KR102346038B1 - 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피처리 기판의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시키는 것이다.
플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와, 상기 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부에 도입하는 가스 공급 구멍이 형성된 제1 영역과, 상기 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 제2 영역과, 상기 가스 공급 구멍이 형성된 제3 영역이 상기 피처리 기판의 중심측으로부터 상기 피처리 기판의 직경 방향을 따라 순서대로 배치된 가스 공급 부재를 구비하였다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 부재{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND GAS SUPPLY MEMBER}
본 발명의 여러가지 측면 및 실시형태는, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 부재에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 예컨대 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나, 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치를 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치는, 플라즈마 처리 공간을 구획하는 처리 용기, 처리 용기 내에서 피처리 기판을 지지하는 지지 부재, 및 플라즈마 반응에 필요한 처리 가스를 처리실 내에 공급하기 위한 가스 공급 부재 등을 구비한다. 가스 공급 부재는, 가스 공급 구멍을 가지며, 처리 가스를 가스 공급 구멍으로부터 처리 용기의 내부에 도입한다.
여기서, 가스 공급 부재는, 가스 공급 구멍의 수가 상이한 복수의 영역으로 구분될 수 있다. 예컨대, 가스 공급 부재는, 피처리 기판의 중앙부에 대응하는 중앙 영역과, 피처리 기판의 주연부에 대응하는 주연 영역으로 구분되며, 중앙 영역과 주연 영역이 각각 상이한 수의 가스 공급 구멍을 형성하는 것으로 알려져 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2008-244142호 공보
그러나, 전술한 종래 기술에서는, 피처리 기판 상의 중앙부와 주연부에 있어서 처리 가스의 압력 분포의 제어성이 비교적 나쁘기 때문에, 피처리 기판의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시키는 것이 어렵다는 문제가 있다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와, 상기 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부에 도입하는 가스 공급 구멍이 형성된 제1 영역과, 상기 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 제2 영역과, 상기 가스 공급 구멍이 형성된 제3 영역이 상기 피처리 기판의 중심측으로부터 상기 피처리 기판의 직경 방향을 따라 순서대로 배치된 가스 공급 부재를 구비한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 양태에 따르면, 피처리 기판의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 샤워 헤드의 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 나타낸 전극판의 평면도이다.
도 4a는 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 영역이 전극판에 마련되지 않는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유선의 분포를 나타낸다.
도 4b는 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 영역이 전극판에 마련되지 않는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유속 분포를 나타낸다.
도 5a는 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향에 대한, 처리 가스의 유선의 분포를 나타낸다.
도 5b는 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유속 분포를 나타낸다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 효과(에칭 레이트의 실측 결과)를 나타내는 도면이다.
도 8은 제2 실시형태에 있어서의 전극판의 종단면도이다.
도 9a는 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유선의 분포를 나타낸다.
도 9b는 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유속의 분포를 나타낸다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 개시하는 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 부재의 실시형태에 대해서 설명한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리 기판을 지지하는 지지 부재와, 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 처리 가스를 처리 용기의 내부에 도입하는 가스 공급 구멍이 형성된 제1 영역과, 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 제2 영역과, 가스 공급 구멍이 형성된 제3 영역이 피처리 기판의 중심측으로부터 피처리 기판의 직경 방향을 따라 순서대로 배치된 가스 공급 부재를 구비하였다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 제3 영역에 형성된 가스 공급 구멍은, 피처리 기판의 직경 방향을 따라 피처리 기판의 주연보다 10 ㎜만큼 내측의 위치보다 외측의 위치에 배치된다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 제3 영역에 형성된 가스 공급 구멍은, 피처리 기판의 직경 방향을 따라 피처리 기판의 주연보다 10 ㎜만큼 내측의 위치로부터 피처리 기판의 주연보다 10 ㎜만큼 외측의 위치까지의 범위에 배치된다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 제3 영역에 형성된 가스 공급 구멍은, 피처리 기판의 주연보다 외측의 위치 또는 상기 주연 상의 위치에 배치된다.
또한, 개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 제3 영역에 형성된 가스 공급 구멍은, 피처리 기판에 근접할수록, 피처리 기판의 중심축에 대한 피처리 기판의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 피처리 기판의 중심축에 대하여 경사지는 경사 부분을 갖는다.
또한, 개시하는 가스 공급 부재는, 하나의 실시형태에 있어서, 피처리 기판이 배치되는 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 부재로서, 가스 공급 부재의 중앙 위치와 엣지부의 중심선보다 상기 중앙 위치측에 배치되며, 복수의 제1 가스 공급 구멍이 형성되는 제1 가스 공급 영역과, 가스 공급 부재의 중앙 위치와 엣지부의 중심선보다 상기 엣지부측에 배치되며 제2 가스 공급 구멍이 형성되는 제2 가스 공급 영역과, 제1 가스 공급 영역과 제2 가스 공급 영역 사이에 배치되며 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 비가스 공급 영역을 구비한다.
또한, 개시하는 가스 공급 부재는, 하나의 실시형태에 있어서, 제2 가스 공급 구멍이 피처리 기판의 주연보다 외측의 위치 또는 상기 주연 상의 위치에 배치된다.
또한, 개시하는 가스 공급 부재는, 하나의 실시형태에 있어서, 제2 가스 공급 구멍은, 피처리 기판에 근접할수록, 피처리 기판의 중심축에 대한 피처리 기판의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 피처리 기판의 중심축에 대하여 경사지는 경사 부분을 갖는다.
(제1 실시형태)
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 이 플라즈마 에칭 장치는, 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 기밀하게 구성되며, 대략 원통형을 이루고, 벽부가 예컨대 표면이 산화 처리된 알루미늄제의 챔버(1)를 가지고 있다. 이 챔버(1)는 접지되어 있다. 챔버(1)는 처리 용기의 일례에 해당한다.
이 챔버(1) 내에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 기재함)(W)를 수평으로 지지하며 하부 전극으로서 기능하는 지지 테이블(2)이 마련되어 있다. 지지 테이블(2)은 지지 부재의 일례에 해당한다. 지지 테이블(2)은 예컨대 표면이 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있고, 챔버(1)의 바닥벽으로부터 돌출하는 지지부(3) 상에 절연 부재(4)를 통해 지지되어 있다. 또한, 지지 테이블(2)의 상방의 외주에는 도전성 재료 또는 절연성 재료로 형성된 포커스 링(5)이 마련되어 있다. 포커스 링(5)의 외측 외주에는 배플판(14)이 마련되어 있다.
지지 테이블(2)의 표면 상에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정전 척(6)이 마련되어 있다. 이 정전 척(6)은 절연체(6b) 사이에 전극(6a)이 개재되어 구성되어 있고, 예컨대, 절연체(6b)는, 알루미나 등의 유전체로 이루어진다. 전극(6a)에는 직류 전원(13)이 접속되어 있다. 그리고 전극(6a)에 직류 전원(13)으로부터 전압이 인가됨으로써, 예컨대 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 흡착된다.
지지 테이블(2) 내에는 냉매 유로(8a)가 마련되고, 이 냉매 유로(8a)에는 냉매 배관(8b)이 접속되어 있으며, 냉매 제어 장치(8)에 의해 적절한 냉매가 이 냉매 배관(8b)을 통해 냉매 유로(8a)에 공급되어 순환되도록 되어 있다. 이에 의해, 지지 테이블(2)이 적절한 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 정전 척(6)의 표면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 열 전달용의 전열 가스, 예컨대 He 가스를 공급하기 위한 전열 가스 배관(9a)이 마련되고, 전열 가스 공급 장치(9)로부터 이 전열 가스 배관(9a)을 통해 웨이퍼(W) 이면에 전열 가스가 공급되도록 되어 있다. 이에 의해, 챔버(1) 내가 배기되어 진공으로 유지되어 있어도, 냉매 유로(8a)에 순환되는 냉매의 냉열을 웨이퍼(W)에 효율적으로 전달시킬 수 있어, 웨이퍼(W)의 온도 제어성을 높일 수 있다.
지지 테이블(2)의 거의 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, 예컨대 10 ㎒ 이상의 고주파 전력이 지지 테이블(2)에 공급되도록 되어 있다. 한편, 하부 전극으로서 기능하는 지지 테이블(2)에 대향하여 그 상방에는 후술하는 샤워 헤드(16)가 서로 평행하게 마련되어 있고, 이 샤워 헤드(16)는 챔버(1)를 통해 접지되어 있다. 따라서, 샤워 헤드(16)는 상부 전극으로서 기능하여, 지지 테이블(2)과 함께 한쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다.
챔버(1)의 바닥벽에는, 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 작동시킴으로써 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있게 되어 있다. 한편, 챔버(1)의 측벽 상측에는, 웨이퍼(W)의 반입출구(23)를 개폐하는 게이트 밸브(24)가 마련되어 있다.
한편, 챔버(1)의 반입출구(23)의 상하에 챔버(1)를 주회하도록, 동심형으로, 2개의 링 자석(21a, 21b)이 배치되어 있고, 지지 테이블(2)과 샤워 헤드(16) 사이의 처리 공간의 주위에 자계를 형성하도록 되어 있다. 이 링 자석(21a, 21b)은, 도시하지 않는 회전 기구에 의해 회전 가능하게 마련되어 있다. 또한, 링 자석을 마련하지 않아도 좋다.
또한, 도 1에 나타내는 플라즈마 에칭 장치는, 지지 테이블(2)에 지지된 웨이퍼(W)에 대하여, 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하기 위한 처리 가스를 분출하는 샤워 헤드(16)와, 샤워 헤드(16)에 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급 장치(60)를 갖는다.
샤워 헤드(16)는, 샤워 헤드 본체(16a)와, 그 하면에 교환 가능하게 마련된 원형상의 전극판(18)을 가지고 있다. 샤워 헤드 본체(16a)는, 전극판(18)과 동일한 직경의 원반 형상으로 형성된다. 샤워 헤드 본체(16a)의 내부에는, 원형상의 가스 확산 공간(40)이 형성되어 있다. 전극판(18)에는, 처리 가스를 챔버(1)의 내부에 도입하는 가스 공급 구멍(17)이 마련된다.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 샤워 헤드의 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 2에 나타낸 전극판의 평면도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 가스 확산 공간(40)은, 예컨대 O링으로 이루어지는 환형 격벽 부재(42)에 의해 중심측의 제1 가스 확산실(40a)과 그 외측의 제2 가스 확산실(40b)로 구획되어 있다. 가스 확산실은 3존 이상으로 구획되어 있어도 좋다. 제1 가스 확산실(40a) 및 제2 가스 확산실(40b)에는, 가스 공급 장치(60)에 의해 처리 가스가 공급된다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 전극판(18)은, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제1 영역(51)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제3 영역(53)으로 구분된다. 전극판(18)은, 가스 공급 부재의 일례에 해당한다. 제1 영역(51)과, 제2 영역(52)과, 제3 영역(53)은, 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 순서대로 배치된다.
제1 영역(51)은, 제1 가스 확산실(40a)에 대응하는 위치에 배치된다. 바꾸어 말하면, 제1 영역(51)은, 전극판(18)의 중앙 위치와 엣지부의 중심선보다 중앙 위치측에 배치된다. 제1 영역(51)에는, 복수의 가스 공급 구멍(17)이 형성되어 있다. 제1 영역(51)은, 제1 가스 공급 영역의 일례이다. 제1 영역(51)은, 제1 가스 확산실(40a)에 공급되는 처리 가스를 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출한다.
제2 영역(52) 및 제3 영역(53)은, 제2 가스 확산실(40b)에 대응하는 위치에 배치된다. 바꾸어 말하면, 제3 영역(53)은, 전극판(18)의 중앙 위치와 엣지부의 중심선보다 엣지부측에 배치되며, 제2 영역(52)은, 제1 영역(51)과, 제3 영역(53) 사이에 배치된다. 제3 영역(53)은, 제2 가스 공급 영역의 일례이며, 제2 영역(52)은, 비가스 공급 영역의 일례이다. 제2 영역(52)은, 제2 가스 확산실(40b)에 공급되는 처리 가스를, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)으로 유도하는 정류 기능을 갖는다. 제3 영역(53)은, 제2 가스 확산실(40b)에 공급되는 처리 가스를, 제2 영역(52)의 정류 기능에 의해 가스 공급 구멍(17)으로 유도되는 처리 가스와 함께, 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출한다.
여기서, 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 분출되는 처리 가스의 흐름과, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 분출되는 처리 가스의 흐름과, 제2 영역(52)에 대응하는 위치의 처리 가스의 흐름의 관계를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 분출되는 처리 가스를 적절하게 「제1 처리 가스」라고 부르고, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 분출되는 처리 가스를 적절하게 「제2 처리 가스」라고 부른다. 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제1 처리 가스는, 배기 방향[배기 장치(20)가 접속되어 있는 방향]으로 흐른다. 배기 방향으로 흐르는 제1 처리 가스는, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제2 처리 가스에 충돌한다. 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제2 처리 가스에는, 제2 영역(52)의 정류 기능에 의해 가스 공급 구멍(17)으로 유도된 처리 가스가 혼합되어 있다. 이 때문에, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제2 처리 가스의 유속이 국소적으로 증가하여, 제2 처리 가스는, 배기 방향으로 흐르는 제1 처리 가스를 방해하는 기류벽을 형성한다. 그렇게 되면, 배기 방향으로 흐르는 제1 처리 가스는, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 끼인 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서, 감속된다. 이에 의해, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 끼인 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 처리 가스가 머문다. 그 결과, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 끼인 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭이 촉진된다.
또한, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)은, 웨이퍼(W)의 주연에 대하여 처리 가스가 효율적으로 분출되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)은, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라, 웨이퍼(W)의 주연보다 10 ㎜만큼 내측의 위치보다 외측의 위치에 배치된다. 보다 바람직하게는, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)은, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라, 웨이퍼(W)의 주연보다 10 ㎜만큼 내측의 위치로부터 웨이퍼(W)의 주연보다 10 ㎜만큼 외측의 위치까지의 범위에 배치된다.
또한, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)의 위치는 상기 위치에는 한정되지 않는다. 예컨대, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)은, 웨이퍼(W)의 주연보다 외측의 위치 또는, 웨이퍼(W)의 주연 상의 위치에 배치되어도 좋다.
가스 공급 장치(60)는, 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부(66)와, 처리 가스에 부가되는 부가 가스를 공급하는 부가 가스 공급부(75)와, 유량 분할 조정 기구(71)를 갖는다. 또한, 처리 가스 공급부(66)로부터 연장된 가스 공급관(64)이, 중간에 2개의 분기관(64a, 64b)으로 분기되어, 샤워 헤드 본체(16a)에 형성된 가스 도입구(62a, 62b)에 접속된다. 가스 도입구(62a, 62b)로부터의 처리 가스는, 제1 가스 확산실(40a) 및 제2 가스 확산실(40b)에 이른다. 분기관(64a, 64b)의 유량 분할은, 이들 도중에 마련된 유량 분할 조정 기구(71)에 의해 조정된다.
또한, 제2 가스 확산실(40b)에는, 부가 가스 공급부(75)로부터, 처리 가스에 의한 에칭 특성을 조정하기 위한 부가 가스가 공급되도록 되어 있다. 부가 가스는, 에칭 시에 예컨대 에칭 처리를 균일하게 하기 위해 소정의 작용을 끼치는 것이다. 부가 가스 공급부(75)로부터의 연장된 가스 공급관(76)은, 분기관(64b)에 접속된다. 부가 가스는, 가스 공급관(76), 분기관(64b) 및 가스 도입구(62b)를 통해, 제2 가스 확산실(40b)에 이른다.
전술한 바와 같이, 제1 실시형태에서는, 가스 공급 부재로서의 전극판(18)에, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제1 영역(51)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제3 영역(53)이 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 순서대로 배치되었다. 이 때문에, 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 웨이퍼(W)의 중심측에 처리 가스가 효율적으로 공급되고, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 웨이퍼(W)의 주변측에 처리 가스가 효율적으로 공급되며, 또한 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 끼인 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭이 촉진된다. 결과적으로, 제1 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시킬 수 있다.
다음에, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 시뮬레이션 결과(처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과, 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과)에 대해서 설명한다.
우선, 처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다. 도 4a는 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유선의 분포를 나타낸다. 도 4b는 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유속 분포를 나타낸다. 도 5a는 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향에 대한, 처리 가스의 유선의 분포를 나타낸다. 도 5b는 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유속 분포를 나타낸다.
또한, 도 4a 및 도 4b의 시뮬레이션의 조건(파라미터)으로서, 반경 150 ㎜의 웨이퍼를 사용하고, 전극판(18)의 중심으로부터 직경 방향을 따라 전극판(18)을 8개의 존(Zone 1∼8)으로 분할하여, 모든 존으로부터 처리 가스를 분출함으로써, 처리 가스의 유선의 분포 및 처리 가스의 유속 분포를 구하였다. 또한, 도 4a 및 도 4b의 시뮬레이션에서는, Zone 1에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 10 ㎜의 원주 상에 4개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 2에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 30 ㎜의 원주 상에 12개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 3에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 50 ㎜의 원주 상에 24개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 4에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 70 ㎜의 원주 상에 36개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 5에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 90 ㎜의 원주 상에 48개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 6에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 110 ㎜의 원주 상에 60개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 7에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 130 ㎜의 원주 상에 80개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 150 ㎜의 원주 상에 100개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다.
이에 대하여, 도 5a 및 도 5b의 시뮬레이션의 조건은, 반경 150 ㎜의 웨이퍼를 사용하며, 전술한 Zone 1∼8 중 Zone 5∼7을 폐쇄하고, Zone 1∼4 및 Zone 8로부터 처리 가스를 분사함으로써, 처리 가스의 유선의 분포 및 처리 가스의 유속 분포를 구하였다. 즉, 도 5a 및 도 5b의 시뮬레이션에서는, Zone 5∼7이 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)에 상당한다.
또한, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 있어서, 횡축은, 반경 150 ㎜의 웨이퍼의 중심인 0 ㎜를 기준으로 한 웨이퍼의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있다.
또한, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에서는, 그 외의 시뮬레이션 조건으로서, 처리 가스:CF4=150 sccm, 챔버 내의 압력: 40 mTorr, RDC: 50을 이용하였다. RDC(Radial Distribution Control)란, 플로우 스플리터에 의해 공통 가스의 분기 비율을 조절하고, 중앙 도입구 및 주변 도입부로부터의 가스 도입량을 조절하는 기술로, 제1 가스 확산실(40a)에 공급되는 처리 가스의 유량과, 제2 가스 확산실(40b)에 공급되는 처리 가스의 유량의 비이다.
도 4a와 도 5a의 대비로부터, 이하의 현상이 확인되었다. 즉, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 장치와 상이하며, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)이 마련된 제1 실시형태의 장치에서는, Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로부터 분사되는 처리 가스가, Zone 1∼4에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로부터 분사되어 배기 방향으로 흐르는 처리 가스를 방해하는 기류벽을 형성하였다.
또한, 도 4b와 도 5b의 대비로부터, 이하의 현상이 확인되었다. 즉, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 장치와 비교하여, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)이 마련된 제1 실시형태의 장치에서는, 배기 방향으로 흐르는 처리 가스가, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서, 감속되었다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)이 마련된 제1 실시형태의 장치에서는, 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 처리 가스가 머문다. 이는, 가스의 흐름의 정체가 형성되어 있는 것이다. 즉, 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에서는, Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로부터 분사되는 처리 가스에 의해 형성된 기류벽이 처리 가스의 흐름을 방해하고 있다. 따라서, 이 정체에 의해 처리 가스 농도(에천트 가스)가 높아지고, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중, 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭이 촉진된다고 추측된다. 그 결과, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)이 마련된 제1 실시형태의 장치에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성(마진 폭)을 향상시키는 것이 가능하다고 추측된다.
계속해서, 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다. 도 6은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 6은 도표(101)와 도표(102)를 포함한다.
도표(101)는, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 압력 분포를 시뮬레이션한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도표(102)는, 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 압력 분포를 시뮬레이션한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도표(101) 및 도표(102)에 있어서, 종축은, 웨이퍼의 표면으로부터 5 ㎜만큼 상방의 위치의 압력[mTorr]을 나타내고 있다. 또한, 도표(101) 및 도표(102)에 있어서, 횡축은, 웨이퍼의 중심인 0 ㎜를 기준으로 한 웨이퍼의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 도표(101) 및 도표(102)에 있어서, RDC란, 제1 가스 확산실(40a)에 공급되는 처리 가스의 유량과, 제2 가스 확산실(40b)에 공급되는 처리 가스의 유량의 비이다.
또한, 그 외의 시뮬레이션 조건은, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에서 이용한 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 장치와 비교하여, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)이 마련된 제1 실시형태의 장치에서는, 웨이퍼의 중앙부와 주연부에서 처리 가스의 압력 분포의 제어 폭이 증대하였다. 즉, 제1 실시형태의 장치와 같이, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제1 영역(51)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제3 영역(53)을 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 순서대로 전극판(18)에 배치함으로써, 처리 가스의 압력 분포의 제어성(마진 폭)이 향상되는 것을 알 수 있었다.
이상의 시뮬레이션 결과로부터, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)을 마련함으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시킬 수 있다고 추정되었다. 그래서, 발명자들은, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트를 실측하였다.
다음에, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 효과(에칭 레이트의 실측 결과)에 대해서 설명한다. 도 7은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 의한 효과(에칭 레이트의 실측 결과)를 나타내는 도면이다. 도 7은 도표(201)∼도표(208)를 포함한다.
도표(201), 도표(203), 도표(205) 및 도표(207)는, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 플라즈마 에칭 장치(비교예 1∼비교예 4)를 이용하여 웨이퍼의 에칭 레이트의 분포를 실측한 실측 결과를 나타낸다. 도표(202), 도표(204), 도표(206) 및 도표(208)는, 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치(실시예 1∼실시예 4)를 이용하여 웨이퍼의 에칭 레이트의 분포를 실측한 결과를 나타낸다. 도표(201)∼도표(208)에 있어서, 종축은, 웨이퍼의 에칭 레이트[㎚/min]를 나타내고 있다. 또한, 도표(201)∼도표(208)에 있어서, 횡축은, 웨이퍼의 중심 위치 「0」을 기준으로 한 웨이퍼의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 도표(201)∼도표(208)에 있어서, RDC란, 제1 가스 확산실(40a)에 공급되는 처리 가스의 유량과, 제2 가스 확산실(40b)에 공급되는 처리 가스의 유량의 비이다.
또한, 비교예 1 및 실시예 1의 짝과, 비교예 2 및 실시예 2의 짝과, 비교예 3 및 실시예 3의 짝과, 비교예 4 및 실시예 4의 짝 사이에서, 플라즈마 처리에 이용된 처리 가스의 종류 및 유량이나, 웨이퍼 상의 막의 종류가 상이한 것으로 한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 영역이 전극판(18)에 마련되지 않는 비교예 1에서는, 웨이퍼의 중심의 에칭 레이트의 제어 폭은, 9.0 ㎚/min이며, 에칭 레이트가 부동이 되는 위치는, 135 ㎜였다.
이에 대하여, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않는 제2 영역(52)이 전극판(18)에 마련된 실시예 1에서는, 웨이퍼의 중심의 에칭 레이트의 제어 폭은, 14.0 ㎚/min이며, 에칭 레이트가 부동이 되는 위치는, 145 ㎚였다. 즉, 실시예 1에서는, 비교예 1과 비교하여, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.
마찬가지로, 실시예 2∼4에서도, 각각, 비교예 2∼4와 비교하여, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.
(제2 실시형태)
다음에, 제2 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치는, 전극판(18)의 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)의 형상이 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치와 상이할 뿐이며, 그 외의 구성 요소는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치와 동일하다. 따라서, 이하에서는 제1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는, 그 설명을 생략한다.
도 8은 제2 실시형태에 있어서의 전극판의 종단면도이다. 도 8의 예에서는, 웨이퍼(W)의 중심축(C)과, 전극판(18)의 중심축이 일치하고 있는 것으로 한다. 또한, 도 8의 예에서는, 전극판(18)의 하면이, 웨이퍼(W)와 대향하고 있는 것으로 한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 있어서의 전극판(18)은, 제1 실시형태에 있어서의 전극판(18)과 마찬가지로, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제1 영역(51)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않은 제2 영역(52)과, 가스 공급 구멍(17)이 형성된 제3 영역(53)으로 구분된다. 전극판(18)은, 가스 공급 부재의 일례에 상당한다. 제1 영역(51)과, 제2 영역(52)과, 제3 영역(53)은, 웨이퍼(W)의 중심측으로부터 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 순서대로 배치된다. 이하에서는, 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17)을 적절하게 「가스 공급 구멍(17a)」이라고 부른다.
가스 공급 구멍(17a)은, 전극판(18)의 두께 방향을 따라 상방으로부터 순서대로, 경사 부분(17a-1)과, 비경사 부분(17a-2)을 갖는다. 경사 부분(17a-1)은, 웨이퍼(W)에 근접할수록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대한 웨이퍼(W)의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대하여 경사한다. 비경사 부분(17a-2)은, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대하여 경사하지 않는다.
여기서, 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 분출되는 처리 가스의 흐름과, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17a)으로부터 분출되는 처리 가스의 흐름과, 제2 영역(52)에 대응하는 위치의 처리 가스의 흐름의 관계를 설명한다. 이하의 설명에서는, 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 분출되는 처리 가스를 적절하게 「제1 처리 가스」라고 부르고, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17a)으로부터 분출되는 처리 가스를 적절하게 「제2 처리 가스」라고 부른다. 제1 영역(51)의 가스 공급 구멍(17)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제1 처리 가스는, 배기 방향[배기 장치(20)가 접속되어 있는 방향]으로 흐른다. 배기 방향으로 흐르는 제1 처리 가스는, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17a)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제2 처리 가스에 충돌한다. 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17a)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제2 처리 가스에는, 제2 영역(52)의 정류 기능에 의해 가스 공급 구멍(17a)에 유도된 처리 가스가 혼합되어 있다. 이 때문에, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17a)으로부터 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간에 분출되는 제2 처리 가스의 유속이 국소적으로 증가하여, 제2 처리 가스는, 배기 방향으로 흐르는 제1 처리 가스를 방해하는 기류벽을 형성한다. 그렇게 되면, 배기 방향으로 흐르는 제1 처리 가스는, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 낀 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서, 감속된다. 여기서, 제3 영역(53)의 가스 공급 구멍(17a)은, 웨이퍼(W)에 근접할수록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대한 웨이퍼(W)의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대하여 경사지는 경사 부분(17a-1)을 갖는다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 제1 영역(51)과 제3 영역(53)의 간격이 넓어지며, 결과로서, 제2 영역(52)이, 경사 부분(17a-1)이 존재하지 않는 경우의 제2 영역(52)과 비교하여, 넓어진다. 이에 의해, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 낀 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 처리 가스가 효율적으로 머무른다. 그 결과, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 낀 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭이 한층더 촉진된다.
전술한 바와 같이, 제2 실시형태에서는, 전극판(18)의 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17a)은, 웨이퍼(W)에 근접할수록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대한 웨이퍼(W)의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대하여 경사지는 경사 부분(17a-1)을 갖는다. 이 때문에, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 낀 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭이 한층더 촉진된다. 결과로서, 제2 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 한층더 향상시킬 수 있다.
다음에, 제2 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 따른 시뮬레이션 결과(처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과, 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과)에 대해서 설명한다.
우선, 처리 가스의 유속 분포의 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다. 도 9a는 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유선의 분포를 나타낸다. 도 9b는 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 흐름을 시뮬레이션한 경우의, 웨이퍼의 반경 방향의 위치에 대한, 처리 가스의 유속의 분포를 나타낸다.
또한, 도 9a 및 도 9b의 시뮬레이션에서는, 반경 150 ㎜의 웨이퍼를 사용하여, 전극판(18)의 중심으로부터 직경 방향을 따라 전극판(18)을 8개의 존(Zone 1∼8)으로 분할하고, Zone 1∼8 중 Zone 5∼7을 폐쇄하여, Zone 1∼4 및 Zone 8로부터 처리 가스를 분사함으로써, 처리 가스의 유선의 분포 및 처리 가스의 유속 분포를 구하였다. 즉, 도 9a 및 도 9b의 시뮬레이션에서는, Zone 1∼4가 제1 영역(51)에 상당하고, Zone 5∼7이 제2 영역(52)에 상당하며, Zone 8이 제3 영역(53)에 상당한다. 또한, 도 9a 및 도 9b의 시뮬레이션에서는, Zone 1에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 10 ㎜의 원주 상에 4개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 2에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 30 ㎜의 원주 상에 12개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 3에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 50 ㎜의 원주 상에 24개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 4에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 70 ㎜의 원주 상에 36개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 5에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 90 ㎜의 원주 상에 48개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 6에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 110 ㎜의 원주 상에 60개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 7에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 130 ㎜의 원주 상에 80개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다. Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로서, 전극판(18)의 중심으로부터 150 ㎜의 원주 상에 100개의 가스 공급 구멍(17)을 배치하였다.
또한, 도 9a 및 도 9b의 시뮬레이션에서는, 경사 부분(17a-1)이, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대하여 25°만큼 경사하고 있는 것으로 한다.
또한, 도 9a 및 도 9b에 있어서, 횡축은, 반경 150 ㎜의 웨이퍼의 중심인 0 ㎜를 기준으로 한 웨이퍼의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있다.
또한, 도 9a 및 도 9b에서는, 그 외의 시뮬레이션 조건으로서, 처리 가스: CF4=150 sccm, 챔버 내의 압력: 40 mTorr, RDC: 50을 이용하였다.
도 9a 및 도 9b로부터, 이하의 현상이 확인되었다. 즉, 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는, Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17a)으로부터 분사되는 처리 가스가, Zone 1∼4에 대응하는 가스 공급 구멍(17)으로부터 분사되어 배기 방향으로 흐르는 처리 가스를 방해하는 기류벽을 형성하였다. 또한, 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는, 배기 방향으로 흐르는 처리 가스가, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서, 감속되었다. 이에 의해, 가스 공급 구멍(17)이 형성되지 않은 제2 영역(52)이 마련된 일실시형태의 장치에서는, 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 처리 가스가 머물렀다. 여기서, Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17a)은, 웨이퍼(W)에 근접할수록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대한 웨이퍼(W)의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 웨이퍼(W)의 중심축(C)에 대하여 경사지는 경사 부분(17a-1)을 갖는다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따라 제1 영역(51)과 제3 영역(53)의 간격이 넓어지고, 결과로서, 제2 영역(52)이, 경사 부분(17a-1)이 존재하지 않는 경우의 제2 영역(52)과 비교하여, 넓어진다. 이에 의해, 제3 영역(53)과 제1 영역(51) 사이에 낀 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 처리 가스가 효율적으로 머무른다. 이것은, 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에서는, Zone 8에 대응하는 가스 공급 구멍(17a)으로부터 분사되는 처리 가스에 의해 형성된 기류벽이 처리 가스의 흐름을 방해함으로써, 가스의 흐름의 고임이 형성되어 있기 때문이다. 따라서, 이 고임에 의해 처리 가스(에천트 가스) 농도가 높아져, 샤워 헤드(16)와 지지 테이블(2) 사이의 공간 중, 제2 영역(52)에 대응하는 위치에 존재하는 공간에 있어서 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭이 촉진된다고 추측된다. 그 결과, 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시키는 것이 가능하다고 추측된다.
계속해서, 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다. 도 10은 제2 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치에 따른 처리 가스의 압력 분포의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 10은 도표(301)와, 도표(302)를 포함한다.
도표(301)는, 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 압력 분포를 시뮬레이션한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도표(302)는, 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 웨이퍼 상의 처리 가스의 압력 분포를 시뮬레이션한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도표(301) 및 도표(302)에 있어서, 종축은, 웨이퍼의 표면으로부터 5 ㎜만큼 상방의 위치의 압력[mTorr]을 나타내고 있다. 또한, 도표(301) 및 도표(302)에 있어서, 횡축은, 반경 150 ㎜를 웨이퍼의 중심인 0 ㎜를 기준으로 한 웨이퍼의 직경 방향의 위치[㎜]를 나타내고 있다. 또한, 도표(301) 및 도표(302)에 있어서, RDC란, 제1 가스 확산실(40a)에 공급되는 처리 가스의 유량과, 제2 가스 확산실(40b)에 공급되는 처리 가스의 유량의 비이다.
또한, 그 외의 시뮬레이션 조건은, 도 9a 및 도 9b에서 이용한 시뮬레이션 조건과 동일하다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치와 비교하여, 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는, RDC의 값에 상관없이 압력이 부동하게 되는 위치가 횡축의 정방향으로 틀어졌다. 또한, 제1 실시형태의 플라즈마 에칭 장치와 비교하여, 제2 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에서는, 웨이퍼의 주연부(즉, 150 ㎜의 위치)에 대응하는 처리 가스의 압력 분포의 제어 폭이 증대하였다. 즉, 제2 실시형태와 마찬가지로, 전극판(18)의 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17a)에 경사 부분(17a-1)을 마련함으로써, 처리 가스의 압력 분포의 제어성이 향상되는 것을 알 수 있었다.
이상의 시뮬레이션 결과로부터, 전극판(18)의 제3 영역(53)에 형성된 가스 공급 구멍(17a)에 경사 부분(17a-1)을 마련함으로써, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따른 에칭 레이트의 제어성을 향상시킬 수 있을 것으로 추정된다.
1 챔버
2 지지 테이블
10 고주파 전원
16 샤워 헤드
16a 샤워 헤드 본체
17, 17a 가스 공급 구멍
17a-1 경사 부분
17a-2 비경사 부분
18 전극판
20 배기 장치
40 가스 확산 공간
40a 제1 가스 확산실
40b 제2 가스 확산실
51 제1 영역
52 제2 영역
53 제3 영역
60 가스 공급 장치

Claims (8)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    처리 용기;
    상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 피처리 기판을 지지하는 지지 부재; 및
    상기 피처리 기판을 플라즈마 처리하기 위한 처리 가스를 상기 처리 용기의 내부에 도입하는 가스 공급 구멍이 형성된 제1 영역과, 상기 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 제2 영역과, 상기 가스 공급 구멍이 형성된 제3 영역이 상기 피처리 기판의 중심측으로부터 상기 피처리 기판의 직경 방향을 따라 순서대로 배치된 가스 공급 부재
    를 포함하고,
    상기 제3 영역에 형성된 상기 가스 공급 구멍은,
    상기 피처리 기판에 근접할수록, 상기 피처리 기판의 중심축에 대한 피처리 기판의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 상기 피처리 기판의 중심축에 대하여 경사지는 경사 부분과,
    상기 경사 부분에 연결되고, 상기 피처리 기판의 상기 직경 방향에 수직하는 비경사 부분으로서, 상기 제3 영역의 가스 공급 구멍을 통해 분출되는 처리 가스는, 상기 경사 부분 및 상기 비경사 부분을 순차적으로 통과하여 상기 처리 용기의 내부로 도입되는 것인, 상기 비경사 부분
    을 포함하고,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 가스 공급 구멍은, 상기 피처리 기판의 상기 직경 방향에 수직하는 비경사 부분을 포함하되, 경사 부분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 영역에 형성된 상기 가스 공급 구멍은, 상기 피처리 기판의 직경 방향을 따라, 상기 피처리 기판의 주연보다 10 ㎜만큼 내측의 위치보다 외측의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 영역에 형성된 상기 가스 공급 구멍은, 상기 피처리 기판의 직경 방향을 따라, 상기 피처리 기판의 주연보다 10 ㎜만큼 내측의 위치로부터 상기 피처리 기판의 주연보다 10 ㎜만큼 외측의 위치까지의 범위에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 영역에 형성된 상기 가스 공급 구멍은, 상기 피처리 기판의 주연보다 외측의 위치 또는 상기 주연 상의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 피처리 기판이 배치되는 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 부재에 있어서,
    상기 가스 공급 부재의 중앙 위치와 엣지부의 중심선보다 상기 중앙 위치측에 배치되며, 복수의 제1 가스 공급 구멍이 형성되는 제1 가스 공급 영역;
    상기 가스 공급 부재의 중앙 위치와 엣지부의 중심선보다 상기 엣지부 측에 배치되며, 제2 가스 공급 구멍이 형성되는 제2 가스 공급 영역; 및
    상기 제1 가스 공급 영역과 상기 제2 가스 공급 영역 사이에 배치되며, 가스 공급 구멍이 형성되지 않는 비가스 공급 영역
    을 포함하고,
    상기 제2 가스 공급 구멍은,
    상기 피처리 기판에 근접할수록, 상기 피처리 기판의 중심축에 대한 피처리 기판의 직경 방향의 거리가 넓어지도록, 상기 피처리 기판의 중심축에 대하여 경사지는 경사 부분과,
    상기 경사 부분에 연결되고, 상기 피처리 기판의 상기 직경 방향에 수직하는 비경사 부분으로서, 상기 제2 가스 공급 구멍을 통해 분출되는 처리 가스는, 상기 경사 부분 및 상기 비경사 부분을 순차적으로 통과하여 상기 처리 용기 내에 공급되는 것인, 상기 비경사 부분
    을 포함하고,
    상기 복수의 제1 가스 공급 구멍은, 상기 피처리 기판의 상기 직경 방향에 수직하는 비경사 부분을 포함하되, 경사 부분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 가스 공급 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 가스 공급 구멍은, 상기 피처리 기판의 주연보다 외측의 위치 또는 상기 주연 상의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 공급 부재.
  8. 삭제
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