KR20150085793A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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요시유키 기쿠치
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
가부시키가이샤 토호쿠 테크노 아치
가부시키가이샤 토호쿠 테크노 아치
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Abstract

본 발명은 중성 입자를 이용하여 면 내 균일하게 기판 처리를 행하는 것을 목적으로 한다.
처리 용기(11) 내의 웨이퍼(W)를 플라즈마에 의해 처리하는 기판 처리 장치(1)는, 처리 용기(11) 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생실(U)과, 플라즈마 발생실(U)에 대향하여 배치되고, 처리 용기(11) 내에 있어서 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 척(10)과, 플라즈마 발생실(U)과 웨이퍼 척(10) 사이에 배치되고, 플라즈마 발생실(U)에서 생성된 플라즈마를 중성화하여 중성 입자를 생성하며, 또한 상기 중성 입자를 웨이퍼 척(10)에 유지된 웨이퍼(W)에 조사하는 개구(15a)가 복수 형성된 분리판(15)과, 웨이퍼 척(10)에 의해 유지되는 웨이퍼(W) 상에서의 중성 입자의 입사 각도 분포의 피크값이 웨이퍼(W)의 법선 방향으로부터 어긋난 위치이고, 또한 상기 피크값이 법선 방향을 사이에 둔 위치에 복수 분포하도록, 분리판(15)으로부터 웨이퍼 척(10)측에 도입되는 중성 입자의 지향성을 조정하는 지향성 조정 기구를 갖는다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판을 플라즈마에 의해 처리하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 예컨대 플라즈마 처리 장치 등의 기판 처리 장치에 설치된 감압 처리 용기 내에서, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함) 상에 절연막을 비롯한 각종 성막(成膜) 처리나, 이들 절연막 등에 의한 패턴 형성을 위한 에칭 처리 등이 행해진다.
그런데, 예컨대 웨이퍼에 성막 처리를 행하는 플라즈마 CVD 장치에 있어서는, 웨이퍼에 이온이나 자외광이 조사되기 때문에, 이들 이온이나 자외광에 의해 웨이퍼나 성막되는 막이 손상을 받는다. 그 때문에, 최근에 와서는, 플라즈마에 의해 생성되는 자외광을 차단하고, 이온을 중성 입자화하여 공급함으로써, 손상이 적은 플라즈마 처리를 행하는 것이, 예컨대 특허문헌 1에 제안되어 있다.
특허문헌 1에 의하면, 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생실과, 피처리체로서의 기판 사이에, 직경이 작고 연직 방향으로 연신하는 복수의 구멍을 갖는 분리판을 설치하고, 이 분리판에 바이어스 전압을 인가함으로써, 이 구멍을 통과하는 이온이 중성화된다. 또한, 상기 분리판에 의해, 자외광도 그 대부분이 차단된다. 그 결과, 중성 입자만을 웨이퍼에 조사하여 손상이 적은 기판 처리가 행해진다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-89823호 공보
그러나, 중성 입자는 직진성이 높기 때문에, 예컨대 미리 정해진 요철 형상의 패턴이 형성된 웨이퍼를 균일하게 처리하는 것은 곤란하였다. 구체적으로는, 예컨대 도 14에 도시하는 바와 같이, 분리판에 형성된 연직 방향으로 연신하는 구멍을 통과한 중성 입자(N)의 지향성은 연직 하향이 되기 때문에, 웨이퍼(W) 상에 형성된 요철 형상의 패턴(200)의 상단부나 바닥부에 예컨대 미리 정해진 막(201)을 형성할 수는 있어도, 요철 패턴(200)의 측면에는 중성 입자가 조사되지 않기 때문에, 성막을 행할 수 없다. 따라서, 웨이퍼면 내에 균일한 처리를 실시하는 것이 곤란하다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 중성 입자를 이용하여 면 내 균일하게 기판 처리를 행하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 상기 플라즈마 발생원에 대향하여 배치되고, 상기 처리 용기 내에 있어서 기판을 유지하는 기판 유지 기구와, 상기 플라즈마 발생원과 상기 기판 유지 기구 사이에 배치되고, 상기 플라즈마 발생원에서 생성된 플라즈마를 중성화하여 중성 입자를 생성하며, 또한 상기 중성 입자를 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판에 조사하는 개구가 복수 형성된 분리판과, 상기 기판 유지 기구에 의해 유지되는 기판 상에서의 중성 입자의 입사 각도 분포의 피크값이 기판의 법선 방향으로부터 어긋난 위치이고, 또한 상기 피크값이 법선 방향을 사이에 둔 위치에 복수 분포하도록, 기판에 조사되는 중성 입자의 지향성을 조정하는 지향성 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 기판에 조사되는 중성 입자의 지향성을 조정하는 지향성 조정 기구를 갖고, 기판 상에서의 중성 입자의 입사 각도 분포의 피크값이 기판의 법선 방향으로부터 어긋난 위치이고, 또한 상기 피크값이 법선 방향을 사이에 둔 위치에 복수 분포하도록 중성 입자가 조사된다. 따라서, 예컨대 기판 상에 요철 형상을 갖는 패턴이 형성되어 있던 경우라도, 상기 패턴의 측면에 대하여 중성 입자를 조사할 수 있다. 그 결과, 중성 입자를 이용하여 기판의 면 내에서 균일한 처리를 행할 수 있다.
상기 지향성 조정 기구는, 상기 중성 입자의 입사각 분포의 피크값이 2n(n은 1 이상의 정수)회 대칭의 분포가 되도록, 상기 중성 입자의 지향성을 조정해도 좋다.
상기 분리판의 개구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판의 표면에 수직인 방향에 대하여 미리 정해진 각도 기울어져 있고, 상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정해도 좋다.
상기 분리판의 개구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판의 표면에 수직인 방향에 대하여 미리 정해진 각도 기울어진 제1 개구와, 상기 분리판의 표면에 수직인 축에 대하여 선대칭으로 형성된 제2 개구를 갖고, 상기 제1 개구와, 상기 제2 개구는, 서로 인접하여 교대로 형성되어 있어도 좋다.
상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 기울임으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정하고, 상기 상대적으로 기울인 기판과 분리판 사이의 거리는, 분리판으로부터 조사되는 중성 입자의 평균 자유 공정 이하여도 좋다.
상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정해도 좋다.
상기 분리판은 복수의 영역으로 구획되고, 상기 영역마다 상기 개구가 연직 방향에 대하여 미리 정해진 각도 기울어져 형성되어 있으며, 상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정해도 좋다.
본 발명에 의하면, 중성 입자를 이용하여 면 내 균일하게 기판 처리를 행할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 개략 종단면도이다.
도 2는 분리판의 구성의 개략을 도시하는 확대 단면도이다.
도 3은 웨이퍼(W) 상의 패턴에 대하여 미리 정해진 입사각으로 중성 입자가 조사되는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 4는 웨이퍼(W) 상의 패턴에 대하여 미리 정해진 입사각으로 중성 입자가 조사되는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 5는 웨이퍼 상의 패턴의 애스펙트비와, 중성 입자의 입사각과의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 6은 웨이퍼 상의 패턴의 애스펙트비와, 중성 입자의 입사각과의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 7은 웨이퍼 상의 패턴의 애스펙트비와 개구각과의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 8은 웨이퍼 상에 조사되는 중성 입자의 입사각 분포를 도시하는 설명도이다.
도 9는 다른 실시형태에 따른 분리판 근방의 구성의 개략을 도시하는 설명도이다.
도 10은 다른 실시형태에 따른 분리판의 구성의 개략을 도시하는 평면도이다.
도 11은 분리판과 웨이퍼를 상대적으로 기울인 상태를 도시하는 설명도이다.
도 12는 다른 실시형태에 따른 분리판과 웨이퍼의 배치의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 13은 다른 실시형태에 따른 분리판과 웨이퍼의 배치의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 14는 웨이퍼에 대하여 연직 방향으로부터 중성 입자를 조사하는 모습을 도시하는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태의 일례에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다. 한편, 본 실시형태에서의 기판 처리 장치(1)는, 예컨대 장치 내에 공급된 처리 가스를 마이크로파에 의해 플라즈마화시켜, 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치이다.
기판 처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)를 유지하는 웨이퍼 척(10)이 설치된 대략 원통형의 처리 용기(11)를 갖고 있다. 처리 용기(11)는, 웨이퍼 척(10) 상의 웨이퍼(W)에 대응하여 상부가 개구된 본체부(12)와, 본체부(12)의 개구를 막고, 처리 용기(11) 내에 마이크로파 발생원(13)에서 발생시킨 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급부(14)를 갖고 있다. 또한, 마이크로파 공급부(14)와 웨이퍼 척(10) 사이에는 분리판(15)이 설치되고, 처리 용기(11) 내를 마이크로파 공급부(14)측의 플라즈마 발생실(U)과, 웨이퍼 척(10)측의 처리실(P)로 분리하고 있다.
웨이퍼 척(10)은, 수평인 상면을 갖고 있다. 또한, 웨이퍼 척(10)의 내부에는 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 따라서, 상기 전극에 직류 전압을 인가함으로써 발생하는 정전기력으로 웨이퍼(W)를 흡착함으로써, 웨이퍼 척(10)의 상면에서, 웨이퍼(W)를 수평으로 흡착 유지할 수 있다.
웨이퍼 척(10)에는, 회전축(20)을 개재하여 예컨대 모터 등을 구비한 척 구동 기구(21)를 갖고, 그 척 구동 기구(21)에 의해 미리 정해진 속도로 회전할 수 있다.
처리 용기(11)의 본체부(12)의 바닥부에는, 처리 용기(11)의 내부를 배기하는 배기구(30)가 형성되어 있다. 배기구(30)에는, 진공 펌프 등의 배기 기구(31)로 통하는 배기관(32)이 접속되어 있다. 그 때문에, 배기 기구(31)에 의해 배기구(30)를 통해 처리 용기(11) 내의 분위기를 배기하여, 처리 용기(11) 내를 미리 정해진 진공도까지 감압할 수 있다.
처리 용기(11)의 본체부(12)의 내주면이며 분리판(15)의 상방에는, 처리 용기(11)의 플라즈마 발생실(U) 내에 미리 정해진 가스를 공급하기 위한 제1 가스 공급구(33)가 형성되어 있다. 제1 가스 공급구(33)는, 예컨대 처리 용기(11)의 내주면을 따라 복수 개소에 형성되어 있다. 제1 가스 공급구(33)에는, 예컨대 처리 용기(11)의 외부에 설치된 제1 가스 공급부(34)와 연통(連通)하는 가스 공급관(35)이 접속되어 있다. 제1 가스 공급부(34)로부터는, 예컨대 플라즈마 생성용의 희가스가 공급된다. 또한, 처리 용기(11)의 본체부(12)에 있어서의 분리판(15)의 하방의 내주면이며 또한 웨이퍼 척(10)의 상방에도, 처리실(P) 내에 미리 정해진 가스를 공급하기 위한 제2 가스 공급구(36)가 복수 형성되어 있다. 제2 가스 공급구(36)에는, 처리 용기(11)의 외부에 설치된 제2 가스 공급부(37)와 연통하는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다. 제2 가스 공급부(37)로부터는, 예컨대 웨이퍼(W) 상에서의 성막용의 처리 가스가 공급된다. 가스 공급관(35, 38)에는, 밸브나 매스플로우 컨트롤러를 구비한 유량 조정부(39, 39)가 각각 설치되고, 각 가스 공급구(33, 36)로부터 공급되는 가스의 유량은, 이 유량 조정부(39, 39)에 의해 제어된다.
마이크로파 공급부(14)는, 예컨대 본체부(12)의 내측으로 돌출되어 설치된 지지 부재(50)에, 기밀성을 확보하기 위한 O링 등의 시일재(도시하지 않음)를 통해 지지되는 마이크로파 투과판(51)과, 마이크로파 투과판(51)의 상면에 배치된, 안테나로서 기능하는 슬롯판(52)과, 슬롯판(52)의 상면에 배치된, 지파판(遲波板)으로서 기능하는 유전체판(53), 및 유전체판(53)의 상면에 배치된 금속성의 플레이트(54)를 갖고 있다. 마이크로파 투과판(51), 슬롯판(52), 유전체판(53) 및 플레이트(54)는, 모두 대략 원반 형상이다. 또한, 마이크로파 투과판(51) 및 유전체판(53)은, 예컨대 석영, 알루미나, 질화알루미늄 등의 유전체에 의해 구성되어 있다. 슬롯판(52)은, 도전성을 갖는 재질, 예컨대 구리, 알루미늄, 니켈 등으로 이루어지고, 슬롯(52a)이 동심원 형상으로 복수 형성된, 이른바 레이디얼 라인 슬롯 안테나 방식의 평면 안테나 부재이다. 각 슬롯(52a)은 평면에서 보아 대략 사각형이고, 슬롯판(52)을 상하 방향으로 관통하고 있다. 플레이트(54)의 내부에는, 냉매가 흐르는 냉매로(54a)가 형성되고, 플라즈마 처리시의 열에 의한 플레이트(54)의 온도 상승이 억제된다.
마이크로파 공급부(14)의 중앙에는, 동축 도파관(55)이 접속되고, 상기 동축 도파관(55)에는 마이크로파 발생원(13)이 접속되어 있다. 마이크로파 발생원(13)에서 생성된 마이크로파는, 동축 도파관(55)을 통해 마이크로파 공급부(14)에 도입되고, 슬롯판(52) 및 마이크로파 투과판(51)을 통해 처리 용기(11)의 플라즈마 발생실(U) 내에 조사된다. 플라즈마 발생실(U)에 마이크로파가 조사되면, 플라즈마 발생실(U)의 희가스가 여기되어 플라즈마가 생성된다. 이 경우, 플라즈마 발생실(U)은, 처리 용기(11) 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생원으로서 기능한다.
다음으로, 분리판(15)의 구성에 대해서, 본 발명의 원리와 함께 설명한다. 분리판(15)은, 예컨대 카본, 실리콘, 알루미늄 등의 도전성의 재료에 의해 대략 원반 형상으로 형성되고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 척(10)에 유지된 웨이퍼(W)에 대하여 평행하게 설치되어 있다. 분리판(15)에는, 두께 방향으로 관통하는 복수의 개구(15a)가 형성되어 있다. 이 개구(15a)는, 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이, 연직 방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ)만큼 기울어져 형성되어 있다. 따라서, 플라즈마 발생실(U)의 플라즈마에 의해 생성된 양이온 등의 하전 입자(E)가 분리판(15)의 상방으로부터 개구(15a)에 입사하면, 상기 하전 입자(E)는 분리판(15)에 충돌하여 비스듬히 하방을 향해 진행한다. 각도(θ)의 설정에 대해서는 후술한다.
한편, 분리판(15)의 두께(T)와 개구(15a)의 직경(R)의 비인 애스펙트비는, 약 5∼20의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는, 예컨대 10 정도가 되도록 설정되어 있다. 분리판(15)의 표면적에 대한 개구(15a)의 면적의 합과의 비인 개구율은, 약 5%∼10%의 범위 내인 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 대략 8%가 되도록 설정되어 있다. 한편, 분리판(15)의 애스펙트비 및 개구율은, 플라즈마 발생실(U)로부터 처리실(P)로 향하는 자외광이, 상기 분리판(15)에 의해 차단되도록 설정되어 있다. 또한, 분리판(15)의 애스펙트비 및 개구율은, 처리실(P)로부터 플라즈마 발생실(U) 내에 처리 가스가 유입되지 않도록, 처리실(P)과 플라즈마 발생실(U) 사이의 압력차를 미리 정해진 값으로 유지할 수 있도록 설정되어 있다.
또한, 분리판(15)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이 직류 전원(60)이 접속되어 있고, 미리 정해진 직류 전압이 인가되어 있다. 그 때문에, 개구(15a) 내에 있어서 분리판(15)에 충돌한 하전 입자(E)는, 분리판(15)으로부터 전자를 수취함으로써 전기적으로 중성화되고, 중성 입자(N)가 되어 개구(15a)로부터 처리실(P)을 향해 방출된다. 따라서, 분리판(15)은, 플라즈마 발생실(U)의 플라즈마에 의해 생성된 하전 입자(E)를 중성화하여 중성 입자(N)를 생성하고, 상기 중성 입자(N)에 대하여 비스듬히 하방으로 진행하도록 지향성을 조정하는 지향성 조정 기구로서도 기능한다.
분리판(15)을 이용하여, 비스듬히 하방으로 진행하도록 중성 입자(N)의 지향성을 조정함으로써, 예컨대 도 3에 도시하는 바와 같이, 이른바 라인 앤드 스페이스와 같은 요철의 패턴(110)이 형성된 웨이퍼(W)를 처리하는 경우에 있어서, 상기 패턴(110)의 상면만이 아니라, 패턴(110)의 측면에도 중성 입자(N)를 조사하는 것이 가능해진다. 그러나, 중성 입자(N)는 직진성이 높기 때문에, 비스듬히 하방으로 진행하는 중성 입자(N)는, 패턴(110)의 한쪽의 면과 상면을 합한 영역(A)에만 조사되고, 다른쪽의 면에는 조사되지 않는다. 그 때문에, 중성 입자(N)에 대하여 단순히 비스듬한 방향의 지향성을 부여하는 것만으로는, 패턴(110)의 전면에 대하여 균일한 처리를 행할 수 없다.
그래서 본 발명자들은, 웨이퍼(W) 상의 패턴(110)의 전면에 대하여 중성 입자(N)를 조사하는 방법에 대해서 예의 검토하여, 예컨대 연직 방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ)만큼 기울어진 개구(15a)를 갖는 분리판(15)과, 웨이퍼(W)와의 상대적인 회전 방향의 위치를, 예컨대 웨이퍼(W)의 표면에 연직인 축 주위로 180도 회전시키면, 영역(A)의 반대측의 면에도 중성 입자(N)를 조사할 수 있다고 생각하였다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 기판 처리 장치(1)의 웨이퍼 척(10)을 회전 가능하게 구성하고, 웨이퍼(W)를 분리판(15)에 대하여 상대적으로 회전시켜지도록 하고 있다. 이러한 경우, 미리 정해진 각도(θ)만큼 기울어진 개구(15a)를 형성하고, 웨이퍼 척(10)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)에 대하여 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 조정할 수 있으며, 본 실시형태에서는, 이 각도(θ) 기울어진 개구(15a)와 웨이퍼 척(10)이 지향성 조정 기구로서 기능한다.
이러한 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 어떤 방향으로부터 웨이퍼(W)에 대하여 비스듬히 중성 입자(N)를 조사한 후, 웨이퍼 척(10)을 180도 회전시킴으로써, 패턴(110)의 상면, 및 예컨대 도 4에 도시하는 바와 같이, 패턴(110)을 사이에 두고, 영역(A)과 반대측에 위치하는 영역(B)에 중성 입자(N)를 조사할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼(W) 상의 패턴(110)의 전면에 대하여 중성 입자(N)가 조사된다.
한편, 개구(15a)와 연직축 사이의 각도(θ)를 크게 하면, 하전 입자(E)가 개구(15a)에 있어서 분리판(15)과 충돌할 때의 각도가 커지고, 이에 의해 에너지의 감쇠가 커진다. 또한, 각도(θ)를 크게 하면, 예컨대 도 5에 도시하는 바와 같이, 애스펙트비가 높은 트렌치형의 패턴(110)의 처리를 행할 때에, 패턴(110)의 바닥면 및 바닥면 근방의 측면에 중성 입자(N)가 도달할 수 없게 된다. 그 때문에, 각도(θ)는 작게 하는 것이 바람직하지만, 각도(θ)를 지나치게 작게 하면, 패턴(110)의 측면에 대하여 입사각이 작아져, 패턴(110)의 측면에 대하여 충분한 에너지를 부여할 수 없게 된다. 따라서, 개구(15a)의 각도(θ)는, 피처리 웨이퍼(W)에 형성된 패턴(110)의 애스펙트비나, 패턴(110)의 측면을 처리하기 위해서 필요해지는 에너지 등에 기초하여 적절히 설정된다. 한편, 본 발명자들에 의하면, 개구(15a)의 각도(θ)는, 대략 4도∼28도로 하는 것이 바람직한 것이 확인되고 있다.
분리판(15)의 개구(15a)의 각도(θ)의 설정에 대해서 더 설명한다. 개구(15a)의 각도(θ)의 설정에 앞서, 본 발명자들은, 미리 정해진 각도(θ)로 설정된 개구(15a)를 통해 미리 정해진 애스펙트비를 갖는 패턴(110)에 대하여 중성 입자(N)를 조사하여, 패턴(110)의 측면에 어느 정도의 비율로 중성 입자가 도달하는지를 예의 조사하였다. 그 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6의 횡축은 개구(15a)의 각도(θ)이고, 종축에 나타내는 「유효율」은, 개구(15a)로부터 조사되는 중성 입자(N) 중, 실제로 패턴(110)의 측면에 도달한 중성 입자(N)의 비율을 나타낸 것이다. 또한, 도 6에 「△」로 나타내는 그래프는, 패턴(110)의 요철의 애스펙트비가 3∼5.5 미만인 경우의 결과에 대해서, 「□」로 나타내는 그래프는 애스펙트비가 5.5∼8.5 미만인 경우의 결과에 대해서, 「○」로 나타내는 그래프는 애스펙트비가 8.5∼10 미만인 경우의 결과에 대해서 각각 나타내고 있다.
본 발명자들에 의하면, 웨이퍼 처리에 있어서는 패턴(110)의 측면에 있어서의 중성 입자(N)의 유효율을 대략 20% 이상 확보하는 것이 바람직한 것이 확인되고 있다. 그 때문에, 개구(15a)의 각도(θ)는 도 6의 결과로부터, 애스펙트비가 3∼5.5 미만인 경우에는 대략 8도∼28도, 애스펙트비가 5.5∼8.5 미만인 경우에는 대략 4도∼13도, 애스펙트비가 8.5∼10 미만인 경우에는 대략 4도∼7도로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 그리고, 패턴(110)의 요철의 애스펙트비는 디바이스의 구조에 따라 상이하지만, 통상은 3∼10의 범위이기 때문에, 전술한 바와 같이, 바람직한 개구(15a)의 각도(θ)는 대략 4도∼28도라고 할 수 있다.
한편, 도 5에 도시하는, 트렌치형의 패턴(110)의 측벽과 패턴(110)의 상단부로부터 그 트렌치의 대각에 위치하는 바닥부와의 대각선 사이가 이루는 각인 개구각(α)과, 상기 트렌치형의 패턴(110)의 요철의 애스펙트비는, 일반적으로 도 7에 도시되는 바와 같은 반비례의 관계에 있다. 그리고 도 6의 결과와 도 7의 관계로부터는, 바람직한 개구(15a)의 각도(θ)는, 패턴(110)의 애스펙트비에 대응하는 개구각(α)과 대략 동일한 범위 내에 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 에너지의 감쇠를 억제하는 관점에서, 웨이퍼(W)의 표면과 분리판(15)의 하면과의 거리(L)는, 처리실(P)에 있어서의 중성 입자(N)의 평균 자유 공정 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상의 기판 처리 장치(1)에는, 제어 장치(100)가 설치되어 있다. 제어 장치(100)는, 예컨대 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성되고, 예컨대 메모리에 기억된 프로그램을 실행함으로써, 기판 처리 장치(1)에 있어서의 기판 처리가 실행된다. 한편, 기판 처리 장치(1)에 있어서의 기판 처리나 기판 반송을 실현하기 위한 각종 프로그램은, 예컨대 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 기억 매체(H)에 기억되어 있던 것이며, 그 기억 매체(H)로부터 제어 장치(100)에 인스톨된 것이 이용되고 있다.
본 실시형태에 따른 기판 처리 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있으며, 다음으로, 기판 처리 장치(1)에 있어서의 웨이퍼(W)의 처리에 대해서 설명한다.
웨이퍼 처리에 있어서는, 먼저, 처리 용기(11) 내에 웨이퍼(W)가 반입되고, 웨이퍼 척(10) 상에 배치되어 유지된다. 이 웨이퍼(W)에는, 예컨대 도 3에 도시하는 바와 같이, 미리 요철 형상, 예컨대 트렌치형의 패턴(110)이 형성되어 있다.
웨이퍼(W)가 웨이퍼 척(10)에 유지되면, 배기 기구(31)에 의해 처리 용기(11) 내가 배기되어 미리 정해진 압력으로 감압된다. 계속해서, 제1 가스 공급부(34)로부터 플라즈마 생성용의 희가스가 플라즈마 발생실(U)에 공급되고, 마이크로파 공급부(14)로부터 처리 용기(11) 내에, 미리 정해진 전력으로 마이크로파가 공급되며, 마이크로파 투과판(51)의 하면에 전계가 형성된다. 이에 의해, 플라즈마 발생실(U) 내의 희가스가 여기되어 플라즈마가 생성된다.
플라즈마 발생실(U) 내에서 생성된 플라즈마 중의 하전 입자(E)나 라디칼은, 분리판(15)의 개구(15a)를 통해 처리실(P)측에 공급된다. 이때, 분리판(15)에는 직류 전원(60)에 의해 미리 정해진 전압의 직류 전압이 인가되어 있고, 예컨대 개구(15a)에 있어서 분리판(15)에 충돌한 하전 입자(E)는 분리판(15)으로부터 전자를 수취하여, 전기적으로 중성화된 중성 입자(N)가 되어 처리실(P)에 공급된다. 또한, 플라즈마 발생실(U)의 플라즈마로부터 조사되는 자외광은, 분리판(15)에 의해 차단된다.
또한, 마이크로파 공급부(14)로부터의 마이크로파의 공급과 병행하여, 웨이퍼(W) 상에 미리 정해진 막을 성막하기 위한 원료 가스가, 제2 가스 공급부(37)로부터 처리실(P) 내에 공급된다. 처리실(P)에서는, 분리판(15)으로부터 공급되는 중성 입자(N)에 의해 처리 가스가 여기된다. 이에 의해 웨이퍼(W) 상에 원료 가스를 재료로 하여 미리 정해진 막이 성막된다. 이때, 분리판(15)에 의해 양이온이나 전자와 같은 하전 입자(E)나 자외광이 처리실(P)측으로 침입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 손상이 적은 웨이퍼 처리가 행해진다.
그리고, 미리 정해진 시간 경과 후, 웨이퍼 척(10)에 의해 180도 회전시킴으로써, 예컨대 도 4에 도시하는 바와 같이, 패턴(110)의 양 측면에 중성 입자(N)를 조사하여, 웨이퍼(W)의 전면에 대하여 균일한 처리가 행해진다.
이상의 실시형태에 의하면, 미리 정해진 각도(θ)만큼 기울어진 개구(15a)가 형성된 분리판(15)과 웨이퍼(W)를, 연직축을 회전축으로 하여 상대적으로 회전시킴으로써, 분리판(15)으로부터 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 변화시킬 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W) 상에 요철 형상의 패턴(110)이 형성되어 있는 경우라도, 상기 패턴(110)의 측면의 전면에 중성 입자(N)를 조사할 수 있다. 그 결과, 중성 입자(N)를 이용하여 웨이퍼(W)를 면 내 균일하게 처리할 수 있다.
이상의 실시형태에서는, 패턴(110)의 하나의 면에 대하여 미리 정해진 시간 중성 입자(N)를 조사한 후에 웨이퍼 척(10)을 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 단계적으로 변화시켰으나, 예컨대 웨이퍼 척(10)을 미리 정해진 회전 속도로 연속적으로 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 연속적으로 변화시키도록 해도 좋다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 웨이퍼 척(10)을 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)와 분리판(15)과의 회전 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변화시켰으나, 예컨대 분리판(15)을 회전 가능하게 구성하고, 웨이퍼(W)를 고정한 상태에서 분리판(15)을 회전시켜도 좋고, 웨이퍼(W)와 분리판(15)의 양방을 회전시켜도 좋다.
한편, 예컨대 요철의 패턴(110)이 형성된 웨이퍼(W)의 전면에 중성 입자(N)를 조사하는 방법은, 본 실시형태의 내용에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 여기서, 웨이퍼의 전면에 대하여 중성 입자(N)를 조사한다고 하는 것은, 예컨대 요철의 패턴(110)의 측면의 양측으로부터 대략 동일한 각도로 중성 입자(N)를 조사하는 것과 같은 의미이며, 보다 구체적으로는, 예컨대 웨이퍼(W) 상의 임의의 위치에 있어서, 웨이퍼 처리 중에 있어서의 중성 입자(N)의 입사 각도 분포가, 예컨대 도 8의 곡선 X로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 법선 방향[웨이퍼 표면에 대하여 수직인 방향. 도 8에 있어서 입사각이 0(제로)도가 되는 위치]을 사이에 둔 위치에 피크값이 복수 분포하도록 중성 입자(N)의 지향성을 조정하는 것을 의미한다. 여기서 도 8은, 분리판(15)의 두께(T)와 개구(15a)의 직경(R)과의 애스펙트비가 대략 10 정도인 분리판(15)에 있어서 개구(15a)의 각도(θ)를 변화시킨 경우의 중성 입자(N) 분포의 변화를 나타내는 것이며, 횡축은 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 입사 각도를, 종축은 상기 입사각으로 웨이퍼(W)에 입사하는 중성 입자(N)의 분포의 비율을 각각 나타내고 있고, 곡선 X는 각도(θ)를 +5도로 한 경우와, -5도로 한 경우에 얻어지는 중성 입자(N)의 분포를 합성한 것이다. 도 8의 곡선 Y와 곡선 Z의 의미에 대해서는 후술한다. 따라서, 예컨대 도 8의 곡선 X로 나타내는 바와 같은 입사각 분포가 되도록 중성 입자(N)를 공급할 수 있으면, 그 방법은 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
한편, 이상의 실시형태와 같이, 분리판(15)에 개구(15a)가 미리 정해진 각도(θ) 기울어져 형성되어 있는 경우, 예컨대 웨이퍼(W)와 분리판(15)과의 상대적인 위치를 고정한 상태에서는, 예컨대 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W)에는 일방향으로부터만 중성 입자(N)가 조사되기 때문에, 입사각 분포는 예컨대 도 8의 곡선 X 중 입사각이 양의 값이 되는 부분, 즉 입사각이 대략 0도∼10도 사이에 피크(S)를 갖는 곡선과 같은 분포가 된다. 그리고, 미리 정해진 시간 경과 후, 웨이퍼(W)와 분리판(15)을 상대적으로 180도 회전시켜 미리 정해진 시간 중성 입자(N)를 조사하면, 180도 회전시킨 후의 입사각 분포는, 도 8의 곡선 X 중 입사각이 음의 값이 되는 부분, 즉 입사각이 대략 0도∼-10도 사이에 피크(T)를 갖는 곡선과 같은 분포가 된다. 따라서, 웨이퍼(W)를 180도 회전시키기 전과 회전시킨 후에 있어서의 웨이퍼(W) 상의 입사각 분포는, 도 8의 곡선 X로 나타내는 바와 같은, 웨이퍼(W)의 법선 방향을 사이에 둔 위치에 피크값이 복수 분포하는 것과 같은 분포가 되는 것을 알 수 있다. 한편, 도 8의 곡선 X는, 법선 방향을 사이에 두고 대칭이 되는 입사각 분포를 나타내고 있으나, 입사각 분포는 반드시 대칭일 필요는 없고, 적어도, 법선 방향을 사이에 두고 2개소에 피크가 나타나도록 중성 입자(N)의 지향성을 조정하면 된다. 단, 웨이퍼면 내의 균일성이라고 하는 관점에서는, 입사각 분포의 피크값이 2n(n은 1 이상의 정수)회 대칭의 분포가 되도록, 중성 입자(N)의 지향성을 조정하는 것이 바람직하다.
한편, 통상은 분리판(15)의 두께(T)와 개구(15a)의 직경(R)과의 애스펙트비는 전술한 바와 같이 10 정도이고, 예컨대 개구(15a)를 통과하는 중성 입자(N)는, ±5도 정도의 기울기를 가지고 조사되기 때문에, 개구(15a)의 각도(θ)의 값이 0(제로)인 경우라도, 분리판(15)으로부터 조사되는 중성 입자(N)의 입사각 분포는, 예컨대 도 8의 곡선 Y로 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 법선 방향을 피크로 하여 ±5도의 확대를 갖는 것이 된다. 그러나, 곡선 Y와 같은 입사각 분포에서는, 패턴(110)의 측면에의 중성 입자(N)의 조사가 불충분하기 때문에, 본 실시형태에 따른 분리판(15)과 같이, 웨이퍼(W)를 면 내 균일하게 처리할 수 없다. 또한, 도 8의 곡선 Y는 개구(15a)의 각도를 +3도로 한 경우와 -3도로 한 경우에 얻어지는 중성 입자(N)의 분포를 합성한 것이다. 이 경우도 중성 입자(N)의 분포는 웨이퍼(W)의 법선 방향으로 피크를 갖고 있고, 본 실시형태에 따른 분리판(15)과 같이, 웨이퍼(W)를 면 내 균일하게 처리할 수 없다. 따라서, 이 결과로부터도, 개구(15a)의 각도(θ)는 대략 4도 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 8에 도시하는 바와 같은, 입사각 분포가 얻어지는 중성 입자(N)의 조사 방법으로서는, 예컨대 도 9에 도시하는 바와 같은 분리판(120)을 이용해도 좋다. 분리판(120)은, 웨이퍼 척(10)에 유지된 웨이퍼(W)의 표면에 수직인 방향에 대하여 미리 정해진 각도(θ1) 기울어져 형성된 제1 개구(121)와, 분리판(120)의 표면에 수직인 축에 대하여 선대칭으로 형성된 제2 개구(122)를 갖고, 제1 개구(121)와 제2 개구(122)는 서로 인접하여 교대로 형성되어 있다. 분리판(120)을 이와 같이 형성하면, 웨이퍼(W)와 분리판(120)을 상대적으로 회전시키지 않아도, 상기 분리판(120)으로부터 웨이퍼(W)에 대하여 조사되는 중성 입자(N)의 입사 각도 분포는, 도 8에 도시되는 바와 같은 형상이 된다. 이러한 경우, 웨이퍼 척(10)을 회전시키는 척 구동 기구(21) 등이 불필요해지기 때문에, 기판 처리 장치(1)의 구성을 간소화할 수 있다. 한편, 도 8에 도시되는 분리판(120)을 이용하는 경우, 상기 분리판(120) 그자체가 중성 입자(N)의 지향성을 조정하는 지향성 조정 기구로서 기능한다. 그러나, 당연히, 분리판(120)과 웨이퍼(W)를 상대적으로 회전시켜도 좋다.
또한, 분리판(15)에 형성되는 개구(15a)의 각도나 방향도, 예컨대 도 2나 도 9에 도시되는 예에 한정되지 않는다. 예컨대 도 10에 도시하는 바와 같이, 분리판(130)의 면 내를 복수의 영역(K1∼K8)으로 분할하고, 각 영역(K1∼K8)마다 개구의 방향이나 각도를 상이한 것으로 해도 좋다. 이러한 경우, 예컨대 웨이퍼(W)와 분리판(130)을 상대적으로 연속하여 회전시킴으로써, 역시, 도 8에 도시하는 바와 같은 중성 입자(N)의 입사각 분포를 얻을 수 있다.
한편, 이상의 실시형태에서는, 예컨대 웨이퍼(W)와 분리판(15)을 상대적으로 회전시킴으로써 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 변화시켰으나, 웨이퍼 척(10)에 유지된 웨이퍼(W)와 분리판(15)을 상대적으로 기울임으로써 중성 입자(N)의 지향성을 변화시키도록 해도 좋다. 이러한 경우, 예컨대 도 11에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 척(10)에, 회전축(20)을 대신하여 승강 기구(140)를 복수 설치하고, 웨이퍼(W)를 분리판(15)에 대하여 임의의 각도로 기울일 수 있도록 구성해도 좋다. 한편, 도 11에서는, 개구(15a)는 미리 정해진 각도(θ) 기울어져 형성되어 있으나, 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 변화시킨다고 하는 관점에서는, 분리판(15)의 개구(15a)는, 연직 방향을 따라 형성되어 있어도 좋다. 그러나, 분리판에 하전 입자(E)를 충돌시켜 중성 입자(N)를 생성한다고 하는 관점에서는, 미리 정해진 각도(θ)만큼 기울어진 개구를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼 상에 적정하게 중성 입자(N)를 조사하기 위해서, 본 실시형태에 있어서도, 웨이퍼(W)와 분리판(15)과의 최대의 거리(Lmax)는, 평균 자유 공정 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 승강 기구(140)에 의해 미리 정해진 각도로 기울어진 웨이퍼 척(10)을 또한 회전시키도록 하고, 웨이퍼 척(10)의 기울기와, 회전의 양방을 이용하여 웨이퍼(W)에 조사되는 중성 입자(N)의 지향성을 조정해도 좋다.
이상의 실시형태에서는, 1장의 웨이퍼(W)를 처리하는 기판 처리 장치(1)의 경우를 예로 하여 설명하였으나, 예컨대, 복수의 웨이퍼(W)를 배치(batch)식으로 처리하는 형식의 기판 처리 장치에 있어서도, 본 실시형태에 따른 발명을 적용할 수 있다. 이러한 경우, 예컨대 도 12에 도시하는 바와 같이, 복수의 웨이퍼(W)를 유지 가능한 웨이퍼 척(10) 상에, 상기 웨이퍼 척(10)의 회전축과 동심원 형상으로 웨이퍼(W)를 배치하고, 예컨대 원호 형상으로 형성된 분리판(150)을 웨이퍼 척(10)의 회전 중심과 동심원 형상으로 설치해도 좋다. 한편, 도 13은, 4개의 분리판(150a∼150d)이 설치된 상태를 도시하는 평면도인데, 분리판(150a∼150d)에 형성되는 개구의 방향이나 각도는, 예컨대 인접하는 분리판(150a)과 분리판(150b)으로 쌍을 이루도록 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 예컨대 웨이퍼 척(10)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시켜, 분리판(150a)과 분리판(150b)의 하방을 통과시킴으로써, 도 8에 도시되는 바와 같은 입사각 분포로 중성 입자(N)를 조사할 수 있다. 또한, 도 13에서는, 원호 형상의 4개의 분리판(150a∼150d)을 도시하고 있으나, 분리판(150a∼150d)의 형상이나 배치, 또한 설치수에 대해서도 임의로 설정할 수 있다.
한편, 분리판(150a∼150d)의 개구의 방향을, 각각 90도씩 변경하여 설정하고, 각 웨이퍼(W)를, 모든 분리판(150a∼150d)의 하방을 통과시킴으로써, 도 8에 도시되는 바와 같은 입사각 분포가 얻어지도록 해도 좋다.
한편, 이상의 실시형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같은 요철 형상의 패턴(110)을 갖는 웨이퍼(W)를 이용하였으나, 웨이퍼(W) 상에 형성되는 패턴은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 평평한 막이 형성된 웨이퍼(W)도, 당연히 본 발명에 따른 기판 처리 장치(1)에 있어서의 처리의 대상이 된다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
1: 기판 처리 장치 10: 웨이퍼 척
11: 처리 용기 12: 본체부
13: 마이크로파 발생원 14: 마이크로파 공급부
15: 분리판 15a: 개구
20: 회전축 21: 척 구동 기구
30: 배기구 31: 배기 기구
50: 지지 부재 51: 마이크로파 투과판
52: 슬롯판 53: 유전체판
54: 플레이트 55: 동축 도파관
100: 제어 장치 110: 패턴
U: 플라즈마 발생실 P: 처리실
W: 웨이퍼

Claims (7)

  1. 처리 용기 내의 기판을 플라즈마에 의해 처리하는 기판 처리 장치로서,
    상기 처리 용기 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생원과,
    상기 플라즈마 발생원에 대향하여 배치되고, 상기 처리 용기 내에 있어서 기판을 유지하는 기판 유지 기구와,
    상기 플라즈마 발생원과 상기 기판 유지 기구 사이에 배치되고, 상기 플라즈마 발생원에서 생성된 플라즈마를 중성화하여 중성 입자를 생성하며, 또한 상기 중성 입자를 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판에 조사하는 개구가 복수 형성된 분리판과,
    상기 기판 유지 기구에 의해 유지되는 기판 상에서의 중성 입자의 입사 각도 분포의 피크값이 기판의 법선 방향으로부터 어긋난 위치이고, 또한 상기 피크값이 법선 방향을 사이에 둔 위치에 복수 분포하도록, 기판에 조사되는 중성 입자의 지향성을 조정하는 지향성 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지향성 조정 기구는, 상기 중성 입자의 입사각 분포의 피크값이 2n(n은 1 이상의 정수)회 대칭의 분포가 되도록, 상기 중성 입자의 지향성을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리판의 개구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판의 표면에 수직인 방향에 대하여 미리 정해진 각도 기울어져 있고,
    상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리판의 개구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판의 표면에 수직인 방향에 대하여 미리 정해진 각도 기울어진 제1 개구와,
    상기 분리판의 표면에 수직인 축에 대하여 선대칭으로 형성된 제2 개구를 갖고,
    상기 제1 개구와, 상기 제2 개구는, 서로 인접하여 교대로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 기울임으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정하고,
    상기 상대적으로 기울인 기판과 분리판 사이의 거리는, 분리판으로부터 조사되는 중성 입자의 평균 자유 공정 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리판은 복수의 영역으로 구획되고, 상기 영역마다 상기 개구가 연직 방향에 대하여 미리 정해진 각도 기울어져 형성되어 있으며,
    상기 지향성 조정 기구는, 상기 기판 유지 기구에 유지된 기판과 상기 분리판을 상대적으로 회전시킴으로써, 상기 중성 입자의 지향성을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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