KR102615442B1 - 에칭 장치 및 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 실리콘 산화막의 에칭량의 기판의 면 내에서의 균일성을 향상시키는 것이 가능한 에칭 장치 및 에칭 방법을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명의 에칭 장치는, 불화 수소와 암모니아를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 장치로서, 챔버와, 가스 공급부와, 수증기 공급부와, 제어부를 구비한다. 상기 챔버는, 상기 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판이 배치되는 것이 가능하게 구성된다. 상기 가스 공급부는, 상기 처리 가스 또는 상기 처리 가스의 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능하게 구성된다. 상기 수증기 공급부는, 수증기를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능하게 구성된다. 상기 제어부는, 에칭 처리 시에, 상기 처리 가스 또는 상기 전구체 가스, 및 상기 수증기를 상기 챔버에 공급하도록, 상기 가스 공급부 및 상기 수증기 공급부를 제어한다.

Description

에칭 장치 및 에칭 방법{ETCHING APPARATUS AND ETCHING METHOD}
본 발명은, 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 장치 및 에칭 방법에 관한 것이다.
실리콘 기판의 표면에 형성된 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 장치 및 방법이 알려져 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 진공조와, 암모니아 가스와 질소 가스와의 혼합 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 삼불화 질소 가스를 공급하는 제2 가스 공급부를 구비한 산화막 제거 장치가 개시되어 있다. 이 산화막 제거 장치에서는, 불소와 수소를 포함하는 에천트(예를 들면 NFxHy)에 의해 실리콘 산화막이 제거된다.
일본 특허공개공보 2020-17661호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 불소와 수소를 포함하는 에천트를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭했을 경우, 기판의 면 내에서의 에칭량의 분포가 불균일해질 경우가 있었다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 실리콘 산화막의 에칭량의 기판의 면 내에서의 균일성을 향상시키는 것이 가능한 에칭 장치 및 에칭 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 에칭 장치는, 불화 수소와 암모니아를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 장치이다.
상기 에칭 장치는, 챔버와, 가스 공급부와, 수증기 공급부와, 제어부를 구비한다.
상기 챔버는, 상기 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판이 배치되는 것이 가능하게 구성된다.
상기 가스 공급부는, 상기 처리 가스 또는 상기 처리 가스의 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능하게 구성된다.
상기 수증기 공급부는, 수증기를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능하게 구성된다.
상기 제어부는, 에칭 처리 시에, 상기 처리 가스 또는 상기 전구체 가스, 및 상기 수증기를 상기 챔버에 공급하도록, 상기 가스 공급부 및 상기 수증기 공급부를 제어한다.
상기 제어부는, 0.1㎩ 이상 100㎩ 이하의 분압으로 수증기를 상기 챔버에 공급하도록, 상기 수증기 공급부를 제어해도 된다.
상기 가스 공급부는,
수소를 포함하는 가스 또는 수소 라디칼의 적어도 일방을 포함하는 제1 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능한 제1 가스 공급 라인과,
불소를 포함하는 가스 또는 불소 라디칼의 적어도 일방을 포함하는 제2 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능한 제2 가스 공급 라인을 가지고,
상기 불화 수소는, 상기 챔버 내에서 상기 제1 전구체 가스와 상기 제2 전구체 가스가 반응함으로써 생성되어도 된다.
이 경우, 상기 제1 가스 공급 라인은, 수소를 포함하는 가스로부터 수소 라디칼을 생성하는 라디칼 생성부를 가지고 있어도 된다.
상기 챔버는,
상기 기판이 배치되는 것이 가능한 처리실과,
상기 가스 공급부에 접속된 가스 공급실과,
복수의 관통공을 포함하고, 상기 가스 공급실과 상기 처리실 사이에 배치된 샤워 플레이트를 가지고 있어도 된다.
이 경우, 상기 수증기 공급부는, 상기 가스 공급실에 접속되어도 된다.
본 발명의 다른 형태에 따른 에칭 방법은, 불화 수소와 암모니아를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 방법이다.
상기 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판이 배치된 챔버에, 상기 처리 가스 또는 상기 처리 가스의 전구체 가스가 공급된다.
수증기가 상기 챔버에 공급된다.
상기 수증기가 공급된 상기 챔버에 있어서, 상기 처리 가스를 이용하여 상기 실리콘 산화막이 에칭된다.
또한, 0.1㎩ 이상 100㎩ 이하의 분압으로 수증기가 상기 챔버에 공급되어도 된다.
본 발명에 의하면, 실리콘 산화막의 에칭량의 기판의 면 내에서의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 에칭 장치를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2는 상기 에칭 장치를 이용한 에칭 방법을 설명하는 플로우도이다.
도 3은 상기 실시형태의 실시예에 따른 에칭 처리에 있어서, 기판의 면 내의 에칭량의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 상기 실시형태의 비교예에 따른 에칭 처리에 있어서, 기판의 면 내의 에칭량의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 에칭 장치를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 에칭 장치를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 에칭 장치를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 에칭 장치를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시형태에 따른 에칭 장치를 나타내는 모식적인 단면도이다.
[본 발명의 개요]
본 발명은, 불화 수소(HF)와 암모니아(NH3)를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 장치 및 에칭 방법에 관한 것이다.
상기 처리 가스는, 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판이 배치된 챔버 내에 공급된다. 상기 처리 가스에서는, HF와 NH3이 반응하여, 이하와 같은 반응이 생긴다.
HF ＋ NH3 → NH4F … (1)
이에 따라, 암모니아 불화물(NH4F)이 생성된다. 생성된 NH4F는, 기판의 표면의 실리콘 산화막과 반응한다. 이 반응은, 이하의 식(2)으로 표시된다.
SiO2 ＋ 6NH4F → (NH4)2SiF6 ＋ 2H2O ＋ 4NH3 … (2)
이와 같이, NH4F와 실리콘 산화막의 SiO2가 반응함으로써, 기판의 표면에, 100 ∼ 200℃에서 용이하게 열분해하는 암모니아 착체로 이루어지는 반응 생성물((NH4)2SiF6)이 생성된다. 이에 따라, 실리콘 산화막이 에칭된다.
식(2)의 반응에서는, 상기 반응 생성물과 함께, H2O와 NH3가 생성된다. 이 H2O는, 기판의 표면에서 생성되기 때문에, H2O의 분포량은, 예를 들면 기판의 중앙부보다 주연부(周緣部)에 있어서 적어질 수 있다.
본 발명자 등의 지견에 의하면, 식(2)의 반응은, 주로, NH4F로부터 전리(電離)한 불소(F-)가 SiO2에 어택함으로써 생기고, H2O는, 이 불소의 전리에 관여하는 것이라고 생각된다. 이 때문에, 기판의 표면에 있어서의 H2O의 분포의 치우침에 의해, 기판의 면 내에서의 에칭량의 치우침이 생긴다고 생각된다.
그래서, 본 발명에서는, 상기 에칭 처리에 있어서, 상기 처리 가스에 더하여, 수증기(H2O 가스)를 챔버 내에 공급하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 상세를 후술하는 바와 같이, H2O의 기판의 표면에 있어서의 분포의 치우침이 억제되어, 기판의 면 내에서의 에칭량의 균일성이 향상된다.
또, 기판의 표면에 있어서는, 공급 또는 생성된 H2O의 일부가 액체가 될 수 있다. 이 때문에, 기체인 H2O 가스를 나타낼 때에는 「수증기」라고 표기하고, 기체 및 액체인 H2O를 나타낼 경우에는 「H2O」라고 표기한다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도면에 기재된 X축, Y축 및 Z축은, 상호 직교하는 방향을 나타낸다.
<제1 실시형태>
[에칭 장치의 구성]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 에칭 장치(100)를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(100)는, 챔버(10)와, 가스 공급부(20)와, 수증기 공급부(30)와, 제어부(40)를 구비한다. 에칭 장치(100)는, HF와 NH3를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 드라이 에칭 장치로서, 예를 들면, 챔버(10)의 외부에서 라디칼을 생성하는 것이 가능한 리모트 플라스마 에칭 장치이다.
챔버(10)는, 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판(W)이 배치되는 것이 가능하게 구성된다. 챔버(10)는, 본 실시형태에 있어서, 챔버 본체(11)와, 기판 지지부(12)를 가진다.
챔버 본체(11)는, 예를 들면 금속제의 진공조로서 구성된다. 챔버 본체(11)는, 저부(底部)(111)와, 천판(112)과, 측벽(113)을 포함한다. 챔버 본체(11)는, 천판(112)이 분리 가능하게 구성되어도 되고, 저부(111), 천판(112) 및 측벽(113)이 일체로 구성되어도 된다. 또한, 챔버 본체(11)는, 진공 펌프에 접속된 배기구(114)를 가지고, 상기 배기구(114)로부터 배기되는 것이 가능하게 구성된다. 배기구(114)는, 예를 들면 저부(111)에 배치된다.
천판(112)은, 저부(111)와 Z축 방향으로 대향하여 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 천판(112)에는, 후술하는 가스 헤드(13)가 장착되어 있다. 천판(112)은, 예를 들면, 후술하는 제1 가스 공급 라인(21)과 접속되고 Z축 방향으로 개구한 개구를 가지고 있어도 된다.
기판 지지부(12)는, 예를 들면, 기판(W)을 배치하는 것이 가능한 스테이지로서 구성된다. 기판 지지부(12)는, 기판(W)을 배치하는 지지면(121)을 포함한다. 지지면(121)은, 예를 들면, 천판(112)과 Z축 방향으로 대향하도록 배치된다.
챔버(10)는, 본 실시형태에 있어서, 샤워 플레이트(131)를 가지는 가스 헤드(13)에 의해 내부가 구획된다. 즉, 챔버(10)는, 또한, 기판(W)이 배치되는 것이 가능한 처리실(14)과, 후술하는 가스 공급부(20)에 접속된 가스 공급실(15)과, 처리실(14)과 가스 공급실(15) 사이에 배치된 샤워 플레이트(131)를 가진다. 가스 공급실(15)은, 본 실시형태에 있어서, 지지면(121)과 Z축 방향으로 대향하여 배치된다.
샤워 플레이트(131)는, 본 실시형태에 있어서, 가스 헤드(13)의 일부로서 구성된다. 가스 헤드(13)는, 샤워 플레이트(131)와, 헤드 본체(132)를 포함한다.
샤워 플레이트(131)는, 복수의 관통공(133)을 가진다. 관통공(133)은, 가스 공급실(15)로부터 처리실(14)을 향하여 가스를 분출하는 가스 분출공으로서 기능한다. 샤워 플레이트(131)는, 예를 들면, 복수의 관통공(133)이 지지면(121)과 Z축 방향으로 대향하도록 배치된다.
헤드 본체(132)는, 샤워 플레이트(131)와 천판(112) 사이에 배치된다. 헤드 본체(132)와 샤워 플레이트(131) 사이에 형성된 가스 헤드(13)의 내부 공간이, 가스 공급실(15)을 형성한다. 헤드 본체(132)는, 예를 들면, 후술하는 제1 가스 공급 라인(21)과 접속되고 Z축 방향으로 개구한 개구(134)와, 샤워 플레이트(131)와 대향하는 플레이트 대향면(135)과, 플레이트 대향면(135)과 개구(134)를 접속하고, 개구(134)의 주위에 배치된 환상(環狀)의 테이퍼면(136)을 포함한다.
가스 공급부(20)는, 상기 처리 가스 또는 처리 가스의 전구체 가스를 챔버(10)에 공급하는 것이 가능하게 구성된다.
처리 가스는, 상술한 바와 같이, HF와 NH3를 포함하는 반응성의 가스이다.
전구체 가스는, 처리 가스의 전구체를 포함하는 가스이다.
가스 공급부(20)는, HF 가스와 NH3 가스를 챔버(10)에 공급해도 된다. 혹은, 가스 공급부(20)는, 전구체 가스를 챔버(10)에 공급해도 된다. 후자의 경우, 예를 들면, 가스 공급부(20)에 의해 공급된 전구체 가스가 챔버(10) 내에서 반응함으로써, 처리 가스가 생성된다.
또, 처리 가스 및 전구체 가스는, 통상의 기체뿐만이 아니라, 라디칼 상태의 원자를 포함하고 있어도 된다.
가스 공급부(20)는, 본 실시형태에 있어서, 제1 가스 공급 라인(21)과, 제2 가스 공급 라인(22)을 가진다.
제1 가스 공급 라인(21)은, 수소를 포함하는 가스 또는 수소 라디칼의 적어도 일방을 포함하는 제1 전구체 가스를 챔버(10)에 공급하는 것이 가능하게 구성된다. 「수소를 포함하는 가스」는, 라디칼 상태가 아닌 수소 가스(H2) 또는 수소 화합물을 포함하는 가스를 의미하고, 「수소 라디칼」은, 라디칼 상태의 수소 가스(H*)를 의미한다. 제1 전구체 가스는, 예를 들면, H* 및 NH3 가스를 포함한다.
제1 가스 공급 라인(21)은, 예를 들면, 수소를 포함하는 가스로부터 수소 라디칼을 생성하는 라디칼 생성부(211)와, 챔버(10)에 개구한 제1 공급구(212)와, 라디칼 생성부(211)와 제1 공급구(212)를 접속하는 제1 배관(213)을 포함한다.
라디칼 생성부(211)는, 리모트 플라스마원으로서 구성된다. 라디칼 생성부(211)는, 구체적으로는, 마이크로파 플라스마원, 고주파 플라스마원, 용량 결합 플라스마원, 유도 결합 플라스마원 등이어도 된다. 본 실시형태에 있어서, 라디칼 생성부(211)는, 마이크로파 플라스마원으로서 구성되고, 예를 들면, 방전관과, 마이크로파원을 포함한다. 방전관에는, 도시하지 않은 가스원으로부터 수소를 포함하는 가스가 도입된다. 방전관은, 제1 배관(213)에 접속된다. 마이크로파원은, 예를 들면, 여기(勵起)한 마이크로파를 방전관에 조사한다. 라디칼 생성부(211)에 도입되는 「수소를 포함하는 가스」는, 예를 들면, NH3 가스와 캐리어 가스인 질소(N2) 가스와의 혼합 가스이다.
제1 공급구(212)는, 본 실시형태에 있어서, 가스 공급실(15)에 개구한다. 제1 공급구(212)는, 예를 들면, 샤워 플레이트(131)와 Z축 방향으로 대향하는 위치에 개구하고, 헤드 본체(132)의 개구(134)와 접속된다.
제2 가스 공급 라인(22)은, 불소를 포함하는 가스 또는 불소 라디칼의 적어도 일방을 포함하는 제2 전구체 가스를 챔버(10)에 공급하는 것이 가능하게 구성된다. 「불소를 포함하는 가스」는, 라디칼 상태가 아닌 불소 가스(F2) 또는 불소 화합물을 포함하는 가스를 의미하고, 「불소 라디칼」은, 라디칼 상태인 불소 가스(F*)를 의미한다. 제2 전구체 가스는, 예를 들면, 삼불화 질소(NF3) 가스이다.
제2 가스 공급 라인(22)은, 예를 들면, 챔버(10)에 개구한 제2 공급구(221)와, 제2 공급구(221)에 접속된 제2 배관(222)을 포함한다.
제2 공급구(221)는, 본 실시형태에 있어서, 가스 공급실(15)에 개구한다. 제2 공급구(221)는, 예를 들면, 헤드 본체(132)의 테이퍼면(136)에 개구한다. 제2 가스 공급 라인(22)은, 복수의 제2 공급구(221)를 포함하고 있어도 되고, 이들 제2 공급구(221)가, 제1 공급구(212)를 둘러싸도록 테이퍼면(136)에 배치되어 있어도 된다.
본 실시형태에서는, 제1 가스 공급 라인(21)과 제2 가스 공급 라인(22)이 가스 공급실(15)에 접속된다. 이에 따라, 가스 공급실(15) 내에서 제1 전구체 가스 및 제2 전구체 가스가 반응하여 상술한 에칭을 위한 처리 가스가 생성됨과 함께, 상기 처리 가스가 가스 공급실(15) 내에서 확산한다. 따라서, 상기 처리 가스가, 샤워 플레이트(131)를 개재하여 기판(W) 상에 균일하게 공급된다.
수증기 공급부(30)는, 수증기를 챔버(10)에 공급하는 것이 가능하게 구성된다. 수증기는, 에칭 촉진 가스로서 기능한다. 수증기 공급부(30)에 의해 수증기가 챔버(10)에 공급됨으로써, 기판(W)의 표면 전체에 수증기가 공급되어, 기판(W)의 면 내에서의 H2O의 분포의 치우침이 억제된다. 따라서, 기판(W)의 면 내에서의 에칭량의 균일성이 향상된다.
수증기 공급부(30)는, 예를 들면, 챔버(10)에 개구한 제3 공급구(31)와, 제3 공급구(31)에 접속된 제3 배관(32)을 포함한다.
제3 공급구(31)는, 본 실시형태에 있어서, 가스 공급실(15)에 개구한다. 제3 공급구(31)는, 도 1에 나타내는 예에서는, 헤드 본체(132)의 테이퍼면(136)에 개구한다. 수증기 공급부(30)는, 복수의 제3 공급구(31)를 포함하고 있어도 되고, 이들 제3 공급구(31)가, 제1 공급구(212)를 둘러싸도록 테이퍼면(136)에 배치되어 있어도 된다. 도 1에 나타내는 예에서는, 제3 공급구(31)는, 제2 공급구(221)의 하류측에 배치된다.
제3 배관(32)에는, 예를 들면, 액체인 물로부터 수증기를 생성하는 기화기가 접속되어 있어도 된다.
본 실시형태에서는, 수증기 공급부(30)가 가스 공급실(15)에 접속됨으로써, 수증기가 가스 공급실(15) 내에서 확산한다. 이에 따라, 수증기가, 샤워 플레이트(131)를 개재하여 기판(W) 상에 균일하게 공급된다. 따라서, 기판(W)의 면 내에서의 H2O의 분포의 치우침이 보다 효과적으로 억제되어, 기판(W)의 면 내에서의 에칭량의 균일성이 보다 향상된다.
제어부(40)는, 에칭 처리 시에, 처리 가스 또는 전구체 가스, 및 수증기를 챔버(10)에 공급하도록, 가스 공급부(20) 및 수증기 공급부(30)를 제어한다.
제어부(40)는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등의 컴퓨터에 이용되는 하드웨어 요소 및 필요한 소프트웨어에 의해 실현된다. 제어부(40)는, 적어도 가스 공급부(20) 및 수증기 공급부(30)를 제어할 수 있으면 되지만, 에칭 장치(100) 전체를 제어하도록 구성되어도 된다.
[에칭 방법]
도 2는, 본 실시형태의 에칭 방법을 설명하기 위한 플로우도이다.
이하, 상기 구성의 에칭 장치(100)를 이용한 에칭 방법에 대해서 설명한다.
우선, 도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버(10)에는, 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판(W)이 배치된다. 기판(W)은, 예를 들면 실리콘 기판이다. 실리콘 산화막은, 자연 산화막이어도 되고, 산화 처리 등에 의해 형성된 막이어도 된다. 챔버(10)는, 소정의 압력까지 감압된다.
그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가스 공급부(20)가, 기판(W)이 배치된 챔버(10)에, HF와 NH3를 포함하는 처리 가스 또는 상기 처리 가스의 전구체 가스를 공급한다(스텝 S1). 즉, 제어부(40)가, 처리 가스 또는 전구체 가스를 공급하도록, 가스 공급부(20)를 제어한다.
스텝 S1에서는, 예를 들면 제어부(40)가, 수소를 포함하는 가스 또는 수소 라디칼의 적어도 일방을 포함하는 제1 전구체 가스를 챔버(10)에 공급하도록, 제1 가스 공급 라인(21)을 제어한다.
제1 가스 공급 라인(21)에서는, 예를 들면, 원료 가스로서, NH3 가스 및 N2 가스의 혼합 가스가 라디칼 생성부(211)에 도입된다. 라디칼 생성부(211)에서는, NH3 가스 및 N2 가스의 일부가 라디칼 상태가 되어 H* 및 N*가 생성된다. 이 결과, 제1 전구체 가스는, 예를 들면, NH3 가스, H*, N2 가스 및 N*를 포함한다.
또한, 예를 들면 제어부(40)가, 불소 또는 불소 라디칼을 포함하는 제2 전구체 가스를 챔버(10)에 공급하도록, 제2 가스 공급 라인(22)을 제어한다. 제2 전구체 가스는, 예를 들면 NF3 가스이다.
본 실시형태에서는, 챔버(10)의 가스 공급실(15)에 있어서 제1 전구체 가스와 제2 전구체 가스가 혼합하여, 이하의 식(3)의 반응이 생긴다.
H* ＋ NF3 → HF ＋ NF2 … (3)
이에 따라, 가스 공급실(15)에서는, HF와, 제1 가스 공급 라인(21)에서 라디칼 상태가 되지 않았던 NH3를 포함하는 처리 가스가 생성된다. 상기 반응으로 생긴 HF는, 반응성이 높은 상태이다.
한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수증기 공급부(30)가, 수증기를 챔버에 공급한다(스텝 S2). 즉, 제어부(40)가, 수증기를 공급하도록, 수증기 공급부(30)를 제어한다. 본 실시형태에서는, 수증기가 가스 공급실(15)에 공급되고, 샤워 플레이트(131)를 개재하여 처리실(14)에 공급된다. 스텝 S2에서의 호적(好適)한 조건 등에 대해서는, 후술한다.
계속해서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 수증기가 공급된 챔버(10)에 있어서, HF와 NH3를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막이 에칭된다(스텝 S3). 본 스텝에서는, 제어부(40)가, 에칭 처리 시에, 처리 가스 또는 전구체 가스, 및 수증기를 챔버(10)에 공급하도록, 가스 공급부(20) 및 수증기 공급부(30)를 제어한다.
가스 공급실(15)에서는, 처리 가스에 포함되는 HF와 NH3에 의해, 상술한 식(1)의 반응이 생겨, 암모니아 불화물(NH4F)이 생성된다. 식(1)을 재게(再揭)한다.
HF ＋ NH3 → NH4F … (1)
생성된 NH4F는, 예를 들면 샤워 플레이트(131)를 개재하여 처리실(14)에 공급된다.
처리실(14)에 공급된 NH4F는, 기판(W)의 표면의 실리콘 산화막과 반응한다. NH4F와 실리콘 산화막의 SiO2가 반응함으로써, 상술한 식(2)의 반응이 생겨, 기판(W)의 표면에, 암모니아 착체로 이루어지는 반응 생성물((NH4)2SiF6)이 생성된다. 식(2)을 재게한다.
SiO2 ＋ 6NH4F → (NH4)2SiF6 ＋ 2H2O ＋ 4NH3 … (2)
본 실시형태에 있어서의 「실리콘 산화막의 에칭」이란, 상기 반응 생성물이 생성되는 것을 의미한다. 이 반응 생성물은, 나중에 기판(W)을 소정 온도(예를 들면 100 ∼ 200℃)에서 가열함으로써, 열분해하여 제거된다. 반응 생성물의 제거는, 동일한 챔버(10)에서 행해도 되고, 다른 챔버에서 행해도 된다.
스텝 S3에서는, 반응 생성물을 효율적으로 생성하는 관점에서, 기판(W)을 -5℃ 이상 50℃ 이하로 유지해도 된다.
식(2)에서 생긴 H2O는, 반응 생성물과 함께 기판(W)의 표면에서 생성되기 때문에, 기판(W)의 외측에서는 생성되지 않는다. 즉, 이 반응 유래의 H2O의 분포량은, 기판(W)의 주연부에 있어서 중앙부보다 적어진다. 상술한 바와 같이, H2O는, NH4F에 의한 실리콘 산화막의 에칭에 관여한다고 생각된다. 기판(W)의 표면에 있어서의 H2O의 분포의 치우침이 있을 경우, 반응 생성물의 생성량에 치우침이 생겨, 기판(W)의 면 내에서 에칭량의 치우침이 생길 수 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, 수증기 공급부(30)에 의해 수증기가 공급된 챔버(10)에 있어서, 상기 에칭 처리가 행해진다. 이에 따라, 에칭 처리 중에 수증기가 챔버(10) 내에 확산하여, 기판(W)의 면 내 전체에 골고루 공급된다. 따라서, 기판(W)의 면 내에서 균일하게, 상기 식(2)의 반응이 촉진된다. 이 결과, 기판(W)의 면 내에서, 반응 생성물의 생성량의 치우침이 억제되어, 에칭량의 균일성이 향상된다.
스텝 S2에서는, 제어부(40)가, 예를 들면, 0.1㎩ 이상 100㎩ 이하의 분압으로 수증기를 챔버(10)에 공급하도록, 수증기 공급부(30)를 제어한다. 이에 따라, 기판(W)의 면 내 전체에 확산하기 위해 충분한 양의 수증기가 챔버(10) 내에 공급되어, 기판(W)의 면 내에서의 H2O의 분포의 치우침이 보다 효과적으로 해소된다. 따라서, 기판(W)의 면 내에서의 에칭량의 균일성이 보다 향상된다.
또, 스텝 S3에서의 에칭 처리에 있어서, 챔버(10) 내의 압력은, 예를 들면, 10㎩ 이상 1000㎩ 이하로 할 수 있고, 또한 10㎩ 이상 500㎩ 이하로 할 수도 있다.
스텝 S2에서, 제어부(40)는, 가스 공급부(20)에 의한 가스의 공급과 동시에, 수증기의 공급을 개시하도록, 수증기 공급부(30)를 제어해도 된다. 이에 따라, 에칭 처리의 개시와 함께 수증기가 기판(W)의 면 내 전체에 확산하여, 기판(W)의 면 내의 에칭량의 치우침이 보다 확실히 억제된다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여, 본 실시형태의 작용 효과를 구체적으로 설명한다.
실시예로서, 도 1에 나타내는 수증기 공급부를 가지는 에칭 장치를 이용하여, 표면에 실리콘 산화물을 가지는 실리콘 기판을 에칭했다. 실리콘 기판은, 반경 약 150㎜의 원형의 기판으로 했다.
제1 가스 공급 라인에, 원료 가스로서, NH3 가스 및 N2 가스의 혼합 가스를 도입했다. 라디칼 생성부에 있어서의 마이크로파의 주파수는 2.45㎓, 방전 전력은 1800㎾로 했다.
제2 가스 공급 라인에, NF3를 도입했다.
수증기 공급부에, 수증기를 도입했다.
에칭 처리 중의 챔버 내의 압력은 약 500㎩로 조정했다. NH3 가스의 분압은 약 56㎩, N2 가스의 분압은 약 430㎩, NF3 가스의 분압은 약 12㎩, 수증기의 분압은 약 2㎩이 되도록 조정했다.
에칭 처리 중의 기판의 온도는, 약 20℃로 했다.
비교예로서, 수증기 공급부를 가지지 않는 에칭 장치를 이용하여, 수증기를 챔버 내에 공급하지 않고, 표면에 실리콘 산화물을 가지는 실리콘 기판을 에칭했다.
제1 가스 공급 라인과 제2 가스 공급 라인에는, 실시예와 동일한 가스를 도입했다. 라디칼 생성부에 있어서의 방전 조건 및 에칭 처리 중의 기판의 온도도 동일하게 했다.
에칭 처리 중의 챔버 내의 압력은 약 500㎩로 조정했다. NH3 가스의 분압은 약 56㎩, N2 가스의 분압은 약 432㎩, NF3 가스의 분압은 약 12㎩이 되도록 조정했다.
도 3 및 도 4는, 실시예 및 비교예의 에칭 처리에 있어서의 기판의 면 내의 에칭량의 분포를 나타내는 그래프이며, 횡축이 기판 내에서의 위치(㎜), 종축이 에칭량(㎚)을 나타낸다. 도 3은, 실시예의 결과를 나타내고, 도 4는 비교예의 결과를 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 수증기를 공급하고 있지 않은 비교예의 에칭 처리에서는, 기판의 주연부에 있어서, 에칭량이 크게 변화하고 있었다.
그에 대해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수증기를 공급한 실시예의 에칭 처리에서는, 비교예의 결과와 비교하여, 기판의 주연부에 있어서의 에칭량의 변화가 억제되고 있었다.
이들 결과로부터, HF와 NH3를 포함하는 처리 가스를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭할 때에, 챔버 내에 수증기를 공급함으로써, 기판의 면 내의 에칭량의 균일성이 향상되는 것을 알 수 있었다.
<제2 실시형태>
도 5는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 에칭 장치(100A)를 나타내는 모식적인 단면도이다.
동(同) 도면에 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(100A)는, 제1 실시형태와 마찬가지인 챔버(10)와, 가스 공급부(20)와, 제어부(40)를 구비하지만, 제1 실시형태와는 다른 수증기 공급부(30A)를 구비한다.
이하의 각 실시형태에 있어서, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지인 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 다른 부분을 주로 설명한다.
수증기 공급부(30A)는, 예를 들면, 챔버(10)에 개구한 제3 공급구(31A)와, 제3 공급구(31A)에 접속된 제3 배관(32A)을 포함한다.
제3 공급구(31A)는, 예를 들면, 헤드 본체(132)의 플레이트 대향면(135)에 개구한다. 도 5에 나타내는 예에서는, 수증기 공급부(30A)가, 플레이트 대향면(135)에 개구한 복수의 제3 공급구(31A)를 포함하고 있지만, 단일의 제3 공급구(31A)를 포함하고 있어도 된다.
이에 따라서도, 수증기가 가스 공급실(15) 내에서 확산하여, 샤워 플레이트(131)를 개재하여 기판(W)의 면 내 전체에 균일하게 공급된다. 따라서, 기판(W)의 면 내의 에칭량의 균일성이 충분히 향상된다.
<제3 실시형태>
도 6은, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 에칭 장치(100B)를 나타내는 모식적인 단면도이다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(100B)는, 제1 실시형태와 마찬가지인 챔버(10)와, 가스 공급부(20)와, 제어부(40)를 구비하지만, 제1 실시형태와는 다른 수증기 공급부(30B)를 구비한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 수증기 공급부(30B)는, 제1 배관(213)에 개구한 제3 공급구(31B)와, 제3 공급구(31B)에 접속된 제3 배관(32B)을 포함한다. 본 실시형태에서는, 수증기가, 제3 배관(32B)과, 제1 가스 공급 라인(21)의 제1 배관(213)의 일부를 통과하여 챔버(10)에 공급된다.
이에 따라, 수증기가 가스 공급실(15)의 상류로부터 공급되어, 가스 공급실(15) 내에서 보다 균일하게 확산할 수 있다. 따라서, 샤워 플레이트(131)를 개재하여, 수증기가 기판(W)의 면 내 전체에 보다 균일하게 공급되어, 기판(W)의 면 내의 에칭량의 균일성이 보다 한층 향상된다.
<제4 실시형태>
도 7은, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 에칭 장치(100C)를 나타내는 모식적인 단면도이다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(100C)는, 제1 실시형태와 마찬가지인 챔버(10)와, 가스 공급부(20)와, 제어부(40)를 구비하지만, 제1 실시형태와는 다른 수증기 공급부(30C)를 구비한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 수증기 공급부(30C)는, 제2 배관(222)에 개구한 제3 공급구(31C)와, 제3 공급구(31C)에 접속된 제3 배관(32C)을 포함한다. 즉, 본 실시형태에서는, 수증기가, 제3 배관(32C)과, 제2 가스 공급 라인(22)의 제2 배관(222)의 일부를 통과하여 챔버(10)에 공급된다. 도 7에 나타내는 예에서는, 수증기 공급부(30C)가, 단일의 제3 공급구(31C)를 포함하지만, 복수의 제2 배관(222)에 접속된 복수의 제3 공급구(31C)를 포함하고 있어도 된다.
이에 따라서도, 수증기가 가스 공급실(15)의 상류로부터 공급되어, 가스 공급실(15) 내에서 보다 균일하게 확산할 수 있다. 따라서, 샤워 플레이트(131)를 개재하여, 수증기가 기판(W)의 면 내 전체에 보다 균일하게 공급되어, 기판(W)의 면 내의 에칭량의 균일성이 보다 한층 향상된다.
<제5 실시형태>
도 8은, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 에칭 장치(100D)를 나타내는 모식적인 단면도이다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(100D)는, 제1 실시형태와 마찬가지인 챔버(10)와, 가스 공급부(20)와, 제어부(40)를 구비하지만, 제1 실시형태와는 다른 수증기 공급부(30D)를 구비한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 수증기 공급부(30D)는, 예를 들면, 챔버(10)의 처리실(14)에 개구한 제3 공급구(31D)와, 제3 공급구(31D)에 접속된 제3 배관(32D)을 포함한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 제3 공급구(31D)는, 예를 들면 챔버(10)의 측벽(113)에 개구한다. 도 8에 나타내는 예에서는, 수증기 공급부(30D)가, 단일의 제3 공급구(31D)를 포함하지만, 복수의 제3 공급구(31D)를 포함하고 있어도 된다.
이에 따라서도, 수증기가 챔버(10)의 처리실(14)에 공급되어, 처리실(14) 내에서 확산할 수 있다. 따라서, 수증기가 기판(W)의 면 내 전체에 확산할 수 있어, 기판(W)의 면 내의 에칭량의 균일성이 향상된다.
<제6 실시형태>
도 9는, 본 발명의 제6 실시형태에 따른 에칭 장치(100E)를 나타내는 모식적인 단면도이다.
동 도면에 나타내는 바와 같이, 에칭 장치(100E)는, 제1 실시형태와 마찬가지인 챔버(10)와, 가스 공급부(20)와, 제어부(40)를 구비하지만, 제1 실시형태와는 다른 수증기 공급부(30E)를 구비한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 수증기 공급부(30E)는, 예를 들면, 챔버(10)의 처리실(14)에 개구한 제3 공급구(31E)와, 제3 공급구(31E)에 접속된 제3 배관(32E)을 포함한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 제3 공급구(31E)는, 기판 지지부(12)의 지지면(121)에 개구한다. 도 9에서는, 수증기 공급부(30E)가 복수의 제3 공급구(31E)를 포함한다. 복수의 제3 공급구(31E)는, 예를 들면, 지지면(121)의 주연(周緣)을 따라 배치되어 있다.
이에 따라, 반응 생성물((NH4)2SiF6)의 생성에 수반하여 생성되는 H2O의 분포량이 적은 기판(W)의 주연부에, 보다 직접적으로 수증기를 공급할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 면 내에서의 에칭량의 균일성이 보다 확실하게 향상된다.
<다른 실시형태>
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 각종 변경을 더할 수 있다.
챔버(10)는, 상술한 구성으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 가스 공급실(15)은, 지지면(121)과 Z축 방향으로 대향하는 배치가 아니고, 지지면(121)의 측방, 즉 챔버(10)의 측벽(113)을 따라 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 샤워 플레이트(131)는, 복수의 관통공(133)이 X축 방향 또는 Y축 방향을 따라 연장되도록 배치되어 있어도 된다.
혹은, 챔버(10)는, 가스 헤드(13)를 가지지 않고, 샤워 플레이트(131)만에 의해 처리실(14)과 가스 공급실(15)이 구획되고 있어도 된다.
또한, 챔버(10)는, 처리실(14)과 가스 공급실(15)이 구획되어 있지 않고, 챔버(10)의 내부 전체가 처리실(14)로서 구성되어도 된다. 이 경우, 처리실(14)의 천판, 측벽 등에 가스 공급부(20)가 직접 접속되어 있어도 된다.
또한, 가스 공급부(20)의 제1 가스 공급 라인(21)과 제2 가스 공급 라인(22)도, 상술한 구성으로 한정되지 않고, 도시한 예와는 다른 위치에 각각 접속되어 있어도 된다.
혹은, 가스 공급부(20)는, 처리 가스의 전구체 가스가 챔버(10)에 공급되는 구성으로 한정되지 않고, 예를 들면 챔버(10)의 외부에서 HF와 NH3를 포함하는 처리 가스가 생성되며, 생성된 처리 가스가 챔버(10)에 공급되어도 된다.
100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E: 에칭 장치
10: 챔버
20: 가스 공급부
21: 제1 가스 공급 라인
22: 제2 가스 공급 라인
30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E: 수증기 공급부
40: 제어부

Claims (8)

  1. 불화 수소와 암모니아를 포함하는 처리 가스 및 수증기를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 장치로서,
    상기 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판이 배치되는 것이 가능한 챔버와,
    상기 처리 가스 또는 상기 처리 가스의 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능한 가스 공급부와,
    수증기를 상기 챔버 내의 상기 기판의 표면 전체에 공급하는 것이 가능한 수증기 공급부와,
    에칭 처리 시에, 상기 처리 가스 또는 상기 전구체 가스, 및 상기 수증기를 상기 챔버에 공급하도록, 상기 가스 공급부 및 상기 수증기 공급부를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 가스 공급부는,
    수소를 포함하는 가스로부터 수소 라디칼을 생성하는 라디칼 생성부를 가지고, 수소 라디칼을 포함하는 제1 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능한 제1 가스 공급 라인과,
    불소를 포함하는 제2 전구체 가스를 상기 챔버에 공급하는 것이 가능한 제2 가스 공급 라인을 가지며,
    상기 불화 수소는, 상기 챔버 내에서 상기 제1 전구체 가스와 상기 제2 전구체 가스가 반응함으로써 생성되는 에칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 0.1㎩ 이상 100㎩ 이하의 분압으로 수증기를 상기 챔버에 공급하도록, 상기 수증기 공급부를 제어하는 에칭 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 기판이 배치되는 것이 가능한 처리실과,
    상기 가스 공급부에 접속된 가스 공급실과,
    복수의 관통공을 포함하고, 상기 가스 공급실과 상기 처리실 사이에 배치된 샤워 플레이트를 가지는 에칭 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수증기 공급부는, 상기 가스 공급실에 접속되는 에칭 장치.
  7. 불화 수소와 암모니아를 포함하는 처리 가스 및 수증기를 이용하여 실리콘 산화막을 에칭하기 위한 에칭 방법으로서,
    상기 실리콘 산화막을 표면에 가지는 기판이 배치된 챔버에, 상기 처리 가스 또는 상기 처리 가스의 전구체 가스를 공급하고,
    수증기를 상기 챔버 내의 상기 기판의 표면 전체에 공급하고,
    상기 수증기가 공급된 상기 챔버에 있어서, 상기 처리 가스를 이용하여 상기 실리콘 산화막을 에칭하며,
    수소 라디칼을 포함하는 제1 전구체 가스를 제1 가스 공급 라인에서 상기 챔버에 공급하고,
    불소를 포함하는 제2 전구체 가스를 제2 가스 공급 라인에서 상기 챔버로 공급하며,
    상기 챔버 내에서 상기 제1 전구체 가스와 상기 제2 전구체 가스를 반응시킴으로써, 상기 불화 수소를 생성하는 에칭 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    0.1㎩ 이상 100㎩ 이하의 분압으로 수증기를 상기 챔버에 공급하는 에칭 방법.
KR1020210157238A 2020-12-28 2021-11-16 에칭 장치 및 에칭 방법 KR102615442B1 (ko)

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