KR20170118663A - 플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기록 매체 - Google Patents

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기록 매체 Download PDF

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KR20170118663A
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야스히코 후키노
도모히사 마루야마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 정류 월이나 라디칼 소비량이 많은 희생재를 이용하는 일 없이, 피처리 기판의 주변부의 반응성을 저감시켜 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것.
(해결 수단) 기판 G를 수용하여 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에서 기판 G를 탑재하는 기판 탑재대(4)와, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(20, 28)와, 처리 용기(2) 내를 배기하는 배기 기구(30)와, 처리 용기(2) 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마원인 고주파 전원(14a)과, 기판 탑재대(4) 위의 기판 G의 주변부에, 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하는 트랩 가스 공급 기구(16, 19)를 구비한다.

Description

플라즈마 처리 장치, 플라즈마 처리 방법 및 기록 매체{PLASMA PROCESSING APPARATUS, PLASMA PROCESSING METHOD AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은, 플라즈마 에칭 등의 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이(FPD)나 반도체 디바이스의 제조 과정에 있어서는, 피처리 기판에 대하여, 에칭, 스퍼터링, CVD(화학 기상 성장) 등의 플라즈마 처리가 다용되고 있다.
예컨대 플라즈마 처리로서 플라즈마 에칭을 행하는 경우에는, 처리 가스를 플라즈마로 해리 활성화시켜, 생성한 라디칼 등의 활성종과 에칭 대상 막을 반응시킨다.
에칭 대상 막이 케미컬 반응성이 높은 것인 경우, 로딩의 영향에 의해 피처리 기판의 주변부에 있어서의 에칭 레이트가 높아지는 경향이 보이고, 이것이 에칭의 균일성을 제한하는 일이 많다.
이와 같은 주연부(周緣部)에서 에칭 레이트가 높아지는 경향을 억제하는 기술로서, 피처리 기판을 둘러싸도록 수직의 측벽인 정류 월을 배치하여 피처리 기판 주연부의 처리 가스의 흐름을 억제하는 것이 알려져 있다(예컨대 특허 문헌 1). 또한, 특허 문헌 2에 기재된 것과 같은 라디칼 소비량이 많은 부재를, 피처리 기판의 바깥쪽 영역에 희생재로서 배치하여 로딩의 영향을 저감하는 방법도 생각할 수 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2003-243364호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 평 5-190502호 공보
그렇지만, 정류 월을 이용하는 경우에는, 에칭 대상 막의 종류나 에칭 조건(레시피)에 맞춰 정류 월의 최적화가 필요하게 되어 번잡하다. 또한, 라디칼 소비량이 많은 희생재를 이용하는 경우에는, 희생재는 소모품이기 때문에 정기적으로 교환할 필요가 있어, 교환이 번거롭고 비용이 든다. 또한, 양 기술 모두, 복수의 에칭층을 연속으로 처리하는 경우 등은, 다른 에칭 대상 막에 영향을 주어 버려, 프로세스적인 문제가 생기는 일이 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 정류 월이나 라디칼 소비량이 많은 희생재를 이용하는 일 없이, 피처리 기판의 주변부의 반응성을 저감시켜 균일한 플라즈마 처리를 행할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 관점에서는, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 기판 탑재대와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와, 상기 처리 용기 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단과, 상기 기판 탑재대 위의 기판의 주변부에, 상기 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하는 트랩 가스 공급 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제 2 관점에서는, 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서, 처리 용기 내의 기판 탑재대에 기판을 탑재한 상태에서, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하여 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하고, 그 때에, 기판의 주변부에 상기 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
상기 제 1 관점 및 제 2 관점에 있어서, 상기 플라즈마 처리는, 플라즈마 에칭 처리이더라도 좋다. 또한, 상기 처리 가스는, F, Cl, O 중 적어도 1종을 포함하는 가스이고, 상기 트랩 가스는 수소 가스로 할 수 있다. 또한, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율을 17~80%로 할 수 있다.
상기 플라즈마 처리가 플라즈마 에칭 처리인 경우에, 에칭 대상은, 기판 위에 형성된 Si막, SiNx막, Al막 중 하나로 할 수 있다. 에칭 대상이 Si막인 경우에, 활성종으로서 F를 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 40~80%이더라도 좋다. 에칭 대상이 SiNx막인 경우에, 활성종으로서 F와 O를 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 17.1~34.3%이더라도 좋다. 에칭 대상이 Al막인 경우에, 활성종으로서 Cl을 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 40~80%이더라도 좋다.
상기 제 1 관점에 있어서, 상기 트랩 가스 공급 기구는, 상기 기판 탑재대의 기판의 주위에 마련되어 있더라도 좋다. 또한, 상기 처리 가스 공급 기구는, 상기 처리 용기 내에서 처리 가스를 상기 기판 탑재대 위의 기판을 향하여 샤워 형상으로 공급하는 샤워 헤드를 갖고, 상기 트랩 가스 공급 기구는, 상기 샤워 헤드의 주위에 마련되어 있더라도 좋다.
본 발명의 제 3 관점에서는, 컴퓨터상에서 동작하고, 플라즈마 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서, 상기 프로그램은, 실행시에, 상기 제 2 관점의 플라즈마 처리 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 플라즈마 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리할 때에, 기판 탑재대 위의 기판의 주변부에, 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급한다. 그 때문에, 기판의 외주부에 있어서 플라즈마 처리 레이트가 큰 경우에, 그 부분의 처리 레이트를 저하시킬 수 있고, 플라즈마 처리 분포의 균일성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 기판 탑재대를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 기판 탑재대를 나타내는 평면도이다.
도 4는 트랩 가스 토출 노즐의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 트랩 가스 토출 노즐의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 실험예 1을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 a-Si막을 플라즈마 에칭하는 경우의 트랩 가스로서의 H2 가스의 기판 주변부로의 공급량과 에칭 분포의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 SiNx막을 플라즈마 에칭하는 경우의 트랩 가스로서의 H2 가스의 기판 주변부로의 공급량과 에칭 분포의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 Al막을 플라즈마 에칭하는 경우의 트랩 가스로서의 H2 가스의 기판 주변부로의 공급량과 에칭 분포의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 a-Si막을 에칭할 때의 기판 주변부에 공급하는 H2 가스의 양과, 플라즈마의 발광 스펙트럼의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 실험예 2에서 상정하는 LTPS 콘택트 에칭을 할 때의 에칭 대상의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
도 13은 실험예 2에 있어서의 트랩 가스인 H2 가스의 공급의 유무에 따른 SiO2막의 에칭 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 실험예 2에 있어서의 트랩 가스인 H2 가스의 공급의 유무에 따른 SiNx막의 에칭 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 실험예 2에 있어서의 트랩 가스인 H2 가스의 공급의 유무에 따른 a-Si막의 에칭 분포를 나타내는 도면이다.
도 16은 실험예 3의 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명에서는 플라즈마 처리 장치의 일례로서 플라즈마 에칭 장치에 대하여 설명한다.
<제 1 실시형태>
최초로 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도, 도 2는 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 기판 탑재대를 부분적으로 나타내는 단면도, 도 3은 도 1의 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 기판 탑재대를 나타내는 평면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이 플라즈마 에칭 장치(1)는, FPD용의 유리 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 적는다) G에 대하여 에칭을 행하는 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다. FPD로서는, 액정 디스플레이(LCD), 일렉트로 루미네선스(Electro Luminescence; EL) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 예시된다. 플라즈마 에칭 장치(1)는, 피처리 기판인 기판 G를 수용하는 처리 용기로서의 챔버(2)를 구비하고 있다. 챔버(2)는, 예컨대, 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지고, 기판 G의 형상에 대응하여 직육면체 형상으로 형성되어 있다.
챔버(2) 내의 바닥에는 절연재로 이루어지는 절연판(3)을 사이에 두고 하부 전극으로서 기능하는 기판 탑재대(4)가 마련되어 있다. 기판 탑재대(4)는, 금속, 예컨대 알루미늄으로 이루어지고, 상부의 중앙부에 형성된 볼록부(5a) 및 볼록부(5a)의 주위의 플런지(5b)를 갖는, 금속, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 기재(5)와, 볼록부(5a)의 위에 마련된, 기판 G의 탑재면을 갖는 절연 부재(6)를 구비하고 있다. 절연 부재(6)의 내부에는 평면 형상의 흡착 전극(6a)이 마련되어 있고, 이들에 의해 기판 G를 정전 흡착하기 위한 정전 척이 구성되어 있다. 플런지(5b)의 위에는, 탑재된 기판 G를 둘러싸도록 액자 형상의 절연체로 이루어지는 실드 링(7)이 마련되어 있다. 또한, 기재(5)의 주위를 둘러싸도록 절연 링(8)이 마련되어 있다. 절연 부재(6), 실드 링(7), 절연 링(8)은, 예컨대, 알루미나와 같은 절연성 세라믹스로 구성되어 있다.
기재(5)에는, 고주파 전력을 공급하기 위한 급전선(12)이 접속되어 있고, 이 급전선(12)은 분기하고, 한쪽의 분기선에 정합기(13a)와 플라즈마 생성(소스)용의 제 1 고주파 전원(14a)이 접속되고, 다른 쪽의 분기선에 정합기(13b)와 바이어스 인가용의 제 2 고주파 전원(14b)이 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(14a)으로부터는 플라즈마 생성용의 예컨대 13.56㎒의 고주파 전력이 기재(5)에 인가되고, 이것에 의해, 기판 탑재대(4)가 하부 전극으로서 기능한다. 또한, 제 2 고주파 전원(14b)으로부터는 바이어스용의 예컨대 3.2㎒의 고주파 전력이 기재(5)에 인가되고, 이것에 의해 플라즈마 중의 이온을 효과적으로 기판 G에 끌어들일 수 있다. 또, 플라즈마 생성과 바이어스 인가를 겸한 하나의 고주파 전원을 마련하더라도 좋다. 흡착 전극(6a)에는, 직류 전원(15)이 접속되어 있고, 흡착 전극(6a)에 직류 전압이 인가되고, 쿨롱력에 의해 기판 G를 절연 부재(6)의 탑재면에 흡착하게 되어 있다.
실드 링(7)의 상면에는, 그 전체 둘레에 기판 G의 탑재면을 둘러싸도록, 플라즈마 중의 활성종(라디칼)을 트랩하기 위한 트랩 가스로서 수소 가스(H2 가스)를 토출하는, 액자 형상을 이루는 트랩 가스 토출 노즐(16)이 마련되어 있다. 트랩 가스 토출 노즐(16)의 상면에는, 전체 둘레에 걸쳐 복수의 가스 토출구(17)가 형성되어 있다. 트랩 가스 토출 노즐(16)에는 가스 유로(18)가 접속되어 있고, 가스 유로(18)의 다른 쪽 끝에는 트랩 가스인 수소 가스를 공급하는 트랩 가스 공급원(19)이 접속되어 있다. 그리고, 트랩 가스인 수소 가스는, 트랩 가스 공급원(19)으로부터 가스 유로(18)를 통해 트랩 가스 토출 노즐(16)에 이르고, 복수의 가스 토출구(17)로부터 토출되어, 기판 탑재대(4) 위의 기판 G의 주변부에 공급된다.
기판 탑재대(4)에는, 기판 G를 주고받기 위한 복수의 리프터 핀(도시하지 않음)이 기판 탑재대(4)의 상면(즉 절연 부재(6)의 상면)에 대하여 드나들 수 있게 마련되어 있고, 기판 G를 주고받는 것은, 기판 탑재대(4)의 상면으로부터 위쪽으로 돌출한 상태의 리프터 핀에 대하여 행해진다.
챔버(2)의 상부에는, 챔버(2) 내에 처리 가스를 공급함과 아울러 상부 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(20)가, 기판 탑재대(4)와 대향하도록 마련되어 있다. 샤워 헤드(20)는, 내부에 처리 가스를 확산시키는 가스 확산 공간(21)이 형성되어 있음과 아울러, 하면 또는 기판 탑재대(4)와의 대향면에 처리 가스를 토출하는 복수의 토출 구멍(22)이 형성되어 있다. 이 샤워 헤드(20)는 접지되어 있고, 기판 탑재대(4)와 함께 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성하고 있다.
샤워 헤드(20)의 상면에는 가스 도입구(24)가 마련되고, 이 가스 도입구(24)에는, 처리 가스 공급관(25)이 접속되어 있고, 이 처리 가스 공급관(25)에는 처리 가스 공급원(28)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급관(25)에는, 밸브(26) 및 매스 플로 컨트롤러(27)가 마련되어 있다. 처리 가스 공급원(28)으로부터는, 에칭을 위한 처리 가스가 공급된다. 처리 가스로서는, 이 분야에서 통상 이용되는 처리 가스를 이용할 수 있고, 처리하는 막에 따라 최적의 물질이 이용된다. 이와 같은 처리 가스로서는 전형적으로는, F, Cl, O 중 적어도 1종을 포함하는 가스를 이용할 수 있다. 이들은 각각, 반응성이 높은 F, Cl, O를 포함하는 활성종(라디칼)을 형성한다.
챔버(2)의 저벽(底壁)의 네 구석에는 배기관(29)(2개만 도시)이 접속되어 있고, 이 배기관(29)에는 배기 장치(30)가 접속되고, 도시하지 않는 압력 조정 밸브가 마련되어 있다. 배기 장치(30)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 구비하고 있고, 이것에 의해 챔버(2) 내를 배기하여 소정의 감압 분위기까지 진공 흡인 가능하도록 구성되어 있다. 챔버(2)의 측벽에는, 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(31)가 형성되어 있음과 아울러, 이 반입출구(31)를 개폐하는 게이트 밸브(32)가 마련되어 있고, 반입출구(31)의 개방시에, 도시하지 않는 반송 수단에 의해 기판 G가 챔버(2) 내외로 반입출되도록 구성되어 있다.
또한, 플라즈마 에칭 장치(1)는, 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 구성부를 제어하기 위한 마이크로프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러를 갖는 제어부(40)를 구비하고 있다. 제어부(40)는, 오퍼레이터에 의한 플라즈마 에칭 장치(1)를 관리하기 위한 커맨드 입력 등의 입력 조작을 행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스 및 플라즈마 에칭 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 처리 레시피가 저장된 기억부를 더 갖고 있다. 처리 레시피는 기억부 중의 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 컴퓨터에 내장된 하드디스크나 반도체 메모리이더라도 좋고, CDROM, DVD, 플래시메모리 등의 휴대성을 갖는 것이더라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 레시피를 적당히 전송시키도록 하더라도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 사용자 인터페이스로부터의 지시 등으로 임의의 처리 레시피를 기억부로부터 불러내어 프로세스 컨트롤러에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러의 제어 아래에서, 플라즈마 에칭 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다.
다음으로, 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대하여 설명한다. 이하의 처리 동작은 제어부(40)의 동작의 제어 아래에서 행해진다.
우선, 배기 장치(30)에 의해 챔버(2) 내를 배기하여 소정의 압력으로 하고, 게이트 밸브(32)를 개방하여 반입출구(31)를 통해 인접하는 진공으로 유지된 반송실(도시하지 않음)로부터 반송 수단(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 반입하고, 도시하지 않는 리프터 핀을 상승시킨 상태에서 그 위로 기판 G를 주고받고, 리프터 핀을 하강시키는 것에 의해 기판 탑재대(4) 위에 기판 G를 탑재시킨다. 반송 수단을 챔버(2)로부터 퇴피시킨 후, 게이트 밸브(32)를 닫는다.
이 상태에서, 처리 가스 공급원(28)으로부터, 처리 가스 공급관(25) 및 샤워 헤드(20)를 통해 처리 가스를 챔버(2) 내에 공급함과 아울러, 압력 조정 밸브에 의해 챔버(2) 내의 압력을 소정의 진공도로 조정한다.
그리고, 제 1 고주파 전원(14a)으로부터 정합기(13a)를 통해 기판 탑재대(4)(기재(5))에 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하고, 하부 전극으로서의 기판 탑재대(4)와 상부 전극으로서의 샤워 헤드(20)의 사이에 고주파 전계를 생기게 하여 챔버(2) 내의 처리 가스를 플라즈마화시킨다. 또한, 제 2 고주파 전원(14b)으로부터 정합기(13b)를 통해 기판 탑재대(4)(기재(5))에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하고, 플라즈마 중의 이온을 효과적으로 기판 G에 끌어들인다. 이때에, 직류 전원(15)으로부터 흡착 전극(6a)에 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 플라즈마를 통해 쿨롱력에 의해 기판 탑재대(4)(절연 부재(6))의 탑재면에 기판 G를 흡착 고정한다.
이것에 의해, 기판 G의 소정의 막에 대한 플라즈마 에칭 처리가 진행된다. 이때, 처리 가스로서는, 처리하는 막에 따라 최적의 물질이 이용되고, 예컨대, 플라즈마에 의해 반응성이 높은 F, Cl, O를 포함하는 활성종(라디칼)을 생성하는, F, Cl, O 중 적어도 1종을 포함하는 가스를 이용할 수 있다.
플라즈마 에칭 처리를 할 때에는, 기판 G의 주변부에서는 미반응의 처리 가스가 많이 존재하기 때문에, 에칭 대상 막이 케미컬 반응성이 높은 것이면, 로딩 효과에 의해, 기판 G의 주변부에 있어서의 에칭 레이트가 높아져 버린다.
그래서, 본 실시형태에서는, 플라즈마 중의 활성종(라디칼)을 트랩하는 트랩 가스로서 수소 가스를, 트랩 가스 공급원(19)으로부터 가스 유로(18)를 통해 트랩 가스 토출 노즐(16)에 마련된 복수의 가스 토출구(17)로부터 기판 G의 주변부에 공급한다. 이것에 의해, 기판 G의 주변부에 있어서 활성종(라디칼)이 트랩된다. 구체적으로는, 반응성이 높은 F, Cl, O를 포함하는 활성종(라디칼)이 존재하는 경우에는, 이들은 기판 G의 주변부에서 수소 가스와 반응하여 HF, HCl, H2O와 같은 에칭에 기여하지 않는 성분이 되고, 챔버(2)로부터 배출된다. 이 때문에, 에칭 레이트가 높아진 기판 G의 주변부에서는 활성종(라디칼)의 양이 감소하여 에칭 레이트가 저하하고, 기판 G의 면 내에 있어서 에칭 레이트가 균일화된다.
이와 같이, 반응성이 높은 F, Cl, O를 포함하는 활성종(라디칼)을 이용할 때에, 기판 G의 주변부에 트랩 가스로서 수소 가스를 공급하는 것에 의해, 이들 활성종(라디칼)을 트랩할 수 있지만, 수소 라디칼 등의 다른 수소원(水素源)이더라도 트랩 가스로서 기능할 수 있다. 또한, 활성종(라디칼)과 반응하여 에칭에 기여하지 않는 성분을 생성할 수 있으면, 수소 이외의 트랩 가스를 이용할 수도 있다.
트랩 가스의 유량이 많을수록, 활성종(라디칼)을 트랩하는 효과가 높아지기 때문에, 트랩 가스의 유량을 억제하는 것에 의해, 기판 G의 에칭 레이트의 분포 제어가 가능하게 된다. 이 경우에, 트랩 가스의 유량은, 활성종의 원자량에 대하여 트랩 가스의 원자량이 17~80%가 되는 유량으로 하는 것이 바람직하다.
구체예로서는, 비정질 실리콘(a-Si)막을 에칭할 때에는, 처리 가스로서 SF6 가스를 적합하게 이용할 수 있지만, 트랩 가스로서 수소(H2) 가스를 이용한 경우에, 활성종(라디칼)인 F 원자량에 대하여 H 원자량이 40~80%가 되는 유량으로 수소 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, SiNx막의 에칭에는, 반응종으로서 SF6 가스 및 산소(O2) 가스의 혼합 가스를 적합하게 이용할 수 있지만, 트랩 가스로서 수소(H2) 가스를 이용한 경우에, 활성종(라디칼)인 F, O의 원자량에 대하여 H 원자량이 17.1~34.3%가 되는 유량으로 수소 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, Al막을 에칭할 때에는, BCl3, Cl2를 적합하게 이용할 수 있지만, 트랩 가스로서 수소(H2) 가스를 이용한 경우에, 활성종(라디칼)인 Cl 원자량에 대하여 H 원자량이 40~80%가 되는 유량으로 수소 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
처리 종료 후, 제 1 고주파 전원(14a) 및 제 2 고주파 전원(14b)을 오프로 함과 아울러, 흡착 전극(6a)으로의 급전을 정지하여 정전 흡착을 해제하고, 리프트 핀(도시하지 않음)에 의해 기판 G를 리프트업하고, 게이트 밸브(32)를 열어 처리 후의 기판 G를 반입출구(31)로부터 반출한다.
본 실시형태에서는, 기판 G의 주변부에 활성종(라디칼)을 트랩하는 트랩 가스를 공급하여, 기판 G의 주변부에 있어서의 활성종(라디칼)의 양을 저감하므로, 기판 G의 주변부에 있어서의 에칭 레이트를 저감시켜 면 내 균일성이 높은 플라즈마 에칭을 행할 수 있다. 이와 같이, 정류 월이나 희생재를 이용하는 일 없이, 기판 G의 주변부의 에칭 레이트를 저감시킬 수 있으므로, 정류 월을 이용하는 경우의 에칭 대상 막의 종류나 에칭 조건(레시피)에 맞춰 정류 월의 최적화가 필요하게 된다고 하는 문제나, 희생재를 이용하는 경우의 정기적인 교환에 의해 번거롭고 비용이 든다고 하는 문제나, 이들 양쪽에서 문제가 되는, 복수의 에칭층을 연속으로 처리하는 경우 등에 다른 에칭 대상 막에 영향을 주어 버린다고 하는 문제를 해소할 수 있다.
트랩 가스인 수소 가스의 공급 형태는, 기판 G의 주변부에 공급할 수 있으면 도 1의 형태로 한정하지 않는다. 예컨대, 도 4에 나타내는 바와 같이, 트랩 가스 토출 노즐(16)을 실드 링(7)의 측면에 설치하도록 하더라도 좋고, 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 트랩 가스 토출 노즐(16)을 샤워 헤드(20)의 외주부에 마련하여 기판 G의 위쪽으로부터 기판 G의 주변부에 수소 가스를 공급하도록 하더라도 좋다.
<제 2 실시형태>
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치로서의 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 이 플라즈마 에칭 장치(1')는 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다. 도 6에 있어서 도 1과 공통 부분에는 같은 부호를 붙이고 설명을 간략화한다.
이 플라즈마 에칭 장치(1')의 챔버(2')는, 천벽(天壁)(52)이 예컨대 Al2O3 등의 세라믹스나 석영과 같은 유전체로 되어 있고, 천벽(52)의 아래쪽 부분에, 처리 가스 공급용의 십자 형상을 이루는 샤워 하우징(51)이 끼워진 것 외에는, 챔버(2)와 같이 구성되어 있다.
샤워 하우징(51)은 도전성 재료, 예컨대 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 샤워 하우징(51)에는 수평으로 연장되는 가스 유로(53)가 형성되어 있고, 이 가스 유로(53)에는, 아래쪽을 향해 연장되는 복수의 가스 토출 구멍(54)이 연통하고 있다. 한편, 천벽(52)의 상면 중앙에는, 가스 도입구(24)가 마련되고, 도 1의 장치와 같이, 가스 도입구(24)에는, 처리 가스 공급관(25)이 접속되어 있고, 이 처리 가스 공급관(25)에는 처리 가스 공급원(28)이 접속되어 있다.
천벽(52)의 상면을 따라 고주파(RF) 안테나(55)가 마련되어 있고, 고주파 안테나(55)에는, 급전선(56)이 접속되어 있고, 이 급전선(56)에 정합기(57) 및 플라즈마 생성(소스)용의 제 1 고주파 전원(58)이 접속되어 있다. 고주파 안테나(55)에, 제 1 고주파 전원(58)으로부터 예컨대 주파수가 13.56㎒인 고주파 전력이 공급되는 것에 의해, 챔버(2') 내에 유도 전계가 형성되고, 이 유도 전계에 의해 샤워 하우징(51)으로부터 토출된 처리 가스가 플라즈마화된다.
한편, 기판 탑재대(4)의 기재(5)에는 급전선(12)이 접속되고, 이 급전선(12)에는, 정합기(13b) 및 바이어스 인가용의 제 2 고주파 전원(14b)만이 접속되어 있다.
이와 같은 플라즈마 에칭 장치(1')에 있어서는, 제 1 실시형태와 같게 하여 기판 G를 기판 탑재대(4) 위에 탑재하고, 처리 가스 공급원(28)으로부터, 처리 가스 공급관(25) 및 샤워 하우징(51)을 통해 처리 가스를 챔버(2') 내에 공급함과 아울러, 압력 조정 밸브에 의해 챔버(2') 내의 압력을 소정의 진공도로 조정한다. 그 다음에, 제 1 고주파 전원(58)으로부터 고주파 전력을 고주파 안테나(55)에 인가하고, 이것에 의해 유전체로 이루어지는 천벽(52)을 통해 챔버(2') 내에 유도 전계를 형성한다. 이와 같이 하여 형성된 유도 전계에 의해, 챔버(2') 내에서 처리 가스가 플라즈마화하고, 고밀도의 유도 결합 플라즈마가 생성되고, 기판 G에 대하여 플라즈마 에칭 처리가 행해진다. 이때, 제 2 고주파 전원(14b)으로부터 정합기(13b)를 통해 기판 탑재대(4)(기재(5))에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하고, 플라즈마 중의 이온을 효과적으로 기판 G에 끌어들이고, 직류 전원(15)으로부터 흡착 전극(6a)에 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 기판 G는 플라즈마를 통해 쿨롱력에 의해 기판 탑재대(4)(절연 부재(6))의 탑재면에 흡착 고정된다.
이와 같은 유도 결합 플라즈마에 의해 에칭하는 경우에도, 기판 G의 주변부에서는 미반응의 처리 가스가 많이 존재하기 때문에, 에칭 대상 막이 케미컬 반응성이 높은 것이면, 로딩 효과에 의해, 기판 G의 주변부에 있어서의 에칭 레이트가 높아져 버린다.
이 때문에, 제 1 실시형태와 같이, 플라즈마 중의 활성종(라디칼)을 트랩하는 트랩 가스로서 수소 가스를 기판 G의 주변부에 공급한다. 이것에 의해, 기판 G의 주변부에 있어서 활성종(라디칼)이 트랩된다. 이 때문에, 에칭 레이트가 높아진 기판 G의 주변부에서는 활성종(라디칼)의 양이 감소하여 에칭 레이트가 저하하고, 기판 G의 면 내에 있어서 에칭 레이트가 균일화된다.
<실험예>
다음으로, 실험예에 대하여 설명한다.
(실험예 1)
여기서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 550×650㎜의 기판을 에칭하는 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 기판 탑재대의 짧은 변의 실드 링에 대응하는 부분에, 500㎜의 범위로 수소 가스를 토출시키기 위한 가스 토출 노즐(16)을 마련하고, 이 가스 토출 노즐에 형성된 복수의 가스 토출구로부터, 소정의 유량으로 수소 가스를 공급하면서 소정의 처리 가스에 의해 이하에 나타내는 막의 에칭 처리를 행했다. 이때의 기판의 수소 가스를 공급하고 있는 끝머리로부터 기판 중앙에 걸친 에칭 레이트의 분포를 측정했다.
ㆍa-Si막 에칭
F 라디칼의 영향을 받기 쉬운 a-Si막에 대하여, 베이스 조건을 이하와 같이 하고, 수소 가스(H2 가스) 유량을 0, 25, 50sccm으로 변화시켜 에칭을 행했다.
베이스 조건
압력 : 60mTorr
소스 파워 : 3000W
바이어스 파워 : 300W
처리 가스 및 유량 :
SF6 100sccm
Ar 200sccm
이와 같은 a-Si막을 에칭할 때의 에칭 레이트의 분포를 도 8에 나타낸다.
이 도면에 나타내는 바와 같이, H2 가스를 공급하지 않는 종래의 수법으로 에칭한 경우에는, 기판 외주부의 에칭 레이트가 매우 높아지고, 에칭 레이트의 균일성(변동성)은 17.9%였다. 이것에 비하여, 기판 주변부에 H2 가스를 공급하는 것에 의해, 중앙부로의 에칭 레이트에 거의 영향없이, 기판 외주부의 에칭 레이트만을 컨트롤할 수 있고, H2 가스의 유량이 증가할수록 기판 외주부의 에칭 레이트가 저하하는 것을 알 수 있다. 그리고, H2 가스 유량이 25sccm일 때에 에칭 레이트의 균일성(변동성)은 5.8%로 매우 작아진다. H2 가스 유량이 50sccm이 되면 기판 외주부의 에칭 레이트는 더 저하하고, 균일성(변동성)은 17.2%로 커진다. 기판 중앙부의 에칭 레이트보다 낮게 하는 것이 가능하게 되어 있고, H2 유량에 의해 에칭 분포가 제어 가능한 것을 알 수 있다.
ㆍSiNx막 에칭
F 라디칼 및 O 라디칼의 영향을 받기 쉬운 SiNx막에 대하여, 베이스 조건을 이하와 같이 하고, 수소 가스(H2 가스) 유량을 0, 25, 50sccm으로 변화시켜 에칭을 행했다.
베이스 조건
압력 : 60mTorr
소스 파워 : 3000W
바이어스 파워 : 300W
처리 가스 및 유량 :
SF6 200sccm
O2 100sccm
이와 같은 SiNx막을 에칭할 때의 에칭 레이트의 분포를 도 9에 나타낸다.
이 도면에 나타내는 바와 같이, H2 가스를 공급하지 않는 종래의 수법으로 에칭한 경우에는, 기판 외주부의 에칭 레이트가 매우 높아지고, 에칭 레이트의 균일성(변동성)은 15.8%였다. 이것에 비하여, 기판 주변부에 H2 가스를 공급하는 것에 의해, 중앙부로의 에칭 레이트에 거의 영향없이, 기판 외주부의 에칭 레이트만을 컨트롤할 수 있고, H2 가스의 유량이 증가할수록 기판 외주부의 에칭 레이트가 저하하는 것을 알 수 있다. 그리고, H2 가스 유량이 50sccm일 때에 에칭 레이트의 균일성(변동성)은 5.3%로 매우 작아진다. H2 가스 유량이 25sccm이더라도 효과는 크고, 균일성(변동성)은 6.4%이다.
ㆍAl막 에칭
Cl 라디칼의 영향을 받기 쉬운 Al막에 대하여, 베이스 조건을 이하와 같이 하고, 수소 가스(H2 가스) 유량을 0, 50, 100sccm으로 변화시켜 에칭을 행했다.
베이스 조건
압력 : 20mTorr
소스 파워 : 1500W
바이어스 파워 : 50W
처리 가스 및 유량 :
BCl3 200sccm
Cl2 300sccm
이와 같은 Al막을 에칭할 때의 에칭 레이트의 분포를 도 10에 나타낸다.
이 도면에 나타내는 바와 같이, H2 가스를 공급하지 않는 종래의 수법으로 에칭한 경우에는, 기판 외주부의 에칭 레이트가 매우 높아지고, 에칭 레이트의 균일성(변동성)은 34.0%였다. 이것에 비하여, 기판 주변부에 H2 가스를 공급하는 것에 의해, 기판 외주부의 에칭 레이트를 컨트롤할 수 있고, H2 가스의 유량이 증가할수록 기판 외주부의 에칭 레이트가 저하하는 것을 알 수 있다. 그리고, H2 가스 유량이 100sccm일 때에 에칭 레이트의 균일성(변동성)은 19.5%로 크게 개선되어 있는 것을 알 수 있다. H2 가스 유량이 50sccm이더라도 균일성(변동성)은 28.8%로 개선 효과가 얻어진다. 로딩의 영향을 받기 쉬운 Al막에서는 정류 월을 이용하는 일이 많지만, 기판 주변부에 트랩 가스인 H2 가스를 공급하는 것에 의해, 정류 월을 마련하지 않더라도 균일성이 개선되는 것이 확인되었다.
(트랩 가스의 공급량의 검증)
다음으로, 이상의 결과로부터, 처리 가스 유량에 대한 트랩 가스의 공급량의 적정 범위를 검증한 결과에 대하여 설명한다.
상기 결과는 기판의 한 변에 트랩 가스인 H2 가스를 토출하는 가스 토출 노즐을 마련하여, 그곳으로부터 트랩 가스인 H2 가스를 공급하여 에칭 레이트에 미치는 트랩 가스의 영향을 파악한 것이지만, 실제로는 공급된 처리 가스는 기판의 중앙부로부터 네 변(전체 둘레 2400㎜)을 통해 배출된다. 이 때문에, 이하의 검증은, 처리 가스량을, 트랩 가스를 공급한 변마다로 환산하여 처리 가스에 대하여 상대적으로 필요하게 되는 트랩 가스 유량을 산출하는 수법을 취했다.
또한, 상기 결과는, 처리 가스 중 반응성이 높은 반응종(활성종)인 F, Cl, O를, 기판 주변부에 공급된 트랩 가스인 H2 가스와 반응시키는 것에 의해, HF, HCl, H2O 등의 에칭에 기여하지 않는 화합물로 하여 챔버로부터 배출시키고, 기판 주변부의 반응종을 감소시키는 것이라고 생각할 수 있다. 사실, 도 11의 상기 a-Si막을 에칭할 때의 기판 주변부의 플라즈마의 발광 스펙트럼에 나타내는 바와 같이, H2 가스의 유량이 증가할수록, 파장이 656.5㎚인 H의 발광이 증가하고, 파장이 704㎚인 F의 발광이 감소하고 있다. 따라서, 이하의 검증 결과는 그 점을 전제로 한다.
ㆍa-Si막의 에칭
상기 실험예에서는, 처리 가스로서 SF6 가스를 100sccm 사용하고 있기 때문에, 플라즈마에 의해 모두 해리한 것으로 하면, 체적은 7배가 되고, 체적 유량은 S가 100sccm, F가 600sccm인 것이 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 기판에 공급된 처리 가스는, 네 변을 통해 배기되기 때문에, 기판 전체 둘레 2400㎜로 하면, 기판의 변 500㎜당 F의 환산량은 125sccm이 된다. 한편, 트랩 가스인 H2 가스는 25~50sccm이기 때문에, 이들이 모두 해리하면, 체적은 2배가 되고, H가 50~100sccm이 된다. 원자량의 비율로 환산하면, F 원자량에 대하여 H 원자량은 40~80%의 범위가 된다.
ㆍSiNx막의 에칭
상기 실험예에서는, 처리 가스로서 SF6 가스를 200sccm 사용하고, O2 가스를 100sccm 사용하고 있기 때문에, 이들이 플라즈마에 의해 모두 해리한 것으로 하면, S가 200sccm, F가 1200sccm, O가 200sccm인 것이 되고, F 및 O의 체적 유량은 1400sccm인 것이 된다. 따라서, 기판의 변 500㎜당 활성종(라디칼)의 환산량은 291.7sccm이 된다. 한편, 트랩 가스인 H2 가스는 25~50sccm이기 때문에, 이들이 모두 해리하면, H가 50~100sccm이 된다. 원자량의 비율로 환산하면, 활성종(라디칼) 원자량에 대하여 H 원자량은 17.1~34.3%의 범위가 된다.
ㆍAl막의 에칭
상기 실험예에서는, 처리 가스로서 BCl3 가스를 200sccm 사용하고, Cl2 가스를 300sccm 사용하고 있기 때문에, 이들이 플라즈마에 의해 모두 해리한 것으로 하면, Cl의 체적 유량은 1200sccm이 된다. 따라서, 기판의 변 500㎜당 Cl의 환산량은 250sccm이 된다. 한편, 트랩 가스인 H2 가스는 50~100sccm이기 때문에, 이들이 모두 해리하면, H가 100~200sccm이 된다. 원자량의 비율로 환산하면, Cl 원자량에 대하여 H 원자량은 40~80%의 범위가 된다.
상기 실험예에서는, 처리 가스량을 기판 변당 공급되는 원자 유량으로 환산하여, 상대적으로 필요하게 되는 트랩 가스 유량을 산출했다. 실제는 트랩 가스 공급 영역은, 기판 주위에 설치되기 때문에, 필요하게 되는 트랩 가스 유량은, 처리 가스 투입량에 대하여 상대적으로 정의할 수 있다.
이상으로부터, 단위 시간에 공급되는, 처리 가스 중 F, Cl, O의 원자량에 대하여, H 원자량의 비율이 17~80%의 범위가 되도록, 트랩 가스인 H2 가스를 공급하는 것에 의해, 기판 주변부에 있어서의 에칭 레이트의 제어에 효과가 있는 것이 확인되었다.
(실험예 2)
다음으로, 도 1과 같은 구성을 갖는 용량 결합형의 플라즈마 에칭 장치에 의해, 실제 프로세스를 상정한 실험을 행한 결과에 대하여 설명한다. 기판 사이즈는 730×920㎜이고, 트랩 가스는 기판 주위에 공급된다.
여기서는, LTPS(저온 폴리실리콘) 콘택트 에칭을 상정한 실험을 행했다. 저온 폴리실리콘 콘택트 에칭은, 도 12에 나타내는 것과 같은 폴리실리콘(p-Si)막(101)의 위에 SiO2막(102), SiNx막(103), SiO2막(104)을 적층한 적층 구조에 대하여 에칭을 행하는 것이고, 종래에는 폴리실리콘층의 에칭에 있어서 외주부의 에칭 레이트가 높은 에칭 분포가 되고, 기판 외주부에서 폴리실리콘막의 에치 오프가 생기기 쉬워 문제가 되고 있었다. 그래서, 본 실험예에서는, SiO2막, SiNx막 및 폴리실리콘막과 동등한 에칭 특성을 나타내는 a-Si막에 대하여, H2 가스를 다른 가스와 함께 샤워 헤드로부터 공급한 경우와, H2 가스를 트랩 가스로서 기판의 주변부에 공급한 경우에, 이하에 나타내는 조건으로 에칭을 행했다.
에칭 조건
압력 : 10mTorr
소스 파워 : 5000W
바이어스 파워 : 5000W
처리 가스 및 유량(샤워 헤드) :
C4F8 60sccm
Ar 100sccm
H2 100sccm, 0sccm
트랩 가스(H2 가스) 유량(기판 주변부) : 0sccm, 100sccm
또, 이 경우의 활성종인 F의 원자량에 대한 트랩 가스인 H의 원자량의 비율은 41.7%이다.
이들의 막을 에칭할 때의 에칭 레이트(에칭량)의 분포를 도 13~15에 나타낸다. 도 13, 14는, 각각 SiO2막 및 SiNx막의 결과이지만, 모두 기판 주변부로의 H2 가스 공급의 유무에 관계없이, 에칭 레이트의 면 내 균일성은 양호하다. 한편, 도 15는 a-Si막의 결과이지만, 기판 주변부에 H2 가스를 공급하지 않는 경우에는, 기판 외주부의 에칭 레이트가 상승하고 에칭 레이트의 면 내 균일성은 44%였던 것이, 기판 주변부에 H2 가스를 공급하는 것에 의해, 균일성이 10%까지 대폭으로 개선되었다.
이것으로부터, H2 가스를 트랩 가스로서 기판 주변부에 공급하는 것에 의해, SiO2막이나 SiNx막의 에칭에는 거의 영향을 주지 않고서, 케미컬 반응성이 강하고, 기판 외주부의 에칭 레이트가 높은 a-Si막만 에칭 분포를 개선할 수 있는 것이 확인되었다. 따라서, 본 수법은, LTPS(저온 폴리실리콘) 콘택트 에칭에 있어서, 기판 외주부에서 생기기 쉬운 폴리실리콘막의 에치 오프에 대하여 매우 유효한 수법이라고 말할 수 있다.
(실험예 3)
다음으로, 트랩 가스인 H2 가스를 공급하는 트랩 가스 공급 노즐을 도 4에 나타내는 바와 같이 실드 링의 측면에 마련한 것 외에는, 도 6과 같은 구성을 갖는 유도 결합형의 플라즈마 에칭 장치에 의해, 에칭을 행한 결과에 대하여 설명한다. 기판 사이즈는 1850×1500㎜이다.
본 실험예에 있어서도, LTPS(저온 폴리실리콘) 콘택트 에칭을 상정한 실험을 행했다. 구체적으로는, 처리 가스로서 C2HF5 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용하여, 트랩 가스로서의 H2 가스의 유무에 따른 SiO2막 및 Si막의 에칭 분포를 조사했다.
그 결과를 도 16에 나타낸다. 도 16은 기판의 1/4의 부분의 에칭 레이트를 나타내는 것이고, C는 기판의 중심, LC는 긴 변의 중심, SC는 짧은 변의 중심, Edge는 기판의 구석이다. 도 16(a)는, 처리 가스를 C2HF5 : 300sccm, H2 : 180sccm, Ar : 240sccm으로 하고, 트랩 가스를 사용하지 않고서 에칭을 행한 결과이다. 도 16(b), (c)는, 처리 가스 중의 H2 : 180sccm을 없애고, 기판 주변부의 트랩 가스 토출 노즐로부터 유출시킨 결과이다. 또, 도 16(b), (c)의 경우의 활성종인 F의 원자량에 대한 트랩 가스인 H의 원자량의 비율은 24% 및 72%이다.
도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 트랩 가스인 H2 가스를 기판 주변부에 공급하지 않는 경우는, SiO2막은 에칭 분포가 비교적 균일하지만, Si막에서는 기판 외주부의 에칭 레이트가 높아지고 있다. 한편, 도 16(a)의 처리 가스에 포함되는 H2 가스를 트랩 가스로서 기판 주변부에 공급한 도 16(b), (c)에서는, SiO2막의 에칭 분포를 흐트러뜨리는 일 없이, Si막의 에칭 분포가 개선되고 있다. 또한, 그 결과는, 기판 주변부로의 H2 가스의 유량이 180sccm인 (b)의 경우보다, 540sccm인 (c) 쪽이 큰 것이 확인되었다.
또, 케미컬성이 높은 에칭 대상 막을 포함하는 적층막 등을 에칭하는 경우에는, 기판 외주부의 에칭 레이트의 제어가 필요하게 되는 막의 에칭 단계에만 트랩 가스를 공급하는 레시피로 에칭을 행하도록 할 수도 있다.
또, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 일 없이 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 플라즈마 처리로서 플라즈마 에칭을 예로 들어 설명했지만, 플라즈마 에칭으로 한정하지 않고 플라즈마 CVD 등의 다른 플라즈마 처리이더라도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 용량 결합형 및 유도 결합의 플라즈마 처리 장치를 예시했지만, 이것에 한하지 않고, 챔버 내에 플라즈마를 생성할 수 있으면, 마이크로파 플라즈마 등, 다른 방식으로 플라즈마를 생성하는 장치이더라도 좋다.
또한, 트랩 가스로서는 H2 가스에 한하지 않고, 라디칼 등의 활성종과 반응하여 트랩할 수 있는 것이면 된다. 에칭 대상 막도 상기 실시형태의 것으로 한정되지 않는다.
또한, 상기 실시형태에서는 본 발명을 FPD용 유리 기판에 적용한 예에 대하여 설명했지만, 이것에 한하지 않고, 반도체 기판 등, 다른 기판에 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
1, 1' : 플라즈마 에칭 장치(플라즈마 처리 장치)
2, 2' : 챔버(처리 용기)
4 : 기판 탑재대 5 : 기재
6 : 절연 부재 7 : 실드 링
14a, 58 : 제 1 고주파 전원 14b : 제 2 고주파 전원
16 : 트랩 가스 토출 노즐 17 : 가스 토출구
18 : 가스 유로 19 : 트랩 가스 공급원
20 : 샤워 헤드 25 : 처리 가스 공급관
28 : 처리 가스 공급원 29 : 배기관
30 : 배기 장치 31 : 반입출구
40 : 제어부 55 : 고주파 안테나
G : 기판

Claims (19)

  1. 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 기판 탑재대와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와,
    상기 처리 용기 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단과,
    상기 기판 탑재대 위의 기판의 주변부에, 상기 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하는 트랩 가스 공급 기구
    를 구비하되,
    상기 트랩 가스 공급 기구는 상기 기판 탑재대의 기판의 주위에 마련되어 있고,
    상기 트랩 가스 공급 기구는
    트랩 가스 공급원으로부터 가스 유로를 통해서 상기 트랩 가스가 공급되는, 액자 형상을 이루는 트랩 가스 토출 노즐과,
    상기 트랩 가스 토출 노즐의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 상기 트랩 가스를 토출하는 복수의 가스 토출구를
    구비하며
    상기 기판 탑재대 상에는, 탑재된 기판을 둘러싸도록 실드 링이 마련되어 있고,
    상기 트랩 가스 공급 기구의 상기 복수의 가스 토출구는 상기 실드 링의 상면에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는, 플라즈마 에칭 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 가스는, F, Cl, O 중 적어도 1종을 포함하는 가스이고,
    상기 트랩 가스는 수소 가스인
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 17~80%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 처리의 에칭 대상은, 기판 위에 형성된 Si막, SiNx막, Al막 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    에칭 대상이 Si막인 경우에, 활성종으로서 F를 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 40~80%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    에칭 대상이 SiNx막인 경우에, 활성종으로서 F와 O를 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 17.1~34.3%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    에칭 대상이 Al막인 경우에, 활성종으로서 Cl을 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 40~80%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    처리 용기 내의 기판 탑재대에 기판을 탑재한 상태에서, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하여 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하고, 그 때에, 상기 기판 탑재대의 기판의 주위에 마련된 트랩 가스 공급 기구로부터, 기판의 주변부에 상기 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하되,
    상기 트랩 가스 공급 기구는 트랩 가스 공급원으로부터 가스 유로를 통해서 상기 트랩 가스가 공급되는, 액자 형상을 이루는 트랩 가스 토출 노즐과, 상기 트랩 가스 토출 노즐의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 상기 트랩 가스를 토출하는 복수의 가스 토출구를 구비하며, 상기 기판 탑재대 상에는, 탑재된 기판을 둘러싸도록 실드 링이 마련되어 있고, 상기 트랩 가스 공급 기구의 상기 복수의 가스 토출구는 상기 실드 링의 상면에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리는, 플라즈마 에칭 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 가스는, F, Cl, O 중 적어도 1종을 포함하는 가스이고,
    상기 트랩 가스는 수소 가스인
    것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 17~80%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭 처리의 에칭 대상은, 기판 위에 형성된 Si막, SiNx막, Al막 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    에칭 대상이 Si막인 경우에, 활성종으로서 F를 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 40~80%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    에칭 대상이 SiNx막인 경우에, 활성종으로서 F와 O를 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 17.1~34.3%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    에칭 대상이 Al막인 경우에, 활성종으로서 Cl을 이용하고, 상기 처리 가스 중의 활성종의 원자수에 대한 상기 트랩 가스의 원자수의 비율이 40~80%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  17. 컴퓨터상에서 동작하고, 플라즈마 처리 장치를 제어하기 위한 프로그램이 기억된 기억 매체로서,
    상기 프로그램은, 실행시에, 청구항 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 중 어느 한 항에 기재된 플라즈마 처리 방법이 행해지도록, 컴퓨터에 상기 플라즈마 처리 장치를 제어시키는 것을 특징으로 하는 기억 매체.
  18. 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    기판을 수용하여 플라즈마 처리를 실시하기 위한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 기판을 탑재하는 기판 탑재대와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내를 배기하는 배기 기구와,
    상기 처리 용기 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 수단과,
    상기 기판 탑재대 위의 기판의 주변부에, 상기 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하는 트랩 가스 공급 기구를 구비하되,
    상기 기판 탑재대 상에는, 탑재된 기판을 둘러싸도록 실드 링이 마련되어 있고,
    상기 트랩 가스 공급 기구는 상기 실드 링의 측면에 마련되어 있고,
    상기 트랩 가스 공급 기구는
    트랩 가스 공급원으로부터 가스 유로를 통해서 상기 트랩 가스가 공급되는, 액자 형상을 이루는 트랩 가스 토출 노즐과,
    상기 트랩 가스 토출 노즐의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 상기 트랩 가스를 토출하는 복수의 가스 토출구
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  19. 기판에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    처리 용기 내의 기판 탑재대에 기판을 탑재한 상태에서, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 용기 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하여 기판에 대하여 플라즈마 처리를 행하고, 그 때에, 트랩 가스 공급 기구로부터 기판의 주변부에 상기 플라즈마 중의 활성종을 트랩하는 트랩 가스를 공급하며,
    상기 기판 탑재대 상에는, 탑재된 기판을 둘러싸도록 실드 링이 마련되어 있고,
    상기 트랩 가스 공급 기구는 상기 실드 링의 측면에 마련되어 있고,
    상기 트랩 가스 공급 기구는
    트랩 가스 공급원으로부터 가스 유로를 통해서 상기 트랩 가스가 공급되는, 액자 형상을 이루는 트랩 가스 토출 노즐과,
    상기 트랩 가스 토출 노즐의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 상기 트랩 가스를 토출하는 복수의 가스 토출구
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220063536A (ko) * 2020-11-10 2022-05-17 세메스 주식회사 부품 표면 처리 장치 및 방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI658509B (zh) * 2014-06-18 2019-05-01 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude 用於ｔｓｖ／ｍｅｍｓ／功率元件蝕刻的化學物質
KR101649947B1 (ko) * 2014-07-08 2016-08-23 피에스케이 주식회사 이중 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 생성 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치
JP7138474B2 (ja) * 2018-05-15 2022-09-16 東京エレクトロン株式会社 部品の修復方法及び基板処理システム
CN112530776B (zh) * 2019-09-18 2024-02-09 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种等离子体处理装置
CN111599717B (zh) * 2020-05-09 2024-03-26 北京北方华创微电子装备有限公司 一种半导体反应腔室及原子层等离子体刻蚀机

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2625072B2 (ja) * 1992-09-08 1997-06-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 電磁ｒｆ結合を用いたプラズマ反応装置及びその方法
JP3612158B2 (ja) * 1996-11-18 2005-01-19 スピードファム株式会社 プラズマエッチング方法及びその装置
US6313042B1 (en) * 1999-09-03 2001-11-06 Applied Materials, Inc. Cleaning contact with successive fluorine and hydrogen plasmas
TW514996B (en) * 1999-12-10 2002-12-21 Tokyo Electron Ltd Processing apparatus with a chamber having therein a high-corrosion-resistant sprayed film
JP2002045683A (ja) * 2000-08-08 2002-02-12 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置
US6872281B1 (en) * 2000-09-28 2005-03-29 Lam Research Corporation Chamber configuration for confining a plasma
JP3724436B2 (ja) * 2002-02-15 2005-12-07 セイコーエプソン株式会社 整流ウォール及びドライエッチング装置並びに該装置を用いた電気光学装置の製造方法
TW200414344A (en) * 2002-09-06 2004-08-01 Tokyo Electron Ltd Method and apparatus for etching Si
JP2006344701A (ja) * 2005-06-08 2006-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd エッチング装置およびエッチング方法
JP2008016479A (ja) * 2006-07-03 2008-01-24 Philtech Inc 半導体装置の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220063536A (ko) * 2020-11-10 2022-05-17 세메스 주식회사 부품 표면 처리 장치 및 방법

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