KR102015697B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

기판 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102015697B1
KR102015697B1 KR1020170026944A KR20170026944A KR102015697B1 KR 102015697 B1 KR102015697 B1 KR 102015697B1 KR 1020170026944 A KR1020170026944 A KR 1020170026944A KR 20170026944 A KR20170026944 A KR 20170026944A KR 102015697 B1 KR102015697 B1 KR 102015697B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
processing container
substrate processing
gas
substrate
processing apparatus
Prior art date
Application number
KR1020170026944A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170103672A (ko
Inventor
시게키 도바
히로유키 오가와
하지메 나이토
아키타카 시미즈
다츠오 마츠도
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20170103672A publication Critical patent/KR20170103672A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102015697B1 publication Critical patent/KR102015697B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32486—Means for reducing recombination coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/3211—Antennas, e.g. particular shapes of coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
    • H01J37/32119—Windows
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32467—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495—Means for protecting the vessel against plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/105—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation, Inductively Coupled Plasma [ICP]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(과제) 라디칼의 비활성화를 억제하고, 에칭의 균일성을 도모하는 것을 목적으로 한다.
(해결 수단) 고주파의 에너지에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마 중의 라디칼에 의해 처리 용기의 내부에서 기판을 에칭 처리하는 기판 처리 장치로서, 상기 처리 용기의 내부에 고주파의 에너지를 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리 용기의 내부에 가스를 도입하는 가스 공급원과, 상기 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 상기 처리 용기의 내부를 플라즈마 생성 공간과 기판 처리 공간으로 나누고, 이온의 투과를 억제하는 칸막이 판을 갖고, 상기 처리 용기의 내벽 표면 중 적어도 상기 탑재대보다 위의 부분과, 상기 칸막이 판은, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체로 덮여 있는 기판 처리 장치가 제공된다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 중의 주로 라디칼에 의해, 처리 용기 내의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 한다.)를 에칭 처리하는 방법이 제안되고 있다(예컨대, 특허 문헌 1을 참조). 웨이퍼를 주로 라디칼에 의해 에칭하는 경우, 플라즈마 중의 이온이 웨이퍼에 작용하는 것을 억제하고 싶은 경우가 있다. 그 때문에, 처리 용기의 내부에, 플라즈마 생성 공간과 기판 처리 공간을 나누는 칸막이 판이 배치된다. 플라즈마 중의 이온은, 칸막이 판에 의해 플라즈마 생성 공간으로부터 기판 처리 공간으로 투과하는 것이 억제된다.
한편, 플라즈마 중의 라디칼은, 칸막이 판을 투과하여 기판 처리 공간으로 이동하고, 웨이퍼의 에칭에 기여한다. 이것에 의해, 이온이 웨이퍼 표면까지 도달하는 것을 억제하면서, 라디칼에 의한 에칭 처리를 행할 수 있다. 이때, 라디칼을 비활성화시키지 않고서, 웨이퍼 표면까지 도달시킴으로써 에칭 레이트를 높여, 에칭 처리를 촉진할 수 있다. 또, 라디칼의 비활성화는, 라디칼의 활성을 잃기 쉬워지는 것을 말한다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 국제 공개 제 2013/175897호 팜플렛
그렇지만, 라디칼은, 확산할 때에, 처리 용기의 내벽 표면이나 처리 용기 내의 부재에 흡착되면 비활성화한다. 특히, 처리 용기에 탑재된 웨이퍼와, 처리 용기의 내벽의 거리가 가까우면, 라디칼이 처리 용기의 내벽에 흡착되기 쉬워지고, 비활성화하는 라디칼이 증가한다. 이것에 의해, 웨이퍼의 외주측이 내주측보다 에칭 레이트가 저하하고, 에칭의 면 내 균일성이 나빠진다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 라디칼의 비활성화를 억제하고, 에칭의 균일성을 도모하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 태양에 의하면, 고주파의 에너지에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마 중의 라디칼에 의해 처리 용기의 내부에서 기판을 에칭 처리하는 기판 처리 장치로서, 상기 처리 용기의 내부에 고주파의 에너지를 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리 용기의 내부에 가스를 도입하는 가스 공급원과, 상기 기판을 탑재하는 탑재대와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 상기 처리 용기의 내부를 플라즈마 생성 공간과 기판 처리 공간으로 나누고, 이온의 투과를 억제하는 칸막이 판을 갖고, 상기 처리 용기의 내벽 표면 중 적어도 상기 탑재대보다 위의 부분과, 상기 칸막이 판은, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체로 덮여 있는, 기판 처리 장치가 제공된다.
일 측면에 의하면, 라디칼의 비활성화를 억제하고, 에칭의 균일성을 도모할 수 있다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치를 갖는 기판 처리 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 일 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치의 종단면도의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 라디칼의 표면 재결합 확률을 나타내는 도면.
도 4는 라디칼의 표면 재결합 확률을 나타내는 도면.
도 5는 일 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치를 이용한 에칭 결과 및 비교예의 에칭 결과의 일례를 나타내는 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
[기판 처리 시스템의 구성]
우선, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치를 갖는 기판 처리 시스템에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다. 라디칼 처리 장치는, 기판 처리 장치의 일례이다.
본 실시 형태와 관련되는 기판 처리 시스템(1)은, 반입출부(2), 2개의 로드록실(L/L)(3), 2개의 PHT 처리 장치(4) 및 2개의 라디칼 처리 장치(5)를 갖는다. 반입출부(2)는, 피처리 기판의 일례인 웨이퍼 W를 반입출한다. 로드록실(3)은, 반입출부(2)에 인접하여 2개 마련되어 있다. PHT 처리 장치(4)는, 각 로드록실(3)에 각각 인접하여 마련되고, 웨이퍼 W에 대하여 PHT(Post Heat Treatment) 처리를 행한다. 라디칼 처리 장치(5)는, 각 PHT 처리 장치(4)에 각각 인접하여 마련되고, 웨이퍼 W에 대하여 라디칼 처리를 행한다.
로드록실(3), PHT 처리 장치(4) 및 라디칼 처리 장치(5)는, 이 순서로 일직선상에 배치하여 마련되어 있다. PHT 처리 장치(4) 및 라디칼 처리 장치(5)는 웨이퍼 W를 1매씩 처리하도록 되어 있다. 단, PHT 처리 장치(4) 및 라디칼 처리 장치(5)는 웨이퍼 W를 2매씩 처리하도록 구성되더라도 좋다.
반입출부(2)는, 웨이퍼 W를 반송하는 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)가 내부에 마련된 반송실(L/M)(12)을 갖고 있다. 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)는, 웨이퍼 W를 대략 수평으로 유지하는 2개의 반송 암(11a, 11b)을 갖고 있다. 반송실(12)의 긴 방향의 측부에는, 스테이지(13)가 마련되어 있고, 이 스테이지(13)에는, 웨이퍼 W를 복수 매 수용 가능한 캐리어 C를 예컨대 3개 접속할 수 있도록 되어 있다. 또한, 반송실(12)에 인접하여, 웨이퍼 W를 회전시켜 편심량을 광학적으로 구하여 위치 맞춤을 행하는 오리엔터(14)가 설치되어 있다.
반입출부(2)에 있어서, 웨이퍼 W는, 반송 암(11a, 11b)에 의해 유지되고, 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)의 구동에 의해 대략 수평면 내에서 직진 이동되고, 또한 승강시켜지는 것에 의해, 소망하는 위치로 반송시켜진다. 그리고, 스테이지(13)상의 캐리어 C, 오리엔터(14), 로드록실(3)에 대하여 각각 반송 암(11a, 11b)이 진퇴하는 것에 의해, 반입출시켜지도록 되어 있다.
각 로드록실(3)은, 반송실(12)과의 사이에 각각 게이트 밸브(16)가 개재된 상태로, 반송실(12)에 각각 연결되어 있다. 각 로드록실(3) 내에는, 웨이퍼 W를 반송하는 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)가 마련되어 있다. 또한, 로드록실(3)은, 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능하다.
제 2 웨이퍼 반송 기구(17)는, 다관절 암 구조를 갖고 있고, 웨이퍼 W를 대략 수평으로 유지하는 픽을 갖고 있다. 이 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)에 있어서는, 다관절 암을 움츠린 상태에서 픽이 로드록실(3) 내에 위치하고, 다관절 암을 펴는 것에 의해, 픽이 PHT 처리 장치(4)에 도달하고, 더 펴는 것에 의해 라디칼 처리 장치(5)에 도달하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 웨이퍼 W를 로드록실(3), PHT 처리 장치(4), 및 라디칼 처리 장치(5) 사이에서 반송하는 것이 가능하게 되어 있다.
PHT 처리 장치(4)는, 진공 흡인 가능한 처리 용기(20)와, 그 안에서 웨이퍼 W를, 수평 상태로 탑재하는 탑재대(23)를 갖고, 탑재대(23)에는 히터가 매설되어 있고, 이 히터에 의해 라디칼 처리가 실시된 후의 웨이퍼 W를 가열하여 라디칼 처리에 의해 생성한 반응 생성물을 승화시키는 PHT 처리를 행한다. PHT 처리시에는, 처리 용기(20) 내에 N2 가스 등의 불활성 가스가 도입된다. 처리 용기(20)의 로드록실(3)측에는 게이트 밸브(22)가 마련되어 있고, 처리 용기(20)의 라디칼 처리 장치(5)측에는 게이트 밸브(54)가 마련되어 있다.
본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)는, 처리 용기(40) 내에서 탑재대(41)에 탑재된 웨이퍼 W의 표면의 산화막에 대하여, 불소 함유 가스와, 수소 함유 가스(예컨대, NH3)에 의해 라디칼 처리를 행하는 것이다. 다시 말해, 불소 함유 가스를 활성화하여 얻어진 라디칼을 이용한다. 또, 적어도 불소를 포함하는 가스를 활성화하여 얻어진 라디칼을 이용하여, 실리콘 질화막(SiN) 등의 질화막이나 실리콘(Si)을 에칭하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 적어도 염소를 포함하는 가스를 활성화하여 얻어진 라디칼에 의해, 금속막을 에칭하는 경우에도 적용할 수 있다.
제어부(90)는, 기판 처리 시스템(1)의 각 구성부를 제어하는 마이크로프로세서(컴퓨터)를 구비한 프로세스 컨트롤러(91)를 갖고 있다. 프로세스 컨트롤러(91)에는, 오퍼레이터가 기판 처리 시스템(1)을 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 시스템(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 갖는 유저 인터페이스(92)가 접속되어 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(91)에는, 기판 처리 시스템(1)에서 실행되는 각종 처리, 예컨대, 라디칼 처리 장치(5)에 있어서의 처리 가스의 공급이나 처리 용기(40)의 내부의 배기 등을 프로세스 컨트롤러(91)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나 처리 조건에 따라 기판 처리 시스템(1)의 각 구성부에 소정의 처리를 실행시키기 위한 제어 프로그램인 처리 레시피나, 각종 데이터베이스 등이 저장된 기억부(93)가 접속되어 있다. 레시피는 기억부(93) 내의 적당한 기억 매체(도시하지 않음)에 기억되어 있다. 그리고, 필요에 따라서, 임의의 레시피를 기억부(93)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(91)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(91)의 제어 아래에서, 기판 처리 시스템(1)에서의 소망하는 처리가 행해진다.
[기판 처리 시스템의 동작]
다음으로, 이와 같은 기판 처리 시스템(1)에 있어서의 처리 동작에 대하여 설명한다. 우선, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 웨이퍼 W를 캐리어 C 내에 수납하고, 기판 처리 시스템(1)에 반송한다. 기판 처리 시스템(1)에 있어서는, 대기측의 게이트 밸브(16)를 연 상태로 반입출부(2)의 캐리어 C로부터 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)의 반송 암(11a, 11b)의 어느 하나에 의해 웨이퍼 W를 1매 로드록실(3)에 반송하고, 로드록실(3) 내의 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)의 픽에 건넨다.
그 후, 대기측의 게이트 밸브(16)를 닫아 로드록실(3) 내를 진공 배기하고, 그 다음에 게이트 밸브(22, 54)를 열어, 픽을 라디칼 처리 장치(5)까지 펴서 웨이퍼 W를 라디칼 처리 장치(5)에 반송한다. 그 후, 픽을 로드록실(3)에 되돌리고, 게이트 밸브(22, 54)를 닫고, 라디칼 처리 장치(5)에 있어서 라디칼 처리를 행한다. 라디칼 처리는, 불소 함유 가스와, 수소 함유 가스(예컨대, NH3)와 웨이퍼 W 표면에 형성된 SiO2막을 반응시켜, 열에 의해 분해 제거 가능한 플루오르화규소산암모늄(AFS)을 생성시킨다.
라디칼 처리가 종료된 후, 게이트 밸브(22, 54)를 열고, 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)의 픽에 의해 처리 후의 웨이퍼 W를 받아, PHT 처리 장치(4)의 처리 용기(20) 내의 탑재대(23)상에 탑재한다. 그리고, 픽을 로드록실(3)에 퇴피시키고, 게이트 밸브(22, 54)를 닫고, PHT 처리 장치(4)의 처리 용기(40) 내에서 웨이퍼 W를 가열하여 PHT 처리를 행한다. 이것에 의해, 상기 라디칼 처리에 의해 생긴 플루오르화규소산암모늄(AFS)의 반응 생성물이 가열되어 승화하고, 제거된다.
PHT 처리 장치(4)에 있어서의 열처리가 종료된 후, 게이트 밸브(22)를 열고, 제 2 웨이퍼 반송 기구(17)의 픽에 의해 탑재대(23)상의 에칭 처리 후의 웨이퍼 W를 로드록실(3)로 퇴피시키고, 제 1 웨이퍼 반송 기구(11)의 반송 암(11a, 11b)의 어느 하나에 의해 캐리어 C로 되돌린다. 이것에 의해, 1매의 웨이퍼의 처리가 완료된다. 이와 같은 일련의 처리를 캐리어 C 내에 수용된 웨이퍼 W의 수만큼 반복한다.
[라디칼 처리 장치의 구성]
다음으로, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에 대하여 설명한다. 도 2는 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다. 라디칼 처리 장치(5)는, 밀폐 구조의 처리 용기(40)를 갖는다. 처리 용기(40)는, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상부가 개구하고 있다. 개구는, 천정부가 되는 덮개(52)로 폐색된다. 처리 용기(40)의 측벽부(40a)에는, PHT 처리 장치(4)와의 사이에서 웨이퍼 W를 반송하기 위한 반입출구(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 이 반입출구는, 도 1의 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
처리 용기(40)의 내부에는, 웨이퍼 W를 1매씩 수평 상태로 탑재하기 위한 탑재대(41)와, 탑재대(41)를 승강시키는 승강 기구(45)를 갖는다.
탑재대(41)는, 대략 원기둥 형상을 이루고 있고, 웨이퍼 W의 탑재면을 갖는 탑재 플레이트(61)와, 탑재 플레이트(61)를 지지하는 베이스 블록(62)을 갖는다. 탑재 플레이트(61)의 내부에는 웨이퍼 W의 온도를 조절하는 온도 조절 기구(63)가 마련되어 있다. 온도 조절 기구(63)는, 예컨대 온도 조절용 매체(예컨대 물 등)가 순환하는 관로를 구비하고 있고, 이와 같은 관로 내를 흐르는 온도 조절용 매체와 열교환이 행해지는 것에 의해, 웨이퍼 W의 온도 제어가 이루어진다. 또한, 탑재대(41)에는, 웨이퍼 W를 반송할 때에 이용하는 복수의 승강 핀(도시하지 않음)이 웨이퍼의 탑재면에 대하여 드나들 수 있게 마련되어 있다.
기판 처리 공간 S로부터 배기 공간(68)에 도달한 배기 가스가 균일하게 배출되어, 배기 기구(47)에 의해 배기되도록 되어 있다.
처리 용기(40)의 외부에는, 가스 공급원(210) 및 가스 공급원(211)이 마련되고, 불소 함유 가스, 수소 함유 가스(예컨대, NH3), 및 Ar 가스나 N2 가스 등의 희석 가스 등의 소망하는 가스를 처리 용기(40) 내에 공급할 수 있도록 되어 있다. 가스 공급원(210)은, 가스 도입관(42a)으로부터 플라즈마 생성 공간 P에 가스를 도입한다. 가스 공급원(211)은, 가스 도입관(42b)으로부터 기판 처리 공간 S에 가스를 도입한다.
본 실시 형태와 관련되는 에칭에서는, 플라즈마 중의 주로 라디칼에 의해, 웨이퍼 W를 에칭 처리하기 때문에, 라디칼을 균일하게 웨이퍼 W에 도달시키는 것이 중요하다. 그러나, NH3 가스와 같이, 어떤 종류의 가스는, 라디칼화하면 에천트가 감소하여 버리는 경우가 있다. 즉, 산화막을 에칭하기 위해서는, NH4F를 생성하여 웨이퍼에 흡착시킬 필요가 있지만, NH3 가스를 플라즈마화하면, 이 NH4F가 생성되지 않는다. 이 경우의 가스는, 플라즈마화시키지 않도록, 기판 처리 공간 S에 도입하는 것이 바람직하다. 따라서, 그와 같은 가스는, 플라즈마 생성 공간 P에는 도입하지 않고서, 가스 공급원(211)으로부터 가스 도입관(42b)을 통해서 기판 처리 공간 S에 도입하고, 플라즈마화시키지 않도록 한다. 이와 같이, 에칭하는 막 종류나 사용하는 가스 종류에 따라, 플라즈마 생성 공간 및 기판 처리 공간의 어느 쪽에 가스를 도입할지가 선택된다.
이상과 같이, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에서는, 가스 종류에 따라, 플라즈마 생성 공간 P에만 가스를 도입할지, 또는 플라즈마 생성 공간 P와 기판 처리 공간 S의 양쪽에 가스를 도입할지를 선택할 수 있다.
승강 기구(45)는, 처리 용기(40)의 외부에 배치되어 있다. 승강 기구(45)는, 탑재대(41)를 승강 가능한 액추에이터(81)와, 액추에이터(81)로부터 연장되어 벨로즈(84) 내에 침입하는 구동축(82)을 갖는다.
배기 기구(47)는, 처리 용기(40)의 저부에 형성된 배기구(도시하지 않음)에 연결되는 배기 배관(101)을 갖고 있고, 또한, 배기 배관(101)에 마련된, 처리 용기(40) 내의 압력을 제어하기 위한 자동 압력 제어 밸브(APC)(102) 및 처리 용기(40) 내를 배기하기 위한 진공 펌프(103)를 갖고 있다.
(칸막이 판)
처리 용기(40)의 내부에는, 공간을 플라즈마 생성 공간 P 및 기판 처리 공간 S로 나누는 칸막이 판(220)이 마련되어 있다. 플라즈마 생성 공간 P는, 플라즈마가 생성되는 공간이다. 기판 처리 공간 S는, 웨이퍼 W가 처리되는 공간이다. 칸막이 판(220)은, 적어도 2개의 판 형상 부재(230) 및 판 형상 부재(231)를 구비하고 있다. 2개의 판 형상 부재(230) 및 판 형상 부재(231)는, 플라즈마 생성 공간 P로부터 기판 처리 공간 S를 향하여 겹쳐져 배치된다. 판 형상 부재(230)와 판 형상 부재(231)의 사이에는, 양자의 간격을 소정의 값으로 유지하는 스페이서(232)가 배치되어 있다. 판 형상 부재(230) 및 판 형상 부재(231)에는, 겹침 방향으로 관통하는 복수의 슬릿(230a) 및 슬릿(231a)이 형성되어 있다. 또, 슬릿(230a) 및 슬릿(231a)은 관통 구멍이더라도 좋다. 또한, 판 형상 부재(230)에 있어서의 각 슬릿(230a)은, 겹침 방향으로부터 볼 때, 다른 쪽의 판 형상 부재(231)에 있어서의 각 슬릿(231a)과 겹치지 않도록 배치되어 있다. 판 형상 부재(230) 및 판 형상 부재(231)의 각각은, 격자 형상으로 슬릿(230a) 및 슬릿(231a)을 형성하더라도 좋다. 그 경우에 있어서도, 판 형상 부재(230)에 있어서의 각 슬릿(230a)은, 겹침 방향으로부터 볼 때, 다른 쪽의 판 형상 부재(231)에 있어서의 각 슬릿(231a)과 겹치지 않도록 배치된다.
판 형상 부재(230) 및 판 형상 부재(231)의 재료로서는, 예컨대 석영 유리가 이용된다. 스페이서(232)의 재료로서는, 예컨대 석영이 바람직하지만, 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)이더라도 좋다. 플라즈마 생성 공간 P 및 기판 처리 공간 S를 나누는 칸막이 판(220)은, 이온 및 진공 자외광의 투과를 억제하는, 이른바 이온 트랩으로서 기능한다. 이것에 의해, 기판 처리 공간 S측의 이온의 수가 줄어들기 때문에, 이온이 웨이퍼 W에 충돌하는 것에 의한 데미지를 저감할 수 있다.
(안테나)
본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)는, 평면 코일형의 RF 안테나를 이용하는 유도 결합형의 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있다. 이 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서 플라즈마 생성에 관계되는 각 부의 구성을 설명한다.
처리 용기(40)의 천정부가 되는 덮개(52)는, 탑재대(41)로부터 비교적 큰 거리 간격을 두고 마련되어 있고, 예컨대 원형의 석영판으로 형성되고, 유전체창으로서 구성되어 있다. 덮개(52)의 위에는, 처리 용기(40) 내에 유도 결합의 플라즈마를 생성하기 위한 환상(環狀)의 RF 안테나(154)를 외부로부터 전자기적으로 차폐하여 수용하는 안테나실(156)이 처리 용기(40)와 일체로 마련되어 있다.
안테나실(156)의 내부에는, 처리 용기(40) 내의 처리 공간에 생성되는 유도 결합 플라즈마의 밀도 분포를 지름 방향에서 가변 제어하기 위해, RF 안테나(154)와 전자기 유도에 의해 결합 가능한 가변 콘덴서(158)를 갖는 환상의 플로팅 코일(160)이 소용돌이 형상으로 마련되어 있다.
고주파 급전부(162)는, 고주파 전원(164), 정합기(166), 고주파 급전 라인(168) 및 귀선 라인(170)을 갖고 있다. 고주파 급전 라인(168)은, 정합기(166)의 출력 단자와 RF 안테나(154)의 RF 입구단을 전기적으로 접속한다. 귀선 라인(170)은, 접지 전위의 어스 라인이고, RF 안테나(154)의 RF 출구단과 전기적으로 접지 전위로 유지되는 접지 전위 부재(예컨대 처리 용기(40) 또는 다른 부재)를 전기적으로 접속한다.
고주파 전원(164)은, 유도 결합의 고주파 방전에 의한 플라즈마의 생성에 적합한 일정 주파수(통상 13.56㎒ 이상)의 고주파를 가변의 파워로 출력할 수 있도록 되어 있다. 이것에 의해, 고주파 전원(164)은, 처리 용기(40)의 내부에 소정의 고주파의 에너지를 공급한다. 정합기(166)는, 고주파 전원(164)측의 임피던스와 부하(주로 RF 안테나, 플라즈마)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 리액턴스 가변의 정합 회로를 수용하고 있다. 가변 콘덴서(158)는, 제어부(90)의 제어 아래에서 용량 가변부(182)에 의해 일정 범위 내에서 임의로 가변되도록 되어 있다.
제어부(90)는, 예컨대 마이크로컴퓨터를 포함하고, 라디칼 처리 장치(5) 내의 각 부, 예컨대 배기 기구(47)(진공 펌프(103)), 고주파 전원(164), 정합기(166), 가스 공급원(210), 가스 공급원(211), 용량 가변부(182), 칠러 유닛, 전열 가스 공급부 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀀스)을 제어한다.
제어부(90)는, CPU, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory)을 갖고, RAM 등에 기억된 레시피에 설정된 수순에 따라, 웨이퍼 W에 대한 에칭 처리나 온도 조절을 제어한다. 또, 제어부(90)의 기능은, 소프트웨어를 이용하여 실현되더라도 좋고, 하드웨어를 이용하여 실현되더라도 좋다.
본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에 있어서, 유도 결합 플라즈마를 생성하고, 에칭을 행하려면, 먼저 게이트 밸브를 열린 상태로 하여 가공 대상의 웨이퍼 W를 처리 용기(40) 내에 반입하여, 탑재대(41)의 위에 탑재한다. 다음으로, 게이트 밸브를 닫고 나서, 가스 공급원(210) 및 가스 공급원(211)으로부터 에칭 가스가 출력되고, 가스 도입관(42a) 및 가스 도입관(42b)을 통해서 소정의 유량 및 유량비로 처리 용기(40) 내에 도입된다. 또한, 배기 기구(47)에 의해 처리 용기(40) 내의 압력을 설정치로 한다. 또한, 고주파 급전부(162)의 고주파 전원(164)을 온으로 하여 플라즈마 생성용의 고주파를 소정의 RF 파워로 출력시켜, 정합기(166), 고주파 급전 라인(168) 및 귀선 라인(170)을 통해서 RF 안테나(154)에 고주파의 전류를 공급한다.
탑재대(41)에 정전 척이 마련되어 있는 경우, 정전 척과 웨이퍼 W의 사이의 접촉 계면에 전열 가스(He 가스)를 공급함과 아울러, 정전 척의 정전 흡착력에 의해 전열 가스를 상기 접촉 계면에 가둔다. 이것에 의해, 웨이퍼 W를 탑재대(41)에 유지함과 아울러, 웨이퍼 이면에 있어서의 전열 효과를 높일 수 있다.
처리 용기(40) 내에 있어서, 가스 도입관(42a)으로부터 에칭 가스가, 처리 용기(40) 내의 플라즈마 생성 공간 P에 도입된다. 또한, RF 안테나(154)의 코일 세그먼트를 흐르는 고주파의 전류 및 플로팅 코일(160)을 흐르는 유도 전류에 의해 발생하는 자력선(자속)이 덮개(52)를 관통하여 처리 용기(40) 내의 플라즈마 생성 공간 P를 횡단하고, 처리 공간 내에서 방위각 방향의 유도 전계가 발생한다. 이 유도 전계에 의해 방위각 방향으로 가속된 전자가 에칭 가스의 분자나 원자와 전리 충돌을 일으켜, 도넛 형상의 플라즈마가 생성된다.
이 도넛 형상 플라즈마의 라디칼이나 이온은 넓은 처리 공간에서 사방으로 확산된다. 이 중 라디칼은, 등방적으로 쏟아지듯이 하면서, 칸막이 판(220)을 투과하여, 플라즈마 생성 공간 P로부터 기판 처리 공간 S로 이동하고, 웨이퍼의 에칭에 기여한다. 한편, 이온은, 칸막이 판(220)에 의해 트랩되어, 웨이퍼 표면까지 도달하는 것이 억제된다. 이것에 의해, 웨이퍼 W에 대한 라디칼에 의한 에칭을 촉진할 수 있다.
여기서 「도넛 형상의 플라즈마」란, 처리 용기(40)의 지름 방향 안쪽(중심부)에 플라즈마가 있지 않고 지름 방향 바깥쪽에만 플라즈마가 있는 엄밀하게 링 형상의 플라즈마로 한정되지 않고, 오히려 처리 용기(40)의 지름 방향 안쪽보다 지름 방향 바깥쪽의 플라즈마의 체적 또는 밀도가 큰 것을 의미한다. 또한, 처리 가스에 이용하는 가스의 종류나 처리 용기(40) 내의 압력의 값 등의 조건에 따라서는, 여기서 말하는 「도넛 형상의 플라즈마」가 되지 않는 경우도 있다.
<라디칼 처리 장치에 의한 처리 동작>
다음으로, 이와 같이 구성된 라디칼 처리 장치(5)에 의한 처리 동작에 대하여 설명한다. 최초로, 액추에이터(81)에 의해 구동축(82)을 통해서 탑재대(41)를 하강시킨 상태에서, 게이트 밸브를 열어, 처리 용기(40) 내에 웨이퍼 W를 반입하고, 각 탑재대(41)상에 탑재한다.
그 다음에, 액추에이터(81)를 동작시켜 탑재대(41)를 상승시켜, 소망하는 기판 처리 공간 S를 형성한다.
그 다음에, 가스 공급원(210) 및 가스 공급원(211)으로부터, 불소 함유 가스, 수소 함유 가스(예컨대, NH3), 및 N2 가스나 Ar 가스 등의 불활성 가스가 도입되고, 고주파 전원(164)으로부터 출력된 고주파의 에너지에 의해 가스로부터 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마의 주로 라디칼에 의해 웨이퍼 W 표면의 SiO2막에 대하여 라디칼 처리를 실시한다. 라디칼 처리는, 불소 함유 가스와, 수소 함유 가스(예컨대, NH3)와 웨이퍼 W 표면에 형성된 SiO2막을 반응시켜, 열에 의해 분해 제거 가능한 플루오르화규소산암모늄(AFS)을 생성시킨다.
라디칼 처리의 종료 후, 승강 기구(45)의 액추에이터(81)에 의해 탑재대(41)를 하강시킨 상태로 하고, 게이트 밸브를 열어 처리가 끝난 웨이퍼 W가 반출된다.
[석영에 의한 코팅]
본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5) 중, 처리 용기(40)의 내벽 표면 중, 적어도 탑재대(41)보다 위의 부분은, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체로 덮여 있다. 처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체는, 재결합 계수가 0.0005 이하이면 더 바람직하다.
처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체의 일례로서는, 교환 가능한 석영의 라이너 부재(100)를 들 수 있다. 또한, 칸막이 판(220)은, 석영에 의해 형성되어 있다.
석영은, 라디칼을 흡착하기 어렵다. 도 3의 테이블은, 수소(H) 라디칼, 질소(N) 라디칼, 산소(O) 라디칼이, 부재의 표면에서 재결합하고, 비활성화할 확률(이하, 「표면 재결합 확률」이라고 한다.)을 나타낸다. 도 3의 출전은, H. C. M. Knoops et all., J. Electrochem. Soc., 157(2010), G241-G249이다.
이것에 의하면, 수소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 석영(Silica)일 때에는, 표면 재결합 확률(Recombination Probability r)은 「0.00004±0.00003」이다.
이것에 비하여, 수소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 알루미나(Al2O3) 세라믹일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.0018±0.0003」이고, 부재의 표면이 석영일 때와 비교하여 45배로 되어 있다. 다시 말해, 부재의 표면이 알루미나 세라믹인 경우, 부재의 표면이 석영인 경우와 비교하여, 45배, 부재의 표면에서 흡착되기 쉽고, 라디칼을 비활성화하기 쉬운 것을 알 수 있다.
또한, 수소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 알루미늄(Al)일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.29」이고, 부재의 표면이 알루미나 세라믹일 때의 160배로 되어 있다.
질소 라디칼의 경우에 있어서도, 부재의 표면이 석영일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.0003±0.0002」이다. 이것에 비하여, 질소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 알루미늄(Al)일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.0018」이고, 부재의 표면이 석영일 때의 6배이다.
산소 라디칼의 경우에 있어서도, 부재의 표면이 석영일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.0002±0.0001」이다. 이것에 비하여, 산소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 산화알루미늄(Al(OH)3)일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.0021」이고, 부재의 표면이 석영일 때의 10배이다.
도 4는 불소(F) 라디칼의 표면 재결합 확률(Recombination Probability r)을 나타낸다. 도 4의 출전은, P. C. NORDINE and J. D. LEGRANGE, "Heterogeneous fluorine atom recombination/reaction on several materials of construction", AIAA Journal, Vol. 14, No. 5(1976), pp. 644-647.이다.
이것에 의하면, 불소(F) 라디칼에서는, 부재의 표면이 석영(Quartz)일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.00016」이다.
이것에 비하여, 불소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 알루미나(Al2O3) 세라믹일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.000064」이다.
또한, 불소 라디칼의 경우로서, 부재의 표면이 알루미늄(Al)일 때에는, 표면 재결합 확률은 「0.0018」이고, 부재의 표면이 석영(Quartz) 또는 알루미나(Al2O3) 세라믹일 때와 비교하여, 불소 라디칼이, 부재의 표면에서 재결합하고, 비활성화할 확률이 1자릿수 또는 2자릿수 높아진다.
이상으로부터, 본 실시 형태에서는, 처리 용기(40)의 내벽 표면 중, 적어도 탑재대(41)를 가장 하강시켰을 때보다 위의 부분 및 탑재대(41)보다 위에 배치한 칸막이 판(220)을 석영으로 덮는다. 이것에 의해, 알루미늄 등의 금속을 플라즈마 생성 공간 P나 기판 처리 공간 S에 노출시키지 않는다. 이것에 의해, 처리 용기(40)의 내벽 표면에 있어서의 라디칼의 흡착 및 재결합의 확률을 저감할 수 있다. 다시 말해, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 석영으로 덮고, 또한, 칸막이 판(220)을 석영으로 형성함으로써, 라디칼이 웨이퍼 W에 도착하기까지, 라디칼을 내벽이나, 칸막이 판(220)에 흡착되기 어렵게 할 수 있다. 이것에 의해, 라디칼의 비활성화를 억제하고, 특히 내벽과의 거리가 가까운 웨이퍼 W의 외연측에 있어서의 에칭 레이트의 하강을 개선하고, 에칭 레이트의 면 내 균일성을 높일 수 있다. 또, 처리 용기(40)의 내벽 표면 중, 적어도 탑재대(41)를 가장 하강시켰을 때보다 위의 부분 및 탑재대(41)보다 위에 배치한 칸막이 판(220)을 석영으로 덮는 것 대신에, 알루미나로 덮더라도 좋다. 단, 라디칼의 비활성화를 보다 억제 가능한 석영으로 덮는 것이 보다 바람직하다.
이것에 의해, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에 의하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 탑재대(41)에 탑재되어 있는 웨이퍼 W의 외주부로부터 처리 용기(40)의 내벽까지의 거리 Wd는, 10㎜ 이상이면 된다. 바꿔 말하면, 라디칼의 비활성화를 신경 쓰지 않아도 되므로, 웨이퍼의 외주부로부터 처리 용기(40)의 내벽까지의 거리를 짧게 할 수 있고, 따라서, 처리 용기의 용적을 가급적 작게 할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체로 석영을 사용했지만, 유전체는 석영에 한하지 않는다. 예컨대, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체로는, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체를 사용할 수 있다. 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체이면, 라디칼이 웨이퍼 W에 도착하기까지 비활성화하는 것을 억제하고, 웨이퍼 W의 외연측에 있어서의 에칭 레이트의 하강을 개선하고, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 에칭 레이트의 균일성을 높일 수 있다. 예컨대, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체에는, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 탄화물(SiC), 알루미나(Al2O3) 세라믹 또는 사파이어의 어느 하나를 사용할 수 있다.
또, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 유전체로 덮는 경우, 용사에 의해 유전체의 막을 형성하면, 표면의 요철에 의해 표면적이 커진다. 그 때문에, 라디칼이 내벽 표면에서 비활성화하기 쉬워진다. 따라서, 처리 용기(40)의 내벽을 덮는 유전체는, 용사 이외의 방법으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체는, 플라즈마 내성이 있는 재료로서, 파티클에 의한 금속 오염에 있어서 문제가 되지 않는 재료로 한정된다. 다시 말해, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 덮는 유전체는, 라디칼이 비활성화하기 어려운 재료로서, 플라즈마 내성이 우수하고, 또한 라디칼에 대하여 반응성을 갖지 않는 것일 필요가 있다.
또한, 칸막이 판(220)은, 석영에 의해 구성되었지만, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체이면, 어느 것을 이용하더라도 좋다. 또한, 칸막이 판(220)의 표면을, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체로 피복하도록 하더라도 좋다.
[효과의 일례]
도 5는 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)를 이용한 실리콘 질화막(SiN)의 에칭 결과 및 해당 막에 대한 비교예의 에칭 결과의 일례를 나타낸다. 도 5(a)는 처리 용기(40)의 내벽을 (a-1) 알루미늄으로 덮은 경우(비교예)의 에칭 레이트와, (a-2) 석영으로 덮은 경우(본 실시 형태)의 에칭 레이트를 나타낸다. 가로축은, 웨이퍼 W의 지름 방향의 위치를 나타내고, 세로축은, 에칭 레이트를 나타낸다.
이 결과, (a-1)의 처리 용기(40)의 내벽을 알루미늄으로 덮은 경우와 비교하여, (a-2)의 석영으로 덮은 경우에는, 웨이퍼 W의 지름 방향의 에칭 레이트의 균일성이 높은 것을 알 수 있다. 이상으로부터, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에 의하면, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 라디칼이 비활성화하기 어려운 석영으로 덮는 것에 의해, 에칭 레이트의 균일성을 도모하고, 에칭을 촉진시킬 수 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에서는, 처리 용기(40)의 천정부의 내벽면(덮개(52)의 하면)(52a)은 플랫으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 도 5의 (b-2)에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성 공간 P의 직경을 321㎜로 할 수 있다.
이것에 비하여, 내벽면(52a)의 외주측에 단차가 마련되어 있는 경우(비교예)에는, 플라즈마 생성 공간 P의 직경은 321㎜보다 작아진다. 예컨대, 내벽면(52a)의 외주측에 단차가 마련되어 있기 때문에, 도 5의 (b-1)에서는, 플라즈마 생성 공간 P의 직경이 284㎜가 된다.
도 5의 (b-1)과 도 5의 (b-2)는, 내벽면(52a)에 형성된 단차에 의해, 라디칼의 확산이 방해되면, 에칭 레이트가 저하함과 아울러 균일성이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 한편, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에 의하면, 내벽면(52a)을 플랫으로 함으로써 라디칼이 확산되어, 에칭 레이트의 저하와 에칭의 균일성의 저하를 개선하고, 에칭의 균일성이 높고, 또한, 에칭 레이트가 향상됨과 아울러 균일성이 높아지는 것을 알 수 있었다.
<다른 적용>
또, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 일 없이 다양하게 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시 형태에서는, 피처리체의 일례인 웨이퍼 W를 1매씩 처리하는 예에 대하여 나타냈지만, 이것에 한하지 않고, 라디칼 처리 장치(5) 및 PHT 처리 장치(4)에 있어서, 2매씩 처리하는 매엽식의 기판 처리 시스템(1)이더라도 좋다. 또한, 라디칼 처리 장치(5) 및 PHT 처리 장치(4)에 있어서, 3매 이상씩 처리하는 기판 처리 시스템(1)이더라도 좋다.
상기와 같이, 본 실시 형태와 관련되는 라디칼 처리 장치(5)에 의하면, 처리 용기(40)의 내벽 표면을 라디칼이 비활성화하기 어려운 석영으로 덮음으로써, 웨이퍼 W의 외주부로부터 처리 용기(40)의 내벽까지의 거리 Wd를 최단 10㎜까지 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 복수 매를 처리하는 라디칼 처리 장치(5)에 있어서도, 웨이퍼 W의 탑재 위치를 종래보다 내벽측에 접근시킬 수 있고, 설계의 자유도를 보다 확보할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 라디칼 처리를 적용한 예를 나타냈지만, 이것에 한하지 않고, 가스에 의한 처리이면, 예컨대 화학 증착법(CVD(Chemical Vapor Deposition)법)에 의한 성막 처리 등의 다른 처리에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가스 도입관(42a) 및 가스 도입관(42b)을 통해서, 가스를 처리 용기(40)의 측벽으로부터 도입했지만, 이것에 한하지 않고, 천정부로부터 샤워 형상으로 도입하도록 하더리도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리 기판으로서 웨이퍼를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한하지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display) 등에 이용되는 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이더라도 좋다.
이상, 기판 처리 장치를 상기 실시 형태에 의해 설명했지만, 본 발명과 관련되는 기판 처리 장치는 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시 형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예컨대, 본 발명과 관련되는 기판 처리 장치는, 유도 결합 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 에칭 장치뿐만 아니라, 그 외의 기판 처리 장치에 적용 가능하다. 그 외의 기판 처리 장치로서는, 용량 결합 플라즈마(CCP : Capacitively Coupled Plasma)를 이용한 기판 처리 장치, 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 이용한 기판 처리 장치, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP : Helicon Wave Plasma) 장치, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR : Electron Cyclotron Resonance Plasma) 장치 등이더라도 좋다.
1 : 기판 처리 시스템
2 : 반입출부
3 : 로드록실
4 : PHT 처리 장치
5 : 라디칼 처리 장치
6 : 제어부
40 : 처리 용기
40a : 측벽부
41 : 탑재대
42a : 가스 도입관
42b : 가스 도입관
45 : 승강 기구
52 : 덮개
52a : 내벽면
90 : 제어부
100 : 석영의 라이너 부재
154 : RF 안테나
156 : 안테나실
162 : 고주파 급전부
164 : 고주파 전원
210 : 가스 공급원
211 : 가스 공급원
220 : 칸막이 판
230 : 판 형상 부재
231 : 판 형상 부재
P : 플라즈마 생성 공간
S : 기판 처리 공간

Claims (9)

  1. 고주파의 에너지에 의해 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마 중의 라디칼에 의해 처리 용기의 내부에서 기판을 에칭 처리하는 기판 처리 장치로서,
    상기 처리 용기의 내부에 고주파의 에너지를 공급하는 고주파 전원과,
    상기 처리 용기의 내부에 가스를 도입하는 가스 공급원과,
    상기 기판을 탑재하는 탑재대와,
    상기 처리 용기의 내부에 마련되고, 상기 처리 용기의 내부를 플라즈마 생성 공간과 기판 처리 공간으로 나누고, 이온의 투과를 억제하는 칸막이 판
    을 갖고,
    상기 처리 용기의 내벽 표면 중 적어도 상기 탑재대보다 위의 전면과, 상기 칸막이 판은, 재결합 계수가 0.002 이하인 유전체로 덮여 있고
    상기 탑재대에 탑재되어 있는 기판의 외연부로부터 상기 처리 용기의 내벽까지의 거리는, 10㎜ 이상인
    기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내벽 표면의 전면이, 상기 재결합 계수가 0.0005 이하인 유전체로 덮여 있는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체는, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 탄화물(SiC), 알루미나(Al2O3) 세라믹 또는 사파이어 중 어느 하나인 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유전체는, 석영인 기판 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 내벽 표면을 덮는 유전체는 교환 가능한 라이너 부재이고,
    상기 라이너 부재는 상기 처리 용기의 내벽 표면에 있어 요철이 없는 플랫한 표면을 구성하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 공급원은, 가스를, 상기 플라즈마 생성 공간 및 상기 기판 처리 공간 중, 상기 플라즈마 생성 공간에만 도입하거나, 또는, 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 기판 처리 공간의 양쪽에 도입하는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 천정부의 외벽측에 마련된 안테나실로부터 상기 천정부의 유전체창을 투과하여 상기 플라즈마 생성 공간에 고주파의 에너지가 공급되는 기판 처리 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 용기의 천정부의 내벽면은, 플랫한 기판 처리 장치.
KR1020170026944A 2016-03-04 2017-03-02 기판 처리 장치 KR102015697B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2016-042010 2016-03-04
JP2016042010A JP2017157778A (ja) 2016-03-04 2016-03-04 基板処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170103672A KR20170103672A (ko) 2017-09-13
KR102015697B1 true KR102015697B1 (ko) 2019-08-28

Family

ID=59722301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170026944A KR102015697B1 (ko) 2016-03-04 2017-03-02 기판 처리 장치

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10734201B2 (ko)
JP (1) JP2017157778A (ko)
KR (1) KR102015697B1 (ko)
CN (1) CN107154333B (ko)
TW (1) TWI763653B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210019398A (ko) * 2018-06-15 2021-02-22 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017157778A (ja) * 2016-03-04 2017-09-07 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置
US11694911B2 (en) * 2016-12-20 2023-07-04 Lam Research Corporation Systems and methods for metastable activated radical selective strip and etch using dual plenum showerhead
US10790119B2 (en) * 2017-06-09 2020-09-29 Mattson Technology, Inc Plasma processing apparatus with post plasma gas injection
JP7008974B2 (ja) 2017-08-18 2022-01-25 ナノフォトン株式会社 光学顕微鏡、及び分光測定方法
JP2019075517A (ja) * 2017-10-19 2019-05-16 東京エレクトロン株式会社 処理装置及び拡散路を有する部材
KR102563925B1 (ko) * 2018-08-31 2023-08-04 삼성전자 주식회사 반도체 제조 장치
US20220336194A1 (en) * 2019-09-17 2022-10-20 Tokyo Electron Limited Plasma processing apparatus
JP7450512B2 (ja) 2020-10-07 2024-03-15 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理装置
KR20230015004A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 세메스 주식회사 기판 처리 장치
US20230215702A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-06 Applied Materials, Inc. Uniformity control for plasma processing using wall recombination

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2538987A1 (fr) * 1983-01-05 1984-07-06 Commissariat Energie Atomique Enceinte pour le traitement et notamment la gravure de substrats par la methode du plasma reactif
JP3231426B2 (ja) * 1992-10-28 2001-11-19 富士通株式会社 水素プラズマダウンフロー処理方法及び水素プラズマダウンフロー処理装置
JPH10199699A (ja) * 1997-01-11 1998-07-31 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
JPH10298786A (ja) * 1997-02-19 1998-11-10 Anelva Corp 表面処理装置
TW514996B (en) * 1999-12-10 2002-12-21 Tokyo Electron Ltd Processing apparatus with a chamber having therein a high-corrosion-resistant sprayed film
TWI252517B (en) * 2002-11-20 2006-04-01 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP4584565B2 (ja) * 2002-11-26 2010-11-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
RU2008108012A (ru) * 2005-08-02 2009-09-10 Массачусетс Инститьют Оф Текнолоджи (Us) Способ применения nf3 для удаления поверхностных отложений
JP5213150B2 (ja) * 2005-08-12 2013-06-19 国立大学法人東北大学 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置を用いた製品の製造方法
US7658802B2 (en) * 2005-11-22 2010-02-09 Applied Materials, Inc. Apparatus and a method for cleaning a dielectric film
JP2007281150A (ja) * 2006-04-05 2007-10-25 Tokyo Electron Ltd 処理装置
WO2008117832A1 (ja) * 2007-03-27 2008-10-02 Canon Anelva Corporation 真空処理装置
US7942969B2 (en) * 2007-05-30 2011-05-17 Applied Materials, Inc. Substrate cleaning chamber and components
JP2010080717A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置用の載置台
JP2011077321A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Tokyo Electron Ltd 選択的プラズマ窒化処理方法及びプラズマ窒化処理装置
JP2013532387A (ja) * 2010-06-25 2013-08-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド イオン電流を低減したプレクリーンチャンバ
JP2013178917A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Nagoya Univ 導電性膜の形成方法
KR102107256B1 (ko) * 2012-05-23 2020-05-06 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
CN105051871B (zh) * 2013-03-28 2018-06-12 芝浦机械电子株式会社 放置台及等离子体处理装置
US20140357092A1 (en) * 2013-06-04 2014-12-04 Lam Research Corporation Chamber wall of a plasma processing apparatus including a flowing protective liquid layer
JP2016086099A (ja) * 2014-10-27 2016-05-19 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP2017157778A (ja) * 2016-03-04 2017-09-07 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210019398A (ko) * 2018-06-15 2021-02-22 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치
KR102608061B1 (ko) 2018-06-15 2023-11-30 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치

Also Published As

Publication number Publication date
TW201742147A (zh) 2017-12-01
TWI763653B (zh) 2022-05-11
CN107154333B (zh) 2019-10-08
CN107154333A (zh) 2017-09-12
US20170256382A1 (en) 2017-09-07
KR20170103672A (ko) 2017-09-13
US10734201B2 (en) 2020-08-04
JP2017157778A (ja) 2017-09-07
US20200321195A1 (en) 2020-10-08
US11328904B2 (en) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102015697B1 (ko) 기판 처리 장치
TWI624902B (zh) Modification method of electrostatic fixture and plasma processing device
US9028191B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US20170221720A1 (en) Apparatus and method for treating substrates
KR20210042939A (ko) 전자빔 매개 플라즈마 에칭 및 증착 공정을 위한 장치 및 공정
JP6807775B2 (ja) 成膜方法及びプラズマ処理装置
CN108511339B (zh) 处理方法和等离子体处理装置
JPWO2013176144A1 (ja) プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法
US6887341B2 (en) Plasma processing apparatus for spatial control of dissociation and ionization
KR20080038311A (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR20150069514A (ko) 에칭 방법
JP2004055895A (ja) 誘導結合プラズマ処理装置
KR20200090133A (ko) 막을 에칭하는 방법
CN105702572B (zh) 等离子体蚀刻方法
JP2009094115A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20150001664A (ko) 온도 제어 방법 및 플라즈마 처리 장치
JPH08115901A (ja) プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
US8480912B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2024028752A (ja) 基板処理装置および半導体装置の製造方法
TW201309104A (zh) 感應耦合電漿處理裝置
KR20120062923A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 이것에 이용하는 지파판
JP2017147204A (ja) プラズマ処理装置
JPH07122546A (ja) プラズマ処理装置の制御方法
JP3771833B2 (ja) ウエハ支持装置及び半導体製造装置
JP2019009403A (ja) プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant