KR20210131300A - 플라스마 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
등방 에칭 시에, 웨이퍼 상의 라디칼 분포를 제어하며, 또한, 제2 차폐판 상면의 이물 날아오름을 방지한다.
시료가 플라스마 처리되는 처리실(106)과, 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(113)과, 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대(120)와, 상기 시료대(120)의 위쪽에 배치되고 복수의 관통 구멍(170)을 갖는 제1 평판(115)을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 제1 평판(115)과 상기 시료대(120) 사이에 배치되고 상기 제1 평판(115)과 대향하는 제2 평판(116)과, 상기 제1 평판(115)과 상기 제2 평판(116) 사이에 있어서의 상기 처리실(106)의 측면에 배치되고 가스를 공급하는 가스 공급구(150)를 더 구비하고, 상기 관통 구멍(170)은, 중심으로부터 소정의 거리 떨어진 개소의 외측에 배치되어 있다.
시료가 플라스마 처리되는 처리실(106)과, 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(113)과, 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대(120)와, 상기 시료대(120)의 위쪽에 배치되고 복수의 관통 구멍(170)을 갖는 제1 평판(115)을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서, 상기 제1 평판(115)과 상기 시료대(120) 사이에 배치되고 상기 제1 평판(115)과 대향하는 제2 평판(116)과, 상기 제1 평판(115)과 상기 제2 평판(116) 사이에 있어서의 상기 처리실(106)의 측면에 배치되고 가스를 공급하는 가스 공급구(150)를 더 구비하고, 상기 관통 구멍(170)은, 중심으로부터 소정의 거리 떨어진 개소의 외측에 배치되어 있다.
Description
본 발명은 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 장치에 포함되는 컴포넌트의 미세화나 집적화에의 대응이 요구되고 있다. 예를 들면, 집적 회로나 나노 전기기계 시스템에 있어서, 구조물의 나노 스케일화가 더 추진되고 있다.
통상적으로, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 미세 패턴을 성형하기 위하여 리소그래피 기술이 이용된다. 이 기술은, 레지스트층의 위에 디바이스 구조의 패턴을 적용하고, 레지스트층의 패턴에 의해서 노출된 기판을 선택적으로 에칭 제거하는 것이다. 그 후의 처리 공정에 있어서, 에칭 영역 내에 다른 재료를 퇴적시키면, 집적 회로를 형성할 수 있다.
에칭을 행하기 위해서 드라이에칭 장치가 이용된다. 예를 들면, 이온과 라디칼의 양쪽을 조사(照射)하는 기능과, 이온을 차폐해서 라디칼만을 조사하기 위한 기능의 양쪽을 갖는 드라이에칭 장치가, 특허문헌 1에 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 헬리컬 코일에 고주파 전력을 공급함으로써 유도 결합 플라스마를 발생시킬 수 있는 드라이에칭 장치가 개시되어 있다.
제1 플라스마 생성부 내에 배치된 제1 고주파 전원으로부터, 제2 플라스마 생성부 내에 배치되고 시료를 재치(載置)하는 시료대에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원으로 전환함으로써 금속제의 다공판과 시료 사이에 용량 결합 플라스마를 발생시킬 수 있다. 헬리컬 코일에 공급하는 전력과 시료에 공급하는 전력의 비율을 조정함으로써, 라디칼과 이온의 비율을 조정할 수 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 솔레노이드 코일에 의해서 발생된 자장과 2.45GHz의 마이크로파의 전자 사이클로트론 공명(ECR) 현상을 이용해서, 플라스마를 발생시킬 수 있는 ECR 플라스마식의 드라이에칭 장치가 개시되어 있다. 이 드라이에칭 장치에서는, 시료에 고주파 전력을 인가함으로써, DC 바이어스 전압을 발생시키고, 이 DC 바이어스 전압으로 이온을 가속해서, 웨이퍼에 조사할 수 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 플라스마 생성실과 처리실을 격리하는 격벽 부재를 마련함으로써, 플라스마로부터 발생하는 이온을 차폐할 수 있는 드라이에칭 장치로서의 플라스마 처리 장치가 개시되어 있다. 이 드라이에칭 장치에서는, 격벽 부재를 자외광을 통과시키지 않는 절연부 재료로 구성함으로써, 자외광을 차폐하고, 수소 라디칼만을 처리실에 공급할 수 있다.
또한, 특허문헌 5에는, 공급한 제2 에칭 가스에 의해, 라디칼을 불활성 가스로 치환할 수 있는 원자층 에칭 장치로서의 드라이에칭 장치가 개시되어 있다. 이 드라이에칭 장치에서는, 치환한 불활성 가스로부터 라디칼을 발생시켜서, 에칭을 행할 수 있다.
종래의 방법으로 이와 같은 원자층 에칭을 실시하는 경우는, (1) 라디칼만을 시료에 조사할 수 있는 장치와, (2) 특허문헌 3 등에 기재되어 있는 바와 같이 플라스마 중의 이온을 가속해서 시료에 조사할 수 있는 장치 사이에 있어서, 시료를 진공 반송에 의해 번갈아 이동시켜서 처리하는 것이 필요하게 된다. 따라서, 이 종래의 방법에 의한 원자층 에칭에서는, 스루풋이 대폭으로 저하하는 것이 문제로 된다. 그 때문에, 1대의 드라이에칭 장치에서, 라디칼만을 시료에 조사하는 제1 스텝과, 이온을 시료에 조사하는 제2 스텝의 양쪽을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면 실리콘의 등방 가공에서는, 이온과 라디칼의 양쪽을 조사해서, 실리콘 표면의 자연 산화막을 제거하고 나서, 라디칼만을 조사해서 실리콘의 등방 에칭을 행할 필요가 있다. 이와 같은 가공에서는, 자연 산화막의 제거에 요하는 시간이 수초로 짧기 때문에, 자연 산화막 제거와 실리콘의 등방 에칭을 각각 다른 장치에서 처리하면 스루풋이 대폭으로 저하해 버린다. 그 때문에, 1대의 드라이에칭 장치에서, 이온과 라디칼의 양쪽을 조사하는 자연 산화막 제거와, 라디칼만에 의한 실리콘의 등방 에칭의 양쪽을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면, 소량 다품종 생산을 목적으로 한 중규모의 반도체 제조 공정에서는, 일반적으로 1대의 드라이에칭 장치에서 복수의 공정을 행하기 때문에, 이러한 드라이에칭 장치에, 이온과 라디칼의 양쪽을 조사하는 이방성 에칭과, 라디칼만을 조사하는 등방 에칭의 양쪽의 기능을 갖게 함으로써, 장치 비용을 대폭으로 저감할 수 있다.
이와 같은 실정을 감안해서, 반도체 디바이스 가공에서 이용되는 드라이에칭 장치에는, 이온과 라디칼의 양쪽을 조사해서 가공을 행하는 기능과, 라디칼만을 조사해서 가공을 행하는 기능의 양쪽이 요구되게 되었다.
종전은, 이와 같은 요구에 대응하기 위해서, 특허문헌 1의 드라이에칭 장치가 기대되고 있었다. 그 이유는, 이러한 드라이에칭 장치에 있어서, 제1 스텝의 라디칼 조사에서는, 마이크로파의 고주파 전력을 공급해서 ECR 플라스마를 발생시키며, 또한, 자장 형성 기구를 제어함에 의해 차폐판의 위에 플라스마를 생성할 수 있기 때문이다. 이에 의해, 차폐판이 이온의 입사를 차폐함으로써, 시료에는 ECR 플라스마로부터 라디칼만이 공급된다. 그러나, 이러한 드라이에칭 장치에서 라디칼을 시료에 조사하기 위해서는, 처리실의 상부 영역에서 생성된 라디칼을, 차폐판의 외주부를 관통한 구멍을 통과시켜서 공급할 필요가 있다. 이 때문에, 웨이퍼 중심부에서 라디칼이 부족하고, 웨이퍼의 에칭 레이트는 외주고(外周高)로 되어, 가공의 불균일성을 초래하고 있다.
또, 특허문헌 1에 개시된 드라이에칭 장치는, 제2 차폐판에 의해서, 상부 영역에서 생성된 플라스마로부터 라디칼을 차폐판의 중앙으로부터 공급할 수 있지만, 가스 흐름을 능동적으로 컨트롤하는 기능을 갖고 있지 않다는 문제도 있다.
또한, 특허문헌 5에 개시된 드라이에칭 장치는, 제1 가스에 의한 에칭이 끝난 후에, 제2 가스를 공급하고 있지만, 제1 에칭 가스의 가스 흐름을 적극적으로 제어하고 있지 않다는 문제가 있다. 드라이에칭 장치에서는, 제2 가스에 의해, 제1 가스의 생성물을 치환하고 있는 것에 지나지 않는다.
또한 특허문헌 6에서는, 2매의 차폐판의 관통 구멍을 반피치 어긋나게 해서, 서로 겹치지 않는 배치로 한 기술이 개시되어 있지만, 이와 같은 차폐판의 가공에 비용이 든다는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 1대의 장치에서 라디칼 조사와 이온 조사의 양쪽을 실현할 수 있으며, 또한, 제1 차폐판과 제2 차폐판 사이의 라디칼 조사를 제어할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 대표적인 본 발명에 관한 플라스마 처리 장치의 하나는, 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 시료대의 위쪽에 배치되고 복수의 관통 구멍을 갖는 제1 평판을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 제1 평판과 상기 시료대 사이에 배치되고 상기 제1 평판과 대향하는 제2 평판과, 상기 제1 평판과 상기 제2 평판 사이에 있어서의 상기 처리실의 측면에 배치되고 가스를 공급하는 가스 공급구를 더 구비하고,
상기 관통 구멍은, 중심으로부터 소정의 거리 떨어진 개소의 외측에 배치되어 있는 것에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 1대의 장치에서 라디칼 조사와 이온 조사의 양쪽을 실현할 수 있으며, 또한, 제1 차폐판과 제2 차폐판 사이의 라디칼 조사를 제어할 수 있는 플라스마 처리 장치를 제공할 수 있다.
상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은, 플라스마 처리 장치의 개략을 나타낸 단면도.
도 2는, 플라스마 처리 장치 내의 자력선을 모식적으로 나타낸 도면.
도 3은, ECR 플라스마 처리 장치에 있어서의 제1 차폐판의 구멍 배치의 예를 나타내는 평면도.
도 4는, ECR 플라스마 처리 장치에 있어서의 제2 차폐판의 구멍 배치의 예를 나타내는 평면도.
도 5는, 멀티 가스에 의해 라디칼 흐름을 제어하는 상태를 설명하기 위한 장치 단면도.
도 6a는, 차폐판 1매 구조의 가스 흐름을 유선(流線)으로 나타내는 시뮬레이션의 도면.
도 6b는, 비교예에 있어서 시료 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면.
도 7a는, 차폐판 1매 구조의 플라스마 처리 장치에서 행한 실제의 에칭 레이트를 등고선으로 나타낸 도면.
도 7b는, 비교예의 ER 분포를 나타내는 그래프.
도 8a는, 차폐판 2매 구조의 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면.
도 8b는, 본 실시형태에 있어서 시료 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면.
도 9a는, 차폐판 2매 구조에 있어서 제2 가스 흐름을 추가한 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면.
도 9b는, 본 실시형태에 있어서 시료 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면.
도 2는, 플라스마 처리 장치 내의 자력선을 모식적으로 나타낸 도면.
도 3은, ECR 플라스마 처리 장치에 있어서의 제1 차폐판의 구멍 배치의 예를 나타내는 평면도.
도 4는, ECR 플라스마 처리 장치에 있어서의 제2 차폐판의 구멍 배치의 예를 나타내는 평면도.
도 5는, 멀티 가스에 의해 라디칼 흐름을 제어하는 상태를 설명하기 위한 장치 단면도.
도 6a는, 차폐판 1매 구조의 가스 흐름을 유선(流線)으로 나타내는 시뮬레이션의 도면.
도 6b는, 비교예에 있어서 시료 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면.
도 7a는, 차폐판 1매 구조의 플라스마 처리 장치에서 행한 실제의 에칭 레이트를 등고선으로 나타낸 도면.
도 7b는, 비교예의 ER 분포를 나타내는 그래프.
도 8a는, 차폐판 2매 구조의 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면.
도 8b는, 본 실시형태에 있어서 시료 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면.
도 9a는, 차폐판 2매 구조에 있어서 제2 가스 흐름을 추가한 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면.
도 9b는, 본 실시형태에 있어서 시료 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면.
이하, 본 발명을 실시형태에 의해 설명한다.
본 실시형태에 따른 플라스마 처리 장치의 개략 전체 구성 단면도를 도 1에 나타낸다. 본 실시형태의 플라스마 처리 장치에서는, 고주파 전원인 마그네트론(113)으로부터 방형(方形) 도파관(112) 및 유전체창(117)을 통해서 진공 처리실(106)에 공급되는 2.45GHz의 마이크로파(고주파 전력)와, 자장 형성 기구인 솔레노이드 코일(114)에 의해 형성되는 자장의 상호 작용에 의해, 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron Resonance, ECR)에 의해서, 진공 처리실(106) 내에 플라스마를 생성한다. 이와 같은 플라스마 처리 장치를 ECR 플라스마 처리 장치라 한다.
또한, 시료대(120)에 재치된 시료(121)에 정합기(122)를 통해서 고주파 전원(123)이 접속되어 있다. 진공 처리실(106)의 내부는, 밸브(125)를 통해서 펌프(124)에 접속되어 있고, 밸브(125)의 개도에 의해서 내부 압력을 조절할 수 있도록 되어 있다.
또한, 본 플라스마 처리 장치는, 진공 처리실(106)의 내부에 유전체제의 제1 차폐판(제1 평판)(115) 및 제2 차폐판(제2 평판)(116)을 갖는다. 제2 차폐판(116)은 제1 차폐판(115)의 아래쪽에 간격을 두고 평행하게 설치된다.
본 실시형태에서는, 제1 차폐판(115) 및 제2 차폐판(116)이 유전체에 의해 형성되어 있다. 제1 차폐판(115)은 비금속 재료로 형성되어 있기 때문에, 마이크로파를 제1 차폐판(115) 및 제2 차폐판(116)을 통과시켜서 시료측까지 전파할 수 있다.
제1 차폐판(115)의 위쪽에 있어서의 진공 처리실(106) 내를, 상부 영역(106-1)으로 하고, 제1 차폐판(115) 및 제2 차폐판(116) 사이에 있어서의 진공 처리실(106) 내를, 중부 영역(106-2)으로 하고, 제2 차폐판(116)의 아래쪽에 있어서의 진공 처리실(106) 내를, 하부 영역(106-3)으로 한다.
본 실시형태에서 이용한 플라스마 처리 장치는, 마이크로파의 주파수가 2.45GHz일 경우, 0.0875T의 자속 밀도의 부근에서 플라스마를 생성할 수 있다는 특성을 갖는다. 이 때문에, 플라스마 생성 영역이 제1 차폐판(115)과 유전체창(117) 사이(상부 영역(106-1))에 위치하도록 자장을 조정(제1 제어라 함)하면, 제1 차폐판(115)의 유전체창(117)측에서 플라스마를 생성할 수 있고, 발생한 이온은 제1 차폐판(115)을 통과한 이온은 자력선을 따라 드리프트하고, 벽면에 충돌해서 소멸함에 의해, 라디칼만을 시료(121)에 조사할 수 있다. 이때, 시료(121)에서는, 라디칼만에 의한 표면 반응을 주체로 한 등방성 에칭이 진행된다.
이에 대하여, 플라스마 생성 영역이 제2 차폐판(116)과 시료(121) 사이(하부 영역(106-3))에 위치하도록 자장을 조정(제2 제어라 함)하면, 제2 차폐판(116)보다 시료(121)측에서 플라스마를 생성할 수 있고, 이온과 라디칼의 양쪽을 시료(121)에 공급할 수 있다. 이때, 시료(121)에서는 이온에 의해 라디칼의 반응을 촉진하는, 이온 어시스트 반응을 이용한 이방성 에칭이 진행된다.
또, 제1 차폐판(115) 및 제2 차폐판(116)의 높이 위치에 대한 플라스마 생성 영역의 높이 위치의 조정 혹은 전환(위쪽인지 아래쪽인지), 각각의 높이 위치를 유지하는 기간의 조정, 또한 솔레노이드 코일이 복수 있을 경우에, 각 솔레노이드 코일에 공급하는 전력의 전환 등은, 제어 장치(100)를 이용해서 행할 수 있다.
또한, 본 플라스마 처리 장치에서는, 제1 가스 공급구(149)(후술하는 도 2 참조)를 통해서, 제1 가스를 공급할 수 있다. 또한 중부 영역(106-2)에 연통(連通)하도록 해서, 진공 처리실(106)의 주벽(周壁)에 전체 둘레에 걸쳐서 제2 가스 공급구(150)를 마련하고 있다. 제2 가스 공급구(150)를 통해서, 제1 차폐판(115) 및 제2 차폐판(116) 사이의 중부 영역(106-2)에 제2 가스(에칭 가스 또는 불활성 가스)를 공급할 수 있다. 이 특징 때문에, 상부 영역(106-1)에 플라스마를 생성했을 때에, 중부 영역(106-2)에서 가스 흐름을 제어할 수 있고, 라디칼 분포를 제어할 수 있다.
본 실시형태에서는 ECR 플라스마를 이용할 때에는 이온이 외측으로 드리프트하기 때문에, 제1 차폐판(115) 및 제2 차폐판(116)의 관통 구멍(후술하는 도 3, 4 참조)의 위치를 자유롭게 설정할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 플라스마 처리 장치에 관해서, 차폐판의 관통 구멍의 배치가, 이온을 차폐하는 성능에 미치는 영향에 대하여 설명한다.
먼저, 이온 차폐 효과에 대하여 설명한다. 자장이 있는 플라스마 중에서는 이온이 자력선을 따라 이동하는 것이 알려져 있다. 도 2는, 도 1에 나타내는 플라스마 처리 장치에 있어서의 자력선(140)의 상태를 설명하기 위한 종단면도이다. ECR 플라스마의 경우는, 도 2에 나타내는 바와 같이 자력선(140)이 세로(상하) 방향으로 진행되고 있고, 또한 시료에 가까워짐에 따라서, 자력선의 간격이 넓어지고 있다.
따라서, 가령 관통 구멍(170)을 제1 차폐판(115)의 전면(全面)에 균등하게 배치하면, 중앙 부근의 관통 구멍(170)을 통과한 이온은, 자력선(140)을 따라 시료(121)에 입사해 버린다. 이에 대하여, 본 실시형태의 제1 차폐판(115)은, 시료(121)의 직경 이상의 범위(중심으로부터 소정의 거리 떨어진 개소의 외측)에 복수의 관통 구멍(170)을 갖는다. 즉 도 3에 점선으로 나타내는, 제1 차폐판(115)의 중앙부의 시료 직경에 상당하는 범위(상하 방향으로 시료(121)를 투영한 범위)(151)에 관통 구멍이 없는 구조의 것(라디칼 차폐 영역)을 작성함으로써, 제1 차폐판(115)의 유전체창측(상부 영역(106-1))에서 생성된 이온의 시료에의 입사를 완전하게 차폐할 수 있다. 또, 관통 구멍(170)의 직경으로서는, φ1∼2㎝가 바람직하다.
또한, 가령 제2 차폐판(116)을 마련하지 않고, 도 3에 나타내는 바와 같이 중앙부 부근에 관통 구멍이 없는 제1 차폐판(115)만을 이용하면, 중부 영역(106-2)의 처리 가스는, 제1 차폐판(115)에 마련한 직경 방향 외측의 관통 구멍으로부터 공급되기 때문에, 시료(121) 근방에서는 라디칼 분포가 외주측에서 높아지기 쉬운 경향이 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 본 실시형태에서는, 제1 차폐판(115)의 밑에, 도 4에 나타내는 바와 같은 관통 구멍(171)을 배치한 제2 차폐판(116)을 배치한다.
이온은 자력선을 따라 드리프트하기(시료(121)에 가까워짐에 따라 직경 방향의 바깥쪽으로 편위(偏位)하기) 때문에, 제2 차폐판(116)은, 시료 직경에 상당하는 범위(151)의 내외에 관통 구멍(171)을 마련한다. 도 4의 예에서는, 범위(151)의 내측에만 관통 구멍(171)을 배치하고 있다. 또한, 관통 구멍(171)의 크기를 균등하게 했을 경우, 시료대 근방에서는 웨이퍼의 외측에 라디칼이 많아진다. 이 과제를 해소하기 위하여, 제2 차폐판(116)의 중심에 가까운 관통 구멍(171)의 직경을, 외주에 가까운 관통 구멍(171)의 직경보다 크게 하는(혹은, 중심으로부터 떨어짐에 따라서 관통 구멍(171)의 직경이 작아지도록 하는) 것이 바람직하다. 이온은 자력선을 따라 드리프트하기 때문에, 웨이퍼와 동등 이상의 직경의 범위에 관통 구멍을 갖는 차폐판이면, 이온을 차폐할 수 있다. 도 4에서는, 복수의 관통 구멍(171)이 시료(121)의 직경에 대응하는 범위(151) 내에 마련되어 있지만, 시료(121)의 직경 이상의 범위로 마련해도 문제는 없다. 또한, 관통 구멍(171)이 제1 차폐판(115)의 뒤에 마련되어 있어도 문제가 없다.
도 6a는, 비교예로서의 차폐판 1매 구조를 갖는 플라스마 처리 장치의 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면이고, 도 6b는, 비교예에 있어서 시료(121) 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
비교예에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같은 제1 차폐판(115)만을 진공 처리실(106) 내에 배치한 것으로 한다. 이러한 경우, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 가스의 유선은 시료 근방에서는 시료(웨이퍼 반경)의 외측을 지나간다. 라디칼은 웨이퍼의 외측으로부터 중심을 향해 공급되기 때문에, 외측에서 라디칼 과잉으로 되기 쉽고, 중심측에서 부족하기 쉬운 경향이 있다. 이 때문에, 에칭 분포가 외주측에서 높아지기 쉬워진다.
도 7a는, 비교예로서의 차폐판 1매 구조를 갖는 플라스마 처리 장치에서 행한 실제의 에칭 레이트를 등고선으로 나타낸 도면이고, 도 7b는, 그 ER(에칭 레이트) 분포를 나타내는 그래프이고, 도 7a를 동서남북에 따라 방위 부여했을 때, 서쪽 방향을 0도, 북서쪽 방향을 45도, 북쪽 방향을 90도, 북동쪽 방향을 135도로 해서, 각 방향마다 반경과 에칭 레이트의 관계를 나타내고 있다. 도 7a, 7b에 의하면, 웨이퍼 외측에서 라디칼 과잉으로 되기 쉽고, 중심에서 부족하기 쉬운 것을 알 수 있다.
그래서, 본 실시형태에서는, 제1 차폐판(115)의 밑에, 도 4에 나타내는 바와 같은 제2 차폐판(116)을 배치함으로써 가스의 흐름 루트를 변경하고 있다. 가스의 흐름 루트가 변경되었음으로써, 필요한 양의 라디칼이 시료(121)의 중심으로부터 외측에 공급되고, 잉여의 라디칼은 가스 흐름을 타고 배기됨으로써 에칭 분포가 균일에 가까워진다. 또한, 충분한 양의 라디칼이 공급됨으로써, 에칭 속도가 상승한다.
도 8a는, 본 실시형태로서의 차폐판 2매 구조를 갖는 플라스마 처리 장치의 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면이고, 도 8b는, 본 실시형태에 있어서 시료(121) 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6a, 6b와 비교하면 명백하지만, 도 8a, 8b에 나타내는 바와 같이 가스의 흐름 루트가 변경되어, 필요한 양의 라디칼이 웨이퍼의 중심으로부터 외측으로 공급되는 것을 알 수 있다.
또, 본 플라스마 처리 장치에서는, 이온이 자력선을 따라 외측으로 드리프트하기 때문에, 제1 차폐판(115)과 제2 차폐판(116)의 관통 구멍을, 서로 겹치지 않는 배치로 할 필요가 없다.
다음으로, 본 실시형태의 플라스마 처리 장치에 관해서, 중부 영역(106-2)에 배치한 제2 가스 흐름이, 라디칼의 분포에 미치는 영향에 대하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 2매의 차폐판을 이용해서 가스의 유선을 변경하는 실시형태에 대하여 설명했지만, 제2 차폐판(116)의 관통 구멍(171)을 중심을 향해서 크게 해도, 진공 처리실(106) 내의 웨이퍼 외측에 있어서의 개소의 압력차가 커서, 중심에 가스 흐름을 인입하지 않는 조건이 발생할 가능성도 있다. 이러한 경우, 도 1, 2에 나타내는 바와 같은 제2 가스 공급구(150)를 설치함으로써, 제2 차폐판(116)의 중심의 관통 구멍(171)을 통해서 가스를 공급한다.
여기에서, 가스의 압력을 균일하게 하기 위하여, 제2 가스 공급구(150)의 형상을 슬릿 형상으로 하는 것이 바람직하다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제2 가스 공급구(150)로부터 분출한 가스에 의해, 제1 차폐판(115)으로부터 공급되는 가스의 흐름을 보정할 수 있다. 상부 처리실에 공급된 가스가 플라스마화되고, 해리한 라디칼이 제1 차폐판(115)을 통과하여 중부 영역(106-2)으로 이동하는 그때 제2 가스 흐름에 의해서 제2 차폐판(116)의 상면으로부터 흐름을 박리시킨다. 그 후에, 균일성이 보정된 가스가, 제2 차폐판(116)의 관통 구멍을 통해서 하부 영역(106-3)에 들어간다.
특히, 본 실시형태에서는, 라디칼의 흐름을 보정하기 위하여 제2 가스 공급구(150)를 통해서 가스 공급을 행하고 있다.
다음으로, 본 실시형태의 플라스마 처리 장치에 관해서, 중부 영역(106-2)에 공급되는 제2 가스 흐름이, 처리실 내의 이물에 미치는 영향에 대하여 설명한다.
제1 차폐판(115)의 관통 구멍(170)이, 제2 차폐판(116)의 구조체 부분의 위에 배치될 경우, 제2 차폐판(116)의 구조체 부분의 위에, 상부 영역(106-1)에서 발생한 생성물이 관통 구멍(170)을 통해서 퇴적하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 제1 차폐판(115)으로부터 공급되는 가스가 상기 생성물을 날아오르게 하고, 웨이퍼 상에 낙하해서 이물로 되는 것을 생각할 수 있다.
그래서, 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 제2 가스 공급구(150)의 방향을 위쪽으로 향하게 함으로써(제2 가스 공급구(150)의 축선을 수평 방향보다 제1 차폐판(115)측을 향하게 하는, 환언하면 진공 처리실(106)의 측면의 수직 방향에 대해서 소정의 각도 기울임으로써), 관통 구멍(170) 바로 아래에의 가스 분출을 방지하고, 상기 생성물의 날아오름을 예방할 수 있다.
도 9a는, 본 실시형태로서의 차폐판 2매 구조를 갖는 플라스마 처리 장치에, 제2 가스 공급구(150)로부터 상향으로 가스 공급을 행했을 때의 가스 흐름을 유선으로 나타내는 시뮬레이션의 도면이고, 도 9b는, 본 실시형태에 있어서 시료(121) 상에 있어서의 직경 방향 위치와 가스 압력 및 가스 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9a, 9b에 따르면, 중부 영역(106-2) 중에, 위쪽을 향한 가스 흐름을 추가함에 의해, 중부 영역에 가스 흐름을 추가하지 않는 경우보다도, 가스 흐름 루트를 위쪽으로 들어올리는 효과가 있는 것이 확인되었다.
특히, 본 실시형태에서는, 이물 방지를 위하여 가스 흐름의 방향을 제어할 수 있다.
상기한 실시형태는, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
106-1 : 처리실의 상부 영역
106-2 : 처리실의 중부 영역
106-3 : 처리실의 하부 영역
112 : 원형 도파관
113 : 마그네트론
114 : 솔레노이드 코일
115 : 제1 차폐판
116 : 제2 차폐판
117 : 유전체창(천판(天板))
120 : 시료대
121 : 시료(웨이퍼)
122 : 정합기
123 : 고주파 전원
124 : 펌프
140 : 자력선
149 : 제1 가스 공급구
150 : 제2 가스 공급구
151 : 관통 구멍이 마련되어 있지 않은 범위(라디칼 차폐 영역)
170 : 관통 구멍
171 : 관통 구멍
106-2 : 처리실의 중부 영역
106-3 : 처리실의 하부 영역
112 : 원형 도파관
113 : 마그네트론
114 : 솔레노이드 코일
115 : 제1 차폐판
116 : 제2 차폐판
117 : 유전체창(천판(天板))
120 : 시료대
121 : 시료(웨이퍼)
122 : 정합기
123 : 고주파 전원
124 : 펌프
140 : 자력선
149 : 제1 가스 공급구
150 : 제2 가스 공급구
151 : 관통 구멍이 마련되어 있지 않은 범위(라디칼 차폐 영역)
170 : 관통 구멍
171 : 관통 구멍
Claims (8)
- 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대와, 상기 시료대의 위쪽에 배치되고 복수의 관통 구멍을 갖는 제1 평판을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
상기 제1 평판과 상기 시료대 사이에 배치되고 상기 제1 평판과 대향하는 제2 평판과, 상기 제1 평판과 상기 제2 평판 사이에 있어서의 상기 처리실의 측면에 배치되고 가스를 공급하는 가스 공급구를 더 구비하고,
상기 관통 구멍은, 중심으로부터 소정의 거리 떨어진 개소의 외측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가스 공급구는, 상기 처리실의 측면의 수직 방향에 대해서 소정의 각도 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 평판이 갖는 관통 구멍의 각각은, 중심으로부터 떨어짐에 따라서 직경이 작아지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 평판이 갖는 관통 구멍의 각각은, 중심으로부터 떨어짐에 따라서 직경이 작아지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제1항에 있어서,
상기 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구를 더 구비하고,
상기 제1 평판 및 상기 제2 평판의 재질은, 유전체인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제2항에 있어서,
상기 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구를 더 구비하고,
상기 제1 평판 및 상기 제2 평판의 재질은, 유전체인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제3항에 있어서,
상기 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구를 더 구비하고,
상기 제1 평판 및 상기 제2 평판의 재질은, 유전체인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치. - 제4항에 있어서,
상기 처리실 내에 자장을 형성하는 자장 형성 기구를 더 구비하고,
상기 제1 평판 및 상기 제2 평판의 재질은, 유전체인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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