KR20170136448A - 기판 처리 방법 - Google Patents

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KR20170136448A
KR20170136448A KR1020170067525A KR20170067525A KR20170136448A KR 20170136448 A KR20170136448 A KR 20170136448A KR 1020170067525 A KR1020170067525 A KR 1020170067525A KR 20170067525 A KR20170067525 A KR 20170067525A KR 20170136448 A KR20170136448 A KR 20170136448A
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processing
space
flow rate
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KR1020170067525A
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타카히코 카토
웨이팅 첸
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

가스를 치환하는 시간을 단축하는 것이다. 처리 용기 내에 있어서 기판에 가스를 공급하여 정해진 처리를 행하는 처리 공간과, 상기 처리 공간과 연통하고 상기 처리 공간의 압력보다 정해진 비율 작은 압력을 가지는 배기 공간을 가지는 기판 처리 장치에 있어서의 기판 처리 방법으로서, 상기 기판에 제 1 가스를 공급하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후, 상기 기판에 상기 제 1 가스와는 상이한 제 2 가스를 공급하는 제 2 공정을 가지고, 상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리를 L, 상기 제 2 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적을 S(x), 상기 제 2 가스의 공급 유량을 Q, 상기 처리 공간의 압력을 P, 상기 제 2 가스에 대한 상기 제 1 가스의 확산 계수를 D로 했을 때, 하기의 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록, 상기 제 2 공정에 있어서의 상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리(L), 상기 제 2 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x)) 및 상기 제 2 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법에 의해 상기 과제를 해결한다.
[수 3]
Figure pat00006

Description

기판 처리 방법 {SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것이다.
원자층 퇴적법에 의해 기판에 정해진 막을 형성하는 방법, 또는 원자층 에칭법에 의해 기판에 형성된 막을 에칭하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조). 이러한 방법에서는, 처리 용기 내의 기판에 상이한 종류의 가스를 차례로 공급함으로써, 기판에 정해진 막이 형성되거나, 또는 기판에 형성된 막이 에칭된다.
또한, 예를 들면 몇 종류의 절연막이 적층된 피에칭막을 에칭할 시, 에칭 시간을 단축하기 위하여, 플라즈마를 유지시키면서 하나의 에칭 공정의 가스 조건으로부터 다른 에칭 공정의 가스 조건으로 프로세스 조건을 전환하는 에칭 방법(연속 플라즈마를 사용한 에칭 방법)이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조).
일본특허공개공보 평09-027396호 일본특허공개공보 2015-173240호 일본특허공보 제5,014,435호
그러나 상기의 방법에서는, 처리 용기 내의 기판이 마련되어 있는 영역으로부터 하류측의 영역으로 배기된 가스의 일부가 처리 용기 내의 기판이 마련되어 있는 영역으로 역류하는 경우가 있다. 이와 같이 가스의 역류가 발생하면, 가스의 전환을 행할 시, 가스를 치환하는 시간이 길어진다. 또한, 가스의 치환이 불충분한 상태에서 다음의 공정으로 전환됨으로써, 프로세스가 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 본 발명의 일태양에서는, 가스를 치환하는 시간을 단축하는 것이 가능한 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일태양에 따른 기판 처리 방법은, 처리 용기 내에 있어서 기판에 가스를 공급하여 정해진 처리를 행하는 처리 공간과, 상기 처리 공간과 연통하고 상기 처리 공간의 압력보다 정해진 비율 작은 압력을 가지는 배기 공간을 가지는 기판 처리 장치에 있어서의 기판 처리 방법으로서, 상기 기판에 제 1 가스를 공급하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후, 상기 기판에 상기 제 1 가스와는 상이한 제 2 가스를 공급하는 제 2 공정을 가지고, 상기 기판의 단부(端部)로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리를 L, 상기 제 2 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적을 S(x), 상기 제 2 가스의 공급 유량을 Q, 상기 처리 공간의 압력을 P, 상기 제 2 가스에 대한 상기 제 1 가스의 확산 계수를 D라고 했을 때, 하기의 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록, 상기 제 2 공정에 있어서의 상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리(L), 상기 제 2 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x)) 및 상기 제 2 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나를 조정하는 것을 특징으로 한다.
[수 3]
Figure pat00001
개시된 기판 처리 방법에 의하면, 가스를 치환하는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 제 1 실시 형태의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 가스의 흐름을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 가스의 흐름을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 제 2 실시 형태의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 제 3 실시 형태의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 페클레수(Pe)를 변화시켰을 때의 처리 공간에 있어서의 산소 농도를 나타내는 도이다.
도 8은 페클레수(Pe)를 변화시켰을 때의 처리 공간에 있어서의 산소 농도를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 기판에 제 1 가스를 공급하는 제 1 공정과 기판에 제 1 가스와는 상이한 제 2 가스를 공급하는 제 2 공정을 가지고, 제 2 공정에 있어서의 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정하는 것이다. 페클레수(Pe)에 대해서는 후술한다. 또한 본 발명의 일실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 예를 들면 기판에 성막 처리, 에칭 처리 등의 정해진 처리를 행하는 기판 처리 장치에 적용 가능하다.
이하에서는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 기판 처리 방법을 기판 처리 장치의 일례인 플라즈마 처리 장치에 적용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
(플라즈마 처리 장치)
본 발명의 일실시 형태의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치이며, 대략 원통 형상의 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)의 내벽면은, 예를 들면 양극 산화 처리된 알루미늄에 의해 형성되어 있다. 처리 용기(12)는 접지되어 있다.
처리 용기(12)의 저부상에는 대략 원통 형상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는 예를 들면 절연 재료에 의해 형성되어 있다. 지지부(14)는 처리 용기(12) 내에 있어서 처리 용기(12)의 저부로부터 연직 방향으로 연장되어 있다. 처리 용기(12) 내에는 배치대(PD)가 마련되어 있다. 배치대(PD)는 지지부(14)에 의해 지지되어 있다.
배치대(PD)는 그 상면에 있어서 웨이퍼(W)를 유지한다. 배치대(PD)는 하부 전극(LE)과 정전 척(ESC)을 포함한다. 하부 전극(LE)은 제 1 플레이트(18a)와 제 2 플레이트(18b)를 포함한다. 제 1 플레이트(18a) 및 제 2 플레이트(18b)는 예를 들면 알루미늄 등의 금속에 의해 대략 원반 형상으로 형성되어 있다. 제 2 플레이트(18b)는 제 1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있고, 제 1 플레이트(18a)와 전기적으로 접속되어 있다.
제 2 플레이트(18b) 상에는 정전 척(ESC)이 마련되어 있다. 정전 척(ESC)은 도전막인 전극을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 가지고 있다. 정전 척(ESC)의 전극에는 직류 전원(22)이 스위치(23)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(ESC)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이에 의해, 정전 척(ESC)은 웨이퍼(W)를 유지할 수 있다.
제 2 플레이트(18b)의 주연부 상에는 웨이퍼(W)의 엣지 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭 대상의 막의 재료에 따라 선택되는 재료에 의해 형성되어 있고, 예를 들면 석영에 의해 형성되어 있다.
제 2 플레이트(18b)의 내부에는 온조(溫調) 기구로서 기능하는 냉매 유로(24)가 마련되어 있다. 냉매 유로(24)에는 처리 용기(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 거쳐 냉매가 공급되고, 냉매 유로(24)로 공급된 냉매는 배관(26b)을 거쳐 칠러 유닛으로 되돌려진다. 즉, 냉매 유로(24)에는 냉매가 순환하도록 공급된다. 또한, 냉매 유로(24)로 공급되는 냉매의 온도를 조정함으로써, 정전 척(ESC)에 의해 유지된 웨이퍼(W)의 온도가 제어된다.
플라즈마 처리 장치(10)에는 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 헬륨(He) 가스를 정전 척(ESC)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급한다.
플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 배치대(PD)의 상방에 있어서, 당해 배치대(PD)와 대향하도록 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이에는 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(A)이 형성되어 있다.
상부 전극(30)은 절연성 차폐 부재(32)를 개재하여 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(30)은 예를 들면 배치대(PD)의 상면으로부터의 연직 방향에 있어서의 거리(G)가 가변이도록 구성된다. 상부 전극(30)은 전극판(34)과 전극 지지체(36)를 포함한다. 전극판(34)은 처리 공간(A)에 면하고 있고, 전극판(34)에는 복수의 가스 토출홀(34a)이 마련되어 있다. 전극판(34)은 예를 들면 실리콘에 의해 형성되어 있다. 또한, 도 1에 나타내는 전극판(34)은 평판이지만, 외주부를 따라 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면과의 거리(G)가 짧아지는 테이퍼 형상을 가져도 된다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 가지고 있어도 된다. 전극 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)에는 가스 토출홀(34a)에 연통하는 복수의 가스 통류홀(36b)이 하방으로 연장되어 있다. 또한, 전극 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있고, 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 개재하여 가스 공급원군(40)이 접속되어 있다. 가스 공급원군(40)은 처리 가스의 공급원, 퍼지 가스의 공급원, 산소(O2) 가스의 공급원 등의 복수의 가스 공급원을 포함한다. 처리 가스는, 예를 들면 C4F6 가스, C4F8 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 플루오르카본 가스이다. 퍼지 가스는 아르곤(Ar) 가스, He 가스, 크립톤(Kr) 가스, 크세논(Xe) 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 희가스이다.
밸브군(42)은 복수의 밸브를 포함하고, 유량 제어기군(44)은 매스 플로우 컨트롤러 등의 복수의 유량 제어기를 포함한다. 가스 공급원군(40)의 복수의 가스 공급원은, 각각 밸브군(42)의 대응의 밸브 및 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기를 개재하여 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에는 처리 용기(12)의 내벽을 따라 퇴적물 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 퇴적물 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 마련되어 있다. 퇴적물 실드(46)는 에칭에 의해 발생하는 부생성물이 처리 용기(12)에 부착되는 것을 방지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 형성되어 있다.
배치대(PD)의 주위에는, 처리 용기(12) 내를 균일하게 배기하기 위하여, 다수의 배기홀을 가지는 배플판(48)이 마련되어 있다. 배플판(48)은, 예를 들면 알루미늄에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 형성되어 있다. 배플판(48)의 하방에는 배치대(PD)를 둘러싸도록 배기 공간(B)이 형성되어 있다. 즉, 배기 공간(B)은 배플판(48)을 개재하여 처리 공간(A)과 연통하고 있다. 또한, 배플판(48)은 배치대(PD)의 주위에 있어서, 연직 방향으로 이동 가능해도 된다.
처리 공간(A)은, 배기 공간(B)으로부터 배기관(52)을 개재하여 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 포함하는 배기 장치(50)와 접속되어 있다. 그리고, 배기 장치(50)에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)의 가스가 배기 공간(B)으로 배출되고, 배기관(52)을 거쳐 배기된다. 이에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)을 정해진 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 배플판(48)이 마련되어 있는 부분에 있어서의 컨덕턴스가 낮기 때문에, 배기 공간(B)은 처리 공간(A)의 압력보다 정해진 비율의 작은 압력을 가지고 있다. 정해진 비율은, 배플판(48)에 마련되어 있는 다수의 배기홀의 수, 크기 등에 따라 변화하는 것이며, 예를 들면 30% 이상으로 할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)을 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력을 발생시키는 전원이며, 27 ~ 100 MHz의 주파수, 예를 들면 40 MHz의 고주파 전력을 발생시킨다. 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 개재하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(66)는 제 1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다. 또한, 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 개재하여 상부 전극(30)에 접속되어도 된다.
제 2 고주파 전원(64)은 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전력, 즉 고주파 바이어스 전력을 발생하는 전원이며, 400 kHz ~ 13.56 MHz의 범위 내의 주파수, 예를 들면 13 MHz의 고주파 바이어스 전력을 발생시킨다. 제 2 고주파 전원(64)은 정합기(68)를 개재하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(68)는 제 2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 전원(70)을 구비하고 있다. 전원(70)은 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 전원(70)은 처리 공간(A)에 존재하는 양의 이온을 전극판(34)에 인입하기 위한 전압을 상부 전극(30)에 인가한다. 전원(70)은 예를 들면 음의 직류 전압을 발생시키는 직류 전원이다. 또한, 전원(70)은 비교적 저주파의 교류 전압을 발생시키는 교류 전원이어도 된다. 전원(70)으로부터 상부 전극에 인가되는 전압은 예를 들면 150 V 이상의 전압이다. 전원(70)으로부터 상부 전극(30)에 전압이 인가되면, 처리 공간(A)에 존재하는 양의 이온이 전극판(34)에 충돌한다. 이에 의해, 전극판(34)에서 이차 전자 및 실리콘 중 적어도 하나가 방출된다. 방출된 실리콘은 처리 공간(A)에 존재하는 불소의 활성종과 결합하여, 불소의 활성종의 양을 저감시킨다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(100)를 구비하고 있다. 제어부(100)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 제어부(100)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행할 수 있고, 또한 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한 제어부(100)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램, 또는 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장되어 있다.
(기판 처리 방법)
이어서, 본 발명의 일실시 형태의 기판 처리 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는, 가스를 치환하는 시간을 단축하는 것이 가능한, 본 발명의 제 1 실시 형태 및 제 2 실시 형태의 기판 처리 방법에 대하여, 전술한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 웨이퍼에 형성된 실리콘 산화막을 에칭하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이하의 기판 처리 방법은 제어부(100)에 의해 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부의 동작이 제어됨으로써 실행된다.
[제 1 실시 형태]
제 1 실시 형태의 기판 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 제 1 실시 형태의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 제 1 실시 형태의 기판 처리 방법은 에칭 공정(S11)과 퍼지 공정(S12)을 가진다. 에칭 공정(S11) 및 퍼지 공정(S12)은 미리 정해진 횟수에 도달할 때까지 반복하여 행해진다. 즉, 퍼지 공정(S12) 후, 정해진 횟수에 도달했는지 여부를 판정하는 판정 공정(S13)이 행해지고, 정해진 횟수에 도달했다고 판정된 경우 처리를 종료하고, 정해진 횟수에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우 에칭 공정(S11)으로 돌아온다. 또한, 정해진 횟수는 1 회여도 되고, 복수 회여도 된다.
에칭 공정(S11)에서는, 웨이퍼(W)에 플루오르카본 가스와 희가스를 포함하는 처리 가스를 플라즈마화하여 공급한다. 에칭 공정(S11)에서는, 처리 가스가 여기됨으로써 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 웨이퍼(W)가 노출된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)에 형성된 실리콘 산화막이 에칭된다. 또한 에칭 공정(S11)에서는, 플루오르카본 가스를 포함하는 퇴적물이 실리콘 산화막 상에 퇴적된다. 플루오르카본 가스는 예를 들면 C4F6 가스 및 C4F8 가스 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 희가스는, 예를 들면 Ar 가스, He 가스, Kr 가스 및 Xe 가스 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
구체적으로, 가스 공급원군(40)으로부터 처리 가스를 처리 용기(12) 내로 공급하고, 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)으로부터의 고주파 전력을 하부 전극(LE)으로 공급하고, 배기 장치(50)에 의해 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)의 압력을 정해진 압력으로 조정한다. 또한, 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 정해진 간격으로 조정한다. 이에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 배치대(PD) 상에 배치된 웨이퍼(W)가 플라즈마에 노출된다. 또한 에칭 공정(S11)에서는, 상부 전극(30)에 전원(70)으로부터의 전압을 인가해도 된다.
퍼지 공정(S12)에서는, 웨이퍼(W)에 퍼지 가스를 공급한다. 이에 의해, 에칭 공정(S11)에 있어서 처리 용기(12) 내로 공급되어 처리 공간(A)에 잔존하는 처리 가스를 퍼지 가스로 치환한다. 퍼지 가스는, 예를 들면 에칭 공정(S11)에서 이용되는 희가스여도 되고, 상이한 가스여도 된다.
구체적으로, 가스 공급원군(40)으로부터 퍼지 가스를 처리 용기(12) 내로 공급하면서, 배기 장치(50)에 의해 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)에 잔존하는 처리 가스를 퍼지 가스와 함께 배기한다. 이에 의해, 에칭 공정(S11)에 있어서 처리 용기(12) 내로 공급되어 처리 공간(A)에 잔존하는 처리 가스가 배기되고, 처리 공간(A)이 퍼지 가스로 치환된다.
또한 퍼지 공정(S12)에서는, 에칭 공정(S11)에 있어서 처리 용기(12) 내로 공급되는 처리 가스에 포함되는 희가스 이외의 가스의 공급을 정지함으로써, 처리 용기(12) 내로 희가스를 공급해도 된다. 즉, 에칭 공정(S11)으로부터 퍼지 공정(S12)으로 전환할 시, 희가스의 공급을 정지하지 않고 처리 용기(12) 내로 연속하여 희가스를 공급해도 된다. 이 경우, 에칭 공정(S11)에 있어서 처리 용기(12) 내로 공급되는 희가스의 유량과 동일해도 되고, 상이해도 된다.
이 때, 도 3에 나타나는 바와 같이, 처리 공간(A)의 웨이퍼(W)가 마련되어 있는 영역(이하 '영역(A1)'이라고 함)으로부터 처리 공간(A)의 배기 공간(B)측의 영역(이하 '영역(A2)'이라고 함)으로 배기된 처리 가스의 일부가, 영역(A1)으로 역류하는 경우가 있다. 이와 같이 처리 가스의 역류가 발생하면, 영역(A1)에 잔존하는 처리 가스를 퍼지 가스로 치환하는 시간이 길어진다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 형성된 실리콘 산화막을 정해진 양만큼 에칭하는 시간이 길어진다. 또한, 도 3은 가스의 흐름을 설명하기 위한 도이다.
따라서 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)에 처리 가스를 공급하는 에칭 공정(S11)과 웨이퍼(W)에 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 공정(S12)을 가지고, 퍼지 공정(S12)에 있어서 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정한다.
페클레수(Pe)에 대하여 설명한다. 복수의 가스 토출홀(34a)로부터 상부 전극(30)과 배치대(PD) 사이의 공간으로 가스가 공급되면, 가스는 배기 방향(배기 장치(50)가 접속되어 있는 방향)으로 확산되면서 흐른다. '확산'과 '흐름'에 따라 수송되는 가스 성분(예를 들면, 라디칼)의 농도 분포는 장치 구성, 처리 조건 등에 의해, '확산'과 '흐름' 어느 쪽의 인자에 의존하고 있는지가 상이하다. '확산'과' 흐름' 어느 쪽의 인자에 어느 정도 의존하고 있는지를 정성적(定性的)으로 나타내는 무차원 수로서 페클레수(Pe)가 알려져 있다.
길이(x)(m)가 x = 0부터 x = L까지의 사이의 페클레수(Pe)는, 가스의 유속(u)(m/s)과 제 2 가스에 대한 제 1 가스의 확산 계수(D)(m2/s)를 이용하여, 하기의 수식 (1)로 나타내진다.
[수 1]
Figure pat00002
또한, 가스의 유속(u)은 가스의 공급 유량(Q)(Torr·m3/s), 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x))(m2), 처리 공간(A)의 압력(P)(Torr)을 이용하여, 하기의 수식 (2)로 나타내진다.
[수 2]
Figure pat00003
또한, 수식 (1) 및 수식 (2)에 의해, 페클레수(Pe)는 하기의 수식 (3)으로 나타내진다.
[수 3]
Figure pat00004
그런데, 페클레수(Pe)는 1을 경계로하여, Pe가 1보다 작은 경우, 가스의 수송은 '확산'이 지배적이라고 여겨지고, Pe가 1보다 큰 경우, 가스의 수송은 '흐름'이 지배적이라고 여겨진다.
본 실시 형태에서는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 단부로부터 처리 공간(A)과 배기 공간(B)과의 경계까지의 거리를 L, 퍼지 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적을 S(x), 퍼지 가스의 공급 유량을 Q, 처리 공간(A)의 압력을 P, 퍼지 가스에 대한 처리 가스의 확산 계수를 D로 했을 때, 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정한다. 환언하면, 도 4에 나타나는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 단부로부터 배기 공간(B)을 향하는 방향에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부로부터의 거리를 L1으로 하면, 페클레수(Pe)가 1이 되는 L1이 L보다 작아지도록 정해진 처리 조건을 조정한다. 또한, 도 4는 가스의 흐름을 설명하기 위한 도이다.
정해진 처리 조건은, 퍼지 공정(S12)에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부로부터 처리 공간(A)과 배기 공간(B)과의 경계까지의 거리(L), 퍼지 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x)) 및 퍼지 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나이다. 웨이퍼(W)의 단부로부터 처리 공간(A)과 배기 공간(B)과의 경계까지의 거리(L)는, 예를 들면 배플판(48)을 연직 방향으로 이동시킴으로써 조정할 수 있다. 퍼지 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x))은, S(x)를 획정하기 위한 처리 용기(12)의 형상, 예를 들면 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 제어함으로써 조정할 수 있다. 퍼지 가스의 공급 유량(Q)은, 예를 들면 유량 제어기군(44)의 퍼지 가스에 대응하는 유량 제어기를 제어함으로써 조정할 수 있다.
이에 의해, 처리 공간(A)에 있어서, 가스의 수송은 '확산'보다 ‘흐름’이 지배적이게 되기 때문에, 영역(A1)으로부터 영역(A2)으로 배기된 처리 가스의 일부가, 영역(A1)으로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 배플판(48)을 통과하여 배기 공간(B)에 도달한 처리 가스는, 배기 공간(B)으로부터 처리 공간(A)으로 역류하는 경우는 거의 없다. 이는, 배기 공간(B)이, 처리 공간(A)의 압력보다 정해진 비율의 작은 압력을 가지고 있기 때문이다. 정해진 비율로서는, 예를 들면 30% 이상으로 할 수 있다.
또한, 페클레수(Pe)가 1이 되는 경우의 웨이퍼(W)의 단부로부터의 거리(L1)와 웨이퍼(W)의 반경과의 합이 배치대(PD)의 반경보다 작아지도록, 정해진 처리 조건을 조정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 영역(A1)으로부터 영역(A2)으로 배기된 처리 가스의 일부가 영역(A1)으로 역류하는 것을 특히 억제할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 방법에서는, 배기 공간(B)으로부터 처리 공간(A)으로의 가스의 역류를 억제할 수 있고, 또한 영역(A2)으로부터 영역(A1)으로의 가스의 역류를 억제할 수 있다. 이 때문에, 영역(A1)에 잔존하는 처리 가스를 퍼지 가스로 치환하는 시간을 단축할 수 있다.
[제 2 실시 형태]
제 2 실시 형태의 기판 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 5는 제 2 실시 형태의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5에 나타나는 바와 같이, 제 2 실시 형태의 기판 처리 방법은 제 1 에칭 공정(S21)과 제 1 퍼지 공정(S22)과 제 2 에칭 공정(S23)과 제 2 퍼지 공정(S24)을 가진다. 제 1 에칭 공정(S21), 제 1 퍼지 공정(S22), 제 2 에칭 공정(S23) 및 제 2 퍼지 공정(S24)은, 미리 정해진 횟수에 도달할 때까지 반복하여 행해진다. 즉, 제 2 퍼지 공정(S24) 후, 정해진 횟수에 도달했는지 여부를 판정하는 판정 공정(S25)이 행해지고, 정해진 횟수에 도달했다고 판정된 경우, 처리를 종료하고, 정해진 횟수에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우, 제 1 에칭 공정(S21)으로 돌아온다. 또한, 정해진 횟수는 1 회여도 되고, 복수 회여도 된다.
제 1 에칭 공정(S21) 및 제 1 퍼지 공정(S22)은 각각 제 1 실시 형태의 에칭 공정(S11) 및 퍼지 공정(S12)과 동일하게 할 수 있다.
제 2 에칭 공정(S23)에서는, 웨이퍼(W)에 O2 가스와 희가스를 포함하는 제 2 처리 가스를 플라즈마화하여 공급한다. 제 2 에칭 공정(S23)에서는, 제 2 처리 가스가 여기됨으로써 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마에 웨이퍼(W)가 노출된다. 이에 의해, 희가스 원자의 활성종, 예를 들면 희가스 원자의 이온이, 제 1 에칭 공정(S21)에서 퇴적된 퇴적물에 충돌한다. 이에 의해, 퇴적물에 포함되는 플루오르카본 라디칼이 에칭을 진행시킨다. 또한, 퇴적물의 막 두께가 감소한다. 희가스는 제 1 에칭 공정(S21)에서 이용되는 희가스여도 되고, 상이한 가스여도 된다.
구체적으로, 가스 공급원군(40)으로부터 제 2 처리 가스를 처리 용기(12) 내로 공급하고, 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)으로부터의 고주파 전력을 하부 전극(LE)으로 공급하고, 배기 장치(50)에 의해 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)의 압력을 정해진 압력으로 조정한다. 또한, 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 정해진 간격으로 조정한다. 이에 의해, 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)에 있어서 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 배치대(PD) 상에 배치된 웨이퍼(W)가 플라즈마에 노출된다. 또한 제 2 에칭 공정(S23)에서는, 상부 전극(30)에 전원(70)으로부터의 전압을 인가해도 된다.
제 2 퍼지 공정(S24)에서는, 웨이퍼(W)에 제 2 퍼지 가스를 공급한다. 이에 의해, 제 2 에칭 공정(S23)에 있어서 처리 용기(12) 내로 공급되고, 처리 공간(A)에 잔존하는 제 2 처리 가스를 제 2 퍼지 가스로 치환한다. 제 2 퍼지 가스는 제 1 퍼지 가스와 동일한 가스여도 되고, 상이한 가스여도 된다.
구체적으로, 가스 공급원군(40)으로부터 제 2 퍼지 가스를 처리 용기(12) 내로 공급하면서, 배기 장치(50)에 의해 처리 용기(12) 내의 처리 공간(A)에 잔존하는 제 2 처리 가스를 제 2 퍼지 가스와 함께 배기한다. 이에 의해, 제 2 에칭 공정(S23)에 있어서 처리 용기(12) 내로 공급되어 처리 공간(A)에 잔존하는 제 2 처리 가스가 배기되고, 처리 공간(A)이 제 2 퍼지 가스로 치환된다.
본 실시 형태에서는, 제 1 퍼지 공정(S22)에 있어서, 영역(A1)으로부터 영역(A2)으로 배기된 제 1 처리 가스의 일부가 영역(A1)으로 역류하는 경우가 있다. 또한, 제 2 퍼지 공정(S24)에 있어서, 영역(A1)으로부터 영역(A2)으로 배기된 제 2 처리 가스의 일부가 영역(A1)으로 역류하는 경우가 있다.
이와 같이 처리 가스(제 1 처리 가스, 제 2 처리 가스)의 역류가 발생하면, 영역(A1)에 잔존하는 처리 가스를 퍼지 가스로 치환하는 시간이 길어진다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 형성된 실리콘 산화막을 정해진 양만큼 에칭하는 시간이 길어진다.
따라서 본 실시 형태에서는, 제 1 퍼지 공정(S22) 및 제 2 퍼지 공정(S24)에 있어서, 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정한다.
제 1 퍼지 공정(S22)에 있어서의 정해진 처리 조건은, 제 1 실시 형태에 있어서의 정해진 처리 조건과 동일하게 할 수 있다.
제 2 퍼지 공정(S24)에 있어서의 정해진 처리 조건은, 제 2 퍼지 공정(S24)에 있어서의 웨이퍼(W)의 단부로부터 처리 공간(A)과 배기 공간(B)과의 경계까지의 거리(L)와, 제 2 퍼지 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x))과, 제 2 퍼지 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나이다. 웨이퍼(W)의 단부로부터 처리 공간(A)과 배기 공간(B)과의 경계까지의 거리(L)는, 예를 들면 배플판(48)을 연직 방향으로 이동시킴으로써 조정할 수 있다. 제 2 퍼지 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x))은, 예를 들면 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 제어함으로써 조정할 수 있다. 제 2 퍼지 가스의 공급 유량(Q)은, 예를 들면 유량 제어기군(44)의 제 2 퍼지 가스에 대응하는 유량 제어기를 제어함으로써 조정할 수 있다.
이에 의해, 처리 공간(A)에 있어서, 가스의 수송은 '확산'보다 ‘흐름’이 지배적이게 되기 때문에, 영역(A1)으로부터 영역(A2)으로 배기된 제 2 처리 가스의 일부가 영역(A1)으로 역류하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 배플판(48)을 통과하여 배기 공간(B)에 도달한 제 2 처리 가스는 배기 공간(B)으로부터 처리 공간(A)으로 역류하는 경우는 거의 없다. 이는 배기 공간(B)이 처리 공간(A)의 압력보다 정해진 비율의 작은 압력을 가지고 있기 때문이다. 정해진 비율로서는, 예를 들면 30% 이상으로 할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 방법에서는, 배기 공간(B)으로부터 처리 공간(A)으로의 가스의 역류를 억제할 수 있고, 또한 영역(A2)으로부터 영역(A1)으로의 가스의 역류를 억제할 수 있다. 이 때문에, 영역(A1)에 잔존하는 제 1 처리 가스를 제 1 퍼지 가스로 치환하는 시간 및 영역(A1)에 잔존하는 제 2 처리 가스를 제 2 퍼지 가스로 치환하는 시간을 단축할 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 제 1 퍼지 공정(S22) 및 제 2 퍼지 공정(S24)에 있어서 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 어느 일방의 퍼지 공정에만 있어서 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정해도 된다.
[제 3 실시 형태]
제 3 실시 형태의 기판 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 제 3 실시 형태의 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 연속 플라즈마를 사용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 제 3 실시 형태의 기판 처리 방법은 제 1 퍼지 공정(S22)과 제 2 퍼지 공정(S24)을 가지고 있지 않은 점에서, 제 2 실시 형태의 기판 처리 방법과 상이하다. 즉, 제 3 실시 형태의 기판 처리 방법은 제 1 에칭 공정(S31)과 제 2 에칭 공정(S32)을 가진다. 제 1 에칭 공정(S31) 및 제 2 에칭 공정(S32)은 미리 정해진 횟수에 도달할 때까지 반복하여 행해진다. 즉, 제 2 에칭 공정(S32) 후, 정해진 횟수에 도달했는지 여부를 판정하는 판정 공정(S33)이 행해지고, 정해진 횟수에 도달했다고 판정된 경우, 처리를 종료하고, 정해진 횟수에 도달하고 있지 않다고 판정된 경우, 제 1 에칭 공정(S31)으로 돌아온다. 또한, 정해진 횟수는 1회여도 되고, 복수 회여도 된다.
제 3 실시 형태에서는, 제 2 에칭 공정(S32)에 있어서, 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정한다. 이에 의해, 영역(A1)에 잔존하는 제 1 처리 가스를 제 2 처리 가스로 치환하는 시간을 단축할 수 있다. 이 때문에, 제 1 에칭 공정(S31)으로부터 제 2 에칭 공정(S32)으로 전환하는 과도 시간에 발생하는 프로세스의 불안정성을 개선할 수 있다.
또한 제 3 실시 형태에서는, 제 1 에칭 공정(S31)에 있어서, 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정해도 된다. 이에 의해, 영역(A1)에 잔존하는 제 2 처리 가스를 제 1 처리 가스로 치환하는 시간을 단축할 수 있다. 이 때문에, 제 2 에칭 공정(S32)으로부터 제 1 에칭 공정(S31)으로 전환하는 과도 시간에 발생하는 프로세스의 불안정성을 개선할 수 있다.
(시뮬레이션 결과)
이어서, 본 발명의 효과를 나타내는 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다.
본 시뮬레이션에서는, 퍼지 공정에 있어서, 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정했을 때, 영역(A2)에 잔존하는 O2 가스의 영역(A1)으로의 역류가 억제되는지를 확인했다.
도 7은 페클레수(Pe)를 변화시켰을 때의 처리 공간에 있어서의 산소 농도를 나타내는 도이다. 구체적으로, 도 7은 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 40 mm, 처리 공간(A)의 압력을 50 mTorr(6.7 Pa)로 한 경우에, 영역(A1)에 Ar 가스를 공급하고, 영역(A2)에 O2 가스를 공급했을 때의 산소 농도를 나타내고 있다. 또한, O2 가스는 처리 가스의 일례이며, Ar 가스는 퍼지 가스의 일례이다. 또한, 유사하게 영역(A2)에 O2 가스가 잔존하고 있는 상태를 형성하기 위하여, 영역(A2)에 O2 가스를 공급하고 있다.
도 7의 (a)는 Ar 가스의 유량이 100 sccm, O2 가스의 유량이 1 sccm, 페클레수(Pe)가 0.14인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 도 7의 (b)는 Ar 가스의 유량이 500 sccm, O2 가스의 유량이 5 sccm, 페클레수(Pe)가 0.68인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 도 7의 (c)는 Ar 가스의 유량이 1000 sccm, O2 가스의 유량이 10 sccm, 페클레수(Pe)가 1.36인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 도 7의 (d)는 Ar 가스의 유량이 2000 sccm, O2 가스의 유량이 20 sccm, 페클레수(Pe)가 2.71인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 또한, 페클레수(Pe)는 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 값이다.
도 7의 (c) 및 도 7의 (d)에 나타나는 바와 같이, 페클레수(Pe)가 1보다 큰 경우, 영역(A1)에 있어서의 O2 가스의 농도가 작은 것을 알 수 있다. 즉, 영역(A2)으로부터 영역(A1)으로 O2 가스가 거의 역류하고 있지 않다고 상정된다. 따라서, 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 영역(A1)에 공급하는 Ar 가스의 유량을 조정함으로써, O2 가스의 역류를 억제할 수 있다. 그 결과, 가스를 치환하는 시간을 단축할 수 있다.
이에 대하여, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 나타나는 바와 같이, 페클레수(Pe)가 1보다 작은 경우, 영역(A1)에 있어서의 O2 가스의 농도가, 영역(A2)에 가까워짐에 따라 커지고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 영역(A2)으로부터 영역(A1)으로 O2 가스가 역류하고 있다고 상정된다.
도 8은 페클레수(Pe)를 변화시켰을 때의 처리 공간에 있어서의 산소 농도를 나타내는 도이다. 구체적으로, 도 8은 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 90 mm, 처리 공간(A)의 압력을 50 mTorr(6.7 Pa)로 한 경우에, 영역(A1)에 Ar 가스를 공급하고, 영역(A2)에 O2 가스를 공급했을 때의 산소 농도를 나타내고 있다. 또한, O2 가스는 처리 가스의 일례이며, Ar 가스는 퍼지 가스의 일례이다. 또한, 유사하게 영역(A2)에 O2 가스가 잔존하고 있는 상태를 형성하기 위하여, 영역(A2)에 O2 가스를 공급하고 있다.
도 8의 (a)는 Ar 가스의 유량이 200 sccm, O2 가스의 유량이 2 sccm, 페클레수(Pe)가 0.14인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 도 8의 (b)는 Ar 가스의 유량이 1000 sccm, O2 가스의 유량이 10 sccm, 페클레수(Pe)가 0.71인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 도 8의 (c)는 Ar 가스의 유량이 2000 sccm, O2 가스의 유량이 20 sccm, 페클레수(Pe)가 1.43인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 도 8의 (d)는 Ar 가스의 유량이 4000 sccm, O2 가스의 유량이 40 sccm, 페클레수(Pe)가 2.86인 경우의 처리 공간(A)에 있어서의 산소 농도의 분포를 나타내고 있다. 또한, 페클레수(Pe)는 전술한 수식 (3)에 의해 산출되는 값이다.
도 8의 (c) 및 도 8의 (d)에 나타나는 바와 같이, 페클레수(Pe)가 1보다 큰 경우, 영역(A1)에 있어서의 O2 가스의 농도가 작은 것을 알 수 있다. 즉, 영역(A2)으로부터 영역(A1)으로 O2 가스가 거의 역류하고 있지 않다고 상정된다. 따라서, 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 영역(A1)에 공급하는 Ar 가스의 유량을 조정함으로써, O2 가스의 역류를 억제할 수 있다. 그 결과, 가스를 치환하는 시간을 단축할 수 있다.
이에 대하여, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타나는 바와 같이, 페클레수(Pe)가 1보다 작은 경우, 영역(A1)에 있어서의 O2 가스의 농도가, 영역(A2)에 가까워짐에 따라 커지고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 영역(A2)으로부터 영역(A1)으로 O2 가스가 역류하고 있다고 상정된다.
이상에 설명한 바와 같이, 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 영역(A1)에 공급하는 Ar 가스의 유량 및 상부 전극(30)과 배치대(PD)의 상면 간의 거리(G)를 조정함으로써, O2 가스의 역류를 억제할 수 있다. 그 결과, O2 가스를 Ar 가스로 치환하는 시간을 단축할 수 있다.
또한 상기의 각 실시 형태에 있어서, 웨이퍼(W)는 기판의 일례이다. 처리 가스 및 제 1 처리 가스는 제 1 가스의 일례이며, 퍼지 가스 및 제 1 퍼지 가스는 제 2 가스의 일례이며, 제 2 처리 가스는 제 3 가스의 일례이며, 제 2 퍼지 가스는 제 4 가스의 일례이다. 에칭 공정(S11) 및 제 1 에칭 공정(S21)은 제 1 공정의 일례이며, 퍼지 공정(S12) 및 제 1 퍼지 공정(S22)은 제 2 공정의 일례이다. 제 2 에칭 공정(S23)은 제 3 공정의 일례이며, 제 2 퍼지 공정(S24)은 제 4 공정의 일례이다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정의 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 각종 변형·변경이 가능하다.
상기의 실시 형태에서는, 에칭 가스로서 플루오르카본 가스를 이용하여, 절연막을 에칭하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 에칭 가스는 웨이퍼(W)에 형성된 에칭 대상의 막의 종류에 따라 선택할 수 있다. 에칭 가스로서는, 예를 들면 플루오르 하이드로 카본 가스, NF3, SF6, 희가스, 질소(N2) 가스, O2 가스, 수소(H2) 가스, 취소 함유 가스, 염소 함유 가스, 옥소 함유 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용해도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 처리 가스가 Ar 가스 등의 희가스를 포함하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 N2 가스, O2 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용해도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)에 형성된 정해진 막을 에칭하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 웨이퍼(W)에 정해진 막을 성막하는 것이어도 된다. 웨이퍼(W)에 정해진 막을 성막하는 경우, 처리 가스로서는, 에칭 가스 대신에 성막 가스를 이용하면 된다. 성막 가스는 웨이퍼(W)에 성막하는 막의 종류에 따라 선택할 수 있다. 성막 가스로서는, 예를 들면 TEOS 가스, 실릴아민계 가스, 클로로실란 가스, 희가스, 암모니아(NH3) 가스, N2 가스, O2 가스, H2 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용해도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 퍼지 가스로서 Ar 가스 등의 희가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 N2 가스, O2 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 이용해도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 에칭 공정과 퍼지 공정을 교호로 반복하여 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 상이한 종류의 가스를 차례로 공급하는 것이면 된다. 예를 들면, 성막 공정, 퍼지 공정, 에칭 공정 및 퍼지 공정을 차례로 행하는 것이어도 된다. 이 경우, 성막 공정 후의 퍼지 공정에 있어서 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정해도 되고, 에칭 공정 후의 퍼지 공정에 있어서 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정해도 된다. 또한, 성막 공정 후의 퍼지 공정 및 에칭 공정 후의 퍼지 공정에 있어서 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정해도 된다. 또한, 성막 공정과 에칭 공정을 교호로 반복하여 행해도 된다. 이 경우, 성막 공정 후의 에칭 공정에 있어서, 혹은 에칭 공정 후의 성막 공정에 있어서, 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록 정해진 처리 조건을 조정해도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 처리 가스를 플라즈마화하여 웨이퍼(W)에 공급하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 처리 가스를 플라즈마화하지 않고 웨이퍼(W)에 공급해도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 배기 공간(B)이 배플판(48)을 개재하여 처리 공간(A)과 연통하고 있는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 배기 공간(B)은 처리 공간(A)과 연통하여 처리 공간(A)의 압력보다 정해진 비율 작은 압력을 가지는 공간이면 된다. 배기 공간(B)은, 예를 들면 배플판(48) 대신에 가변식 버터플라이 밸브인 APC(Automatic Pressure Control) 밸브를 개재하여 처리 공간(A)과 연통하는 것이어도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 장치로서 용량 결합형 플라즈마 장치를 이용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 유도 결합형 플라즈마 장치, 마이크로파 플라즈마 장치여도 된다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
34a : 가스 토출홀
48 : 배플판
50 : 배기 장치
PD : 배치대
A : 처리 공간
B : 배기 공간
W : 웨이퍼

Claims (11)

  1. 처리 용기 내에 있어서 기판에 가스를 공급하여 정해진 처리를 행하는 처리 공간과, 상기 처리 공간과 연통하고 상기 처리 공간의 압력보다 정해진 비율의 작은 압력을 가지는 배기 공간을 가지는 기판 처리 장치에 있어서의 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판에 제 1 가스를 공급하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후, 상기 기판에 상기 제 1 가스와는 상이한 제 2 가스를 공급하는 제 2 공정
    을 가지고,
    상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리를 L, 상기 제 2 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적을 S(x), 상기 제 2 가스의 공급 유량을 Q, 상기 처리 공간의 압력을 P, 상기 제 2 가스에 대한 상기 제 1 가스의 확산 계수를 D로 했을 때,
    하기의 수식 (3)에 의해 산출되는 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록, 상기 제 2 공정에 있어서의 상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리(L), 상기 제 2 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x)) 및 상기 제 2 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
    [수 3]
    Figure pat00005
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정해진 비율이 30% 이상인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 제 1 가스를 플라즈마화하여 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에 있어서, 상기 제 2 가스를 플라즈마화하여 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,,
    상기 기판은 배치대에 배치되어 있고,
    상기 페클레수(Pe)가 1이 되는 경우의 상기 기판의 단부로부터 상기 배기 공간으로 향하는 방향으로의 거리를 L1으로 했을 때,
    상기 기판의 반경과 상기 거리(L1)와의 합이 상기 배치대의 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정이 반복하여 행해지고,
    상기 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록, 상기 제 1 공정에 있어서의 상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리(L), 상기 제 1 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x)) 및 상기 제 1 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 에칭 가스를 포함하고, 상기 제 2 가스는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스를 더 포함하고,
    상기 제 2 공정에 있어서 상기 기판에 공급되는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스의 유량이, 상기 제 1 공정에 있어서 상기 기판에 공급되는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스의 유량과 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 성막 가스를 포함하고, 상기 제 2 가스는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스를 더 포함하고,
    상기 제 2 공정에 있어서 상기 기판에 공급되는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스의 유량이, 상기 제 1 공정에 있어서 상기 기판에 공급되는 희가스, O2 가스, N2 가스 중 적어도 하나의 가스의 유량과 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 공정 후, 상기 기판에 제 3 가스를 공급하는 제 3 공정과,
    상기 제 3 공정 후, 상기 기판에 상기 제 3 가스와는 상이한 제 4 가스를 공급하는 제 4 공정
    을 가지고,
    상기 페클레수(Pe)가 1보다 커지도록, 상기 제 4 공정에 있어서의 상기 기판의 단부로부터 상기 처리 공간과 상기 배기 공간과의 경계까지의 거리(L)와, 상기 제 4 가스의 흐름에 수직이 되는 공간 단면적(S(x))과, 상기 제 4 가스의 공급 유량(Q) 중 적어도 어느 하나를 조정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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