KR102155395B1 - 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 에칭 장치는, 처리 용기와, 처리 용기 내에 설치된 기판을 유지하는 유지부와, 처리 용기 내에 설치된 유지부와 대향하는 전극판을 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 유지부와 전극판 사이에 끼워진 공간에 처리 가스를 공급하기 위한, 기판의 직경 방향에 대하여 동심원형으로 n(n은 2 이상의 자연수)개로 분할된 영역 각각에 배치되어, 영역 각각에 균등 간격으로 형성된 가스 공급 구멍으로부터 처리 가스를 공급하는 복수의 공급부를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 유지부 또는 전극판 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 복수의 공급부에 의해 공간에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원을 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 영역 각각의 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 유량을 제어한다.

Description

플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법{PLASMA ETCHING DEVICE AND PLASMA ETCHING METHOD}
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판(이하 「웨이퍼」라고 함)을 가공하는 장치로서, 플라즈마를 웨이퍼에 조사함으로써 웨이퍼에 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 장치가 있다.
플라즈마 에칭에서는, 불소, 염소, 산소 등을 포함하는 가스를 처리 가스로서 이용하여 플라즈마화한다. 플라즈마에는, 하전 입자(이하 「이온」이라고 함) 및 중성 입자(이하 「라디칼」이라고 함) 등의 활성종이 포함되어 있다. 웨이퍼의 표면이 이온과 라디칼을 포함하는 플라즈마와 반응하여 반응 생성물이 생기고, 생긴 반응 생성물이 휘발함으로써 에칭이 진행된다.
최근, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서 웨이퍼가 대구경화되고 있다. 웨이퍼의 대구경화에 따라, 에칭시의 웨이퍼 면내에서의, 홀이나 트렌치의 바닥부의 선폭(Critical Dimension; CD) 및 깊이의 면내 균일성을 확보하기가 어렵게 되고 있다.
한편, 웨이퍼 면내의 중심부와 주변부 영역의 라디칼의 밀도 분포 제어를, 상부 전극으로부터의 처리 가스 공급량을 조정함으로써 제어하는 기술도 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 4358727호 공보
그러나, 웨이퍼 면내의 중심부와 주변부 영역에서는, 라디칼의 확산 상태가 불균일하여, 면내 균일성을 확보하기가 어렵다고 하는 문제가 있다.
개시하는 플라즈마 에칭 장치는, 하나의 실시양태에 있어서, 플라즈마화된 처리 가스에 의해 기판을 에칭한다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는 처리 용기를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 상기 처리 용기 내에 설치된, 기판을 유지하는 유지부를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 상기 처리 용기 내에 설치된, 상기 유지부와 대향하는 전극판을 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 상기 유지부와 상기 전극판 사이에 끼워진 공간에 처리 가스를 공급하기 위한, 상기 기판의 직경 방향에 대하여 동심원형으로 n(n은 2 이상의 자연수)개로 분할된 영역 각각에 배치되어, 상기 영역 각각에 균등 간격으로 형성된 가스 공급 구멍으로부터 처리 가스를 공급하는 복수의 공급부를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 상기 유지부 또는 상기 전극판 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 복수의 공급부에 의해 상기 공간에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원을 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 이하의 식에 의해, 상기 영역 각각의 상기 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 유량을 제어하는 제어부를 갖는다.
Figure 112015099701466-pct00001
Q: 처리 가스의 총 유량,
Q1'~Qn': n개로 분할된 영역 각각의 처리 가스 유량
D1~Dn: n개로 분할된 영역 각각에 있어서의 처리 가스의 농도비
N1~Nn: n개로 분할된 영역 각각의 가스 공급 구멍수
개시하는 측정 방법의 하나의 양태에 따르면, 원하는 에칭 특성을 얻기 위한 유량 비율을 용이하게 선택할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 구성의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2는 제1 실시형태에서의 샤워 헤드 구조의 일례를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3a는 본 실시형태에서의 웨이퍼의, 직경 방향 위치에 있어서의 페클레수를 도시하는 개략도이다.
도 3b는 본 실시형태에서의 웨이퍼의, 직경 방향 위치에 있어서의 페클레수를 도시하는 개략도이다.
도 4a는 본 실시형태에서의 처리 가스의 공급 조건을 변경한 경우의, 에치 레이트의 변화를 도시하는 개략도이다.
도 4b는 본 실시형태에서의 처리 가스의 공급 조건을 변경한 경우의, 에치 레이트의 변화를 도시하는 개략도이다.
도 4c는 본 실시형태에서의 처리 가스의 공급 조건을 변경한 경우의, 에치 레이트의 변화를 도시하는 개략도이다.
도 4d는 본 실시형태에서의 처리 가스의 공급 조건을 변경한 경우의, 에치 레이트의 변화를 도시하는 개략도이다.
도 5a는 제1 실시형태에서의 면적비와 가스 농도비의 관계에 관해서 도시하는 도면이다.
도 5b는 제1 실시형태에서의 면적비와 가스 농도비의 관계에 관해서 도시하는 도면이다.
이하에, 개시하는 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법의 실시형태에 관해서 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 한편, 본 실시형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시형태는, 처리 내용을 모순되게 하지 않는 범위에서 적절하게 조합할 수 있다.
(제1 실시형태)
제1 실시형태에 따른 플라즈마화된 처리 가스에 의해 기판을 에칭하는 플라즈마 에칭 장치는, 실시형태의 일례에서, 처리 용기를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 처리 용기 내에 설치된, 기판을 유지하는 유지부를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 처리 용기 내에 설치된, 유지부와 대향하는 전극판을 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 유지부와 전극판 사이에 끼워진 공간에 처리 가스를 공급하기 위한, 기판의 직경 방향에 대하여 동심원형으로 n(n은 2 이상의 자연수)개로 분할된 영역 각각에 배치되어, 영역 각각에 균등 간격으로 형성된 가스 공급 구멍으로부터 처리 가스를 공급하는 복수의 공급부를 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 유지부 또는 전극판 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 복수의 공급부에 의해 공간에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원을 갖는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 이하의 식에 의해, 영역 각각의 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 유량을 제어하는 제어부를 갖는다.
Figure 112015099701466-pct00002
Q: 처리 가스의 총 유량,
Q1'~Qn': n개(n은 2 이상의 자연수)로 분할된 영역 각각의 처리 가스 유량
D1~Dn: n개로 분할된 영역 각각에 있어서의 처리 가스의 농도비
N1~Nn: n개로 분할된 영역 각각의 가스 공급 구멍수
또한, 제1 실시형태에 따른 플라즈마화된 처리 가스에 의해 기판을 에칭하는 플라즈마 에칭 방법은, 처리 용기 내에 설치된 유지부에 의해 기판을 유지하는 유지 단계를 포함한다. 또한, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 처리 용기 내에 설치된, 유지부와 대향하는 전극판과 유지부 사이에 끼워진 공간에, 기판의 직경 방향에 대하여 동심원형으로 복수로 분할된 영역 각각에 배치된 복수의 공급부에 의해, 영역 각각에 균등 간격으로 형성된 가스 공급 구멍으로부터 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 단계를 포함한다. 또한, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 유지부 또는 전극판 중 적어도 한쪽에, 고주파 전원에 의해 고주파 전력을 공급함으로써, 영역 각각에 형성된 가스 공급 구멍으로부터 공간에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력 공급 단계를 포함한다. 또한, 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 처리 가스 공급 단계가, 이하의 식에 의해, 영역 각각의 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 유량을 제어한다.
Figure 112015099701466-pct00003
Q: 처리 가스의 총 유량,
Q1'~Qn': n개(n은 2 이상의 자연수)로 분할된 영역 각각의 처리 가스 유량
D1~Dn: n개로 분할된 영역 각각에 있어서의 처리 가스의 농도비
N1~Nn: n개로 분할된 영역 각각의 가스 공급 구멍수
(제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치)
도 1은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 구성의 일례를 도시하는 개략도이다. 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(100)는 예컨대 평행평판형의 플라즈마 에칭 장치이다.
플라즈마 에칭 장치(100)는, 예컨대 표면이 양극 산화 처리(알루마이트 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상으로 성형된 챔버(처리 용기)(102)를 갖고 있다. 챔버(102)는 접지되어 있다.
챔버(102)내의 바닥부에는, 세라믹 등의 절연판(103)을 통해 대략 원주형의 서셉터 지지대(104)가 설치되어 있다. 또한, 서셉터 지지대(104) 위에는, 하부 전극을 구성하는 서셉터(105)가 설치되어 있다. 서셉터(105)에는 하이 패스 필터(HPF)(105a)가 접속되어 있다.
서셉터(105)는, 그 상측 중앙부가 볼록형의 원판형으로 성형되고, 그 위에, 피처리체의 일례인 웨이퍼(W)와 대략 동일한 형태의 정전 척(111)이 설치되어 있다. 정전 척(111)은, 절연재 사이에 정전 전극(112)이 개재하는 구성으로 되어 있다. 또, 정전 척(111)은 원판형의 세라믹 부재로 구성되고, 정전 전극(112)에는 직류 전원(113)이 접속되어 있다.
정전 전극(112)에 포지티브 직류 전압이 인가되면, 웨이퍼(W)에서의 정전 척(111) 측의 면(이하, 「이면」이라고 함)에 네거티브 전위가 생긴다. 이에 따라, 정전 전극(112)과 웨이퍼(W) 이면 사이에 전위차가 생긴다. 이 전위차에 기인하는 쿨롱력 또는 존손-라벡력에 의해, 웨이퍼(W)는 정전 척(111)에 흡착 유지된다. 이때, 정전 척(111)에는, 정전 전극(112)에 접속된 직류 전원(113)으로부터 예컨대 1.5 kV의 직류 전압이 인가된다.
서셉터(105)에는, 제1 고주파 전원(114) 및 제2 고주파 전원(116)이, 각각 제1 정합기(115) 및 제2 정합기(117)를 통해 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(114)은, 비교적 낮은 주파수, 예컨대, 13.6 MHz의 고주파 전력인 바이어스 전력을 서셉터(105)에 인가한다. 제2 고주파 전원(116)은, 비교적 높은 주파수, 예컨대, 40 MHz의 고주파 전력인 플라즈마 생성 전력을 서셉터(105)에 인가한다. 이에 따라, 서셉터(105)는, 챔버(102)의 내부에 플라즈마 생성 전력을 인가한다.
절연판(103), 서셉터 지지대(104), 서셉터(105) 및 정전 척(111)에는, 웨이퍼(W)의 이면에 전열 매체(예컨대 He 가스 등의 백사이드 가스)를 공급하기 위한 가스 통로(118)가 형성되어 있다. 이 전열 매체를 통해, 서셉터(105)와 웨이퍼(W) 사이의 열 전달이 이루어져, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 유지된다.
서셉터(105)의 상단 주연부에는, 정전 척(111) 상에 지지된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 환상의 포커스 링(119)이 배치되어 있다. 포커스 링(119)은, 세라믹 또는 석영 등의 유전 재료, 혹은 도전체, 예컨대 웨이퍼(W)를 구성하는 재료와 동일한 단결정 실리콘 등의 도전성 재료에 의해서 구성되어 있다.
플라즈마의 분포 영역을 포커스 링(119) 위까지 확대함으로써, 웨이퍼(W)의 외주측에서의 플라즈마의 밀도를, 웨이퍼(W)의 중심측에서의 플라즈마 밀도와 동일한 정도로 유지할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W) 면내에서의 플라즈마 에칭의 균일성을 향상시킬 수 있다.
서셉터(105) 상방에는, 서셉터(105)와 평행하게 대향하여 상부 전극(120)이 설치되어 있다. 상부 전극(120)에는 직류 전원(123)이 접속되어 있다. 또한, 상부 전극(120)에는 로우 패스 필터(LPF)(124)가 접속되어 있다.
또한, 상부 전극(120)은, 상부 전극 구동부(200)에 의해서, 예컨대 연직 방향으로 구동 가능하게 구성되어 있다. 상부 전극(120)을 연직 방향으로 구동 가능하게 구성함으로써, 상부 전극(120)과 서셉터(105) 사이 공간의 거리(이하, 「갭」이라고 함)(G)를 조정할 수 있다. 갭(G)은, 처리 가스의 확산 및 흐름에 크게 영향을 주는 파라메터이다. 그 때문에, 갭(G)을 조정할 수 있는 구조로 함으로써, 후술하는 것과 같이, 챔버(102) 내부의 상부 전극(120)과 서셉터(105) 사이의 플라즈마 분포를 제어할 수 있다.
상부 전극 구동부(200)에 의해 구동되는 상부 전극(120)의 연직 방향을 따른 이동량은 특별히 제한은 없다. 일례로서, 상부 전극(120)의 연직 방향을 따른 이동량을 70 mm로 하고, 갭(G)을 20 mm 이상 90 mm 이하로 조정할 수 있는 구조로 할 수 있다. 이 점에서 제한되지 않는다. 한편, 플라즈마 에칭 장치(100)는, 도 1에 도시하는 구성을 90° 회전하여 가로에 쓰러트린 구성으로 하여도 좋고, 상하 반전된 구성으로 하여도 좋다.
상부 전극(120)은, 챔버(102)의 상부 내벽에 벨로우즈(122)를 통해 지지되어 있다. 벨로우즈(122)는 챔버(102)의 상부 내벽에 환상의 상부 플랜지(122a)를 통해 볼트 등의 고정 수단에 의해 부착되는 동시에, 상부 전극(120)의 상면에 환상의 상부 플랜지(122b)를 통해 볼트 등의 고정 수단에 의해 부착된다.
갭(G)을 조절하기 위한 상부 전극 구동부(200)의 구성에 관해서 상세히 설명한다. 상부 전극 구동부(200)는, 상부 전극(120)을 지지하는 대략 원통형의 지지 부재(204)를 갖는다. 지지 부재(204)는 상부 전극(120)의 상부 대략 중앙에 볼트 등으로 부착되어 있다.
지지 부재(204)는, 챔버(102) 상벽의 대략 중앙에 형성된 구멍(102a)을 출입 가능하게 배치된다. 구체적으로는, 지지 부재(204)의 외주면은 슬라이드 기구(210)를 통해 챔버(102)의 구멍(102a)의 내부에 지지되어 있다.
슬라이드 기구(210)는, 예컨대 챔버(102)의 상부에 단면 L자형의 고정 부재(214)를 통해 고정 부재(214)의 연직부에 고정된 안내 부재(216)와, 이 안내 부재(216)에 슬라이딩 가능하게 지지되어, 지지 부재(204)의 외주면에 일방향(본 실시형태에서는 연직 방향)으로 형성된 레일부(212)를 갖는다.
슬라이드 기구(210)의 안내 부재(216)를 고정하는 고정 부재(214)는, 그 수평부가 환상의 수평 조정판(218)을 통해 챔버(102)의 상부에 고정된다. 이 수평 조정판(218)에 의해, 상부 전극(120)의 수평 위치가 조정된다.
수평 조정판(218)은, 예컨대, 수평 조정판(218)의 둘레 방향으로 등간격으로 배치한 복수의 볼트 등에 의해 챔버(102)에 고정된다. 또한, 수평 조정판(218)의 수평 방향에 대한 기울기량은, 이들 볼트의 돌출량에 의해 조정할 수 있는 구성이라도 좋다. 수평 조정판(218)이 수평 방향에 대한 기울기를 조정하고, 상기 슬라이드 기구(210)의 안내 부재(216)가 연직 방향에 대한 기울기를 조정함으로써, 상부 전극(120)의 수평 방향의 기울기를 조정할 수 있다. 즉, 상부 전극(120)을 항상 수평 위치로 유지할 수 있다.
챔버(102)의 상측에는, 상부 전극(120)을 구동하기 위한 공기압 실린더(220)가 통체(201)를 통해 부착되어 있다. 즉, 통체(201)의 하단은, 챔버(102)의 구멍(102a)을 덮도록 볼트 등으로 기밀하게 부착되어 있고, 통체(201)의 상단은, 공기압 실린더(220)의 하단에 기밀하게 부착되어 있다.
상기 공기압 실린더(220)는 일방향으로 구동 가능한 로드(202)를 갖고 있다. 로드(202)의 하단은, 지지 부재(204)의 상부 대략 중앙에 볼트 등으로 연달아 설치되어 있다. 로드(202)가 구동됨으로써, 상부 전극(120)은 지지 부재(204)에 의해 슬라이드 기구(210)를 따라서 구동한다. 로드(202)는, 예컨대 원통형으로 구성되어, 로드(202)의 내부 공간이 지지 부재(204)의 대략 중앙에 형성된 중앙 구멍과 연통하여 대기 개방되도록 되어 있다. 이에 따라, 상부 전극(120)과 로우 패스 필터(LPF)(124)를 통해 접지하는 배선, 및 상부 전극(120)에 직류 전원(123)으로부터 직류 전압을 인가하기 위한 급전선은, 로드(202)의 내부 공간으로부터 지지 부재(204)의 중앙 구멍을 통해 상부 전극(120)에 접속하도록 배선할 수 있다.
또한, 공기압 실린더(220)의 측부에는, 예컨대 리니어 인코더(205) 등의, 상부 전극(120)의 위치를 검출하는 위치 검출 수단이 설치되어 있다. 한편, 로드(202)의 상단에는, 로드(202)에서부터 측방으로 연장하는 연장부(207a)를 갖는 상단 부재(207)가 설치되어 있다. 상단 부재(207)의 연장부(207a)와 리니어 인코더(205)의 검출부(205a)가 접촉하고 있다. 상단 부재(207)는 상부 전극(120)의 움직임에 연동하기 때문에, 리니어 인코더(205)에 의해 상부 전극(120)의 위치를 검출할 수 있다.
공기압 실린더(220)는, 통 형상의 실린더 본체(222), 상부 지지판(224) 및 하부 지지판(226)을 포함한다. 통 형상의 실린더 본체(222)는, 상부 지지판(224)과 하부 지지판(226)에 의해 끼워지는 구성으로 되어 있다. 로드(202)의 외주면에는, 공기압 실린더(220) 내부를 상부 공간(232)과 하부 공간(234)으로 구획하는 환상의 구획 부재(208)가 설치되어 있다.
공기압 실린더(220)의 상부 공간(232)에는, 상부 지지판(224)의 상부 포트(236)로부터 압축 공기가 도입되도록 되어 있다. 또한, 공기압 실린더(220)의 하부 공간(234)에는, 하부 지지판(226)의 하부 포트(238)로부터 압축 공기가 도입되도록 되어 있다. 상부 포트(236) 및 하부 포트(238)로부터 상부 공간(232) 및 하부 공간(234)으로 도입하는 공기량을 제어함으로써, 로드(202)를 일방향(예컨대 연직 방향)으로 구동 제어할 수 있다. 이 공기압 실린더(220)로 도입하는 공기량은, 공기압 실린더(220) 근방에 설치된 공기압 회로(300)에 의해 제어된다.
또한, 상부 전극 구동부(200)는 제어부(290)를 갖고 있고, 제어부(290)는 장치 제어부(190)와 접속되어 있다. 장치 제어부(190)로부터의 제어 신호는 제어부(290)에 전해지고, 제어부(290)에 의해 상부 전극 구동부(200)의 각 부가 구동 제어된다.
서셉터 지지대(104)의 내부에는, 웨이퍼(W) 면내에서의 온도 분포를 조절할 수 있게 하는 온도 분포 조정부(106)가 배치되어 있다. 온도 분포 조절부(106)는, 히터(106a, 106b), 히터용 전원(106c, 106d), 온도계(106e, 106f), 냉매 유로(107a, 107b)를 갖는다.
서셉터 지지대(104)의 내부에는, 중심측에서 외주측을 향해, 중심측 히터(106a)와 외주측 히터(106b)가 설치되어 있다. 중심측 히터(106a)에는 중심측 히터용 전원(106c)이 접속되고, 외주측 히터(106b)에는 외주측 히터용 전원(106d)이 접속되어 있다. 중심측 히터용 전원(106c), 외주측 히터용 전원(106d)은, 각각 중심측 히터(106a), 외주측 히터(106b)에 투입하는 전력을 독립적으로 조절할 수 있다. 이에 따라, 서셉터 지지대(104) 및 서셉터(105)에, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따르는 온도 분포를 발생시킬 수 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 직경 방향을 따르는 온도 분포를 조절할 수 있다.
또한, 서셉터 지지대(104)의 내부에는, 중심측에서 외주측을 향해, 중심측 온도계(106e) 및 외주측 온도계(106f)가 설치되어 있다. 중심측 온도계(106e) 및 외주측 온도계(106f)는, 각각 서셉터 지지대(104)의 중심측 및 외주측의 온도를 계측하고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 중심측 및 외주측의 온도를 도출할 수 있다. 중심측 온도계(106e) 및 외주측 온도계(106f)에서 계측된 온도는, 후술하는 장치 제어부(190)에 보내진다. 장치 제어부(190)는, 계측된 온도로부터 도출된 웨이퍼(W)의 온도가 목표 온도가 되도록, 중심측 히터용 전원(106c) 및 외주측 히터용 전원(106d)의 출력을 조정한다.
또한, 서셉터 지지대(104)의 내부에는, 중심측에서 외주측을 향해, 중심측 냉매 유로(107a) 및 외주측 냉매 유로(107b)를 설치하여도 좋다. 그리고, 각각에 다른 온도의, 예컨대 냉각수, 플루오로카본계의 냉매를 순환시켜도 좋다. 냉매를 순환시키는 경우, 냉매는, 중심측 도입관(108a)을 통해 중심측 냉매 유로(107a)에 도입되어, 중심측 배출관(109a)으로부터 배출된다. 한편, 외주측 냉매 유로(107b)에는, 외주측 도입관(108b)을 통해 냉매가 도입되어, 외주측 배출관(109b)으로부터 배출된다.
서셉터(105)는, 히터(106a, 106b)에 의한 가열과 냉매로부터의 냉각에 의해, 온도가 조정된다. 따라서, 웨이퍼(W)는, 플라즈마로부터의 복사나 플라즈마에 포함되는 이온의 조사 등에 의한 가열분과, 전술한 서셉터(105)와의 열량 교환에 의해, 소정의 온도가 되도록 조정된다. 또한, 서셉터 지지대(104)는, 중심측 히터(106a)(및 중심측 냉매 유로(107a)) 그리고 외주측 히터(106b)(및 외주측 냉매 유로(107b))를 갖는다. 그 때문에, 웨이퍼(W)는, 중심측과 외주측에서 독립적으로 온도를 조정할 수 있다.
또한, 도 1에는 도시하지 않지만, 중심측 히터(106a)와 외주측 히터(106b) 사이, 또는 중심측 냉매 유로(107a)와 외주측 냉매 유로(107b) 사이에, 단열층으로서 단열재 또는 공간을 두어도 좋다. 단열층을 설치함으로써, 중심측 히터(106a)와 외주측 히터(106b) 사이, 또는 중심측 냉매 유로(107a)와 외주측 냉매 유로(107b) 사이가 열적으로 차단된다. 즉, 웨이퍼(W)의 중심측과 외주측 사이에, 보다 큰 온도 분포를 생기게 할 수 있다.
챔버(102)의 바닥부에는 배기관(131)이 접속되어 있고, 배기관(131)에는 배기 장치(135)가 접속되어 있다. 배기 장치(135)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖추고 있어, 챔버(102) 내부를 소정의 감압 분위기(예컨대 0.67 Pa 이하)로 조정한다. 또한, 챔버(102)의 측벽에는 게이트 밸브(132)가 설치되어 있다. 게이트 밸브(132)가 열림으로써, 챔버(102) 안으로의 웨이퍼(W)의 반입 및 챔버(102) 안으로부터의 웨이퍼(W)의 반출이 가능하게 된다. 한편, 웨이퍼(W)의 반송에는 예컨대 반송 아암이 이용된다.
또한, 플라즈마 에칭 장치(100)는, 서셉터(105)에 지지된 웨이퍼(W)에 공급되는 플라즈마 가스의 공급 조건을 조정하기 위한 가스 공급 조건 조절부(130)를 갖는다. 가스 공급 조건 조절부(130)는, 상부 전극(120)과 일체로 구성되어 있는 샤워 헤드(140)와, 가스 공급 장치(150)를 갖는다.
샤워 헤드(140)는, 서셉터(105)에 지지된 웨이퍼(W) 상에, 소정의 처리 가스(혼합 가스라도 좋음)를 분출하는 것이다. 샤워 헤드(140)는, 다수의 가스 공급 구멍(141a)을 갖는 원 형상의 전극판(141)(상부 전극(120))과, 전극판(141)의 상면 측을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(142)를 갖추고 있다. 전극 지지체(142)는, 전극판(141)과 동일한 지름의 원반 형상으로 형성되고, 내부에 원 형상의 버퍼실(143)이 형성되어 있다. 전극판(141)에는, 처리 가스 등의 가스를 웨이퍼(W)에 공급하기 위한 가스 공급 구멍이 형성되어 있다(이후 가스 공급 구멍(141)이라고 부르는 경우가 있음).
도 2는 제1 실시형태에서의 샤워 헤드의 구조의 일례를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2에 도시하는 것과 같이, 버퍼실(143) 내에는, O 링으로 이루어지는 하나 이상의 환상 격벽 부재(145)가 설치되어 있다. 하나 이상의 환상 격벽 부재(145)는 각각 샤워 헤드의 직경 방향에 대하여 상이한 위치에 배치된다. 도 2에서는, 환상 격벽 부재(145)는, 샤워 헤드의 직경 방향에 대하여 중심측에서부터, 제1 환상 격벽 부재(145a), 제2 환상 격벽 부재(145b), 제3 환상 격벽 부재(145c)로 도시되어 있다. 이에 따라, 버퍼실(143)은, 중심측에서부터 제1 버퍼실(143a), 제2 버퍼실(143b), 제3 버퍼실(143c), 제4 버퍼실(143d)로 분할되어 있다. 이와 같이, 버퍼실(143)은 복수의 영역으로 분할된다.
환상 격벽 부재(145)의 수는, 하나 이상이라면 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 도 2에서 도시하는 것과 같이 3개로 하여도 좋고, 2개라도 좋고, 4개 이상이라도 좋다. 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 사용하여 플라즈마 에칭하는 경우, 처리 가스의 제어 용이성, 후술하는 플라즈마 에칭 방법에 의한 에칭의 면내 균일성을 양립한다는 관점에서, 환상 격벽 부재(145)의 수는 3개(즉, 4개로 분할된 버퍼실을 가짐)로 하는 것이 바람직하다. 한편, n개의 환상 격벽 부재(145)를 배치함으로써, n+1개로 분할된 버퍼실을 설치할 수 있다.
각각의 버퍼실(143a, 143b, 143c, 143d)에는, 가스 공급 장치(150)에 의해, 소정의 처리 가스가 공급된다.
또한, 각각의 버퍼실(143a, 143b, 143c, 143d)의 하면에는, 하나 이상의 가스 공급 구멍(141)이 연통되어 있고, 이 가스 공급 구멍(141)을 통해, 웨이퍼(W) 상에 소정의 처리 가스를 분출할 수 있다. 가스 공급 구멍(141)의 배치 및 배치하는 수에 관해서는, 웨이퍼(W)에 대하여, 균일하게 처리 가스가 분출되는 배치로 되는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 가스 공급 구멍(141)은, 환상 격벽 부재(145)에 의해 분할되는 영역 각각에 균등 간격으로 형성된다. 예컨대, 가스 공급 구멍(141)은, 면적당 가스 공급 구멍(141)의 수가 같아지도록 형성된다.
가스 공급 장치(150)는, 하나 또는 복수의 가스가 혼합된 처리 가스를 공급하는 가스 공급원(161)과, 유량 제어부(MFC, 매스 플로우 컨트롤러)(174a~174d)를 갖는다. 또한, 가스 공급원(161)으로부터 연장된 하나의 배관이, 분기되어 유량 제어부(174a~174d)에 접속된다. 또한, 분기된 배관에는, 각각, 가스 공급원(161)과 유량 제어부(174a~174d) 각각 사이의 배관을 닫거나 열거나 하는 밸브(175a~175d)가 설치된다. 또한, 유량 제어부(174a~174d)는, 각각 4개의 버퍼실 중 어느 것과 접속된다. 또한, 유량 제어부(174a~174d)와 4개의 버퍼실을 연결하는 배관에는 밸브(176a~176d)가 설치된다.
즉, 가스 공급원(161)으로부터 공급된 처리 가스는, 유량 제어부(174a~174d) 중 어느 것에 의해서 유량이 제어된 뒤에, 배관(171)~배관(174) 중 어느 것을 통해 4개의 버퍼실 중 어느 것에 공급된다. 그 후, 버퍼실에 공급된 처리 가스는, 버퍼실에 형성된 가스 공급 구멍(141)으로부터 분사된다.
한편, 가스 공급 장치(150)로부터는, 예컨대, 플루오로카본계의 불소 화합물(CF계), Ar 가스, N2 가스, He 가스 등 중 하나 또는 복수의 혼합 가스가 공급된다. 플루오로카본계의 불소 화합물(CF계)이란, 예컨대, CF4, C4F6, C4F8, CH2F2, CHF3이다. 단, 처리 가스는 이것에 한정되는 것은 아니며, 임의의 처리 가스를 이용하여도 좋다.
유량 제어부(174a~174d)에 의한 동작은, 예컨대, 플라즈마 에칭 장치(100)의 후술하는 장치 제어부(190)에 의해 제어된다.
여기서, 플라즈마 에칭 장치(100)의 장치 제어부(190)는, 예컨대 CPU로 이루어지는 도시하지 않는 연산 처리 장치와, 예컨대 하드디스크로 이루어지는 도시하지 않는 기록 매체를 갖추고 있다. 장치 제어부(190)는, 상술한, 제1 고주파 전원(114), 제2 고주파 전원(116), 온도 분포 조절부(106), 상부 전극 구동부(200), 가스 공급 조건 조절부(130)의 각 부의 동작을 제어한다. 그리고, 장치 제어부(190)는, 상기 각 부를 동작시킬 때는, 예컨대 장치 제어부(190)의 CPU가, 예컨대 장치 제어부(190)의 하드디스크에 기록되어 있는, 각각의 에칭 처리에 대응하는 프로그램에 따라서, 각 부를 제어한다.
(플라즈마 에칭 방법)
플라즈마 에칭 장치(100)를 이용한 플라즈마 에칭 방법의 예에 관해서 설명한다.
가스 공급 구멍으로부터 상부 전극(120)과 서셉터(105) 사이의 공간에 가스가 공급되면, 가스는 배기 방향(배기 장치(135)가 접속되어 있는 방향)으로 확산되면서 흘러간다. 「확산」과 「흐름」에 의해 수송되는 가스 성분(예컨대, 라디칼)의 농도 분포는, 가스 공급 구멍의 위치 등에 따라, 「확산」과 「흐름」의 어느 쪽의 인자에 의존하고 있는지가 다르다. 「확산」과 「흐름」의 어느 쪽의 인자에 어느 정도 의존하고 있는지를 정성적으로 나타내는 무차원수로서 페클레수(Pe)가 알려져 있다. 페클레수는, 가스의 유속 u(m/s), 가스종의 상호 확산 계수 DAB(m2/s), 대표 길이 L(m)를 이용하여, 하기 식(2)으로 나타내어진다.
Figure 112015099701466-pct00004
페클레수는, 1을 경계로 하여, Pe가 1보다 작은 경우, 가스의 수송은 「확산」이 지배적인 것으로 되고, Pe가 1보다 큰(또는 1인) 경우, 가스의 수송은 「흐름」이 지배적인 것으로 된다.
구체적인 예에 의해 상세히 설명하기 위해서, 도 3a에 본 실시형태에 있어서의 웨이퍼의 직경 방향 위치에서의 페클레수를 도시한다. 도 3a는, 가스종으로서 Ar와 C4F8의 혼합 가스(상호 확산 계수 DAB는 1.23×10-1 ㎡/s가 됨)를 사용한 경우로, 대표 길이 L(즉, 서셉터(105)와 상부 전극(120) 사이의 갭(G))를 0.03 m로 하고, 가스의 유속 u를 계산에 의해 산출하여, 페클레수를 구했다. 또한, 도 3a의 횡축은, 직경 300 mm의 웨이퍼의 중심을 0 mm로 하여, 직경 방향에 대한 웨이퍼 위치를 나타내고 있다.
도 3a로부터 웨이퍼의 중심에서부터 직경이 86 mm인 위치를 경계로 「확산」이 지배적인 영역과 「흐름」이 지배적인 영역으로 구분되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 3b에, 직경 300 mm의 웨이퍼를 사용한 경우의, 웨이퍼 위치에 대한 에치 레이트의 비를 도시한다. 구체적으로는, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 사용하여, 3개의 환상 격벽 부재에 의해 버퍼실을 4개의 존(Center, Middle, Edge, Very Edge)으로 분할하고, 각각의 존으로부터 가스를 분출하여 플라즈마 에칭하여, 웨이퍼 위치에 대한 에치 레이트의 비를 구했다. 한편, Center의 존에 대응하는 가스 공급 구멍은, 샤워 헤드의 중심에서부터 11 mm의 원주 상에 4개의 가스 공급 구멍을, 33 mm의 원주 상에 12개의 가스 공급 구멍을 배치했다. Middle의 존에는, 샤워 헤드의 중심에서부터 55 mm의 원주 상에 24개의 가스 공급 구멍을, 77 mm의 원주 상에 36개의 가스 공급 구멍을 배치했다. Edge의 존에는, 샤워 헤드의 중심에서부터 99 mm의 원주 상에 48개의 가스 공급 구멍을, 121 mm의 원주 상에 60개의 가스 공급 구멍을 배치했다. Very Edge의 존에는, 샤워 헤드의 중심에서부터 143 mm의 원주 상에 80개의 가스 공급 구멍을, 165 mm의 원주 상에 100개의 가스 공급 구멍을 배치했다. 이후, Center, Middle, Edge, Very Edge로부터의 가스의 공급에 관한 기재는, 상술한 가스 공급 구멍의 배치를 가리킨다.
또한, 도 3b의 종축은, 가장 에치 레이트가 큰 위치를 1로 하여, 규격화하여 나타내고 있다.
도 3b로부터, Center 및 Middle의 존에서 가스를 공급한 경우, 대략 가스가 공급된 위치에 대응하는 위치에서, 에치 레이트가 커지고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, Center 및 Middle의 존에서는, 가스의 수송은 「확산」이 지배적이기 때문(도 3a 참조)이다. 또한, Center 및 Middle 존으로부터 공급된 가스는, Edge 및 Very Edge 존의 에치 레이트에도 영향이 미친다고 추찰된다.
한편, Edge(및 Very Edge)의 존으로부터 가스를 공급한 경우, 에치 레이트 영향 범위가 외주측으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, Edge(및 Very Edge)의 존에서는, 가스의 수송은 「흐름」이 지배적이며(도 3a), Edge의 존으로부터 도입된 가스가 외주측으로 흘렀기 때문이라고 추찰된다. 또한, Edge 및 Very Edge의 존으로부터 공급된 가스는, Center 및 Middle 존의 에치 레이트에는 거의 영향을 미치지 않는다.
즉, 공급된 처리 가스의 확산의 영향이 지배적인 위치와, 공급된 처리 가스의 유속의 영향이 지배적인 위치에서는, 가스의 공급 조건을 바꿔 제어하는 것이 중요하게 된다. 구체적으로는, 공급된 처리 가스의 확산의 영향이 지배적인 위치이면, 그 위치에 대응하는(대략 바로 위에 있는) 가스 공급 구멍의 가스 공급 조건을 조정하고, 공급된 처리 가스의 확산의 흐름이 지배적인 위치이면, 그 위치보다도 웨이퍼의 중심 방향에 있는 가스 공급 구멍의 가스 공급 조건을 조정함으로써, 플라즈마 에칭시의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, u, L, DAB 등에 의해, Edge(Very Edge) 존으로부터 공급된 처리 가스의 확산의 영향이 지배적인 경우에는, Edge(Very Edge) 존으로부터의 처리 가스의 조건을 조정하고, 흐름의 영향이 지배적인 경우에는, 웨이퍼 중심 방향 측의 Center(Middle) 존으로부터의 처리 가스의 조건을 조정한다.
이어서, 가스의 공급 조건이 가스의 수송에 주는 영향에 관해서 설명한다. 즉, 공급 가스의 어느 파라메터가, 웨이퍼 면내 형상에서의 면내 균일성의 향상에 영향을 주는지에 관해서 설명한다.
공급 가스의 확산은, 확산 분자(가스 분자)의 평균 자유 행정 l(m)과 가스의 유속 u(m/s)에 의존한다. 이때, 확산 분자의 평균 자유 행정 l은, 가스가 이상 기 체이고, 확산 분자의 속도가 막스웰 분포에 따른다고 가정되는 경우, 하기의 식(3)으로 나타내어진다.
Figure 112015099701466-pct00005
식(3)에서, C1은 상수이고, d는 확산 분자의 충돌 분자 직경(m)이며, P는 계 내의 압력(atm)이고, T는 계 내의 온도(K)이다.
한편, 공급 가스의 유속 u도, 가스가 이상 기체라고 가정한 경우, 하기의 식(4)으로 나타내어진다.
Figure 112015099701466-pct00006
식(4)에서, C2은 상수이고, Q는 1 기압에서의 유량(m3/s)이며, P는 계 내의 압력이고, V는 계 내의 체적(m3)이다.
이때, 공급 가스의 확산 영역 darea는, 평균 자유 행정 l/유속 u에 비례하기 때문에, 식(3) 및 식(4)으로부터 식(5)이 도출된다.
Figure 112015099701466-pct00007
식(5)에서, C3은 상수이다.
즉, 공급 가스의 확산 영역은, 계 내의 체적, 공급 가스의 유량, 계 내의 온도 및 충돌 분자 직경에 의존하는 것을 알 수 있다. 한편, 계 내의 체적이란, 본 실시형태에서는, 상부 전극(120)과 서셉터(105) 사이 공간의 체적에 근사되지만, 플라즈마 에칭 중에는 피처리체의 지름은 변화하지 않기 때문에, 상부 전극(120)과 서셉터(105) 사이 공간의 거리(갭(G))를 가리킨다. 또한, 공급 가스의 유량은, 계 내의 압력과도 상관이 있다. 또한, 충돌 분자 직경은, 공급 가스의 종류(즉, 공급 가스의 분자량)에 따라 다르기 때문에, 공급 가스의 확산 영역은 공급 가스의 분자량에도 의존한다.
공급 가스의 확산 영역은, 공급 가스의 유량(및 공급 가스의 압력), 공급 가스의 분자량 및 갭(G) 등의 파라메터(공급 조건)에 의존하는 것을 확인한 실험에 관해서, 도 4a~도 4d를 참조하여 설명한다.
도 4a~도 4d에, 본 실시형태에서의 처리 가스의 공급 조건을 변경한 경우의, 에치 레이트의 변화를 나타낸 개략도를 도시한다. 전술한 것과 마찬가지로, 3개의 환상 격벽 부재에 의해 버퍼실을 4개의 존(Center, Middle, Edge, Very Edge)으로 분할하여, 각 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 분압(후술하는 에칭 조건 참조)이 일정하게 되도록 했다. 또한, Very Edge 존의 최외주(샤워 헤드의 중심에서 직경 방향으로 165 mm의 원주 상)의 가스 공급 구멍으로부터는, 하기의 에칭 조건으로 나타내는 양의 추가 가스를 공급하여, 각 웨이퍼 위치에서의 에치 레이트를 플롯했다. 한편, 도 4a~도 4d의 종축은, 실리콘 웨이퍼 상에 하드 마스크로서 실리콘 산화물이 퇴적된 피처리체의, BEOL(Back Endof Line) 트렌치 패턴에 있어서의, 실리콘 산화물의 에치 레이트를 나타내고 있다.
도 4b의 종축은, 가장 에치 레이트가 큰 위치(최외주)를 1로 하여, 규격화하여 나타내고 있다.
상세한 에칭 조건을 하기에 기재한다.
에칭 장치 내 압력: 80 mTorr(압력 변경시: 30~150 mTorr)
갭(G): 30 mm(갭 변경시: 22 mm~50 mm)
고주파 전원 파워(40 MHz/13 MHz): 700/1000 W
상부 전극의 전위: 0 V
처리 가스의 유량(전압력 환산): C4F8/Ar/N2/O2= 30/1200/70/17 sccm(단, 최외주의 영역에는, C4F8(분자량 변경시에는, O2 또는 CH2F2)=20 sccm을 첨가하고, 유량 변경시에는, 상기 유량×0.33~×1.5의 범위에서 행하였다.
처리 시간: 60초
도 4a~도 4d의 에치 레이트의 플롯으로부터, 각각의 파라메터가 공급 가스의 확산에 대하여 어떠한 영향을 미치는지를 알 수 있다. 즉, 공급 가스의 유량을 낮게, 공급 가스의 분자량을 작게, 계 내 압력을 크게, 갭(G)을 넓게 함으로써, 공급 가스의 확산이 넓어지는 것을 알 수 있다. 즉, 이들 파라메터를 제어함으로써, 가스(즉, 라디칼)의 농도 분포를 제어할 수 있으므로, 플라즈마 에칭시에 있어서의 웨이퍼의 면내 형상에 관해서, 면내 균일성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.
상술한 것과 같이, 에칭의 균일성을 제어함에 있어서는, 라디칼 분포, 즉, 가스 농도 분포가 중요하게 된다. 플라즈마 에칭 장치는, n(n은 2 이상의 자연수)개로 분할된 영역에서 가스를 공급하게 되며, 각 영역 각각으로부터 반응실에 공급하는 가스의 분배 비율은, 가스 농도와 상관성이 높은 파라메터를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 제1 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(100)는, 이하에 상세히 설명하는 것과 같이, 반응실에 공급하는 가스의 유량을 제어함으로써, 원하는 에칭 특성을 얻는다.
구체적으로는, 복수 영역 각각의 면적비와 가스 농도는 상관성이 있으며, 샤워 헤드에 균등 간격으로 가스 공급 구멍(141)이 형성되는 경우, 가스 공급 구멍(141)의 수와 영역의 면적에는 상관 관계가 있다. 즉 분할된 영역의 면적비가 결정되면, 그 영역에 형성되어 있는 가스 공급 구멍(141)의 수로 치환할 수 있다. 이것을 근거로 하여, 플라즈마 에칭 장치(100)는, 영역 각각에서의 가스 공급 구멍(141)의 수에 기초하여, 영역 각각으로부터 반응실에 공급하는 가스 유량을 제어한다.
구체적으로는, 플라즈마 에칭 장치(100)는, 식(1)에 의해, 영역 각각의 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 유량을 제어하는 제어부를 갖는다.
Figure 112015099701466-pct00008
Q: 처리 가스의 총 유량,
Q1~Qn: n개(n은 2 이상의 자연수)로 분할된 영역 각각의 처리 가스 유량
D1~Dn: n개로 분할된 영역 각각에 있어서의 처리 가스의 농도비
N1~Nn: n개로 분할된 영역 각각의 가스 공급 구멍수
예컨대, 플라즈마 에칭 장치의 제어부는, 예컨대, n개의 영역 각각에 대응하는 유량 제어부(174)에 대하여, 「Q1/Q」…「Qn/Q」의 가스 유량 비율을 송신함으로써, 영역 각각으로부터 반응실에 공급되는 처리 가스의 유량이 제어된다.
한편, 플라즈마 에칭 장치의 제어부는, 영역수가 3개인 경우에는, 상기한 식(1)을 하기의 식(6)으로 변형한 다음에, 영역 각각의 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 유량을 제어하게 된다.
Figure 112015099701466-pct00009
도 5a 및 도 5b는 제1 실시형태에서의 면적비와 가스 농도비의 관계에 관해서 도시하는 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 도시하는 예에서는, 설명의 편의상, 영역 A와 영역 B가 있는 경우를 예로 나타낸다. 또한, 도 5a에 도시하는 예에서는, 영역 A와 영역 B의 면적비가 「1:2」이고, 도 5b에 도시하는 예에서는, 영역 A와 영역 B의 면적비가 「1:1」인 경우를 이용하여 설명한다.
여기서, 총 유량 300 sccm의 처리 가스를 반응실에 공급하는 경우로, 영역 A와 영역 B에서 가스 농도비를 1:1로 하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이 경우, 식(1)에서 영역 A와 영역 B의 가스 농도비 D는 같기 때문에, 가스 유량 비율은 가스 공급 구멍수로 구해진다. 도 5a에 도시하는 경우에는, 영역 A의 유량이 「300 sccm×(1/3)=100 sccm」이 되고, 영역 B의 유량이 「300 sccm×(2/3)=200 sccm」이 된다. 이 가스 유량 비율로 설정함으로써, 영역 A와 영역 B의 가스 공급 구멍으로부터 공급되는 가스 농도비가 같아진다. 또한, 도 5b에 도시하는 경우에는, 영역 A의 유량이 「150 sccm」가 되고, 영역 B의 유량이 「150 sccm」가 된다. 또한, 영역 A와 영역 B에서 가스 농도비를 2:1로 하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이 경우, 도 5a에 도시하는 경우에는, 식(1)에서 영역 A에 비해서 영역 B의 가스 농도비가 반으로 되기 때문에, 영역 A의 유량이 「150 sccm」가 되고, 영역 B의 유량이 「150 sccm」가 된다. 또한, 도 5b에 도시하는 경우에는, 영역 A의 유량이 「200 sccm」가 되고, 영역 B의 유량이 「100 sccm」가 된다.
여기서, 단순히, 영역마다 동일한 가스 유량 비율로 처리 가스를 공급한다면, 영역 사이에서의 처리 가스의 농도비가 상이한 결과, 영역 사이에서의 에칭 레이트의 관계가 변화된다. 이에 대하여, 제1 실시형태에 따르면, 식(1)에 기초하여 원하는 처리 가스의 농도비가 되도록 처리 가스의 유량 비율을 결정하여 유량을 결정한다. 이에 따라, 샤워 헤드에 있어서의 영역의 설정(예컨대, 면적비 등)을 변경하여도, 각 영역에서의 에칭 레이트의 관계를 간단하게 조절할 수 있게 된다.
즉, 제1 실시형태에 따르면, 처리 가스를 복수의 영역에 분배하는 경우에, 각 영역이 원하는 가스 농도비가 되도록 가스 유량 비율을 제어함으로써 원하는 에칭 특성을 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해서 기술했지만, 본 발명은 이러한 특정 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위 내에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서 여러 가지의 변형·변경이 가능하다. 예컨대, 실시예에서는 동심원형으로 가스가 공급되는 영역이 분할되어 있는 경우에 관해서 설명했지만, 동심원에 한하지 않고 정방형 등의 다각형에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 플라즈마 에칭 장치로 에칭할 수 있는 피처리체는 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 예컨대, 실리콘 기판으로 이루어지는 웨이퍼로서, 그 웨이퍼 상에 이산화규소(SiO2)막, 폴리실리콘막으로 이루어지는 피에칭막, 1층 또는 복수의 층으로 이루어지는 마스크층, 반사방지막(Bottom Anti-Reflective Coating; BARC) 및 포토레지스트막 등이 형성되어 있는 것 등을 사용할 수 있다. 이때, 레지스트막은, 미리 노광, 현상이 이루어져, 소정의 패턴이 형성되어 있다.
W: 웨이퍼 100: 플라즈마 에칭 장치
105: 서셉터(지지부) 106: 온도 분포 조절부
120: 상부 전극(전극) 122: 벨로우즈
130: 가스 공급 조건 조절부 140: 샤워 헤드
141: 가스 공급 구멍 143: 버퍼실
145: 환상 격벽 부재 150: 가스 공급 장치
174: 유량 제어부 190: 장치 제어부
200: 상부 전극 구동부(간격 조절부)

Claims (6)

  1. 플라즈마화된 처리 가스에 의해 기판을 에칭하는 플라즈마 에칭 장치에 있어서,
    처리 용기와,
    상기 처리 용기의 바닥부에 제공되고 기판을 유지하는 기판 유지부와,
    상기 처리 용기의 상부에 상기 기판 유지부와 대향하도록 제공된 버퍼실을 포함하는 가스 샤워 헤드 - 상기 버퍼실은 직경 방향에 대하여 동심원형으로 n개의 영역(n은 2 이상의 자연수)으로 분할되고, 상기 n개의 영역 각각에는, 상기 가스 샤워 헤드와 상기 기판 유지부 사이의 공간에 처리 가스를 공급하기 위해 균등 간격으로 형성되는 복수의 가스 공급 유닛이 제공됨 - 와,
    상기 기판 유지부 및 상기 가스 샤워 헤드 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 복수의 가스 공급 유닛에 의해 상기 공간에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전원과,
    이하의 식에 의해, 상기 n개의 영역 각각의 상기 복수의 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 처리 가스 유량을 제어하는 제어부
    를 포함하는 플라즈마 에칭 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112020037777232-pct00010

    Q: 처리 가스의 총 유량,
    Q1'~Qn': n개로 분할된 영역 각각의 처리 가스 유량
    D1~Dn: n개로 분할된 영역 각각에 있어서의 처리 가스의 농도비
    N1~Nn: n개로 분할된 영역 각각의 가스 공급 유닛 수
  2. 플라즈마화된 처리 가스에 의해 기판을 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    처리 용기의 바닥부에 제공된 기판 유지부에 의해 기판을 유지하는 유지 단계와,
    상기 기판 유지부와 대향하는 상기 처리 용기의 상부에 제공된 샤워 헤드와 상기 기판 유지부 사이에 개재된 공간에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 단계 - 상기 샤워 헤드는, 직경 방향에 대하여 동심원형으로 n개의 영역(n은 2 이상의 자연수)으로 분할되는 버퍼실을 포함하고, 상기 n개의 영역 각각에는, 상기 샤워 헤드와 상기 기판 유지부 사이에 개재된 상기 공간에 처리 가스를 공급하기 위해 균등 간격으로 형성되는 복수의 가스 공급 유닛이 제공됨 - 와,
    상기 기판 유지부 및 상기 샤워 헤드 중 적어도 한쪽에, 고주파 전원에 의해 고주파 전력을 공급함으로써, 상기 n개의 영역 각각에 형성된 상기 복수의 가스 공급 유닛으로부터 상기 공간에 공급된 처리 가스를 플라즈마화하는 고주파 전력 공급 단계
    를 포함하고,
    상기 처리 가스 공급 단계는,
    이하의 식에 의해, 상기 n개의 영역 각각의 상기 복수의 가스 공급 유닛으로부터 공급되는 처리 가스 유량을 제어하는 플라즈마 에칭 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020037777232-pct00011

    Q: 처리 가스의 총 유량,
    Q1'~Qn': n개로 분할된 영역 각각의 처리 가스 유량
    D1~Dn: n개로 분할된 영역 각각에 있어서의 처리 가스의 농도비
    N1~Nn: n개로 분할된 영역 각각의 가스 공급 유닛 수
  3. 플라즈마화된 처리 가스에 의해 기판을 에칭하는 플라즈마 에칭 장치에 있어서,
    처리 용기의 바닥부에 제공된 기판 유지부 및 상기 처리 용기의 상부에 제공된 가스 샤워 헤드를 포함하는 상기 처리 용기와,
    상기 기판 유지부 및 상기 가스 샤워 헤드 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급함으로써, 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리 용기에 공급된 처리 가스를 상기 처리 용기 내에서 플라즈마화하는 고주파 전원과,
    상기 가스 샤워 헤드로부터 공급되는 처리 가스 유량을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 가스 샤워 헤드는 직경 방향에 대하여 동심원형으로 n개의 영역(n은 2 이상의 자연수)으로 분할되고, 상기 n개의 영역 각각에는, 상기 처리 용기 내의 상기 기판 유지부와 상기 가스 샤워 헤드 사이의 공간에 처리 가스를 공급하기 위해 균등 간격으로 형성되는 복수의 가스 공급 유닛이 제공되고,
    상기 제어부는, 상기 n개의 영역 각각에 있어서의 가스 공급 유닛 수 및 처리 가스의 농도비에 기초하여, 상기 n개의 영역 각각에 있어서의 상기 복수의 가스 공급 유닛으로부터 상기 처리 용기에 공급되는 처리 가스 유량을 제어하도록 프로그래밍되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가스 샤워 헤드는 n개의 영역으로 분할된 버퍼실을 형성하는 전극 지지체 및 전극판을 포함하고, 상기 전극판의 n개의 영역 각각에 복수의 가스 공급 구멍이 형성되어, 상기 가스 샤워 헤드의 n개의 영역 각각에 상기 복수의 가스 공급 유닛을 형성하는 것인 플라즈마 에칭 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 기판 유지부의 상단부에 제공되고 상기 기판이 상기 기판 유지부 상에 배치될 때 상기 기판을 둘러싸는 포커스 링을 더 포함하고,
    상기 제어부는, 플라즈마 분포가 상기 포커스 링 위까지 확대되도록, 상기 n개의 영역 각각에서 처리 가스 유량을 제어하도록 프로그래밍되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 가스 샤워 헤드의 n개의 영역 각각은 독립적인 가스 공급원에 연결되어, 상기 n개의 영역 각각에서의 처리 가스 유량이 상기 제어부에 의해 독립적으로 제어되는 것인 플라즈마 에칭 장치.
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