KR102409337B1 - 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 - Google Patents

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

유도 결합 방식을 이용한 기판 처리 장치에서도 기판 면내를 균일하게 처리 가능한 기술을 제공한다.
기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부; 소정 주파수의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급부; 상기 처리실의 측방에 권회되는 공진 코일을 포함하고, 상기 고주파 전력을 상기 공진 코일에 공급했을 때 상기 처리실에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 및 상기 처리실에서 상기 기판의 수평 방향에서의 중심 위치가 상기 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치와 겹치지 않도록 상기 기판이 재치되는 기판 재치부;를 포함하는 기술을 제공한다.

Description

기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND NON-TRANSITORY COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM}
본 개시(開示)는 기판 처리 장치, 반도체 장치의 제조 방법 및 기록 매체에 관한 것이다.
반도체 기판을 처리하는 방법으로서 플라즈마 상태의 가스를 기판에 공급해서 처리하는 방법이 있다. 플라즈마를 생성하는 방법으로서는 병행 평판 전극을 이용한 용량 결합 방식이나, 공진(共振) 코일을 이용한 유도 결합 방식이 활용되고 있다. 공진 코일은 플라즈마 생성실의 주위에 배치되고, 공진 코일에 전력을 공급하는 것에 의해 플라즈마 생성실 중에 플라즈마를 생성한다. 유도 결합 방식을 이용한 기판 처리 장치는 예컨대 특허문헌 1에 개시되어 있다.
1. 일본 특개 2003-37101호 공보
유도 결합 방식의 일반적인 기판 처리 장치에서는 유도 코일(공진 코일)과 플라즈마 생성실과의 위치 관계의 형편에 의해 플라즈마 생성실 중에서 플라즈마 밀도가 불균일해지는 경우가 있다. 그렇기 때문에 기판의 면내(面內) 처리가 불균일해진다.
본 개시는 상기과제를 해결하는 것이며, 유도 결합 방식을 이용한 기판 처리 장치에서도 기판 면내를 균일하게 처리 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판을 처리하는 처리실; 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부; 소정 주파수의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급부; 상기 처리실의 측방(側方)에 권회(卷回)되는 공진 코일을 포함하고, 상기 고주파 전력을 상기 공진 코일에 공급했을 때 상기 처리실에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 및 상기 처리실에서 상기 기판의 수평 방향에서의 중심 위치가 상기 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치와 겹치지 않도록 상기 기판이 재치되는 기판 재치부;를 포함하는 기술을 제공한다.
유도 결합 방식을 이용한 기판 처리 장치에서도, 기판 면내를 균일하게 처리 가능한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치의 개략 단면도.
도 2는 기판 처리 장치의 가스 공급부를 설명하는 설명도.
도 3은 기판 처리 장치의 플라즈마 생성 원리를 설명하는 설명도.
도 4는 기판 처리 장치에서 생성된 플라즈마의 영향을 설명하는 설명도.
도 5는 기판 처리 장치에서 생성된 플라즈마와 기판과의 관계를 도시하는 도면.
도 6은 기판 처리 장치의 제어부의 구성을 도시하는 도면.
도 7은 기판 처리 공정을 설명하는 흐름도.
도 8은 기판 처리 공정에서의 동작을 설명하는 설명도.
도 9는 기판 처리 공정에서 처리되는 홈[溝](트렌치)이 형성된 기판의 설명도.
(1) 기판 처리 장치의 구성
기판 처리 장치에 대해서 도 1 내지 도 6을 이용하여 이하에 설명한다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 예컨대 기판 면상(面上)에 형성된 막에 대하여 산화 처리를 수행하도록 구성된다.
(처리실)
처리 장치(100)는 기판(200)을 플라즈마 처리하는 처리로(202)를 구비한다. 처리로(202)에는 처리실(201)을 구성하는 처리 용기(203)가 설치된다. 처리 용기(203)는 제1 용기인 돔형의 상측 용기(210)와, 제2 용기인 공기형의 하측 용기(211)를 구비한다. 상측 용기(210)가 하측 용기(211) 상에 피복되는 것에 의해 처리실(201)이 형성된다. 상측 용기(210)는 예컨대 산화알루미늄(Al2O3) 또는 석영(SiO2) 등의 비금속 재료로 형성되고, 하측 용기(211)는 예컨대 알루미늄(Al)로 형성된다.
또한 하측 용기(211)의 하부 측벽에는 게이트 밸브(244)가 설치된다. 게이트 밸브(244)는 열려 있을 때 반송 기구(미도시)를 이용하여 반입출구(245)를 개재하여 처리실(201) 내에 기판(200)을 반입하거나, 처리실(201) 외로 기판(200)을 반출할 수 있도록 구성된다. 게이트 밸브(244)가 닫혀 있을 때에는, 게이트 밸브(244)는 처리실(201) 내의 기밀성을 보지(保持)하는 칸막이 밸브가 되도록 구성된다.
처리실(201)의 측방에는 공진 코일(212)이 권회된다. 처리실(201) 중 공진 코일(212)과 인접하는 공간을 플라즈마 생성 공간(201a)이라고 부른다. 플라즈마 생성 공간(201a)에 연통하고 기판(200)이 처리되는 공간을 기판 처리 공간(201b)이라고 부른다. 플라즈마 생성 공간(201a)은 플라즈마가 생성되는 공간이며, 처리실(201)의 내의, 공진 코일(212)의 하단보다 상방(上方)이며 또한 공진 코일(212)의 상단보다 하방(下方)의 공간을 말한다. 한편, 기판 처리 공간(201b)은 기판이 플라즈마를 이용하여 처리되는 공간이며, 공진 코일(212)의 하단보다 하방의 공간을 말한다. 본 실시 형태에서는 플라즈마 생성 공간(201a)과 기판 처리 공간(201b)의 수평 방향의 지름은 거의 동일하게 되도록 구성된다.
(기판 재치대)
처리실(201)의 저측 중앙에는 기판(200)을 재치하는 기판 재치부로서의 기판 재치대(217)가 배치된다. 기판 재치대(217)는 예컨대 질화알루미늄(AlN), 세라믹스, 석영등의 비금속 재료로 형성되고, 기판(200) 상에 형성되는 막 등에 대한 금속 오염을 저감할 수 있도록 구성된다. 기판 재치대(217)는 기판 재치부라고도 부른다.
기판 재치대(217)의 내부에는 가열 기구로서의 히터(217b)와 임피던스 조정 전극(217c)이 매립된다. 히터(217b)는 전력이 공급되면, 기판(200) 표면을 예컨대 25℃ 내지 850℃ 정도까지 가열할 수 있도록 구성된다. 기판 재치대(217)와 하측 용기(211)는 전기적으로 절연된다.
임피던스 조정 전극(217c)에는 미도시의 임피던스 가변 기구가 접속된다. 임피던스 가변 기구는 공진 코일이나 가변 콘덴서로 구성되고, 공진 코일의 인덕턴스 및 저항 및 가변 콘덴서의 용량값을 제어하는 것에 의해 임피던스를 약 0Ω로부터 처리실(201)의 기생 임피던스값의 범위 내에서 변화시킬 수 있도록 구성된다. 이에 따라 임피던스 조정 전극(217c) 및 기판 재치대(217)를 개재하여 기판(200)의 전위(바이어스 전압)를 제어할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는 후술하는 바와 같이 기판(200) 상에 생성되는 플라즈마의 밀도의 균일성을 향상할 수 있으므로, 이 플라즈마의 밀도의 균일성이 원하는 범위 내에 들어가는 경우, 임피던스 조정 전극(217c)을 이용한 바이어스 전압 제어는 수행하지 않는다. 또한 상기 바이어스 전압 제어를 수행하지 않을 경우에는 기판 재치대(217)에 전극(217c)을 설치하지 않아도 좋다. 단, 상기 균일성을 보다 향상시키는 것을 목적으로 해서 상기 바이어스 전압 제어를 수행해도 좋다.
기판 재치대(217)에는 기판 재치대(217)의 수평 방향 중심을 지지하는 샤프트(261)가 접속된다. 샤프트(261)의 하방은 하측 용기(211)의 바닥에 설치된 원 형상의 관통공(219)을 개재하여 처리실(201)의 외측에 돌출된다. 샤프트(261)의 하단에는 샤프트(261)를 자전(自轉)시키는 자전 기구(262)가 구비된다. 샤프트(261)를 자전시키는 것에 의해 기판 재치대(217)를 자전시킨다.
자전 기구(262)는 공전(公轉) 기구(263)에 지지된다. 공전 기구(263)는 샤프트(261)를 공전시키는 기능을 가진다. 샤프트(261)를 공전시키는 것에 의해 기판 재치대(217)를 공전시킨다. 여기서는 공전 기구(263)는 지지부(264)에 지지된다. 자전 기구(262)와 공전 기구(263)를 총칭하여 회전부라고 부른다.
지지부(264)는 승강 기구(265)를 개재하여 축(266)에 접속된다. 축(266)은 예컨대 하측 용기(211)에 고정된다. 승강 기구(265)를 제어하여 지지부(264)를 승강시키켜서 기판 재치대(217)를 승강한다. 승강 기구(265), 축(266)을 총칭해서 승강부라고 부른다.
기판 재치대(217)의 표면에는 원주 형상의 기판 재치면(217a)이 설치된다. 기판 재치면(217a)과 샤프트(261)의 중심축은 일치하도록 구성된다. 기판 재치면(217a)은 기판(200)의 지름보다 약간 크게 설정되고, 기판(200)을 기판 재치대(217)에 재치할 때는 기판 재치면(217a)의 중심과 기판(200)의 중심이 중첩되도록 한다.
관통공(219)의 지름은 샤프트(261)가 공전했을 때 접촉하지 않을만한 크기로 설정된다. 또한 샤프트(261) 등을 둘러싸도록 미도시의 벨로즈가 설치되고, 처리실(201)의 진공도를 유지 가능하도록 구성된다.
(가스 공급부)
처리실(201)의 상방, 즉 상측 용기(210)의 상부에는 가스 도입구(234)와 연통하도록 가스 공급관(232)이 접속된다. 가스 도입구(234)의 하방에는 원판 형상의 차폐판(240)이 설치된다. 가스 공급관(232)으로부터 공급된 가스는 가스 도입구(234)를 개재하여 플라즈마 생성 공간(201a)에 공급된다. 이때 가스는 차폐판(240)에 충돌하여 코일(212)을 향해서 확산된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 가스 공급관(232)에는 산소 함유 가스로서의 산소(O2) 가스를 공급하는 산소 함유 가스 공급관(232a)의 하류단과, 수소 함유 가스로서의 수소(H2) 가스를 공급하는 수소 함유 가스 공급관(232b)의 하류단과, 불활성 가스로서의 아르곤(Ar) 가스를 공급하는 불활성 가스 공급관(232c)이 접속된다.
산소 함유 가스 공급관(232a)에는 상류측부터 순서대로 O2 가스 공급원(250a), 유량 제어 장치로서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(252a), 개폐 밸브로서의 밸브(253a)가 설치된다. 산소 가스 공급관(232a), MFC(252a), 밸브(253a)에 의해 산소 가스 공급부가 구성된다. 산소 가스 공급부는 제1 처리 가스 공급부라고도 부른다.
수소 함유 가스 공급관(232b)에는 상류측부터 순서대로 H2 가스 공급원(250b), MFC(252b), 밸브(253b)가 설치된다. 수소 함유 가스 공급관(232b), MFC(252b), 밸브(253b)에 의해 수소 함유 가스 공급부가 구성된다. 수소 함유 가스 공급부는 제2 처리 가스 공급부라고도 부른다.
불활성 가스 공급관(232c)에는 상류측부터 순서대로 Ar 가스 공급원(250c), MFC(252c), 밸브(253c)가 설치된다. 불활성 가스 공급관(232c), MFC(252c), 밸브(253c)에 의해 불활성 가스 공급부가 구성된다.
산소 함유 가스 공급관(232a)과 수소 함유 가스 공급관(232b)과 불활성 가스 공급관(232c)이 합류한 하류측에는 밸브(254)가 설치되고, 각 가스 공급관은 가스 도입구(234)와 연통하도록 구성된다. 밸브(253a, 253b, 253c, 254)를 개폐시키는 것에 의해 MFC(252a, 252b, 252c)에 의해 각각의 가스의 유량을 조정하면서 가스 공급관(232a, 232b, 232c)을 개재하여 산소 함유 가스, 수소 가스 함유 가스, 불활성 가스 등의 처리 가스를 처리실(201) 내에 공급할 수 있도록 구성된다.
주로 제1 처리 가스 공급부, 제2 처리 가스 공급부, 불활성 가스 공급부에 의해 가스 공급부(가스 공급계)가 구성된다. 또한 여기서는 산소 가스, 수소 가스, 불활성 가스를 이용했기 때문에 제1 처리 가스 공급부, 제2 처리 가스 공급부, 불활성 가스 공급부를 가스 공급부에 포함시켰지만, 가스를 공급할 수 있는 구조라면 그것에 한정되지 않는다. 제1 처리 가스 공급부, 제2 처리 가스 공급부, 불활성 가스 공급부 중 어느 하나 또는 그것들의 조합을 가스 공급부(255)라고 부른다.
또한 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 산소 함유 가스 공급계로부터 산소 함유 가스로서의 O2 가스를 공급하는 것에 의해 산화 처리를 수행하도록 구성되지만, 산소 함유 가스 공급계를 대신해서 질소 함유 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 질소 함유 가스 공급계를 설치할 수도 있다. 이렇게 구성된 기판 처리 장치에 따르면, 기판의 산화 처리 대신에 질화 처리를 수행할 수 있다. 이 경우 O2 가스 공급원(250a) 대신에 예컨대 질소 함유 가스 공급원으로서의 N2 가스 공급원이 설치되고, 산소 함유 가스 공급관(232a)은 질소 함유 가스 공급관으로서 작용한다.
(배기부)
하측 용기(211)의 측벽에는 처리실(201) 내로부터 반응 가스를 배기하는 가스 배기구(235)가 설치된다. 가스 배기구(235)와 연통하도록 하측 용기(211)에 가스 배기관(231)의 상류단이 접속된다. 가스 배기관(231)에는 상류측부터 순서대로 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(242), 개폐 밸브로서의 밸브(243), 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 설치된다.
주로 가스 배기관(231), APC 밸브(242), 밸브(243)에 의해 본 실시 형태에 따른 배기부가 구성된다. 또한 진공 펌프(246)를 배기부에 포함시켜도 좋다.
(플라즈마 생성부)
처리실(201)의 외주부, 즉 상측 용기(210)의 측벽의 외측에는 처리실(201)을 둘러싸도록 나선 형상의 공진 코일(212)이 복수 설치된다. 공진 코일(212)은 제1 전극인 공진 코일(212a)과 제2 전극인 공진 코일(212b)로 구성된다. 공진 코일(212a)을 구성하는 도체와 공진 코일(212b)을 구성하는 도체는 수직 방향으로 교호(交互)적으로 배치된다. 또한 공진 코일(212a)을 제1 공진 코일이라고도 부르고, 공진 코일(212b)을 제2 공진 코일이라고도 부른다. 또한 공진 코일(212a)을 구성하는 도체를 제1 도체라고도 부르고, 공진 코일(212b)을 구성하는 도체를 제2 도체라고도 부른다.
공진 코일(212a)과 공진 코일(212b)은 공진 코일(212a)의 지름 방향의 중심축α과 공진 코일(212b)의 중심축β이 겹치지 않도록 배치된다. 이에 의해 공진 코일(212a)에 의해서 생성되는 도넛 형상의 유도 플라즈마(293)(후술)와, 공진 코일(212b)에 의해서 생성되는 도넛 형상의 유도 플라즈마(296)(후술)가 지름 방향으로 어긋나게 되므로 플라즈마의 생성 영역을 넓힐 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 구체적으로 설명한다.
또한 중심축α은 기판 재치면(217a)의 수평 방향의 중심 위치와 겹치지 않는 위치에 배치된다. 마찬가지로 중심축β은 기판 재치면(217a)의 수평 방향의 중심 위치와 겹치지 않는 위치에 배치된다.
공진 코일(212a)에는 RF 센서(272), 고주파 전원(273), 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력 주파수의 정합을 수행하는 정합기(274)가 접속된다.
고주파 전원(273)은 공진 코일(212a)에 고주파 전력(RF전력)을 공급하는 것이다. RF 센서(272)는 고주파 전원(273)의 출력측에 설치되고, 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터하는 것이다. RF 센서(272)에 의해 모니터된 반사파 전력은 정합기(274)에 입력되고, 정합기(274)는 RF 센서(272)로부터 입력된 반사파의 정보에 기초하여 반사파가 최소가 되도록 고주파 전원(273)의 임피던스나 출력되는 고주파 전력의 주파수를 제어하는 것이다.
고주파 전원(273)은 발진 주파수 및 출력을 규정하기 위한 고주파 발진 회로 및 프리앰프를 포함하는 전원 제어 수단(컨트롤 회로)과, 소정의 출력으로 증폭하기 위한 증폭기(출력 회로)를 구비한다. 전원 제어 수단은 조작 패널을 통해서 미리 설정된 주파수 및 전력에 관한 출력 조건에 기초하여 증폭기를 제어한다. 증폭기는 공진 코일(212a)에 전송 선로를 개재하여 일정의 고주파 전력을 공급한다.
고주파 전원(273), 정합기(274), RF 센서(272)를 총칭하여 고주파 전력 공급부(271)라고 부른다. 또한 고주파 전원(273), 정합기(274), RF 센서(272) 중 어느 하나의 구성 또는 그 조합을 고주파 전력 공급부(271)라고 불러도 좋다. 고주파 전력 공급부(271)는 제1 고주파 전력 공급부라고도 부른다.
공진 코일(212b)에는 RF 센서(282), 고주파 전원(283), 고주파 전원(283)의 임피던스나 출력 주파수의 정합을 수행하는 정합기(284)가 접속된다.
고주파 전원(283)은 공진 코일(212b)에 고주파 전력(RF전력)을 공급하는 것이다. RF 센서(282)는 고주파 전원(283)의 출력측에 설치되고, 공급되는 고주파의 진행파나 반사파의 정보를 모니터하는 것이다. RF 센서(282)에 의해 모니터된 반사파 전력은 정합기(284)에 입력되고, 정합기(284)는 RF 센서(282)로부터 입력된 반사파의 정보에 기초하여 반사파가 최소가 되도록 고주파 전원(283)의 임피던스나 출력되는 고주파 전력의 주파수를 제어하는 것이다.
고주파 전원(283)은 발진 주파수 및 출력을 규정하기 위한 고주파 발진 회로 및 프리앰프를 포함하는 전원 제어 수단(컨트롤 회로)과, 소정의 출력으로 증폭하기 위한 증폭기(출력 회로)를 구비한다. 전원 제어 수단은 조작 패널을 통해서 미리 설정된 주파수 및 전력에 관한 출력 조건에 기초하여 증폭기를 제어한다. 증폭기는 공진 코일(212b)에 전송 선로를 개재하여 일정의 고주파 전력을 공급한다.
고주파 전원(283), 정합기(284), RF 센서(282)를 총칭하여 고주파 전력 공급부(281)라고 부른다. 또한 고주파 전원(283), 정합기(284), RF 센서(282) 중 어느 하나의 구성 또는 그 조합을 고주파 전력 공급부(281)라고 불러도 좋다. 고주파 전력 공급부(281)는 제2 고주파 전력 공급부라고도 부른다. 제1 고주파 전력 공급부와 제2 고주파 전력 공급부를 총칭하여 고주파 전력 공급부라고 부른다.
공진 코일(212a), 공진 코일(212b)은 소정의 파장의 정재파를 형성하기 위해서 일정한 파장으로 공진하도록 권경(卷徑), 권회 피치, 권수(卷數)가 설정된다. 즉 공진 코일(212a)의 전기적 길이는 고주파 전력 공급부(271)로부터 공급되는 고주파 전력의 소정 주파수에서의 1파장의 정수배(1배, 2배, …)에 상당하는 길이로 설정된다. 공진 코일(212b)의 전기적 길이는 고주파 전력 공급부(281)로부터 공급되는 고주파 전력의 소정 주파수에서의 1파장의 정수배(1배, 2배, …)에 상당하는 길이로 설정된다.
구체적으로는 인가하는 전력이나 발생시키는 자계 강도 또는 적용하는 장치의 외형 등을 감안하여, 각각의 공진 코일(212a, 212b)은 예컨대 800kHz 내지 50MHz, 0.5KW 내지 5KW의 고주파 전력에 의해 0.01가우스 내지 10가우스 정도의 자장(磁場)을 발생할 수 있도록 50mm2 내지 300mm2의 유효 단면적이자 또한 200mm 내지 500mm의 공진 코일 지름으로 설정되고, 플라즈마 생성 공간(201a)을 형성하는 방의 외주측에 2회 내지 60회 정도 권회된다.
예컨대 주파수가 13.56MHz의 경우 1파장의 길이는 약 22미터, 주파수가 27.12MHz의 경우 1파장의 길이는 약 11미터이며, 바람직한 실시예로서는 각 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)의 전기적 길이는 이 1파장의 길이(1배)가 되도록 설치된다. 본 실시 형태에서는 고주파 전력의 주파수를 27.12MHz, 공진 코일(212)의 전기적 길이를 1파장의 길이(약11미터)로 설정한다.
공진 코일(212a)의 권회 피치는 예컨대 24.5mm 간격으로 등간격이 되도록 설치된다. 또한 공진 코일(212a)의 권경(지름)은 기판(200)의 지름보다 크게 설정된다. 본 실시 형태에서는 기판(200)의 지름을 300mm로 하고, 공진 코일(212a)의 권경은 기판(200)의 지름보다 큰 500mm가 되도록 설치된다.
공진 코일(212b)의 권회 피치는 예컨대 24.5mm 간격으로 등간격이 되도록 설치된다. 또한 공진 코일(212b)의 권경(지름)은 기판(200)의 지름보다 크게 되도록 설정된다. 본 실시 형태에서는 기판(200)의 지름을 300mm로 하고, 공진 코일(212b)의 권경은 기판(200)의 지름보다 큰 500mm가 되도록 설치된다.
공진 코일(212a)과 공진 코일(212b)을 구성하는 소재로서는 구리 파이프, 구리의 박판, 알루미늄 파이프, 알루미늄 박판, 폴리머 벨트에 구리 또는 알루미늄을 증착한 소재 등이 사용된다. 공진 코일(212)은 절연성 재료로 평판 형상으로 형성된다.
공진 코일(212a)과 공진 코일(212b)의 각각의 양단은 전기적으로 접지(接地)되고, 그 속의 적어도 일단(一端)은 장치의 최초 설치 시 또는 처리 조건 변경 시에 상기 공진 코일의 전기적 길이를 미세 조정(微調整)하기 위해서 가동 탭[213(213a, 213b)]을 개재하여 접지된다. 도 1 중의 부호 214(214a, 214b)는 타방(他方)의 고정 그라운드를 도시한다. 공진 코일(212)의 접지된 양단의 사이에는 후술하는 가동 탭[215(215a, 215b)]에 의한 급전부(給電部)가 설치된다.
가동 탭(213a)은 공진 코일(212a)의 공진 특성을 고주파 전원(273)과 대략 동일하게 하도록 위치가 조정된다. 또한 장치의 최초 설치 시 또는 처리 조건 변경 시에 공진 코일(212a)의 임피던스를 미세 조정하기 위해서 공진 코일(212a)의 접지된 양단 사이에는 가동 탭(215a)에 의해 급전부가 구성된다.
가동 탭(213b)은 공진 코일(212b)의 공진 특성을 고주파 전원(283)과 대략 동일하게 하도록 위치가 조정된다. 또한 장치의 최초 설치 시 또는 처리 조건 변경 시에 공진 코일(212b)의 임피던스를 미세 조정하기 위해서 공진 코일(212b)의 접지된 양단의 사이에는 가동 탭(215b)에 의해 급전부가 구성된다.
공진 코일(212a)과 공진 코일(212b)이 가변식 그라운드부 및 가변식 급전부를 구비하는 것에 의해 처리실(201)의 공진 주파수 및 부하 임피던스를 조정하는 데 있어서 한층 더 간편하게 조정할 수 있다.
또한 위상 전류 및 역위상 전류가 공진 코일(212a), 공진 코일(212b) 각각의 전기적 중점에 관해서 대칭으로 흐르도록 각 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)의 일단[또는 타단(他端) 또는 양단]에는 공진 코일 및 쉴드로부터 이루어지는 파형조정 회로(미도시)가 삽입된다. 파형 조정 회로는 각 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)을 전기적으로 비접속 상태로 하거나 또는 전기적으로 등가의 상태로 설정하는 것에 의해 개로(開路)를 구성한다. 또한 각 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)의 단부는 초크 직렬 저항에 의해 비접지로 하고, 고정 기준 전위에 직류 접속되어도 좋다.
차폐판(223)은 공진 코일(212)의 외측의 전계를 차폐하는 것과 함께, 공진 회로를 구성하는 데 필요한 용량 성분(C성분)을 공진 코일(212a) 또는 공진 코일(212b) 사이에 형성하기 위해서 설치된다. 차폐판(223)은 일반적으로는 알루미늄 합금 등의 도전성 재료를 사용해서 원통 형상으로 구성된다. 차폐판(223)은 공진 코일(212a), 공진 코일(212b) 각각의 외주로부터 5mm 내지 150mm 정도 거리를 두고 배치된다. 통상적으로 차폐판(223)은 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)의 양단과 전위가 동일해지도록 접지되지만, 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)의 공진수를 정확하게 설정하기 위해서 차폐판(223)의 일단 또는 양단은 탭 위치를 조정 가능하도록 구성된다. 또는 공진수를 정확하게 설정하기 위해서 각 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)과 차폐판(223) 사이에 트리밍 커패시턴스를 삽입해도 좋다.
주로 공진 코일(212a), 고주파 전력 공급부(271)에 의해 제1 플라즈마 생성부가 구성된다. 또한 공진 코일(212b), 고주파 전력 공급부(281)에 의해 제2 플라즈마 생성부가 구성된다. 제1 플라즈마 생성부와 제2 플라즈마 생성부를 총칭하여 플라즈마 생성부라고 부른다.
다음으로 플라즈마 생성 원리 및 생성되는 플라즈마의 성질에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다. 각각의 공진 코일(212a, 212b)의 플라즈마 생성 원리는 같으므로, 여기서는 하나의 공진 코일(212a)을 예로 들어 설명한다. 이하의 설명이 공진 코일(212b)에 적용되는 경우, RF 센서(272)는 RF 센서(282), 고주파 전원(273)은 고주파 전원(283), 정합기(274)는 정합기(284)로 치환된다.
공진 코일(212a)에 의해 구성되는 플라즈마 발생 회로는 RLC의 병렬 공진 회로로 구성된다. 고주파 전원(273)으로부터 공급되는 고주파 전력의 파장과 공진 코일(212a)의 전기적 길이가 같은 경우, 공진 코일(212a)의 공진 조건은 공진 코일(212a)의 용량 성분이나 유도 성분에 의해 만들어지는 리액턴스 성분이 상쇄되고 순저항이 되는 것이다. 하지만 상기 플라즈마 발생 회로에서는 플라즈마를 발생시켰을 경우 공진 코일(212a)의 전압부와 플라즈마 사이의 용량 결합의 변동이나, 플라즈마 생성 공간(201a)과 플라즈마 사이의 유도 결합의 변동, 플라즈마의 여기(勵起) 상태 등에 의해 실제 공진 주파수는 약간 변동된다.
그래서 본 실시 형태에서는 플라즈마 발생 시의 공진 코일(212a)에서의 공진의 어긋남을 전원측에서 보상하기 위해서 플라즈마가 발생했을 때의 공진 코일(212a)로부터의 반사파 전력을 RF 센서(272)에서 검출하고, 검출된 반사파 전력에 기초하여 정합기(274)가 고주파 전원(273)의 출력을 보정하는 기능을 가진다.
구체적으로는 정합기(274)는 RF 센서(272)에서 검출된 플라즈마가 발생했을 때의 공진 코일(212a)로부터의 반사파 전력에 기초하여 반사파 전력이 최소가 되도록 고주파 전원(273)의 임피던스 또는 출력 주파수를 증가 또는 감소시킨다. 임피던스를 제어하는 경우 정합기(274)는 미리 설정된 임피던스를 보정하는 가변 콘덴서 제어 회로에 의해 구성되고, 주파수를 제어하는 경우 정합기(274)는 미리 설정된 고주파 전원(273)의 발진 주파수를 보정하는 주파수 제어 회로에 의해 구성된다. 또한 고주파 전원(273)과 정합기(274)는 일체로서 구성되어도 좋다.
이러한 구성에 의해 본 실시 형태에서의 공진 코일(212a)에서는 도 3에 도시하는 바와 같이 플라즈마를 포함하는 상기 공진 코일의 실제 공진 주파수에 의한 고주파 전력이 공급되므로(또는 플라즈마를 포함하는 상기 공진 코일의 실제 임피던스로 조정하도록 고주파 전력이 공급되므로), 위상 전압과 역위상 전압이 상시 상쇄되는 상태의 정재파가 형성된다. 공진 코일(212a)의 전기적 길이가 고주파 전력의 파장과 같은 경우 공진 코일의 전기적 중점(전압이 제로인 노드)에 가장 높은 위상 전류가 생기(生起)된다. 따라서 전기적 중점의 근방에서는, 처리실 벽이나 기판 재치대(217)와의 용량 결합이 거의 없고 전기적 포텐셜이 지극히 낮은 도넛 형상의 유도 플라즈마(224)가 형성된다. 또한 같은 원리에 의해 공진 코일의 양단 부분에서도 플라즈마(226), 플라즈마(225)가 생성된다.
또한 발명자는 예의 연구한 결과, 다음 과제를 발견했다. 하나는 플라즈마가 어스의 영향을 받는 경우다. 이에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다. 전술한 바와 같이 공진 코일(212)은 가동 탭(213) 및 고정 그라운드(214)를 개재하여 어스에 접속된다. 가동 탭(213) 및 고정 그라운드(214)의 주위에서는 높은 위상 전류가 생기된다. 이것을 도 4와 같이 평면시점에서 본 경우, 가동 탭(213) 및 고정 그라운드(214)의 근방에서 높은 위상 전류가 생기되기 때문에 거기와 가까운 부분에서 플라즈마 밀도가 높아진다. 그렇게 되면 기판(200) 상에서는 가동 탭(213) 및 고정 그라운드(214)에 가까운 부분(200a)의 플라즈마 밀도가 높아져 기판(200) 면내의 처리가 불균일해진다.
또한 생성되는 플라즈마가 도넛 형상인 것도 하나의 과제다. 도넛 형상의 유도 플라즈마 하방에 기판(200)을 배치한 경우, 기판에 공급되는 플라즈마 밀도의 분포가 기판(200)의 중앙 부분과 외주 부분에서 달라지는 점이다. 도넛 형상의 유도 플라즈마 직하(直下)인 기판(200)의 외주 부분에는 에너지가 강한 플라즈마가 공급된다. 한편, 도넛의 중심은 플라즈마 밀도가 낮으므로, 그 직하에 있는 기판(200)의 중앙 부분에는 에너지가 낮은 플라즈마가 공급된다. 따라서 기판(200)에서는 외주 부분과 중앙 부분에서 처리 분포가 달라진다.
그래서 본원에서는 기판 면내를 균일하게 처리하기 위해서 기판(200)의 외주 부분이 상시 도넛 형상 유도 플라즈마의 하방에 배치되지 않도록 하거나 또는 기판(200)의 외주 부분이 상시 어스에 근접한 상태가 되지 않도록 한다. 이와 같이 하는 것에 의해 기판(200) 면내의 균일성을 향상시킨다.
이하에 구체적으로 설명한다. 전술한 바와 같이 공진 코일(212) 중 어스에 가까운 부분에서 플라즈마 밀도가 높아지는 경향에 있다. 그래서 본원에서는 기판 재치대(217)를 자전시키기로 했다. 기판(200)의 외주부의 특정의 점과 예컨대 가동 탭(213a, 213b) 또는 고정 그라운드(214a, 214b)와 같은 어스 부분에서는 상대적인 위치가 상시 변화되므로 플라즈마 밀도가 높은 부분의 영향을 분산시킬 수 있다.
또한 기판(200)을 공전시켜도 좋다. 공전시키는 것에 의해 자전 시와 마찬가지로 기판(200)의 외주부가 특정의 점과 어스 부분에서는 상대적인 위치가 상시 변화되므로 플라즈마 밀도가 높은 부분의 영향을 분산시킬 수 있다. 또한 도넛 형상의 유도 플라즈마의 하방에서는 도넛 형상을 구성하는 원호를 상시 개재하도록 기판(200)이 이동하므로 도넛 형상의 영향을 분산할 수 있다. 따라서 플라즈마 밀도의 영향을 분산할 수 있다.
또한 도 1, 도 5와 같이 중심축이 어긋난 2개의 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)을 이용해도 좋다. 예컨대 기판(200)이 도 5의 부호 200-1로 도시된 위치, 즉 기판 처리 공간(201b)의 수평 방향 중심 위치에 배치되어도 공진 코일(212a)에 의해 생성된 도넛 형상의 유도 플라즈마(293)와, 공진 코일(212b)에 의해 생성된 도넛 형상의 유도 플라즈마(296)의 2개의 플라즈마의 영향을 받으므로 높은 플라즈마 밀도의 영향을 분산시킬 수 있다. 이 경우 기판(200)을 자전시키면 또한 좋다.
또한 도 1, 도 5와 같이 중심축이 어긋난 2개의 공진 코일(212a), 공진 코일(212b)을 이용하고 기판(200)을 한층 더 공전시켜도 좋다. 예컨대 도 5에 도시하는 바와 같이 기판(200)이 부호 200-1, 부호 200-2, 부호 200-3의 위치에 이동하도록 공전한 경우다. 기판(200)은 공진 코일(212a)에 의해 생성된 도넛 형상의 유도 플라즈마(293)나 그 중심 부분과, 공진 코일(212b)에 의해 생성된 도넛 형상의 유도 플라즈마(296)나 그 중심 부분의 각각의 하방을 통과하므로 높은 플라즈마 밀도의 영향을 분산시킬 수 있다. 이 경우 기판(200)을 자전시키면 또한 좋다.
(제어부)
제어부로서의 컨트롤러(221)는 전술한 MFC(252a 내지 252c), 밸브(253a 내지 253c, 243, 254), 게이트 밸브(244), APC 밸브(242), 진공 펌프(246), 고주파 전원(273, 283), 정합기(274, 284), 자전 기구(262), 공전 기구(263), 승강 기구(265) 등을 각각 제어하도록 구성된다.
도 6에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(221)는 CPU(Central Processing Unit)(221a), RAM(Random Access Memory)(221b), 기억 장치(221c), I/O 포트(221d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(221b), 기억 장치(221c), I/O 포트(221d)는 내부 버스(221e)를 개재하여 CPU(221a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(221)에는 예컨대 터치패널이나 디스플레이 등으로서 구성된 입출력 장치(222)가 접속된다.
기억 장치(221c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(221c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로그램 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(221)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로그램 레시피나 제어프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 프로그램 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방(兩方)을 포함하는 경우가 있다. 또한 RAM(221b)은 CPU(221a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(221d)는 전술한 MFC(252a 내지 252c), 밸브(253a 내지 253c, 243, 254), 게이트 밸브(244), APC 밸브(242), 진공 펌프(246), 고주파 전원(273, 283), 정합기(274, 284), 자전 기구(262), 공전 기구(263), 승강 기구(265) 등에 접속된다.
CPU(221a)은 기억 장치(221c)로부터의 제어 프로그램을 판독해서 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(222)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(221c)로부터 프로세스 레시피를 판독하도록 구성된다. 그리고 CPU(221a)은 판독된 프로세스 레시피의 내용을 따르도록 각 부품을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(221)는 외부 기억 장치[예컨대 자기(磁氣) 테이프, 플렉시블 디스크나 하드 디스크 등의 자기 디스크, CD나 DVD 등의 광(光) 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리나 메모리 카드 등의 반도체 메모리](227)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(221c)나 외부 기억 장치(227)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(221c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(227) 단체만을 포함하는 경우 또는 그 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(227)를 이용하지 않고 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에 대해서 도 7, 도 8을 이용하여 설명한다. 도 7은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 도시하는 흐름도다. 도 8은 플라즈마 처리 공정(S250)의 상세를 설명하는 도면이다. 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정은 예컨대 플래시 메모리 등의 반도체 디바이스의 제조 공정의 일 공정으로서 전술한 처리 장치(100)에 의해 실시된다. 이하의 설명에서 처리 장치(100)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(221)에 의해 제어된다.
또한 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정에서 처리되는 기판(200)의 표면에는 예컨대 도 9에 도시하는 바와 같이 적어도 표면이 실리콘의 층으로 구성되고, 애스펙트비가 높은 요철부(凹凸部)를 포함하는 트렌치("홈"이라고도 지칭된다)(301) 가 미리 형성된다. 본 실시 형태에서는 트렌치(301)의 내벽에 노출된 실리콘층에 대하여 플라즈마를 이용한 처리로서 산화 처리를 수행한다. 트렌치(301)는 예컨대 기판(200) 상에 소정의 패턴을 수행한 마스크층(302)을 형성하고, 기판(200) 표면을 소정 깊이까지 에칭하는 것에 의해 형성된다.
[기판 반입 공정(S210)]
기판 반입 공정(S210)을 설명한다. 우선 상기 기판(200)을 처리실(201) 내에 반입한다. 구체적으로는 승강 기구(265)가 기판(200)의 반송 위치까지 기판 재치대(217)를 하강시킨다.
계속해서 게이트 밸브(244)를 열고 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실로부터 기판 반송 기구(미도시)을 이용하여 처리실(201) 내에 기판(200)을 반입한다. 반입된 기판(200)은 기판 재치면(217a)에 재치된다. 그 후 기판 반송 기구를 처리실(201) 외로 퇴피시키고, 게이트 밸브(244)를 닫고 처리실(201) 내를 밀폐한다. 그리고 승강 기구(265)가 기판 재치대(217)를 기판(200)을 처리하는 위치까지 상승시킨다.
[승온·진공 배기 공정(S220)]
승온·진공 배기 공정(S220)을 설명한다. 여기서는 처리실(201) 내에 반입된 기판(200)의 승온을 수행한다. 히터(217b)는 미리 가열되고, 히터(217b)가 매립된 기판 재치대(217) 상에 기판(200)을 보지하는 것에 의해 예컨대 150℃ 내지 850℃의 범위 내의 소정값으로 기판(200)을 가열한다. 여기서는 기판(200)의 온도가 600℃가 되도록 가열한다. 또한 기판(200)의 승온을 수행하는 동안 진공 펌프(246)에 의해 가스 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내를 진공 배기하고, 처리실(201) 내의 압력을 소정의 값으로 한다. 진공 펌프(246)는 적어도 후술하는 기판 반출 공정(S270)이 종료될 때까지 작동시켜둔다.
[회전 시작 공정(S230)]
회전 시작 공정(S230)을 설명한다. 여기서는 기판 재치대(217)의 회전을 시작하도록 제어한다. 기판 재치대(217)를 자전시키는 경우 자전 기구(262)를 제어한다. 기판 재치대(217)를 공전시키는 경우 공전 기구(263)를 제어한다. 기판 재치대(217)를 자전 및 공전시키는 경우 자전 기구(262), 공전 기구(263)를 함께 제어한다.
[반응 가스 공급 공정(S240)]
반응 가스 공급 공정(S240)을 설명한다. 기판 재치대(217)의 회전이 안정되면, 반응 가스로서 산소 함유 가스인 O2 가스와 수소 함유 가스인 H2 가스의 공급을 시작한다. 구체적으로는 밸브(253a 및 253b)를 열고, MFC(252a 및 252b)로 유량 제어하면서 처리실(201) 내에 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 시작한다. 이때 O2 가스의 유량을 예컨대 20sccm 내지 2,000sccm, 바람직하게는 20sccm 내지 1,000sccm의 범위 내의 소정값으로 한다. 또한 H2 가스의 유량을 예컨대 20sccm 내지 1,000sccm, 바람직하게는 20sccm 내지 500sccm의 범위 내의 소정값으로 한다. 보다 바람직한 예로서 O2 가스와 H2 가스의 합계 유량을 1,000sccm로 하고, 유량비는 O2/H2≥950/50로 하는 것이 바람직하다.
또한 처리실(201) 내의 압력이 예컨대 1Pa 내지 250Pa, 바람직하게는 50Pa 내지 200Pa의 범위 내의 소정 압력, 보다 바람직하게는 약 150Pa가 되도록 APC 밸브(242)의 개도(開度)를 조정해서 처리실(201) 내의 배기를 제어한다. 이와 같이 처리실(201) 내를 적당히 배기하면서 후술하는 플라즈마 처리 공정(S250) 종료 시까지 O2 가스 및 H2 가스의 공급을 계속한다.
[플라즈마 처리 공정(S250)]
플라즈마 처리 공정(S250)을 설명한다. 플라즈마 처리 공정(S250)은 도 8을 이용하여 상세를 설명한다. 플라즈마 처리 공정(S250)의 동작은 도 8에서의 S1 내지 S4다. 공정(S1)에서는 가스의 공급이 안정되면 가스의 공급을 계속하는 것과 함께, 고주파 전력 공급부(271)로부터 공진 코일(212a)에 고주파 전력을 공급하고, 고주파 전력 공급부(281)로부터 공진 코일(212b)에는 고주파 전력을 공급하지 않는다.
구체적으로는 처리실(201) 내의 압력이 안정되면, 공진 코일(212a)에 대하여 고주파 전원(273)으로부터 RF 센서(272)를 개재하여 고주파 전력의 인가를 시작한다. 본 실시 형태에서는 고주파 전원(273)으로부터 공진 코일(212a)에 27.12MHz의 고주파 전력을 공급한다. 공진 코일(212a)에 공급하는 고주파 전력은 예컨대 100W 내지 5,000W의 범위 내의 소정의 전력이며, 바람직하게는 100W 내지 3,500W이며, 보다 바람직하게는 약 3,500W로 한다. 전력이 100W보다 낮은 경우 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시키는 것이 어렵다.
이에 의해 O2 가스 및 H2 가스가 공급되는 플라즈마 생성 공간(201a) 내에 고주파 전계가 형성되고, 이러한 전계에 의해 높은 플라즈마 밀도를 가지는 도넛 형상의 유도 플라즈마(293)가 여기된다. 플라즈마 상태의 O2 가스 및 H2 가스는 해리(解離)되고, 산소를 포함하는 산소 래디컬(산소 활성종)이나 산소 이온, 수소를 포함하는 수소 래디컬(수소 활성종)이나 수소 이온 등의 반응종이 생성된다.
기판 처리 공간(201b)에서 기판 재치대(217) 상에 보지되는 기판(200)에는 유도 플라즈마에 의해 생성된 래디컬과 가속화되지 않는 상태의 이온이 홈(301) 내에 균일하게 공급된다.
이때 기판(200)은 자전 또는 공전 또는 자전 및 공전 모두가 이루어지고 있으므로, 어스 부분이나 도넛 형상의 고밀도 플라즈마와 기판의 특정 위치를 상시 상대적으로 변화시킨다. 따라서 고밀도 플라즈마의 영향을 분산할 수 있고, 기판(200)은 균일하게 처리된다.
공급된 래디컬 및 이온은 기판(200)의 전면에서 저벽(301a) 및 측벽(301b)과 균일하게 반응하고, 표면의 실리콘층을 스텝 커버리지가 양호한 실리콘산화층(303)으로 개질한다. 구체적으로는 저벽(301a)은 산화층(303a), 측벽(301b)은 산화층(303b)으로 개질된다. 소정의 처리 시간, 예컨대 10초 내지 300초가 경과하면 공정(S3)으로 이행한다.
계속해서 공정(S2)을 설명한다. 공정(S2)에서는 가스 공급부로부터 가스를 공급하는 것과 함께, 고주파 전력 공급부(281)로부터 공진 코일(212b)에 고주파 전력을 공급하고, 고주파 전력 공급부(271)로부터 공진 코일(212a)로의 고주파 전력의 공급을 정지한다.
구체적으로는 공정(S1)과 마찬가지로 처리실(201) 내의 압력이 안정되면 공진 코일(212b)에 대하여 고주파 전원(283)으로부터 RF 센서(282)를 개재하여 고주파 전력의 인가를 시작한다. 본 실시 형태에서는 고주파 전원(283)으로부터 공진 코일(212b)에 27.12MHz의 고주파 전력을 공급한다. 공진 코일(212)에 공급하는 고주파 전력은 예컨대 100W 내지 5,000W의 범위 내의 소정의 전력이며, 바람직하게는 100W 내지 3,500W이며, 보다 바람직하게는 약 3,500W로 한다. 전력이 100W보다 낮은 경우, 플라즈마 방전을 안정적으로 발생시키는 것이 어렵다.
이에 의해 O2 가스 및 H2 가스가 공급되는 플라즈마 생성 공간(201a) 내에 고주파 전계가 형성되고, 이러한 전계에 의해 높은 플라즈마 밀도를 가지는 도넛 형상의 유도 플라즈마(296)가 여기된다. 또한 이 전계에 의해 공정(S1)에서 생성된 래디컬에 에너지가 더해져 장수명화된다. 플라즈마 상태의 O2 가스 및 H2 가스는 해리되고, 산소를 포함하는 산소 래디컬(산소 활성종)이나 산소 이온, 수소를 포함하는 수소 래디컬(수소 활성종)이나 수소 이온 등의 반응종이 생성된다.
기판 처리 공간(201b)에서 기판 재치대(217) 상에 보지되는 기판(200)에는 유도 플라즈마에 의해 생성된 래디컬과, 공정(S1)에서 생성되고 그 후에 본 공정에서 장수명화(長壽命化)된 래디컬이 홈(301) 내에 균일하게 공급된다. 공급된 래디컬은 실활(失活)되지 않고 저벽(301a) 및 측벽(301b)과 균일하게 공급되어 반응하고, 표면의 실리콘층을 스텝 커버리지가 양호한 실리콘산화층으로 개질된다.
본 공정에서도 기판(200)은 자전 또는 공전 또는 자전 및 공전 모두 이루어지고 있으므로 어스 부분이나 도넛 형상의 고밀도 플라즈마와 기판의 특정 위치를 상시 상대적으로 변화시킨다. 따라서 고밀도 플라즈마의 영향을 분산할 수 있고, 기판(200)은 균일하게 처리된다.
그 후 소정의 처리 시간, 예컨대 10초 내지 300초가 경과하면, 고주파 전력 공급부(281)로부터 공진 코일(212b)로의 고주파 전력의 공급을 정지한다. 또한 밸브(253a 및 253b)를 닫고 O2 가스 및 H2 가스의 처리실(201) 내로의 공급을 정지한다. 이상으로 플라즈마 처리 공정(S250)이 종료된다.
또한 홈의 폭이나 깊이, 상부 용기(210)의 높이 등에 따라 공정(S3), 공정(S4)을 더 실시하거나 또는 공정(S1) 내지 공정(S4)을 반복 실시해도 좋다.
[진공 배기 공정(S260)]
O2 가스 및 H2 가스의 공급을 정지하면, 가스 배기관(231)을 개재하여 처리실(201) 내를 진공 배기한다. 이에 의해 처리실(201) 내의 O2 가스나 H2 가스, 이들 가스의 반응에 의해 발생한 배기 가스 등을 처리실(201) 외로 배기한다. 그 후 APC 밸브(242)의 개도를 조정하여 처리실(201) 내의 압력을 처리실(201)에 인접하는 진공 반송실[기판(200)의 반출처. 미도시]과 마찬가지의 압력(예컨대 100Pa)으로 조정한다.
[기판 반출 공정(S270)]
처리실(201) 내가 소정의 압력이 되면, 기판 재치대(217)를 기판(200)의 반송 위치까지 하강시킨다. 그리고 게이트 밸브(244)를 열고 기판 반송 기구를 이용하여 기판(200)을 처리실(201) 외로 반출한다. 이상으로 본 실시 형태에 따른 기판 처리 공정을 종료한다.
또한 본 실시 형태에서는 O2 가스와 H2 가스를 플라즈마 여기하여 기판의 플라즈마 처리를 수행하는 예를 제시했지만 이에 한정되지 않고, 예컨대 O2 가스 대신에 N2 가스를 처리실(201) 내에 공급하고, N2 가스와 H2 가스를 플라즈마 여기해서 기판에 대하여 질화 처리를 실행해도 좋다. 이 경우 전술한 산소 함유 가스 공급계 대신에 전술한 질소 함유 가스 공급계를 구비하는 처리 장치(100)를 이용할 수 있다.
또한 여기서는 2개의 고주파 전력 공급부(271), 고주파 전력 공급부(281)를 이용했지만, 각 공진 코일로의 고주파 전력 공급이 겹치지 않으면 좋고, 예컨대 1개의 고주파 전력 공급부를 스위치를 개재하여 공진 코일(212a, 212b)에 접속해도 좋다. 이 경우 공정(S1)에서는 공진 코일(212a)과 고주파 전력 공급부에 접속하고, 공정(S2)에서는 스위치를 절체(切替)하여 공진 코일(212b)과 고주파 전력 공급부를 접속한다.
또한 여기서는 2개의 공진 코일을 이용하여 설명했지만 이에 한정되지 않고, 3개 이상이어도 좋다.
<다른 실시 형태>
전술한 실시 형태에서는 플라즈마를 이용하여 기판 표면에 대하여 산화 처리나 질화처리를 수행하는 예에 대해서 설명했지만 이 처리에 한정되지 않고, 플라즈마를 이용하여 기판에 대하여 처리를 수행하는 모든 기술에 적용할 수 있다. 예컨대 플라즈마를 이용하여 수행하는 기판 표면에 형성된 막에 대한 개질 처리나 도핑 처리, 산화막의 환원 처리, 상기 막에 대한 에칭 처리, 레지스트의 애싱 처리, 성막 처리 등에 적용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판을 처리하는 처리실;
    상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부;
    소정 주파수의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급부;
    상기 처리실의 측방(側方)에 권회(卷回)되는 공진(共振) 코일을 포함하고, 상기 고주파 전력을 상기 공진 코일에 공급했을 때 상기 처리실에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부; 및
    상기 처리실에서 상기 기판의 수평 방향에서의 중심 위치가 상기 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치와 겹치지 않도록 상기 기판이 재치되는 기판 재치부
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진 코일은 제1 공진 코일과 제2 공진 코일을 포함하고,
    상기 제1 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치가 상기 제2 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치와 겹치지 않도록 상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일이 배치되는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부가 플라즈마를 생성하는 동안, 상기 기판은 상기 처리실 내에서 공전(公轉)하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부가 플라즈마를 생성하는 동안, 상기 기판은 상기 처리실 내에서 자전(自轉)하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일 중 적어도 일단(一端)에는 가동 탭이 설치되고, 상기 기판의 외주부의 특정 점과 상기 가동 탭의 상대적인 위치를 가변시키도록, 상기 기판은 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일 중 적어도 일단에는 가동 탭이 설치되고, 상기 기판의 외주부의 특정 점과 상기 가동 탭의 상대적인 위치를 가변시키도록, 상기 기판은 공전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부가 플라즈마를 생성하는 동안, 상기 기판은 상기 처리실 내에서 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일 중 적어도 일단에는 가동 탭이 설치되고, 상기 기판의 외주부의 특정 점과 상기 가동 탭의 상대적인 위치를 가변시키도록, 상기 기판은 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부가 플라즈마를 생성하는 동안, 상기 기판은 상기 처리실 내에서 공전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부가 플라즈마를 생성하는 동안, 상기 기판은 상기 처리실 내에서 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 공진 코일은 제1 공진 코일과 제2 공진 코일을 포함하고,
    상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일 중 적어도 일단에는 가동 탭이 설치되고, 상기 기판의 외주부의 특정 점과 상기 가동 탭의 상대적인 위치를 가변시키도록, 상기 기판은 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 공진 코일은 제1 공진 코일과 제2 공진 코일을 포함하고,
    상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일 중 적어도 일단에는 가동 탭이 설치되고, 상기 기판의 외주부의 특정 점과 상기 가동 탭의 상대적인 위치를 가변시키도록, 상기 기판은 자전 또는 공전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부가 플라즈마를 생성하는 동안, 상기 기판은 상기 처리실 내에서 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공진 코일은 제1 공진 코일과 제2 공진 코일을 포함하고,
    상기 제1 공진 코일과 상기 제2 공진 코일 중 적어도 일단에는 가동 탭이 설치되고, 상기 기판의 외주부의 특정 점과 상기 가동 탭의 상대적인 위치를 가변시키도록, 상기 기판은 자전하도록 구성되는 기판 처리 장치.
  15. 측방에 공진 코일이 권회된 처리실에서 상기 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치와 기판의 중심 위치가 겹치지 않도록 기판 재치부에 기판을 재치하는 공정; 및
    고주파 전력 공급부가 상기 공진 코일에 고주파 전력을 공급하는 것과 병행해서 가스 공급부가 상기 처리실에 가스를 공급하여 기판을 처리하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 측방에 공진 코일이 권회된 처리실에서 상기 공진 코일의 수평 방향에서의 중심 위치와 기판의 중심 위치가 겹치지 않도록 기판 재치부에 기판을 재치하는 순서; 및
    고주파 전력 공급부가 상기 공진 코일에 고주파 전력을 공급하는 것과 병행해서 가스 공급부가 상기 처리실에 가스를 공급하여 기판을 처리하는 순서
    를 컴퓨터에 의해 기판 처리 장치에 실행시키는 프로그램을 기록하는 기록 매체.
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