KR20160149151A - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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노부타카 사사키
시게루 센자키
다카노리 반세
히로시 츠지모토
게이고 도요다
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Abstract

본 발명은, 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시형태의 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정과, 처리 용기 내에 있어서 피처리체에 대한 처리를 실행하는 처리 공정을 포함한다. 보호막 형성 공정에서는, 배치대와 처리 용기의 측벽 사이의 공간의 위쪽으로부터 보호막 형성용 가스가 공급되어, 플라즈마가 생성된다. 처리 공정에서는, 배치대의 위쪽으로부터 피처리체의 처리용 가스가 공급되어, 플라즈마가 생성된다.

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 실시형태는, 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스라고 하는 전자 디바이스의 제조에 있어서는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는, 일반적으로, 처리 용기, 배치대 및 토출부를 구비하고 있다. 배치대는 처리 용기 내에 설치되어 있고, 그 위에 배치되는 피처리체를 지지하도록 구성되어 있다. 토출부는, 배치대에 의해 지지된 피처리체를 향해 가스를 토출하도록 구성되어 있다. 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 가스의 플라즈마가 생성되어, 피처리체가 처리된다. 이러한 플라즈마 처리 장치의 일례는, 특허문헌 1에 기재되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치로서, 상부 전극이 토출부를 제공하고 있다. 즉, 상부 전극이 샤워 헤드 구조를 갖고 있다. 이 상부 전극과 같이, 일반적으로는, 토출부는, 배치대의 위쪽에 설치되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2015-5755호 공보
그런데, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면으로부터의 파티클과 같은 오염물이 피처리체에 부착되는 것을 방지하기 위해서, 피처리체에 대한 처리를 실행하기 전에, 처리 용기의 내벽면에 보호막이 형성되는 경우가 있다. 보호막의 형성은, 배치대의 상면에 상기 보호막이 형성되는 것을 방지하기 위해서, 일반적으로는, 배치대 상에 더미 기판을 배치한 상태에서 행해진다. 그러나, 보호막의 형성을 위한 처리의 전후에, 더미 기판의 반입 및 반출을 행하는 것이 필요해지기 때문에, 보호막의 형성에 있어서의 더미 기판의 이용은 스루풋을 저하시킨다.
따라서, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하는 기술에 있어서, 더미 기판을 이용하지 않고서 배치대의 상면에 대한 보호막의 형성을 억제할 필요가 있다.
일 양태에 있어서는 플라즈마 처리 방법이 제공된다. 이 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하는 공정(이하, 「보호막 형성 공정」이라고 함)과, 처리 용기 내에서 피처리체에 대한 처리를 실행하는 공정(이하, 「처리 공정」이라고 함)을 포함한다. 플라즈마 처리 장치는, 배치대, 제1 토출부 및 제2 토출부를 구비한다. 배치대는, 처리 용기 내에 설치되어 있다. 배치대 상에는 피처리체가 배치되도록 되어 있다. 제1 토출부는, 배치대의 위쪽에 설치되어 있고, 상기 배치대 상에 배치되는 피처리체를 향해 가스를 토출하도록 구성되어 있다. 제2 토출부는, 제1 토출부에 대하여 처리 용기의 측벽 측에 설치되어 있고, 배치대와 상기 측벽 사이의 공간의 위쪽으로부터, 상기 공간을 향해 가스를 토출하도록 구성되어 있다. 보호막 형성 공정에서는, 제2 토출부로부터 토출되는 보호막 형성용 가스의 플라즈마가 생성된다. 또한, 처리 공정에서는, 배치대 상에 피처리체가 배치된 상태에서, 제1 토출부로부터 토출되는 피처리체의 처리용 가스의 플라즈마가 생성된다.
상기 방법에서는, 제2 토출부로부터 보호막 형성용 가스가 처리 용기의 측벽을 따라 토출되고, 배치대의 측방으로 흐른다. 따라서, 보호막은, 처리 용기의 측벽(내벽면)에 형성되지만, 배치대의 상면에는 실질적으로 형성되지 않는다. 고로, 이 방법에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성할 수 있고, 또한, 더미 기판을 이용하지 않고서 배치대의 상면에 대한 보호막의 형성을 억제하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 배치대와 측벽 사이에, 복수의 관통 구멍이 형성된 배플판이 설치되어 있다. 또한, 배플판의 아래쪽에 있어서 처리 용기에는 배기 장치가 접속되어 있다. 이 실시형태에 따르면, 제2 토출부로부터 배치대의 상면을 향하는 가스의 흐름이 더욱 억제된다.
일 실시형태에서는, 처리 공정에 있어서 피처리체의 피에칭층이 에칭된다. 즉, 처리 공정에 있어서의 피처리체의 처리는, 플라즈마 에칭이어도 좋다.
일 실시형태에 있어서는, 보호막 형성용 가스는, 실리콘 함유 가스여도 좋다. 실리콘 함유 가스로부터는, 실리콘을 포함하는 보호막이 형성된다. 이 보호막은, 예컨대, 실리콘 함유의 반사 방지막, 탄소 함유막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막과 같은 막의 에칭에 이용되는 활성종에 대하여 내성을 갖는다.
일 실시형태에서는, 보호막 형성용 가스는, 탄화수소 가스 및/또는 하이드로플루오로카본 가스를 더 포함하고 있어도 좋다. 이 실시형태의 보호막 형성용 가스에 따르면, 보호막의 형성 속도, 즉, 퇴적 레이트가 향상된다. 또한, 보다 경질의 보호막이 형성된다.
일 실시형태에서는, 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치로서, 배치대의 위쪽에 설치된 상부 전극을 더 구비한다. 이 실시형태에서는, 상부 전극이 제1 토출부를 포함하고 있어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하는 것이 가능해지고, 더미 기판을 이용하지 않고서 배치대의 상면에 대한 보호막의 형성을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 방법의 실시에 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 제2 토출부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 방법의 실시 도중에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 방법의 실시 도중에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 플라즈마 처리 방법의 실시 도중에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 피에칭층의 에칭을 설명하기 위한 피처리체의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 여러 가지 실시형태에 대해서 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 1에 도시된 방법(MT)은, 더미 기판 등의 물체를 배치대 상에 배치하지 않고서 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하고, 그런 후에, 피처리체(이하, 「웨이퍼(W)」라고 하는 경우가 있음)가 배치대 상에 배치된 상태에서, 상기 피처리체에 대한 처리를 소정 프로세스 조건에 따라 행하는 방법이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리 방법의 실시에 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치로서, 대략 원통 형상의 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 용기 본체(14) 및 실드 부재(16)를 갖고 있다.
용기 본체(14)는, 측벽부(14s) 및 바닥부(14b)를 포함하고 있다. 측벽부(14s)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 바닥부(14b)는, 측벽부(14s)의 하단에 연속되어 있고, 처리 용기(12)의 바닥부를 구성하고 있다. 이 용기 본체(14)는, 예컨대, 알루미늄으로 구성되어 있고, 그 내벽면에는 양극 산화 처리가 행해져 있다. 즉, 용기 본체(14)의 내벽면은 알루마이트 피막을 갖는다. 또한, 용기 본체(14)는 접지되어 있다.
실드 부재(16)는, 용기 본체(14)의 내벽면에 퇴적물이 형성되는 것을 방지하는 것이다. 실드 부재(16)는, 대략 원통 형상을 갖고 있고, 용기 본체(14)의 측벽부(14s)를 따라 연장되어 있다. 실드 부재(16)는, 예컨대, 알루미늄재의 표면 또는 모재 표면에 형성된 알루마이트 피막의 표면에 산화이트륨이라는 세라믹스의 피막을 형성함으로써, 구성되어 있다. 이 실드 부재(16)는, 용기 본체(14)의 측벽부(14s)와 함께, 처리 용기(12)의 측벽(12s)을 구성하고 있다. 또한, 이 실드 부재(16)에 반응 성생물이 퇴적된 경우에는, 상기 반응 생성물은 드라이 클리닝에 의해 제거된다. 실드 부재(16)가 복수회의 사용(예컨대, 복수회의 드라이 클리닝)에 의해 소모된 경우에는, 상기 실드 부재(16)는, 피막을 재형성함으로써 재사용되어도 좋다.
처리 용기(12)의 측벽(12s)에는 개구(12g)가 형성되어 있다. 개구(12g)는, 처리 용기(12) 내로의 웨이퍼(W)의 반입 및 처리 용기(12)로부터의 웨이퍼(W)의 반출시에, 상기 웨이퍼(W)가 통과하는 통로이다. 이 개구(12g)는, 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
처리 용기(12) 내에는 배치대(PD)가 설치되어 있다. 배치대(PD)는 지지부(17), 하부 전극(18) 및 정전척(20)을 갖고 있다. 지지부(17)는 대략 원통 형상을 갖고 있다. 지지부(17)는 예컨대 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(17)는, 처리 용기(12) 내에 있어서, 상기 처리 용기(12)의 바닥부로부터 연직 방향으로 연장되어 있다. 이 지지부(17)는 하부 전극(18) 및 정전척(20)을 지지하고 있다.
하부 전극(18)은, 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)는, 예컨대 알루미늄과 같은 금속으로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 제2 플레이트(18b)는, 제1 플레이트(18a) 상에 설치되어 있고, 제1 플레이트(18a)에 도통하고 있다.
제2 플레이트(18b) 상에는 정전척(20)이 설치되어 있다. 정전척(20)은, 배치대(PD)의 상면, 즉, 웨이퍼(W)의 배치면을 제공하고 있다. 정전척(20)은, 도전막인 전극을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 갖고 있다. 정전척(20)의 전극에는, 직류 전원(22)이 스위치(23)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전척(20)은, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이에 따라, 정전척(20)은, 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다.
제2 플레이트(18b)의 주연부 상에는 웨이퍼(W)의 에지 및 정전척(20)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은 대략 환상판 형상을 갖고 있다. 포커스 링(FR)은, 웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리에 따라 적절하게 선택되는 재료로 형성되어 있다. 예컨대, 포커스 링(FR)은, 실리콘, 석영, SiC라는 재료로 형성된다.
제2 플레이트(18b)의 내부에는 냉매 유로(24)가 형성되어 있다. 냉매 유로(24)에는, 처리 용기(12)의 외부에 설치된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 통해 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)에 공급된 냉매는, 배관(26b)을 통해 칠러 유닛으로 되돌아간다. 이와 같이, 냉매 유로(24)와 칠러 유닛 사이에서는, 냉매가 순환된다. 이 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전척(20)에 의해 지지된 웨이퍼(W)의 온도가, 예컨대 -20℃ 이상 100℃ 이하의 온도 범위 내에서 제어된다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도가 고온으로 제어되는 경우에는, 예컨대 제2 플레이트(18b)에 설치된 히터에 의해 웨이퍼(W)의 온도가 제어되어도 좋다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)에는 가스 공급 라인(28)이 형성되어 있다. 가스 공급 라인(28)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스를, 정전척(20)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급한다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 배치대(PD)의 위쪽에 설치되어 있고, 상기 배치대(PD)와 대향 배치되어 있다. 상부 전극(30)은, 절연성 차단 부재(32)를 통해 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 일 실시형태에서는, 상부 전극(30)은 천판(34) 및 지지체(36)를 포함하고 있다. 천판(34)은 처리 용기(12) 내의 공간을 위쪽으로부터 구획하고 있다. 천판(34)은, 예컨대, 산화실리콘으로 이루어진 석영, 실리콘으로 이루어진 단결정 실리콘 또는 비정질 실리콘, 알루미늄, 양극 산화막이 그 표면에 형성된 알루미늄 부재로 이루어진다. 지지체(36)는, 천판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이다.
상부 전극(30)은, 일 실시형태의 제1 토출부를 제공하고 있다. 즉, 상부 전극(30)은, 웨이퍼(W)의 처리에 이용되는 가스를 토출하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 천판(34)에는 아래쪽으로 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 형성되어 있다. 이 천판(34)은, 일 실시형태에서는, 실리콘으로 형성되어 있다. 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)로부터, 가스 토출 구멍(34a)으로 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 아래쪽으로 연장되어 있다.
가스 확산실(36a)에는 배관(38)이 접속되어 있다. 배관(38)에는 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 통해 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고 있고, 유량 제어기군(44)은 매스 플로우 컨트롤러와 같은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는 각각 밸브군(42)의 대응하는 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응하는 유량 제어기를 통해 배관(38)에 접속되어 있다.
가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는, 웨이퍼(W) 처리용의 복수 종의 가스의 소스이다. 이하, 웨이퍼(W)의 처리가 피에칭층의 에칭인 경우를 예를 들어 피에칭층의 막 종류에 따른 가스 소스를 예시한다.
웨이퍼(W)의 피에칭층이, 실리콘 함유의 반사 방지막(예컨대, 실리콘 산화막)인 경우에는, 복수의 가스 소스는, 플루오로카본 가스의 소스 및/또는 하이드로플루오로카본 가스의 소스를 포함한다. 이 경우에, 복수의 가스 소스는, 희가스의 소스를 더 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 플루오로카본 가스는, CF4 가스이며, 하이드로플루오로카본 가스는, CHF3 가스이다. 또한, 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예컨대, Ar 가스이다.
웨이퍼(W)의 피에칭층이, 카본 하드마스크를 형성하는 탄소 함유막(예컨대, 유기막 또는 비정질 카본막)인 경우에는, 복수의 가스 소스는, 수소 가스의 소스 및 질소 가스의 소스를 포함한다. 이 경우에, 복수의 가스 소스는, 희가스의 소스를 더 포함하고 있어도 좋다. 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예컨대, Ar 가스이다.
웨이퍼(W)의 피에칭층이, 실리콘 산화막인 경우에는, 복수의 가스 소스는, 플루오로카본 가스의 소스 및/또는 하이드로플루오로카본 가스의 소스를 포함한다. 이 경우에, 복수의 가스 소스는, 희가스의 소스를 더 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 플루오로카본 가스는, CF4 가스이며, 하이드로플루오로카본 가스는, CH2F2 가스, CH3F 가스 및 CHF3 가스 중 하나 이상을 포함한다. 또한, 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예컨대, Ar 가스이다.
웨이퍼(W)의 피에칭층이, 실리콘 질화막인 경우에는, 복수의 가스 소스는, 플루오로카본 가스의 소스, 하이드로플루오로카본 가스의 소스, 삼불화질소 가스 중 하나 이상의 가스 소스를 포함한다. 이 경우에, 복수의 가스 소스는, 희가스의 소스를 더 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 플루오로카본 가스는, C4F6 가스 및 C4F8 가스 중 하나 이상의 가스를 포함하고, 하이드로플루오로카본 가스는, CHF3 가스일 수 있다. 또한, 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예컨대, Ar 가스이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 토출부를 제공하는 상부 전극(30)에 덧붙여, 제2 토출부(70)를 구비하고 있다. 도 3은 제2 토출부를 나타낸 사시도이다. 이하, 도 2와 함께 도 3을 참조한다. 제2 토출부(70)는, 처리 용기(12)의 내벽면에 보호막을 형성하기 위해서 이용되는 가스를 토출한다.
제2 토출부(70)는, 제1 토출부에 대하여 처리 용기(12)의 측벽(12s) 측에 설치되어 있다. 이 제2 토출부(70)는, 배치대(PD)와 측벽(12s) 사이의 공간(SR)의 위쪽으로부터, 상기 공간(SR)을 향해 가스를 토출하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 제2 토출부(70)는, 공간(SR)의 위쪽에 개구단을 갖는 복수의 가스 토출 구멍(70h)을 제공하고 있다. 또한, 가스 토출 구멍(70h)의 개수는 복수 개이면 한정되지 않고, 예컨대, 4개 이상일 수 있다.
복수의 가스 토출 구멍(70h)은, 연직 방향으로 연장되는 처리 용기(12)의 중심축선에 대하여 둘레 방향으로 배열되어 있다. 예컨대, 복수의 가스 토출 구멍(70h)은 둘레 방향으로 균등하게 배열되어 있다. 또한, 도 2에 도시된 복수의 가스 토출 구멍(70h)은, 아래쪽으로 가스를 토출하도록, 개구단을 향해 연직 아래쪽으로 연장되어 있다. 그러나, 복수의 가스 토출 구멍(70h)은, 상기 중심축선을 향하는 방향으로 개구되어 있어도 좋다. 혹은, 복수의 가스 토출 구멍(70h)은, 아래쪽에 있는 개구단을 향함에 따라 상기 중심축선에 가까워지도록 경사져 있어도 좋다. 또한, 복수의 가스 토출 구멍(70h)은, 배치대(PD) 및 포커스 링(FR)의 외주 연부보다 외측에 배치되는 것이 바람직하고, 처리 용기(12) 내의 측벽에 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 그 결과, 배치대(PD)의 상면 및 포커스 링(FR)의 상면에 보호막을 형성하지 않고, 처리 용기(12) 내의 내벽면에 보호막을 형성할 수 있어, 오염물 및 파티클의 발생을 더욱 억제하는 것이 가능해진다.
일 실시형태에서는, 제2 토출부(70)는, 환상 부재(72) 및 복수의 가스 토출 블록(74)을 갖고 있다. 환상 부재(72)는, 대략 고리 형상을 갖고 있다. 이 환상 부재(72)는, 측벽(12s)에 의해 지지되어 있다. 구체적으로는, 환상 부재(72)는, 측벽(12s)의 상측 부분과 하측 부분 사이에 협지되어 있다. 복수의 가스 토출 블록(74)은 복수의 가스 토출 구멍(70h)을 제공하는 부재로서, 환상 부재(72)에 의해 지지되어 있다. 환상 부재(72) 및 복수의 가스 토출 블록(74)에는, 복수의 가스 토출 구멍(70h)에 각각 연통하는 복수의 가스 라인(70p)이 형성되어 있다. 복수의 가스 라인(70p)은, 배관(76)에 접속되어 있다. 배관(76)은, 입력단(76a)으로부터 연장되고, 그 도중에서 분기되어, 복수의 가스 라인(70p)에 접속되어 있다. 예컨대, 배관(76)은, 입력단(76a)으로부터 복수의 가스 라인(70p)까지의 거리가 대략 등거리이도록 구성되어 있다.
또한, 제2 토출부(70)는, 환상 부재(72)로부터 처리 용기(12) 내의 중심을 향해 연장되는 복수의 노즐을 갖도록 구성되어 있어도 좋다. 또한, 환상 부재(72)는, 그 전체 둘레에 있어서 처리 용기(12)의 내측으로 연장되도록 구성되어 있어도 좋다. 이들의 경우에 있어서도, 복수의 가스 토출 구멍(70h)은 공간(SR)을 향해 가스를 토출하도록 하향으로 개구된다.
배관(76)의 입력단(76a)에는, 가스 소스군(80)이 밸브군(82) 및 유량 제어기군(84)을 통해 접속되어 있다. 가스 소스군(80)은, 보호막 형성용의 1 이상의 가스 소스를 포함하고 있다. 1 이상의 가스 소스는, 일 실시형태에서는, 실리콘 함유 가스의 소스이다. 실리콘 함유 가스는 예컨대 SiF4 가스, SiCl4 가스 또는 SiH4 가스일 수 있다. 또한, 1 이상의 가스 소스는, 희가스의 소스를 더 포함하고 있어도 좋다. 희가스는, 임의의 희가스일 수 있고, 예컨대, Ar 가스이다. 또한, 1 이상의 가스 소스는, 탄화수소 가스의 소스 및/또는 하이드로플루오로카본 가스의 소스를 더 포함하고 있어도 좋다. 탄화수소 가스는 예컨대 CH4 가스이다. 하이드로플루오로카본 가스는 예컨대 CH2F2 가스이다. 1 이상의 가스 소스는, 밸브군(82)의 대응하는 밸브 및 유량 제어기군(84)의 대응하는 유량 제어기를 통해 배관(76)의 입력단에 접속되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배치대(PD)의 외주면을 따라 실드 부재(46)가 설치되어 있다. 실드 부재(46)는, 배치대(PD)의 외주면에 퇴적물이 형성되는 것을 방지하는 것이다. 실드 부재(46)는, 예컨대, 알루미늄재의 표면에 산화이트륨이라는 세라믹스의 피막을 형성함으로써, 구성되어 있다.
배치대(PD)와 처리 용기(12)의 측벽(12s) 사이에는 배플판(48)이 설치되어 있다. 배플판(48)은, 예컨대, 알루미늄재에 산화이트륨 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배플판(48)에는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다.
배플판(48)의 아래쪽에 있어서 처리 용기(12)에는, 배기구(12e)가 형성되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통해 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는, 압력 조정 밸브 및 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 처리 용기(12) 내의 공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 고주파 전원(62) 및 제2 고주파 전원(64)을 더 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(62)은, 플라즈마 생성용의 고주파를 발생하는 전원으로서, 예컨대 27∼100 MHz의 주파수의 고주파를 발생한다. 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 통해 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 정합기(66)는, 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다. 또한, 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 통해 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 좋다.
제2 고주파 전원(64)은, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 고주파 바이어스를 발생하는 전원으로서, 예컨대, 400 kHz∼13.56 MHz의 범위 내의 주파수의 고주파 바이어스를 발생한다. 제2 고주파 전원(64)은, 정합기(68)를 통해 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 정합기(68)는, 제2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다.
또한, 일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 이 제어부(Cnt)는, 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터로서, 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어한다. 이 제어부(Cnt)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있고, 또한, 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉, 처리 레시피가 저장된다. 예컨대, 제어부(Cnt)는, 방법(MT)용의 처리 레시피를 기억부에 기억하고, 상기 처리 레시피에 따라, 플라즈마 처리 장치(10)의 각부를 제어할 수 있다.
이하, 도 1을 다시 참조하여, 방법(MT)에 대해서 상세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 도 4∼도 7을 참조한다. 도 4∼도 6은 도 1에 도시된 플라즈마 처리 방법의 실시 도중에 있어서의 플라즈마 처리 장치의 상태를 나타낸 도면이다. 또한, 도 7은 피에칭층의 에칭을 설명하기 위한 피처리체의 단면도이다. 이하, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 플라즈마 에칭이 행해지는 경우를 예를 들어, 방법(MT)에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방법(MT)에서는, 우선, 공정 ST1이 실행된다. 공정 ST1에서는, 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 용기(12)의 내벽면에 보호막을 형성하는 처리가 행해진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 공정 ST1은, 정전척(20) 상에 웨이퍼(W)가 배치되어 있지 않은 상태에서 실행된다.
공정 ST1에서는, 제2 토출부(70)로부터 보호막 형성용 가스가 처리 용기(12) 내에 공급된다. 제2 토출부(70)로부터 토출된 가스는, 도 4에 있어서 화살표 G1로 나타낸 바와 같이, 공간(SR)을 향한 가스의 흐름, 즉, 측벽(12s)을 따른 가스의 흐름을 형성한다. 이에 따라, 배치대(PD)의 상면, 즉, 정전척(20)의 상면을 향한 가스의 흐름이 억제된다. 또한, 공정 ST1에서는, 배기 장치(50)에 의해, 처리 용기(12) 내의 공간의 압력이 소정의 압력으로 설정된다. 이에 따라, 제2 토출부(70)로부터 측벽(12s)을 따라 공간(SR)을 향하고, 그런 후에 배플판(48)을 통해 배기되는 가스의 흐름이 형성되고, 제2 토출부(70)로부터 정전척(20)의 상면을 향하는 가스의 흐름이 더 억제된다. 또한, 공정 ST1에서는, 제1 고주파 전원(62)으로부터의 고주파가 하부 전극(18)에 공급된다. 이에 따라, 보호막 형성용 가스의 플라즈마(P1)가 배치대(PD) 및 포커스 링(FR)의 외주 공간 내에 생성된다. 즉, 이 플라즈마(P1)는, 측벽(12s)을 따른 영역에서 형성된다.
플라즈마(P1)의 생성에 의해 해리된 가스 중의 이온은, 제2 토출부(70)로부터의 가스의 흐름의 근방에 있는 벽면, 즉, 처리 용기(12)의 내벽면에 반응하여 퇴적된다. 이 내벽면은, 구체적으로는, 측벽(12s)의 내벽면, 배치대(PD)의 외주면 및 배플판(48)의 표면을 포함한다. 이 공정 ST1의 실행 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 처리 용기(12)의 내벽면에는 보호막(PF)이 형성된다. 또한, 전술한 바와 같이, 제2 토출부(70)로부터의 가스의 흐름은, 측벽(12s)을 따른 영역에서 발생하고 있기 때문에, 정전척(20)의 상면에 대한 보호막의 형성은, 더미 기판을 정전척(20) 상에 배치하지 않아도, 억제된다.
계속되는 공정 ST2에서는, 웨이퍼(W)가 처리 용기(12) 내로 반입된다. 그런 후에, 웨이퍼(W)는, 정전척(20) 상에 배치되고, 상기 정전척(20)에 의해 유지된다.
계속되는 공정 ST3에서는, 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리, 본 예에서는 피에칭층의 플라즈마 에칭을 위해, 상부 전극(30)(제1 토출부)으로부터 처리 용기(12) 내로 가스가 공급된다. 상부 전극(30)으로부터 공급되는 가스는, 도 6에 있어서 화살표 G2로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)를 향한 흐름을 형성한다. 또한, 공정 ST3에서는, 배기 장치(50)에 의해, 처리 용기(12) 내의 공간의 압력이 소정의 압력으로 설정된다. 또한, 공정 ST3에서는, 제1 고주파 전원(62)으로부터의 고주파가 하부 전극(18)으로 공급된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 위쪽에 있어서 플라즈마(P2)가 생성된다. 또한, 공정 ST3에서는, 제2 고주파 전원(64)으로부터의 고주파가 하부 전극(18)에 공급되어도 좋다.
플라즈마(P2)의 생성에 의해 해리된 가스 중의 분자 또는 원자의 활성종은, 웨이퍼(W)에 조사된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 플라즈마 처리, 본 예에서는 피에칭층의 에칭이 행해진다. 예컨대, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(SB) 상에 형성된 피에칭층(EL)의 전체 영역 중, 마스크(MK)로부터 노출되어 있는 영역에 활성종이 조사된다. 이에 따라, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 피에칭층(EL)이 에칭된다.
이 방법(MT)의 공정 ST3의 실행시에는, 공정 ST1에서 형성한 보호막(PF)에 의해, 활성종에 의한 처리 용기(12)의 내벽면의 침식이 억제된다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 대한 파티클과 같은 오염물의 부착이 억제된다.
또한, 방법(MT)에 따르면, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하는 것이 가능하고, 더미 기판을 이용하지 않고, 배치대의 상면, 즉 정전척의 상면에 대한 보호막의 형성을 억제하는 것이 가능하다.
또한, 보호막 형성용 가스는, 전술한 바와 같이, 일례로는, 실리콘 함유 가스로서, 예컨대, SiF4 가스, SiCl4 가스 또는 SiH4 가스이다. 이 가스로부터는, 실리콘을 포함하는 보호막(PF)이 형성된다. 이 보호막(PF)은, 전술한 실리콘 함유의 반사 방지막의 에칭용 가스, 탄소 함유막의 에칭용 가스, 실리콘 산화막의 에칭용 가스 및 실리콘 질화막의 에칭용 가스에 대한 내성을 갖는다. 즉, 이 보호막(PF)은, 상기 보호막(PF)에 대하여 에칭 대상의 막의 에칭의 선택성을 향상시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 보호막 형성용 가스는, 탄화수소 가스 및/또는 하이드로플루오로카본 가스를 포함하고 있어도 좋다. 예컨대, 보호막 형성용 가스는, CH4 가스 및/또는 CH2F2 가스를 포함하고 있어도 좋다. 이 보호막 형성용 가스에 따르면, 보호막(PF)의 형성 속도, 즉, 퇴적 레이트가 향상된다. 또한, 보다 경질의 보호막(PF)이 형성된다. 즉, 보호막(PF)의 내에칭성이 향상된다.
또한, 전술한 바와 같이, 피에칭층(EL)은, 실리콘 함유의 반사 방지막, 탄소 함유막, 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있다. 이들 막의 에칭을 위한 가스로는, 위에 예시한 가스를 이용할 수 있다.
이상, 여러 가지 실시형태에 대해서 설명해 왔지만, 전술한 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형 양태를 구성 가능하다. 예컨대, 방법(MT)의 실시에는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치 이외의 플라즈마 처리 장치가 이용되어도 좋다. 예컨대, 유전 결합형의 플라즈마 처리 장치 또는 마이크로파와 같은 표면파에 의해 가스를 여기시키는 플라즈마 처리 장치가 방법(MT)의 실시에 이용되어도 좋다.
10 : 플라즈마 처리 장치, 12 : 처리 용기, 12s : 측벽, 14 : 용기 본체, 14s : 측벽부, 16 : 실드 부재, PD : 배치대, 18 : 하부 전극, 20 : 정전척, 30 : 상부 전극, 40 : 가스 소스군, 48 : 배플판, 50 : 배기 장치, 62 : 제1 고주파 전원, 64 : 제2 고주파 전원, 70 : 제2 토출부, 80 : 가스 소스군.

Claims (6)

  1. 플라즈마 처리 장치의 처리 용기의 내벽면에 보호막을 형성하는 공정과,
    상기 처리 용기 내에 있어서 피처리체에 대한 처리를 실행하는 공정
    을 포함하고,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    상기 피처리체를 배치하기 위한, 상기 처리 용기 내에 설치된 배치대와,
    상기 배치대의 위쪽에 설치되어 있고, 상기 배치대 상에 배치되는 피처리체를 향해 가스를 토출하도록 구성된 제1 토출부와,
    상기 제1 토출부에 대하여 상기 처리 용기의 측벽 측에 설치되어 있고, 상기 배치대와 상기 측벽 사이의 공간의 위쪽으로부터, 상기 공간을 향해 가스를 토출하도록 구성된 제2 토출부
    를 구비하고,
    상기 보호막을 형성하는 공정에서는, 상기 제2 토출부로부터 토출되는 보호막 형성용 가스의 플라즈마가 생성되고,
    상기 피처리체에 대한 처리를 실행하는 공정에서는, 상기 배치대 상에 상기 피처리체가 배치된 상태에서, 상기 제1 토출부로부터 토출되는, 상기 피처리체의 처리용 가스의 플라즈마가 생성되는 것인 플라즈마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배치대와 상기 측벽 사이에는, 복수의 관통 구멍이 형성된 배플판이 설치되어 있고, 상기 배플판의 아래쪽에 있어서 상기 처리 용기에는 배기 장치가 접속되어 있는 것인 플라즈마 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 처리를 실행하는 공정에서는, 상기 피처리체의 피에칭층이 에칭되는 것인 플라즈마 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보호막 형성용 가스는, 실리콘 함유 가스를 포함하는 것인 플라즈마 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보호막 형성용 가스는, 탄화수소 가스와 하이드로플루오로카본 가스 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인 플라즈마 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치로서, 상기 배치대의 위쪽에 설치된 상부 전극을 더 구비하고,
    상기 상부 전극은 상기 제1 토출부를 포함하는 것인 플라즈마 처리 방법.
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