KR20160132373A - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 처리 장치는, 처리 용기와, 처리 공간과 비처리 공간으로 처리 용기 내부를 구획하는 부재로서, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착하는 이온 포착 부재와, 처리 공간에 배치된 배치대와, 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와, 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 비처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제1 고주파 전원과, 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 이온 포착 부재에 의해 처리 공간에 투과되는 라디칼과는 별도로, 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제2 고주파 전원과, 제2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 처리 공간에 있어서 생성되는 이온을 피처리체에 인입하는 제3 고주파 전원을 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{PLASMA TREATMENT DEVICE AND PLASMA TREATMENT METHOD}
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
종래부터, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기 내에, 다수의 관통 구멍이 형성된 그리드 전극을 설치하여, 그리드 전극에 의해 처리 용기 내부를 2개의 공간으로 구획하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.
이 플라즈마 처리 장치는, 그리드 전극보다 아래쪽의 공간인 플라즈마 처리 공간에 배치된 배치대 상에 피처리체를 배치한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치는, 그리드 전극보다 위쪽의 공간인 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하고, 플라즈마 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급한다. 그리고, 플라즈마 처리 장치는, 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 비처리 공간에 있어서 라디칼을 생성하고, 생성된 라디칼을 그리드 전극을 통해 플라즈마 처리 공간에 투과시킨다. 그리고, 플라즈마 처리 장치는, 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 그리드 전극에 의해 투과되는 라디칼과는 별도로, 플라즈마 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하여, 생성된 이온을 피처리체에 인입한다. 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력은 바이어스 전력이라고도 불리고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평성11-67737호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공표 평성7-500459호 공보
그러나, 전술한 종래의 기술에서는, 피처리체의 원하는 처리 특성을 유지하면서 선택비를 향상시키기가 어렵다고 하는 문제가 있다.
즉, 전술한 종래 기술에서는, 피처리체의 원하는 처리 특성을 유지하기 위해서 바이어스 전력을 증대시키는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 바이어스 전력의 증대에 따라, 플라즈마 처리 공간에 있어서 생성되는 라디칼의 양 및 이온의 양이 함께 증대된다. 이 때문에, 종래 기술에서는, 이온량의 증대에 따라, 피처리체에 포함되는 에칭 마스크의 에칭이 촉진되고, 결과적으로 에칭 마스크에 대한 피처리막의 선택비가 저하될 우려가 있다.
한편, 전술한 종래 기술에서는, 선택비를 향상시키기 위해서, 바이어스 전력을 감소시키는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 바이어스 전력의 감소에 따라, 플라즈마 처리 공간에 있어서 생성되는 라디칼의 양 및 이온의 양이 함께 감소하며 또한 피처리체에 인입되는 이온의 에너지가 감소한다. 이 때문에, 종래의 기술에서는, 에칭 레이트 등의 피처리체의 처리 특성이 저하될 우려가 있다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 처리 용기와, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간과 비처리 공간으로 상기 처리 용기 내부를 구획하는 부재로서, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착하는 이온 포착 부재와, 상기 처리 공간에 배치되고, 상기 피처리체를 배치하는 배치대와, 상기 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와, 상기 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 비처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제1 고주파 전원과, 상기 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 상기 배치대에 공급함으로써, 상기 이온 포착 부재에 의해 상기 처리 공간에 투과되는 상기 라디칼과는 별도로, 상기 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제2 고주파 전원과, 상기 제2 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 상기 배치대에 공급함으로써, 상기 처리 공간에 있어서 생성되는 상기 이온을 상기 피처리체에 인입하는 제3 고주파 전원을 구비했다.
개시하는 플라즈마 처리 장치의 하나의 양태에 따르면, 피처리체의 원하는 처리 특성을 유지하면서 선택비를 향상시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 에칭 장치의 그리드 전극을 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 3은 제1 실시형태에 있어서의 피처리체의 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법의 처리 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법에 의해서 작성되는 피처리체의 구조예를 도시하는 단면도이다.
도 6은 용량 결합형 플라즈마 처리 장치를 이용한 경우의 종횡비와 플루오로카본계 가스의 플라즈마의 이온 및 라디칼의 플럭스의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7은 홀 내에서의 라디칼과 이온의 거동을 도시하는 도면이다.
도 8은 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력, 즉, HF Power에 따른 플라즈마 특성의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 9는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다.
이하에, 개시하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법의 실시형태에 관해서 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 한편, 본 실시형태에 의해 개시하는 발명이 한정되지는 않는다. 각 실시형태는 처리 내용을 모순되게 하지 않는 범위에서 적절하게 조합할 수 있다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간과 비처리 공간으로 처리 용기 내부를 구획하는 부재로서, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착하는 이온 포착 부재와, 처리 공간에 배치되고, 피처리체를 배치하는 배치대와, 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와, 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 비처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제1 고주파 전원과, 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 이온 포착 부재에 의해 처리 공간에 투과되는 라디칼과는 별도로, 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제2 고주파 전원과, 제2 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 처리 공간에 있어서 생성되는 이온을 피처리체에 인입하는 제3 고주파 전원을 구비했다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 제2 고주파 전원으로부터 배치대에 공급되는 고주파 전력을 감소시킴으로써, 처리 공간에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시키고, 제3 고주파 전원으로부터 배치대에 공급되는 고주파 전력을 증가시킴으로써, 피처리체에 인입되는 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내까지 증가시키는 제어부를 추가로 구비했다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 제1 가스 공급부는 제1 처리 가스로서 에칭 가스를 비처리 공간에 공급하고, 제2 가스 공급부는 제2 처리 가스로서 퇴적 가스를 처리 공간에 공급한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 피처리체는, 에칭 마스크와 실리콘 산화막을 포함하고, 에칭 마스크를 통해 실리콘 산화막이 에칭됨으로써 실리콘 산화막에 오목부가 형성되며, 오목부의 종횡비는 40 이상이다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 에칭 가스는 CF4, CHF3, CH2F2, C4F8, C3F8 및 CH3F 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 퇴적 가스는 C4F8, C4F6, C5F8 및 C6F6 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 이온 포착 부재는, 처리 용기 내에 부착되어, 상기 처리 공간과 상기 비처리 공간으로 상기 처리 용기 내부를 구획하는 구획판과, 상기 구획판에서 상기 처리 공간으로 연장되게 설치되어, 상기 라디칼을 투과하며 또한 상기 이온을 포착하는 관 형상의 부재와, 상기 관 형상의 부재를 상기 처리 공간에 관통시킨 상태에서 상기 구획판과 미리 정해진 공간을 두고서 겹쳐 놓이도록 상기 처리 용기 내에 부착되고, 상기 관 형상의 부재와는 독립된 관통 구멍을 갖는 전극판을 가지고, 상기 제2 가스 공급부는, 겹쳐 놓인 상기 구획판과 상기 전극판 사이에 형성되는 상기 공간 및 상기 전극판의 상기 관통 구멍을 통해, 상기 처리 공간에 상기 제2 처리 가스를 공급한다.
개시하는 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 전극판의 면 중 구획판과는 반대쪽의 면이며 처리 공간에 대향하는 면에는 실리콘 함유막이 형성된다.
개시하는 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 처리 용기와, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간과 비처리 공간으로 처리 용기 내부를 구획하는 부재로서, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착하는 이온 포착 부재와, 처리 공간에 배치되고, 피처리체를 배치하는 배치대와, 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와, 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 비처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제1 고주파 전원과, 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 이온 포착 부재에 의해 처리 공간에 투과되는 라디칼과는 별도로, 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제2 고주파 전원과, 제2 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 배치대에 공급함으로써, 처리 공간에 있어서 생성되는 이온을 피처리체에 인입하는 제3 고주파 전원을 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서, 제2 고주파 전원으로부터 배치대에 공급되는 고주파 전력을 감소시킴으로써, 처리 공간에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시키고, 제3 고주파 전원으로부터 배치대에 공급되는 고주파 전력을 증가시킴으로써, 피처리체에 인입되는 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내까지 증가시킨다.
(제1 실시형태)
제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)에 관해서 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 1에 도시하는 것과 같이, 플라즈마 처리 장치(100)의 처리실(102)은, 도전성 재료로 이루어지는 기밀한 대략 원통 형상의 처리 용기(104) 내에 형성되어 있고, 이 처리 용기(104) 자체는 접지선(106)에 의해 접지되어 있다.
처리실(102)의 천장부에는 유전성 재료로 이루어지는 유전체벽(108)이 설치되어 있다. 유전체벽(108)에는 대략 환형의 고주파 안테나(110)가 배치되어 있다.
또한, 처리실(102)의 아래쪽에는, 도전성 재료로 이루어져 하부 전극을 형성하는 서셉터(116)가 배치되어 있고, 이 서셉터(116) 상의 배치면에 피처리체로서의 웨이퍼(W)를 배치하는 구성으로 되어 있다. 서셉터(116)는, 처리 공간(134)에 배치되어 피처리체를 배치하는 배치대의 일례이다. 또한, 서셉터(116)에는, 그 서셉터(116)의 저면부에 설치된 절연 부재(118)를 통해 승강축(120)이 부착되어 있고, 이 승강축(120)에는 도시하지 않는 승강 기구가 접속되어 있다. 따라서, 서셉터(116)는, 그 승강 기구의 작동에 의해 승강축(120)을 통해, 상하 방향(동 도면에서의 왕복 화살표 A 방향)으로 이동이 자유롭게 구성되어 있다. 또한, 승강축(120) 주위의 절연 부재(118)와 처리실(102)의 저면부에는 기밀 부재로 이루어지는 벨로우즈(122)가 부착되어 있어, 서셉터(116)의 상하 이동에 의해서도 처리실(102) 내의 기밀성이 손상되지 않게 구성되어 있다.
또한, 처리실(102) 내의 서셉터(116)와 유전체벽(108) 사이에는, 본 실시형태에 따른 대략 원반형의 그리드 전극(128)이 배치되어 있다. 그리드 전극(128)은, 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간(134)과 비처리 공간인 플라즈마 생성 공간(132)으로 처리 용기(104) 내부를 구획하는 부재이다. 이 그리드 전극(128)은, 도 2에 도시한 것과 같이, 다수의 대략 원형의 관통 구멍(128a')이 형성된 도전성의 판형 부재로 이루어지는 전극부(128a)와, 이 전극부(128a)의 주위를 둘러싸는 식으로 부착되는 절연부(128b)로 구성되어 있다. 또한, 전극부(128a)는 접지선(130)에 의해 접지되어 있다. 그리드 전극(128)은, 관통 구멍(128a')을 이용하여, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착한다. 그리드 전극(128)은 이온 포착 부재의 일례이다.
그리고, 이 그리드 전극(128)은, 도시되지 않는 부착 수단에 의해서 그 절연부(128b)가 처리실(102) 측벽부의 미리 정해진 위치에 기밀하게 부착됨으로써 지지되는 구성으로 되어 있다. 한편, 이 그리드 전극(128)의 부착 위치는, 처리실(102) 내에 여기되는 플라즈마의 상태나 웨이퍼(W)의 처리 조건 등에 따라 설정된다. 또한, 그리드 전극(128)과 서셉터(116) 상에 배치된 웨이퍼(W)의 거리는, 서셉터(116)의 상하 이동에 의해 적절하게 조정할 수 있게 구성되어 있다.
따라서, 처리실(102) 내부는, 그리드 전극(128)에 의해 유전체벽(108) 측에 플라즈마 생성 공간(132)이 형성되고, 또한 서셉터(116) 측에 처리 공간(134)이 형성되는 구성으로 되어 있다. 또한, 이들 플라즈마 생성 공간(132)과 처리 공간(134)은 그리드 전극(128)의 관통 구멍(128a')에 의해서만 각각 연통되는 구성으로 되어 있다.
또한, 플라즈마 생성 공간(132)의 측벽부에는, 본 실시형태에 따른 처리 가스 공급계의 일부를 이루는 제1 가스 공급관(136)이 연통되게 하여 접속되어 있고, 이 제1 가스 공급관(136)에는 제1 개폐 밸브(138) 및 제1 가스 유량 조정 밸브(140)를 통해 제1 가스 공급원(142)이 접속되어 있다.
제1 가스 공급원(142)은, 제1 가스 공급관(136)을 통해 플라즈마 생성 공간(132)에 제1 처리 가스를 공급한다. 예컨대, 제1 가스 공급원(142)은, 웨이퍼(W) 에 포함되는 실리콘 산화막이 에칭되는 경우에는, 제1 처리 가스로서 에칭 가스를 플라즈마 생성 공간(132)에 공급한다. 제1 가스 공급원(142)으로부터 플라즈마 생성 공간(132)에 공급되는 에칭 가스의 상세한 것은 후술한다. 제1 가스 공급원(142)은 제1 가스 공급부의 일례이다.
또한, 처리 공간(134)의 측벽부에도, 본 실시형태에 따른 처리 가스 공급계의 일부를 이루는 제2 가스 공급관(144)이 연통되게 하여 접속되어 있고, 이 제2 가스 공급관(144)에는, 제2 개폐 밸브(146) 및 제2 가스 유량 조정 밸브(148)를 통해 제2 가스 공급원(150)이 접속되어 있다.
제2 가스 공급원(150)은 제2 가스 공급관(144)을 통해 처리 공간(134)에 제2 처리 가스를 공급한다. 예컨대, 제2 가스 공급원(150)은, 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막이 에칭되는 경우에는, 제2 처리 가스로서 퇴적 가스를 처리 공간(134)에 공급한다. 퇴적 가스는 에칭 가스보다 해리도가 낮은 처리 가스이다. 제2 가스 공급원(150)으로부터 처리 공간(134)에 공급되는 퇴적 가스의 상세한 것은 후술한다. 제2 가스 공급원(150)은 제2 가스 공급부의 일례이다.
또한, 플라즈마 처리 장치(100)는, 제1 고주파 전원(114)과, 제2 고주파 전원(126)과, 제3 고주파 전원(127)을 추가로 갖는다. 제1 고주파 전원(114)은, 제1 정합기(112)를 통해 고주파 안테나(110)에 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(114)은, 제1 가스 공급원(142)으로부터 플라즈마 생성 공간(132)에 공급되는 에칭 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 고주파 안테나(110)에 공급함으로써, 플라즈마 생성 공간(132)에 있어서 라디칼 및 이온을 생성한다. 에칭 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을, 이하에서는 「제1 플라즈마 생성 전력」이라고 부른다. 제1 고주파 전원(114)은, 예컨대, 13.56 MHz의 제1 플라즈마 생성 전력을 제1 정합기(112)를 통해 고주파 안테나(110)에 공급함으로써, 플라즈마 생성 공간(132)에 있어서 라디칼 및 이온을 생성한다. 플라즈마 생성 공간(132)에 있어서 생성된 라디칼 및 이온 중 라디칼은 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되고, 이온은 그리드 전극(128)에 의해 포착된다.
제2 고주파 전원(126)은 제2 정합기(124)를 통해 서셉터(116)에 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(126)은, 제2 가스 공급원(150)으로부터 처리 공간(134)에 공급되는 퇴적 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 서셉터(116)에 공급함으로써, 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되는 라디칼과는 별도로, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼 및 이온을 생성한다. 퇴적 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을, 이하에서는 「제2 플라즈마 생성 전력」이라고 부른다. 제2 고주파 전원(126)은, 예컨대 40 MHz 이상의 제2 플라즈마 생성 전력을 제2 정합기(124)를 통해 서셉터(116)에 공급함으로써, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼 및 이온을 생성한다. 이에 따라, 처리 공간(134)에 있어서 생성된 라디칼에 대하여, 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되는 라디칼이 추가되어, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼/이온비(Γr/Γi)가 증가한다.
제3 고주파 전원(127)은 제3 정합기(125)를 통해 서셉터(116)에 접속되어 있다. 제3 고주파 전원(127)은, 제2 고주파 전원(126)으로부터 공급되는 제2 플라즈마 생성 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 서셉터(116)에 공급함으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온을 웨이퍼(W)에 인입한다. 제2 플라즈마 생성 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을, 이하에서는 「바이어스 전력」이라고 부른다. 제3 고주파 전원(127)은, 예컨대, 3 MHz 이하의 바이어스 전력을, 제3 정합기(125)를 통해 서셉터(116)에 공급함으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온을 웨이퍼(W)에 인입한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지(Ei)가 증가한다.
또한, 처리 공간(134)의 측벽부에는, 배기계의 일부를 이루는 배기관(154)이 연통되게 하여 접속되어 있고, 이 배기관(154)에는, 제3 개폐 밸브(156) 및 제3 압력 조정 밸브(158)를 통해, 처리실(102)의 분위기를 배기할 수 있는 배기 기구(P; 160)가 접속되어 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(100)는 제어부(152)를 추가로 갖는다. 제어부(152)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 이 제어부(152)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있으며, 또한, 표시 장치에 의해 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 제어부(152)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라서 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉, 처리 레시피가 저장된다.
예컨대, 제어부(152)는 후술하는 플라즈마 처리 방법을 행하도록 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부를 제어한다. 상세한 일례를 들면, 제어부(152)는, 제2 고주파 전원(126)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 고주파 전력을 감소시킴으로써 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시킨다. 또한, 제어부(152)는, 제3 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 고주파 전력을 증가시킴으로써, 피처리체에 인입되는 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내까지 증가시킨다. 여기서, 피처리체란 예컨대 웨이퍼(W)이다.
도 3은 제1 실시형태에 있어서의 피처리체의 구조예를 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시하는 것과 같이, 피처리체로서의 웨이퍼(W)는, 하지층(UL), 실리콘 산화막(OX) 및 하드 마스크(HM)가 순차 적층됨으로써 형성된다. 하드 마스크(HM)에는 미리 정해진 직경을 갖는 개구가 형성되어 있다. 하드 마스크(HM)는 에칭 마스크의 일례이다.
이어서, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 이용한 플라즈마 처리 방법의 흐름의 일례를 설명한다. 도 4는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법의 처리의 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다. 도 5는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법에 의해서 작성되는 피처리체의 구조예를 도시하는 단면도이다. 여기서는, 플라즈마 처리 장치(100)가 도 3에 도시한 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막(OX)을 플라즈마 에칭하는 예에 관해서 설명한다.
도 4에 도시하는 것과 같이, 플라즈마 처리 장치(100)는, 플라즈마 생성 공간(132)에 에칭 가스를 공급한다(단계 S101). 에칭 가스는, 예컨대 CF4, CHF3, CH2F2, C4F8, C3F8 및 CH3F 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제1 개폐 밸브(138) 및 제1 가스 유량 조정 밸브(140)를 개방함으로써, 제1 가스 공급원(142)으로부터 제1 가스 공급관(136)을 통해 플라즈마 생성 공간(132)에 에칭 가스를 공급한다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(100)는 처리 공간(134)에 퇴적 가스를 공급한다(단계 S102). 퇴적 가스는, 예컨대 C4F8, C4F6, C5F8 및 C6F6 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제2 개폐 밸브(146) 및 제2 가스 유량 조정 밸브(148)를 개방함으로써, 제2 가스 공급원(150)으로부터 제2 가스 공급관(144)을 통해 처리 공간(134)에 퇴적 가스를 공급한다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(100)는, 플라즈마 생성 공간(132)에 공급되는 에칭 가스를 플라즈마화하는 제1 플라즈마 생성 전력을 고주파 안테나(110)에 공급한다(단계 S103). 플라즈마 처리 장치(100)는, 예컨대, 13.56 MHz의 제1 플라즈마 생성 전력을 제1 정합기(112)를 통해 고주파 안테나(110)에 공급한다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제1 고주파 전원(114)으로부터 고주파 안테나(110)에 제1 플라즈마 생성 전력을 공급함으로써, 플라즈마 생성 공간(132)에 있어서 에칭 가스의 라디칼 및 이온을 생성한다. 플라즈마 생성 공간(132)에 있어서 생성된 라디칼 및 이온 중 라디칼은 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되고, 이온은 그리드 전극(128)에 의해 포착된다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(100)는, 처리 공간(134)에 공급되는 퇴적 가스를 플라즈마화하는 제2 플라즈마 생성 전력을 서셉터(116)에 공급한다(단계 S104). 플라즈마 처리 장치(100)는, 예컨대, 40 MHz 이상의 제2 플라즈마 생성 전력을 제2 정합기(124)를 통해 서셉터(116)에 공급한다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제2 고주파 전원(126)으로부터 서셉터(116)에 제2 플라즈마 생성 전력을 공급함으로써, 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되는 라디칼과는 별도로, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼 및 이온을 생성한다. 이에 따라, 처리 공간(134)에 있어서 생성된 라디칼에 대하여, 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되는 라디칼이 추가되어, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼/이온비(Γr/Γi)가 증가한다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(100)는 제2 플라즈마 생성 전력을 감소시킨다(단계 S105). 플라즈마 처리 장치(100)는, 예컨대, 웨이퍼(W)에 포함되는 하드 마스크(HM)에 대한 실리콘 산화막(OX)의 선택비가 향상되는 전력의 범위까지 제2 플라즈마 생성 전력을 감소시킨다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제2 고주파 전원(126)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 제2 플라즈마 생성 전력을 감소시킴으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시킨다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 포함되는 하드 마스크(HM)에 대한 실리콘 산화막(OX)의 선택비가 향상된다. 여기서, 제2 플라즈마 생성 전력이 감소하면, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 라디칼의 양도 감소한다. 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 라디칼의 양이 과도하게 감소되면, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼/이온비(Γr/Γi)가 저하될 우려가 있다. 그러나, 처리 공간(134)에 있어서 생성된 라디칼에 대하여, 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되는 라디칼이 추가되기 때문에, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼/이온비(Γr/Γi)가 비교적 높은 값으로 유지된다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(100)는, 제2 플라즈마 생성 전력보다 주파수가 낮은 바이어스 전력을 서셉터(116)에 공급한다(단계 S106). 제3 고주파 전원(127)은, 예컨대 3 MHz 이하의 바이어스 전력을 제3 정합기(125)를 통해 서셉터(116)에 공급한다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제3 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(116)에 바이어스 전력을 공급함으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온을 웨이퍼(W)에 인입한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지(Ei)가 증가한다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(100)는 바이어스 전력을 증가시킨다(단계 S107). 플라즈마 처리 장치(100)는, 예컨대 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막(OX)에 대하여 이온을 인입하는 전력의 범위까지 바이어스 전력을 증가시킨다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(152)는, 제3 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 바이어스 전력을 증가시킴으로써, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지(Ei)를 미리 정해진 범위 내까지 증가시킨다. 이에 따라, 에칭 레이트 등의 웨이퍼(W)의 처리 특성이 향상된다.
이상 설명한 플라즈마 처리 방법에 의해서, 도 5에 도시하는 것과 같이, 하드 마스크(HM)를 통해 실리콘 산화막(OX)이 에칭된다. 이에 따라, 실리콘 산화막(OX)에 홀(HL)이 형성된다. 홀(HL)은 오목부의 일례이다. 홀(HL)의 종횡비는 40 이상이다. 한편, 홀(HL)의 폭을 DM으로 하고, 홀(HL)의 깊이(즉, 하드 마스크(HM)의 표면에서부터 홀(HL) 바닥까지의 거리)를 DP라고 하면, 종횡비는 DP/DM으로 나타내어진다.
이어서, 제1 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관해서 더욱 상세히 설명한다. 제1 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)를 이용한 플라즈마 처리 방법의 설명에 앞서서, 그 전제가 되는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관해서 설명한다. 여기서는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치는, 단일의 고주파 전원을 이용하여 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력을 공급하는 것으로 한다. 도 6은 용량 결합형 플라즈마 처리 장치를 이용한 경우의 종횡비와 플루오로카본계 가스의 플라즈마의 이온 및 라디칼의 플럭스의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 7은 홀 내에서의 라디칼과 이온의 거동을 도시하는 도면이다. 도 6에 도시하는 그래프는 계산 시뮬레이션에 의해 취득된 데이터로부터 작성된 것이다. 도 6의 그래프의 횡축은 홀의 종횡비를 나타내고 있어, 종축은 홀 바닥에 있어서의 이온 또는 라디칼의 플럭스를, 하드 마스크 표면에 있어서의 이온 또는 라디칼의 플럭스로 나눈 값을 나타내고 있다.
도 6에 도시하는 것과 같이, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 홀의 종횡비가 낮더라도 라디칼은 홀의 심부(深部)에 도달하지 않게 된다. 또한, 홀을 구획하는 측벽면에 대한 흡착 확률이 작은 저차의 라디칼은, 고차의 라디칼에 비해서 홀의 심부까지 도달할 수 있다. 즉, 도 7의 (a)에 도시하는 것과 같이, 고차의 라디칼(도면에서 원으로 둘러싸인 「a」로 나타내고 있다)은, 홀(HL)을 구획하는 하드 마스크(HM)의 측벽면 또는 실리콘 산화막(OX)의 측벽면의 상부에 흡착되어, 홀(HL)의 심부에 도달하지 않는다. 한편, 저차 라디칼(도면에서 원으로 둘러싸인 「b」로 나타내고 있다)은 비교적 깊이까지 홀(HL)의 내부에 진입할 수 있다.
한편, 도 6에 도시하는 것과 같이, 이온은, 종횡비가 40 이하인 홀이라면, 그 심부까지 도달한다. 그러나, 종횡비가 40을 넘으면, 홀의 심부까지 도달하는 이온의 양이 감소한다. 또한, 고주파 바이어스 전력의 전압, 즉, LF Vpp가 클수록 홀의 심부까지 도달하는 이온의 양이 많아진다. 이것은, LF Vpp가 클수록 이온의 에너지가 커져, 수직 방향에 대한 이온의 입사 각도(도 7의 (b)에 도시하는 각도 θ)의 분포가 작아지기 때문이다.
따라서, 이온의 에너지를 증가시키며 또한 이온의 플럭스를 증가시킴으로써, 40 이상의 높은 종횡비의 홀을 웨이퍼(W)에 형성할 수 있는 것으로 생각된다. 그러나, 하드 마스크(HM)의 에칭 레이트는 이온의 에너지와 이온의 플럭스에 따라서 증가한다. 따라서, 이온의 에너지와 이온의 플럭스 양쪽을 증가시키면, 하드 마스크(HM)의 에칭 레이트가 높아진다. 즉, 하드 마스크(HM)의 에칭에 대한 실리콘 산화막(OX)의 에칭 선택비가 저하된다. 한편, 실리콘 산화막(OX)의 에칭 레이트는 주로 이온 에너지에 따라서 증가한다. 따라서, 하드 마스크(HM)의 에칭을 억제하면서 40 이상의 높은 종횡비의 홀을 웨이퍼(W)에 형성하기 위해서는, 이온의 에너지를 높이고 또한 이온 플럭스를 감소시킬 필요가 있다.
이온의 에너지를 높이고 또한 이온 플럭스를 감소시키는 방법으로서는, 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력을 작게 하는 방법을 생각할 수 있다. 도 8은 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력, 즉, HF Power에 따른 플라즈마 특성의 변화를 도시하는 그래프를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 8의 (a)에는, HF Power(횡축)과, 이온 플럭스(종축)의 관계가 도시되어 있다. 또한, 도 8의 (b)에는, HF Power(횡축)과, CF 라디칼(CF*)의 발광 강도 및 불소 라디칼(F*)의 발광 강도 각각과의 관계가 도시되어 있다. 도 8의 (b)의 각 라디칼의 발광 강도는 발광 분광 계측(OES)에 의해서 취득된 것이다. 도 8의 (b)의 종축의 발광 강도는, HF Power가 2000 W일 때에 계측된 발광 강도로 규격화한 발광 강도이다.
도 8의 (a)에 도시하는 것과 같이, 고주파 전력 HF Power를 감소시키면, 이온 플럭스가 적어지는 것이 확인된다. 그러나, 도 8의 (b)에 도시하는 것과 같이, 고주파 전력 HF Power를 감소시키면, CF 라디칼 및 불소 라디칼과 같은 저차 라디칼이 감소한다. 즉, 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력이 감소하면, 라디칼의 양 및 이온의 양이 함께 감소하고, 또한, 피처리체에 인입되는 이온의 에너지가 감소한다. 이 때문에, 단일의 고주파 전원을 이용하여 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력을 공급하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에서는, 이온의 에너지를 높이고 또한 이온 플럭스를 감소시키기가 어렵다.
이에 대하여, 제1 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)는, 2개의 고주파 전원을 이용하여, 플라즈마 생성용의 고주파 전력과 바이어스용의 고주파 전력을 독립적으로 공급함으로써, 이온의 에너지 및 이온의 양을 조정한다. 즉, 제1 실시형태의 플라즈마 처리 장치(100)는, 제2 고주파 전원(126)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 플라즈마 생성 전력을 감소시킴으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내에서 조정한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(100)는, 제3 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 바이어스 전력을 증가시킴으로써, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내에서 조정한다.
도 9는 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서, 횡축은 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지(Ei)를 나타내고, 종축은 홀 바닥에 있어서의 이온의 플럭스(Γi)를 나타내고 있다. 도 9에 도시하는 범위 A는, 종횡비가 40 이상인 홀(HL)을 형성하기 위해서 미리 정해진, 이온의 에너지(Ei) 및 이온의 플럭스(Γi)의 범위인 것으로 한다. 즉, 범위 A는, 이온의 에너지(Ei)가 비교적 높으며 또한 이온의 플럭스(Γi)가 비교적 적은 범위이다. 플라즈마 처리 장치(100)는, 제2 고주파 전원(126)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 플라즈마 생성 전력을 감소시킴으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내에서 조정한다. 이에 따라, 홀(HL) 바닥에 있어서의 이온의 플럭스(Γi)는, 도 9에 도시하는 것과 같이, 범위 A까지 감소한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(100)는, 제3 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 바이어스 전력을 증가시킴으로써, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내에서 조정한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)에 인입되는 이온의 에너지(Ei)는, 도 9에 도시하는 것과 같이, 범위 A까지 증가한다. 따라서, 단일의 고주파 전원을 이용하여 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력을 공급하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치와 비교하여, 플라즈마 처리 장치(100)는, 이온의 에너지를 용이하게 높이고 또한 이온의 플럭스를 용이하게 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막(OX)에는 종횡비가 40 이상인 홀(HL)이 형성된다.
이상, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)에 있어서, 그리드 전극(128)은, 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간(134)과 비처리 공간인 플라즈마 생성 공간(132)으로 처리 용기(104) 내부를 구획한다. 그리고, 그리드 전극(128)은, 플라즈마 생성 공간(132)에서 처리 공간(134)으로 향하는 라디칼 및 이온 중 라디칼을 투과하고 또한 이온을 포착한다. 그리고, 제2 고주파 전원(126)은, 제2 가스 공급원(150)으로부터 처리 공간(134)에 공급되는 퇴적 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 서셉터(116)에 공급함으로써, 그리드 전극(128)에 의해 처리 공간(134)에 투과되는 라디칼과는 별도로, 처리 공간(134)에 있어서 라디칼 및 이온을 생성한다. 그리고, 제3 고주파 전원(127)은, 제2 고주파 전원(126)으로부터 공급되는 제2 플라즈마 생성 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 서셉터(116)에 공급함으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온을 웨이퍼(W)에 인입한다. 이 때문에, 제1 실시형태에 따르면, 이온의 에너지를 높이고 또한 이온의 플럭스를 감소시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 제1 실시형태에 따르면, 이온의 플럭스를 감소시켜 웨이퍼(W)에 포함되는 하드 마스크(HM)의 에칭을 억제하고, 또한 이온의 에너지를 높여 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막(OX)의 에칭 레이트를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 제1 실시형태에 따르면, 피처리체의 원하는 처리 특성을 유지하면서 선택비를 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는, 제2 고주파 전원(126)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 고주파 전력을 감소시킴으로써, 처리 공간(134)에 있어서 생성되는 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시킨다. 그리고, 플라즈마 처리 장치(100)는, 제3 고주파 전원(127)으로부터 서셉터(116)에 공급되는 고주파 전력을 증가시킴으로써, 피처리체에 인입되는 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내까지 증가시킨다. 그 결과, 제1 실시형태에 따르면, 단일의 고주파 전원을 이용하여 플라즈마 생성용의 고주파 바이어스 전력을 공급하는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치와 비교하여, 이온의 에너지를 용이하게 높이고, 또한 이온의 플럭스를 용이하게 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)는, 에칭 가스를 플라즈마 생성 공간(132)에 공급하고, 퇴적 가스를 처리 공간(134)에 공급한다. 이 때문에, 제1 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)에 포함되는 하드 마스크(HM)에 보호막으로서의 퇴적물을 퇴적시킬 수 있다. 그 결과, 제1 실시형태에 따르면, 하드 마스크(HM)에 대한 실리콘 산화막(OX)의 선택비를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 있어서, 실리콘 산화막(OX)에 형성되는 홀(HL)의 종횡비는 40 이상이다. 그 결과, 제1 실시형태에 따르면, 소위 HARC(High Aspect Ratio Contact) 프로세스에도 대응할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 있어서, 에칭 가스는 CF4, CHF3, CH2F2, C4F8, C3F8 및 CH3F 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 그 결과, 제1 실시형태에 따르면, 비교적 부착 계수가 낮은 에칭 가스를 이용하여, 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막(OX)을 효율적으로 에칭할 수 있다.
또한, 제1 실시형태에 있어서, 퇴적 가스는 C4F8, C4F6, C5F8 및 C6F6 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 그 결과, 제1 실시형태에 따르면, 하드 마스크(HM)에 대한 실리콘 산화막(OX)의 선택비를 더욱 향상시킬 수 있다.
(제2 실시형태)
이어서, 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(200)에 관해서 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 10은 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 도시하는 개략적인 단면도이다. 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 그리드 전극(128)의 구조, 처리 공간(134)에의 제2 처리 가스의 공급 양태 등이 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(100)와 다를 뿐이며, 그 밖의 구성은 도 1과 마찬가지다. 따라서, 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(100)와 같은 구성에 관해서는 설명을 생략한다.
도 10에 도시하는 것과 같이, 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(200)에 있어서, 그리드 전극(128)은 구획판(128c)과 관 형상의 부재(128d)와 전극판(128e)을 갖는다.
구획판(128c)은 처리 용기(104) 내에 부착되어, 처리 공간(134)과 비처리 공간인 플라즈마 생성 공간(132)으로 처리 용기(104)를 구획하는 판이다.
관 형상의 부재(128d)는, 구획판(128c)에서 처리 공간(134)으로 연장된다. 관 형상의 부재(128d)는 내부의 구멍을 이용하여 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착한다.
전극판(128e)은, 관 형상의 부재(128d)를 처리 공간(134)에 관통시킨 상태에서, 구획판(128c)과 미리 정해진 공간(128e-0)을 두고서 겹쳐 놓이도록 처리 용기(104) 내에 부착된다. 전극판(128e)은, 관 형상의 부재(128d)와는 독립된 관통 구멍(128e-1)을 갖는다. 관통 구멍(128e-1)은, 겹쳐 놓인 구획판(128c)과 전극판(128e) 사이에 형성되는 공간(128e-0)과, 처리 공간(134)을 연통시킨다.
전극판(128e)의 면 중 구획판(128c)과는 반대쪽의 면이며, 처리 공간(134)에 대향하는 면에는 실리콘 함유막(128e-2)이 형성되어 있다.
또한, 겹쳐 놓인 구획판(128c)과 전극판(128e) 사이에 형성되는 공간(128e-0)에는 제2 가스 공급관(144)이 연통되어 있다. 제2 가스 공급관(144)에는, 제2 개폐 밸브(146) 및 제2 가스 유량 조정 밸브(148)를 통해 제2 가스 공급원(150)이 접속되어 있다.
제2 가스 공급원(150)은, 제2 가스 공급관(144), 공간(128e-0) 및 전극판(128e)의 관통 구멍(128e-1)을 통해 처리 공간(134)에 제2 처리 가스를 공급한다. 예컨대, 제2 가스 공급원(150)은, 웨이퍼(W)에 포함되는 실리콘 산화막이 에칭되는 경우에는, 제2 처리 가스로서 퇴적 가스를 처리 공간(134)에 공급한다.
이상, 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(200)에 있어서, 제2 가스 공급원(150)은, 겹쳐 놓인 구획판(128c)과 전극판(128e) 사이에 형성되는 공간(128e-0) 및 전극판(128e)의 관통 구멍(128e-1)을 통해, 처리 공간(134)에 퇴적 가스를 공급한다. 퇴적 가스는, 공간(128e-0)에 있어서 균일하게 확산된 상태에서, 전극판(128e)의 관통 구멍(128e-1)을 통해 처리 공간(134)에 도입된다. 이 때문에, 제2 실시형태에 따르면, 웨이퍼(W)에 포함되는 하드 마스크(HM)에 보호막으로서의 퇴적물을 균일하게 퇴적시킬 수 있다. 그 결과, 제2 실시형태에 따르면, 하드 마스크(HM)에 대한 실리콘 산화막(OX)의 선택비를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(200)에 있어서, 전극판(128e)의 면 중 구획판(128c)과는 반대쪽의 면이며, 처리 공간(134)에 대향하는 면에는 실리콘 함유막(128e-2)이 형성되어 있다. 그 결과, 제2 실시형태에 따르면, 하드 마스크(HM)에 대한 실리콘 산화막(OX)의 선택비를 저하시키는 요인이 되는 불소 라디칼을 실리콘 함유막(128e-2)에 의해 SiF4로서 포착할 수 있게 된다. 한편, 전술한 실시형태에서, 플라즈마 생성 공간(132)의 플라즈마가 고주파 안테나에 의한 유도 결합 플라즈마이지만, 이것에 한정되지 않는다. 플라즈마 생성 공간(132)의 플라즈마는 용량 결합 플라즈마나 마이크로파 플라즈마라도 좋다.
100, 200: 플라즈마 처리 장치, 102: 처리실, 104: 처리 용기, 108: 유전체벽, 110: 고주파 안테나, 114: 제1 고주파 전원, 116: 서셉터(하부 전극), 126: 제2 고주파 전원, 127: 제3 고주파 전원, 128: 그리드 전극, 132: 플라즈마 생성 공간, 134: 처리 공간, 136: 제1 가스 공급관, 140: 제1 가스 유량 조정 밸브, 142: 제1 가스 공급원, 144: 제2 가스 공급관, 148: 제2 가스 유량 조정 밸브, 150: 제2 가스 공급원, 152: 제어부, 154: 배기관, 160: 배기 기구, W: 웨이퍼

Claims (9)

  1. 처리 용기와,
    피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간과 비처리 공간으로 상기 처리 용기 내부를 구획하는 부재로서, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착하는 이온 포착 부재와,
    상기 처리 공간에 배치되고, 상기 피처리체를 배치하는 배치대와,
    상기 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와,
    상기 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 비처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제1 고주파 전원과,
    상기 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 상기 배치대에 공급함으로써, 상기 이온 포착 부재에 의해 상기 처리 공간에 투과되는 상기 라디칼과는 별도로, 상기 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제2 고주파 전원과,
    상기 제2 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 상기 배치대에 공급함으로써, 상기 처리 공간에 있어서 생성되는 상기 이온을 상기 피처리체에 인입하는 제3 고주파 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 고주파 전원으로부터 상기 배치대에 공급되는 고주파 전력을 감소시킴으로써, 상기 처리 공간에 있어서 생성되는 상기 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시키고, 상기 제3 고주파 전원으로부터 상기 배치대에 공급되는 고주파 전력을 증가시킴으로써, 상기 피처리체에 인입되는 상기 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내까지 증가시키는 제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 가스 공급부는, 상기 제1 처리 가스로서 에칭 가스를 상기 비처리 공간에 공급하고,
    상기 제2 가스 공급부는, 상기 제2 처리 가스로서 퇴적 가스를 상기 처리 공간에 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피처리체는 에칭 마스크와 실리콘 산화막을 포함하고,
    상기 에칭 마스크를 통해 상기 실리콘 산화막이 에칭됨으로써 상기 실리콘 산화막에 오목부가 형성되고,
    상기 오목부의 종횡비는 40 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 에칭 가스는 CF4, CHF3, CH2F2, C4F8, C3F8 및 CH3F 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 퇴적 가스는 C4F8, C4F6, C5F8 및 C6F6 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이온 포착 부재는,
    상기 처리 용기 내에 부착되어, 상기 처리 공간과 상기 비처리 공간으로 상기 처리 용기 내부를 구획하는 구획판과,
    상기 구획판으로부터 상기 처리 공간으로 연장되도록 설치되고, 상기 라디칼을 투과하며 또한 상기 이온을 포착하는 관 형상의 부재와,
    상기 관 형상의 부재를 상기 처리 공간에 관통시킨 상태에서 상기 구획판과 미리 정해진 공간을 두고서 겹쳐 놓이도록 하여 상기 처리 용기 내에 부착되며, 상기 관 형상의 부재와는 독립된 관통 구멍을 갖는 전극판
    을 가지며,
    상기 제2 가스 공급부는, 겹쳐 놓인 상기 구획판과 상기 전극판 사이에 형성되는 상기 공간 및 상기 전극판의 상기 관통 구멍을 통해, 상기 처리 공간에 상기 제2 처리 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전극판의 면 중 상기 구획판과는 반대쪽의 면이며, 상기 처리 공간에 대향하는 면에는 실리콘 함유막이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 처리 용기와,
    피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간과 비처리 공간으로 상기 처리 용기 내부를 구획하는 부재로서, 라디칼을 투과하며 또한 이온을 포착하는 이온 포착 부재와,
    상기 처리 공간에 배치되고, 상기 피처리체를 배치하는 배치대와,
    상기 비처리 공간에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 처리 공간에 제2 처리 가스를 공급하는 제2 가스 공급부와,
    상기 제1 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 비처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제1 고주파 전원과,
    상기 제2 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력을 상기 배치대에 공급함으로써, 상기 이온 포착 부재에 의해 상기 처리 공간에 투과되는 상기 라디칼과는 별도로, 상기 처리 공간에 있어서 라디칼 및 이온을 생성하는 제2 고주파 전원과,
    상기 제2 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파 전력보다 주파수가 낮은 고주파 전력을 상기 배치대에 공급함으로써, 상기 처리 공간에 있어서 생성되는 상기 이온을 상기 피처리체에 인입하는 제3 고주파 전원
    을 구비한 플라즈마 처리 장치를 이용한 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 제2 고주파 전원으로부터 상기 배치대에 공급되는 고주파 전력을 감소시킴으로써, 상기 처리 공간에 있어서 생성되는 상기 이온의 양을 미리 정해진 범위 내까지 감소시키고,
    상기 제3 고주파 전원으로부터 상기 배치대에 공급되는 고주파 전력을 증가시킴으로써, 상기 피처리체에 인입되는 상기 이온의 에너지를 미리 정해진 범위 내까지 증가시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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