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33, 34), 플라즈마 처리용 가스 노즐(35), 분리 가스 노즐(41), 제1 처리 가스 노즐(31), 분리 가스 노즐(42), 제2 처리 가스 노즐(32)이 이 순서로 배열되어 있다. 또한, 제2 처리 가스 노즐(32)은, 기판 처리 프로세스의 종류 등에 의해 필요에 따라 사용되는 가스 노즐이며, 필요에 따라서 설치되어도 된다. 또한, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에 대해서도, 플라즈마 처리용 가스 노즐(34, 35)은, 플라즈마 처리의 면내 처리량의 조정을 처리 가스의 공급에 있어서 행할 때에 필요하고, 플라즈마 처리 영역에서의 천장판(1)의 높이나, 회전 테이블(2)의 높이를 변동시켜서 면내 처리량의 조정을 행하는 경우에는 필요하지 않다. 따라서, 플라즈마 처리용 가스 노즐(34, 35)도, 필요에 따라서 설치하도록 해도 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 영역(P2)에 복수의 노즐을 배치하는 예를 나타냈지만, 각각의 처리 영역에 1개의 노즐을 배치하는 구성이어도 된다. 예를 들어, 플라즈마 처리 영역(P2)에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)을 배치하여, 각각 아르곤 가스, 산소 가스를 공급하는 구성이어도 되고, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)만을 배치하여, 아르곤 가스 및 산소 가스의 혼합 가스를 공급하는 구성이어도 된다. 또한, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)을 전부 설치하여, 각각으로부터 아르곤 가스 및 산소 가스의 혼합 가스를 공급하는 구성이어도 된다.
제1 처리 가스 노즐(31)은, 제1 처리 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)은, 각각 플라즈마 처리용 가스 공급부를 이루고 있다. 또한, 분리 가스 노즐(41, 42)은, 각각 분리 가스 공급부를 이루고 있다.
각 노즐(31 내지 35, 41, 42)은, 유량 조정 밸브를 통해서, 도시하지 않은 각각의 가스 공급원에 접속되어 있다.
이들 노즐(31 내지 35, 41, 42)의 하면측(회전 테이블(2)에 대향하는 측)에는, 상술한 각 가스를 토출하기 위한 가스 토출 구멍(36)이 회전 테이블(2)의 반경 방향을 따라서 복수 개소에 예를 들어 등간격으로 형성되어 있다. 각 노즐(31 내지 35, 41, 42)의 각각의 하단 테두리와 회전 테이블(2)의 상면과의 이격 거리가 예를 들어 1 내지 5mm 정도가 되도록 배치되어 있다.
제1 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은, 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역(P1)이며, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 하방 영역은, 웨이퍼(W) 상의 막의 슬리밍(에칭) 처리 또는 개질 처리를 행하기 위한 제2 처리 영역(P2)이 된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은, 제1 처리 영역(P1)과 제2 처리 영역(P2)을 분리하는 분리 영역(D)을 형성하기 위한 것이다.
도 3에, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 회전 테이블의 동심원을 따른 단면도를 도시한다. 또한, 도 3은, 분리 영역(D)에서부터 제1 처리 영역(P1)을 거쳐 분리 영역(D)까지의 단면도이다.
분리 영역(D)에서의 진공 용기(1)의 천장판(11)에는, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(4)는, 천장판(11)의 이면에 형성되어 있고, 진공 용기(1) 내에는, 볼록 형상부(4)의 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는, 천장면(44)보다도 높은 천장면(45)(제2 천장면)이 형성된다.
천장면(44)을 형성하는 볼록 형상부(4)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정상부가 원호 형상으로 절단된 부채형의 평면 형상을 갖고 있다. 또한, 볼록 형상부(4)에는, 둘레 방향 중앙에 있어서, 반경 방향으로 신장되도록 형성된 홈부(43)가 형성되고, 분리 가스 노즐(41, 42)이 이 홈부(43) 내에 수용되어 있다. 또한, 볼록 형상부(4)의 주연부(진공 용기(1)의 외측 테두리측 부위)는, 각 처리 가스끼리의 혼합을 저지하기 위해서, 회전 테이블(2)의 외측 단부면에 대향함과 함께 용기 본체(12)에 대하여 약간 이격되도록 L자 형으로 굴곡되어 있다.
제1 처리 가스 노즐(31)의 상방측에는, 제1 처리 가스를 웨이퍼(W)를 따라 통류시키기 위해서, 또한 분리 가스가 웨이퍼(W)의 근방을 피해서 진공 용기(1)의 천장판(11)측을 통류하도록, 노즐 커버(230)가 설치되어 있다. 노즐 커버(230)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 처리 가스 노즐(31)을 수납하기 위해 하면측이 개구되는 대략 상자형의 커버체(231)와, 이 커버체(231)의 하면측 개구 단부에서의 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측 및 하류측에 각각 접속된 판상체인 정류판(232)을 구비하고 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 회전 중심측에서의 커버체(231)의 측벽면은, 제1 처리 가스 노즐(31)의 선단부에 대향하도록 회전 테이블(2)을 향해서 연장되어 있다. 또한, 회전 테이블(2)의 외측 테두리측에서의 커버체(231)의 측벽면은, 제1 처리 가스 노즐(31)에 간섭되지 않도록 절결되어 있다.
플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 상방측에는, 진공 용기(1) 내에 토출되는 플라즈마 처리용 가스를 플라즈마화하기 위해서, 플라즈마 발생부(81)가 설치되어 있다.
도 4에, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부의 일례의 종단면도를 도시한다. 또한, 도 5에, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부의 일례의 분해 사시도를 나타낸다. 또한, 도 6에, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부에 설치되는 하우징의 일례의 사시도를 나타낸다.
플라즈마 발생부(81)는, 금속선 등으로 형성되는 안테나(83)를 코일 형상으로, 예를 들어 연직축 둘레로 3중으로 권회해서 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 발생부(81)는, 평면에서 보아 회전 테이블(2)의 직경 방향으로 신장되는 띠 형상체 영역을 둘러싸도록, 또한 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)의 직경 부분에 걸쳐 있도록 배치되어 있다.
안테나(83)는, 정합기(84)를 통해서 주파수가 예를 들어 13.56MHz 및 출력 전력이 예를 들어 5000W인 고주파 전원(85)에 접속되어 있다. 그리고, 이 안테나(83)는, 진공 용기(1)의 내부 영역으로부터 기밀하게 구획되도록 설치되어 있다. 또한, 도 1 및 도 3 등에서의 참조 부호 86은, 안테나(83)와 정합기(84) 및 고주파 전원(85)을 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 상방측에서의 천장판(11)에는, 평면에서 보아 대략 부채형으로 개구되는 개구부(11a)가 형성되어 있다.
개구부(11a)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 개구부(11a)의 개구 테두리부를 따라, 이 개구부(11a)에 기밀하게 설치되는 환상 부재(82)를 갖는다. 후술하는 하우징(90)은, 이 환상 부재(82)의 내주면측에 기밀하게 설치된다. 즉, 환상 부재(82)는, 외주측이 천장판(11)의 개구부(11a)에 면하는 내주면(11b)에 대향함과 함께, 내주측이 후술하는 하우징(90)의 플랜지부(90a)에 대향하는 위치에 기밀하게 설치된다. 그리고, 이 환상 부재(82)를 통해서, 개구부(11a)에는, 안테나(83)를 천장판(11)보다도 하방측에 위치시키기 위해, 예를 들어 석영 등의 유도체에 의해 구성된 하우징(90)이 설치된다. 하우징(90)의 저면은, 플라즈마 발생 영역(P2)의 천장면(46)을 구성한다.
또한, 환상 부재(82)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 연직 방향으로 신축 가능한 벨로즈(82a)를 갖고 있다. 또한, 플라즈마 발생부(81)는, 전동 액추에이터 등의 도시하지 않은 구동 기구(승강 기구)에 의해 승강 가능하게 형성되어 있다. 플라즈마 발생부(81)의 승강에 대응하여, 벨로즈(82a)를 신축시킴으로써, 플라즈마 처리 시에 있어서의, 플라즈마 발생부(81)(또는 플라즈마 발생 영역(P2)의 천장면(46))와 웨이퍼(W)(즉, 회전 테이블(2))와의 사이의 거리(이후, 플라즈마 생성 공간의 거리라 칭하는 경우가 있음)를 변경 가능하게 구성되어 있다. 또한, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리는, 상술한 전동 액추에이터 및 벨로즈(82a)에 의해, 예를 들어 20 내지 120mm로 가변 가능하게 구성되어 있다.
상술한 기재에서는, 플라즈마 발생부(81)와 웨이퍼(W)의 사이의 거리를, 벨로즈(82a)를 통한 플라즈마 발생부(81)측의 승강에 의해 조정하는 구성에 대해서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이 점에 있어서 한정되지 않고, 웨이퍼(W)를 적재하는 적재대(회전 테이블(2))측의 승강에 의해, 플라즈마 발생부(81)와 웨이퍼(W)의 사이의 거리를 변경하는 구성이어도 된다. 이 경우, 회전 테이블(2)의 회전축을 구성하는 구성 요소의 일부에, 연직 방향으로 신축 가능한 벨로즈를 배치하고, 웨이퍼(W)의 적재면(즉, 회전 테이블(2)의 웨이퍼의 적재면)을 승강 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 구체예로서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 진공 용기(1)의 저면부(14)와 케이스체(20)의 사이에, 연직 방향으로 신축 가능한 벨로즈(16)를 배치하고, 도시하지 않은 승강 기구에 의해, 웨이퍼(W)가 적재된 회전 테이블(2)을 승강시킨다. 회전 테이블(2)의 승강에 대응하여 벨로즈(16)를 신축시킴으로써, 플라즈마 발생부(81)와 웨이퍼(W)의 사이의 거리를 변경 가능하도록 구성된다. 회전 테이블(2)의 회전축을 구성하는 구성 요소의 일부에 벨로즈를 설치함으로써, 웨이퍼(W)의 처리면을 평행하게 유지한 채, 플라즈마 발생부(81)와 웨이퍼(W)의 사이의 거리를 변경할 수 있다.
하우징(90)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 상방측의 주연부가 둘레 방향에 걸쳐서 플랜지 형상으로 수평하게 신장되어 플랜지부(90a)를 이룸과 함께, 평면에서 보아, 중앙부가 하방측의 진공 용기(1)의 내부 영역을 향해 오목해지도록 형성되어 있다.
하우징(90)은, 이 하우징(90)의 하방에 웨이퍼(W)가 위치한 경우에, 회전 테이블(2)의 직경 방향에서의 웨이퍼(W)의 직경 부분에 걸쳐 있도록 배치되어 있다. 또한, 환상 부재(82)와 천장판(11)의 사이에는, O-링 등의 시일 부재(11c)가 설치된다.
진공 용기(1)의 내부 분위기는, 환상 부재(82) 및 하우징(90)을 통해서 기밀하게 설정되어 있다. 구체적으로는, 환상 부재(82) 및 하우징(90)을 개구부(11a) 내에 넣고, 계속해서 환상 부재(82) 및 하우징(90)의 상면이며, 환상 부재(82) 및 하우징(90)의 접촉부를 따르도록 프레임 형상으로 형성된 가압 부재(91)에 의해 하우징(90)을 하방측을 향해서 둘레 방향에 걸쳐 가압한다. 또한, 이 가압 부재(91)를 도시하지 않은 볼트 등에 의해 천장판(11)에 고정한다. 이에 의해, 진공 용기(1)의 내부 분위기는 기밀하게 설정된다. 또한, 도 5에서는, 간단화를 위해, 환상 부재(82)를 생략해서 나타내고 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 하면에는, 당해 하우징(90)의 하방측 처리 영역(P2)을 둘레 방향을 따라 둘러싸도록, 회전 테이블(2)을 향해 수직으로 신장되는 돌기부(92)가 형성되어 있다. 그리고, 이 돌기부(92)의 내주면, 하우징(90)의 하면 및 회전 테이블(2)의 상면에 의해 둘러싸인 영역에는, 상술한 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)이 수납되어 있다. 또한, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 기단부(진공 용기(1)의 내벽측)에서의 돌기부(92)는, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 외형을 따르도록 대략 원호 형상으로 절결되어 있다.
하우징(90)의 하방(제2 처리 영역(P2))측에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 돌기부(92)가 둘레 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 시일 부재(11c)는, 이 돌기부(92)에 의해, 플라즈마에 직접 노출되지 않고, 즉, 제2 처리 영역(P2)으로부터 격리되어 있다. 그 때문에, 제2 처리 영역(P2)으로부터 플라즈마가 예를 들어 시일 부재(11c)측으로 확산하려고 해도, 돌기부(92)의 하방을 경유해 나가게 되므로, 시일 부재(11c)에 도달하기 전에 플라즈마가 비활성화되게 된다.
도 7은, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따라서 진공 용기(1)를 절단한 종단면도를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 중에는 회전 테이블(2)이 시계 방향으로 회전하므로, N2 가스가 이 회전 테이블(2)의 회전에 연동되어 회전 테이블(2)과 돌기부(92)의 사이의 간극으로부터 하우징(90)의 하방측에 침입하려고 한다. 그 때문에, 간극을 통해서 하우징(90)의 하방측으로의 N2 가스의 침입을 저지하기 위해, 간극에 대해서 하우징(90)의 하방측으로부터 가스를 토출시키고 있다. 구체적으로는, 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(36)에 대해서, 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 이 간극을 향하도록, 즉 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측이면서 또한 하방을 향하도록 배치하고 있다. 연직축에 대한 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)의 가스 토출 구멍(36)이 향하는 각도(θ)는, 도 7에 도시한 바와 같이 예를 들어 45° 정도이어도 되고, 돌기부(92)의 내측면에 대향하도록, 90° 정도이어도 된다. 즉, 가스 토출 구멍(36)이 향하는 각도(θ)는, N2 가스의 침입을 적절하게 방지할 수 있는 45° 내지 90° 정도의 범위 내에서 용도에 따라 설정할 수 있다.
도 8은, 플라즈마 처리 영역(P2)에 설치된 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)을 확대해서 나타낸 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)은, 웨이퍼(W)가 배치되는 오목부(24)의 전체를 커버할 수 있어, 웨이퍼(W)의 전체면에 플라즈마 처리용 가스를 공급 가능한 노즐이다. 한편, 플라즈마 처리용 가스 노즐(34)은, 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)보다도 약간 상방에, 플라즈마 발생용 가스 노즐(33)과 대략 겹치도록 설치된, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)의 절반 정도의 길이를 갖는 노즐이다. 또한, 플라즈마 처리용 가스 노즐(35)은, 진공 용기(1)의 외주벽으로부터 부채형의 플라즈마 처리 영역(P2)의 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 반경을 따르도록 연장되어, 중심 영역(C) 부근에 도달하면 중심 영역(C)을 따르도록 직선적으로 굴곡된 형상을 갖고 있다. 이후, 구별을 용이하게 하기 위해서, 전체를 커버하는 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)을 베이스 노즐(33), 외측만 커버하는 플라즈마 처리용 가스 노즐(34)을 외측 노즐(34), 내측까지 연장된 플라즈마 처리용 가스 노즐(35)을 축측 노즐(35)이라 칭해도 되는 것으로 한다.
베이스 노즐(33)은, 플라즈마 처리용 가스를 웨이퍼(W)의 전체면에 공급하기 위한 가스이며, 도 7에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 처리 영역(P2)을 구획하는 측면을 구성하는 돌기부(92)쪽을 향해서 플라즈마 처리용 가스를 토출한다.
한편, 외측 노즐(34)은, 웨이퍼(W)의 외측 영역에 중점적으로 플라즈마 처리용 가스를 공급하기 위한 노즐이다. 플라즈마 처리 영역(P2) 내에 공급되는 플라즈마 처리용 가스는, 플라즈마 발생부(81)에 가까운 플라즈마 처리 영역의 최상부를 통과함으로써 플라즈마화된다. 즉, 플라즈마 발생부(81)는, 플라즈마 처리 영역(P2)의 상방에 설치되어 있기 때문에, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46) 부근을 따르도록 흐른 플라즈마 처리용 가스가 플라즈마화되어, 플라즈마 처리에 기여한다. 바꾸어 말하면, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46) 부근이 플라즈마 발생 영역을 형성하고 있어, 이 영역을 통과한 플라즈마 처리용 가스가 적절하게 플라즈마화된다. 외측 노즐(34)은, 플라즈마 처리 후의 웨이퍼(W) 상에 형성된 막의 플라즈마 처리의 처리량을 취득하여, 외측의 처리량이 적은 경향이 있다는 결과가 나왔을 때, 외측 노즐(34)로부터 공급되는 플라즈마 처리용 가스의 유량을 증가시켜, 외측의 플라즈마 처리용 가스의 유속을 높이는 처리를 행한다. 플라즈마 처리용 가스의 유속이 높아지면, 시간당 플라즈마화하는 플라즈마 처리용 가스의 양이 증가하므로, 플라즈마 처리가 촉진되게 된다. 따라서, 이러한 관점에서, 외측 노즐(34)의 가스 토출 구멍(36)(도시하지 않음)은 상측을 향해서 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과 대향하도록 형성되고, 공급되는 플라즈마 처리용 가스는 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 향하도록 구성되어 있다.
축측 노즐(35)은, 웨이퍼(W)의 회전 테이블(2)의 축측에 가까운 영역에 플라즈마 처리용 가스를 중점적으로 공급하기 위한 노즐이다. 따라서, 축측 노즐(35)의 선단의 중심 영역(C)을 따른 부분만 가스 토출 구멍(36)(도시하지 않음)이 형성되어 있어, 웨이퍼(W)의 중심측의 영역에 플라즈마 처리용 가스를 공급하는 구성으로 되어 있다. 축측 노즐(35)에 있어서도, 가스 토출 구멍(36)은 상측을 향해, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과 대향하는 위치에 설치되어 있다. 이에 의해, 축측 노즐(35)로부터 공급된 플라즈마 처리용 가스는 즉시 플라즈마 발생 영역을 향하여, 효율적으로 플라즈마화되게 된다. 플라즈마 처리 후의 웨이퍼(W) 상의 막의 면내 처리 분포를 취득하여, 웨이퍼(W)의 축측의 영역의 플라즈마 처리가 부족한 경우에는, 축측 노즐(35)로부터 공급되는 플라즈마 처리용 가스의 유량을 증가시켜, 플라즈마 처리용 가스의 유속을 높임으로써, 웨이퍼(W)의 축측의 영역의 플라즈마 처리를 촉진할 수 있다.
이와 같이, 베이스 노즐(33) 외에, 외측 노즐(34) 및 축측 노즐(35)을 설치함으로써, 플라즈마 처리용 가스의 유속을 영역마다 조정할 수 있고, 이에 의해 웨이퍼(W) 상의 막의 면내 처리량을 조정할 수 있다.
또한, 면내 처리량의 조정은, 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시키기 위해서 행하여지는 것이 일반적이지만, 영역마다 처리량에 차를 두고 싶은 경우에는, 처리량을 많게 하고 싶은 영역의 노즐(34, 35)로부터 공급되는 플라즈마 처리용 가스의 유량을 증가시켜, 그 유속을 높이면 되므로, 면내 균일성의 향상뿐만 아니라, 다양한 처리량의 조정이 가능하다.
또한, 외측 노즐(34) 및 축측 노즐(35)의 유량은 상대적인 것이므로, 처리량을 저하시키고 싶은 쪽의 영역에 대응하는 플라즈마 처리용 노즐(34, 35)로부터의 유량을 저감시키는 조정도 당연히 가능하다.
이와 같이, 영역별 유속 조정용의 플라즈마 처리용 노즐(34, 35)을 설치함으로써, 플라즈마 처리의 면내 처리량의 조정을 용이하면서 또한 정확하게 행할 수 있다. 또한, 도 8에서는, 3개의 플라즈마 처리용 노즐(33 내지 35)을 설치한 예가 나타나 있지만, 더 많은 플라즈마 처리용 노즐을 설치하여, 면내 처리량의 조정을 더 섬세하고 치밀하게, 또한 정확하게 행하도록 해도 된다. 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 수, 형상, 설치 장소 등은, 용도에 따라서 다양하게 변경할 수 있다.
그리고, 이러한 플라즈마 처리 가스의 플라즈마 발생 영역에서의 유속은, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)의 높이를 변경함으로써도 조정 가능하다. 이하, 이 조정 방법에 대해서 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 영역(P2)에는, 배기구(62)가 설치되어 있다. 이 배기구(62)는, 플라즈마 처리 영역(P2) 내의 플라즈마 처리용 가스도 당연히 배기하는데, 배기구(62)와 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)이 충분히 이격되어 있지 않으면, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 따라 흐르는 플라즈마 처리용 가스가 배기구(62)에 흡인되어, 플라즈마 발생 영역을 통과하지 않고 배기되어 버리는 현상이 발생되어 버린다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배기구(62)는, 회전 테이블(2) 및 진공 용기(1)의 외주측에 설치되어 있기 때문에, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)이 낮으면, 플라즈마 처리 영역(P2)의 외주측을 흐르는 플라즈마 처리용 가스를 흡인한다. 이 경우에는, 플라즈마 처리 영역(P2)의 외측 영역의 플라즈마 처리용 가스의 유량이 감소하므로, 외측의 유속이 저하되어 버린다.
따라서, 이러한 경우에는, 상술한 플라즈마 발생부(81)의 구동 기구를 사용하여, 플라즈마 발생부(81)를 상승시키고, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 상승시켜서 배기구(62)와의 거리를 증가시킨다. 그러면, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 따르도록 흐르는 외측의 플라즈마 처리용 가스가 배기구(62)로부터의 흡인력의 영향을 받지 않게 되어, 플라즈마 처리 영역(P2)의 내측 영역의 천장면(46)을 따라 흐르는 플라즈마 처리용 가스와 동일 정도의 유속을 실현할 수 있어, 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 플라즈마 처리용 가스의 유속의 조정은, 복수의 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)의 조정뿐만 아니라, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)의 높이를 조정함으로써도 가능하다.
또한, 상술한 바와 같이, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리의 조정은, 회전 테이블(2)의 높이를 조정함으로써도 가능하므로, 회전 테이블(2)측을 조정하도록 해도 된다.
또한, 배기구(62)에 플라즈마 처리 영역(P2)의 외측 영역의 천장면(46) 부근을 흐르는 플라즈마 처리용 가스가 흡인되지 않을 높이의 설정은, 플라즈마 처리 장치를 제조할 때 미리 설정해 두는 것도 가능하다. 따라서, 플라즈마 처리 가스의 유속에 의한 조정은, 실제의 프로세스 실시할 때뿐만 아니라, 설계 단계에 행하여, 면내 균일성이 높은 플라즈마 처리 장치를 구성해도 된다.
또한, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에 의한 조정과, 플라즈마 처리 영역(P2)의 높이에 의한 조정 또는 설정은, 서로 조합하는 것이 가능하므로, 양쪽의 기능을 탑재하여, 유연하게 면내 처리량을 조정할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 구성해도 된다.
이어서, 플라즈마 발생부(81)의 패러데이 실드(95)에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 하우징(90)의 상방측에는, 당해 하우징(90)의 내부 형상을 대략 따르도록 형성된 도전성의 판상체인 금속판, 예를 들어 구리 등으로 이루어지는, 접지된 패러데이 실드(95)가 수납되어 있다. 이 패러데이 실드(95)는, 하우징(90)의 바닥 면을 따르도록 수평하게 걸어 지지된 수평면(95a)과, 이 수평면(95a)의 외측 종단부로부터 둘레 방향에 걸쳐서 상방측으로 신장되는 수직면(95b)을 구비하고 있고, 평면에서 보아 예를 들어 대략 육각형이 되도록 구성되어 있어도 된다.
도 9에 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부의 일례의 평면도를 나타내고, 도 10에 본 실시 형태에 관한 플라즈마 발생부에 설치되는 패러데이 실드의 일부를 도시하는 사시도를 나타낸다.
회전 테이블(2)의 회전 중심에서 패러데이 실드(95)를 본 경우의 우측 및 좌측에서의 패러데이 실드(95)의 상단 테두리는, 각각, 우측 및 좌측에 수평으로 신장되어 지지부(96)를 이루고 있다. 그리고, 패러데이 실드(95)와 하우징(90)의 사이에는, 지지부(96)를 하방측으로부터 지지함과 함께 하우징(90)의 중심부 영역(C)측 및 회전 테이블(2)의 외측 테두리부측의 플랜지부(90a)에 각각 지지되는 프레임 형상체(99)가 설치되어 있다.
전계가 웨이퍼(W)에 도달하는 경우, 웨이퍼(W)의 내부에 형성되어 있는 전기 배선 등이 전기적으로 손상을 받아 버리는 경우가 있다. 그로 인해, 도 10에 도시한 바와 같이, 수평면(95a)에는, 안테나(83)에서 발생하는 전계 및 자계(전자계) 중 전계 성분이 하방의 웨이퍼(W)를 향하는 것을 저지함과 함께, 자계를 웨이퍼(W)에 도달시키기 위해서, 다수의 슬릿(97)이 형성되어 있다.
슬릿(97)은, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 안테나(83)의 권회 방향에 대하여 직교하는 방향으로 신장되도록, 둘레 방향에 걸쳐서 안테나(83)의 하방 위치에 형성되어 있다. 여기서, 슬릿(97)은, 안테나(83)에 공급되는 고주파에 대응하는 파장의 1/10000 이하 정도의 폭 치수가 되도록 형성되어 있다. 또한, 각각의 슬릿(97)의 길이 방향에서의 일단부측 및 타단부측에는, 이들 슬릿(97)의 개구 단부를 막도록, 접지된 도전체 등으로 형성되는 도전로(97a)가 둘레 방향에 걸쳐서 배치되어 있다. 패러데이 실드(95)에 있어서 이들 슬릿(97)의 형성 영역으로부터 벗어난 영역, 즉, 안테나(83)가 권회된 영역의 중앙측에는, 당해 영역을 통해서 플라즈마의 발광 상태를 확인하기 위한 개구부(98)가 형성되어 있다. 또한, 도 2에서는, 간단화를 위해, 슬릿(97)을 생략하고 있으며, 슬릿(97)의 형성 영역 예를, 일점 쇄선으로 나타내고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 패러데이 실드(95)의 수평면(95a) 상에는, 패러데이 실드(95)의 상방에 적재되는 플라즈마 발생부(81)와의 사이의 절연성을 확보하기 위해서, 두께 치수가 예를 들어 2mm 정도의 석영 등으로 형성되는 절연판(94)이 적층되어 있다. 즉, 플라즈마 발생부(81)는, 하우징(90), 패러데이 실드(95) 및 절연판(94)을 개재해서 진공 용기(1)의 내부(회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W))를 덮도록 배치되어 있다.
다시, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 다른 구성 요소에 대해서 설명한다.
회전 테이블(2)의 외주측에 있어서, 회전 테이블(2)보다도 약간 아래 위치에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 커버체인 사이드 링(100)이 배치되어 있다. 사이드 링(100)의 상면에는, 서로 둘레 방향으로 이격되도록 예를 들어 2개소에 배기구(61, 62)가 형성되어 있다. 다르게 표현하면, 진공 용기(1)의 바닥면에는, 2개의 배기구가 형성되고, 이들 배기구에 대응하는 위치에서의 사이드 링(100)에는, 배기구(61, 62)가 형성되어 있다.
본 명세서에서는, 배기구(61, 62) 중 한쪽 및 다른 쪽을, 각각 제1 배기구(61), 제2 배기구(62)라 칭한다. 여기에서는, 제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스 노즐(31)과, 이 제1 처리 가스 노즐(31)에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측에 위치하는 분리 영역(D)과의 사이에서, 분리 영역(D)측으로 치우친 위치에 형성되어 있다. 또한, 제2 배기구(62)는, 플라즈마 발생부(81)와, 이 플라즈마 발생부(81)보다도 회전 테이블(2)의 회전 방향 하류측의 분리 영역(D)과의 사이에서, 분리 영역(D)측으로 치우친 위치에 형성되어 있다.
제1 배기구(61)는, 제1 처리 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이고, 제2 배기구(62)는, 플라즈마 처리용 가스나 분리 가스를 배기하기 위한 것이다. 이들 제1 배기구(61) 및 제2 배기구(62)는, 각각 나비 밸브 등의 압력 조정부(65)가 개재 설치된 배기관(63)에 의해, 진공 폐기 기구인 예를 들어 진공 펌프(64)에 접속되어 있다.
상술한 바와 같이, 중심부 영역(C)측으로부터 외측 테두리측에 걸쳐서 하우징(90)을 배치하고 있기 때문에, 처리 영역(P2)에 대하여 회전 테이블(2)의 회전 방향 상류측으로부터 통류되어 오는 가스는, 이 하우징(90)에 의해 배기구(62)를 향하려고 하는 가스류가 규제되어 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 하우징(90)보다도 외주측에서의 사이드 링(100)의 상면에는, 가스가 흐르기 위한 홈 형상의 가스 유로(101)가 형성되어 있다.
천장판(11)의 하면에서의 중앙부에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)에서의 중심부 영역(C)측의 부위와 연속해서 둘레 방향에 걸쳐 대략 링 형상으로 형성됨과 함께, 그 하면이 볼록 형상부(4)의 하면(천장면(44))과 동일한 높이로 형성된 돌출부(5)가 형성되어 있다. 이 돌출부(5)보다도 회전 테이블(2)의 회전 중심측에서의 코어부(21)의 상방측에는, 중심부 영역(C)에서 각종 가스가 서로 혼합되는 것을 억제하기 위한 래비린스 구조부(110)가 배치되어 있다.
상술한 바와 같이 하우징(90)은 중심부 영역(C)측으로 치우친 위치까지 형성되어 있으므로, 회전 테이블(2)의 중앙부를 지지하는 코어부(21)는, 회전 테이블(2)의 상방측의 부위가 하우징(90)을 피하도록 회전 중심측에 형성되어 있다. 그 때문에, 중심부 영역(C)측에서는, 외측 테두리부측보다도, 각종 가스끼리가 혼합되기 쉬운 상태로 되어 있다. 그 때문에, 코어부(21)의 상방측에 래비린스 구조를 형성함으로써, 가스의 유로를 형성하여, 가스끼리 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
회전 테이블(2)과 진공 용기(1)의 저면부(14)와의 사이의 공간에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 가열 기구인 히터 유닛(7)이 설치되어 있다. 히터 유닛(7)은, 회전 테이블(2)을 통해서 회전 테이블(2) 상의 웨이퍼(W)를 예를 들어 실온 내지 300℃ 정도로 가열할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또한, 도 1에서의 참조 부호 71a는, 히터 유닛(7)의 측방측에 설치된 커버 부재이며, 참조 부호 7a는, 이 히터 유닛(7)의 상방측을 덮는 덮개 부재이다. 또한, 진공 용기(1)의 저면부(14)에는, 히터 유닛(7)의 하방측에서, 히터 유닛(7)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(73)이, 둘레 방향에 걸쳐서 복수 개소에 설치되어 있다.
진공 용기(1)의 측벽에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 반송 아암(10)과 회전 테이블(2)의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수를 행하기 위한 반송구(15)가 형성되어 있다. 이 반송구(15)는, 게이트 밸브(G)로부터 기밀하게 개폐 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 반송 아암(10)이 진공 용기(1)에 대하여 진퇴하는 영역에서의 천장판(11)의 상방에는, 웨이퍼(W)의 주연부를 검지하기 위한 카메라 유닛(10a)이 설치되어 있다. 이 카메라 유닛(10a)은, 웨이퍼(W)의 주연부를 촬상함으로써, 예를 들어 반송 아암(10) 상에 웨이퍼(W)의 유무나, 회전 테이블(2)에 적재된 웨이퍼(W)의 위치 어긋남이나, 반송 아암(10) 상의 웨이퍼(W)의 위치 어긋남을 검지하기 위해 사용된다. 카메라 유닛(10a)은, 웨이퍼(W)의 직경 치수에 대응할 정도의 폭넓은 시야를 갖도록 구성되어 있다.
회전 테이블(2)의 오목부(24)는, 이 반송구(15)에 면하는 위치에서 반송 아암(10)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 수수가 행하여진다. 그 때문에, 회전 테이블(2)의 하방측의 수수 위치에 대응하는 개소에는, 오목부(24)를 관통해서 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 도시하지 않은 승강 핀 및 승강 기구가 설치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에는, 장치 전체의 동작을 제어하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(120)가 설치되어 있다. 이 제어부(120)의 메모리 내에는, 후술하는 기판 처리를 행하기 위한 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은, 장치의 각종 동작을 실행하도록 스텝 군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 기억 매체인 기억부(121)로부터 제어부(120) 내에 인스톨된다.
(플라즈마 처리 방법)
이어서, 본 발명의 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법은, 상술한 ALD법에 의한 플라즈마 처리 장치뿐만 아니라, 에칭 장치나 다른 종류의 성막 장치에도 적용 가능하지만, 설명의 용이를 위하여, 상술한 플라즈마 처리 장치를 사용해서 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법을 실시하는 예에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법은,
프로세스 1. 웨이퍼(W) 상에 형성된 카본을 포함하는 막에 슬리밍 처리를 실시하는 프로세스(슬리밍 공정),
프로세스 2. 웨이퍼(W) 상에 ALD법에 의해 성막 처리 및 얻어진 막의 개질 처리를 실시하는 프로세스(성막 공정 및 개질 공정),
등에 적용 가능하다. 그러나, 프로세스 조건(가스종, 가스 유량, 회전 테이블의 회전 속도, 플라즈마 발생부와 회전 테이블의 사이의 거리, 압력, 고주파 출력, 온도)을 변경함으로써, 다른 기판 처리 프로세스에 적용해도 된다.
본 실시 형태에서는, 탄소(카본) 패턴을 포함하는 막(예를 들어, 레지스트 패턴)이 미리 형성된 웨이퍼(W)에 대하여, 프로세스 1의 슬리밍 공정, 계속해서 프로세스 2의 성막 공정 및 개질 공정을 연속적으로 실시하는 플라즈마 처리 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이 웨이퍼(W)에는, 성막 처리나 슬리밍 처리를 사용해서 형성된 다른 전기 배선 구조가 형성되어 있어도 된다.
최근의 반도체 디바이스의 고집적화에 수반하여, 제조 프로세스에 요구되는 배선이나 분리 폭은 미세화되고 있다. 일반적으로, 미세 패턴은, 카본을 포함하는 포토리소그래피 기술을 사용해서 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 에칭의 마스크에 사용해서 하지의 각종 박막을 에칭함으로써 형성된다. 따라서, 미세 패턴을 형성하기 위해서는 포토리소그래피 기술이 중요한데, 최근의 반도체 디바이스의 미세화는, 포토리소그래피 기술의 해상 한계 이하를 요구하기까지에 이르고 있다. 그 때문에, 프로세스 1에서는, 리소그래피 기술 후의 치수 보정 기술로서, 레지스트 패턴의 슬리밍을 실시한다.
또한, 레지스트 패턴 상으로의 실리콘 산화막 등의 성막 프로세스를, SWT(사이드월 트랜스퍼 프로세스), LLE(리소그래피 리소그래피 에칭) 등의 프로세스와 조합하는 미세 패턴의 형성 방법이, 포토리소그래피 기술의 해상 한계 이하의 미세 패턴을 형성하는 기술로서 주목받고 있다. 따라서 본 실시 형태에서는, 프로세스 2에서, 프로세스 1의 슬리밍 처리 후의 레지스트 패턴 상에 예를 들어 실리콘 산화막 등을, 동일 챔버 내에서의 연속 처리(In situ 처리)에 의해 성막한다.
또한, 상기에서는, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 방법을, 상기 슬리밍 처리 및 성막 처리(및 개질 처리)에 적용하는 예에 대해서 설명하는데, 상술한 바와 같이, 본 발명은 이 점에 있어서 한정되지 않고, 다른 플라즈마 처리 방법에 적용하는 구성이어도 된다.
이어서, 프로세스 1 및 프로세스 2를 실시할 때의 구체적인 공정 예에 대해서, 기판의 반송에서부터 설명한다.
웨이퍼(W) 등의 기판의 반입 시에는, 우선, 게이트 밸브(G)를 개방한다. 그리고, 회전 테이블(2)을 간헐적으로 회전시키면서, 반송 아암(10)에 의해 반송구(15)를 통해서 회전 테이블(2) 상에 적재한다.
[프로세스 1: 슬리밍(에칭) 공정]
계속해서, 게이트 밸브(G)를 폐쇄하고, 진공 펌프(64) 및 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 소정의 압력으로 한 상태에서, 회전 테이블(2)을 회전시키면서 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
계속해서, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 소정의 거리로 설정한다. 그리고, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터의 처리 가스의 공급을 차단한 상태에서, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로부터, 소정의 유량으로 플라즈마 처리용 가스(예를 들어, 아르곤 가스 및 산소 가스)를 공급한다.
그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 소정의 압력으로 조정한다. 또한, 플라즈마 발생부(81)에서는, 안테나(83)에 대하여 소정의 출력의 고주파 전력을 공급한다.
하우징(90)에서는, 안테나(83)에 의해 발생하는 전계 및 자계 중 전계는, 패러데이 실드(95)에 의해 반사, 흡수 또는 감쇠되어, 진공 용기(1) 내로의 도달이 저해된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 슬릿(97)의 길이 방향에서의 일단부측 및 타단부측에 도전로(97a)가 설치됨과 함께, 안테나(83)의 측방측에 수직면(95b)을 갖는다. 그로 인해, 슬릿(97)의 길이 방향에서의 일단부측 및 타단부측으로부터 돌아 들어가 웨이퍼(W)측을 향하려고 하는 전계에 대해서도 차단된다.
한편, 자계는, 패러데이 실드(95)에 슬릿(97)을 형성하고 있으므로, 이 슬릿(97)을 통과하여, 하우징(90)의 저면을 통해서 진공 용기(1) 내에 도달한다. 이렇게 해서 하우징(90)의 하방측에 있어서, 자계에 의해 플라즈마 처리용 가스가 플라즈마화된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 대하여 전기적 손상을 일으키기 어려운 활성종을 많이 포함하는 플라즈마를 형성할 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 표면에는, 카본을 포함하는 바탕막이 미리 형성되어 있다. 그 때문에, 플라즈마 내의 활성종(이온, 라디칼)에 의해, 이 카본을 포함하는 바탕막이 소정량 플라즈마 에칭된다.
본 실시 형태에 관한 슬리밍 처리 시의 슬리밍 특성은, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리, 플라즈마 처리용 가스의 종류, 플라즈마 처리용 가스의 유량, 진공 용기(1) 내의 압력, 고주파 전원의 출력, 웨이퍼(W)의 온도, 회전 테이블(2)의 회전 속도 등에 의존한다.
이와 같이, 먼저, 통상의 슬리밍 처리를 실시하고, 처리 후의 웨이퍼(W)의 면내 처리량의 분포를 취득한다.
도 11a 내지 11b는, 슬리밍 처리 후에 측정해서 얻어진 슬리밍 처리의 면내 처리량의 분포의 일례를 나타낸 도이다. 도 11a는, X 방향에서의 면내 처리량의 분포를 나타내고, 도 11b는, Y 방향에서의 면내 처리량의 분포를 도시한 도면이다. 또한, X 방향이란, 회전 테이블(2)의 회전 방향을 따른 방향(둘레 방향)이며, Y 방향이란, 회전 테이블(2)의 회전 방향에 대략 수직인 방향(직경 방향)이다. 도 11a 및 11b에서, 횡축은 웨이퍼(W) 면내의 좌표, 종축은 에칭량을 나타내고 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, Y 방향의 100 내지 300mm의 사이에서, 0 내지 100mm의 사이와 비교하여, 에칭량이 저하되어 있음을 알 수 있다. 이것은, 웨이퍼(W)의 외주측의 슬리밍량이 적은 것을 의미하고 있다.
이러한 경우에는, 상술한 바와 같이, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35) 중, 외측 노즐(35)의 유량을 증가시키거나, 플라즈마 발생부(81)를 상승시켜서, 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면을 높게 함으로써, 외측의 플라즈마 처리용 가스의 유속을 높게 할 수 있다. 이러한 조정을 행함으로써, 플라즈마 처리의 면내 처리량을 균일하게 할 수 있어, 에칭량을 균일하게 할 수 있다.
도 12a 내지 12d는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 변화시켰을 때의, 플라즈마 처리 영역(P2) 내의 반경 방향 단면에서의 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포의 상이를 나타낸 시뮬레이션 도이다.
도 12a는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 90mm인 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포를 도시한 도면이다. 도 12a에서, 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포가, 0 내지 20slm의 범위에서, 4slm 단위로 나타나 있다. 도 12a 중, 우측이 외측 영역이며, 좌측이 중심(축)측 영역이다. 또한, 이러한 점은, 도 12b 내지 d에서도 마찬가지이다.
도 12a에서, 플라즈마 발생 영역인 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46) 부근에 착안하면, 중심측의 영역에서는 4 내지 8slm(standard liter/min)의 유속(유량)으로 되어 있지만, 한복판으로부터 외주측의 영역에서는, 0 내지 4slm로 되어, 외주측의 유속이 낮게 되어 있다.
도 12b는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 105mm인 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포를 도시한 도면이다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 중심측의 영역의 유속이 4 내지 8slm, 그것보다도 외측의 영역이 0 내지 4slm이며, 역시 외측 영역의 유속이 중심측의 영역보다도 낮게 되어 있다.
도 12c는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 120mm인 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포를 도시한 도면이다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 외주부의 유속이 증대되어, 중심측에서 8 내지 12slm, 외주측에서 4 내지 8slm 정도의 유속으로 되어, 전체적으로 유속이 균일화되어 있다. 또한, 유속의 차는, 절댓값의 차보다도, 유량비의 차로 판단하는 것이 적절하다. 따라서, 플라즈마 처리의 대상이 되는 면 내에서, 유속이 0 내지 4slm인 영역이 발생하고 있는 것은 바람직하지 않은 상태라고 할 수 있다. 따라서, 도 12b보다도, 도 12c의 쪽이 유속이 균일화되어 있다고 할 수 있다. 도 12c와 같은 유속 분포라면, 웨이퍼(W) 상의 막에, 전체 영역에 걸쳐서 거의 균일하게 플라즈마 처리를 실시할 수 있다.
도 12d는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 135mm인 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유속 분포를 도시한 도면이다. 도 12d에서는, 중심측의 영역의 유속이 8 내지 12slm, 외측의 영역도 4 내지 8slm의 범위에 들어 있어, 도 12c보다도 더 전체적으로 균일한 유속을 나타내고 있다. 따라서, 도 12d와 같은 유속 분포라면, 도 12c의 경우와 마찬가지로, 면내 처리량이 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
이러한 시뮬레이션 결과는, 상술한 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 사용한 경우를 대상으로 해서 행하고 있다. 따라서, 이 시뮬레이션 결과를 그대로 적용할 수 있고, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리만으로 플라즈마 처리용 가스의 유속의 조정을 행하는 경우에는, 그 거리를 120mm 이상으로 하면 균일한 면내 처리가 가능한 것을 알 수 있다.
즉, 도 11a 및 11b에 도시된 바와 같은 면내 처리량 분포가 취득된 경우에는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 간격을 120mm로 하는 변경 조정을 행하면, 외주측의 에칭량을 증가시킬 수 있어, 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 13a 내지 13d는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 변화시킨 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제1 도이다.
또한, 이 시뮬레이션은, 진공 용기(1) 내의 압력이 2Torr, 히터 유닛(7)에 의한 가열 온도가 85℃, 회전 테이블(2)의 회전 속도가 120rpm, 플라즈마 처리 영역(P2)에 공급되는 Ar 가스의 유량이 15slm, O2 가스의 유량이 0.5slm이다.
도 13a는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 90mm로 했을 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 평면도이다. 도 13b는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 90mm로 했을 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 둘레 방향을 대략 따른 단면도이다.
도 13a에서, 평면 방향에서의 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터 공급된 플라즈마 처리용 가스의 유적선이 나타나 있다. 플라즈마 처리 영역(P2)의 하류측에 배기구(62)가 설치되어, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터 공급된 플라즈마 처리용 가스는, 배기구(62)에 흡인되고 있음을 알 수 있다.
도 13b에서, 연직 방향에서의 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터 공급된 플라즈마 처리용 가스의 유적선이 나타나 있다. 플라즈마 처리용 가스 노즐(33)로부터 공급된 플라즈마 처리용 가스는, 처음에는 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 따르도록 흐르고 있지만, 한복판 부근에서 배기구(62)로 끌어 당겨져, 하방을 향해서 흐르고 있음이 나타나 있다.
도 13c는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 105mm로 했을 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 평면도이다. 도 13d는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 105mm로 했을 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 둘레 방향을 대략 따른 단면도이다.
도 13c에 나타내는 평면적인 플라즈마 처리용 가스의 유적선은, 도 13a와 큰 차는 없다. 한편, 도 13d에 나타내는 연직 방향에서의 플라즈마 처리용 가스의 유적선은, 도 13b의 경우보다도 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 따라 흐르는 범위가 확대되어, 한복판보다도 약간 좌측의 지점에서 배기구(62)쪽으로 끌어 당겨지는 결과가 나타나 있다.
도 14a 내지 14d는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 변화시킨 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제2 도이다. 도 14에서의 시뮬레이션 조건은, 도 13과 마찬가지이다.
도 14a는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 120mm로 했을 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 평면도이다. 도 14b는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 120mm로 한 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 둘레 방향을 대략 따른 단면도이다.
도 14a에 나타내는 평면적인 플라즈마 처리용 가스의 유적선은 도 13a, 13c와 큰 차는 없다. 한편, 도 14b에 나타내는 연직 방향에서의 플라즈마 처리용 가스의 유적선은, 도 13d의 경우보다도 더 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 따라 흐르는 범위가 확대되어, 우측 단부로부터 약 60％ 정도 이상의 범위를 커버하고 있다.
도 14c는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 135mm로 한 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 평면도이다. 도 14d는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 135mm로 한 경우의 플라즈마 처리용 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 나타낸 둘레 방향을 대략 따른 단면도이다.
도 14d에 나타내는 평면적인 플라즈마 처리용 가스의 유적선은 도 13a, 13c, 도 14a와 큰 차는 없다. 한편, 도 14d에 나타내는 연직 방향에서의 플라즈마 처리용 가스의 유적선은, 도 14b의 경우보다도 약간 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)을 따라 흐르는 범위가 확대되어, 우측 단부로부터 약 65％ 정도 이상의 범위를 커버하고 있다.
이와 같이, 도 13a 내지 13d 및 도 14a 내지 14d에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 간격을 넓힘으로써, 배기구(62)로부터의 흡인력의 플라즈마 처리용 가스의 흐름에 대한 영향을 약화시켜서, 플라즈마 발생 영역을 통과하는 플라즈마 처리 가스의 범위를 확대하여, 플라즈마 처리를 촉진할 수 있음을 알 수 있다.
도 15a 내지 15c는, 플라즈마 처리 영역(P2) 내에 설치된 복수의 플라즈마 처리 가스 노즐(33 내지 35)에 의한 가스 유량 조정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제1 도이다.
도 15a는, 100％의 플라즈마 처리용 가스를 베이스 노즐(33)로부터 공급한 경우의 플라즈마 처리 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 15a에서, 베이스 노즐(33) 부근에서 색이 짙어져 있는 영역이, 플라즈마 처리용 가스의 유속 및 유량이 커져 있는 영역이다. 이 점은, 도 15b, 15c에서도 마찬가지이다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 베이스 노즐(33)의 전체로부터 플라즈마 처리용 가스가 공급되어, 배기구(62)쪽을 향해서 흐르고 있다.
도 15b는, 60％의 플라즈마 처리용 가스를 베이스 노즐(33)로부터 공급하고, 40％의 플라즈마 처리용 가스를 외측 노즐(34)로부터 공급한 경우의 플라즈마 처리 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 외측 노즐(34)로부터 플라즈마 처리용 가스를 공급함으로써, 외측에 색이 짙은 영역이 존재하여, 도 15a와 비교해서, 외측의 영역의 유속 및 유량이 증대되어 있는 것을 알 수 있다.
도 15c는, 60％의 플라즈마 처리용 가스를 베이스 노즐(33)로부터 공급하고, 40％의 플라즈마 처리용 가스를 축측 노즐(35)로부터 공급한 경우의 플라즈마 처리 가스의 유적선의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 15c에 도시된 바와 같이, 축측 노즐(35)로부터 플라즈마 처리용 가스를 공급함으로써, 중심(축)측에 색이 짙은 영역이 존재하여, 도 15a와 비교해서, 중심(축)측의 영역의 유속 및 유량이 증대되어 있는 것을 알 수 있다.
도 15a 내지 15c로부터, 외측 노즐(34) 및 축측 노즐(35)을 베이스 노즐(33)에 추가해서 설치함으로써, 외측과 축측의 유량을 증대시키는 조정이 가능하게 되어 있음을 알 수 있다.
도 16a 내지 16c는, 플라즈마 처리 영역(P2) 내에 설치된 복수의 플라즈마 처리 가스 노즐(33 내지 35)에 의한 가스 유량 조정의 시뮬레이션 결과를 나타낸 제2 도이다.
도 16a는, 100％의 플라즈마 처리용 가스를 베이스 노즐(33)로부터 공급한 경우의 플라즈마 처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(2)의 반경의 전역에 걸쳐서, 동일한 유속으로 되어 있다.
도 16b는, 60％의 플라즈마 처리용 가스를 베이스 노즐(33)로부터 공급하고, 40％의 플라즈마 처리용 가스를 외측 노즐(34)로부터 공급한 경우의 플라즈마 처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 외측 노즐(34)로부터 플라즈마 처리용 가스를 공급함으로써, 외측의 영역의 유속이 상대적으로 높아지고 있는 것을 알 수 있다.
도 16c는, 60％의 플라즈마 처리용 가스를 베이스 노즐(33)로부터 공급하고, 40％의 플라즈마 처리용 가스를 축측 노즐(35)로부터 공급한 경우의 플라즈마 처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 16c에 도시된 바와 같이, 축측 노즐(35)로부터 플라즈마 처리용 가스를 공급함으로써, 중심(축)측의 영역의 유속이 상대적으로 높아지고 있는 것을 알 수 있다.
도 16a 내지 16c로부터, 외측 노즐(34) 및 축측 노즐(35)을 베이스 노즐(33)에 추가해서 설치함으로써, 외측과 축측의 유속을 상대적으로 높게 하는 조정이 가능하게 되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 외측 노즐(34) 및 축측 노즐(35)을 베이스 노즐(33)에 추가해서 설치함으로써, 외측 또는 축측의 유속을 상대적으로 높게 할 수 있다. 따라서, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리뿐만이 아니고, 복수의 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)에 의해, 면 내의 플라즈마 처리량의 분포를 조정하는 것이 가능하다. 도 12a 내지 도 14d에서, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 90mm, 105mm인 경우에는 면내 균일성이 불충분한 시뮬레이션 결과를 나타냈지만, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 90mm, 105mm인 경우에도, 외측 노즐(35)로부터의 유량을 증대시켜, 외주측의 플라즈마 처리 가스의 유속을 상대적으로 높게 하면, 충분한 면내 균일성을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 설계 단계에서는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리를 90mm로 하여, 실제의 프로세스에 따른 조정은, 복수의 플라즈마 처리 가스 노즐(33 내지 35)을 사용해서 행한다는 대응도 가능하다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치는, 회전 테이블(2)과 플라즈마 처리 영역(P2)의 천장면(46)과의 사이의 거리가 90mm 이상이면 된다.
또한, 플라즈마 발생부(81)의 상하 이동 또는 회전 테이블(2)의 상하 이동에 의한 플라즈마 처리용 가스의 유속의 조정도 당연히 가능하여, 이들 중 어느 쪽의 기구를 채용할지는, 용도 등에 따라서 임의로 선택 가능하다. 플라즈마 발생부(81)의 상하 이동의 구동 기구를 구비한 경우에는, 상술한 바와 같이, 천장판(11)의 개구부(11a)와 하우징(90)의 플랜지부(90a)와의 사이에, 연직 방향으로 신축 가능한 벨로즈(82a)를 갖는 환상 부재(82)를 갖는다. 그 때문에, 플라즈마 처리 영역(P2) 내를 기밀하게 제어한 상태에서, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 원하는 거리로 제어할 수 있다. 다르게 표현하면, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리의 변경에 수반하는, 주변 가스의 처리 영역(P2)으로의 침입을, 환상 부재(82)와 하우징(90)에 의해 방지할 수 있다.
플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리는, 한정되지 않지만, 예를 들어 20 내지 120mm로 할 수 있다. 그러나, 슬리밍 공정에서는, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리는, 길게 하는 것이 바람직하다. 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 길게 한 경우, 웨이퍼(W)에 공급되는 활성종 중 이온 성분의 대부분은, 웨이퍼(W)에 도달하기 전에 소멸되기 때문에, 라디칼 성분이 주체가 되어 웨이퍼(W)가 처리된다. 카본을 포함하는 막은, 라디칼 성분에 의해 에칭되기 쉬운 막이기 때문에, 고주파 전원의 출력을 제어 용이한 저출력으로 한 경우에도, 충분한 에칭 레이트를 확보할 수 있다. 즉, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 길게 함으로써, 에칭 균일성, 등방향 에칭의 확보, 에칭량의 제어와 같은 플라즈마 에칭 제어성을 향상시킬 수 있다.
플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리는, 실제의 플라즈마 처리를 행한 웨이퍼(W)의 면내 처리 분포에 기초해서 행하는 것이 바람직하지만, 미리 그것들의 데이터가 확립되어 있는 경우에는, 레시피 중에서 변경하는 구성이어도 된다.
플라즈마 처리용 가스의 종류로서는, 한정되지 않지만, 예를 들어 Ar 가스 등의 희가스와, O2 가스, O3 가스, H2O 가스, H2 가스, NH3 가스 등의 산소 또는 수소 함유 가스와의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다. 이때, 플라즈마 처리용 가스의 유량으로서는, 한정되지 않지만, 예를 들어 희가스의 유량을 1000sccm 내지 20000sccm(일례로서 15000sccm) 정도, 산소 함유 가스의 유량을 100sccm 내지 2000sccm(일례로서 500sccm) 정도로 할 수 있다. 진공 용기(1) 내의 압력으로서는, 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5Torr 내지 4Torr(일례로서 1.8Torr) 정도로 할 수 있다. 고주파 전원의 출력으로서는, 한정되지 않지만, 예를 들어 500W 내지 5000W(일례로서 1000W 내지 1600W) 정도로 할 수 있다. 웨이퍼(W)의 온도로서는, 한정되지 않지만, 예를 들어 40℃ 내지 120℃(일례로서 85℃) 정도로 할 수 있다. 회전 테이블(2)의 회전 속도로서는, 한정되지 않지만, 예를 들어 10rpm 내지 300rpm(일례로서 180rpm) 정도로 할 수 있다.
플라즈마 처리 가스의 유속을 조정한 후, 슬리밍 공정을 재개함으로써, 면내 균일성이 우수한 슬리밍 공정을 실시할 수 있다.
[프로세스 2: 성막 공정 및 개질 공정]
본 실시 형태의 플라즈마 처리 방법은, 소정의 양 에칭한 카본 패턴을 갖는 웨이퍼(W)에 대하여 ALD법에 의한 성막 처리를 실시하는 경우에도 적용할 수 있다.
이 ALD법에 의한 성막 특성에 대해서도, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)과의 사이의 거리, 플라즈마 처리용 가스의 종류, 플라즈마 처리용 가스의 유량, 진공 용기(1) 내의 압력, 고주파 전원의 출력, 웨이퍼(W)의 온도, 회전 테이블(2)의 회전 속도 등을 변경함으로써, 원하는 특성을 얻을 수 있다. 본 실시 형태의 플라즈마 처리 방법을 사용한 ALD법에 의한 성막 방법의 일례에 대해서 설명한다.
우선, 히터 유닛(7)에 의해 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다.
계속해서, 제1 처리 가스 노즐(31)로부터 후술하는 Si 함유 가스 또는 금속 함유 가스 등의 제1 처리 가스를, 소정의 유량으로 토출함과 함께, 플라즈마 처리용 가스 노즐(33 내지 35)로부터, 소정의 유량으로 후술하는 산화 가스 또는 질화 가스를 포함하는 플라즈마 처리용 가스를 공급한다.
그리고, 압력 조정부(65)에 의해 진공 용기(1) 내를 소정의 압력으로 조정한다. 또한, 플라즈마 발생부(81)에서는, 안테나(83)에 대하여 소정의 출력의 고주파 전력을 인가한다.
웨이퍼(W)의 표면에서는, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제1 처리 영역(P1)에서 Si 함유 가스 또는 금속 함유 가스가 흡착되고, 계속해서, 제2 처리 영역(P2)에서 웨이퍼(W) 상에 흡착된 Si 함유 가스 또는 금속 함유 가스가, 플라즈마 처리용 가스의 플라즈마에 의해 산화 또는 질화된다. 이에 의해, 박막 성분인 산화막 또는 질화막의 분자층이 1층 또는 복수층 형성되어 반응 생성물이 형성된다.
플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리는, 한정되지 않지만, 예를 들어 20 내지 120mm로 할 수 있다. 그러나, 성막 공정의 초기에 있어서는, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리는 길게, 예를 들어 120mm로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이때, 고주파 전원의 출력을 비교적 저출력, 예를 들어 1000W로 하는 것이 바람직하다. 성막 공정의 초기에 있어서는, 활성종의 웨이퍼에 대한 영향이 크기 때문에, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 길게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 「성막 공정의 초기」란, 처리하는 웨이퍼(W)에 형성되어 있는 전기 배선 구조나, 성막 가스의 종류 등에 의존하는데, 예를 들어 성막하는 막이 2mm 정도의 막 두께로 될 때까지로 할 수 있다.
한편, 웨이퍼(W) 상에 일정량, 예를 들어 2mm 정도의 막이 성막된 후에는 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 짧게, 예를 들어 30mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이때, 고주파 전원의 출력을 비교적 고출력, 예를 들어 3000W로 하는 것이 바람직하다.
웨이퍼(W) 상에 일정량의 막 두께의 막이 성막된 후에, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 짧게 하는 것이 바람직한 이유에 대해서 설명한다. 일반적으로, ALD법에 의해 형성되는 박막 중에는, 예를 들어 제1 처리 가스 중에 포함되는 잔류기 등에 의해, 염소나 유기물 등의 불순물이 포함되어 있는 경우가 있다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 성막 방법에서는, 소정의 막 두께의 성막 후에, 플라즈마 발생부(81)와 회전 테이블(2)의 사이의 거리를 짧게 한다. 이에 의해, 플라즈마 내의 이온 효과에 의해 얻어지는 막이 개질 처리된다. 구체적으로는, 예를 들어 플라즈마가 웨이퍼(W)의 표면에 이온이 충돌함으로써, 예를 들어 박막으로부터 불순물이 HCl이나 유기 가스 등으로서 방출된다. 또한, 박막 내의 원소가 재배열됨으로써, 박막이 치밀화(고밀도화)된다.
본 실시 형태에서는, 회전 테이블(2)의 회전을 계속함으로써, 웨이퍼(W) 표면으로의 처리 가스의 흡착, 웨이퍼(W) 표면에 흡착된 처리 가스 성분의 산화 또는 질화 및 반응 생성물의 플라즈마 개질이 이 순서로 다수회에 걸쳐서 행하여진다. 즉, ALD법에 의한 성막 처리와, 형성된 막의 개질 처리가, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 다수회에 걸쳐서 행하여진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치에서의 처리 영역(P1, P2)의 사이에는, 회전 테이블(2)의 둘레 방향 양측에 분리 영역(D)을 배치하고 있다. 그 때문에, 분리 영역(D)에 있어서, 처리 가스와 플라즈마 처리용 가스와의 혼합이 저지되면서, 각 가스가 배기구(61, 62)를 향해 배기되어 간다.
본 실시 형태에서의 제1 처리 가스의 일례로서는, DIPAS[디이소프로필아미노실란], 3DMAS[트리스디메틸아미노실란] 가스, BTBAS[비스터셔리부틸아미노실란], DCS[디클로로실란], HCD[헥사클로로디실란] 등의 실리콘 함유 가스나, TiCl4[사염화티타늄], Ti(MPD)(THD)[티타늄메틸펜탄디오나토비스테트라메틸헵탄디오나토], TMA[트리메틸알루미늄], TEMAZ[테트라키스에틸메틸아미노지르코늄], TEMHF[테트라키스에틸메틸아미노하프늄], Sr(THD)2[스트론튬비스테트라메틸헵탄디오네이트] 등의 금속 함유 가스를 사용해도 된다.
플라즈마 처리용 가스로서는, 플라즈마의 이용 용도 등에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 주로 플라즈마 발생을 위한 Ar 가스와, 얻어지는 막에 대한 처리 내용(예를 들어, 플라즈마 에칭(슬리밍), 플라즈마에 의한 막질 개선)에 따른, 산소 함유 가스(예를 들어 O2 가스, O3 가스, H2O 가스) 및/또는 수소 함유 가스(H2 가스, NH3 가스)와의 혼합 가스 등을 들 수 있다.
분리 가스로서는, 예를 들어 N2 가스 등을 들 수 있다.
성막 공정에서의 제1 처리 가스의 유량은, 한정되지 않지만, 예를 들어 50sccm 내지 1000sccm으로 할 수 있다.
플라즈마 처리용 가스에 포함되는 산소 함유 가스의 유량은, 한정되지 않지만, 예를 들어 500sccm 내지 5000sccm(일례로서 500sccm) 정도로 할 수 있다.
진공 용기(1) 내의 압력은, 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5Torr 내지 4Torr(일례로서 1.8Torr) 정도로 할 수 있다.
웨이퍼(W)의 온도는, 한정되지 않지만, 예를 들어 40℃ 내지 200℃ 정도로 할 수 있다.
회전 테이블(2)의 회전 속도는, 한정되지 않지만, 예를 들어 60rpm 내지 300rpm 정도로 할 수 있다.
이러한 처리를 행하여 성막을 행한 후, 웨이퍼(W) 상의 막의 밀도 분포를 취득한다. 웨이퍼(W) 상의 막의 밀도 분포는, 예를 들어 습식 에칭을 행하고, 면 내에서의 에칭량의 분포를 계측함으로써 취득할 수 있다. 즉, 막 밀도가 높은 경우에는 에칭 레이트가 작고, 막 밀도가 낮은 경우에는 에칭 레이트가 높아진다. 막질 향상의 플라즈마 처리를 행함으로써, 막은 치밀화되고, 밀도가 높아질 것이므로, 막의 밀도 분포를 취득함으로써, 플라즈마 처리의 면내 처리량을 취득할 수 있다.
면내 처리량을 취득한 후에는 지금까지 설명한 것과 마찬가지의 방법으로, 플라즈마 처리용 가스의 유속을 조정해서 원하는 면내 처리량이 얻어지도록 한다. 조정 후, 성막 공정 및 막질 개선 공정을 실시함으로써, 막의 플라즈마 처리의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 플라즈마 처리의 면내 처리량을 적절하게 조정할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상술한 실시 형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

Claims (20)

  1. 처리 용기 내에 설치된 회전 테이블의 회전 방향을 따르는 소정 영역에 설치되고, 상기 회전 테이블보다 상방에서 천장면 및 측면으로 구획되는 소정의 플라즈마 처리 영역 내에 처리 가스를 공급하여, 플라즈마 발생 영역에서 상기 처리 가스를 플라즈마화하고, 상기 회전 테이블 상에 적재된 기판 상에 형성된 막에, 상기 회전 테이블의 연속 회전에 의해 상기 기판이 상기 소정의 플라즈마 처리 영역을 통과하는 때마다 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법이며,
    기판 상에 형성된 막의 플라즈마 처리에 의한 기판의 면내의 플라즈마 처리량의 분포를 취득하는 공정과,
    취득한 상기 기판의 면내의 플라즈마 처리량의 분포에 기초하여, 상기 처리 가스의 유속을 증가시켜서 상기 플라즈마 처리의 처리량을 증가시키고 싶은 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 유속이 다른 영역에 공급하는 처리 가스의 유속보다 상대적으로 높아지도록 하거나, 또는 상기 처리 가스의 유속을 감소시켜서 상기 플라즈마 처리의 처리량을 감소시키고 싶은 영역에 공급하는 상기 처리 가스의 유속이 다른 영역에 공급하는 처리 가스의 유속보다 상대적으로 낮아지도록, 상기 기판의 전체 영역에 상기 처리 가스를 공급하는 제1 가스 노즐과, 상기 기판의 상기 회전 테이블의 중심측의 영역에 상기 처리 가스를 공급하는 제2 가스 노즐과, 상기 기판의 상기 회전 테이블의 외주측의 영역에 상기 처리 가스를 공급하는 제3 가스 노즐을 포함하고, 상기 기판의 상이한 영역에 대응해서 설치된 복수의 가스 노즐로부터 공급되는 상기 처리 가스의 유속을, 상기 기판의 상이한 영역에 대응하는 상기 가스 노즐마다 조정하는 공정과,
    유속이 조정된 상기 처리 가스를 상기 소정의 플라즈마 처리 영역 내에 공급하여, 상기 기판 상에 형성된 막에 상기 플라즈마 처리를 실시하는 공정을 갖는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스의 유속을 조정하는 공정은, 상기 플라즈마 발생 영역 내에서의 상기 처리 가스의 유속이 균일해지도록 조정하는 공정인, 플라즈마 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 영역은, 상기 소정의 플라즈마 처리 영역의 최상부 부근의 영역인, 플라즈마 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스의 유속은, 상기 처리 가스의 유량에 의해 조정되는, 플라즈마 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스의 유속을 조정하는 공정은, 상기 회전 테이블과 상기 천장면과의 사이의 거리를 변경함으로써 행하여지는, 플라즈마 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전 테이블과 상기 천장면의 사이의 거리는, 상기 회전 테이블 및 상기 천장면 중 적어도 한쪽을 상하 이동시킴으로써 행하여지는, 플라즈마 처리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 처리 용기의 상기 회전 테이블보다 하방에는 배기구가 설치되고,
    상기 천장면의 높이는, 상기 천장면을 따라서 흐르는 상기 처리 가스가 상기 배기구로부터의 흡인력에 저항해서 상기 천장 면을 따라 균일한 유속으로 흐를 수 있는 높이로 조정되는, 플라즈마 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블보다 상방의 상기 소정의 플라즈마 처리 영역 이외의 상기 처리 용기 내의 영역에서는, 상기 플라즈마 처리 이외의 기판 처리를 행하는, 플라즈마 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 처리는, 상기 기판 상에 성막을 행하는 성막 처리인, 플라즈마 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성된 막의 상기 플라즈마 처리에 의한 상기 기판의 면내의 플라즈마 처리량은, 막 두께 분포에 의해 취득되는, 플라즈마 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성된 막의 상기 플라즈마 처리에 의한 상기 기판의 면내의 플라즈마 처리량은, 막 밀도 분포에 의해 취득되는, 플라즈마 처리 방법.
  12. 기판을 수용해서 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기와,
    해당 처리 용기 내에 설치되고, 상기 기판을 회전 방향을 따라서 적재 가능한 회전 테이블과,
    해당 회전 테이블의 회전 방향을 따른 소정 영역에 설치되고, 상기 회전 테이블보다 상방에서 천장면과 측면에 의해 구획된 플라즈마 처리 영역과,
    상기 기판의 전체 영역에 처리 가스를 공급 가능한 제1 가스 노즐과, 상기 기판의 상기 회전 테이블의 중심측의 영역에 상기 처리 가스를 공급 가능한 제2 가스 노즐과, 상기 기판의 상기 회전 테이블의 외주측의 영역에 상기 처리 가스를 공급 가능한 제3 가스 노즐을 포함하는, 상기 플라즈마 처리 영역 내의 서로 다른 영역에 상기 처리 가스를 공급하는 것이 가능한 복수의 가스 노즐과,
    상기 처리 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 발생 수단을 갖는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 가스 노즐의 가스 토출 구멍은, 상기 플라즈마 처리 영역의 상기 측면에 대향하고 있고,
    상기 제2 및 제3 가스 노즐의 가스 토출 구멍은, 상기 플라즈마 처리 영역의 상기 천장면에 대향하고 있는, 플라즈마 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 영역의 상기 천장면의 높이는, 90mm 이상인, 플라즈마 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가스 노즐은, 상기 플라즈마 처리 영역 내의 서로 다른 영역에 처리 가스를 공급하는 것이 가능한 복수의 가스 노즐을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.
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