KR100887447B1 - Substrate processing apparatus, gas supply unit, substrate processing method, and storage medium - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판에 가스를 공급하여 기판의 처리를 행함에 있어, 기판의 처리의 면내 균일성을 높이는 것을 목적으로 한다.
기판에 가스를 공급하는 가스 토출 구멍이 형성된 샤워 헤드의 내부를, 기판의 중앙 영역에 가스를 공급하는 중앙 영역과, 기판의 주변 영역에 가스를 공급하는 주변 영역으로 분할하고, 기판에 대해 각각의 영역으로부터 유량을 조정한 동일한 처리 가스를 공급한다. 그 때, 가스 공급 장치의 중앙 영역의 중심으로부터 당해 중앙 영역에 포함되는 가장 외측의 가스 토출 구멍까지의 거리가 기판 반경의 53% 이상으로 한다. 또, 주변 영역에는 첨가 가스를 더 첨가한다.
An object of this invention is to improve in-plane uniformity of the process of a board | substrate in supplying gas to a board | substrate and processing a board | substrate.
The inside of the shower head in which the gas discharge hole for supplying gas to the substrate is formed is divided into a central region for supplying gas to the center region of the substrate and a peripheral region for supplying gas to the peripheral region of the substrate. The same process gas which adjusted the flow volume from the area | region is supplied. In that case, the distance from the center of the center area | region of a gas supply apparatus to the outermost gas discharge hole contained in the said center area | region shall be 53% or more of a substrate radius. In addition, an additional gas is further added to the peripheral region.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대해서 가스를 공급하여 기판의 처리를 행하는 기술 및 이 가스를 공급하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for processing a substrate by supplying a gas to a substrate such as a semiconductor wafer and an apparatus for supplying the gas.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라 함) 등의 기판에 대한 에칭이나 CVD 등의 처리는 처리 용기 내에 기판을 탑재하고, 이 기판에 대향하여 마련된 가스 샤워 헤드라고 불리는 가스 공급 장치로부터 처리 가스를 기판에 대해 샤워 형상으로 공급함으로써 행하여진다.In the manufacturing process of a semiconductor device, a process such as etching or CVD on a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) mounts a substrate in a processing container, and is a gas supply device called a gas shower head provided against the substrate. From the processing gas is supplied to the substrate in a shower shape.
한편, 최근의 패턴의 미세화, 고(高)집적화에 따라, 기판의 면 내에서의 패턴의 치수가 불균일하게 되기 쉬운 프로세스가 출현하게 되어 있다. 예컨대 트랜지스터의 게이트 전극을 에칭에 의해서 라인 형상으로 형성하는 프로세스에서는, 레지스트 마스크를 이용하여 게이트 전극 재료층을 에칭하면, 레지스트 마스크에 대해서 큰 선택비를 확보하기 어려워, 레지스트 마스크가 먼저 소실되어 버리므로, 실리콘 질화막(SiN막)을 하드 마스크로서 이용하여 에칭을 행하는 프로세스가 검토되고 있다.On the other hand, with the recent miniaturization and high integration of a pattern, a process is likely to appear in which the dimensions of the pattern in the surface of the substrate tend to be nonuniform. For example, in the process of forming the gate electrode of the transistor in a line shape by etching, when the gate electrode material layer is etched using the resist mask, it is difficult to secure a large selectivity with respect to the resist mask, and the resist mask is lost first. The process of etching using a silicon nitride film (SiN film) as a hard mask is examined.
그러나, SiN막은, 에칭에 의해 형성된 라인의 폭에 대하여 면내 분포가 메 산(山)자 형상으로 되는 경향, 바꿔 말하면 중앙 영역의 라인의 폭이 주변 영역보다도 커지는 경향이 강하다. SiN막은, 퇴적물이 부착되기 쉽기(소위 퇴적성이 강하기) 때문에, 기판의 표면에서의 퇴적물을 퇴적하는 가스 분포의 편차에 의해서, 라인의 측벽에 퇴적되는 퇴적물의 양이 영향을 받기 쉽다. 한편, 웨이퍼의 중앙 영역은 주변 영역에 비해서 가스가 배기되기 어려워, 가스의 압력이 약간 높으므로, 웨이퍼의 중앙 영역에서는 주변 영역보다도 퇴적물의 부착량이 늘어나, 이 차이가 라인의 폭의 면내 분포에 크게 작용하고 있는 것으로 생각된다.However, the SiN film has a tendency that the in-plane distribution becomes mecha-shaped with respect to the width of the line formed by etching, in other words, the width of the line in the center region becomes larger than the peripheral region. Since SiN films tend to adhere to deposits (so-called deposition properties are strong), the amount of deposits deposited on the sidewalls of the lines is likely to be affected by variations in the gas distribution that deposits the deposits on the surface of the substrate. On the other hand, in the center region of the wafer, gas is less likely to be exhausted compared to the peripheral region, and the pressure of the gas is slightly higher. Therefore, the deposition amount of the deposit increases in the central region of the wafer than in the peripheral region. It seems to work.
예컨대 도 11(a)에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트 마스크(101)와 SiO2막(102) 등을 거쳐서 그 아래쪽에 형성된 예컨대 SiN막(103)에 대하여, 예컨대 퇴적물을 퇴적하는 가스인 CH2F2 가스와, 에칭 가스인 O2 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마에 의해서 동 도면(b)과 같이 에칭을 행하는 프로세스에 있어서는, 라인의 치수 D의 편차의 허용 범위는 예컨대 10㎚ 이하로 되고 있어, 웨이퍼(100)에 있어서의 라인의 밀한 부분 예컨대 금속 배선과 그 사이의 절연층과의 비율이 1:1 정도의 부분뿐만 아니라, 지금까지 치수의 편차가 비교적 넓게 허용되고 있었던 라인의 소한 부분 예컨대 전술한 비율이 1:2 이상인 부분에 대해서도, 그 허용 범위 를 만족하는 것이 요구되고 있다.For example, as shown in Figure 11 (a), through the
특허 문헌 1에 기재된 가스 공급 장치는, 중앙 영역과 주변 영역에 대해 독립하여 가스를 공급할 수 있기 때문에, 웨이퍼(100)의 주변 영역에서의 단위 면적당의 퇴적물을 퇴적하는 가스의 공급량을 중앙 영역보다도 많게 할 수 있다. 그러나, 주변 영역에 공급되는 에칭 가스의 유량도 많아지기 때문에, 퇴적물의 양이 증가하였다고 하여도 그 퇴적물을 에칭하는 양도 증가하므로, 개략적인 말을 하면, 주변 영역에서의 퇴적물의 부착량을 많게 하는 것은 불가능하여, 여전히 라인의 치수의 면내 분포를 개선할 수 없다.Since the gas supply device described in Patent Document 1 can supply gas independently from the center region and the peripheral region, the supply amount of gas for depositing the deposit per unit area in the peripheral region of the
<특허 문헌 1> 일본 특허 공개 제 2005-723 호([0052]~[0054])<Patent Document 1> Japanese Patent Laid-Open No. 2005-723 ([0052] to [0054])
본 발명은 이러한 사정 하에서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 기판에 가스를 공급하여 기판의 처리를 행함에 있어, 기판의 면내에서 균일성 높게 처리를 행할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.This invention is made | formed under such a situation, The objective is to provide the technique which can perform a process uniformly in surface inside of a board | substrate in supplying gas to a board | substrate and processing a board | substrate.
본 발명의 기판 처리 장치는, 기판이 탑재되는 탑재대가 내부에 마련된 처리 용기와, 상기 탑재대에 대향하도록 마련되고, 기판의 중앙 영역에 대향하고 또한 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 중앙 영역과, 기판의 주변 영역에 대향하고 또한 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 주변 영역으로부터 각기 독립하여 유량 조정된 처리 가스를 기판에 공급하도록 구성된 가스 공급 장치와, 상기 가스 공급 장치의 상기 중앙 영역과 주변 영역에 공통의 가스를 공급하기 위한 수단과, 상기 가스 공급 장치의 주변 영역에 상기 공통의 가스에 부가하여 첨가 가스를 공급하기 위한 수단과, 처리 용기 내를 배기하기 위한 배기 수단을 구비하되, 상기 가스 공급 장치의 중앙 영역의 중심으로부터 당해 중앙 영역에 포함되는 가장 외측의 가스 토출 구멍까지의 거리가 기판 반경의 53% 이상인 것을 특징으로 한다.The substrate processing apparatus of the present invention includes a processing container provided with a mounting table on which a substrate is mounted, a central region provided to face the mounting table, facing a central region of the substrate, and formed with a plurality of gas discharge holes, and a substrate. A gas supply device configured to supply a processing gas that is flow-adjusted independently from a peripheral area having a plurality of gas discharge holes and opposed to the peripheral area of the substrate, and common to the central area and the peripheral area of the gas supply device. Means for supplying a gas, means for supplying an additive gas in addition to the common gas in a peripheral region of the gas supply device, and exhaust means for exhausting the inside of the processing container, The distance from the center of the center region to the outermost gas discharge hole included in the center region is Characterized in that at least 53% of the radius.
또한, 본 발명의 기판 처리 장치의 구체적 형태로서, 복수의 가스 공급원으로부터 공급되는 복수의 가스를 혼합하여, 그 혼합 가스가 상기 중앙 영역과 주변 영역으로 분류되어 공통 가스로서 공급되는 예를 들 수 있으며, 이 경우, 상기 공 통 가스는, 예컨대 에칭 가스와, 퇴적 작용 또는 볼록부의 측벽 보호 작용을 갖는 가스를 포함하고, 그들 가스의 상기 중앙 영역에서의 유량의 비율과 주변 영역에서의 유량의 비율이 동일하며, 상기 첨가 가스는 퇴적 작용 또는 볼록부의 측벽 보호 작용을 구비한 가스이다. 또한, 퇴적 작용이 있는 첨가 가스는, 예컨대 탄소 및 수소를 포함하는 화합물로 이루어지는 가스이며, 에칭 가스는, 예컨대 기판 상의 질화실리콘막을 에칭하기 위한 가스이다. 또는 에칭 가스는 기판 상의 질화실리콘막을 에칭하기 위한 가스이고, 볼록부의 측벽 보호 작용을 구비한 첨가 가스는 질소 가스이다. 상기 기판의 처리는, 예컨대 기판 상의 박막에 대하여 에칭에 의해 라인을 형성하는 것이다. 또한, 상기 처리는 처리 용기 내에서의 프로세스 시의 압력이 예컨대 1.3Pa~40Pa로 조정되어 행하여진다.Moreover, as a specific aspect of the substrate processing apparatus of this invention, the some gas supplied from the some gas supply source is mixed, and the mixed gas is classified into the said center area | region and the peripheral area, and is supplied as a common gas, for example. In this case, the common gas includes, for example, an etching gas and a gas having a deposition action or a sidewall protection action of the convex portion, and the ratio of the flow rate in the central region of those gases and the flow rate in the peripheral region The same, the additive gas is a gas having a deposition action or a side wall protection action of the convex portion. The additive gas having a deposition action is a gas made of a compound containing carbon and hydrogen, for example, and the etching gas is a gas for etching the silicon nitride film on the substrate, for example. Alternatively, the etching gas is a gas for etching the silicon nitride film on the substrate, and the additive gas having the sidewall protection action of the convex portion is nitrogen gas. The processing of the substrate is, for example, to form a line by etching the thin film on the substrate. In addition, the said process is performed by adjusting the pressure at the time of a process in a processing container, for example to 1.3 Pa-40 Pa.
본 발명의 가스 공급 장치는, 기판의 중앙 영역에 대향하고, 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 중앙 영역과, 기판의 주변 영역에 대향하고, 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 주변 영역으로부터 동일한 성분의 처리 가스를 각기 독립하여 기판에 공급하기 위한 가스 공급 장치에 있어서, 상기 중앙 영역의 중심으로부터 당해 중앙 영역에 포함되는 가장 외측의 가스 토출 구멍까지의 거리가 기판 반경의 53% 이상이고, 주변 영역으로부터는 첨가 가스가 더 가해지는 것을 특징으로 한다.The gas supply apparatus of the present invention is a processing gas of the same component from a central region facing the central region of the substrate and having a plurality of gas discharge holes formed therein, and a peripheral region facing the peripheral region of the substrate and having a plurality of gas discharge holes formed therein. In the gas supply apparatus for supplying to the substrate independently from each other, the distance from the center of the center region to the outermost gas discharge hole included in the center region is 53% or more of the substrate radius, and is added from the peripheral region. It is characterized in that more gas is added.
본 발명의 기판 처리 방법은, 기판이 탑재되는 탑재대가 내부에 마련된 처리 용기와, 상기 탑재대에 대향하도록 마련되고, 기판의 중앙 영역에 대향하고 또한 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 중앙 영역과, 기판의 주변 영역에 대향하고 또한 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 주변 영역을 구비한 가스 공급 장치를 갖는 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서, 상기 가스 공급 장치의 중앙 영역과 주변 영역으로부터 각각 독립하여 유량 조정된 공통의 처리 가스를 기판에 공급하는 공정과, 상기 가스 공급 장치의 주변 영역에 상기 공통의 가스에 부가하여 첨가 가스를 공급하는 공정과, 처리 용기 내를 배기하는 공정을 포함하되, 상기 가스 공급 장치의 중앙 영역의 중심으로부터 당해 중앙 영역에 포함되는 가장 외측의 가스 토출 구멍까지의 거리가 기판 반경의 53% 이상인 것을 특징으로 한다.The substrate processing method of the present invention includes a processing container provided with a mounting table on which a substrate is mounted, a central region provided to face the mounting table, facing a central region of the substrate, and having a plurality of gas discharge holes formed therein; A method of processing a substrate using a substrate processing apparatus having a gas supply device, the substrate supply device having a peripheral area opposed to a peripheral area of the substrate and having a plurality of gas discharge holes formed therein, the method comprising: respectively from a central area and a peripheral area of the gas supply device; A process of supplying a common process gas independently adjusted in flow rate to a substrate, a process of supplying an additional gas in addition to the common gas to a peripheral region of the gas supply device, and evacuating a process container And an outermost gas discharge port included in the central region from the center of the central region of the gas supply device. The distance to the bruise is characterized in that not less than 53% of the substrate radius.
본 발명의 기억 매체는, 기판 처리 장치에 이용되고, 컴퓨터 상에서 동작하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기억 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 기판 처리 방법을 실시하도록 단계가 편성되어 있는 것을 특징으로 한다.The storage medium of the present invention is a storage medium that is used in a substrate processing apparatus and stores a computer program operating on a computer, wherein the computer program is configured to perform the substrate processing method.
본 발명에 의하면, 다수의 가스 토출 구멍이 형성된 중앙 영역과 주변 영역으로부터 공통의 처리 가스를 각각 독립하여 기판에 공급하는 가스 공급 장치를 이용하고, 주변 영역으로부터는 첨가 가스가 더 가해지도록 하고 또한 상기 중앙 영역과 주변 영역의 경계 위치를 적절화하고 있기 때문에, 기판의 중앙 영역이 주변 영역보다도 배기되기 어려운 것에 근거하는 처리의 면내의 불균일성을 완화할 수 있어, 그 결과 에칭 등의 처리의 면내 균일성의 향상을 도모할 수 있다.According to the present invention, a gas supply apparatus for supplying a common processing gas to a substrate is independently provided from a central region and a peripheral region in which a plurality of gas discharge holes are formed, and further gas is added from the peripheral region. Since the boundary position between the center region and the peripheral region is appropriate, in-plane nonuniformity of the processing based on the less likely that the center region of the substrate is less exhausted than the peripheral region can be alleviated, resulting in in-plane uniformity of the processing such as etching. Improvement can be aimed at.
예컨대, 실리콘 질화막 등의 부가물의 퇴적성이 강한 막을 에칭하는 경우에는, 예컨대 라인 등의 패턴에 대해 주변부측의 폭이 작아지는 경향이 강하지만, 주변 영역에 퇴적 작용 또는 볼록부의 측벽 보호 작용이 있는 가스를 첨가함으로써, 패턴의 폭의 면내 균일성이 개선된다.For example, in the case of etching a film having a strong deposition property of an additive such as a silicon nitride film, the width of the peripheral portion side tends to decrease with respect to a pattern such as a line, for example, but there is a deposition action or a sidewall protection action in the peripheral region. By adding a gas, the in-plane uniformity of the width of the pattern is improved.
본 발명의 가스 공급 장치(1)의 적용예에 대하여 도 1~도 3을 참조해서 설명한다. 본 발명의 가스 공급 장치(1)가 적용된 플라즈마 처리 장치(2)는, 예컨대 내부가 밀폐 공간으로 되어 있는 진공 챔버로 이루어지는 처리 용기(21)와, 이 처리 용기(21) 내의 바닥면 중앙에 배치되고, 하부 전극을 겸하는 탑재대(3)와, 탑재대(3)의 위쪽에 당해 탑재대(3)와 대향하도록 마련된 샤워 헤드의 일부를 이루는 상부 전극(4)을 구비하고 있다.The application example of the gas supply apparatus 1 of this invention is demonstrated with reference to FIGS. The
처리 용기(21)의 바닥면에는 배기구(22)가 형성되어 있고, 이 배기구(22)에는 배기관(24)을 거쳐서 배기 수단인 배기 장치(23)가 접속되어 있다. 배기 장치(23)에는 도시하지 않은 압력 조정부가 마련되어 있고, 이 압력 조정부는 후술하는 제어부(2A)로부터의 신호에 의해서 처리 용기(21) 내를 진공 배기하여 소망하는 진공도로 유지하도록 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(21)의 벽면에는 웨이퍼 W의 반송구(25)가 마련되어 있고, 이 반송구(25)는 게이트 밸브(26)에 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 처리 용기(21)의 외측의 측벽부에는, 반송구(25)를 상하에서 거리를 두고, 각각 링 형상의 영구 자석(27, 28)이 마련되어 있다.An
처리 용기(21)의 내벽에는 퇴적물 실드가 마련되어 있고, 처리 용기(21)의 내벽을 고온 예컨대 60℃ 이상으로 유지하여, 플루오르 카본 등의 부착물이 퇴적되지 않도록 구성되어 있지만, 도면에서는 생략한다.A deposit shield is provided on the inner wall of the
탑재대(3)는, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 지지대(32), 정전 척(34), 조금의 간극을 두고 정전 척(34)의 주위를 둘러싸는 절연체로 이루어지는 제 1 링체(39) 및 이 제 1 링체(39)의 상면에 마련되고, 웨이퍼 W의 위쪽에 플라즈마를 발생시켰을 때에 당해 플라즈마를 가로 방향으로 확대하는 역할을 담당하는 도전체로 이루어지는 제 2 링체(40)로 구성되어 있다. 정전 척(34)에는, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼 W를 승강시키기 위한 관통 구멍(34a)이 형성되어 있다. 또한, 정전 척(34)에는, 고압 직류 전원(35)이 접속되어 있고, 고압 직류 전원(35)으로부터의 급전에 의해서, 웨이퍼 W가 정전 척(34)에 정전 흡착된다.The mounting table 3 includes, for example, a support ring 32 made of aluminum, an
탑재대(3)의 측벽부에는, 탑재대(3)와 처리 용기(21)의 외벽의 링 형상의 간극을 매우도록 배기 버퍼의 역할을 가지는 링 형상의 배기 링(24a)이 마련되어 있다. 이 배기 링(24a)은, 둘레 방향에 있어서의 배기량을 균일하게 하여, 탑재대(3)에 탑재되는 웨이퍼 W의 둘레 방향으로부터의 배기량을 균일하게 하기 위한 것이다.In the side wall portion of the mounting table 3, a ring-
또한, 탑재대(3)의 지지체(32)에는, 콘덴서 C 및 코일 L을 거쳐서 예컨대 주파수가 13.56㎒의 고주파 전원(31)이 접속되어 있고, 이 고주파 전원(31)은 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 것이다. 고주파 전원(31)은, 후술하는 제어부(2A)에 접속되어 있고, 제어 신호에 따라 고주파 전원(31)에 공급되는 전력이 제어된다. 고주파 전원(31)과 탑재대(3)는 플라즈마 발생 수단을 구성하고 있다.In addition, a high
탑재대(3)의 내부에는, 처리 용기(21)의 외부의 도시하지 않은 반송 아암과의 사이에서 웨이퍼 W의 수수를 행하기 위한 승강 부재(5)가 마련되어 있다. 이 승강 부재(5)는, 탑재대(3) 및 처리 용기(21)의 바닥면을 관통하도록 설치된 복수 라인 예컨대 3개의 승강 핀(5a)이나, 이들 승강 핀(5a)을 구동하는 구동 기구(5b) 등으로 구성되어 있다. 구동 기구(5b)에 의해 승강 핀(5a)의 선단이 정전 척(34)에 형성된 관통 구멍(34a)을 거쳐서 들어갔다 나왔다 한다.Inside the mounting table 3, a lifting member 5 is provided for carrying the wafer W between the transport arms not shown outside of the
상부 전극(4)과 그 위측에 마련된 덮개(52)는 가스 공급 장치(1)인 대략 원판 형상의 가스 샤워 헤드를 구성하고 있다. 또한, 덮개(52)는 접지되어 있다. 상부 전극(4) 및 덮개(52)에 의해서 사이에 유지되어 탑재대(3)에 대향하도록 형성된 공간은 링 형상의 격벽(55)에 의해서 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b) 사이를 막아져 있으며, 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)에는, 각각 후술하는 제 1 가스와 제 2 가스가 통류되도록 가스 공급구(54a) 및 가스 공급구(54b)가 형성되어 있다. 이 예에서는, 가스 공급구(54b)를 1개소 마련했지만, 둘레 방향으로 등간격으로 되도록 복수 개소 마련하더라도 좋다.The
상부 전극(4)에는 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 W에 대하여 처리 가스를 분산 공급하기 위한 다수의 가스 토출 구멍(51)이 배치되어 있다. 이 가스 토출 구멍(51)은, 예컨대 웨이퍼 W와 동심원을 이루도록 예컨대 7주(周) 형성되어 있고, 상부 전극(4)의 중심으로부터의 반경이 20㎜로부터 140㎜까지 20㎜마다의 원주 상에 각각 8개, 12개, 20개, 28개, 36개, 42개 및 50개 형성되어 있다. 이 가스 토출 구멍(51)은, 상술한 격벽(55)에 의해서, 중앙 영역(53a)에 연결되는 대략 원 형상의 복수의 가스 토출 구멍(51)과, 주변 영역(53b)에 연결하는 대략 링 형상의 복수의 가스 토출 구멍(51)의 사이를 막혀져 있다.As shown in FIG. 3, a plurality of gas discharge holes 51 for distributing and supplying a processing gas to the wafer W are disposed in the
이 예에 있어서, 격벽(55)의 위치는, 중앙 영역(53a)의 중심으로부터 중앙 영역(53a)에 포함되는 가장 외측의 가스 토출 구멍(51)까지의 거리(중앙 영역(53a)에서의 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경 R0)가 웨이퍼 W의 반경의 80%로 되도록 조정되어 있다. 즉, 직경 300㎜의 웨이퍼 W에 대하여, 격벽(55)을 예컨대 상부 전극(4)의 중앙으로부터 반경 130㎜의 위치로 되도록 마련하고, 웨이퍼 W의 중앙 영역에 대하여 가스 토출 구멍(51)의 중앙측의 6주분부터 제 1 가스를 공급하고, 웨이퍼 W의 주변 영역에 대해서 가스 토출 구멍(51)의 외주측의 1주분부터 제 2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 즉 이 경우, 상기 반경 R0이 120㎜이고, 따라서 웨이퍼 W의 반경에 대한 반경 R0의 비율은 80%라는 것으로 된다. 격벽(55)의 위치에 의해서, 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)의 크기를 바꿀 수 있어, 즉 제 1 가스 및 제 2 가스가 공급되는 웨이퍼 W의 중앙 영역 및 주변 영역의 면적을 바꿀 수 있다.In this example, the position of the
이 예에 있어서는, 가스 토출 구멍(51)을 웨이퍼 W와 동심원을 이루도록 배치했지만, 격자 형상이나 지그재그 형상으로 배치하더라도 좋다.In this example, the gas discharge holes 51 are arranged to be concentric with the wafer W, but may be arranged in a lattice shape or a zigzag shape.
또한, 상부 전극(4) 및 덮개(52)에 의해서 형성된 공간은 원판 형상의 확산판(56)에 의해서 상하로 나누어져 있다. 확산판(56)에는, 가스 토출 구멍(51)의 위치에 대응하도록, 예컨대 웨이퍼 W와 동심원을 이루도록 통기 구멍(57)이 형성되어 있다. 이 통기 구멍(57)은, 확산판(56)의 위쪽으로 통류되어 온 가스의 흐름을 산란시켜, 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)으로부터 토출되는 각각의 가스의 분포가 균일하게 되도록, 확산판(56)에 형성된 가스 토출 구멍(51)의 위치로부터 예 컨대 10㎜씩 어긋난 위치로 되어 있다. 또한, 확산판(56)에 있어서의 가스 공급구(54a, 54b)에 대응하는 위치에는 볼록부가 형성되어 있고, 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)에 공급된 가스를 분산하도록 구성되어 있다. 전술한 격벽(55)은, 이 확산판(56)에 의해서 상하로 분할되어 있지만, 확산판(56)을 거쳐서 동일한 위치에 배치되어 격벽(55)을 구성하고 있다.In addition, the space formed by the
덮개(52)의 상면에는, 상술한 바와 같이 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)에 연결되도록 가스 공급구(54a, 54b)가 형성되어 있고, 이 가스 공급구(54a, 54b)는 각각 가스 도입관(42a, 42b)을 거쳐서 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)에 공급되는 가스의 유량을 조정하는 수단인 압력 조정부(41a, 41b)에 접속되어 있다. 압력 조정부(41a, 41b)의 상류에서, 가스 도입관(42a, 42b)은 합류되어 가스 도입관(42)에 접속되어 있다. 가스 도입관(42)은 상류측에서 4개로 분기되어 분기관(42A~42D)을 더 형성하고, 밸브(43A~43D)와 유량 제어부(44A~44D)를 거쳐서 가스원 M인 가스 공급원(45A~45D)에 접속되어 있다. 가스원 M으로부터 압력 조정부(41a, 41b)에 공급되는 가스는, 공통의 가스이며, 후술하는 제어부(2A)에 의해서 각각의 압력이 제어되어, 전술한 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)에 공급되는 유량이 각각 독립적으로 조정된다. 또한, 공통의 가스란, 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)에 공급되는 처리 가스가 예컨대 복수인 경우, 그 처리 가스 중에 포함되는 가스의 혼합비가 동일한 것(공통된 것)이며, 예컨대, 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)에 공급되는 에칭 가스와 퇴적용 가스의 유량비가 동일한 것을 나타내고 있다.On the upper surface of the
가스원 M, 유량 제어부(44A~44D), 밸브(43A~43D), 분기관(42A~42D), 가스 도입관(42), 압력 조정부(41a) 및 가스 도입관(42a)은 중앙 영역(53a)에 공통 가스를 공급하기 위한 수단을 구성하고 있고, 가스원 M, 유량 제어부(44A~44D), 밸브(43A~43D), 분기관(42A~42D), 가스 도입관(42), 압력 조정부(41b) 및 가스 도입관(42b)은 공통 가스를 공급하기 위한 수단을 구성하고 있다.The gas source M, the
한편, 전술한 가스 도입관(42b)에는, 가스 공급구(54b)와 압력 조정부(41b) 사이에서 가스 도입관(42c)이 접속되어 있고, 가스 도입관(42c)은 그 상류에서 3개로 분기되어 분기관(42E, 42F, 42G)을 형성하고, 밸브(43E, 43F, 43G)와 유량 제어부(44E, 44F 및 44G)를 거쳐서 가스원 A를 이루는 가스 공급원(45E, 45F)과, 가스 공급원(45G)에 접속되어 있다. 가스원 A의 가스는, 전술한 가스 도입관(42b)을 통류하는 가스원 M으로부터의 가스에 첨가하기 위한 가스이며, 후술하는 포토레지스트 마스크(71)에 형성된 개구부(77)나, 그 아래쪽의 막에 형성된 오목부(78)의 측벽을 보호하는 작용을 갖는다. 가스원 A, 유량 제어부(44E, 44F), 밸브(43E, 43F), 분기관(42E, 42F) 및 가스 도입관(42c)은 주변 영역(53b)에 첨가 가스를 공급하기 위한 수단을 구성하고 있다.On the other hand, the
밸브(43A~43G) 및 유량 제어부(44A~44G)는 가스 공급계(46)를 구성하고 있으며, 후술하는 제어부(2A)로부터의 제어 신호에 의해서 각 가스 공급원(45A~45G)의 가스 유량 및 공급/중단의 제어와, 가스 도입관(42a) 및 가스 도입관(42b)을 통류하는 가스의 압력 제어가 행하여진다. 즉, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼 W의 처리의 편차를 적게 하기 위해서, 웨이퍼 W의 주변 영역에 대하여 공급하는 제 2 가스 의 유량과, 웨이퍼 W의 중앙 영역에 대하여 공급하는 제 1 가스의 유량의 조정이나, 또 제 2 가스로의 가스원 A의 가스의 첨가가 행해진다. 가스 도입관(42a)을 통류하는 가스 및 가스 도입관(42b)을 통류하는 가스는 각각 제 1 가스 및 제 2 가스에 상당하는 것이다.The
이 플라즈마 처리 장치(2)에는 예컨대 컴퓨터로 이루어지는 제어부(2A)가 마련되어 있으며, 이 제어부(2A)는 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비하고 있고, 상기 프로그램에는 제어부(2A)로부터 플라즈마 처리 장치(2)의 각부에 제어 신호를 보내고, 후술하는 가 스텝을 진행시킴으로써 웨이퍼 W에 대하여 플라즈마 처리를 실시하도록 명령이 내장되어 있다. 또, 예컨대 메모리에는 처리 압력, 처리 시간, 가스 유량, 전력값 등의 처리 파라미터의 값이 기입되는 영역을 구비하고 있고, CPU가 프로그램의 각 명령을 실행할 때 이들 처리 파라미터가 판독되고, 그 파라미터값에 따른 제어 신호가 이 플라즈마 처리 장치(2)의 각 부위에 보내지게 된다. 이 프로그램(처리 파라미터의 입력 조작이나 표시에 관한 프로그램도 포함함)은 컴퓨터 기억 매체 예컨대 가요성 디스크, 컴팩트 디스크, MO(광자기 디스크), 하드 디스크(HD) 등의 기억부(2B)에 저장되어 제어부(2A)에 인스톨된다.The
다음에, 가스 공급 장치(1)가 적용된 플라즈마 처리 장치(2)를 이용한 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 먼저 게이트 밸브(26)를 열어 반송구(25)를 거쳐서 처리 용기(21) 내로 도불하지 않은 반송 기구에 의해 300㎜(12인치) 웨이퍼 W를 반입한다. 승강 부재(5)에 의해서 웨이퍼 W를 탑재대(3) 상에 탑재한 후, 웨이퍼 W를 탑재대(3)에 정전 흡착한다. 그 후 반송 기구를 처리 용기(21)로부터 퇴거시켜 게이트 밸브(26)를 닫는다. 계속해서 가스 유로(38)로부터 백사이드 가스를 공급하여, 웨이퍼 W를 소정의 온도로 조정한다. 그 후 이하의 단계를 행한다.Next, an embodiment of the present invention using the
여기서, 웨이퍼 W의 표면부의 구조를 도 4(a)에 나타낸다. 웨이퍼 W는 도시하지 않은 트랜지스터의 게이트 산화막 상에 적층된 다결정 Si막(76) 상에, W-Si(텅스텐 실리콘 화합물)막(75), SiN막(74), SiO2막(73), 반사 방지막(72) 및 개구부(77)가 형성된 포토레지스트 마스터(71)가 이 순서대로 적층되어 있다. W-Si막(75) 및 다결정 Si막(76)은 게이트 전극 재료이며, SiN막(74)은 게이트 전극 재료를 라인 형상으로 에칭하여 게이트 전극을 형성할 때의 하드 마스크로 되는 것이다.Here, the structure of the surface portion of the wafer W is shown in Fig. 4A. The wafer W is W-Si (tungsten silicon compound)
(단계 1 : 반사 방지막(72)의 에칭 공정)(Step 1: etching process of antireflection film 72)
배기 장치(23)에 의해 배기관(24)을 거쳐서 처리 용기(21) 내의 배기를 행하고, 처리 용기(21) 내를 소정의 진공도 예컨대 15.3Pa(115mTorr)가 되도록 유지한다. 그 후, 가스원 M으로부터 예컨대 CF4 가스, Ar 가스 및 O2 가스를 예컨대 각각 120sccm, 420sccm 및 10sccm으로 되도록 공급한다. 그리고, 제어부(2A)에 의해서, 가스 도입관(42a)과 가스 도입관(42b)에 공급하는 가스 압력(유량)의 비가 예컨대 45:55로 되도록 압력 조정부(41a, 41b)를 조정한다.The
계속해서 예컨대 주파수가 13.56㎒, 전압이 800W의 고주파를 탑재대(3)에 공 급하여, 상기 가스의 혼합 가스를 플라즈마화한다. 이 플라즈마는 영구 자석(27, 28)의 자장에 의해서, 웨이퍼 W의 위쪽에 가둬짐으로써 고밀도화된다.Subsequently, for example, a high frequency of 13.56 MHz in frequency and 800 W in voltage is supplied to the mounting table 3 to plasma the gas mixture. This plasma is densified by being trapped above the wafer W by the magnetic fields of the
이 플라즈마 중에는, 탄소와 불소의 화합물의 활성중이 포함되어 있고, 반사 방지막(7)이 이들 활성종 분위기에 노출되면, 이들 막 중의 원자와 반응한 화합물이 생성되고, 이것에 의해 반사 방지막(72)이 에칭된다.In this plasma, the active weight of the compound of carbon and fluorine is contained, and when the antireflection film 7 is exposed to these active species atmospheres, the compound which reacted with the atoms in these films is produced | generated, and thereby the antireflection film 72 ) Is etched.
(단계 2 : SiO2막(73)의 에칭 공정)(Step 2: Etching Process of SiO 2 Film 73)
이어서, 배기 장치(23)에 의해 배기관(24)을 거쳐서 처리 용기(21) 내의 배기를 행하고, 처리 용기(21) 내를 소정의 진공도 예컨대 13.3Pa(100mTorr)로 되도록 유지한다. 그 후, 가스원 M으로부터 예컨대 CH2F2 가스, CF4 가스 및 Ar 가스를 예컨대 각각 15sccm, 100sccm 및 600sccm으로 되도록 공급한다. 그리고 제어부(2A)에 의해서, 가스 도입관(42a)과 가스 도입관(42b)에 공급하는 가스 압력(유량)의 비가 예컨대 45:55로 되도록 압력 조정부(41a, 41b)를 조정한다.Subsequently, the
계속해서 예컨대 주파수가 13.56㎒, 전력이 1200W인 고주파를 탑재대(3)에 공급하여 상기 가스의 혼합 가스를 플라즈마화한다. 이 플라즈마는, 영구 자석(27, 28)의 자장에 의해서, 웨이퍼 W의 위쪽에 가둬짐으로써 고밀도화된다.Subsequently, for example, a high frequency of 13.56 MHz in frequency and 1200 W in power is supplied to the mounting table 3 to plasma the gas mixture gas. The plasma is densified by being trapped above the wafer W by the magnetic fields of the
이 플라즈마 중에 포함되는 탄소와 불소의 화합물의 활성종에 SiO2막(73)이 노출되면, 막 중의 원자와 반응한 화합물이 생성되어, 이에 따라 도 4(b)에 도시하는 바와 같이 SiO2막(73)이 에칭되어 오목부(78)가 형성된다.When the SiO 2 film 73 is exposed to the active species of the compound of carbon and fluorine contained in the plasma, a compound reacted with the atoms in the film is formed, and as a result, the SiO 2 film is shown in Fig. 4B. 73 is etched to form a
(단계 3 : SiN막(74)의 에칭 공정)(Step 3: etching process of SiN film 74)
배기 장치(23)에 의해 배기관(24)을 거쳐서 처리 용기(21) 내의 배기를 행하고, 처리 용기(21) 내를 소정의 진공도 예컨대 18.7Pa(140mTorr)로 유지한다. 그 후, 가스원 M으로부터 예컨대 CH2F2 가스, CF4 가스, Ar 가스 및 O2 가스를 예컨대 각각 15sccm, 80sccm, 150sccm 및 21sccm으로 되도록 공급한다. 그리고 제어부(2A)에 의해서, 가스 도입관(42a)과 가스 도입관(42b)에 공급하는 가스 압력(유량)의 비(중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)의 비)가 예컨대 45:55로 되도록 압력 조정부(41a, 41b)를 조정하고, 또한 가스원 A로부터 예컨대 CH2F2 가스를 예컨대 5sccm 공급한다.The
계속해서 예컨대 주파수가 13.56㎒, 전력이 700W인 제 2 고주파를 탑재대(3)에 공급하여, 가스원 M 및 가스원 A로부터 처리 용기(21) 내에 공급되는 가스를 플라즈마화한다. 이 플라즈마는, 영구 자석(27, 28)의 자장에 의해서, 웨이퍼 W의 위쪽에 가둬짐으로써 고밀도화된다.Subsequently, for example, a second high frequency wave having a frequency of 13.56 MHz and a power of 700 W is supplied to the mounting table 3 to convert the gas supplied from the gas source M and the gas source A into the
이 예에서는, CF4 가스, O2 가스 및 CH2F2 가스는 각각 에칭 가스 및 퇴적 작용을 미치게 하는 가스이며, 이들 가스가 플라즈마화되면, CF4 가스의 해리에 의해 생성된 활성종 및 산소의 활성종이 SiN막(74)을 에칭하여, 오목부(78)(홈부)를 형성해 감과 아울러, CH2F2 가스의 해리에 의해 생성된 활성종에 의해 오목부(78)에 부착물이 퇴적하여, 양자의 작용이 서로 어울려, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 개 구측의 넓이를 억제하면서 에칭이 진행해 간다. 또한, O2 가스는 웨이퍼 W에 대하여 수직으로 SiN막(74)을 에칭하는 플라즈마를 생성하기 위한 가스이다.In this example, the CF 4 gas, the O 2 gas and the CH 2 F 2 gas are the gases that cause the etching gas and the deposition action, respectively, and when these gases are plasmatized, the active species and oxygen generated by dissociation of the CF 4 gas The active species etches the
이 때, 처리 용기(21) 내는 배기 장치(23)에 의해서 배기되어 있기 때문에, 상부 전극(4)으로부터 웨이퍼 W에 대하여 공급된 가스는 중앙 영역으로부터 주변 영역으로 향할수록 배기구(22)에 가까워지므로 배기되기 쉽게 되어 있다. 그러나, 중앙 영역(53a)에 공급하는 가스 유량과 주변 영역(53b)에 공급하는 가스 유량과의 비율을 45:55로 설정하여, 중앙 영역(53a)에 비해 주변 영역(53b)에서의 단위 면적당의 가스 유량을 많게 함과 아울러, 후술하는 실시예로부터 알 수 있도록, 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)에 독립하여 가스를 공급하는 경계 영역을 적절화하고, 또한 가스 압력의 차이가 홈부의 퇴적량에 크게 영향을 주는 SiN막(74)의 에칭의 사정을 감안하여, 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)에 공급 에리어를 나눈 것에 의해서도, 또 주변 영역(53b)에서의 가스 압력이 낮은 상황에 대하여, 주변 영역(53b)으로부터 부가 가스로서 퇴적 작용이 있는 CH2F2 가스를 첨가하고 있기 때문에, 결과적으로 웨이퍼 W의 중앙 영역에서의 볼록부(79)의 치수가 주변 영역에서의 볼록부(79)의 치수보다도 굵게 되는 것이 억제된 상태로 에칭이 진행된다.At this time, since the inside of the
그 후, 포토레지스트 마스크(71)가 애싱에 의해서 제거되어, 웨이퍼 W의 세정 등의 이후에, SiO2막(73)과 SiN막(74)을 마스크로 하여, W-Si막(75) 및 다결정 Si막(76)이 에칭된다.Thereafter, the
상술한 실시예에 의하면, 웨이퍼 W의 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)으로 나누어 가스를 공급하기 위한 격벽(55)의 위치를 최적화하고, 또한 SiN막(74)에 대하여 퇴적 작용이 있는 CH2F2 가스를 주변 영역(53b)에 첨가하고 있기 때문에, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 W의 패턴이 밀하게 형성되어 있는 부분 예컨대 금속 배선과 그 사이의 절연층과의 비율이 1:1 정도인 부분뿐만 아니라, 패턴이 소한 부분 예컨대 전술한 비율이 1:2 이상인 부분에 대해서도, 웨이퍼 W에 형성되는 라인 폭의 편차를 억제할 수 있다.According to the embodiment described above, the position of the
제 2 가스에 첨가하는 볼록부(79)의 측벽 보호 작용을 갖는 가스원 A의 가스로서, 이 예에서는 CH2F2 가스를 이용했지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대 볼록부(79)의 측벽 보호 작용을 갖는 가스 예컨대 N2 가스나, 볼록부(79)의 측벽에 퇴적물을 퇴적하는 작용을 갖는 탄소 및 수소를 포함하는 가스 예컨대 CH3F 가스 등을 이용하여도 좋다.As the gas of the gas source A having the sidewall protection effect of the raised portion (79) of adding a second gas, in this example, but using CH 2 F 2 gas, not limited to this, for example, the side wall of the raised portion (79) A gas having a protective action such as an N 2 gas or a gas containing carbon and hydrogen having a function of depositing a deposit on the sidewall of the convex portion 79, such as a CH 3 F gas, may be used.
SiN막(74)의 에칭에 있어서, 웨이퍼 W로부터는 반응 생성물로서 N2 가스가 생성되고 있지만, 배기 장치(23)에 의해서 배기되고 있기 때문에, 웨이퍼 W의 주변 영역에서는 중앙 영역과 비교하여 N2 가스의 농도가 묽어져 있다. 그래서, 가스원 A로부터 N2 가스를 웨이퍼 W의 주변 영역에 공급하여, 웨이퍼 W의 표면에서의 N2 가스의 분포 편차를 억제할 수 있다. 이 결과, 가스원 M으로부터 중앙 영역(53a) 및 주변 영역(53b)을 거쳐서 웨이퍼 W에 공급되는 처리 가스의 분포 편차를 작게 하여, 웨이퍼 W에 형성되는 볼록부(79)의 치수의 편차를 억제할 수 있다. N2 가스는, SiN막(74)에 영향을 미치는 플라즈마종을 생성하지 않고, 웨이퍼 W의 플라즈마 처리에 악영향을 미치지 않기 때문에, 상술한 바와 같이 볼록부(79)의 측벽 보호 작용을 갖는 가스로서 이용하여도 좋다.In the etching of the
한편, 중앙 영역(53a)에서의 가스 토출 구멍(51)의 최외주 반경 R0에 대하여, 웨이퍼 W의 반경에 대한 비율은 80%로 한정되는 것이 아니라, 후술하는 실시예로부터, 53% 이상이면 동일한 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 예컨대 직경 300㎜의 웨이퍼 W에 대하여 예컨대 53%로 설정하는 경우에는, 가스 토출 구멍(51)의 외주측으로부터 3주째와 4주째 사이에 격벽(55)을 마련하게 된다.On the other hand, with respect to the outermost radius R0 of the
그런데 본 발명의 가스 공급 장치(1)는, 상술한 비율과 같이 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)으로 나누고, 또한 주변 영역(53b)으로부터 부가 가스를 첨가함으로써, 균일성이 높은 처리를 행할 수 있다. 이 때문에, SiN막(74)에 대해서도 본 발명을 적용하는 경우에는, 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)의 비율은 상술한 바와 같이 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, SiN막(74)에 한해서 말하면, 중앙 영역(53a)과 주변 영역(53b)의 상기 비율은, 반드시 53% 이상으로 한정되지 않더라도, 주변 영역(53b)에 퇴적 작용 또는 측벽 보호 작용이 있는 가스를 첨가한다는 신규한 수법만이라도 종래의 수법에 비하여 충분한 효과가 있다.By the way, the gas supply apparatus 1 of this invention divides into the center area |
웨이퍼 W에 라인 형상의 패턴을 형성하는 경우, 웨이퍼 W에 대하여 공급된 가스는 웨이퍼 W에 형성된 패턴을 따라 흐르기 때문에, 홀을 형성하는 경우에 비해서 웨이퍼 W의 표면에서의 분포가 불균일하게 되기 쉽다. 그러나, 본 발명의 가스 공급 장치(1)를 적용한 플라즈마 처리 장치(2)를 이용함으로써, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 W에 라인 평상의 패턴을 에칭에 의해서 형성하는 경우이더라도, 웨이퍼 W의 면 내에서의 라인의 치수의 편차를 작게 할 수 있다.In the case of forming a line-shaped pattern on the wafer W, since the gas supplied to the wafer W flows along the pattern formed on the wafer W, the distribution on the surface of the wafer W tends to be nonuniform as compared with the case of forming holes. However, by using the
본 발명에 이용하는 플라즈마 처리 장치(2)로서, 처리 가스를 플라즈마화하기 위한 고주파를 상부 전극(4)에 공급함과 아울러, 플라즈마를 웨이퍼 W에 인입하기 위한 고주파를 탑재대(3)에 더 공급하여, 이른바 상하 2주파의 구성의 장치를 채용하더라도 좋다. 또한, 상기의 예에서는 영구 자석(27, 28)을 이용하여 웨이퍼 W의 위쪽에 플라즈마를 가둬둠으로써 고밀도화하도록 했지만, 영구 자석(27, 28)을 마련하지 않더라도 좋다.In the
본 발명의 가스 공급 장치(1)는, 플라즈마 처리 장치(2)뿐만 아니라, 처리 가스를 기판에 공급하여 기판의 처리를 행하는 장치 예컨대 CVD 장치 등에 적용할 수 있다.The gas supply device 1 of the present invention can be applied not only to the
[실시예]EXAMPLE
다음에, 본 발명의 가스 공급 장치(1)에서의 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주 반경에 대하여, 그 최적의 위치를 조사하기 위해서 행한 실험 및 시뮬레이션에 대해서 설명한다. 이하의 실험예에 있어서, 웨이퍼 W에 대하여 플라즈마 처리를 행하는 장치로서 도 1~도 3에 나타내는 구성의 플라즈마 처리 장치(2)를 이용하였다. 단, 시뮬레이션에서는 간략화를 위해, 처리 용기(21)는 도 6(a)에 나타내는 바와 같이 연직 방향으로 1/4로 분할한 모델을 사용했다.Next, the experiment and simulation which were performed in order to investigate the optimal position with respect to the outermost peripheral radius of the
격벽(55)의 위치는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(4)의 가스 토출 구멍(51)이 내주측 4주와 외주측 3주 사이를 막는 부분(동 도면(a)), 내주측 5주와 외주측 2주 사이를 막는 부분(동 도면(b)) 및 내주측 6주와 외주측 1주 사이를 막는 부분(동 도면(c))으로 되도록 3조건으로 하였다. 즉, 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경의 53%가 되는 위치(상부 전극(4)의 중심으로부터의 격벽(55)의 거리 L이 90㎜), 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경의 67%가 되는 위치(거리 L이 110㎜) 및 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경의 80%가 되는 위치(거리 L이 130㎜)로 설정하였다.As shown in FIG. 5, the position of the
또한, 이 실시예에 있어서, SiN막(74)에 대한 검토를 행하기 위해서, 이하의 실험예 1 및 실험예 3에서는, 도 4(a)에 나타낸 구성의 웨이퍼 W에 대하여, 이하의 프로세스 조건에서 반사 방지막(72) 및 SiO2막(73)의 에칭을 행해서 동 도면 (b)의 상태로 한 웨이퍼 W를 이용하였다.In addition, in this Example, in order to examine the
<반사 방지막(72)의 에칭><Etching of
고주파의 주파수 : 13.56㎒Frequency of high frequency: 13.56MHz
고주파의 전력 : 800WHigh frequency power: 800 W
처리 압력 : 15.3Pa(115mTorr)Treatment pressure: 15.3 Pa (115 mTorr)
처리 가스(가스원 M) : CF4/Ar/O2=120/420/10sccmProcess gas (gas source M): CF 4 / Ar / O 2 = 120/420 / 10sccm
압력 조정부의 압력 : 압력 조정부(41a)/압력 조정부(41b)=45/55Pressure of pressure regulator:
또한, 격벽(55)을 거리 L=130㎜의 위치가 되도록 설치하였다.Moreover, the
<SiO2막(73)의 에칭><Etching of the SiO 2 Film 73>
고주파의 주파수 : 13.56㎒Frequency of high frequency: 13.56MHz
고주파의 전력 : 1200WHigh frequency power: 1200 W
처리 압력 : 13.3Pa(100mTorr)Treatment pressure: 13.3 Pa (100 mTorr)
처리 가스(가스원 M) : CH2F2/CF4/Ar=15/100/600sccmProcess gas (gas source M): CH 2 F 2 / CF 4 / Ar = 15/100/600 sccm
압력 조정부의 압력 : 압력 조정부(41a)/압력 조정부(41b)=45/55Pressure of pressure regulator:
또한, 격벽(55)은 상기의 위치와 같이 설치하였다.In addition, the
(실험예 1 : 에칭 레이트)Experimental Example 1 Etching Rate
시뮬레이션을 행함에 있어, 보다 실제의 상황에 의거한 조건으로 설정하기 때문에, SiN막(74)의 에칭에서 웨이퍼 W로부터 생성하는 가스의 양을 예측하는 실험을 행하였다. 이하의 프로세스 조건에서, SiN막(74)의 에칭을 행하였다.In carrying out the simulation, since the conditions were set based on more actual conditions, an experiment was conducted to predict the amount of gas generated from the wafer W in the etching of the
<SiN막(74)의 에칭><Etching of
고주파의 주파수 : 13.56㎒Frequency of high frequency: 13.56MHz
고주파의 전력 : 700WHigh frequency power: 700 W
처리 압력 : 18.7Pa(140mTorr)Treatment pressure: 18.7 Pa (140 mTorr)
처리 가스(가스원 M) : CH2F2/CF4/Ar/O2=15/80/l50/21sccmProcess gas (gas source M): CH 2 F 2 / CF 4 / Ar / O 2 = 15/80 / l50 / 21sccm
처리 가스(가스원 A) : CH2F2=5sccmProcess gas (gas source A): CH 2 F 2 = 5 sccm
압력 조정부의 압력 : 압력 조정부(41a)/압력 조정부(41b)=55/45(거리 L=90㎜), 1/1(거리 L=1101㎜) 및 45/55(거리 L=130㎜)로 했다.Pressure of the pressure adjusting section:
실험 결과Experiment result
이 실험에서 얻어진 SiN막(74)의 에칭 레이트를 표 1에 나타낸다.Table 1 shows the etching rate of the
이 결과로부터, 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경의 어즈 정도의 비율로 되어 있는지(거리 L의 차)에 관계없이, 동일 정도의 에칭 레이트를 얻을 수 있는 것을 알았다. 또한, SiN막(74)의 에칭에 의해서 생성되는 가스는, SiN막(74)의 조성 및 웨이퍼 W에 공급하는 가스의 종류와 유량으로부터, 주로 CN 가스 및 SiF4 가스이며, 그리고 이들의 가스 생성량은 SiN막(74)의 에칭 레이트로부터 0.001g/초라고 생각된다.From this result, the etching of the same degree irrespective of whether the radius of the outermost periphery of the
(실험예 2 : 시뮬레이션)Experimental Example 2 Simulation
다음에, FLUENT사제의 유체 해석 소프트(Fluent Vers. 6.2.16)를 이용하여, 처리 용기(21) 내의 기체의 분포를 시뮬레이션하였다. 또, 시뮬레이션에 있어서, 기체는 압축성 유도체이고, 층류(層流)라고 가정하였다. 또한, 기체는, 웨이퍼 W나 상부 전극(4) 등의 고체 표면에서는, 속도 슬립 및 온도 점프가 발생하는 것으로 하여 계산하였다.Next, the distribution of the gas in the
중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경에 대하여 각각 53%, 67% 및 80%가 되도록, 격벽(55)의 상부 전극(4)으로부터의 거리 L은, 도 5에 도시하는 바와 같이 90㎜, 110㎜ 및 130㎜로 하였다.From the
또한, 시뮬레이션에서의 프로세스 조건은, 이하의 처리 압력 및 표 2의 가스 유량 이외에는 상술한 실험예 1과 동일한 조건으로 하였다.In addition, the process conditions in simulation were made into the conditions similar to Experimental Example 1 mentioned above except the following process pressure and the gas flow volume of Table 2.
<시뮬레이션에서의 프로세스 조건><Process conditions in simulation>
처리 압력 : 8Pa(60mTorr), 13.3Pa(100mTorr) 및 18.7Pa(l40mTorr)의 3수준으로 하였다.Treatment pressure: 8 Pa (60 mTorr), 13.3 Pa (100 mTorr) and 18.7 Pa (l40 mTorr) were set to three levels.
또한, 상부 전극(4)의 가스 토출 구멍(51)의 수는, 상부 전극(4)의 중심측으로부터 각각 8개소, 12개소, 20개소, 36개소, 44개소 및 48개소로 하였다. 이 가스 토출 구멍(51)의 수에 대해서도 표 2에 병기해 놓는다.In addition, the number of the gas discharge holes 51 of the
제 1 가스 및 제 2 가스의 분포 상태를 따로따로 나타내기 때문에, 각각 단독으로 통류시킨 경우에 관해서도 시뮬레이션을 행하였다. 또한, 제 2 가스에 포함되는 가스원 M 및 가스원 A의 가스에 관해서도, 각각 단독으로 통류시킨 경우와, 각각 단독으로 제 2 가스로서, 제 1 가스와 함께 통류시킨 경우를 시뮬레이션하였다. 또한, 반응 생성물인 가스에 관해서도 시뮬레이션을 행하였다.Since the distribution state of a 1st gas and a 2nd gas is shown separately, the simulation was also performed also about the case where it flowed independently each. In addition, the gas of the gas source M and the gas source A contained in the 2nd gas also simulated the case where it flowed alone independently, and the case where it flowed together with the 1st gas as 2nd gas each independently. In addition, simulation was also performed on the gas that is a reaction product.
또한, 에칭에 의해서 CN 가스 및 SiF4 가스가 각각 25중량% 및 75중량%의 비율로 웨이퍼 W로부터 생성한다고 가정하고, 실험예 1의 에칭 레이트로부터 0.001g/초의 비율로 생성하는 것으로 하여 계산하였다. 또한, 제 1 가스, 제 2 가스 및 웨이퍼 W로부터 생성하는 가스는, 각각 포함되는 가스가 균일하게 혼합하고 있는 것으로 가정하였다.In addition, assuming that the CN gas and the SiF 4 gas were generated from the wafer W by the etching at a ratio of 25% by weight and 75% by weight, respectively, and calculated at a rate of 0.001 g / sec from the etching rate of Experimental Example 1. . In addition, the gas produced from the 1st gas, the 2nd gas, and the wafer W was assumed to mix uniformly, respectively.
또한, 처리 용기(21) 내의 각부의 온도를 측정하여, 그 값을 시뮬레이션에 이용했다. 이 값을 표 3에 나타낸다.In addition, the temperature of each part in the
또한, 시뮬레이션에 이용한 가스의 각종 물성을 이하의 표 4에 나타낸다.In addition, various physical properties of the gas used for the simulation are shown in Table 4 below.
실험 결과Experiment result
시뮬레이션에 의해서 얻어진 18.7Pa(140mTorr) 시의 처리 용기(21) 내에서의 가스의 농도를 도 7 및 도 8에 나타내었다. 또한, 도 7 및 도 8은 도 6(b)에 도시한 A-A' 직선으로 처리 용기(21)를 절단했을 때의 가스의 농도 분포를 나타내고 있다.The concentration of the gas in the
이 시뮬레이션의 결과, 제 1 가스에 제 2 가스로서 가스원 M으로부터 가스를 공급한 경우, 웨이퍼 W의 표면에서의 가스의 분포가 양호하게 되어, 제 2 가스에 가스원 A로부터의 가스를 더 첨가한 경우에는, 가스의 분포가보다 균일하게 되는 것을 알았다. 또, 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 클수록((거리 L이 130㎜로 될수록), 웨이퍼 W의 표면에서의 가스의 농도 분포가 균일하여 지는 것이 인정을 받았다.As a result of this simulation, when gas was supplied from the gas source M to the first gas as the second gas, the distribution of the gas on the surface of the wafer W becomes good, and further the gas from the gas source A was added to the second gas. In one case, it was found that the gas distribution becomes more uniform. In addition, it is recognized that the larger the radius of the outermost circumference of the
이 18.7Pa(140mTorr)에서의 결과와, 8Pa(60mTorr)에서의 결과를 각각의 가스의 분압을 그래프화하여 도 9에 나타내었다. 또한, 이 때의 분압은 웨이퍼 W의 표면으로부터 0.5㎜의 위치에서의 값을 이용하였다.The results at 18.7 Pa (140 mTorr) and the results at 8 Pa (60 mTorr) are shown in FIG. 9 by graphing the partial pressure of each gas. In addition, the partial pressure at this time used the value in the position of 0.5 mm from the surface of the wafer W. As shown in FIG.
이 도 9로부터, 상술한 결과와 동일한 것이 확인되었다. 또한, 동 도면 (a)로부터, 가스원 A의 첨가 가스를 공급하지 않은 경우에 있어서도, 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 커질수록(거리 L이 130㎜에 가까워질수록), 웨이퍼 W의 중앙 영역에 대한 제 2 가스의 영향이 적어져, 즉 웨이퍼 W의 주변 영역에서의 그래프의 경사가 급격하게 되어, 동 도면 (c)로부터, 양호한 가스의 압력 분포를 나타내는 것을 알았다.From this FIG. 9, it was confirmed that the same results as described above. Moreover, also from the same figure (a), even when the additional gas of the gas source A is not supplied, the radius of the outermost periphery of the
압력의 차이에 따라서는, 상기의 결과의 경향에 차이는 보이지 않았지만, 압력이 낮아질수록 가스의 분포 편차의 정도가 작아지고 있었다. 또한, 이 도 9에는 나타내지 않았지만, 13.3Pa(100mTorr)의 조건에 있어서도 시뮬레이션을 행했지만, 그 결과는 도 9에 나타내는 18.7Pa(140mTorr)와 8Pa(60mTorr)와의 결과의 중간 결과로 되어 있었다.According to the difference in pressure, the difference in the tendency of the above result was not seen, but the degree of the distribution variation of the gas became smaller as the pressure was lowered. In addition, although not shown in FIG. 9, the simulation was also performed under conditions of 13.3 Pa (100 mTorr), but the result was an intermediate result between the results of 18.7 Pa (140 mTorr) and 8 Pa (60 mTorr) shown in FIG.
(실시예 3 :시뮬레이션의 검증)Example 3 Validation of Simulation
다음에, 실험예 2의 시뮬레이션의 결과를 검증하기 위해서 실험을 행하였다. 실험에는, 기술한 바와 같이, 실시예 1과 동일한 처리를 행하고, 도 4(b)의 상태의 웨이퍼 W에 대하여 에칭을 행하였다. 또한, 이하에 나타내는 조건 이외에는 실시예 2와 동일한 프로세스 조건으로 했다.Next, an experiment was conducted to verify the results of the simulation of Experimental Example 2. In the experiment, as described above, the same process as in Example 1 was performed, and etching was performed on the wafer W in the state shown in FIG. In addition, it was set as the process conditions similar to Example 2 except the conditions shown below.
<프로세스 조건><Process condition>
격벽(55)의 상부 전극(4)의 중심으로부터의 거리 L : 별기(別記)Distance L from center of
처리 압력 : 18.7Pa(140mTorr)Treatment pressure: 18.7 Pa (140 mTorr)
처리 가스(가스원 M) : 별기Process gas (gas source M): separate
처리 가스(가스원 A) : 별기Process gas (gas source A): separate
(실험예 3-1)Experimental Example 3-1
중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경의 80%가 되는 위치(거리 L을 130㎜)로서, 가스원 M 및 가스원 A로부터의 처리 가스의 유량을 기술한 표 2에서의 거리 L이 130㎜인 조건으로 하였다.Process gas from the gas source M and the gas source A as a position (distance L is 130 mm) whose radius of the outermost periphery of the
(실험예 3-2)Experimental Example 3-2
중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 웨이퍼 W의 반경의 53%가 되는 위치(거리 L을 90㎜)로서, 가스원 M 및 가스원 A로부터의 처리 가스의 유량을 기술의 표 2에서의 거리 L이 90㎜인 조건으로 하였다.Process gas from gas source M and gas source A as a position (distance L is 90 mm) whose outermost radius of the
(비교예 3)(Comparative Example 3)
가스원 A로부터의 가스 유량을 영으로 한 이외는 실험예 3-2와 동일한 조건으로 하였다.The conditions were the same as those in Experiment 3-2 except that the gas flow rate from the gas source A was zero.
실험 결과Experiment result
웨이퍼 W에 형성된 패턴이 밀한 부분과 소한 부분에 있어서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트 마스크(71)의 바닥부의 치수 D1과, 에칭에 의해서 SiN막(74)에 형성된 볼록부(79)의 바닥부의 치수를 웨이퍼 W의 X 방향 및 Y 방향에 대해 측정하여, ΔD(ΔD=D2-D1)를 계산해서 도 10에 나타내었다. 그 결과, 중앙 영역(53a)에 연결되는 가스 토출 구멍(51)의 최외주의 반경이 커질수록, 가스의 분포의 치우침이 개선되어, 패턴의 밀한 뿌분뿐만 아니라 소한 부분에 대해서도 ΔD의 편차가 작아지는 것을 알았다. 또한, 가스원 A로부터 가스를 제 2 가스에 첨가함으로써, 웨이퍼 W의 표면에서의 ΔD의 균일성이 향상되고 있었다. 또, 실험예 3-2에서는, 실험예 2에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 W의 중심으로부터의 거리가 ±100㎜ 정도의 위치에서, 제 2 가스의 영향으로 보여지는 ΔD의 부분적인 상승이 인지되었지만, 비교예 3에 대해서 양호한 결과를 나타내고 있었다.In the portion where the pattern formed on the wafer W is dense and a small portion, as shown in FIG. 4, the dimension D 1 of the bottom portion of the
도 1은 본 발명의 가스 공급 장치가 적용된 플라즈마 처리 장치의 이례를 나타내는 종단면도,1 is a longitudinal sectional view showing an example of a plasma processing apparatus to which a gas supply device of the present invention is applied;
도 2는 상기 플라즈마 처리 장치(2)의 처리 용기(21)의 단면 일례를 나타내는 도면,2 is a diagram showing an example of a cross section of the
도 3은 상기 플라즈마 처리 장치(2)의 상부 전극(4)의 일례를 나타내는 도면,3 is a view showing an example of the
도 4는 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 이용되는 웨이퍼 W의 구성 일례를 나타내는 도면,4 is a view showing an example of the configuration of a wafer W used in the plasma processing apparatus of the present invention;
도 5는 실험예 2에서의 격벽(55)의 위치를 나타내는 도면,5 is a view showing the position of the
도 6은 실험예 2에서의 처리 용기(21)의 모델을 나타내는 도면,6 is a view showing a model of the
도 7은 실험예 2에서의 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,7 is a view showing the results of a simulation in Experimental Example 2;
도 8은 실험예 2에서의 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,8 is a view showing the results of a simulation in Experimental Example 2;
도 9는 실험예 2에서의 시뮬레이션의 결과를 나타낸 도면,9 is a view showing the results of a simulation in Experimental Example 2;
도 10은 실험예 3에서의 실험의 결과를 나타내는 도면,10 is a view showing the results of an experiment in Experimental Example 3;
도 11은 종래의 플라즈마 처리 장치에서의 웨이퍼(100)의 구성을 나타내는 도면.11 is a diagram showing the configuration of a
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 가스 공급 장치 2 : 플라즈마 처리 장치1
3 : 탑재대 4 : 상부 전극3: mounting table 4: upper electrode
21 : 처리 용기 31 : 고주파 전원21: processing vessel 31: high frequency power
51 : 가스 토출 구멍 53a : 중앙 영역51
53b : 주변 영역 55 : 격벽53b: surrounding area 55: partition wall
73 : SiO2막 74 : SiN막73: SiO 2 film 74: SiN film
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