KR100749978B1 - 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 있어서는, 챔버(11)에 가스 도입구(12) 및 배기구(13)가 설치되어 각각 가스(21)의 도입 및 배기(22)가 실행된다. 전극부(17b) 상에 에칭 대상이 되는 시료(3)가 탑재되고, 시료(3)에는 고주파 전원(4)에 의해서 고주파 바이어스가 인가된다. 플라즈마 발생 영역(20)은 그 주위에 설치된 전자석(14)에 의해서 자계가 발생되는 한편, 위쪽에 접속된 도파관(15)에서 마이크로파 도입창(16)을 거쳐서 마이크로파(23)가 도입된다. 그리고 가스(21)에 대하여 전자 사이클로트론(cyclotron) 공명을 여기하여 플라즈마를 발생시킨다. 마이크로파 도입창(16)의 적어도 플라즈마 발생 영역(20)에 노출되는 면을 석영으로 구성하는 한편, 가스(21)에 불소를 포함시킨다. 이러한 구성을 갖는 장치에 의해서, 시료에 대한 에칭시에 마이크로파 도입창(16)의 표면에 부착된 물질을 제거할 수 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING PLASMA}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략을 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 시료의 개략을 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 개략을 도시하는 단면도,
도 4는 도 3의 영역(A)을 확대하여 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 시료의 개략을 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예의 개략을 도시하는 단면도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예의 제 1 변형을 도시하는 단면도,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 제 2 변형을 도시하는 단면도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시예의 제 3 변형을 도시하는 단면도,
도 10은 본 발명의 제 3 실시예의 제 4 변형을 도시하는 단면도,
도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 제 5 변형을 도시하는 단면도,
도 12는 도 11에 도시된 구성의 평면도,
도 13은 본 발명의 제 4 실시예의 개략을 도시하는 단면도,
도 14는 본 발명의 제 4 실시예의 시료의 개략을 도시하는 단면도,
도 15는 본 발명의 제 4 실시예의 클리닝 처리를 도시하는 플로우차트,
도 16은 본 발명의 제 4 실시예의 변형의 클리닝 처리를 도시하는 플로우차트.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
3 : 시료 11 : 챔버
12 : 가스 도입구 13 : 배기구
14 : 전자석 15 : 도파관
16 : 마이크로파 도입창 17b : 전극부
20 : 플라즈마 발생 영역 21 : 가스
22 : 배기 23 : 마이크로파
본 발명은 금, 백금, 이리듐이나, 도전성 금속산화물을 플라즈마 에칭하는 기술에 관한 것으로, 특히 플라즈마의 생성에 마이크로파를 도입하는 형의 플라즈마 에칭 장치를 클리닝하는 기술에 관한 것이다.
예컨대 휴대전화 등의 이동 통신체에 사용되는 고주파 장치나, 강유전체 메모리에서는 금이나 백금, 이리듐 등의 금속이 LSI 내의 배선이나 전극재로서 사용된다. 예컨대, 고주파 장치로서 갈륨 비소를 기판으로 사용하는 소자는 그 특성으 로부터의 요구상, 게이트 전극 등에 금이 사용된다. 또한 강유전체 메모리에서는 유전체에 금속산화물이 사용되므로, 전극재에 내산화성이 요구되고, 또한 전극재에 의해서 유전체가 환원되지 않도록 반응성이 작은 금, 백금, 이리듐 등이 사용된다.
이들의 패터닝에는 RIE(reactive ion etching) 장치 등이 사용되는데, 장치의 미세화에 따라, ECR(electron cyclotron resonance) 플라즈마 장치나 표면파 플라즈마 에칭 장치와 같이, 고밀도 플라즈마를 이용한 에칭기술이 채용되고 있다.
그러나 실리콘이나 알루미늄과는 달리, 상기 금속은 플라즈마와의 반응성이 작기 때문에, 플라즈마 처리를 실행하더라도 주로 스퍼터링에 의해서 그들 금속이 그대로 피처리재로부터 날아가, 플라즈마 장치의 챔버 내에 부착된다.
이렇게 하여 챔버 내에 부착된 물질은 도전성을 갖고 있다. 전극을 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 에칭 장치에서는 전극에 도전성 물질이 부착되더라도 플라즈마 생성에 큰 영향은 없다. 그러나, 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 에칭 장치에서는 마이크로파를 도입하는 창에 도전성 물질이 부착되면 마이크로파가 거기에서 반사되어 플라즈마의 생성이 곤란해진다.
또한, 상기 금속의 일부분은 염소나 불소와 반응하지만, 상기 금속의 염화물이나 불화물의 증기압은 낮다. 예컨대 정상 압력에 있어서는 AuF3는 300℃ 부근에서 승화하고, PtF5는 69℃에서 기화하고, IrF3는 250℃에서 분해하고, InF3는 1200℃ 이상에서 기화한다. 따라서, 플라즈마 처리를 실행하더라도 반응물이 증기로서 배기되기 어려워 역시 챔버 내에 부착되고, 또한 도전성을 가지므로 상기의 플라즈마 생성의 곤란성이라는 문제가 남는다. 또한, 에칭 가스로서 염소를 채용하면, 에칭해야 할 대상인 금속이 형성되어 있는 기판에 별도로 형성된 금속막이나 절연막, 예컨대 Al, AlSiCu 등의 알루미늄합금, SBT[탄탈산(tantalic acid)스트론튬], BST(티탄산 바륨스트론튬) 등의 고유전율 금속산화물을 부식시켜 손상을 받는 일이 있으므로, 채용하는 것은 바람직하지 않다.
또한, 에칭 대상이 되는 전극재료로서는 상기 금속 이외에도, 산화석, 산화 루테늄(Ruthenium), 산화 이리듐 등의 도전성산화물, 산화인듐, 산화탄탈 등 불순물의 첨가에 의해서 도전성이 생기는 산화물이 채용되는데, 이들도 마찬가지로 스퍼터링(sputtering)에 의해서 챔버 내, 특히 마이크로파 도입창에 부착함으로써 상기 문제를 초래한다.
본 발명의 목적은 마이크로파 도입창을 거쳐서 마이크로파를 도입하여 플라즈마를 생성시키고, 이 플라즈마에 근거하여 에칭을 실행하는 기술에 있어서, 부착물에 의한 플라즈마 생성의 저해를 경감시키는 것이다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법은, 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버 내에, 마이크로파 도입 기구를 거쳐서 마이크로파를, 가스 도입구로부터 가스를 각각 도입하여, 도전층을 플라즈마에 의해서 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 마이크로파 도입 기구 중 적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지고, 가스는 적어도 불소를 포함하는 가스이며, 처리중에 석영 부분을 동시에 에칭하는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 처리 방법의 일 실시예에 있어서는, 가스가 불소 이외의 할로겐원소를 포함하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예의 플라즈마 처리 방법은, 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버 내에, 마이크로파 도입 기구를 거쳐서 마이크로파를, 가스 도입구로부터 가스를 각각 도입하여, 도전층을 제 1 플라즈마에 의해서 처리하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 제 1 플라즈마에 의해서 처리함으로써 변화하는 소정의 정보가 소정의 조건을 만족시킨 경우에 시료를 반출하고, 마이크로파 도입 기구의 플라즈마에 노출되는 부분을 제 2 플라즈마에 의해서 클리닝하는 것을 특징으로 한다.
이 플라즈마 처리 방법에 의하면, 도전층을 제 1 플라즈마로 처리함으로써 도전성 재료가 부착된 마이크로파 도입 기구의 플라즈마에 노출되는 부분을, 시료의 반출후에 제 2 플라즈마에 의해 클리닝하므로, 제 2 플라즈마에 의해서 시료의 재질이 손상 받지 않고 클리닝을 실행할 수 있다.
또한, 소정의 정보를 예를 들면 시료의 처리 매수로 함으로써, 시료의 처리 매수가 많아져 마이크로파 도입 기구의 플라즈마에 노출되는 부분에 도전성 물질이 많이 부착하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 소정의 정보를 예를 들면 제 1 플라즈마의 상태를 반영한 것, 마이크로파 발생원과 챔버 사이에 개재하는 마이크로파 정합기의 위치 정보, 또는 마이크로파의 반사 전력값으로 함으로써, 마이크로파 도입 기구의 플라즈마에 노출되는 부분에 도전성 물질이 부착함으로써 변화하는 플라즈마의 상태를 검출하여 클리닝하므로, 마이크로파 도입 기구의 플라즈마에 노출되는 부분에 도전성 물질이 많이 부착하는 것을 방지할 수 있다.
이 플라즈마 처리 방법의 일 실시예에 있어서는, 마이크로파 도입 기구는 적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지고, 제 2 플라즈마는 불소를 포함하는 가스로부터 생성된다.
또한, 도전층은 예를 들면 금, 은, 동, 백금족의 금속, 인듐, 갈륨, 게르마늄, 비소, 인, 또는 이들 금속의 합금, 또는 금속산화물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마에 의해서 에칭 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버와, 챔버에 불소를 포함하는 가스를 도입하는 가스 도입구와, 가스로부터 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 챔버에 도입하고, 적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지는 마이크로파 도입 기구를 구비한다.
마이크로파 도입 기구는, 바람직하게는 석영제의 마이크로파 도입창을 갖는다. 석영제의 마이크로파 도입창은, 예를 들면 통과 구멍을 갖는 도체의 통과 구멍을 충전하여 설치된다.
또한, 마이크로파 도입 기구는, 본 발명의 일 실시예에 있어서는 마이크로파 도입창과, 마이크로파 도입창을 플라즈마로부터 격리하는 적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지는 격리판을 갖는다. 마이크로파 도입창은, 예를 들면 통과 구멍을 갖는 도체로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치에 의하면, 마이크로파 도입 기구로부터 도입된 마이크로파는 불소를 포함하는 가스로부터 플라즈마를 생성시킨다. 그리고 플라즈마 처리에 의해서, 도전층이나 그 화합물이 마이크로파 도입 기구의 플라즈마에 노출되는 부분에 부착되더라도, 플라즈마중의 불소가 마이크로파 도입 기구의 해당 부분을 에칭하므로, 마이크로파를 도입하는 것의 열화가 방지된다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 다른 실시예에 있어서는 플라즈마에 의해서 에칭 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료가 탑재되고, 시료에 고주파 전력을 인가할 수 있는 시료대와, 시료에 접촉하지 않고 시료대의 주위를 피복하고, 적어도 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지는 시료대 커버와, 시료대 및 시료대 커버를 저장할 수 있는 챔버와, 챔버에 불소를 포함하는 가스를 도입하는 가스 도입구와, 가스로부터 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 챔버에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 구비한다.
이러한 구성을 가짐으로써, 플라즈마 처리에 의해서 도전층이나 그 화합물이 시료대에 부착하지 않고, 그리고 시료대 커버에 부착하더라도, 플라즈마중의 불소가 시료대 커버를 에칭하므로, 고주파 전력의 인가가 잘 되지 않는 것이 방지된다.
시료대 커버의 상단부는 시료대의 시료를 탑재하는 위치보다 아래쪽으로 후퇴해 있는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 시료대 커버의 상단부가 시료와 시료대의 접촉을 방해하지 않으므로, 고주파 전력을 시료에 충분히 인가할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 또다른 실시예에 있어서는 플라즈마에 의해서 에칭 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버와, 챔버에 가스를 도입하는 가스 도입구와, 가스로부터 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 챔버에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 구비하고, 마이크로파 도입 기구는 마이크로파를 전파시키는 도파관과, 도파관과 챔버 사이에 개재하는 마이크로파 투과성을 갖는 마이크로파 도입창과, 마이크로파의 반사량을 검출하는 반사량 검출 수단을 갖고, 챔버 내에서는 마이크로파의 반사량이 소정량을 넘으면 마이크로파 도입창의 플라즈마에 노출되는 부분을 클리닝하기 위한 플라즈마가 생성된다.
이 구성에 의하면, 도전층을 에칭 처리함으로써, 마이크로파 도입창에 부착되는 도전성 재료에 의해서 커지는 마이크로파의 반사량을 검출하고, 이것이 커지면 마이크로파 도입창을 클리닝하므로, 안정적인 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 또다른 실시예에 있어서는 플라즈마 처리의 대상이 되는 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버와, 챔버에 가스를 도입하는 가스 도입구와, 가스로부터 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 챔버에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 구비하고, 마이크로파 도입 기구는 마이크로파를 전파시키는 도파관과, 도파관과 챔버 사이에 개재하는 마이크로파 투과성을 갖는 마이크로파 도입창과, 마이크로파가 전파되는 부분에 삽입되는 부재의 위치 또는 양이 제어되어 마이크로파의 플라즈마에 대한 정합을 탐색하는 마이크로파 정합기를 구비하고, 챔버 내에서는 마이크로파 정합기의 마이크로파가 전파되는 부분에 삽입되는 부재의 위치 또는 양이 소정의 범위를 벗어나면 마이크로파 도입창의 플라즈마에 노출되는 부분을 클리닝하기 위한 플라즈마가 생성된다.
이 구성에 의하면, 도전층을 에칭 처리함으로써 마이크로파 도입창의 플라즈마에 노출되는 부분에 부착되는 도전성 재료에 의해서 변화하는 마이크로파 정합기의 부재의 위치 또는 삽입량을 검출하고, 이들이 소정의 범위를 벗어나면 마이크로파 도입창을 클리닝하므로, 안정적인 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
제 1 실시예:
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 ECR 플라즈마 에칭 장치의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다. 챔버(11)에는 가스 도입구(12) 및 배기구(13)가 설치되고, 각각 도시하지 않은 가스 도입 기구 및 배기 기구에 의해서, 가스(21)의 도입 및 배기(22)가 실행된다. 챔버(11) 내에는 챔버(11)와 절연되어 시료대(17)가 구비되어 있고, 이것은 고주파 전원(4)에 의해서 고주파 바이어스가 인가되는 전극부(17b)와, 전극부(17b)를 챔버(11)와 절연하면서 유지하는 절연부(17a)를 갖는다. 그리고 전극부(17b) 상에 에칭 대상이 되는 시료(3)가 탑재되고, 시료(3)에는 고주파 전원(4)에 의해서 고주파 바이어스가 인가되게 된다.
챔버(11) 중 시료대(17)의 위쪽에는 플라즈마 발생 영역(20)이 위치한다. 플라즈마 발생 영역(20)에는 그 주위에 설치된 전자석(14)에 의해서 자계가 발생되는 한편, 위쪽에 접속된 도파관(15)으로부터 마이크로파를 투과하는 마이크로파 도입창(16)을 거쳐서 마이크로파(23)가 도입된다. 그리고 가스(21)에 대하여 전자 사이클로트론 공명을 여기하여 플라즈마를 발생시킨다. 예컨대 전자석(14)에 의해서 발생되는 자계는 875Gauss로, 마이크로파(23)의 주파수는 2.45㎓로 각각 설정된 다.
본 실시예에는 마이크로파 도입창(16)의 적어도 플라즈마 발생 영역(20)에 노출되는 면을 석영으로 구성하는 한편, 가스(21)에 불소를 포함한다. 이것에 의해서, 시료(3)에 대한 에칭이 실행되면서도, 석영으로 구성된 마이크로파 도입창(16)의 표면도 불소를 포함하는 플라즈마에 의해서 에칭되므로, 시료(3)에 대한 에칭시에 마이크로파 도입창(16)의 해당 표면에 부착된 물질도 제거된다. 따라서 시료(3)에 대한 에칭시에 마이크로파 도입창(16)에 부착된 물질이 도전성이더라도, 마이크로파(23)의 도입은 열화하지 않고, 플라즈마의 생성을 저해하지도 않는다.
도 2는 본 실시예에 있어서의 시료(3)의 구성예의 개략을 도시하는 단면도이다. 갈륨비소 기판(31a) 상에 티탄층(32), 금층(33)이 각각 약 50㎚, 약 500㎚의 두께로 적층되어 있다. 이들을 패터닝하기 위한 에칭의 마스크로서, 금층(33)의 위에는 패턴을 형성한 포토 레지스트층(34)이 설치되어 있다.
예컨대 가스(21)로서 C4F8, O2 또는 Ar 가스를 각각 100/10/50sccm 흘리면서, 배기(22)에 의해서 챔버(11) 내의 압력을 10mTorr로 제어하고 마이크로파(23)를 도입함으로써, 플라즈마 발생 영역(20)에서 플라즈마가 생성된다.
시료(3)에는 시료대(17)를 거쳐서 고주파 전원(4)으로부터 400㎑의 고주파 바이어스가 100W로 인가됨으로써, 플라즈마중의 불소 등의 이온이 시료(3)를 향하여 가속되어, 포토 레지스트층(34)을 마스크로서 금층(33)의 에칭이 진행된다.
이 금층(33)의 에칭의 진행 과정에서 금의 불화물 또는 스퍼터링된 금이 방출된다. 금의 불화물이나 금의 증기압은 낮기 때문에, 그들의 상당 부분은 배기구(13)로부터 배기되기 전에 챔버(11) 내에 부착되고, 마이크로파 도입창(16)에도 부착된다. 그러나, 상술한 바와 같이 마이크로파 도입창(16)의 플라즈마 발생 영역(20)에 마주하는 면이 플라즈마에 의해서 동시에 에칭되므로, 이들이 마이크로파 도입창(16)에 퇴적하는 일은 거의 없다.
이와 같이 처리를 함으로써, 약 100㎚/분의 에칭 레이트로 500㎚ 두께의 금층(33)을 에칭할 수 있고, 또한 상기 처리를 25장의 시료(3)에 대하여 연속하여 실행하더라도, 이 처리중에 있어서 마이크로파(23)의 반사 전력의 증대, 정합(matching)의 큰 어긋남은 관측되지 않고, 플라즈마는 안정적으로 생성되고 있었다.
한편, 비교예로서 불소 가스를 사용하는 ECR 플라즈마 에칭 장치에서 일반적으로 채용되는 바와 같이, 마이크로파 도입창(16)을 산화 이트륨(yttrium)을 바인더로서 사용한 질화 실리콘 세라믹으로 피복한 경우(도시하지 않음)에는 약 5장의 처리를 실행한 시점에서 마이크로파(23)의 반사 전력이 입사 전력의 5%를 넘었다. 그 때문에, 그 이후 시료(3)의 에칭 처리를 실행할 수 없었다. 이것은 질화 실리콘 세라믹 표면에 금의 불화물이나 금이 퇴적하고, 그들 도전체가 마이크로파(23)를 반사했기 때문이라고 생각된다.
또한, 본 실시예에 채용되는 에칭 가스로서는 에칭하는 재료와 필요한 에칭 성능에 맞추어서, CF4, C4F8, C5F8 등의 플로로 카본계의 가스나, SF6 등의 불소를 포함하는 가스, NF3, F2 등의 고반응성 불소 함유 가스를 채용할 수 있다. 또한 이들에 O2, N2, CO를 첨가해도 무방하다. 에칭 가스의 에칭 특성을 조정할 수 있기 때문이다. 또한, 플라즈마 안정성을 향상시키기 위해서 희석 가스로서 Ar 등의 불활성 가스 등을 채용하더라도 무방하다.
단, 불소 이외의 할로겐을 포함하지 않는 것이 보다 바람직하다. 불소 이외의 할로겐은 시료의 기판의 재료, 피처리 부재, 또는 기판상에 존재하는 다른 부재에 대하여, 수분과 반응을 일으켜 부식을 발생시키는 경우가 있기 때문이다.
고주파 전원(4)이 발생하는 고주파 전력의 주파수는 에칭하는 재료와 필요한 성능에 맞추어서, 400㎑에 한정되지 않고, 800㎑, 2㎒, 13.56㎒로 설정하더라도 무방하다. 단, 고주파 전력의 주파수는 5㎒ 이하, 보다 바람직하게는 2㎒ 이하가 바람직하다. 금, 백금, 이리듐, 인듐 등의 플라즈마와의 반응성이 낮은 금속이나 금속화합물은 주로 이온의 충격에 의한 스퍼터와 그에 부수되는 반응에 의해서 에칭된다. 그 때문에, 이온이 고주파 전계에 의해서 충분히 가속되도록, 인가되는 고주파 전계의 변화는 이온이 추적(tracking)할 수 있는 정도로 완만할, 즉 주파수가 낮을 필요가 있다. 이 실시예의 경우, 13.56㎒의 고주파를 인가한 경우에는 에칭 레이트는 약 10㎚/분이며, 2㎒의 경우에는 110㎚/분이었다.
마이크로파 도입창(16)은 모두 석영으로 제작하더라도 무방하고, 다른 부재 상에 석영층을 형성한 것이어도 무방하다. 예를 들면, AlN 세라믹판과 석영판을 중첩한 것이어도 무방하고, 알루미나판 위에 석영층을 CVD 등의 방법으로 형성하더라도 무방하다. 이 경우에는 석영층의 두께가 얇아졌을 경우, 다시 석영층을 형성함으로써, 마이크로파 도입창을 재생할 수 있게 되어, 비용 저감으로 이어진다.
에칭하는 재료는 금, 은, 동, 백금 및 다른 백금족의 금속, 인듐, 갈륨, 게르마늄, 비소, 인 또는 이들 금속의 합금인 경우, 본 발명은 특히 유효하다.
또한, 산화주석, 산화루테늄, 산화이리듐 등의 도전성 금속산화물, 또는 산화인듐, 산화탄탈륨 등의 불순물의 첨가에 의해서 도전성을 갖는 금속산화물을 에칭하는 경우에 있어서도, 마이크로파 도입창(16)에 이것이 퇴적하는 것을 방지할 수 있어, 처리의 안정성을 향상시킬 수 있으므로, 본 실시예의 기술은 유효하다.
제 2 실시예:
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 ECR 플라즈마 에칭 장치의 구성의 개략을 도시하는 단면도이며, 도 1에 도시된 구성에 대하여 챔버(11)의 내벽에 내측 종형(belljar)(18a), 부착 방지판(18b)을 설치하고, 시료대(17)에 석영제의 시료대 커버(17c)를 부가하고, 마이크로파 도입창(16)을 마이크로파 도입창(16a) 및 석영제의 천정판(16b)으로 치환한 구성으로 되어 있다.
내측 종형(18a)은 플라즈마 발생 영역(20)에 배치되고, 부착 방지판(18b)은 플라즈마 발생 영역(20)의 아래쪽에 배치된다. 내측 종형(18a)은 예컨대 알루미늄제이지만, 석영, 알루미나, AlN 등의 세라믹으로 구성하더라도 무방하다. 부착 방지판(18b)은 예컨대 석영제이지만, 알루미늄 등의 금속이나 석영, 알루미나, AlN 등의 세라믹으로 구성하더라도 무방하다.
시료대 커버(17c)는 시료대(17)의 절연부(17a)를 피복하여 이것을 플라즈마로부터 차폐한다. 도 4는 도 3의 영역(A)을 확대하여 도시한 단면도이며, 이와 같이 시료대 커버(17c)가 전극부(17b)의 표면도 피복하는 것이 바람직하다. 단, 시료대 커버(17c)가 전극부(17b)보다도 위쪽으로 돌출하면, 시료(3)와 전극부(17b)의 접촉이 불충분해져 고주파 바이어스가 충분히 시료(3)에 인가되지 않으므로, 시료대 커버(17c)의 상면은 전극부(17b)의 상면보다 아래쪽으로 후퇴하고 있는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 석영제의 천정판(16b)이 마이크로파 도입창(16a)을 플라즈마 발생 영역(20)으로부터 격리하는 격리판으로서 기능한다. 그리고 가스(21)에 불소를 포함시킨다. 이것에 의해서 시료(3)에 대한 에칭이 실행되면서도, 천정판(16b)의 표면도 에칭되므로, 마이크로파 도입창(16a)을 불소 플라즈마로 에칭되지 않는 재료, 예컨대 AlN으로 구성하더라도, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 석영제의 시료대 커버(17c)가 절연부(17a)를 피복하므로, 절연부(17a)에 도전성 물질이 부착하지 않는다. 그리고 시료대 커버(17c)에 부착된 도전성 물질도 시료대 커버(17c)가 에칭됨으로써 제거된다. 따라서, 시료대(17)가 부여하는 고주파 바이어스가 도전성 물질의 부착에 의해서 흐트러지는 것도 회피된다.
도 5는 본 실시예에서의 시료(3)의 구성예의 개략을 도시하는 단면도이다. 실리콘 기판(31b) 상에 백금층(36a), SBT(SrBi2Ta2O9)층(37), 백금층(36b)이 각각 약 100㎚, 약 1㎛, 약 100㎚의 두께로 적층되어 있다. 이들을 패터닝하기 위한 에칭의 마스크로서, 백금층(36b)의 위에는 패턴을 형성한 포토 레지스트층(38)이 설치되어 있다.
예컨대, 가스(21)로서 CF4 또는 O2 가스를 각각 200/10sccm 흘려보내면서, 배기(22)에 의해서 챔버(11) 내의 압력을 5mTorr로 제어하고, 마이크로파(23)를 도입함으로써, 플라즈마 발생 영역(20)에서 플라즈마가 생성된다.
시료(3)에는 시료대(17)를 거쳐서 고주파 전원(4)으로부터 2㎒의 고주파 바이어스가 100W로 인가됨으로써, 플라즈마중의 불소 등의 이온이 시료(3)를 향하여 가속되어, 포토 레지스트층(38)을 마스크로서 백금층(36b)의 에칭이 진행한다.
이 에칭의 진행 과정에 있어서, 백금의 불화물 또는 스퍼터링된 백금이 장치 내로 방출된다. 이들 백금의 불화물이나 백금의 증기압은 낮기 때문에, 이들의 상당 부분은 배기구(13)에서 배기되기 전에 챔버(11) 내에 부착되고, 천정판(16b)이나 시료대 커버(17c)에도 부착된다. 그러나, 상술한 바와 같이 하여, 백금이나 그 불화물이 천정판(16b)이나 시료대 커버(17c)에 퇴적하는 일은 거의 없다.
이와 같이 처리를 함으로써, 약 50㎚/분의 에칭 레이트로 100㎚ 두께의 백금층(36b)을 에칭할 수 있고, 이 처리중에 있어서 마이크로파(23)의 반사 전력의 증대, 정합의 큰 어긋남은 관측되지 않고, 플라즈마는 안정적으로 생성되고 있다. 또한 고주파 전원(4)으로부터 인가되는 고주파 전력에 관해서도 반사 전력의 증대, 시료대(17)의 부근에서의 이상 방전은 관측되지 않고, 에칭 레이트가 저하하는 일은 없었다.
또한, 시료대 커버(17c)와 천정판(16b)을 병용하여 설치할 필요는 없다. 각각 별도로 작용하여 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, 천정판(16b)만을 설치하는 것도 가능하며, 시료대 커버(17c)만을 사용할 수도 있다.
시료대 커버(17c), 천정판(16b)은 상술한 바와 같이 모두 석영으로 제작하더라도 무방하고, 다른 부재의 표면에 석영층을 형성한 것이어도 무방하다. 예컨대, AlN 세라믹 부재와 석영 부재를 중첩한 것이어도 무방하고, 알루미나 부재 위에 석영층을 CVD 등의 방법으로 형성하더라도 무방하다. 이 경우에는 석영층의 두께가 얇아졌을 경우, 다시 석영층을 형성함으로써, 시료대 커버, 천정판을 재생하는 것이 가능해져, 비용의 저감으로 이어진다.
또한, 시료대 커버(17c)는 절연부(17a)의 전극부(17b) 근방만을 피복하도록 하더라도 무방하고, 전극부(17b) 근방만을 석영으로 구성하고, 다른 부분을 알루미나, 알루미늄 등으로 구성하더라도 무방하다.
제 3 실시예:
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 마이크로파 플라즈마 에칭 장치의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다. 본 장치도 제 1 실시예에 도시된 장치와 동일하게 하여 챔버(11)에는 가스 도입구(12) 및 배기구(13)가 설치되고, 각각 도시하지 않은 가스 도입 기구 및 배기 기구에 의해서, 가스(21)의 도입 및 배기(22)가 실행된다. 챔버(11) 내에는 챔버(11)와 절연되어 시료대(17)가 구비되어 있고, 이것에는 고주파 전원(4)에 의해서 고주파 바이어스가 인가된다. 이 위에는 에칭 대상이 되는 시료(3)가 탑재되므로, 시료(3)에는 고주파 전원(4)에 의해서 고주파 바이어스가 인가되게 된다.
챔버(11)는 위쪽에 도파관(15)이 접속되어 있고, 여기에서 석영제의 마이크로파 도입창(16)을 거쳐서 마이크로파(23)가 도입된다. 단, ECR 플라즈마 에칭 장치와 같은 전자석(14)은 설치되어 있지 않고, 마이크로파 도입창(16)의 아래쪽[즉 챔버(11)측]에 있어서 발생하는 전계가 가스(21)로부터 플라즈마를 발생시킨다. 본 발명은 이러한 ECR 이외의 플라즈마 에칭 장치에서도 적용할 수 있다.
물론 제 2 실시예와 같이, 마이크로파 도입창(16a)을 석영제의 천정판(16b)에 의해 챔버(11) 내로부터 격리하더라도 무방하고, 석영제의 시료대 커버(17c)를 시료대(17)에 설치하더라도 무방하다. 또한, 또다른 부분에 내측 종형(18a), 부착 방지판(18b)을 설치하더라도 무방하다.
예컨대 시료(3)로서 도 2에 구조가 도시된 것을 채용한다. 가스(21)로서 C4F3, O2 또는 Ar 가스를 각각 100/10/50sccm 흘려보내면서, 배기(22)에 의해서 챔버(11) 내의 압력을 50mTorr로 제어하고, 2.45㎓의 마이크로파(23)를 도입함으로써, 챔버(11) 내에 플라즈마가 생성된다.
시료(3)에는 시료대(17)를 거쳐서 고주파 전원(4)으로부터 400㎑의 고주파 바이어스가 100W로 인가됨으로써, 제 1 실시예와 동일하게 하여 금층(33)의 에칭이 진행된다.
이 에칭의 진행 과정에 있어서, 금의 불화물 또는 스퍼터링된 금이 장치 내로 방출되어, 마이크로파 도입창(16)에 부착된다. 그러나, 상술한 바와 같이 하여 금이나 그 불화물이 마이크로파 도입창(16)에 퇴적하는 일은 거의 없다.
이와 같은 처리를 함으로써, 약 170㎚/분의 에칭 레이트로 500㎚ 두께의 금층(33)을 에칭할 수 있고, 이 처리중에 마이크로파(23)의 반사 전력의 증대, 정합의 큰 어긋남은 관측되지 않고, 플라즈마는 안정적으로 생성되고 있었다.
또한, 이 처리를 25장의 시료(3)에 대하여 연속하여 실행하더라도, 마이크로파(23)의 반사 전력의 증대, 정합의 큰 어긋남은 관측되지 않고, 플라즈마는 안정적으로 생성되고 있었다.
또한, 이 장치의 제 1 변형으로서는, 예컨대 표면파 플라즈마 장치가 있고, 도 7에 도시하는 바와 같이 도파관(15) 내에 유전체(15a)를 설치할 수 있다. 또한 제 2 변형으로서 예컨대 도 8에 도시하는 바와 같이 마이크로파(23)를 챔버(11) 내에 선택적으로 도입하는 통과 구멍을 갖는 도체(19c)를 챔버(11)측에 설치하더라도 무방하다.
도 9는 도 6에 도시된 구성에 통과 구멍(191)을 갖는 도체(19a)를 부가한 본 실시예의 제 3 변형의 구조를 도시하는 단면도이다. 이와 같이 도체(19a)를 마이크로파 도입창(16)에 의해 챔버(11)로부터 격리함으로써, 도체(19a)에는 플라즈마가 노출되지 않고, 또한 시료(3)에 대한 플라즈마 처리에 있어서 도전성 물질이 부착되는 일도 없다. 도체(19a)를 마이크로파 도입창(16)에 밀착시키거나, 일정 거리를 두거나 함으로써, 챔버(11) 내의 전계의 분포를 보다 양호하게 제어하더라도 무방하다. 또한, 이 형태는 도체(19a) 및 마이크로파 도입창(16)을 각각 마이크로파 도입창 및 석영제의 격리판으로 파악할 수도 있다.
도 10은 도 6에 도시된 구성에 있어서의 마이크로파 도입창(16)을 통과 구멍(192)을 갖는 도체(19b)로 치환한 본 실시예의 제 4 변형의 구조를 도시하는 단면도이다. 통과 구멍(192)에는 석영이 충전되어 있고, 통과 구멍(192)에 석영제의 마이크로파 도입창이 충전되어 있다고 볼 수도 있다. 따라서 시료(3)에 대한 플라즈마 처리에 있어서 도전성 물질이 통과 구멍(192)에 퇴적하는 일도 없다.
또한, 도 6 내지 도 10에 도시된 구성에 있어서, 마이크로파 도입창(16) 상의 도파관의 형상을 둥근 고리형상으로도 할 수 있다. 도 11은 도 6에 도시된 구조에 있어서 마이크로파 도입창(16) 상에서 둥근 고리형상을 나타내는 도파관(15)을 채용한 본 실시예의 제 5 변형의 구성을 도시하는 단면도이며, 도 12는 그 상면도이다. 도 12에 있어서의 굴곡한 가상선에 대한 화살표(AA) 방향의 단면이 도 11에 상당한다.
도파관(15)은 마이크로파 도입창(16)에 대하여 개구하는 통과 구멍(193)을 마이크로파 도입창(16) 상의 둥근 고리형상에 있어서 주기적으로 갖고 있다. 그리고 도파관(15)에 도입된 마이크로파(23)가 이 둥근 고리형상에서 정재파를 형성하도록 치수를 제어하고, 통과 구멍(193)의 배치를 그 정재파의 배에 상당하는 부분에 위치시킴으로써, 마이크로파 도입창(16)에서 챔버(11)측에서 형성되는 전계분포를 양호하게 할 수 있다. 이러한 형태에서도, 마이크로파 도입창(16)에 도전성 물질이 퇴적하지 않도록 가스(21)를 설정할 수 있다.
제 4 실시예:
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 관한 ECR 플라즈마 에칭 장치의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다. 제 1 실시예에 도시된 구성에 대하여, 도파관(15)에 스터브(stub)형 마이크로파 정합기(41)와 정재파 측정기(61)를 설치한 점에서 다르다. 챔버(11)로부터 보아 스터브형 마이크로파 정합기(41) 및 정재파 측정기(61)보다도 먼 측에 도파관(15)에는 마이크로파 발진기(5)가 접속되어 있다. 본 실시예에서는 시료(3)에 대한 플라즈마 처리와 동시에 플라즈마 도입창(16c)을 클리닝하지 않는다.
스터브형 마이크로파 정합기(41)는 2조의 스터브(41a, 41b)를 구비하고 있다. 두 스터브 모두 연결된 한 쌍의 금속 막대이며, 이들을 도파관(15)에 삽입하는 양을 조정함으로써, 마이크로파 발진기(5)와 챔버(11) 내에서 생성되는 플라즈마와의 임피던스를 정합하여, 플라즈마로부터의 마이크로파의 반사를 적게 한다. 이러한 반사의 양은 도파관(15)에 삽입된 프로브(61a)를 갖는 정재파 측정기(61)에 의해서 구해지는 정재파비에 근거하여 계산할 수 있다. 따라서, 정재파 측정기(61)의 측정 결과에 근거하여 2조의 스터브(41a, 41b)의 도파관(15)으로의 각각의 삽입량을 제어함으로써, 스터브(41a, 41b)의 삽입에 대하여 임피던스의 정합을 항상 지향한 제어를 실행할 수 있다. 스터브(41a, 41b)의 도파관(15)으로의 각각의 삽입량은 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)로서 측정 가능하게 해둔다. 물론, 스터브(41a, 41b)의 도파관(15)으로의 각각의 삽입은 정재파 측정기(61)로부터의 피드 백에 근거하는 형태로 한정될 필요는 없다. 또한, 스터브형 마이크로파 정합기 뿐만 아니라, E 스터브를 도파관에 설치하고, 그 스터브의 내부의 길이를 내부에 설치한 단락판의 위치를 변화시킴으로써 바꿔, 그것에 의해서 정합을 채용하는 형식의 4E 튜너 등, 다른 형식의 정합기를 이용하더라도 무방하다.
도 14는 본 실시예에 있어서의 시료(3)의 구성예의 개략을 도시하는 단면도이다. 실리콘산화물로 이루어지는 기판(31c) 상에는 이리듐층(39)이 형성되어 있다. 이리듐층(39)은 기판(31c)의 전면에 1㎛ 형성된 평탄층(39a)과, 또한 평탄층(39a)의 일부분 위에 5㎛ 형성된 돌기부(39b)로 이루어진다. 이것은 5㎛ 높이의 금속 마스크를 이용하여 1㎛ 두께의 에칭을 실행하는 것이라고 볼 수도 있다.
시료(3)의 전면을 균일하게 1㎛ 에칭함으로써, 돌기(39b)의 바로 아래를 제외한 평탄층(39a)을 모두 제거하여 기판(31c)을 노출하고, 일부분에는 높이 5㎛의 이리듐으로 이루어지는 돌기를 갖는 형상을 얻을 수 있다. 그러나, 실리콘산화물의 기판(31c)을 에칭하지 않도록 하기 위해서, 플라즈마 가스에 불소를 이용하는 것은 바람직하지 않고, 실리콘산화막을 거의 에칭하지 않는 Ar을 가스(21)로서 이용하여, 이리듐을 스퍼터링에 의해서 제거한다.
시료대(17) 상에 시료(3)를 탑재하고, 전자석(14)에 의해서 플라즈마 발생 영역(20)에 875Gauss의 자장을 형성하고, 챔버(11) 내에 Ar로 이루어지는 가스(21)를 500sccm 흘려보내면서, 배기(22)에 의해서 압력을 10mTorr로 제어한다. 2.45㎓의 마이크로파(23)를 도입함으로써, 플라즈마 발생 영역(20)에 플라즈마를 생성한다. 그 후, 시료(3)에 시료대(17)를 거쳐서 400㎑의 고주파 바이어스를 100W 인가한다. 이상의 조작에 의해서, 이리듐층(39)의 스퍼터링이 진행된다.
본 실시예에서는 플라즈마중에 불소가 포함되어 있지 않으므로, 스퍼터링된 이리듐의 일부분은 마이크로파 도입창(16c)에 부착하여 퇴적해 간다. 그리고 클리닝을 실행하지 않고 이 처리를 계속하면, 점차 마이크로파 도입창(16c)에 퇴적하는 이리듐의 두께가 증가한다. 퇴적한 이리듐은 도전성을 갖기 때문에, 마이크로파(23)의 반사가 증대하여, 결국에는 마이크로파(23)가 챔버(11) 내에 도입될 수 없게 되어 플라즈마가 생성될 수 없게 된다.
이러한 현상을 방지하기 위해서, 본 실시예에서는 마이크로파 도입창(16c)으로의 도전성 물질의 퇴적량이 증가한 것을, 플라즈마의 형태를 반영하는 정보 등으로 검출한다. 그리고 이 정보가 적정 범위를 벗어났을 때에는 마이크로파 도입창(16c)의 클리닝을 실행한다. 물론, 실시예 2와 같이 하여 시료대 커버(27c)를 채용하더라도 무방하다.
구체적으로는, 예컨대 플라즈마의 상태를 반영하는 정보로서 상술한 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)를 채용한다. 그리고 정합 위치 정보(TUNE1)의 적정 범위로서 하한값(L1) 및 상한값(H1)을 채용하고, 정합 위치 정보(TUNE2)의 적정 범위로서 하한값(L2) 및 상한값(H2)을 채용한다. 이들 값은 예컨대 정상으로, 즉 플라즈마가 안정하여 에칭이 실행되고 있을 때의 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)의 각각의 하한값 및 상한값이다. 이들 값은 사전에 설정해 둘 수 있다.
또한, 마이크로파 도입창(16c)의 클리닝은 마이크로파 도입창(16c)을 석영제로 하고, 시료(3)의 플라즈마 처리와는 별도로 불소를 포함하는 가스(21)를 도입하여 플라즈마를 생성하고, 이것에 의해서 마이크로파 도입창(16c)에 부착된 이리듐 퇴적막을 제거함으로써 실행한다.
마이크로파 도입창(16c)으로의 이리듐의 퇴적이 증가하면, 마이크로파 정합기(41)로부터 본 챔버(11)의 임피던스가 변화하고, 정재파 측정기(61)에서의 피드 백에 의해서 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)도 변화한다. 따라서 이들을 모니터해 두면, 마이크로파 도입창에서의 이리듐의 퇴적량의 증가를 검출할 수 있다.
도 15는 본 실시예의 클리닝 처리를 도시하는 플로우차트이다. 우선 시료(3)의 플라즈마 처리를 개시하는데 있어서, 클리닝의 실시 여부를 나타내는 클리닝 플래그를 단계 S11에서 0으로 설정한다. 본 실시예에서는 클리닝 플래그의 값이 0/1을 채용하는 것은 각각 클리닝의 비실시/실시를 뜻하고 있다.
그 후, 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)를 측정하면서, 시료(3)에 대한 플라즈마 처리, 예컨대 에칭 처리를 실행한다(단계 S12). 플로우차트의 편의상, 단계 S12에서 단계 S13, S14로 진행하는데, 단계 S13, S14, S15에서도 시료(3)에 대한 플라즈마 처리는 실행되고 있다.
단계 S13에서는 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)가 적정 범위 내에 존재하는가의 여부가 판단된다. 즉, 정합 위치 정보(TUNE1)는 하한값(L1) 이상 상한값(H1) 이하인가, 정합 위치 정보(TUNE2)는 하한값(L2) 이상 상한값(H2) 이하인가가 판단되어, 양쪽이 만족되면 단계 S15로 진행한다. 어느 한쪽이라도 만족되지 않으면 단계 S14로 진행하여, 클리닝 플래그를 1로 설정한다.
플라즈마 처리중인 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)의 측정, 및 단계 S13의 판단은 모두 도시하지 않는 제어 장치에 의해서 자동적으로 실행하더라도 무방하다.
단계 S15에 있어서 플라즈마 처리가 종료되었다고 판단되면 단계 S16으로 진 행하여 시료의 반출이 실행된다. 그렇지 않으면 단계 S12로 되돌아가 플라즈마 처리가 속행된다.
시료가 반출된 후에 단계 S17에 있어서, 클리닝 플래그의 값의 체크가 실행된다. 이것이 값 1을 채용하면 단계 S17에 관하여 「YES」로 되어, 단계 S18로 진행하여 클리닝이 실시된다. 값 0을 채용하면 단계 S17에 관해서 「NO」로 되어, 다음 시료가 반입된다.
단계 S18에 있어서, 가스(21)로서 CF4 또는 O2 가스를 각각 20/10sccm 흘려보내면서, 배기(22)에 의해서 압력을 3mTorr로 설정한다. 그리고 플라즈마를 생성하고, 석영제의 마이크로파 도입창(16c)을 에칭하고, 동시에 그 창에 퇴적한 이리듐을 제거한다. 예컨대 이 클리닝에는 5분간이 소비된다. 단계 S18이 종료되면, 다음의 시료가 반입된다.
본 실시예에 관한 어느 실험에서는 5장의 시료를 처리했을 때에 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)가 적정 범위를 벗어났다. 따라서 그 5장째의 시료를 플라즈마 처리한 후에 클리닝이 실행되었다. 클리닝 후에 다음 시료의 처리가 실행되었는데, 그 때, 클리닝 이전에는 적정 범위를 벗어나 있던 정합 위치 정보(TUNE1, TUNE2)는 적정 범위 내에 들어가 있었다.
클리닝을 위한 플라즈마를 발생시키는 가스로서는 CF4, C4F8, C6F8 등의 플로로 카본계의 가스나, SF4 등의 불소를 포함하는 가스, NF3, F2 등의 고반응성 불소 함유 가스를 이용하고, 그것에 O2, N2, CO, Ar 등의 가스를 첨가하더라도 무방하다. 상술한 예에서는 클리닝시에는 시료대(17)에는 시료가 탑재되어 있지 않으므로, 시료대(17)도 플라즈마에 의해 클리닝된다. 그러나 시료대(17)를 클리닝을 위한 플라즈마로부터 보호할 필요가 있으면, 시료대(17)를 보호하기 위해서 시료 대신에 탑재되는 더미(dummy)로서의 웨이퍼를 반입/반출하는 단계가 각각 단계 S18의 직전/직후에 삽입되면 좋다.
또한, 플라즈마의 형태를 반영하는 정보로서 반사 마이크로파의 전력을 채용해도 무방하다. 이것은 도파관(15)에 반사 마이크로파 전력 측정기를 설치함으로써 검출할 수 있다. 정상인 상태, 즉 도전성 물질이 마이크로파 도입창(16c)에 퇴적하고 있지 않은 상태에서 반사되는 마이크로파의 전력의 상한값(H3)을 사전에 설정해 두고, 시료의 플라즈마 처리중인 반사 마이크로파의 전력과 비교한다. 도 15에 의거하여 말하면, 단계 S12에서의 처리를 「반사 마이크로파의 전력(Pr)을 측정하면서, 플라즈마 처리를 실행한다」로 대체하고, 단계 S13에서의 처리를 「Pr≤H3?」으로 대체하면 좋다.
또한, 마이크로파 도입창(16c)에 부착되는 도전성 물질의 양을 반영하는 정보로서, 시료의 처리 매수를 이용할 수도 있다. 각 처리마다 어느 정도의 양의 도전성 물질이 마이크로파 도입창(16c)에 부착되고, 처리 매수가 증가함에 따라서 그 양도 증가하기 때문이다. 따라서 안정적으로 처리할 수 있는 시료의 매수를 사전에 설정해 두고, 그 매수만큼을 처리할 때마다 클리닝에 의해서 마이크로파 도입창(16c)에 퇴적한 도전성 물질을 제거하여, 안정적인 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.
도 16은 시료의 처리 매수에 의해서 클리닝의 실행 여부를 결정하는 플라즈마 처리를 도시하는 플로우차트이다. 우선 단계 S21에 있어서 처리 매수(C)를 0으로 설정한다. 예컨대 도 13에는 도시되지 않지만, 시료(3)를 반입하는 기구에 처리 매수를 계산하는 처리 매수 카운터를 설치하고, 이것에 의해서 처리 매수(C)를 구할 수 있다. 그리고 단계 S21에 있어서 이 처리 매수 카운터를 리셋함으로써, 처리 매수(C)를 0으로 설정한다.
다음에 단계 S22로 진행하여, 시료를 반입하여 플라즈마 처리를 실행한다. 그리고 플라즈마 처리가 종료하면, 단계 S23으로 진행하여, 처리 매수 카운터가 처리 매수(C)를 1 증가시키는 카운트를 실행한다. 그리고 단계 S24에 있어서, 처리 매수(C)가 매수(D)를 넘는가 아닌가가 판단된다. 이 매수(D)는 안정적인 플라즈마 처리를 실행할 수 있는 처리 매수의 상한으로서 사전에 설정된다.
그리고 단계 S24에 관해서 「NO」이면, 클리닝을 실행하지 않더라도 다음 시료로 플라즈마 처리를 안정적으로 실행할 수 있으므로, 단계 S25로 진행하고, 클리닝 플래그로 0이 설정된다. 한편, 단계 S24에 관하여 「YES」이면, 클리닝을 실행하지 않으면, 다음 시료에 플라즈마 처리를 안정적으로 실행할 수 없으므로, 단계 S26으로 진행하여 클리닝 플래그에 1이 설정된다.
단계 S25, S26의 어느 하나가 실행된 후에도 단계 S27로 진행하고, 단계 S22에 있어서 플라즈마 처리가 된 시료가 반출된다. 다음에 단계 S28로 진행하여 클리닝 플래그가 1인가 아닌가가 판단된다. 클리닝 플래그가 0이면 단계 S28에 관하여 「NO」가 되어 단계 S22로 되돌아가, 클리닝이 실시되지 않는 채로, 다음 시료를 반입하여 플라즈마 처리가 실행된다.
한편, 단계 S28에 있어서 클리닝 플래그가 1이면 단계 S28에 관하여 「YES」가 되어, 단계 S29로 진행하여 클리닝이 실시된다. 그리고 클리닝이 실시되면 마이크로파 도입창(16c)에 퇴적한 도전성 물질은 제거되므로, 단계 S29에서는 단계 S21로 되돌아가 처리 매수 카운터를 리셋한다.
그 외, 클리닝의 실행 여부를 판정하기 위한 지표로서는 합계 처리 시간, 반사 고주파 전력 등을 채용할 수도 있다. 즉, 플라즈마 처리를 실행하여, 마이크로파 도입창(16c)에 도전성 물질이 부착되고, 챔버(11)로 들어가는 마이크로파의 양이 변화하여 일어나는 플라즈마의 변화에 의해서, 변화되는 소정의 정보를 지표로 할 수 있고, 이것이 소정의 조건을 만족하는가 아닌가에 의해서 클리닝을 실행하는가 아닌가를 결정하면 좋다.
또한, 플라즈마 생성 직후의 불안정 시간에 있어서는 상기 판정을 실행하지 않는 등, 불감 시간(dead time)을 마련해도 무방하고, 예컨대 매초 1회의 지표의 측정을 실행하여, 연속하여 3회 적정 범위로부터 벗어난 경우에 클리닝을 실시하는 등, 보다 정확하게 클리닝이 실행될 수 있도록 판정 조건 및 판정 방법을 설정하더라도 무방하다.
또한, 본 실시예에서는 클리닝시에 시료(3)를 챔버(11)로부터 반출하고 있으므로, 시료(3)에 손상을 줄 우려가 있는 플라즈마를 생성하는 가스(21)를 도입할 수 있다. 상기의 설명에서는 실리콘산화물로 이루어지는 기판(31c)에 손상을 줄 우려가 있는 플라즈마를 생성하는 가스로서, 불소를 갖는 것을 예시했다. 그러나, 마이크로파 도입창(16c)을 클리닝하기 위한 플라즈마를 생성하는 가스로서는 다른 가스를 채용할 수 있다. 즉, 반드시 마이크로파 도입창(16c)을 석영제로 할 필요는 없고, 퇴적물 또는 마이크로파 도입창(16c)을 에칭할 수 있는 플라즈마를 생성하는 가스를 적절히 선택함으로써, 마이크로파 도입창(16c)의 재질의 자유도가 제 1 내지 제 3 실시예와 비교하여 높다고 하는 장점이 있다.
또한 제 1 내지 제 3 실시예와 같이 에칭에 불소를 포함하는 가스를 사용한 경우라도, 완전히 마이크로파 도입창이 클리닝되지 않아, 서서히 도전성 물질이 퇴적해 가는 것 같은 사태도 고려된다. 이러한 사태를 피하기 위해서, 본 실시예의 방법을 병용할 수도 있다. 그 경우, 더욱 장기간 안정적으로 플라즈마 처리를 실행할 수 있고, 챔버(11)를 개방하여 실행할 필요가 있는 타입의 클리닝의 빈도를 감소시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시예는 어디까지나 예시에 불과한 것으로, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해서 도시되고, 청구 범위와 균등한 범위 내에서의 모든 변경이 의도되는 것이다.
본 발명에 따른 구조를 갖는 플라즈마 처리 장치에 의하면, 시료의 재질을 손상시키지 않은 채 클리닝을 실행할 수 있고 플라즈마에 노출되는 부분에 도전성 물질이 많이 부착하는 것을 방지할 수 있으므로, 부착물이 플라즈마 생성을 방해하지 못하게 할 수 있으며, 따라서 안정적인 플라즈마 처리를 실행할 수 있다.

Claims (19)

  1. 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버 내에 마이크로파 도입 기구를 거쳐서 마이크로파를 도입하는 단계와,
    가스 도입구를 통해 할로겐 원소와 비할로겐 원소로 이루어진 가스를 도입하는 단계로서, 상기 할로겐 원소는 불소로만 이루어지고 상기 가스 도입구를 통해 도입된 모든 다른 가스는 불소 이외의 할로겐 원소를 포함하지 않는, 상기 가스 도입 단계를 포함하며,
    상기 마이크로파와 가스는 상기 도전층을 플라즈마에 의해 처리하도록 도입되고,
    상기 마이크로파 도입 기구의 적어도 일부가 석영을 포함하고 상기 플라즈마에 노출되며,
    상기 마이크로파 도입 기구의 석영은 상기 도전층을 플라즈마에 의해 처리하는 동안에 에칭되는
    플라즈마 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버 내에 도파관과 마이크로파 도입 기구를 거쳐서 마이크로파를 도입하는 단계로서, 상기 도파관은 상기 챔버 내로 도입된 마이크로파를 선택적으로 측정 및 제어하도록 구성된 기구를 포함하는, 상기 마이크로파 도입 단계와,
    가스 도입구를 통해 할로겐 원소와 비할로겐 원소로 이루어진 가스를 도입하는 단계로서, 상기 할로겐 원소는 불소로만 이루어지고 상기 가스 도입구를 통해 도입된 모든 다른 가스는 불소 이외의 할로겐 원소를 포함하지 않는, 상기 가스 도입 단계와,
    상기 도전층을 상기 마이크로파와 가스로부터의 제 1 플라즈마에 의해 처리하는 단계로서, 상기 마이크로파 도입 기구의 적어도 일부는 상기 제 1 플라즈마에 노출되는, 상기 도전층 처리 단계와,
    상기 시료를 상기 챔버로부터 배출하는 단계와,
    상기 제 1 플라즈마에 의해 상기 도전층을 처리함으로써 변화되는 소정의 정보가 소정의 조건을 만족하는 경우에, 상기 마이크로파 도입 기구의 일부를 제 2 플라즈마에 의해 클리닝하는 단계와,
    상기 마이크로파를 마이크로파 정합기를 통해 마이크로파 발생원으로부터 상기 챔버내로 도입하는 단계를 포함하며,
    상기 소정의 정보는 상기 마이크로파 정합기의 정합 위치 정보를 포함하는
    플라즈마 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정의 정보는 상기 마이크로파의 반사 전력값을 포함하는
    플라즈마 처리 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 기구의 적어도 일부는 석영을 포함하고, 상기 제 2 플라즈마는 불소를 포함하는 가스로부터 생성되는
    플라즈마 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층은 금, 금 합금, 은, 은 합금, 동, 동 합금, 백금, 백금 합금, 인듐, 인듐 합금, 갈륨, 갈륨 합금, 게르마늄, 게르마늄 합금, 비소, 비소 합금, 인 및 인 합금중 적어도 하나를 포함하는
    플라즈마 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층은 금속산화물을 포함하는
    플라즈마 처리 방법.
  11. 플라즈마에 의해서 에칭 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버와,
    상기 챔버에 할로겐 원소와 비할로겐 원소로 이루어진 가스를 도입하며, 상기 할로겐 원소는 불소만을 포함하는 가스 도입구와,
    상기 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 상기 챔버에 도입하고, 적어도 상기 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지는 마이크로파 도입 기구를 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 기구는 석영제의 마이크로파 도입창을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 석영제의 마이크로파 도입창은 통과 구멍을 갖는 도체의 상기 통과 구멍을 충전하여 설치되는
    플라즈마 처리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 기구는 마이크로파 도입창과, 상기 마이크로파 도입창을 상기 플라즈마로부터 격리하는 적어도 상기 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지는 격리판을 갖는
    플라즈마 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입창은 통과 구멍을 갖는 도체인
    플라즈마 처리 장치.
  16. 플라즈마에 의해서 에칭 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료가 탑재되고, 상기 시료에 고주파 전력이 인가 가능한 시료대와,
    상기 시료에 접촉하지 않고 상기 시료대의 주위를 피복하고, 적어도 상기 플라즈마에 노출되는 부분이 석영으로 이루어지는 시료대 커버와,
    상기 시료대 및 상기 시료대 커버를 저장할 수 있는 챔버와,
    상기 챔버에 불소를 포함하는 가스를 도입하는 가스 도입구와,
    상기 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 상기 챔버에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 포함하는
    플라즈마 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 시료대 커버의 상단부는 상기 시료대의 상기 시료를 탑재하는 위치보다 아래쪽으로 후퇴하고 있는
    플라즈마 처리 장치.
  18. 플라즈마에 의해서 에칭 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버와,
    상기 챔버에 가스를 도입하는 가스 도입구와,
    상기 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 상기 챔버에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 포함하고,
    상기 마이크로파 도입 기구는,
    마이크로파를 전파시키는 도파관과,
    상기 도파관과 상기 챔버 사이에 개재하는 마이크로파 투과성을 갖는 마이크로파 도입창과,
    상기 마이크로파의 반사량을 검출하는 반사량 검출 수단을 갖고,
    상기 챔버 내에서는 상기 마이크로파의 반사량이 소정량을 넘으면 상기 마이크로파 도입창의 상기 플라즈마에 노출되는 부분을 클리닝하기 위한 플라즈마가 생성되는
    플라즈마 처리 장치.
  19. 플라즈마에 의해서 처리되는 대상이 되는 도전층을 갖는 시료를 저장할 수 있는 챔버와,
    상기 챔버에 가스를 도입하는 가스 도입구와,
    상기 가스로부터 상기 플라즈마를 생성하는 마이크로파를 상기 챔버에 도입하는 마이크로파 도입 기구를 포함하고,
    상기 마이크로파 도입 기구는,
    마이크로파를 전파시키는 도파관과,
    상기 도파관과 상기 챔버 사이에 개재하는 마이크로파 투과성을 갖는 마이크로파 도입창과,
    마이크로파가 전파하는 부분에 삽입되는 부재의 위치 또는 양이 제어되고 상기 마이크로파의 상기 플라즈마에 대한 정합을 채용하는 마이크로파 정합기를 구비하고,
    상기 챔버 내에서는 상기 마이크로파 정합기의 상기 마이크로파가 전파하는 부분에 삽입되는 부재의 위치 또는 양이 소정의 범위를 벗어나면 상기 마이크로파 도입창의 상기 플라즈마에 노출되는 부분을 클리닝하기 위한 플라즈마가 생성되는
    플라즈마 처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5925265A (en) * 1994-06-20 1999-07-20 Hitachi, Ltd. Microwave plasma processing method for preventing the production of etch residue

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