KR20210124173A - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공하기 위해, 진공 용기 내부에 배치되고 내측에 처리 대상의 웨이퍼가 배치되는 처리실과, 상기 진공 용기에 연결되어 상기 처리실과 연통(連通)하고 당해 처리실 내에 부착성을 가진 처리용 가스를 공급하는 처리 가스 공급 라인과, 배기 펌프에 접속되어 상기 처리실과 연통하는 처리실 배기 라인과 상기 가스 공급 라인을 연결하여 이들을 연통하는 상기 처리용 가스의 가스 배기 라인을 구비하고, 상기 웨이퍼를 에칭하는 1개의 처리 공정과 다음의 당해 처리 공정끼리의 사이에 상기 처리실에의 상기 처리용 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 가스 공급 라인 내의 상기 처리용 가스를 상기 가스 배기 라인 및 상기 처리실 배기 라인을 통해 배기하는 공정을 행한다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 발명은, 용기 내부에 배치한 반도체 웨이퍼 등의 기판 형상의 시료를 처리실 내에 공급한 처리용 가스를 이용하여 형성한 플라스마를 이용하여 처리해서 반도체 디바이스를 제조하는 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 특히 원료인 액을 기화(氣化)해서 얻어진 처리용 가스를 공급하여 시료를 처리하는 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
최근 디바이스의 고(高)집적화가 진행되어, 원자층 레벨에서의 가공 기술이 요구되고 있다. 해마다 디바이스 구조의 복잡화, 디바이스 구조의 미세화 및 디바이스 구조의 고(高)어스펙트화가 진행됨으로써, 고어스펙트 구조의 소부(疎部)와 밀부(密部)의 CD 치수 컨트롤이나 깊이 컨트롤이 키(key)의 기술이 되고 있다.
종래에는, 소밀차를 컨트롤하기 위해 에칭 챔버 내에서 플라스마를 생성해 에칭과 퇴적막의 조정을 행하고 있었지만, 고어스펙트의 패턴에서의 피복성(Step Coverage)이 나빠지는 과제가 현재화(顯在化)하게 되었다. 이 과제에 대해, 피복성이 좋은 성막이 가능한 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition: ALD, 이하, ALD라고 칭함)의 사용이 검토되어지고 있다.
목적으로 하는 막 물질에 따라 원료가 되는 전구체 가스가 다르지만, 성막 기판 표면에 원자 단위 상당으로 전구체 가스를 캐리어 가스와 함께 주기적으로 공급하여 기판 표면에 물리 흡착시켜, 원자 1층분의 막을 성막하는 것이 가능해진다. 고어스펙트 구조에 있어서도 균일하고 고정밀도의 막두께 제어를 행할 수 있는 유효한 수단의 하나인 것이 알려져 있다.
ALD에서 이용되는 전구체 가스는, 예를 들면, 비스디에틸아미노실란(BDEAS)이 이용되고, 성질로서 암모니아에 가깝기 때문에, 지연성(支燃性) 가스와의 혼합은 피할 필요가 있다. 이 때문에, 균일한 성막이 가능한 ALD 기구를 구비한 진공 처리 장치에 있어서는, 안전성에 입각한 가스 밸브의 하드 인터로크를 갖는 가스 공급 수단을 구비할 필요성이 있다.
이러한 기술로서는, 종래부터, 예를 들면 일본국 특개2019-110215호 공보(특허문헌 1)가 알려져 있었다. 본 종래기술은, 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼를 처리실 내부에 형성한 플라스마를 이용하여 처리하는 플라스마 처리 장치로서, 처리실의 상부에 배치된 샤워 플레이트를 경유하여 플라스마 생성용의 제1 가스가 흐르는 제1 가스 공급 라인과 처리실 내에 샤워 플레이트를 통과시키지 않고 플라스마 생성용의 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급 라인을 구비하고, 제2 가스 공급 라인에는, 퇴적성을 갖는 전구체 가스가 흐르는 제3 가스 공급 라인이 접속된 것이 개시되어 있다. 또한, 제2 가스 공급 라인 상에는, 전구체 가스가 제2 가스 공급 라인의 상류측으로 흐르지 않도록 폐색(閉塞) 가능한 밸브가 배치되고, 당해 밸브를 적절히 개폐함으로써 처리용 가스와 전구체 가스를 안정적으로 처리실에 공급할 수 있는 기술이 개시되어 있다.
일본국 특개2019-110215호 공보
그러나, 상기 종래의 기술에서는, 다음의 점에 대해서 충분한 고려가 되어 있지 않았기 때문에, 문제가 생기고 있었다.
즉, 상기 종래기술의 원자층 퇴적(ALD) 프로세스는, 퇴적성을 가진 흡착종을 형성하는 전구체 가스를 처리실 내에 공급함으로써, 반도체 웨이퍼 및 처리실 내부에 배치된 부재의 표면에 물리 흡착에 의한 분자층을 형성시키는 공정을 갖고 있다. 그러나, 본 종래기술에서는, 전구체 가스를 공급하는 처리의 공정(스텝)끼리의 사이에 있어서, 전구체 가스 공급부로부터 진공 처리 장치 내에 전구체 가스를 공급하는 가스 라인 내에 체류하고 있는 전구체 가스가, 가스 라인의 내부 표면에 부착되어 버린다는 현상이 생겨 버린다.
당해 전구체 가스는 원료인 액체로부터 기화되어 생성된 반응성이 높은 가스이기 때문에, 공급용 가스 라인에 부착된 채로 잔류한 가스의 입자는 증기의 상태로부터 액화해 버려, 가스 라인을 구성하는 부재 표면의 재료와 화학 반응을 일으켜서 생성된 생성물이, 전구체 가스를 처리실 내에 공급하여 행해지는 이후의 스텝에 있어서 처리실 내에 아울러 공급되고 웨이퍼에 대해 부착되어 이물이 되어 버려, 처리의 수율이 손상되고 있었다는 문제가 생기고 있었다.
본 발명의 목적은, 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치되고 내측에 처리 대상의 웨이퍼가 배치되는 처리실과, 상기 진공 용기에 연결되어 상기 처리실과 연통(連通)하고 당해 처리실 내에 부착성을 가진 처리용 가스를 공급하는 처리 가스 공급 라인과, 배기 펌프에 접속되어 상기 처리실과 연통하는 처리실 배기 라인과 상기 가스 공급 라인을 연결하여 이들을 연통하는 상기 처리용 가스의 가스 배기 라인을 구비하고, 상기 웨이퍼를 에칭하는 1개의 처리 공정과 다음의 당해 처리 공정끼리의 사이에 상기 처리실에의 상기 처리용 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 가스 공급 라인 내의 상기 처리용 가스를 상기 가스 배기 라인 및 상기 처리실 배기 라인을 통해 배기하는 공정을 행하는 기능을 구비한 플라스마 처리 장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 목적은, 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내측에 처리 대상의 웨이퍼를 배치하고 당해 처리실 내에 에칭용 가스를 공급하여 상기 웨이퍼를 처리하는 에칭 처리 공정과, 당해 에칭 처리 공정 후에 상기 처리실 내에 부착성을 가진 성막용 가스를 공급하여 상기 웨이퍼 상에 막을 형성하는 성막 공정을 행하는 플라스마 처리 방법으로서, 상기 1개의 에칭 처리 공정과 다음의 당해 에칭 처리 공정끼리의 사이에, 상기 에칭용 가스의 공급을 정지한 상태에서, 상기 진공 용기에 연결되어 상기 처리실과 연통한 상기 성막용 가스가 흐르는 성막 가스 공급 라인 내의 가스를, 배기 펌프에 접속되어 상기 처리실과 연통하는 처리실 배기 라인과 상기 성막 가스 공급 라인을 연결하여 이들을 연통하는 성막 가스 배기 라인 및 상기 처리실 배기 라인을 통해 배기하는 배기 공정을 구비한 것에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 수율을 향상시킨 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전체 구성의 개략을 나타내는 종단면도.
도 2는 도 1에 나타내는 실시예의 가스 공급부의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 반도체 웨이퍼의 처리 중의 동작의 흐름의 일례를 나타내는 타임 차트.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 처리 전 고진공 배기의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 에칭 처리의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 ALD(원자층 퇴적)의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 7은 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 Ox 방전의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 8은 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 처리 후 러핑(roughing) 배기의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면.
이하, 도면을 이용하여 본원 발명의 실시형태를 설명한다.
실시예 1
도 1 내지 도 8을 이용하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 전체 구성의 개략을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 1에 나타내는 본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치(100)는, 크게 나누어, 전자파 공급부(101)와 진공 처리부(102)와 배기부(103)와 가스 공급부(104)를 갖고 있다. 전자파 공급부(101)는, 전계와 자계를 형성하여 이들 특정의 공진인 전자 사이클로트론 공명(Electron CyclotronResonance: ECR)에 의해 전계와 자계를 상호작용시켜 플라스마를 생성하는 부분이며, 진공 처리부(102)는, 감압된 압력 하에서 웨이퍼 등의 시료를 플라스마와 특정의 가스에 의해 에칭을 행하는 부분이며, 배기부(103)는, 진공 처리부(102) 내를 감압 및 배기하는 부분이며, 가스 공급부(104)는, 진공 처리부(102) 내에 배치된 시료를 에칭하기 위한 가스를 진공 처리부(102)에 공급하는 부분이다.
본 실시예에 따른 플라스마 처리 장치(100)의 진공 처리부(102)는, 원통형을 가진 진공 용기(109)를 구비하고, 당해 진공 용기 내부에는, 반도체 웨이퍼(112) 등의 기판 형상의 시료가 내측에 배치되고 플라스마가 형성되는 공간인 처리실을 구비하고 있다. 본 예의 플라스마 처리 장치(100)는, 처리실 내에 플라스마를 생성하기 위해 당해 처리실 내에 공급되는 전계로서 마이크로파의 전계가 이용되어 처리실 내에 공급된 처리용 가스의 원자 또는 분자 등의 입자를 여기(勵起)하고, 전리 또는 괴리시켜 플라스마를 생성한다. 당해 플라스마가 이용되어, 처리실 내에 배치된 반도체 웨이퍼(112) 등의 기판 형상의 시료 상면에 미리 형성된 마스크와 처리 대상의 막층을 포함하는 막 구조가 에칭된다.
본 예의 플라스마 처리 장치(100)의 진공 용기(109)의 내측은 감압 가능하며, 또한 내부에 반도체 웨이퍼(112)가 배치되고 플라스마가 형성되는 공간인 진공 처리실(117)을 구비하고 있다. 또한, 플라스마 처리 장치(100)는, 진공 용기(109)의 저면(底面) 하방에 진공 처리실(117) 내부를 배기하여 감압하는 터보 분자 펌프나 로터리 펌프 등의 러핑 펌프를 갖는 진공 배기 장치(114)가 처리실 배기 라인(G5)을 통해 진공 처리실(117) 내부와 연통되어 연결되어 있다. 처리실 배기 라인(G5) 상에는, 당해 라인 내부의 진공 처리실(117)로부터의 가스 등의 입자가 흐르는 유로의 단면적을 증감하여 입자의 유량 또는 속도를 조절하는 압력 제어 밸브(V11)가 배치되어 있다. 그리고 또한, 진공 용기(109)는, 그 내부에 진공 처리실(117) 내에 플라스마를 생성하기 위한 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급부(110) 및 진공 용기(105) 내에 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급부(111)를 구비하고, 진공 처리실(117) 내부에 배치되고 시료인 반도체 웨이퍼(112)가 그 상면에 재치(載置)되는 시료대인 스테이지(113)를 더 구비하고 있다.
제1 가스 공급부(110)는, 진공 처리실(117)의 천면(天面)을 구성하여 스테이지(113) 상면과 대향해서 배치된 원판 형상을 갖는 유전체제의 샤워 플레이트(108)와, 진공 용기(119)의 덮개 부재를 구성하여 내외를 기밀하게 봉지(封止)하는 원판 형상을 가진 유전체제의 유전체 창(117)과의 사이의 극간(隙間)에 면하여 배치된다. 당해 극간 내에 제1 가스 공급부(110)로부터 도입된 제1 가스는 극간 내부에서 확산하여 샤워 플레이트(108)의 중앙부의 관통 구멍(118)으로부터 진공 처리실(117) 내부에 상방으로부터 유입한다. 또한, 제2 가스 공급부(111)는, 샤워 플레이트(108) 하방의 진공 처리실(117) 내부에 면하여 진공 용기(109)의 원통형의 내측벽에 배치되고, 샤워 플레이트(108)에 평행하게 제2 가스를 진공 처리실(117) 내에 도입한다.
진공 처리실(117)에 공급되는 플라스마 생성용의 제1 가스는, 처리 가스 공급 시스템(202)과 접속된 처리 가스 공급 라인(G7)을 경유하여 제1 가스 공급부(110) 선단부의 개구로부터 샤워 플레이트(108)와 유전체 창(107) 사이의 극간에 공급된다. 또한, 샤워 플레이트(108)의 복수의 관통 구멍(118)으로부터 분산되어 도입됨으로써, 진공 처리실(117) 내부에 형성되는 플라스마의 분포 및 제1 가스의 유량의 분포의 반도체 웨이퍼(112) 면내 방향에 대한 균일성이 향상되고, 반도체 웨이퍼(112) 중심과 최외주(最外周)의 에칭 속도나 생성물이 퇴적하는 속도의 불균일이 저감된다.
마찬가지로, 플라스마 생성용의 제2 가스는, 전구체 가스 공급 시스템(203)과 접속된 처리 가스 공급 라인(G6)을 경유하여 샤워 플레이트(108) 하방의 진공 처리실(117)의 내측 측벽면을 구성하는 부재 상에 배치된 제2 가스 공급부(111) 선단의 개구로부터 진공 처리실(117) 내에 공급된다. 제1 및 제2 가스의 종류나 조성은, 웨이퍼(112) 상에 형성된 처리 대상의 막층을 구성하는 재료의 종류나 목적의 가공 형상에 따라 다르다.
진공 처리실(117) 내의 압력은, 공급되는 제1 가스 또는 제2 가스의 유량 또는 속도와 압력 제어 밸브(V11)를 통한 진공 배기 장치(114)에 의한 배기의 유량 또는 속도와의 밸런스에 의해 조절된다. 이러한 압력의 조절은, 도시하지 않은 통신 수단을 통한 제어 장치(121)로부터의 지령 신호를 수신한 처리 가스 공급 시스템(202), 전구체 가스 공급 시스템(203)이나 이들과 진공 처리실(117) 사이를 접속하는 처리 가스 공급 라인(G6, G7) 상의 복수의 밸브의 동작에 의해 행해진다. 예를 들면, 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따라 압력 제어 밸브(V11)의 개도가 증감됨으로써, 진공 처리실(117) 내의 압력이 플라스마의 생성에 호적(好適)한 원하는 범위 내의 값으로 조절된다. 본 실시예에서는, 이온 등의 하전 입자를 웨이퍼(112) 상면에 입사(入射)시켜 이방성을 향상시켜 행하는 에칭 처리에 적합한 0.1∼100㎩ 정도의 압력이 이용된다.
또한, 이 플라스마 처리 장치(100)는, 진공 처리실(117) 내에 공급되는 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 전계를 형성하는 마그네트론 등의 전계 발생부(105)와, 스테이지(113) 내부에 배치된 도시하지 않은 전극에 정합기(115)를 통해 접속되고 플라스마 중의 이온 등의 하전 입자를 웨이퍼(112) 상면에 유인하여 입사시키기 위한 바이어스 전위를 웨이퍼(112) 상에 형성하는 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(116)을 구비하고 있다. 또, 전계 발생부(105)는, 유전체 창(107) 상방에 배치되고, 형성한 고주파 전력이 하방의 진공 처리실(113)을 향하여 내측을 전파하는 도파관의 단부(端部)에 배치되어 있다.
또한, 플라스마를 생성하기 위한 전계는, 아래쪽으로 도파관을 전파한 후, 전계를 투과하는 재료에 의해 구성된 유전체 창(108) 및 그 하방의 유전체제의 샤워 플레이트(108)를 투과하여 진공 처리실(117) 내에 공급된다. 본 실시예의 전계는, 예를 들면, 2.45㎓의 주파수의 마이크로파가 이용되고, 유전체 창(108)은, 석영과 같은 마이크로파를 투과하는 재료로 구성된다. 본 실시예의 진공 용기(109) 상부의 유전체 창(108)의 상방 및 진공 용기(109)의 측벽의 주위에는, 전자파 공급부(101)를 구성하고 직류 전류가 공급되는 솔레노이드 코일(106)이 배치되고, 처리 중에 진공 처리실(117) 내에 전자 사이클로트론 공명을 형성하는 자계를 형성한다. 본 예의 2.45㎓의 마이크로파를 이용한 전자 사이클로트론 공명에 필요한 자속 밀도인 875G의 자계가 형성된다.
이 전자 사이클로트론 공명에 필요한 자계의 근방에서는, 마이크로파가 전자를 효율적으로 가속하여 고에너지의 전자가 얻어진다. 그리고 이 고에너지의 전자는, 에칭 가스의 분자를 효율적으로 전리하고, 이에 따라 플라스마가 효율적으로 생성된다. 또한, 플라스마에 의해 생성되는 하전 입자는, 솔레노이드 코일(106)에 의해 형성되는 자계의 자력선에 구속되면서 수송된다. 당해 자계의 강도나 분포가 제어 장치(121)로부터의 도시하지 않은 통신 수단을 통한 지령 신호에 따라 조절됨으로써, 웨이퍼(112) 상에의 이온 플럭스의 분포가, 원하는 에칭 처리의 결과가 얻어지는 것으로 조절된다.
다음으로, 본 실시예의 가스 공급부(104)의 구성에 대해서, 도 1에 더하여 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 도 1에 나타내는 실시예의 가스 공급부의 구성을 확대하여 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 예의 가스 공급부(104)는, 내부에 처리 가스 공급 시스템(202) 및 전구체 가스 공급 시스템(203)을 구비하고 있다. 이들은 각각, 처리 가스 공급 라인(G7)과 처리 가스 공급 라인(G6)을 통해 진공 처리실(117)과 연결되어 있다. 처리 가스 공급 라인(G7) 상에는, 당해 라인 내부를 개폐하여 지나는 가스의 통류를 조절하는 밸브(V10)가 배치되고, 처리 가스 공급 라인(G6) 상에는, 마찬가지로 가스의 통류를 개폐하여 조절하는 밸브(V8)와 밸브(V9)가 배치되어 있다.
전구체 가스 공급 시스템(203)은, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)을 통해 처리 가스 공급 라인(G6)과 접속되어 있다. 전구체 가스 공급 시스템(203)으로부터 공급되는 전구체 가스 또는 불활성 가스는, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)을 통해서 처리 가스 공급 라인(G6)에 공급되고, 제2 가스 공급부(111)로부터 진공 처리실(117) 내에 도입된다.
또한, 전구체 가스 공급 시스템(203)은, 내부를 전구체 가스가 흐르는 전구체 가스 공급 라인(G1) 및 불활성 가스가 흐르는 불활성 가스 공급 라인(G2)을 갖고 이들 가스 라인은 합류하여 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)에 연결된다. 전구체 가스 공급 라인(G1) 상에는, 가스원인 전구체 가스 공급부(204)와 전구체 가스 유량 조절기(205)가 배치됨과 함께, 전구체 가스 공급부(204)와 전구체 가스 유량 조절기(205) 사이에 밸브(V1)가 배치되고, 또한 전구체 가스 공급 라인(G1)과 불활성 가스 공급 라인(G2)과의 합류부와 전구체 가스 유량 조절기(205) 사이에 밸브(V2)가 배치되고, 이들 밸브(V1, V2)는 전구체 가스 공급 라인(G1)의 내부를 개폐하여 가스의 통류를 조절한다.
불활성 가스 공급 라인(G2) 상에는, 가스원인 불활성 가스 공급부(206)와 불활성 가스 유량 조절기(207)가 배치됨과 함께, 불활성 가스 공급부(206)와 불활성 가스 유량 조절기(207) 사이에 밸브(V3)가 배치되고, 또한, 전구체 가스 공급 라인(G1)과 불활성 가스 공급 라인(G2)과의 합류부와 불활성 가스 유량 조절기(207) 사이에 밸브(V4)가 배치되어 있다. 전구체 가스 공급부(204)로부터의 전구체 가스의 공급은, 전구체 가스 유량 조절기(205)에 의해 유량 또는 속도가 조절되고 밸브(V1 및 V2)에 의해 라인의 개폐가 조절된다. 불활성 가스 공급부(206)로부터의 불활성 가스는, 불활성 가스 유량 조절기(207)에 의해 유량 또는 속도가 조절되고 밸브(V3 및 V4)에 의해 라인의 개폐가 조절된다. 또, 전구체 가스 공급 라인(G1)과 불활성 가스 공급 라인(G2)은, 밸브(V2 및 V4)로부터 처리실측에서 접속되고 합류되어 있다.
전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)은, 전구체 가스 공급 시스템(203) 내의 전구체 가스 공급 라인(G1)과 불활성 가스 공급 라인(G2)과의 합류부로부터 처리 가스 공급 라인(G6) 상의 밸브(V9)와 제2 가스 공급부(111) 사이의 소정의 개소까지의 사이를 접속하여 전구체 가스 또는 불활성 가스를 처리 가스 공급 라인(G6)으로부터 진공 처리실(117) 내에 공급하는 가스 공급로로서, 합류부로부터의 라인 상에 압력계(208) 및 밸브(V5 그리고 V6) 순으로 배치되어 있다. 이 압력계(208)는, 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)의 가스의 통류를 조절할 때에 이용된다. 밸브(V5 및 V6)는, 폐색됨으로써 처리 가스 공급 라인(G6)으로부터의 가스가 전구체 가스 공급 시스템(203) 또는 전구체 가스 공급 라인(G1) 및 불활성 가스가 흐르는 불활성 가스 공급 라인(G2)으로의 유입이 방지된다.
전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)은, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)과 진공 배기 라인(G5)을 접속하는 가스의 경로로서, 이 경로를 개폐하는 밸브(V7)가 그 위에 배치되고, 밸브(V11)와 진공 배기 장치(209) 사이의 진공 배기 라인(G5) 상의 개소에 접속되어 있다. 전구체 가스 공급 시스템(203)으로부터 처리 가스 공급 라인(G6)으로의 가스의 공급이 정지되었을 때에, 밸브(V2 및 V4 및 V5) 사이의 전구체 가스 공급 라인(G1), 불활성 가스 공급 라인(G2) 및 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 내에 잔류하고 있는 전구체 가스는, 밸브(V7)가 개방된 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)을 통해서 처리실 배기 라인(G6)에 접속되어 배기된다. 진공 배기 장치(114)는, 증기 잔류한 전구체 가스를 배기하는 역할도 하고 있다.
다음으로, 본 실시예의 플라스마 처리 장치(100)가 실시하는 반도체 웨이퍼(112) 상면에 미리 형성된 처리 대상의 막의 처리에 있어서의, 복수의 밸브의 개폐 및 각 가스 라인 상의 가스의 통류에 대해서 도 3 내지 8을 이용하여 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예에 따른 플라스마 처리 장치가 실시하는 반도체 웨이퍼의 처리 중의 동작의 흐름의 일례를 나타내는 타임 차트이다.
본 실시예에 있어서, 반도체 웨이퍼(112)의 처리에서는, 반도체 웨이퍼(112)가 진공 처리실(117) 내에 반입되고 스테이지(113) 상에 유지된 후에, 처리 전 고진공 배기(도 4 참조) 후, 에칭 처리(도 5 참조), ALD(도 6 참조), Ox 방전(산소 가스를 이용한 플라스마의 생성의 공정, 도 7 참조)의 순으로 이들 공정을 행한 후에 다시 에칭 처리(도 4 참조)의 공정이 실시된다. 본 실시예에서는, 상기 기재한 순으로 행해지는 이들 공정을 1개의 사이클로 하여, 당해 사이클을 복수 회 반복한 후에 처리 후 러핑 배기(도 8 참조)가 행해진다. 그 후에, 반도체 웨이퍼(112)가 진공 처리실(117)로부터 반출된다.
도 3에서는, 상기의 공정의 각각에 있어서 필요한 가스나 진공 처리실(112) 내의 압력을 실현하기 위해, 복수의 밸브(V1 내지 V11)의 개폐 및 가스 라인(G1 내지 G7)의 가스의 통류의 유무가 온(on)과 오프(off)를 나타내는 실선으로 나타나 있다. 또, 각 가스 라인의 가스의 통류만이 나타나 있지만, 단일 또는 연결되어 연통한 복수의 가스 라인 상에 배치된 유량 조절기에 의해 흐르는 가스의 유량 또는 속도가 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따라 처리의 공정에 적합한 범위의 값으로 조절된다.
또, 본 실시예의 도 3 내지 도 8에 나타나는, 복수의 밸브의 개폐에 의한 복수의 가스 라인 내의 가스의 통류의 개시나 정지 혹은 이들 동작에 의한 가스의 흐르는 경로의 선택, 또는 밸브의 개도의 조절에 의한 가스의 유량이나 속도의 조절은, 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따라 행해진다.
도 4 내지 도 8에, 도 3에 나타내는 처리 전 고진공 배기의 공정에 있어서의 진공 처리실(117)에 접속된 배기부 및 가스 공급부(104) 그리고 이들을 연결하여 접속하는 복수의 가스 라인 상의 복수의 밸브의 개폐의 상태와 가스의 흐름을 설명한다. 도 4는, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 처리 전 고진공 배기의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 도면에 나타내는 바와 같이, 처리 전 고진공 배기의 공정에 있어서, 전구체 가스 공급 시스템(203) 내의 전구체 가스 공급 라인(G1) 상의 밸브(V1, V2), 불활성 가스 공급 라인(G2) 상의 밸브(V3, V4) 그리고 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4) 상의 밸브(V7)가 폐색되어 이들 가스 라인의 가스의 통류가 정지되고, 전구체 가스 공급 시스템(203)으로부터의 전구체 가스 또는 불활성 가스의 진공 처리실(117) 및 처리실 배기 라인(G5)으로의 통류가 멈춰져 이것이 유지된다. 이와 함께, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 상의 밸브(V5, V6) 및 처리 가스 공급 라인(G6, G7) 상의 밸브(V8 내지 V10) 그리고 처리실 배기 라인(G5) 상의 밸브(V11)가 개방되어 이것이 유지된다. 이 상태에서, 진공 배기 장치(114)는 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따라 구동되고, 밸브(V11)는 최대한의 개도로 되어 있다.
이에 따라, 플라스마 처리 장치(100)의 처리 가스 공급 시스템(202)으로부터의 처리 가스는, 처리 가스 공급 라인(G6, G7)을 통해서 진공 처리실(117)에 공급된 후에 처리실 배기 라인(G5)을 통해서 배기됨과 함께, 진공 처리실(117) 내의 압력은, 반도체 웨이퍼(112)의 에칭 처리의 공정 중의 것보다 높은 진공도까지 저감된다. 예를 들면, 0.7㎩(약 5.0mmTorr) 이하의 압력까지 또한, 이 공정에 있어서, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3), 그리고 전구체 가스 공급 라인(G1)과 불활성 가스 공급 라인(G2)과의 합류부와 밸브(V2) 및 밸브(V4) 사이의 각 라인 내부의 가스도, 처리 가스 공급 라인(G6)으로부터 진공 처리실(117)을 통해 처리실 배기 라인(G5)을 통해서 배기된다.
또, 도 4 내지 도 8에서는, 각 밸브의 상태는, 「개방」 또는 소정의 개도로 「열림」의 상태가 검은색으로 칠해지고, 「닫힘」 또는 「기밀하게 폐색」의 상태가 흰색으로 나타나 있다. 또한, 밸브가 「열림」 또는 「개방」됨으로써, 각 가스 라인에 가스가 통류할 경우에, 가스의 흐름이 생기고 있는 것 및 그 방향이 화살표로 나타나 있다.
도 5는, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 에칭 처리의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 도면에 나타나는 바와 같이, 에칭 처리의 공정에 있어서, 전구체 가스 공급 시스템(203) 내의 전구체 가스 공급 라인(G1) 상의 밸브(V1, V2), 불활성 가스 공급 라인(G2) 상의 밸브(V3, V4) 그리고 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4) 상의 밸브(V7)는, 처리 전 고진공 배기의 공정부터 계속해서 폐색된 상태가 유지되어, 이들 가스 라인의 가스의 통류가 정지된 채로 되어 있다. 또한, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 상의 밸브(V5, V6)는 폐색되어, 전구체 가스 공급 시스템(203)으로부터의 전구체 가스 또는 불활성 가스의 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)에의 가스의 통류 및 처리실 배기 라인(G5)에의 통류가 정지된 상태가 유지된다.
한편, 처리 가스 공급 라인(G1, G2) 상의 밸브(V8 내지 V10)는 개방되어, 에칭 처리의 공정 중에 이들 처리 가스 공급 라인(G1, G2)을 지나 처리 가스가 진공 처리실(117) 내에 공급된다. 또한, 당해 공정 동안에도, 처리 전 고진공 배기의 공정 중과 마찬가지로, 처리실 배기 라인(G4)을 통하여, 진공 처리실(112) 내의 가스나 생성물 등의 입자가 실외로 배기된다. 처리 가스 공급 라인(G1, G2)에 연결되어 연통한 제1, 제2 가스 공급부로부터의 처리 가스의 유량, 속도와 진공 배기 장치(114)의 구동과 밸브(V11)의 개도로 조절되는 처리실 배기 라인(G5)을 통한 배기의 유량, 속도와의 밸런스에 의해, 진공 처리실(117) 내부의 압력이 반도체 웨이퍼(112) 상면의 처리 대상의 막층의 에칭 처리의 조건에 적합한 범위 내의 값으로 된다. 본 예에서는, 예를 들면, 0.7 내지 4㎩의 범위 내의 값으로 된다.
이 상태에서, 전자파 공급부(101)로부터 공급된 전계 또는 자계와의 상호작용에 의해, 처리 가스를 이용하여 진공 처리실(117) 내에 플라스마가 생성된다. 생성된 플라스마를 이용하여, 반도체 웨이퍼(112) 상면의 처리 대상의 막층이 에칭 처리된다. 당해 에칭 처리 중에도 밸브(V11)는 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따른 개도를 갖고 열림 상태가 유지되어 처리실 배기 라인(G5)을 통한 진공 처리실(117) 내로부터의 입자의 배기는 계속되고 있으며, 진공 처리실(117) 내부의 압력이 처리에 적합한 범위 내의 것으로 유지된다.
본 예의 에칭 처리는, 도시하지 않은 나머지 막두께의 검출기 혹은 에칭의 종점 판정기로부터의 출력을 받은 제어 장치(121)가, 목표의 나머지 두께나 종점에 도달한 것을 판정할 때까지 계속되고, 당해 도달이 판정되면 종료한다. 또, 본 예의 에칭 처리의 공정에서는, 스테이지(113) 내부에 배치된 전극에 고주파 전원(116)으로부터 고주파 전력이 공급됨으로써, 진공 처리실(117)에 형성된 플라스마와의 전위차에 따라 반도체 웨이퍼(112) 상면 상에 바이어스 전위가 형성되고, 플라스마 중의 이온 등의 하전 입자가 반도체 웨이퍼(112) 상면의 처리 대상의 막층으로 유인되어 홈이나 구멍의 저면을 포함하는 마스크층에 덮여 있지 않은 처리 대상의 막층의 상면에 충돌한다. 그때의 이온 충돌 에너지가 이용되어 전위차에 의거하는 전계의 방향을 따른 이방성의 에칭이 실시된다.
도 6은, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 ALD(원자층 퇴적)의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예의 ALD의 공정에서는, 진공 처리실(117) 내의 스테이지(113) 상에 반도체 웨이퍼(112)가 유지된 상태에서 퇴적성의 가스를 진공 처리실(117) 내에 공급함으로써, 도 5에 나타내는 에칭 처리의 공정에 있어서 반도체 웨이퍼(112)의 상면의 형성된 홈이나 구멍 등의 가공 후의 형상의 표면에 당해 가스의 입자를 부착시키는 것이 행해진다.
본 도면에 나타나는 바와 같이, ALD의 공정에 있어서, 전구체 가스 공급 시스템(203) 내의 전구체 가스 공급 라인(G1) 상의 밸브(V1, V2), 불활성 가스 공급 라인(G2) 상의 밸브(V3, V4) 그리고 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 상의 밸브(V5, V6)가 개방되어, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)을 통해서 전구체 가스 또는 불활성 가스가 처리 가스 공급 라인(G6)을 지나 진공 처리실(117) 내에 공급된다. 한편으로, 처리 가스 공급 라인(G6, G7) 상의 밸브(V8 내지 V10)가 기밀하게 폐색되어 이들 가스 라인을 통과한 처리 가스 공급 시스템(202)으로부터의 처리 가스의 통류가 정지된다. 또한, 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4) 상의 밸브(V7)는 폐색이 유지되어 있으며, 전구체 가스 공급 시스템(203)으로부터의 전구체 가스 또는 불활성 가스가 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)을 통류하거나, 혹은 처리실 배기 라인(G5)으로 통류하는 것이 멈춰진 상태가 유지된다.
본 실시예에서 ALD에 이용되는 전구체 가스는, 예를 들면, 처리 대상의 SiO(SiO2 등의 산화실리콘을 포함하여 구성된) 막에 대하여, 비스(디에틸아미노)실란(BDEAS 또는 SAM24), 테트라키스(디메틸아미노)실란(4DMAS), 트리스(디메틸아미노)실란(3DMAS), 비스(디메틸아미노)실란(2DMAS), 테트라키스(에틸메틸아미노)실란(4EMAS), 트리스(에틸메틸아미노)실란(3EMAS), 비스(제3급 부틸아미노)실란(BTBAS), 및 비스(에틸메틸아미노)실란(BEMAS) 중 어느 1개 또는 복수가 소정의 유량이나 분량 또는 압력비로 조합된 것이 이용된다. 전구체 가스의 입자의 부착은, 처리 대상의 막의 표면에 입자가 부착되고, 처리에 바람직한 목표의 두께로 퇴적할 때까지 행해진다. 한편, 이들 퇴적하는 전구체 가스로부터의 입자는 당해 바람직한 두께보다 작은 소정의 두께에 가까워짐에 따라서 퇴적의 속도가 현저하게 작아지는 자기(自己) 포화성을 갖고 있을 경우가 있다.
본 실시예에서는, 이 경우에는, 당해 ALD의 공정을 다음에 설명하는 Ox 방전의 공정과의 쌍을 복수 회 반복함으로써 목표의 두께로 입자를 퇴적시킨다. 1회의 ALD의 공정은, 상기 자기 포화성에 의해 정해지는 소정의 두께에 도달한 것이, 도시하지 않은 막두께 검출기로부터의 출력을 받은 제어 장치(121)가 검출할 때까지, 혹은 소정의 두께에 도달하는 것이 미리 확인된 소정의 시간 실시되어 종료한다.
또, ALD의 공정 중에도 진공 배기 장치(114)는 구동되고 밸브(V11)의 개도가 조절되어, 진공 처리실(117) 내의 압력은 ALD의 공정에 적합한 범위 내의 값으로 유지된다. 본 예에서는, 예를 들면, 1.0㎩(약 7.5mmTorr)이 된다.
도 7은, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 Ox 방전의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 예의 Ox 방전의 공정은, 진공 처리실(117) 내에 산소 가스(Ox 가스, x는 1 이상의 자연수)를 공급하여, 전자파 공급부(101)로부터의 전계 또는 자계를 이용하여 플라스마를 형성하고, 당해 플라스마와 도 6에 나타낸 ALD의 공정에서 에칭된 처리 대상의 막층의 표면에 부착되어 퇴적한 전구체 가스로부터의 입자를 상호작용시켜, 물리적 혹은 화학적으로 변질시켜 당해 막 표면의 보호막층으로서 흡착시키고 있다.
본 도면에 나타나는 바와 같이, Ox 방전의 공정에 있어서, 전구체 가스 공급 시스템(203) 내의 전구체 가스 공급 라인(G1), 불활성 가스 공급 라인(G2), 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3), 처리 가스 공급 라인(G6) 및 처리실 배기 라인(G5) 상의 밸브(V1 내지 V9)가 기밀하게 폐색되어, 이들 가스 라인 내의 가스의 통류가 정지되고 이것이 유지된다. 한편, 처리 가스 공급 라인(G7) 상의 밸브(V10)는 개방되어 처리 가스 공급 시스템(202)으로부터의 산소 가스(Ox 가스)가 처리 가스 공급 라인(G7) 및 제1 가스 공급부(110)를 통해 샤워 플레이트(108)의 관통 구멍(118)을 지나 진공 처리실(117) 내에 도입된다.
공급된 Ox 가스는 전자파 공급부(101)로부터의 전계 또는 자계와의 상호작용에 의해 여기되고, 전리 또는 해리하여 플라스마화된다. 한편, 이 상태에서 밸브(V11)는, 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따른 개도로 열려 있음으로써, Ox 방전의 공정 중에도 처리실 배기 라인(G5)을 통한 진공 처리실(117) 내부로부터의 입자의 배출은 유지되어 있다. Ox 방전의 공정 동안에는, 제1 가스 공급부(110)로부터의 Ox 가스의 공급 및 처리실 배기 라인(G5)을 통한 진공 배기 장치(114)에 의한 배기와의 밸런스에 의해, Ox 방전에 적합한 범위 내의 값으로 진공 처리실(117)의 압력이 유지된다. 본 예에서는, 예를 들면, 0.7㎩(약 5.0mmTorr)이 된다.
Ox 방전의 공정은, ALD의 공정에서 퇴적된 전구체 가스로부터의 입자가 물리적 혹은 화학적으로 변질되어 당해 막 표면의 보호막층으로서 흡착할 때까지 실시되는 것이 바람직하다. 본 예에서는, 앞서 ALD의 공정에서 소정의 두께에 도달한 것이 검출된 전구체 가스로부터의 입자의 퇴적층이 모두 변질되어 보호막층으로서 흡착하는 것이 미리 확인된 시간 실시된다.
또한, 보호막층의 두께가, 소기(所期)의 목표의 두께에 도달해 있지 않는 것이 막두께 검출기로부터의 출력을 받은 제어 장치(121)에 의해 검출되었거나, 또는 당해 목표의 두께에 도달하는 것이 미리 확인되어 있는 ALD의 공정 및 Ox 방전의 공정의 쌍의 반복 횟수에 도달해 있지 않는 것이 제어 장치(121)에 의해 검출되었을 경우에는, ALD 및 Ox 방전의 각 공정을 1개의 공정의 집합(세트)으로 하여, 이것이 다시 반복된다. 그 후, 보호막층의 두께가 목표의 두께에 도달한 것이 제어 장치(121)에 있어서 검출되면, Ox 방전의 공정이 정지된다.
본 실시예에서는, 도 5에 나타낸 에칭 처리의 공정의 결과 형성된 홈이나 구멍 등의 가공 후의 형상이 소기의 것, 예를 들면 홈이나 구멍의 에칭 깊이나 처리 대상의 막층의 나머지 두께가 소기의 것에 도달해 있지 않는 것이, 도시하지 않은 검출기로부터의 출력을 수신한 제어 장치(121)에 있어서 검출되었을 경우에는, 도 5의 에칭 처리의 공정으로부터 도 5, 6의 ALD 및 Ox 방전의 공정의 쌍(세트)의 적어도 1회까지 1개의 사이클로 하여 당해 사이클이 다시 반복된다. 처음 회의 것을 제외하고 임의 회의 사이클의 도 5의 에칭 처리의 공정에 있어서는, 먼저 회의 사이클에 있어서 형성된 홈이나 구멍의 저면을 덮는 보호막층이, 유인되어 충돌한 플라스마 중의 이온 등의 하전 입자에 의해 제거되고, 하방의 처리 대상의 막층의 에칭이 고주파 전원(116)으로부터의 고주파 전력에 의해 생기된 바이어스 전위의 전계를 따른 이방성을 갖고 진행된다.
이상과 같이, 본 예의 에칭 처리 장치(100)에서는, 상기 도 5 내지 도 7에 나타내는 순차 행해지는 복수의 공정을 포함하는 1 그룹의 처리의 공정을 1 사이클로 하여 적어도 1회가 실시된다. 또한, 임의의 사이클과 그 1개 전 또는 후의 사이클 사이에 도 4에 나타내는 고진공 배기의 공정이 실시되어도 된다.
도 8은, 도 1의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 도 3에 나타내는 처리 후 러핑 배기의 공정 중의 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 예의 처리 후 러핑 배기의 공정은, 도 5 내지 도 7에 나타낸 순차 행해지는 공정을 포함하는 1 그룹의 복수의 공정을 1개의 사이클로 하여 적어도 1회의 사이클의 처리를 실시한 후에, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 및 전구체 가스 공급 라인(G1), 불활성 가스 공급 라인(G2) 내의 가스를 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)을 통해, 밸브(V11)와 진공 배기 장치(114) 사이의 처리실 배기 라인(G5) 상에 도입하여 진공 배기 장치(114)를 이용하여 배출한다. 이 공정은, 임의의 반도체 웨이퍼(112)의 처리 대상의 막층에의 처리가 종료하여 진공 처리실(117) 밖으로 반출되어 다음의 반도체 웨이퍼(112)가 진공 처리실(112) 내부의 스테이지(113) 상에 놓여 유지되고 나서 최초의 ALD의 공정이 개시될 때까지 행해져도 되고, 1개의 반도체 웨이퍼(112)에 실시되는 처리의 1회의 사이클마다 행해져도 된다.
예를 들면, 임의의 사이클의 도 5의 에칭 처리의 공정에 있어서, 형성된 홈이나 구멍 등의 가공 후의 형상이 소기의 것, 예를 들면 홈이나 구멍의 에칭 깊이나 처리 대상의 막층의 나머지 두께가 소기의 것에 도달한 것이, 도시하지 않은 검출기로부터의 출력을 수신한 제어 장치(121)에 있어서 검출되었을 경우에는, 당해 에칭 공정 및 이것이 포함되는 임의 회의 사이클이 종료된다. 그 후, 도 8에 나타내는 바와 같이 전구체 가스 공급 시스템의 가스 라인과 처리실 배기 라인(G5)이 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)을 통해 연결되어 연통해서, 연통된 가스 라인의 내부에 잔류하는 가스가 배기된다.
즉, 밸브(V1, V3, V5, V6 및 V8 내지 V10)가 기밀하게 폐색되고, 또한 밸브(V11)가 폐색됨으로써, 처리 가스 공급 라인(G1 및 G2) 및 진공 처리실(117), 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)의 밸브(V5)로부터 처리 가스 공급 라인(G6)과의 합류부까지의 범위의 내부의 가스의 통류가 정지되고 이것이 유지된다. 한편, 밸브(V2, V4, V7)가 개방되어, 전구체 가스 공급 라인(G1)의 밸브(V2)로부터 불활성 가스 공급 라인(G2)과의 합류부까지, 및 불활성 가스 공급 라인(G2)의 밸브(V4)로부터 전구체 가스 공급 라인과의 합류부까지의 개소와, 당해 합류부와 밸브(V5) 사이의 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)의 개소의 내부에 잔류한 전구체 가스가, 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)에 유입하여 당해 가스 라인의 내부의 가스와 함께, 진공 배기 장치(114)가 구동됨으로써 처리실 배기 라인(G5)에 유입하여 진공 배기 장치(114)에 의해 배기된다.
본 예의 진공 배기 장치(114)는, 당해 러핑 배기의 공정에 있어서는, 터보 분자 펌프가 아니라 로터리 펌프 등의 러핑용 펌프가 사용된다. 통례, 높은 진공도에서의 배기에 사용되는 터보 분자 펌프와 상대적으로 낮은 진공도용의 러핑용 펌프는, 진공 처리실(117)로부터의 배기의 경로상에서 배기의 흐름의 순으로 전자와 후자가 순서대로 연통하여 연결되어 있다. 본 예의 경우에, 당해 러핑 배기의 공정에서의 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)은 터보 분자 펌프의 출구와 러핑용 펌프의 입구 사이의 처리실 배기 라인(G5) 상의 개소에 접속되고, 적어도 당해 공정에 있어서 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)에 체류 또는 유입한 가스는 러핑용 펌프에 의해 처리실 배기 라인(G5)을 통해 외부로 배출된다.
또, 도 8에 나타내는 러핑 배기의 공정에 있어서, 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 상의 밸브(V5, V6)의 양쪽이 폐색되어 있는 공정이 나타나 있지만, 밸브(V6)만을 기밀하게 폐색하여 V5를 개방함으로써, 당해 가스 라인 상의 밸브(V5와 V6) 사이의 개소 내부의 가스를 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)을 통해서 배기하도록 해도 된다.
또, 본 공정의 개시 전에, 처리 가스 공급 라인(G1 및 G2)과 처리실 배기 라인(G5)은, 에칭 처리 등의 공정에 있어서 내부의 가스를 진공 처리실(117) 내에 공급하기 위해 낮은 압력으로 유지되어 있을 경우가 있다. 이때에, 도 8에 나타내는 처리 후 러핑 배기를 위해 밸브(V7)를 열림으로 했을 때, 상대적으로 높은 압력으로 된 처리실 배기 라인(G5)으로부터 전구체 가스 공급 라인(G1) 및 불활성 가스 공급 라인(G2) 혹은 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3)으로 가스가 역류할 우려가 있다. 본 예에서는, 당해 역류의 방지를 위해, 제어 장치(121)로부터의 지령 신호에 따라, 밸브(V3 및 V4)를 열림으로 하여 불활성 가스 공급부(206)에 의해 불활성 가스를 공급하고 전구체 가스 공급 라인 가스(G1) 및 불활성 가스 공급 라인(G2)의 내부를 고압으로 한다. 제어 장치(121)는, 압력계(208)를 이용하여 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 또는 이것에 연통된 전구체 가스 공급 라인(G1) 및 불활성 가스 공급 라인(G2) 내부의 압력을 검출하고 당해 검출한 압력을 처리실 배기 라인(G5) 내의 압력과 비교하여, 전자의 압력이 높아졌다고 판정하여 나중에 밸브(V7)를 열림으로 한다. 이에 따라, 역류가 방지된다.
상기한 바와 같이, 러핑 배기의 공정에 있어서, BDEAS 등의 퇴적성이 큰 전구체 가스를 이용하여 에칭 처리를 행하는 것에 있어서, 다음의 에칭 처리의 공정 전에, 전구체 가스가 통류하는 가스 라인 내부를 진공 배기 장치(114)를 이용하여 배기한다. 이에 따라, 가스 라인 내부에 가스의 입자나 당해 입자와 다른 물질이 화합하여 형성된 생성물이 퇴적하여 가스의 흐름이 막히거나 혹은 가스 흐름이 저해되어, 반도체 웨이퍼의 처리 중에 소기의 가스의 유량이나 속도가 실현되지 않아, 처리의 수율이 손상되어 버리는 것이 억제된다. 이러한 러핑 배기의 공정은, 상기 1개의 사이클이 종료할 때마다 행해져도 되고, 에칭 처리의 대상의 막층의 처리 공정이 종료한 후에, 다음의 ALD의 공정이 개시될 때까지 동안에, 행해져도 된다. 어느 경우에 있어서도, 처리실 배기 라인(G5) 내부의 가스나 입자가 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3) 또는 이것에 연통된 전구체 가스 공급 라인(G1) 및 불활성 가스 공급 라인(G2)에 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인(G4)을 통해서 역방향으로 유입하는 것을 억제하기 위해, 각 밸브의 개방 전에 압력이 조절된다.
상술한 실시예에 따라, 처리 스텝간의 배관에의 전구체 가스가, 전구체 가스 공급 라인(G1), 불활성 가스 공급 라인(G2), 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인(G3), 전구체 가스 및 불활성 가스 처리 라인(G4) 내에 잔류하는 것이 억제되고, 전구체 가스의 입자나 그 화합물에 의한 생성물의 퇴적에 따른 악영향이 억제되며, 수율이 향상한 플라스마 처리 장치 또는 플라스마 처리 방법을 제공할 수 있다.
100: 플라스마 처리 장치 101: 전자파 공급부
102: 진공 처리부 103: 배기부
104: 가스 공급부 105: 전계 발생부
106: 전자 코일 107: 유도체 창
108: 샤워 플레이트 109: 진공 용기
110: 제1 가스 공급부 111: 제2 가스 공급부
112: 반도체 웨이퍼 113: 스테이지
114: 진공 배기 장치 115: 정합기
116: 고주파 전원 117: 진공 처리실
118: 관통 구멍 119: 제1 가스 흐름
120: 제2 가스 흐름 121: 제어 장치
202: 처리 가스 공급 시스템 203: 전구체 가스 공급 시스템
204: 전구체 가스 공급부 205: 전구체 가스 유량 조절기
206: 불활성 가스 공급부 207: 불활성 가스 유량 조절기
208: 압력계 209: 진공 배기 장치
G1: 전구체 가스 공급 라인 G2: 불활성 가스 공급 라인
G3: 전구체 가스 및 불활성 가스 공급 라인
G4: 전구체 가스 및 불활성 가스 배기 라인
G5: 처리실 배기 라인
G6: 처리 가스 공급 라인
G7: 처리 가스 공급 라인

Claims (8)

  1. 진공 용기 내부에 배치되고 내측에 처리 대상의 웨이퍼가 배치되는 처리실과, 상기 진공 용기에 연결되어 상기 처리실과 연통(連通)하고 당해 처리실 내에 부착성을 가진 처리용 가스를 공급하는 처리 가스 공급 라인과, 배기 펌프에 접속되어 상기 처리실과 연통하는 처리실 배기 라인과 상기 가스 공급 라인을 연결하여 이들을 연통하는 상기 처리용 가스의 가스 배기 라인을 구비하고, 상기 웨이퍼를 에칭하는 1개의 처리 공정과 다음의 당해 처리 공정끼리의 사이에 상기 처리실에의 상기 처리용 가스의 공급을 정지한 상태에서 상기 가스 공급 라인 내의 상기 처리용 가스를 상기 가스 배기 라인 및 상기 처리실 배기 라인을 통해 배기하는 공정을 행하는 기능을 구비한 플라스마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 에칭 처리하는 처리 공정 후에, 상기 부착성을 가진 처리용 가스를 공급하여 상기 웨이퍼 상에 막을 형성하는 성막 공정을 가진 복수의 공정을 1개의 사이클로 하여 상기 처리실 내에 배치된 상기 웨이퍼에 당해 사이클을 적어도 1회 행하는 플라스마 처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인은, 상기 처리용 가스의 유량 조절기와, 당해 유량 조절기와 상기 가스 배기 라인과 접속된 개소 사이에 배치된 제1 밸브와, 당해 접속 개소와 상기 처리실 사이에 배치되고 내부를 개폐하는 제2 밸브를 구비함과 함께, 상기 가스 배기 라인이 그 내부를 개폐하는 제3 밸브를 갖고, 상기 처리용 가스를 배기하는 공정에 있어서 상기 제1 및 제2 밸브를 닫고 제3 밸브를 열도록 조절하는 제어 장치를 구비한 플라스마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 에칭 처리하는 상기 처리 공정 중에 다른 처리용 가스를 공급하는 다른 가스 공급 라인과, 당해 다른 가스 공급 라인 상에 배치되고 내부를 개폐하는 제4 밸브를 구비하고, 상기 제어 장치로부터의 지령 신호에 따라 상기 제4 밸브를 닫음과 함께 상기 처리실로부터의 배기를 정지한 상태에서 상기 처리용 가스를 배기하는 공정을 행하는 플라스마 처리 장치.
  5. 진공 용기 내부에 배치된 처리실 내측에 처리 대상의 웨이퍼를 배치하고 당해 처리실 내에 에칭용 가스를 공급하여 상기 웨이퍼를 처리하는 에칭 처리 공정과, 당해 에칭 처리 공정 후에 상기 처리실 내에 부착성을 가진 성막용 가스를 공급하여 상기 웨이퍼 상에 막을 형성하는 성막 공정을 행하는 플라스마 처리 방법으로서,
    상기 1개의 에칭 처리 공정과 다음의 당해 에칭 처리 공정끼리의 사이에, 상기 에칭용 가스의 공급을 정지한 상태에서, 상기 진공 용기에 연결되어 상기 처리실과 연통한 상기 성막용 가스가 흐르는 성막 가스 공급 라인 내의 가스를, 배기 펌프에 접속되어 상기 처리실과 연통하는 처리실 배기 라인과 상기 성막 가스 공급 라인을 연결하여 이들을 연통하는 성막 가스 배기 라인 및 상기 처리실 배기 라인을 통해 배기하는 배기 공정을 구비한 플라스마 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에칭 처리 공정 후에 상기 성막 공정을 가진 복수의 공정을 1개의 사이클로 하여 상기 처리실 내에 배치된 상기 웨이퍼에 당해 사이클을 적어도 1회 행하는 플라스마 처리 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 성막 가스 공급 라인은, 상기 처리용 가스의 유량 조절기와, 당해 유량 조절기와 상기 가스 배기 라인과 접속된 개소 사이에 배치된 제1 밸브와, 당해 접속 개소와 상기 처리실 사이에 배치되고 내부를 개폐하는 제2 밸브를 구비함과 함께, 상기 성막 가스 배기 라인이 그 내부를 개폐하는 제3 밸브를 갖고, 상기 배기 공정에 있어서 상기 제1 및 제2 밸브가 닫히고 상기 제3 밸브가 열리는 플라스마 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배기 공정에 있어서, 상기 처리실에의 상기 에칭용 가스의 처리 가스 공급 라인을 폐색(閉塞)함과 함께 상기 처리실 배기 라인에의 상기 처리실 내부로부터의 배기를 정지한 상태에서, 상기 배기 공정을 행하는 플라스마 처리 방법.
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