KR20220065677A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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리푸 리
준야 구라모토
다카시 아라마키
히로시 츠지모토
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시 내용에 의하면, 기판 처리의 제어성을 향상시키는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는데, 상기 기판 처리 장치는, 기판을 지지하는 기판 지지 테이블을 구비한 처리 용기와, 상기 처리 용기로 복수 개의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 가스 공급부는, 상기 처리 용기에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 처리 용기로 공급되는 상기 제1 처리 가스에 제2 처리 가스를 주입하는 제2 가스 공급부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 개시 내용은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
가스 공급원으로부터 챔버로 처리 가스를 공급하고 처리 가스의 플라즈마를 이용하여 기판에 대해 원하는 처리를 실시하는 기판 처리 장치가 알려져 있다.
특허문헌 1에는, 프로세스 가스를 공급하는 가스 공급원과, 실내에 공급된 프로세스 가스에 고주파 에너지를 공급하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 장치를 구비한 감압 처리실과, 상기 가스 공급원으로부터 공급된 프로세스 가스를 가스 유량 제어 장치, 가스 차단기 및 가스 공급 관로를 거쳐 감압 처리실로 공급하는 가스 공급 라인과, 감압 처리실 내의 플라즈마 발광을 검출하고, 검출된 플라즈마 발광에 기초하여 상기 가스 공급 라인을 통해 공급된 플라즈마 가스의 성분량을 검출하는 플라즈마 발광 검출기와, 상기 가스 차단기를 개방 또는 차단하고나서, 상기 플라즈마 발광 검출기에 의해 프로세스 가스가 소정 성분량에 도달했음이 검출될 때까지의 경과 시간에 기초하여 상기 가스 공급 라인의 도달 시간 및 감소 시간을 계측하고, 당해 도달 시간 및 감소 시간에 기초하여 상기 가스 차단기의 개방 또는 차단 타이밍을 제어하는 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스 가스 공급 장치가 개시되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개2008-244294호
기판에 대해 처리를 실시할 때의 제어성 향상이 요구된다.
일 측면에 있어, 본 개시 내용은 기판 처리의 제어성을 향상시키는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 양태에 의하면, 기판을 지지하는 기판 지지 테이블을 구비한 처리 용기와, 상기 처리 용기로 복수 개의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 상기 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 가스 공급부는, 상기 처리 용기에 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와, 상기 처리 용기로 공급되는 상기 제1 처리 가스에 제2 처리 가스를 주입하는 제2 가스 공급부를 포함하는 것인 기판 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 의하면, 기판 처리의 제어성을 향상시키는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 가스 공급부의 구성도의 일 예이다.
도 3a 내지 도 3c는 가스 공급 타이밍을 나타내는 타임 챠트의 일 예이다.
도 4는 플라즈마 발광의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 해리된 가스의 거동의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 6a 및 도 6b는 기판 처리에 있어 막과 마스크의 선택비를 나타내는 그래프의 일 예이다.
도 7a 내지 도 7c는 지연 시간과 오목 형상의 관계를 설명하는 그래프의 일 예이다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 개시 내용을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어, 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이며 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
이하에서, 플라즈마 처리 시스템의 구성예에 대해 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
플라즈마 처리 시스템은 용량 결합 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 용량 결합 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는 적어도 한 가지의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 안으로 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 일 실시형태에서 샤워 헤드(13)는 플라즈마 처리 챔버(10)의 천정부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a), 기판 지지부(11)에 의해 구획되는 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 한 가지의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s)으로 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간(10s)으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구(10e)를 구비한다. 측벽(10a)은 접지되어 있다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 챔버(10) 케이스와 전기적으로 절연되어 있다.
기판 지지부(11)는 본체부(111)와 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 기판(웨이퍼, W)을 지지하기 위한 중앙 영역(기판 지지면, 111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환형 영역(링 지지면, 111b)을 갖는다. 본체부(111)의 환형 영역(111b)은 평면시(平面視)로 보았을 때에 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되며, 링 어셈블리(112)는 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환형 영역(111b) 상에 배치된다. 일 실시형태에서 본체부(111)는 베이스 테이블과 정전 척을 포함한다. 베이스 테이블은 도전성 부재를 포함한다. 베이스 테이블의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능한다. 정전 척은 베이스 테이블 상에 배치된다. 정전 척의 상면은 기판 지지면(111a)을 갖는다. 링 어셈블리(112)는 하나 또는 복수 개의 환형 부재를 포함한다. 하나 또는 복수 개의 환형 부재 중 적어도 하나는 에지 링이다. 또한, 기판 지지부(11)는 정전 척, 링 어셈블리(112), 기판(W) 중의 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈(미도시)을 포함할 수도 있다. 온도 조절 모듈은 히터, 전열 매체, 유로 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유로에는 브라인(brine), 가스 등과 같은 전열 유체가 흐른다. 또한, 기판 지지부(11)는 기판(W)의 뒷면과 기판 지지면(111a) 사이로 전열 가스를 공급하도록 구성되는 전열 가스 공급부를 포함할 수도 있다.
샤워 헤드(13)는 가스 공급부(20)로부터 적어도 한 가지의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 안으로 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 복수 개의 가스 도입구(13c)를 구비한다. 가스 공급구(13a)로 공급된 처리 가스는 가스 확산실(13b)을 통과하여, 복수 개의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 안으로 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는 도전성 부재를 포함한다. 샤워 헤드(13)의 도전성 부재는 상부 전극으로서 기능한다. 한편, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더해, 측벽(10a)에 형성된 하나 또는 복수 개의 개구부에 장착되는 하나 또는 복수 개의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함할 수도 있다.
가스 공급부(20)는 적어도 하나의 가스 공급원(21, 가스 소스)과 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 가스 공급부(20)는 적어도 한 가지의 처리 가스를 각각에 대응하는 가스 공급원(21)으로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 거쳐 샤워 헤드(13)로 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예를 들어, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함할 수 있다. 또한, 가스 공급부(20)는 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조(變調) 또는 펄스화하는 하나 또는 그 이상의 유량 변조 디바이스를 포함할 수도 있다.
전원(30)은 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 사이에 두고 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은 소스 RF 신호, 바이어스 RF 신호와 같은 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급하도록 구성된다. 이로써, 플라즈마 처리 공간(10s)으로 공급된 적어도 한 가지의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은 플라즈마 처리 챔버(10)에 있어 한 가지 또는 그 이상의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부 중 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 공급함으로써 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하여, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판(W) 쪽으로 끌어당길 수 있다.
일 실시형태에서 RF 전원(31)은 제1 RF 생성부(31a)와 제2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(31a)는 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 사이에 두고 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 결합되어 플라즈마 생성용 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에서 소스 RF 신호는 13MHz~150MHz 범위의 주파수를 가진다. 일 실시형태에서 제1 RF 생성부(31a)는 서로 다른 주파수를 갖는 복수 개의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 생성된 하나 또는 복수 개의 소스 RF 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재로 공급된다. 제2 RF 생성부(31b)는 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 사이에 두고 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 결합되어 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에서 바이어스 RF 신호는 소스 RF 신호보다 낮은 주파수를 가진다. 일 실시형태에서 바이어스 RF 신호는 400kHz~13.56MHz 범위의 주파수를 가진다. 일 실시형태에서 제2 RF 생성부(31b)는 서로 다른 주파수를 갖는 복수 개의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 생성된 하나 또는 복수 개의 바이어스 RF 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재로 공급된다. 또한, 여러 실시형태들에서 소스 RF 신호와 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화될 수도 있다.
또한, 전원(30)은 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함할 수도 있다. DC 전원(32)은 제1 DC 생성부(32a)와 제2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일 실시형태에서 제1 DC 생성부(32a)는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 접속되어 제1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제1 바이어스 DC 신호는 기판 지지부(11)의 도전성 부재에 인가된다. 일 실시형태에서 제1 DC 신호가 정전 척 내의 전극과 같은 다른 전극에 인가될 수도 있다. 일 실시형태에서 제2 DC 생성부(32b)는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 접속되어 제2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제2 DC 신호는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 인가된다. 여러 실시형태들에서 제1 및 제2 DC 신호 중 적어도 하나가 펄스화될 수도 있다. 한편, 제1 및 제2 DC 생성부(32a,32b)가 RF 전원(31)에 더해 구비될 수도 있으며, 제1 DC 생성부(32a)가 제2 RF 생성부(31b) 대신에 구비될 수도 있다.
배기 시스템(40)은 예를 들어 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 구비된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은 압력 조정 밸브와 진공 펌프를 포함할 수도 있다. 압력 조정 밸브에 의해 플라즈마 처리 공간(10s) 내 압력이 조정된다. 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다.
제어부(2)는 본 개시 내용에서 설명한 여러 공정들을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는 여기에서 설명한 여러 공정들을 실행하기 위해 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함될 수도 있다. 제어부(2)는, 예를 들어 컴퓨터(2a)를 포함할 수 있다. 컴퓨터(2a)는, 예를 들어 처리부(CPU: Central Processing Unit, 2a1), 기억부(2a2), 통신 인터페이스(2a3)를 포함할 수 있다. 처리부(2a1)는 기억부(2a2)에 저장된 프로그램에 기초하여 여러 제어 동작들을 실행하도록 구성될 수 있다. 기억부(2a2)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SDD(Solid State Drive) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(2a3)는 LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1)와 통신할 수도 있다.
이어서, 가스 공급부(20)에 대해, 도 2를 이용하여 추가로 설명한다. 도 2는 가스 공급부(20)의 구성도의 일 예이다.
가스 공급부(20)는 복수 개의 가스 공급원(21), 가스 박스(210), 인젝션 박스(220), 밸브(230)를 구비한다.
도 2에 나타내는 가스 공급부(20)의 예에서는, 4개의 가스 공급원(21)이 구비된다. 이하의 설명에서는, 가스 공급부(20)가 처리 가스로서 C4F6 가스, C4F8 가스, NF3 가스, O2 가스를 공급하는 경우를 예로 들어 설명한다.
가스 박스(210)는 밸브(211), 밸브(212), 유량 제어기(213(22)), 밸브(214), 가스 유로(215,216)를 구비한다. 가스 유로(215)는 가스 공급원(21)의 가스 종류별로 구비된다. 도 2에 나타내는 예에서는, 가스 유로(215)가 4계통 구비되어 있다. 각 가스 유로(215)의 상류쪽은 각 가스 공급원(21)에 각각 접속된다. 가스 유로(215)에는, 가스 공급원(21) 쪽에서부터 밸브(211), 밸브(212), 유량 제어기(213(22)), 밸브(214)의 순서로 구비된다. 가스 유로(215)의 하류쪽에서 합류하여 가스 유로(216)에 접속된다.
또한, 가스 유로(216)의 하류쪽은 플라즈마 처리 챔버(10)의 가스 공급구(13a)에 접속된다. 또한, 가스 유로(216)에는 밸브(230)가 구비된다.
인젝션 박스(220)는 밸브(222), 유량 제어기(223(22)), 밸브(224), 가스 유로(225,226)를 구비한다. 가스 유로(225)는 가스 공급원(21) 별로 구비된다. 도 2에 나타내는 예에서는, 가스 유로(225)가 4계통 구비되어 있다. 각 가스 유로(225)의 상류쪽은 밸브(211)와 밸브(212) 사이의 각 가스 유로(215)에 각각 접속된다. 가스 유로(225)에는, 가스 공급원(21) 쪽에서부터 밸브(222), 유량 제어기(223(22)), 밸브(224)의 순서로 구비된다. 가스 유로(225)의 하류쪽에서 합류하여 가스 유로(226)에 접속된다. 또한, 가스 유로(226)의 하류쪽은 가스 유로(216)에 (밸브(230)보다 상류쪽에서)접속된다.
제어부(2, 도1 참조)는 밸브(211,212,214,222,224,230) 및 유량 제어기(213,223)를 제어한다.
가스 공급부(20)로부터 플라즈마 처리 챔버(10)로 처리 가스를 공급할 때에 제어부(2)는 밸브(230)를 개방한다.
또한, 처리 가스를 가스 공급원(21)으로부터 가스 박스(210)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급할 때에, 제어부(2)는 밸브(211,212)를 개방하고 밸브(222,224)를 닫는다. 또한, 제어부(2)는 유량 제어기(213)를 제어함으로써 처리 가스의 유량을 제어한다. 또한, 제어부(2)는 밸브(214)를 개폐함으로써 처리 가스의 공급을 제어한다.
또한, 처리 가스를 가스 공급원(21)으로부터 인젝션 박스(220)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급할 때에, 제어부(2)는 밸브(211,222)를 개방하고 밸브(212,214)를 닫는다. 또한, 제어부(2)는 유량 제어기(223)를 제어함으로써 처리 가스의 유량을 제어한다. 또한, 제어부(2)는 밸브(224)를 개폐함으로써 처리 가스의 공급을 제어한다.
이와 같이, 가스 공급부(20)는 가스 공급원(21)으로부터의 가스를 가스 박스(210)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급할지 아니면 인젝션 박스(220)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급할지를 선택할 수 있도록 구성되어 있다.
이어서, 제어부(2)에 의한 가스 공급 제어의 일 예에 대해, 도 3a 및 도 3c를 이용하여 설명한다. 도 3a 내지 도 3c는 가스 공급의 타이밍을 나타내는 타임 챠트의 일 예이다. 여기에서 Gas 1은 가스 박스(210)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급되는 처리 가스를 나타낸다. Gas 2는 인젝션 박스(220)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급되는 처리 가스를 나타낸다. 또한, 도 3a 내지 도 3c에서 세로축은 유량을 나타내고 가로축은 시간을 나타낸다.
도 3a에서 제어부(2)는, Gas 1을 가스 박스(210)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 간헐적으로(주기적으로) 공급하도록, 밸브(214)의 개폐를 제어한다. 또한, 제어부(2)는, Gas 2를 인젝션 박스(220)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 간헐적으로(주기적으로) 공급하도록, 밸브(244)의 개폐를 제어한다. 또한, 제어부(2)는 Gas 1과 Gas 2가 교대로 공급되도록 밸브(214,224)의 개폐를 제어한다.
도 3b에서 제어부(2)는, Gas 1을 가스 박스(210)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 간헐적으로(주기적으로) 공급하도록, 밸브(214)의 개폐를 제어한다. 또한, 제어부(2)는, Gas 2를 인젝션 박스(220)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 간헐적으로(주기적으로) 공급하도록, 밸브(244)의 개폐를 제어한다. 또한, 제어부(2)는 Gas 1과 Gas 2가 서로 다른 타이밍에서 공급되도록 밸브(214,224)의 개폐를 제어한다. 예를 들어, 제어부(2)는 밸브(224) 개폐의 타이밍을 오프셋(offset)시킴으로써, 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10)로 공급하는 타이밍을 서로 다르게 한다.
한편, 오프셋시키는 시간은 0.5초 이상임이 바람직하다.
도 3c에서 제어부(2)는, Gas 1을 가스 박스(210)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 간헐적으로(주기적으로) 공급하도록, 밸브(214)의 개폐를 제어한다. 또한, 제어부(2)는, Gas 2를 인젝션 박스(220)를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 간헐적으로(주기적으로) 공급하도록, 밸브(244)의 개폐를 제어한다. 또한, 제어부(2)는 Gas 1과 Gas 2가 같은 타이밍에서 공급되도록 밸브(214,224)의 개폐를 제어한다.
도 4는 플라즈마 발광의 일 예를 나타내는 그래프이다. 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 발광 분광 분석 장치(OES)로 검출한 O 플라즈마에 의한 발광(777nm)의 강도를 나타낸다.
실선은 모든 가스(C4F6 가스, C4F8 가스, NF3 가스, O2 가스)를 가스 박스(210)로부터 공급하는 경우를 나타낸다(All Main). 이 경우, 발광 강도는 신속하게 증가하는 대략 사각 형상을 따라 변화한다.
이점쇄선은 모든 가스(C4F6 가스, C4F8 가스, NF3 가스, O2 가스)를 인젝션 박스(220)로부터 공급하는 경우를 나타낸다(All Injection). 이 경우에도, 발광 강도는 신속하게 증가하는 대략 사각 형상을 따라 변화한다. 한편, 가스 박스(210)와 인젝션 박스(220)의 지연 시간에 의해 파형이 증가하는 타이밍은 서로 다르다.
파선은 C4F6 가스를 인젝션 박스(220)로부터 공급하고 그 밖의 가스(C4F8 가스, NF3 가스, O2 가스)를 가스 박스(210)로부터 공급하는 경우를 나타낸다(C4F6 Injection). 이 경우에, 발광 강도는 여러 단계로 변화한다. 즉, 플라즈마의 에너지가 여러 단계로 변화한다.
일점쇄선은 O2 가스를 인젝션 박스(220)로부터 공급하고 그 밖의 가스(C4F6 가스, C4F8 가스, NF3 가스)를 가스 박스(210)로부터 공급하는 경우를 나타낸다(O2 Injection). 이 경우, 발광 강도는 완만하게 증가하는 형상을 따라 변화한다. 즉, 플라즈마의 에너지가 완만하게 변화한다.
도 5a 및 도 5b는 해리된 가스의 거동의 일 예를 나타내는 모식도이다. 여기에서, 기판(W)에는 베이스(300), 막(310), 마스크(320)가 적층되어 있는 것으로 한다. 또한, 기판(W)에는 블랭킷(blanket)이나 홀 패턴 등과 같은 오목 형상이 형성되어 있는 것으로 한다.
또한, 처리 가스의 일 예인 CF계 가스(C4F6 가스, C4F8 가스)는 플라즈마의 에너지에 의해 해리 상태로 변화한다.
도 5a는 저 에너지일 때의 거동을 나타내는 모식도이다. 여기에서 C4F6 가스, C4F8 가스는 플라즈마의 에너지가 낮은 경우(달리 말하면, 도 4에 나타내는 발광 강도가 낮은 경우)에, 예를 들어 CxFy로 해리된다. CxFy는 도 5a에서 굵은선으로 나타내는 바와 같이, 마스크(320)의 상면, 오목 형상의 윗쪽(마스크(320)의 측면)에 퇴적된다.
도 5b는 고 에너지일 때의 거동을 나타내는 모식도이다. 여기에서 C4F6 가스, C4F8 가스는 플라즈마의 에너지가 높은 경우(달리 말하면, 도 4에 나타내는 발광 강도가 높은 경우)에, 예를 들어 CF2, CF3로까지 해리된다. CxFy에 비해 분자량이 작은 CF2, CF3는 도 5b에서 굵은선으로 나타내는 바와 같이, 오목 형상의 아랫쪽(막(310)의 측면, 베이스(300))에 퇴적된다.
따라서, 가스 공급원(21)으로부터 공급되는 복수 개의 처리 가스 중 적어도 한 가지 처리 가스의 공급 타이밍을 다르게 함으로써, 플라즈마 상태를 조정할 수가 있다. 예를 들어, 도 4에서 파선, 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 플라즈마의 에너지를 여러 단계로 또는 완만하게 변화시킬 수 있다. 이로써 가스의 해리 상태를 조정할 수가 있다. 그리고, 도 5a 및 도 5b에 나타내는 바와 같이, 오목 형상에 있어 해리된 가스가 도달하는 위치를 조정할 수가 있다.
본 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 결과의 일 예에 대해, 도 6a 내지 도 7c를 이용하여 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 기판 처리에 있어 막(310)과 마스크(320)의 선택비를 나타내는 그래프의 일 예이다. 도 6a는 요철 패턴이 형성되지 않은 기판(W)에 대해 에칭 처리를 실시한 경우를 나타낸다. 도 6b는 홀의 오목 형상이 형성된 기판(W)에 대해 에칭 처리를 실시한 경우를 나타낸다. 가로축은 가스 박스(210)로부터 공급되는 가스와 인젝션 박스(220)로부터 공급되는 가스의 지연 시간(오프셋 시간)을 나타낸다. 세로축은 마스크(320)에 대한 막(310)의 선택비를 나타낸다.
여기에서는, 가스 박스(210)에서 C4F6 가스, C4F8 가스, NF3 가스에 대해 동시에 5초씩을 하나의 단계로 해서 간헐적으로(주기적으로) 공급과 정지를 반복하였다. 또한, 인젝션 박스(220)에서는 O2 가스에 대해 5초씩을 하나의 단계로 해서 간헐적으로(주기적으로) 공급과 정지를 반복하였다. 또한, 도 3a에서의 지연 시간을 0초로 하였다. 또한, 지연 시간은 인젝션 박스(220)으로부터 공급되는 처리 가스의 타이밍을 빠르게 하는 것으로 한다(도 3b에서 화살표 방향 참조). 또한, 도 3c에서의 지연 시간을 5초로 하였다.
도 6a 및 도 6b에 나타내는 바와 같이, 지연 시간을 변화시킴으로써 막(310)과 마스크(320)의 선택비를 변화시킬 수 있음이 확인되었다. 또한, 도 6a 및 도 6b의 예에서는, 지연 시간을 증가시킬수록 막(310)과 마스크(320)의 선택비가 커짐이 확인되었다.
도 7a 내지 도 7c는 지연 시간과 오목 형상의 관계를 설명하는 그래프의 일 예이다. 도 7a는 오목 형상의 Necking CD 값과 지연 시간의 관계를 나타내는 그래프의 일 예이다. 도 7b는 오목 형상의 Bowing CD 값과 지연 시간의 관계를 나타내는 그래프의 일 예이다. 도 7c는 Bowing CD 값과 Necing CD 값의 비 Δ(＝Necking CD 값/Bowing CD 값)와 지연 시간의 관계를 나타내는 그래프의 일 예이다.
도 7a 내지 도 7c에 나타내는 바와 같이, 지연 시간을 변화시킴으로써 막(310)의 오목 형상을 조정할 수 있음이 확인되었다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7c의 예에서는, 지연 시간을 2.5초로 함으로써 Δ가 최대값이 되며, 즉, 오목 형상의 수직성이 좋아짐이 확인되었다.
이상에서, 플라즈마 처리 시스템의 실시형태 등에 대해 설명하였으나, 본 개시 내용은 상기 실시형태 등으로 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 본 개시 내용의 요지의 범위 내에서 다양한 변형, 개량이 가능하다.
가스 공급부(20)에 대해, 가스 박스(210)와 인젝션 박스(220)를 구비하는 것으로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 각 가스별로 밸브(214)가 지연 시간을 갖도록 개별적으로 제어할 수 있는 구성이라면, 인젝션 박스(220)를 구비하지 않을 수도 있다.
본원은 일본 특허청에 2020년 11월 13일에 출원된 특허출원 2020-189593호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (15)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지 테이블을 구비한 처리 용기와,
    상기 처리 용기로 복수 개의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    상기 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 가스 공급부는,
    상기 처리 용기로 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부와,
    상기 처리 용기로 공급되는 상기 제1 처리 가스에 제2 처리 가스를 주입하는 제2 가스 공급부를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 가스 공급부의 상기 제2 처리 가스를 상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 처리 가스와는 다른 타이밍에서 상기 처리 용기로 공급하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 플라즈마의 발광 강도가 여러 단계로 되도록, 상기 제2 가스 공급부의 상기 제2 처리 가스를 상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 처리 가스와는 다른 타이밍에서 오프셋시켜서 상기 처리 용기로 공급하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 가스 공급부의 상기 제2 처리 가스를 주기적으로 상기 처리 용기로 공급하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오프셋시키는 시간이 0.5초 이상인 기판 처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 CF계 가스를 포함하며,
    상기 제2 처리 가스는 상기 제1 처리 가스와는 다른 CF계 가스를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 C4F8 가스를 포함하며,
    상기 제2 처리 가스는 C4F6 가스를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 C4F8 가스와 NF3 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 포함하며,
    상기 제2 처리 가스는 C4F6 가스를 포함하는 것인 기판 처리 장치.
  9. 기판을 지지하는 기판 지지 테이블을 구비한 처리 용기와,
    상기 처리 용기로 제1 처리 가스를 공급하는 제1 가스 공급부 및 상기 처리 용기로 공급되는 상기 제1 처리 가스에 제2 처리 가스를 주입하는 제2 가스 공급부를 구비하는 가스 공급부와,
    상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부를 포함하는 기판 처리 장치의 기판 처리 방법으로서,
    상기 제2 가스 공급부의 상기 제2 처리 가스를 상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 처리 가스와는 다른 타이밍에서 상기 처리 용기로 공급하는 것인 기판 처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성부에 의해 생성되는 상기 플라즈마의 발광 강도가 여러 단계로 되도록, 상기 제2 가스 공급부의 상기 제2 처리 가스를 상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 처리 가스와는 다른 타이밍에서 오프셋시켜서 상기 처리 용기로 공급하는 것인 기판 처리 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 가스 공급부의 상기 제1 처리 가스 및 상기 제2 가스 공급부의 상기 제2 처리 가스를 주기적으로 상기 처리 용기로 공급하는 것인 기판 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 오프셋시키는 시간이 0.5초 이상인 기판 처리 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 CF계 가스를 포함하며,
    상기 제2 처리 가스는 상기 제1 처리 가스와는 다른 CF계 가스를 포함하는 것인 기판 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 C4F8 가스를 포함하며,
    상기 제2 처리 가스는 C4F6 가스를 포함하는 것인 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 C4F8 가스와 NF3 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 포함하며,
    상기 제2 처리 가스는 C4F6 가스를 포함하는 것인 기판 처리 방법.
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