KR0147041B1 - 플라즈마 처리방법 및 장치 - Google Patents

플라즈마 처리방법 및 장치

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KR0147041B1
KR0147041B1 KR1019920000239A KR920000239A KR0147041B1 KR 0147041 B1 KR0147041 B1 KR 0147041B1 KR 1019920000239 A KR1019920000239 A KR 1019920000239A KR 920000239 A KR920000239 A KR 920000239A KR 0147041 B1 KR0147041 B1 KR 0147041B1
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마사히데 와타나베
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이노우에 아키라
도오교오 에레구토론 가부시끼 가이샤
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Abstract

플라즈마 표면처리장치내에서 애씽이나 에칭을 하고, 그 배가스중의 예컨데 CO 농도를 CO 모니터로 감시한다. CO 의 생성농도와 표면처리속도는 대응하고 있기 때문에, 미리 표면처리의 종점시의 CO 농도를 파악하여 둠으로써, 그 종점을 검출할 수 있다. 또 장치의 상태가 나빠지면 플라즈마의 발광상태도 변하므로, 예컨대 CO 의 생성농도도 변화하고, 따라서 CO 농도를 감시함으로써 장치의 상태를 파악할 수 있다. 플라즈마 표면처리장치는 반응용기의 내통안으로 플라즈마가 침입하는 것을 저지하여 플라즈마화에 의하여 발생되는 래디칼만의 침입을 허용하므로, 효과적인 플라즈마처리를 할 수 있다.

Description

플라즈마 처리방법 및 장치
제1도는 본 발명방법의 실시예를 설명하기 위한 시스템의 1 예의 설명도.
제2도는 제1도의 플라즈마 표면처리장치의 1 예의 설명도.
제3도는 제1도의 CO 모니터의 설명도.
제4도는 웨이퍼 매수마다의 애씽시에 있어서의 CO 농도변화를 나타내는 특성곡선도.
제5도의 플라즈마 표면처리장치의 다른 예의 설명도.
제6도는 플라즈마 표면처리장치의 또 다른 예의 설명도.
제7도는 플라즈마 표면처리장치의 또 다시 다른 예의 설명도.
제8도는 제6도의 장치를 사용한 경우의 플라즈마 발광시의 CO 농도를 나타내는 특성곡선도.
제9도는 제7도의 장치를 사용한 경우의 플라즈마 발광시의 CO 농도를 나타내는 특성곡선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 플라즈마 표면처리장치 2: 배기로
2a, 2b: 배기관 3: CO 모니터
3a: 측정셀 3b: 발광부
3c: 신호처리부 4: 플렉시블관
5: 반응용기 5a: 외통
5b: 내통 6: 알루미늄커버
7: 매니홀드 7a: 캡부
7b: 회전축 7c: 턴테이블
7d: 보온통 8: 웨이퍼 보트
9: 인젝터 9a: 가스유출구멍
10: 고주파전원 100: 종점검출 (EDP) 신호처리부
MV: 메인밸브 RV: 서브밸브
MB: 메카니컬 부스터 펌프 P: 진공 드라이펌프
S1: 구멍 S2: 에치터널
ED1, ED2, ED3, ED4: 전극 F1, F2: 광학필터
D1, D2: 검출부 PO: 폴리실리콘층
W: 반도체 웨이퍼 SI: SiO2막
H: 히터 a: O2, CF2의 도입시점
b: 전원 온 시점
본 발명은 플라즈마 처리시스템에 관한 것으로서, 특히 다수개의 반도체 웨이퍼에 대하여 동시에 표면처리를 하는 배치식의 플라즈마 표면처리장치 및 그 종점검출 및 상태감시를 포함한 방법을 포함하는 플라즈마 처리시스템에 관한 것이다.
LSI 제조프로세스에 있어서 플라즈마를 사용하여 박막의 표면처리를 하는 경우가 있다. 예컨대 플라즈마를 사용한 유기박막의 회화제거기술(애씽)은 레지스트 제거공정에 널리 사용되고 있으며, 또 플라즈마를 사용한 에칭은, 집적회로의 미세한 패턴을 에칭하는 경우에 불가결의 기술로 되어 있다.
애씽속도나, 에칭속도는 레지스트 재료 또는 에칭재료, 시료온도, 플로세스 조건등의 여러 가지 요인으로 변화한다. 여기서, 애씽에 있어서는, 정확한 시간제어는 불필요하지만, 시료가 필요 이상으로 플라즈마에 쬐게 되면, 조사손상(照射損傷)이나 산화라고 하는 변질이 생겨버리기 때문에 애씽의 종점을 검출하는 것이 필요하다. 또 에칭에 있어서는, 산화막 등의 불필요한 부분을 제거하여 불순물층 등의 소지를 노출시키는 것이기 때문에 정확하게 에칭의 종점을 검출할 필요가 있다.
그래서, 종래에는, 포토레지스트 표면의 반사광과 기판 표면의 반사광과의 간섭파의 강도가 레지스트의 막두께에 대응하는 것을 이용하여, 상기 간섭파의 강도를 측정하여 애씽의 종점을 검출하는 방법, 또는 일본국 특개소 56-115536 호 공부에 기술되어 있는 바와 같이 예컨대 에칭의 종점에서 발광스팩트르가 급격하게 변화하므로 그것을 검출하는 방법이나, 형광을 검출하는 방법, 또는 직접 플라즈마를 보고 측정하는 방법, 또는 일본국 특개소 56-165327 호 공보에 기술되어 있는 바와같이 반응 용기내의 가스압력을 검출하는 방법등이 행하여져 왔다. 또 이와같은 표면처리를 함에 있어서는, 표면처리의 상태를 감시할 필요가 있는데, 이 경우 실제로 처리를 하여 그 처리상태에 의거하여 판정하든가, 또는 상술과 같은 광학적 수법이나 플라즈마를 보고하는 등의 방법이 사용되고 있다.
그런데, 광학적으로 플라즈마를 감시하는 방법은, 분광기 등의 광학기기를 필요로 하므로 장치가 복잡하고, 고가이며, 그 위에 조작도 귀찮다고 하는 결점이 있다. 또 플라즈마를 보는 방법은 어느정도 경험을 요하고, 사람의 감각에 의지하므로 신뢰성이 없고, 더하여 그간 작업자가 구속되므로 불편하다고 하는 결점이 있다. 그리고 실제로 처리를 하여 장치의 상태를 파악하는 방법은, 피처리체를 헛되게 하여버리는 경우가 있다. 또한 반응용기내의 가스압력을 검출하는 방법은 진공게이지를 반응용기에 넣지 않으면 안되므로 장치가 복잡하게 되며, 플라즈마에 의한 열화(劣化)의 염려도 있다.
한편, 상술한 바와같은 애씽이나 에칭등의 표면처리를 하는 경우에, 소위 웨이퍼 보트에 다수의 반도체 웨이퍼를 수용하여 그것들을 동시에 플라즈마 처리하도록 한 배치식의 플라즈마 처리장치에 있어서는, 상술한 종점검출 및 상태감시는 물론, 플라즈마처리 자체도 가능한 한 효과적으로 행하여지는 것이 요청된다.
본 발명의 목적은 장치구성이 단순하고 조작도 간단하며, 그 위에 낮은 코스트로 표면처리의 종점검출이나 표면처리장치의 상태 감시를 할 수 있는 새롭고 개량된 플라즈마 처리방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구성 및 조작으로써 효과적으로 플라즈마 처리를 할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제1의 형태는, 피처리제가 수용되는 처리용기내에서 소정의 가스와 소정의 고주파 전계를 작용시켜서 가스 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생공정과; 상기 가스 플라즈마에 의하여 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리를 실행시키면서, 상기 처리용기내의 가스를 배기하는 배기공정과; 상기 처리용기로부터 배기되는 가스에 함유된 가스성분중, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리에 의하여 생성되는 특정의 가스성분의 농도를 감시하는 감시공정과; 로 이루어지는 플라즈마 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 형태는, 피처리체가 수용되는 처리용기내에서 소정의 가스와 소정의 고주파 전계를 작용시켜서 가스 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생 수단과; 상기 플라즈마 발생수단에 의하여 발생되는 상기 가스 플라즈마에 의하여 피처리체에 대한 플라즈마처리를 실행시키면서, 상기 처리용기내의 가스를 배기하는 배기수단과; 상기 배기수단에 의하여 상기 처리용기로부터 배기되는 가스에 함유된 가스성분중, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리에 의하여 생성되는 특정의 가스성분의 농도를 감시하는 감시수단과; 로 이루어지는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3의 형태는, 각각 대응하는 한끝단이 트인 이중구조로 된 아우터튜브와 인너튜브를 가지고, 상기 인너튜브는 그 둘레를 여러개로 등분한 여러개의 각 위치에 형성된 다수의 구멍을 가짐과 동시에, 상기 인너튜브의 외주면을 덮고 또한 상기 인너튜브에 형성되는 상기 다수의 구멍의 형성위치와는 서로 어긋난 위치에 형성되는 다수의 구멍을 가지는 에치터널부재가 설치되는 처리용기와; 상기 처리용기의 아우터튜브와 인너튜브와의 개구부를 유지함과 동시에, 상기 인너튜브내에 삽입할 피처리체의 수용부재를 유지하는, 상기 매니홀드수단은 상기 처리용기내의 가스를 배기하기 위한 배기수단이 설치되어 있는 매니홀드 수단과; 상기 처리용기의 아우터튜브와 인너튜브와의 사이에 플라즈마 발생을 가스를 도입하는 인젝터수단과; 상기 처리용기의 아우터튜브의 외주를 둘러싸듯이 설치되는 것으로서, 상기 아우터튜브와 인너튜브와의 사이에 도입되는 플라즈마 발생용 가스에 소정의 고주파 전계를 작용시킴으로써, 가스 플라즈마를 발생시켜서 상기 인너튜브내에 삽입되는 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리를 야기시키는 1 쌍의 전극수단과; 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리의 진행상태를 상기 플라즈마 처리에 관련하여 감시하는 감시수단과; 로 이루어지는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적 및 장점은, 다음의 상세한 설명으로부터 기술되며, 특히 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 본 발명의 실시에 의하여 이해될 것이다.
본 발명의 목적 및 장점은, 특허청구의 범위에 특별히 나타낸 수단과 조합에 의하여 실현되고 달성된다.
부호는 첨부된 도면에 나타낸 바와같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 상세히 표시되어 있으며, 동일 또는 유사한 부분은 도면을 통하여 동일 또는 유사한 부호로 나타낸다.
먼저, 본 발명의 개요에 대하여 설명한다.
본 발명은, 배 가스중의 특정의 가스농도와 표면처리상태나 플라즈마의 발광상태가 관련하고 있는 것, 및 반응용기의 배가스를 흡인하는 진공펌프가 드라이화되어 있는 것 때문에 배가스중의 가스농도를 정확하게 측정할 수 있는 것에 착안하여서 하게 된 것이다. 구체적으로는 본 발명의 한 형태에서는, 반응용기의 배가스중에 함유되어, 표면처리에 의하여 생성한 생성가스의 농도를 감시함으로써 플라즈마 표면처리의 종점을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태에서는, 반응용기의 배가스중에 함유되어, 플라즈마를 발생하고 있을 때에 생성된 생성가스의 농도를 감시함으로써 플라즈마 표면처리장치의 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.
플라즈마를 사용하여 피처리체에 표면처리를 하면 예컨대 일산화탄소(CO) 등의 가스가 생성되고, 이 가스의 생성농도와 표면처리속도와는 대응관계에 있다. 따라서 예컨대 반응용기의 배가스중의 생성가스 농도변화를 미리 기록하여두고 표면처리의 종점에 대응하는 가스농도를 구하여 놓고, 실제의 생성가스농도가 그 값으로 되었을 때에 종점으로서 판정한다.
또 표면처리를 하고 있는 경우에 한하지 않고, 피처리체를 반응용기내에 넣지 않고 플라즈마를 발생시킨 경우에도 예컨대 CO 등의 가스가 생성한다. 이 생성량은 장치의 상태에 대응하고 있으며, 표면처리를 하고 있는가의 여부에 불구하고 플라즈마가 발생하고 있을때에 배가스중의 예컨대 CO 등의 가스농도를 감시하여, 미리 기록하여 놓은 데이터와 비교함으로써, 장치의 상태가 정상인가를 감시할 수 있다.
다음에 이상과 같은 개요에 의거한 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
제1도는, 본 발명 방법을 실시하기 위한 시스템의 1 예를 나타낸다.
동 도면에서, 1 은 예컨대 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여 애씽이나 에칭을 하기 위한 플라즈마 표면처리장치다.
이 표면처리장치(1)내의 가스를 배기하기 위한 배기로(2)에는, 병렬로 접속한 메인밸브(MV) 및 서브밸브(RV), 메카니컬 부스터펌프(MB) 및 진공 드라이펌프(P)가 상기 장치(1) 쪽으로부터 이 순서로 설치되어 있다. 상기 펌프(P)의 배기쪽에는, 표면처리 예컨대 애씽에 의하여 생성한 생성가스 예컨데 일산화탄소의 가스농도를 감시하기 위한, 예컨대 적외선 흡수를 이용한 CO 모니터(3)가 플렉시블관(4)을 개재하여 배설되어 있다. 또한 도면중(3a),(3c)는 각각 측정셀 및 신호처리부이고, 이것에 대하여는 후술한다. 또 도면중(100)은 종점검출(EDP) 신호처리부 이고, CPU 등이다.
다음에 상기 표면처리장치(1)의 구성에 대하여 제2도를 참조하면서 설명한다. 반응용기(5)는, 예컨대 석영으로 만들어진 외통(아우터 튜브) (5a)과, 이 외통(5a) 내에 틈새를 개재하여 동심형상으로 배열된 예컨대 석영으로 만들어진 내통(인너튜브) (5b)으로 구성되어 있다.
상기 내통(5b)에는, 둘레를 4 등분한 4 개소의 각 위치에서 직경 2mm 의 구멍(S1)이 상하방향으로 다수형성되어 있고, 또 이 내통(5b)의 외주면을 덮도록 그리고 상기 구멍(S1)의 형성위치와 벗어난 위치에 형성되는 다수의 에치터널(S2)을 가지는 알루미늄커버(6)가 마련되어 있다.
이에 의하여, 후술하는 바와같이 발생되는 플라즈마 자체가 내통(5b) 내에 침입하는 것을 저지하고, 내통(5b)내에는 플라즈마화로 인하여 발생되는 래디칼만이 침입이 허용되는 구조로 되어 있다. 요컨대, 이 래디칼이 내통(5b)내에서 후술하는 반도체 웨이퍼의 피처리체와 반응함으로써, 효과적으로 플라즈마처리를 할 수 있다.
상기 외통(5a) 및 내통(5b)은 각각 그 하단에서, 스테인리스 등으로 만들어진 통형상의 매니홀드(7)로 유지되어 있고, 이 매니홀드(7)는 도시하지 않는 베이스 플레이트 (기대)된 상태로 고정되어 있다. 상기 매니홀드(7)의 하단부의 개구부에는 스테인리스 등으로 이루어진 원반형상의 캡부(7a)가 개폐가 자유롭도록 설치됨과 동시에, 이 캡부(7a)의 대략 중심부에는 도시하지 않은 회전기구에 의하여 구동되는 회전축(7b)이 예컨대 자기실에 의하여 기밀한 상태로 끼워서 통하여져 있고, 이 회전축(7b)의 상단에는 턴테이블(7c)이 고정되어 있다. 상기 턴테이블(7c)의 상면에는, 석영으로 만들어진 보온통(7d)이 설치되어 있고. 이 보온통(7d) 위에는, 예컨대 66 매의 반도체 웨이퍼가 각각 대략 수평상태로 또한 서로 소정의 간격 예컨대 4.76mm 간격으로 적층하여 수용하는 예컨대 석영으로 만들어진 웨이퍼 보트(8)가 탑재되어 있다. 이 웨이퍼 보트(8)는, 캡부(7a)나 보온통(7d)등과 일체로 되어서 도시하지 않은 반송기구에 의하여 반응용기(5) 내로 반입반출된다.
상기 매니홀드(7)의 측면에는, 인젝터(9)가 기밀하게 수평으로 삽입되어 있고, 이 인젝터(9)의 안쪽 끝단쪽은, L 자 형상으로 굴곡되어, 외통(5a)과 알루미늄커버(6) 와의 사이에서 위쪽을 향하여 수직으로 뻗쳐 있다. 상기 인젝터(9) 에서의 수직으로 선 관로 부분에는, 다수의 가스 유출구멍(9a)이 상하 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있다. 상기 인젝터(9)의 바깥끝단쪽에는 플라즈마용 가스인 프레온(CF4) 가스나 산소가스등의 도시하지 않은 가스공급원이 접속되어 있다.
또 상기 매니홀드(7)의 측면에는 반응용기(5) 내의 처리가스를 배출하여 이 반응용기(5) 내를 소정의 감압분위기로 설정하기 위한 배기로(2)가 접속되어 있다.
또한, 상기 외통(5a)의 바깥쪽에는, 이것을 둘러싸듯이 틈새를 개재하여 단면형상이 원호형상의 1 쌍의 전극(ED1),(ED2)이 설치되어 있고, 한쪽의 전극(ED1)은 고주파 전원(10)에 접속되고, 다른쪽의 전극(ED2)은 접지되어 있다.
이어서, 제1도에 나타낸 CO 모니터(3)의 구성 및 측정원리에 대하여 제3도를 참조하면서 설명한다.
제3도중 (3a)는 측정셀이고, 이것의 도면중 상면 및 하면에는 각각 배기로(2)를 구성하는 배기관(2a),(2b)이 접속되어 있고, 이 측정셀(3a)안을 상기 진공 드라이펌프(P)로 부터의 배가스가 유통하게 되어 있다.
여기서 측정셀(3a)의 한쪽의 측면에 설치된 세라믹히터 등으로 이루어진 발광부(3b)로 부터의 적외선은, 셀(3a)안에 적외광선 흡수가 있는 가스가 존재하지 않으면 그대로의 에너지로 통과하고, 셀(3a)안에 측정대상 가스 또는 공존가스가 있으면 그 파장부분에서 가스농도에 따라서 흡수된다. 따라서 발광부(3b)에 대향하는 2 개의 광학필터(F1),(F2)의 투과파장을 선택하여, 한쪽의 검출부(D1)에서 대상가스의 농도변화에 대응하는 출력을 빼내고, 다른쪽의 검출기(D2)에서 대상가스 및 공존가스의 농도변화에 관계하지 않는 출력을 빼내어, 이들 출력의 차를 차동증폭기 등으로 이루어진 신호처리부(3c)에서 빼내면, 온도변화 등에 좌우되는 일 없이, 대상가스의 농도변화에 대응한 출력을 얻을 수 있다. 상술한 CO 모니터(3)는, 측정 셀(3a) 안을 상시 배가스를 통과시켜 놓고, 농도측정을 하는 말하자면 인라인 모니터이기 때문에, 샘플링하는 경우와 같은 시간지연이 없고, 따라서 반응용기내의 처리상태를 정확하게 처리할 수 있다.
다음에 상기 시스템의 작용에 대하여 기술한다.
먼저 예컨대 66 매의 반도체 웨이퍼를 수납한 웨이퍼 보트(8)를 도시하지 않은 반송기구에 의하여 반응용기(5) 내에 로우드 한다. 계속해서 반응용기(5) 내를, 각 펌프(MP),(P) 및 각 밸브(MV),(RV)의 1차, 2차적인 조합에 의하여, 예컨대 1 X 10-3Torr 진공상태 까지 배기한 후, 인젝터(9) 내에 예컨대 프레온가스 및 산소가스의 혼합가스를 각각 유량을 160 SCCM, 800 SCCM 으로 도입하여 인젝터(9)의 가스유출구멍(9a)으로부터 분출시킴과 동시에, 실온의 상태에서 전극(ED1),(ED2) 사이에 고주파 전원(10)으로 부터 예컨대 전력 1KW, 주파수 13.56 MHz 의 고주파전압을 인가하여 상기 혼합가스의 플라즈마를 발생시켰다. 그리고 반응용기(5)내를 0.2 Torr 가 되도록 압력을 제어하면서 배기를 하고, 웨이퍼 보우트(8) 중에 수용된 반도체 웨이퍼의 예컨대 노보락크계의 레지스트막에 대하여 애씽처리를 한다.
또 상기 진공 드라이펌프(P)에 의하여 흡인된 배가스를 CO 모니터(3)의 측정셀(3a)로 이끌어서 배가스중의 CO 농도를 감시하고, 신호처리부(3c)를 개재하여 EDP 신호처리부(100)에 의하여 그 측정도가 미리 설정한 값 (예컨대 70% 값) 까지 내렸을 때에 애씽종료를 판정하고 상기 각부에 애씽의 종료를 지령한다.
다음에 배가스중의 CO 농도와 애씽과의 관계를 조사하기 위하여 한 실험결과에 대하여 기술한다. 제4도는 애씽을 하는 웨이퍼의 매수에 따라서 CO 농도변화 패턴이 어떤 모양으로 변하는가를 파악하기 위하여 한 실험데이터이고, (a) ~ (c)는 각각 처리를 한 웨이퍼의 매수가 1 매, 2 매, 3 매의 경우에 대응하는 것이다. 단, 다른 각 조건은 실시예에서 기술한 조건과 동일하다. 또한, CO 농도 측정용 파장 (한쪽의 광학필터(F1)의 투과파장)은, 4.7 ㎛ 로 하고, 참조용 파장 (다른쪽의 광학필터(F2)의 투과파장)은 3.8 ㎛ 로 하였다.
이 데이터에 있어서 CO 가스농도가 산형상으로 변화하고 있는 영역은, 레지스트의 회화의 진행에 따라서 발생한 CO 와 플라즈마 자체에 포함되는 CO를 합친 양에 대응하고 있으며, 그후 일정하게 안정된 영역은 플라즈마 자체에 포함되는 CO 의 양에 대응하고 있다. 또한 영점의 드리프트는 CF4의 영향이다.
따라서 피크치로부터 일정하게 안정된 값을 뺀 값은 레지스트의 회화에 따라서 발생한 CO 의 농도에 대응하고 있으며, 이것을 웨이퍼의 매수가 증가함에 따라서 그 농도가 높아져 있는 것, 및 어느 경우에도 그후 일정치로 안정되어 있는 것으로 부터도 뒷받침된다. 이 결과 CO 농도가 상기 일정치에 도달한 시점은 애씽의 종점에 대응하고 있으며, 이 값을 미리 조사하여 놓으면 배가스중의 CO 농도를 감시함으로써 애씽의 종점을 검출할 수 있다.
또, 반응용기내에서의 웨이퍼의 설치장소를 톱부, 센터부, 보톱부의 사이에서 바꾸고, 또한 웨이퍼간의 피치에 대하여도 여러 가지로 바꾸어서 웨이퍼 1 매당의 회화물의 중량을 CO 농도변화 패턴의 적분치로부터 구하였으나, 어느 경우에도 차가 없었다. 따라서 본 발명방법은 웨이퍼의 설치상태에 관계없이 애씽종점을 검출할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 에칭의 종점을 검출하는 경우에도 적응할 수 있다. 즉 플라즈마에 의하여 예컨대 폴리실리콘막을 에칭하였을 때 플라즈마 성분과 폴리실리콘과의 화학반응에 의하여 SiF4나 CO 등이 생성되므로, 이 생성가스 예컨대 SiF4농도의 변화를 감시하는 것으로 에칭의 종점을 검출할 수 있다.
또 이와같은 방법은, SiO2막을 에칭하는 경우에도 적용할 수 있고, 이 경우에는 제5도에 도시한 바와같이 전극(ED1),(ED2)의 바깥쪽에 히터(H)를 설치하고, 이에 의하여 반응용기(5)내를 가열하여 CVD 법에 의하여 반응용기(5)의 내벽에 폴리실리콘층(PO)을 적층하여 놓으면 반도체 웨이퍼(W)상의 SiO2막(S1)을 에칭할 때 석영(SiO2)으로 만들어진 반응용기(5)를 동시에 에칭하는 일 없이, SiO2의 에칭종점 검출을 정확히 할 수 있으며, 장치의 범용성이 커진다. 또한 상기 폴리실리콘층(PO)은, 그후 (SiO2)의 에칭시에 에칭제거된다.
그리고 또 배가스중에 포함되는 생성가스의 농도를 감시하는 본 발명의 방법은, 플라즈마 표면처리장치의 상태를 감시하는 것에 대하여서도 적응할 수 있다. 즉 애씽이나 에칭시에서의 생성가스의 농도변화패턴은, 장치가 이상상태로 되었을 때에는 플라즈마의 상태가 변화하므로, 정상시와는 다른 것으로 되며, 더구나 또 웨이퍼를 넣지 않고 단지 플라즈마를 발생시켰을 경우에도 그 생성가스의 농도는 장치가 이상상태가 되면 변화하므로, 이러한 농도변화 패턴이나 단지 플라즈마를 발생시켰을 때의 농도를 정상시의 데이터와 비교하도록 하면, 장치의 상태를 파악할 수 있다.
이 경우 반도체 웨이퍼를 넣기 전에 플라즈마를 발생시켜서 생성가스 농도를 감시하면, 실제로 웨이퍼를 처리하지 않아도 사전에 장치의 상태를 파악할 수 있기 때문에 매우 유효하다. 여기서 2 종류의 표면처리장치를 사용하여, 각 장치마다 웨이퍼를 반응용기에 넣지 않고 플라즈마를 발생시켰을 때에 있어서의 배가스중의 CO 농도를 조사하여 보았다. 그중의 한쪽의 장치로서는, 제6도에 도시한 바와같이 서로 대향하는 2 개의 가스유출 구멍(9a),(9b)를 갖춘 장치를 사용하였다. 이것은 제2도에 나타낸 장치에서 인젝터를 1 개 추가한 것이다. 다른쪽 장치로 서는 제7도에 도시한 바와같이 외통(5a)의 바깥쪽에 1 쌍의 조붓한 형상의 전극(ED3),(ED4)의 조를 4 조 설치하고, 각 전극(ED3),(ED4) 사이에서 플라즈마를 발생시키도록 한 장치를 사용하였다.
제8도 및 제9도는, 각각 제6도 및 제7도의 장치를 사용한 경우의 CO 농도의 측정결과이고, 반응용기내에는 CF4, O2를 각각 유량을 160 SCCM , 800 SCCM 으로 도입하였다. 이들 결과를 보면 전원을 온으로 하면 (플라즈마의 발생을 개시하면), CO 농도가 상승하여 일정치로 되고, 이 예에서는 CF4의 영향에 의하여 영점이 드리프트하고 있으나, 플라즈마의 발생에 따른 CO 농도는, 각각 고유의 값, 즉 제6도의 장치에서는 860 ppm (540-(-320)) 이고, 제7도의 장치에서는 220ppm ((-120)-(-340)) 이다. 또 제8도, 제9도에서는 (a)는 O2, CF4의 도입시점, (b)는 전원 온 시점이다.
이들 결과로 알 수 있듯이 플라즈마 발생시에 있어서의 배가스 중의 CO 농도는 각 장치 고유의 값이며, 따라서 그 값을 미리 각 장치마다 조사하여 놓으면 배가스중의 CO 농도를 감시함으로써 장치의 상태를 파악할 수 있다.
이상에서 본 발명은, 애씽이나 에칭에 의하여, 또는 플라즈마의 발생에 따라 생성되는 생성가스로서, 배가스중의 CO 가스 이외의 가스를 측정대상으로 하여도 좋고, 애씽시에 있어서의 배가스중의 CO2농도 변화 패턴, 및 웨이퍼가 없는 상태에서 플라즈마를 발광시켰을 때의 배가스중의 CO2농도 변화패턴을, 4.3㎛ 의 파장의 적외선을 사용하여 조사한 바, 배가스중의 CO 가스를 감시하였을 때와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
그리고 예컨대 에칭의 종점을 검출할 경우에는 피처리물에 대응한 생성가스를 선택하면 좋고, 예컨대 배가스중의 SiF4등의 농도를 감시하도록 하여도 좋다.
또한 배가스중의 생성가스농도를 감시하기 위하여서는, 적외흡수를 이용하는 방법에 한정되는 것은 아니고, 가스검지 소자등을 이용하는 방법이라도 좋다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 표면처리에 의하여 생성한 생성가스의 농도를 배가스중에서 감시하고 있기 때문에, 실시예로도 뒷받침되는 바와 같이 애씽이나 에칭등의 표면처리의 종점을 검출할 수 있다. 더구나 광학적 수법에 비하여 간이한 조작으로 되고, 또 염가이며, 조작도 간단하다. 또 플라즈마를 보는 방법과 비교하면, 판정함에 있어서 경험이 불필요하고, 사람의 감각에 의지하는 것은 아니므로 확실하다.
또 본 발명에 의하면, 피처리체를 넣지 않고 플라즈마만을 발생하고 있을 때의 생성가스, 또는 표면처리를 하고 있을 때의 생성가스의 농도를 배가스중에서 감시하고 있기 때문에, 실시예로도 뒷받침되는 바와같이 플라즈마 표면처리장치의 상태를 파악할 수 있다. 더구나 광학적 수법에 비하여 상술한 바와같이 유리하며, 또 웨이퍼를 넣지 않아도 사전에 장치의 상태를 파악할 수 있으므로 웨이퍼를 낭비하는 일도 없다.
더구나, 본 발명에 의하면, 플라즈마처리 자체를 효과적으로 할 수 있다.
본 발명의 부가적인 실시예는 설명된 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진자에 의하여 명백해질 것이다.
명세서 및 실시예는 특허청구의 범위에 의하여 기재된 본 발명의 범위 내에서 실시한 대표적인 한 예에 불과한 것이다.

Claims (20)

  1. 피처리제가 수용되는 처리용기내에서 소정의 가스와 소정의 고주파 전계를 작용시켜서 가스 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생공정과; 상기 가스 플라즈마에 의하여 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리를 실행시키면서, 상시 처리용기내의 가스를 배기하는 배기공정과; 상기 처리용기로부터 배기되는 가스에 함유된 가스성분중, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리에 의하여 생성되는 특정의 가스성분의 농도를 감시하는 감시 공정과; 를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특정의 가스성분의 농도의 감시결과에 따라서 상기 플라즈마처리의 종점을 검출하는 종점 검출공정을 추가로 포함하는 플라즈마 처리방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리용기 내에 피처리체를 수용하지 않고, 상기 각 공정을 실행함으로써, 상기 처리용기를 포함하는 플라즈마 처리장치에 고유한 상기 특정가스성분의 농도치를 미리 측정하는 예측공정과; 상기 측정결과를 정상치와 비교함으로써, 상기 플라즈마 처리장치의 이상, 정상을 첵크하는 첵크공정과; 을 추가로 포함하는 플라즈마 처리방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리는 반도체 웨이퍼의 레지스트 막에 대한 애씽처리를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리는 반도체 웨이퍼의 형성막에 대한 에칭처리를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 감시공정에 있어서의 특정의 가스성분의 감시는 적외선 흡수를 이용한 모니터에 의하여 실행되는 플라즈마 처리방법.
  7. 피처리체가 수용되는 처리용기내에서 소정의 가스와 소정의 고주파 전계를 작용시켜서 가스플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생수단과; 상기 플라즈마 발생수단에 의하여 발생되는 상기 가스플라즈마에 의하여 피처리체에 대한 플라즈마처리를 실행시키면서, 상기 처리용기내의 가스를 배기하는 배기수단과; 상기 배기수단에 의하여 상기 처리용기로부터 배기되는 가스에 함유된 가스성분중, 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리에 의하여 생성되는 특정의 가스성분의 농도를 감시하는 감시수단과; 로 구성되는 플라즈마 처리장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 감시수단에 의한 상기 특정의 가스성분의 농도의 감시결과에 따라 상기 플라즈마처리의 종점을 검출하는 종점검출 수단이 추가로 구성되는 플라즈마 처리장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리는 반도체 웨이퍼의 레지스트막에 대한 애씽처리를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리는 반도체 웨이퍼의 형성막에 대한 에칭처리를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 감시수단은 적외선 흡수를 이용한 모니터를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 모니터는, 상기 특정의 가스성분의 농도변화에 대응하는 출력을 빼내는 제 1 의 검출부와, 상기 특정가스 성분의 농도변화에 관계하지 않는 출력을 빼내는 제 2 의 검출부와, 상기 제 1 및 제 2 의 검출부로 부터의 출력의 차를 빼내는 신호처리부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 배기수단은 진공 드라이펌프를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  14. 각각 대응하는 한끝단이 트인 이중구조로 된 아우터튜브와 인너튜브를 가지고, 상기 인너튜브는 그 둘레를 여러개로 등분한 여러개의 각 위치에 형성된 다수의 구멍을 가짐과 동시에, 상기 인너튜브의 외주면을 덮고 또한 상기 인너튜브에 형성되는 상기 다수의 구멍의 형성위치와는 서로 어긋난 위치에 형성되는 다수의 구멍을 가지는 에치터널부재가 설치되는 처리용기와; 상기 처리용기의 아우터튜브와 인너튜브와의 개구부를 유지함과 동시에, 상기 인너튜브내에 삽입할 피처리체의 수용부재를 유지하는, 상기 매니홀드수단은 상기 처리용기내의 가스를 배기하기 위한 배기수단이 설치되어 있는 매니홀드 수단과; 상기 처리용기의 아우터튜브와 인너튜브와의 사이에 플라즈마 발생용 가스를 도입하는 인젝터수단과; 상기 처리용기의 아우터튜브의 외주를 둘러싸듯이 설치되는 것으로서, 상기 아우터튜브와 인너튜브와의 사이에 도입되는 플라즈마 발생용 가스에 소정의 고주파 전계를 작용시킴으로써, 가스 플라즈마를 발생시켜서 상기 인너튜브내에 삽입되는 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리를 야기시키는 1 쌍의 전극수단과; 상기 피처리체에 대한 플라즈마 처리의 진행상태를 상기 플라즈마처리에 관련하여 감시하는 감시수단과; 로 구성되는 플라즈마 처리장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 감시수단에 의한 상기 특정의 가스성분의 농도의 감시결과에 따라 상기 플라즈마처리의 종점을 검출하는 종점검출 수단을 추가로 구성하는 플라즈마 처리장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리는 반도체 웨이퍼의 레지스트막에 대한 애씽처리를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 피처리체에 대한 플라즈마처리는 반도체 웨이퍼의 형성막에 대한 에칭처리를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 감시수단은 적외선흡수를 이용한 모니터를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 모니터는, 상기 특정의 가스성분의 농도변화에 대응하는 출력을 빼내는 제 1 의 검출부와, 상기 특정가스성분의 농도변화에 관계하지 않는 출력을 빼내는 제 2 의 검출부와, 상기 제 1 및 제 2 의 검출부로 부터의 출력의 차를 빼내는 신호처리부를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 배기수단은 진공 드라이펌프를 포함하는 플라즈마 처리장치.
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