KR20210006286A

KR20210006286A - 플라스마 처리 장치

Info

Publication number: KR20210006286A
Application number: KR1020200078338A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 사이토우
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2019-07-08
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2021-01-18
Anticipated expiration: 2040-06-26
Also published as: US11335542B2; JP7285152B2; US20210013004A1; TW202115767A; JP2021012960A; KR102407353B1

Abstract

처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 설치되고 또한 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 플라스마 처리 장치에 사용하는 경우에 있어서, 플라스마 처리량이 웨이퍼 중앙에 비하여 웨이퍼 외주부에서 감소하는 것을 억제한다. 플라스마를 사용해서 기판을 처리하는 플라스마 처리 장치이며, 감압 가능하게 구성되고, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 마련되어, 기판이 적재되는 적재대와, 상기 처리 용기의 상부측에, 상기 적재대와 대향하도록 마련되어, 당해 처리 용기 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고, 상기 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 갖고, 상기 적재대 및 상기 가스 도입부는, 상기 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전원에 접속되고, 상기 배기로는, 접지되고, 당해 플라스마 처리 장치는, 또한 상기 배기로의 상기 개구를 덮도록 마련됨과 함께 접지되는 플라스마 분포 조정 부재를 갖고, 상기 플라스마 분포 조정 부재는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다.

Description

플라스마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 개시는 플라스마 처리 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라스마 처리를 실행하는 플라스마 처리 장치가 개시되어 있다. 이 플라스마 처리 장치는, 처리 용기와, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 마련되고, 웨이퍼가 적재되는 적재대와, 적재대의 상방에 마련된 상부 전극과, 상부 전극 및 적재대 중 적어도 어느 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라스마를 생성하는 플라스마 생성부를 갖는다. 그리고, 이 플라스마 처리 장치에서는, 처리 용기의 측벽과 적재대의 측면에 의해 배기 유로가 형성되고, 배기 유로의 저부에는, 배기구를 형성하는 배기관이 배치되고, 배기관에는 배기 장치가 접속되어 있다.

일본 특허 공개 제2016-115848호 공보

본 개시에 따른 기술은, 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고 또한 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 플라스마 처리 장치에 사용하는 경우에 있어서, 플라스마 처리량이 웨이퍼 중앙에 비하여 웨이퍼 외주부에서 감소하는 것을 억제한다.

본 개시의 일 양태는, 플라스마를 사용해서 기판을 처리하는 플라스마 처리 장치이며, 감압 가능하게 구성되고, 기판을 수용하는 처리 용기와, 처리 용기 내에 마련되어, 기판이 적재되는 적재대와, 상기 처리 용기의 상부측에, 상기 적재대와 대향하게 마련되어, 당해 처리 용기 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고, 상기 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 갖고, 상기 적재대 및 상기 가스 도입부는, 상기 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전원에 접속되고, 상기 배기로는, 접지되고, 당해 플라스마 처리 장치는, 또한 상기 배기로의 상기 개구를 덮도록 마련됨과 함께 접지되는 플라스마 분포 조정 부재를 갖고, 상기 플라스마 분포 조정 부재는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다.

본 개시에 의하면, 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고 또한 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 플라스마 처리 장치에 사용하는 경우에 있어서, 플라스마 처리량이 웨이퍼 중앙에 비하여 웨이퍼 외주부에서 감소하는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치로서의 에칭 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 플라스마 분포 조정 부재의 관통 구멍 형성 부분의 확대 측면도이다.
도 3은 플라스마 분포 조정 부재를 마련하는 것의 효과를 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 4는 플라스마 분포 조정 부재를 마련하는 것의 효과를 구체적으로 설명하는 도면이다.
도 5는 플라스마 분포 조정 부재의 관통 구멍의 형상의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 샤워 플레이트의 다른 예를 도시하는 측면도이다.
도 7은 샤워 플레이트의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7의 샤워 플레이트의 하면도이다.
도 9는 샤워 플레이트의 또 다른 예를 도시하는 측면도이다.

반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)에 대하여, 에칭 처리나 성막 처리 등의 각종 플라스마 처리가 행하여진다.

상기 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 장치는, 예를 들어 처리 용기와, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 용기 내에 마련되고, 웨이퍼가 적재되는 적재대와, 적재대의 상방에 마련된 상부 전극을 갖는다. 그리고, 상부 전극 및 적재대에 고주파 전력을 공급함으로써, 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라스마가 생성된다.

또한, 종래의 플라스마 처리 장치에서는, 처리 용기의 저벽측으로부터 당해 처리 용기 내의 배기가 행하여지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 처리 용기의 측벽과 적재대의 측면에 의해 배기 유로가 형성되고, 배기 유로의 저부에는, 배기구를 형성하는 배기관이 배치되어 있다.

그런데, 플라스마 처리 장치로서, 근년, ALE(Atomic Layer Etching) 처리용 등, 처리 용기 내의 용량이 작은 것이 개발되어 오고 있다. 이러한 플라스마 처리 장치에서는, 특허문헌 1과 다른 배기로가 사용되고, 구체적으로는, 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고, 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로가 사용되는 경우가 있다. 그러나, 본 발명자들이 예의 조사한 바에 의하면, 상술한 바와 같은 배기로가 사용되는 경우, 상부 전극에 60MHz 등의 높은 고주파 전력을 공급할 때 등에 있어서, 에칭양 등의 플라스마 처리량이 웨이퍼 중앙에 비하여 웨이퍼 외주부에서 적어져, 웨이퍼 면 내에서 플라스마 처리가 불균일해지는 경우가 있다.

그래서, 본 개시에 따른 기술은, 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 설치되고 또한 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 사용하는 경우에 있어서, 플라스마 처리량이 웨이퍼 중앙에 비하여 웨이퍼 외주부에서 감소하는 것을 억제한다.

이하, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은, 일 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 2는, 후술하는 플라스마 분포 조정 부재의 관통 구멍 형성 부분의 확대 측면도이다.

도 1의 예의 플라스마 처리 장치(1)는, 예를 들어 자연 산화막을 제거하는 에칭을 행하는 에칭 장치로서 구성되어 있다. 구체적으로는, 플라스마 처리 장치(1)는, 스퍼터 에칭이나 ALE에 의해 자연 산화막의 에칭을 행하는 에칭 장치로서 구성되어 있다.

플라스마 처리 장치(1)(이하, 에칭 장치(1))는, 감압 가능하게 구성되고, 기판으로서의 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(10)를 갖는다. 웨이퍼(W)의 직경은 예를 들어 300mm이다.

처리 용기(10)는, 바닥이 있는 원통 형상으로 형성된 용기 본체(11)를 갖는다. 용기 본체(11)는, 도전성의 금속, 예를 들어 알루미늄 함유 금속인 A5052로 이루어져 있다. 또한, 용기 본체(11)는 접지된다.

용기 본체(11)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입출구(11a)가 마련되어 있고, 이 반입출구(11a)에는, 당해 반입출구(11a)를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 마련되어 있다. 또한, 용기 본체(11) 상에는, 처리 용기(10)의 측벽의 일부를 이루는, 후술하는 배기 덕트(60)가 마련되어 있다.

처리 용기(10) 내에는, 웨이퍼(W)가 수평하게 적재되는, 평면으로 보아 원형의 적재대(20)가 마련되어 있다. 이 적재대(20)는 하부 전극을 구성한다. 적재대(20)의 상부에는 정전 척(21)이 마련되어 있다. 적재대(20)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 히터(도시하지 않음)가 마련되어 있다.

적재대(20)에 대해서는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 고주파 전원(30)으로부터, 정합기(31)를 통해서, 바이어스용 고주파 전력, 예를 들어 13.56MHz의 고주파 전력이 공급된다. 정전 척(21)에 대해서는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 직류 전원(32)으로부터 직류 전압이 인가된다. 직류 전압의 ON-OFF는, 스위치(33)에 의해 이루어진다.

적재대(20)의 하면 중앙부에는, 처리 용기(10)의 저벽에 형성된 개구(13)를 통해서 당해 저벽을 관통하여, 상하 방향으로 연장되는 지지 부재(22)의 상단부가 접속되어 있다. 지지 부재(22)의 하단부는 승강 기구(23)에 접속되어 있다. 승강 기구(23)의 구동에 의해, 적재대(20)는 일점쇄선으로 나타내는 반송 위치와, 그 상방의 제1 처리 위치와, 또한 그 상방의 제2 처리 위치의 사이를, 상하로 이동할 수 있다. 반송 위치란, 처리 용기(10)의 반입출구(11a)로부터 처리 용기(10) 내에 진입하는 웨이퍼(W)의 반송 기구(도시하지 않음)와 후술하는 지지 핀(26a) 사이에서 웨이퍼(W)를 전달할 때, 적재대(20)가 대기하는 위치이다. 또한, 제1 처리 위치란, 웨이퍼(W)에 스퍼터 에칭 처리가 행하여지는 위치이며, 제2 처리 위치란, 웨이퍼(W)에 ALE 처리가 행하여지는 위치이다.

또한, 지지 부재(22)에서의 처리 용기(10)의 외측에는, 플랜지(24)가 마련되어 있다. 그리고, 이 플랜지(24)와, 처리 용기(10)의 저벽에서의 지지 부재(22)의 관통부 사이에는, 지지 부재(22)의 외주부를 둘러싸도록, 벨로우즈(25)가 마련되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(10)의 기밀이 유지된다.

처리 용기(10) 내에서의 적재대(20)의 하방에는, 복수, 예를 들어 3개(2개만 도시)의 지지 핀(26a)을 갖는 웨이퍼 승강 부재(26)가 배치되어 있다. 웨이퍼 승강 부재(26)의 하면측에는 지지 기둥(27)이 마련되어 있고, 지지 기둥(27)은, 처리 용기(10)의 저벽을 관통하여, 처리 용기(10)의 외측에 마련된 승강 기구(28)에 접속되어 있다. 따라서, 웨이퍼 승강 부재(26)는, 승강 기구(28)의 구동에 의해 상하 이동 가능하며 또한 상하 이동함으로써, 지지 핀(26a)이 적재대(20)에 형성된 관통 구멍(20a)을 통해서 적재대(20)의 상면으로부터 돌출 함몰한다.

승강 기구(28)와, 처리 용기(10)의 저벽에서의 지지 기둥(27)의 관통부 사이에는, 지지 기둥(27)의 외주를 둘러싸도록, 벨로우즈(29)가 마련되어 있다. 이에 의해, 처리 용기(10)의 기밀이 유지된다.

처리 용기(10)에서의 배기 덕트(60)의 상측에는, 원환상의 절연 지지 부재(40)가 마련되어 있다. 절연 지지 부재(40)의 하면측에는, 절연 부재로서 석영으로 이루어지는 샤워 헤드 지지 부재(41)가 마련되어 있다. 샤워 헤드 지지 부재(41)에는, 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부이며 상부 전극을 구성하는 샤워 헤드(42)가 지지되어 있다. 샤워 헤드 지지 부재(41)에 의한 샤워 헤드(42)의 지지는, 구체적으로는, 샤워 헤드(42)가 처리 용기(10)의 상부측에 위치함과 함께 적재대(20)와 대향하도록 행하여진다.

또한, 샤워 헤드(42)는, 원판상의 헤드 본체부(43)와, 헤드 본체부(43)에 접속된 샤워 플레이트(44)를 갖고 있으며, 헤드 본체부(43)와 샤워 플레이트(44) 사이에는, 가스 확산 공간(S)이 형성되어 있다. 헤드 본체부(43)와 샤워 플레이트(44)는 금속제이다. 또한, 샤워 플레이트(44)의 직경은 웨이퍼(W)와 대략 동일하다. 헤드 본체부(43)에는, 가스 확산 공간(S)에 통하는 2개의 가스 도입 구멍(43a)이 형성되고, 샤워 플레이트(44)에는, 가스 확산 공간(S)으로부터 통하는 다수의 가스 토출 구멍(44a)이 형성되어 있다.

가스 도입 구멍(43a)에는, 처리 가스를 처리 용기(10)에 공급하는 가스 공급 기구(50)가 접속되어 있다. 도시는 생략하지만, 가스 공급 기구(50)에는, 각 처리 가스의 공급원이나, 해당 공급원으로부터의 처리 가스를 일시적으로 저류하는 저류 탱크나, 유량 제어 밸브가 마련되어 있다.

또한, 샤워 헤드(42)에 대해서는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 고주파 전원(34)으로부터, 정합기(35)를 통해서, 플라스마 생성용 고주파 전력, 예를 들어 60MHz 또는 13.56MHz의 고주파 전력이 공급된다.

또한, 처리 용기(10)의 측벽에서의 상부에는, 환상으로 형성된 배기로로서의 배기 덕트(60)가, 적재대(20)에 대하여 동심이 되도록 마련되어 있다. 배기 덕트(60)는, 처리 용기(10)의 중심측에 개구되는 개구(60a)가 내주 전체 둘레에 걸쳐서 형성되도록, 예를 들어 단면으로 보아 U자 형상으로 형성된 부재를 원환상으로 만곡시켜 구성되어 있다. 또한, 배기 덕트(60)에 있어서 상기 U자상을 이루는 홈의 깊이는 예를 들어 45mm 정도이고, 개구(60a)로부터 샤워 헤드(42)까지의 최단 거리는 예를 들어 50mm 정도이다.

배기 덕트(60)에서의 외주벽의 일부에는, 배기구(60b)가 형성되어 있다. 배기구(60b)에는, 배기관(61)의 일단부가 접속되어 있다. 배기관(61)의 타단부는, 예를 들어 진공 펌프나 개폐 밸브 등에 의해 구성되는 배기 장치(62)가 접속되어 있다. 또한, 배기 덕트(60)는, 도전성의 금속, 예를 들어 알루미늄 함유 금속인 A5052로 이루어지고, 용기 본체(11)와 동전위가 된다. 즉, 배기 덕트(60)도 접지된다.

또한, 처리 용기(10) 내에는, 그 측벽을 따라, 배기 덕트(60)의 개구(60a)를 덮도록, 플라스마 분포 조정 부재(이하, 플라스마 조정 부재)(70)가 마련되어 있다. 플라스마 조정 부재(70)는, 도전성 금속, 예를 들어 알루미늄 함유 금속인 A5052로 이루어져 있다. 또한, 플라스마 조정 부재(70)는 접지된다. 또한, 플라스마 조정 부재(70)의 표면은, 세라믹스 용사 또는 양극 산화 처리에 의해 내플라스마 코팅되어 있다. 세라믹스 용사의 재료로서는 예를 들어 이트리아가 사용된다.

이 플라스마 조정 부재(70)는, 원통상으로 형성된 동체부(71)를 갖고, 적재대(20)에 대하여 동심이 되도록 마련되어 있다. 동체부(71)는, 처리 용기(10)의 측벽의 내주면 전체를 덮도록 형성되고, 또한 동체부(71)에서의, 적어도 배기 덕트(60)와 대향하는 부분에, 복수의 관통 구멍(71a)이 형성되어 있다. 동체부(71)의 두께는 예를 들어 7mm이다.

각 관통 구멍(71a)의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 상하 방향 길이가 배기 덕트(60)의 개구(60a)보다 긴 타원 형상(구체적으로는 귀퉁이가 라운딩된 직사각 형상)이다.

또한, 복수의 관통 구멍(71a)은, 모두 동일한 형상을 갖고, 균일하게 분포하도록 형성되어 있다.

또한, 관통 구멍(71a)은, 동체부(71)에서의, 배기 덕트(60)의 개구(60a)를 덮는 부분의 개구율이 50％ 이상 80％ 이하가 되도록 형성된다. 또한, 이하에서는, 「플라스마 조정 부재(70)의 개구율」이란, 이 개구율을 의미하는 것으로 한다. 예를 들어, 직경 300mm의 웨이퍼(W)에 대한 플라스마 조정 부재(70)의 동체부(71)의 직경이 460mm일 때, 면적이 872mm²인 긴 관통 구멍(71a)을 60개 마련하고, 플라스마 조정 부재(70)의 유효 영역의 상하 방향 길이가 50mm로 하면 개구율을 73％로 할 수 있다.

또한, 플라스마 조정 부재(70)의 하단부는, 처리 용기(10)의 중심측으로 연장되도록 형성되어, 당해 처리 용기(10)의 저벽에 접합된다. 구체적으로는, 플라스마 조정 부재(70)는, 동체부(71)의 하단으로부터 처리 용기(10)의 중심측으로 연장되도록 형성된 고정부(72)를 갖는다. 그리고, 고정부(72)와 처리 용기(10)의 저벽이 나사 결합 등에 의해 접합됨으로써, 플라스마 조정 부재(70)는 처리 용기(10) 내에서 고정된다.

이상과 같이 구성되는 에칭 장치(1)에는, 제어부(100)가 마련되어 있다. 제어부(100)는, 예를 들어 CPU나 메모리 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성되고, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 에칭 장치(1)에서의 후술하는 웨이퍼 처리를 실현하기 위한 프로그램 등이 저장되어 있다. 또한, 상기 프로그램은, 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 당해 기억 매체로부터 제어부(100)에 인스톨된 것이어도 된다. 또한, 프로그램의 일부 또는 모두는 전용 하드웨어(회로 기판)로 실현해도 된다.

계속해서, 에칭 장치(1)를 사용해서 행하여지는 웨이퍼 처리에 대해서 설명한다.

이 웨이퍼 처리에서는, 먼저, 스퍼터 에칭 처리에 의해 자연 산화막의 이방성 에칭이 행하여지고, 이어서 ALE 처리에 의해 자연 산화막의 등방성 에칭이 행하여진다.

스퍼터 에칭 처리에서는, 먼저, 게이트 밸브(12)가 개방되어, 처리 용기(10)에 인접하는 진공 분위기의 반송실(도시하지 않음)로부터, 반입출구(11a)를 통해서, 웨이퍼(W)를 보유 지지한 반송 기구(도시하지 않음)가 처리 용기(10) 내에 삽입된다. 그리고, 웨이퍼(W)가 상술한 반송 위치에 위치하는 적재대(20)의 상방에 반송된다. 이때, 처리 용기(10) 내는, 배기 덕트(60)를 통해서 배기되어, 원하는 압력으로 조정되어 있다. 이어서 상승한 지지 핀(26a) 상에 웨이퍼(W)가 전달되고, 그 후, 상기 반송 기구는 처리 용기(10)로부터 발출되고, 게이트 밸브(12)가 폐쇄된다. 그와 함께, 지지 핀(26a)의 하강, 적재대(20)의 상승이 행하여져, 적재대(20) 상에 웨이퍼(W)가 적재된다. 계속해서, 적재대(20)가 상술한 제1 처리 위치로 이동된다. 제1 처리 위치는, 예를 들어 적재대(20)의 상면으로부터 샤워 플레이트(44)의 하면까지의 거리가 40mm가 되는 위치이다.

이어서, 가스 공급 기구(50)로부터, 처리 용기(10)에, 처리 가스로서 Ar 가스가 공급된다. 또한, 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(42)에 60MHz의 고주파 전력이 공급되고, 고주파 전원(30)으로부터 적재대(20)에, 13.56MHz의 고주파 전력이 공급된다.

이에 의해, 처리 용기(10) 내에 Ar 가스의 플라스마가 생성되고, 당해 플라스마 내의 Ar 이온이 웨이퍼(W)의 표면에 충돌하여, 당해 웨이퍼(W)의 표면에 형성된 자연 산화막이 이방적으로 에칭된다.

ALE 처리도 행하는 에칭 장치(1)에서는, Ar 가스의 플라스마를 사용한 스퍼터 에칭 시, 샤워 헤드(42)로부터 적재대(20)까지의 거리에 대하여, 샤워 헤드(42)로부터 접지된 배기 덕트(60)까지의 거리가 비교적 가깝다. 그 때문에, 본 실시 형태와 달리, 배기 덕트(60)의 개구(60a)를 덮도록 플라스마 조정 부재(70)를 마련하지 않는 경우, Ar 가스의 플라스마가, 개구(60a)를 통과해서 배기 덕트(60) 내까지 확산한다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 외주부의 상공의 플라스마 밀도가 낮아지기 때문에, 웨이퍼(W)의 외주부의 에칭양이 중앙부에 비하여 감소한다. 그에 반해, 본 실시 형태과 같이, 접지되는 플라스마 조정 부재(70)를 마련함으로써, 배기 덕트(60) 내까지 확산하는 Ar 가스의 플라스마의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 외주부의 상공에서 플라스마 밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 외주부의 에칭양이 중앙부에 비하여 감소하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 플라스마 조정 부재(70)에는 관통 구멍(71a)이 형성되어 있기 때문에, 배기 덕트(60)의 개구(60a)를 막도록 당해 플라스마 조정 부재(70)를 마련해도 배기 특성이 손상되지 않는다.

자연 산화막의 에칭 후, 샤워 헤드(42)에의 고주파 전력의 공급 및 적재대(20)에의 고주파 전력의 공급이 정지된다. 단, Ar 가스의 공급은 계속되어, 처리 용기(10) 내가 Ar 가스에 의해 퍼지된다. 퍼지가 완료되면 스퍼터 에칭 처리는 종료된다.

ALE 처리는, 퍼지 공정을 사이에 두고, 예를 들어 Cl₂ 가스에 의한 플라스마 처리 공정과, Ar 가스에 의한 플라스마 처리 공정을 교대로 반복함으로써 행하여진다. 이 ALE 처리 시에, 적재대(20)는 상술한 제2 처리 위치로 이동된다. 제2 처리 위치는, 예를 들어 적재대(20) 상의 상면으로부터 샤워 플레이트(44)의 하면까지의 거리가 10 내지 40mm가 되는 위치이다.

ALE 처리에 있어서의, Cl₂ 가스에 의한 플라스마 처리 공정에서는, 가스 공급 기구(50)로부터, 처리 용기(10)에 Cl₂ 가스가 공급된다.

이 공정에서는, 처리 용기(10) 내에, Cl₂가 웨이퍼 표면의 자연 산화막에 흡착된다.

이 공정 후, 처리 용기(10) 내가 Ar 가스에 의해 퍼지된다.

계속되는 Ar 가스에 의한 플라스마 처리 공정에서는, Ar 가스가 처리 용기(10)에 공급된다. 또한, 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(42)에 60MHz의 고주파 전력이 공급되고, 적재대(20)에 대해서는, 처리 용기(10)의 외부에 마련되어 있는 고주파 전원(30)으로부터, 정합기(31)를 통해서, 바이어스용 고주파 전력, 13.56MHz의 고주파 전력이 공급된다.

이에 의해, 처리 용기(10) 내에 Ar 가스의 플라스마가 생성되고, 당해 플라스마 내의 Ar 이온에 의해, 당해 웨이퍼(W)의 표면의 자연 산화막에서의 Cl 이온 등이 흡착된 부분이 제거된다.

이 공정 후, 처리 용기(10) 내가 Ar 가스에 의해 퍼지된다.

ALE 처리에서는, 상술한 각 공정을 반복함으로써, 웨이퍼(W) 상의 애스펙트비가 높은 바닥 부분에 효율적으로 에칭 가스를 공급할 수 있어, 자연 산화막을 에칭할 수 있다.

ALE 처리 후, 스퍼터 에칭 처리 시의 웨이퍼(W)의 반입과 역의 수순으로 웨이퍼(W)가 처리 용기(10)로부터 반출된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 에칭 장치(1)가, 감압 가능하게 구성되고, 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(10)와, 처리 용기(10) 내에 마련되어, 웨이퍼(W)가 적재되는 적재대(20)와, 처리 용기(10)의 상부측에, 적재대(20)와 대향하게 마련되어, 당해 처리 용기(10) 내에 처리 가스를 도입하는 샤워 헤드(42)와, 처리 용기(10)의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고, 처리 용기(10)의 중심측을 향해서 개구되는 개구를 갖는 배기 덕트(60)를 갖는다. 또한, 적재대(20) 및 샤워 헤드(42)가 처리 용기(10) 내에서 처리 가스의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전원(30, 34)에 접속되고, 배기 덕트(60)가 접지되어 있다. 그리고, 이 에칭 장치(1)에는, 또한 배기 덕트(60)의 개구(60a)를 덮도록, 접지된 플라스마 조정 부재(70)가 마련되어 있다. 따라서, 배기 덕트(60) 내까지 확산하는 플라스마의 양을 삭감할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 외주부의 스퍼터 에칭양이 웨이퍼 중앙부에 비하여 감소하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 플라스마 조정 부재(70)에는 복수의 관통 구멍(71a)이 형성되어 있기 때문에, 당해 플라스마 조정 부재(70)에 의해 배기 특성이 손상되지 않는다.

도 3 및 도 4는, 플라스마 조정 부재(70)를 마련하는 것의 효과를 구체적으로 설명하는 도면이다. 도 3은, 플라스마 조정 부재(70)가 마련되어 있지 않은 에칭 장치를 사용해서 상기 스퍼터 에칭 처리를 행했을 때의 에칭양의 분포를 도시하는 도면이다. 여기에서 사용한 에칭 장치는, 플라스마 조정 부재(70)가 마련되어 있지 않은 점에서만, 상술한 에칭 장치(1)와 다르다. 도 4는, 플라스마 조정 부재(70)가 마련된 에칭 장치(1)를 사용해서 상기 스퍼터 에칭 처리를 행했을 때의 에칭양의 분포를 도시하는 도면이다. 사용된 플라스마 조정 부재(70)는, 도 2의 형상의 관통 구멍(71a)을 갖고 있으며, 그 개구율이 77％이었다. 도 3 및 도 4에서, 횡축은 웨이퍼(W)의 중심으로부터의 위치, 종축은 Ar 가스의 에칭 속도(=에칭양/처리 시간)를 나타낸다. 또한, 도 3 및 도 4의 결과가 얻어졌을 때의 스퍼터 에칭 처리 조건은 이하와 같다.

처리 용기(10) 내의 압력: 5mTorr

샤워 헤드(42)에의 공급 전력: 50W

적재대(20)에의 공급 전력: 900W

샤워 플레이트(44)의 하면으로부터 적재대(20)의 상면까지의 거리: 40mm

Ar 가스의 유량: 30sccm

적재대(20)의 온도: 30℃

처리 시간: 20초

도 3에 도시한 바와 같이, 플라스마 조정 부재(70)가 마련되어 있지 않은 경우, 에칭양은, 웨이퍼(W)의 중앙부에 비해, 웨이퍼(W)의 외주부가 감소하고 있었다. 또한, 플라스마 조정 부재(70)가 마련되어 있지 않은 경우, 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)은 8.8％이었다. 또한, 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)은, 이하의 식으로 표현되는 것이다.

NU=((에칭양의 표준 편차)/(에칭양의 평균값))×100

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 플라스마 조정 부재(70)를 마련한 경우, 웨이퍼(W)의 외주부의 에칭양이 웨이퍼(W)의 중앙부와 동등하였다. 또한, 상술한 예의 플라스마 조정 부재(70)를 마련한 경우, 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)은 8.7％로, 플라스마 조정 부재(70)를 마련하지 않는 경우에 비해서 향상되어 있었다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 플라스마 조정 부재(70)의 개구율을 바꿈으로써, 배기 덕트(60)의 개구(60a)를 점유하는 접지 전위의 비율을 조절할 수 있기 때문에, 플라스마의 분포를 조정하여, 웨이퍼(W) 외주부의 스퍼터 에칭양을 제어할 수 있다.

플라스마 조정 부재(70)의 개구율은 77％ 이상으로 하는 것, 즉, 개구(60a)가 접지 전위가 되는 부재로 덮혀지는 비율을 23％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 본 발명자들이 예의 조사한 바에 의하면, 상기 개구율이 77％ 미만이고, 개구(60a)가 접지 전위가 되는 부재로 덮혀지는 비율이 23％를 초과하는 경우, 웨이퍼(W)의 외주부 에칭양이 증가함으로써, 면내 불균일성이, 플라스마 조정 부재(70)를 마련하지 않은 경우에 비하여 악화하는 경우가 있기 때문이다.

또한, 플라스마 조정 부재(70)의 개구율은 80％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 개구율이 80％를 초과하는 경우, 플라스마 조정 부재(70)의 가공이 곤란해지고, 또한 당해 부재(70)의 강도가 저하되기 때문이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 플라스마 조정 부재(70)의 복수의 관통 구멍(71a)이, 모두 동일한 형상을 갖고, 균일하게 분포하도록 형성되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 에칭양의 둘레 방향에 관한 분포를 균일하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 플라스마 조정 부재(70)가, 세라믹스 용사 또는 양극 산화 처리에 의해 내플라스마 코팅되어 있다. 따라서, 스퍼터 에칭 처리나 ALE 처리 시에, 플라스마 조정 부재(70)가 플라스마에 의해 대미지를 받는 것을 방지할 수 있다.

도 5는, 플라스마 조정 부재(70)의 관통 구멍(71a)의 형상의 다른 예를 도시하는 도면이다.

관통 구멍(71a)의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 도 2와 같은 타원 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 관통 구멍(71a)의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 도 5에 도시한 바와 같이, 배기 덕트(60)의 개구(60a)의 상하 방향 길이 미만의 직경을 갖는 원 형상이어도 된다. 이 경우도, 플라스마 조정 부재(70)의 개구율이 77％ 이상이 되도록, 관통 구멍(71a)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이상에서는, 샤워 플레이트(44)에서의, 적재대(20) 상의 웨이퍼(W)와 대향하는 부분은 평탄하게 형성되어 있다. 샤워 플레이트(44)의 형상은 이것에 한정되지 않는다.

도 6은, 샤워 플레이트의 다른 예를 도시하는 측면도이다.

도면의 샤워 플레이트(200)는, 원판상으로 형성된 원판부(201)와, 원판부(201)의 중앙 부분으로부터 하측으로 돌출되는 볼록부(202)를 갖는다. 또한, 이 샤워 플레이트(200)에도, 도 1의 것과 마찬가지로, 가스 토출 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

이 샤워 플레이트(200)를 사용함으로써, 중심의 플라스마 밀도를 변화시킴으로써, 에칭양을 변화시킬 수 있다.

그 때문에, 웨이퍼(W)의 외주부 에칭양을 바꾸지 않고, 웨이퍼(W)의 중앙부의 에칭양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 플라스마 조정 부재(70)만을 마련해서 웨이퍼(W)의 중앙부의 에칭양이 다른 부분에 비해서 많을 때 등에, 이 샤워 플레이트(200)를 병용함으로써, 스퍼터 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)을 향상시킬 수 있다.

또한, 원판부(201)의 두께(T)는 예를 들어 9mm이다.

또한, 볼록부(202)의 직경 방향의 폭(K)은, 예를 들어 웨이퍼(W)의 반경 이하인 150mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 당해 폭(K)을 너무 크게 하면, 단순히 샤워 플레이트(44)를 두껍게 했을 때와 마찬가지로 되기 때문이다.

볼록부(202)의 높이(H)는, 예를 들어 3mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 본 발명자들이 예의 조사한 바에 의하면, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주부의 사이의 부분인 중간 부분의 스퍼터 에칭양은, 볼록부(202)를 마련함으로써 감소하지만, 상기 높이(H)가 3mm를 초과하는 경우, 그 감소폭이 커져, 오히려 스퍼터 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)의 향상의 방해가 되기 때문이다.

도 7은, 샤워 플레이트의 다른 예를 도시하는 단면도, 도 8은, 도 7의 샤워 플레이트의 하면도이다.

도 7 및 도 8의 샤워 플레이트(210)는, 그 하면에, 당해 샤워 플레이트(210)와 동심의 환상 홈(211)을 갖는다. 이 샤워 플레이트(210)를 사용함으로써, 환상 홈(211)에 대향하는, 웨이퍼(W)의 중앙부와 외주부의 사이의 부분인 중간 부분의 스퍼터 에칭양을, 하면이 평탄한 샤워 플레이트(44)를 사용하는 경우보다도 증가시킬 수 있다. 따라서, 플라스마 조정 부재(70)만을 마련해서 웨이퍼(W)의 상기 중간부의 에칭양이 다른 부분에 비해서 적을 때 등에, 이 샤워 플레이트(210)를 병용함으로써, 스퍼터 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 샤워 플레이트(210)에도, 도 1의 것과 마찬가지로, 가스 토출 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

도 9는, 샤워 플레이트의 또 다른 예를 도시하는 측면도이다.

도 6의 샤워 플레이트(200)의 볼록부(202)는, 플레이트 하면 중앙부에서만 원뿔대 형상을 형성하고 있지만, 도 9의 샤워 플레이트(220)의 볼록부(221)는, 플레이트 하면 전체에서 원뿔대 형상을 형성하고 있다.

이 샤워 플레이트(220)이어도, 플라스마 조정 부재(70)와 병용함으로써, 스퍼터 에칭양의 웨이퍼 면내 불균일성(NU)을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 샤워 플레이트(220)에도, 도 1의 것과 마찬가지로, 가스 토출 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.

이상에서는, 에칭 장치를 예로 들어 설명했지만, 성막 처리 등, 플라스마를 사용하는 다른 처리를 행하는 장치에도 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치를 적용할 수 있다.

금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태에서 생략, 치환, 변경되어도 된다.

또한, 이하와 같은 구성도 본 개시의 기술적 범위에 속한다.

(1) 플라스마를 사용해서 기판을 처리하는 플라스마 처리 장치이며,

감압 가능하게 구성되고, 기판을 수용하는 처리 용기와,

상기 처리 용기 내에 마련되어, 기판이 적재되는 적재대와,

상기 처리 용기의 상부측에, 상기 적재대와 대향하게 마련되어, 당해 처리 용기 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부와,

상기 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고, 상기 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 갖고,

상기 적재대 및 상기 가스 도입부는, 상기 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전원에 접속되고,

상기 배기로는, 접지되고,

당해 플라스마 처리 장치는, 또한 상기 배기로의 상기 개구를 덮도록 마련됨과 함께 접지되는 플라스마 분포 조정 부재를 갖고,

상기 플라스마 분포 조정 부재는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있는, 플라스마 처리 장치.

상기 (1)에 의하면, 플라스마 처리량이 기판 중앙에 비하여 기판 외주부에서 감소하는 것을 억제할 수 있다.

(2) 상기 플라스마 분포 조정 부재에서의, 상기 배기로의 상기 개구를 덮는 부분의 개구율은, 50％ 이상 80％ 이하인, 상기 (1)에 기재된 플라스마 처리 장치.

상기 (2)에 의하면, 플라스마 처리량의 기판 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.

(3) 상기 관통 구멍의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 상기 배기로의 상기 개구의 상하 방향 길이 미만의 직경을 갖는 원 형상인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 플라스마 처리 장치.

(4) 상기 관통 구멍의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 상하 방향 길이가 상기 배기로의 상기 개구보다 긴 타원 형상인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 플라스마 처리 장치.

(5) 상기 복수의 관통 구멍은, 모두 동일한 형상을 갖고, 균일하게 분포하도록 형성되어 있는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 플라스마 처리 장치.

상기 (5)에 의하면, 플라스마 처리량의 둘레 방향에 관한 분포를 균일하게 할 수 있다.

(6) 상기 플라스마 분포 조정 부재의 표면은, 세라믹스 용사 또는 양극 산화 처리에 의해 내플라스마 코팅되어 있는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 플라스마 처리 장치.

상기 (6)에 의하면, 플라스마 처리 시에 플라스마 분포 조정 부재가 대미지를 받는 것을 방지할 수 있다.

(7) 상기 플라스마 분포 조정 부재의 하단부는, 상기 처리 용기의 중심측으로 연장되도록 형성되어 있고, 상기 처리 용기의 저벽에 접합되는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 플라스마 처리 장치.

(8) 상기 가스 도입부는, 하면 중앙이 하방으로 돌출되는 볼록부를 갖는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 플라스마 처리 장치.

상기 (8)에 의하면, 플라스마 처리량의 기판 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.

(9) 상기 가스 도입부의 볼록부는, 원뿔대 형상인, 상기 (8)에 기재된 플라스마 처리 장치.

(10) 상기 가스 도입부의 하면에, 당해 가스 도입부와 동심의 환상 홈이 마련되어 있는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 플라스마 처리 장치.

상기 (10)에 의하면, 플라스마 처리량의 기판 면내 균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims

플라스마를 사용해서 기판을 처리하는 플라스마 처리 장치이며,
감압 가능하게 구성되고, 기판을 수용하는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 마련되어, 기판이 적재되는 적재대와,
상기 처리 용기의 상부측에, 상기 적재대와 대향하게 마련되어, 당해 처리 용기 내에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부와,
상기 처리 용기의 측벽에서의 상부에 환상으로 마련되고, 상기 처리 용기의 중심측에 개구되는 개구가 내주측에 형성된 배기로를 포함하고,
상기 적재대 및 상기 가스 도입부는, 상기 처리 용기 내에서 처리 가스의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전원에 접속되고,
상기 배기로는, 접지되고,
당해 플라스마 처리 장치는, 또한 상기 배기로의 상기 개구를 덮도록 마련됨과 함께 접지되는 플라스마 분포 조정 부재를 포함하고,
상기 플라스마 분포 조정 부재는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있는, 플라스마 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 플라스마 분포 조정 부재에서의, 상기 배기로의 상기 개구를 덮는 부분의 개구율은, 50％ 이상 80％ 이하인, 플라스마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관통 구멍의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 상기 배기로의 상기 개구의 상하 방향 길이 미만의 직경을 갖는 원 형상인, 플라스마 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관통 구멍의 관통 방향에서 보았을 때의 형상은, 상하 방향 길이가 상기 배기로의 상기 개구보다 긴 타원 형상인, 플라스마 처리 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 관통 구멍은, 모두 동일한 형상을 갖고, 균일하게 분포하도록 형성되어 있는, 플라스마 처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 분포 조정 부재의 표면은, 세라믹스 용사 또는 양극 산화 처리에 의해 내플라스마 코팅되어 있는, 플라스마 처리 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스마 분포 조정 부재의 하단부는, 상기 처리 용기의 중심측으로 연장되도록 형성되어 있고, 상기 처리 용기의 저벽에 접합되는, 플라스마 처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 도입부는, 하면 중앙이 하방으로 돌출되는 볼록부를 갖는, 플라스마 처리 장치.
제8항에 있어서, 상기 가스 도입부의 볼록부는, 원뿔대 형상인, 플라스마 처리 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 도입부의 하면에, 당해 가스 도입부와 동심의 환상 홈이 마련되어 있는, 플라스마 처리 장치.