KR101266053B1 - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 자성막을 플라즈마 에칭하고, 자성막을 가지는 웨이퍼의 부식을 억제함과 함께 자성막이 플라즈마 에칭된 에칭 처리실 내의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있는 플라즈마 클리닝을 행하는 플라즈마 처리 방법을 제공한다.
본 발명은, 자성막을 가지는 피처리 기판을 에칭 처리실에서 플라즈마 에칭하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 염소를 함유하는 제1 가스 이외의 가스를 이용하여 자성막을 플라즈마 에칭하고, 자성막이 플라즈마 에칭된 피처리 기판을 에칭 처리실로부터 반출한 후, 에칭 처리실을 플라즈마 클리닝하고, 플라즈마 클리닝은, 염소를 함유하는 제2 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제1 플라즈마 클리닝과, 제1 플라즈마 클리닝 후에 수소를 함유하는 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제2 플라즈마 클리닝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 자성막을 가지는 피처리 기판을 에칭 처리실에서 플라즈마 에칭하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 염소를 함유하는 제1 가스 이외의 가스를 이용하여 자성막을 플라즈마 에칭하고, 자성막이 플라즈마 에칭된 피처리 기판을 에칭 처리실로부터 반출한 후, 에칭 처리실을 플라즈마 클리닝하고, 플라즈마 클리닝은, 염소를 함유하는 제2 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제1 플라즈마 클리닝과, 제1 플라즈마 클리닝 후에 수소를 함유하는 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제2 플라즈마 클리닝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 플라즈마 처리장치를 이용한 플라즈마 처리 방법에 관한 것으로, 특히 자성막을 플라즈마 에칭하는 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
최근의 정보량의 증가에 따라, 전자기기는 저소비 전력이고, 메모리는 고속 동작임과 함께 불휘발인 것이 요망되고 있다. 현재 사용되고 있는 메모리로서는 전하의 축적을 이용한 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 플래시 메모리 등을 들 수 있다. DRAM은 컴퓨터의 메인 메모리로서 사용되고 있는데, 전원을 끄면 기억을 잃는 휘발성 메모리이다. 또, 동작 중에도 데이터를 유지하기 위해 일정 시간 간격으로 재기록이 필요하여 소비 전력이 크다. 한편, 플래시 메모리는 불휘발성 메모리인데, 정보의 기록 시간이 μ초 오더로 느리다. 이러한 결점 없이, 저소비 전력이면서 고속으로 동작하는 불휘발성 메모리로서 MRAM(Magnetic Random Access Memory)의 적응이 기대되고 있다.
MRAM은 자화의 방향에 따른 저항값의 변화를 이용한 메모리로서, 그 제조에 있어서는 리소그래피에 의해 생성된 마스크를 이용하고, 기판상에 형성된 Fe, Co, Ni 등의 원소를 포함하는 자성막을 드라이 에칭에 의해 미세 가공하는 기술이 필요하다.
자성막의 드라이 에칭의 방법으로서는, 이온빔 에칭을 이용하는 방법과 플라즈마 에칭을 이용하는 방법이 있는데, 특히 플라즈마 에칭은 반도체 소자의 제조에서 널리 사용되고 있고, 대구경 기판을 균일하게 플라즈마 에칭할 수 있는 점에서 양산성이 우수하다.
플라즈마 에칭을 이용한 자성막의 에칭법으로서는, Cl2 가스를 플라즈마화한 Cl2 플라즈마에 의한 자성막의 염화물의 생성을 이용하는 방법과, CO 가스와 NH3 가스의 혼합 가스나 CH3OH 가스와 같은 CO를 함유하는 가스를 플라즈마화한 CO 함유 플라즈마에 의한 자성막의 금속 카르보닐의 생성을 이용하는 방법이 있다.
한편, 플라즈마 클리닝 방법은, 특허 문헌 1에는, 알루미늄(Al)과 질화 티탄(TiN)의 적층막을 에칭 처리한 후에, 3염화 붕소(BCl3) 가스와 염소(Cl2) 가스의 혼합 가스 또는 3염화 붕소(BCl3) 가스와 염화 수소(HCl) 가스의 혼합 가스를 클리닝 가스로서 사용함으로써, 챔버 내의 퇴적물을 감소시켜, 이물질의 발생을 방지하는 클리닝 방법이 개시되어 있다.
또, 특허 문헌 2에는, 불화 디켄톤 가스를 이용하여, 플라즈마 처리실 내면에 부착된 철(Fe), 구리(Cu) 등의 금속을 플라즈마 클리닝에 의해 제거하고, 그 후, 산소(O2)계 플라즈마 클리닝에 의해 플라즈마 처리실 내면에 부착된 유기물을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 개시된 플라즈마 클리닝 방법에서는, 클리닝 처리 후에 에칭 처리실 내에 염소가 잔류하기 때문에, 계속 자성막을 에칭하면, 에칭 처리실 내에 잔류한 염소 성분이 피에칭 재료인 자성막에 들어가, 자기 특성을 열화시키는 문제가 생긴다. 또, 에칭 처리실 내에 잔류하고 있던 염소가 자성막을 가지는 웨이퍼에 체류한 상태에서, 에칭 처리 후에 대기에 노출되면, 자성막을 가지는 웨이퍼 표면에서는 자성막을 가지는 웨이퍼에 체류한 염소와 대기 중의 수분이 반응하여 염산이 생성되어, 자성막을 가지는 웨이퍼 표면이 부식되는 문제가 생긴다.
또, 특허 문헌 2에 개시된 플라즈마 클리닝 방법에서는, 클리닝 가스에 불소(F)를 포함하고 있기 때문에, 에칭 처리실 내벽의 모재인 알루미늄(Al) 또는, 에칭 처리실 내벽의 보호막인 알루미늄 알루마이트와 불소(F)가 반응하여 휘발성이 낮은 불화 알루미늄이 생성되고, 이것들이 에칭 처리실 내에 퇴적되며, 이 불화 알루미늄의 퇴적에 의한 이물질이 발생하는 문제가 생긴다.
이 때문에, 본 발명은, 자성막을 플라즈마 에칭하고, 자성막을 가지는 웨이퍼의 부식을 억제함과 함께 자성막이 플라즈마 에칭된 에칭 처리실 내의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있는 플라즈마 클리닝을 행하는 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 자성막을 가지는 피처리 기판을 에칭 처리실에서 플라즈마 에칭하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 염소를 함유하는 제1 가스 이외의 가스를 이용하여 상기 자성막을 플라즈마 에칭하고, 상기 자성막이 플라즈마 에칭된 피처리 기판을 상기 에칭 처리실로부터 반출한 후, 상기 에칭 처리실을 플라즈마 클리닝하고, 상기 플라즈마 클리닝은, 염소를 함유하는 제2 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제1 플라즈마 클리닝과, 상기 제1 플라즈마 클리닝 후에 수소를 함유하는 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제2 플라즈마 클리닝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은, 패러데이 실드를 구비하는 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 자성막을 가지는 피처리 기판을 에칭 처리실에서 플라즈마 에칭하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 염소를 함유하는 제1 가스 이외의 가스를 이용하여 상기 자성막을 플라즈마 에칭하고, 상기 자성막이 플라즈마 에칭된 피처리 기판을 상기 에칭 처리실로부터 반출한 후, 상기 에칭 처리실을 플라즈마 클리닝하고, 상기 플라즈마 클리닝은, 염소를 함유하는 제2 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제1 플라즈마 클리닝과, 상기 제1 플라즈마 클리닝 후에 수소를 함유하는 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제2 플라즈마 클리닝을 구비하고, 상기 제2 플라즈마 클리닝은, 상기 제1 플라즈마 클리닝시에 상기 패러데이 실드에 인가한 전압보다 낮은 전압을 상기 패러데이 실드에 인가하면서 플라즈마 클리닝하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은, 염소를 함유하는 제1 가스를 포함하지 않는 처리 가스에 의해 자성막 재료의 피처리 기판을 에칭하는 제1 공정과, 피처리 기판을 반출하는 제2 공정과, 에칭 처리실 내에 염소를 함유하는 제2 가스에 의한 플라즈마를 생성하는 제3 공정과, 에칭 처리실 내에 수소를 함유하는 가스에 의한 플라즈마를 생성하는 제4 공정을 가지고, 상기 제1 공정으로부터 상기 제4 공정까지의 각 공정을 순차로 행하거나, 또는, 상기 제1 공정과 상기 제2 공정을 반복한 후, 상기 제3 공정과 상기 제4 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 자성막 재료의 에칭 처리 방법이다.
본 발명의 상기의 구성에 의해, 자성막을 플라즈마 에칭할 수 있고, 자성막을 가지는 웨이퍼의 부식을 억제함과 함께 자성막이 플라즈마 에칭된 에칭 처리실 내의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있는 플라즈마 클리닝을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련되는 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 사용한 웨이퍼(12)의 막의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 플라즈마 처리 플로우도이다.
도 4는 자성막의 플라즈마 에칭 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 플라즈마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 제2 플라즈마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명과 관련되는 플라즈마 처리 플로우도이다.
도 8은 제3 플라즈마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 사용한 웨이퍼(12)의 막의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 플라즈마 처리 플로우도이다.
도 4는 자성막의 플라즈마 에칭 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 플라즈마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 제2 플라즈마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명과 관련되는 플라즈마 처리 플로우도이다.
도 8은 제3 플라즈마 클리닝 중의 에칭 처리실 내의 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명은, 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 자성막을 염소를 함유하는 가스 이외를 이용하여 플라즈마 에칭하고, 자성막의 플라즈마 에칭이 완료된 웨이퍼를 에칭 처리실로부터 반출한 후, 상기 에칭 처리실 안을 플라즈마 클리닝하는 플라즈마 처리 방법이고, 본 발명을 구성하는 플라즈마 클리닝은, 염소 가스를 이용한 플라즈마에 의해 자성막을 포함한 퇴적물을 제거하는 공정과, 수소를 함유하는 가스를 이용한 플라즈마에 의해 상기 에칭 처리실에 잔류하고 있는 염소를 제거하는 공정을 가진다.
이하에, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
가장 먼저, 본 발명을 적용하는 플라즈마 에칭 장치에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
에칭 처리실은, 플라스마 생성부를 형성하는 석영(SiO2) 혹은 세라믹(Al2O3)의 비도전성 재료로 이루어지는 방전부(2)와, 피처리 기판인 웨이퍼(12)가 재치(載置)되고, 고주파 바이어스 전력이 공급되는 전극(6)이 배치된 플라즈마 처리부(3)로 구성된다. 또, 플라즈마 처리부(3)는, 접지되어 있고, 전극(6)은, 절연재를 거쳐 플라즈마 처리부(3)에 배치되어 있다. 방전부(2)의 외측에는, 제1 유도 안테나(1a)와 제2 유도 안테나(1b)로 이루어지는 유도 안테나(1)와, 유도 안테나(1)와 방전부(2) 사이에 배치되고, 용량 결합 안테나인 패러데이 실드(9)와, 정합기(4)를 거쳐서 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 유도 안테나(1)에 공급하는 제1 고주파 전원(10)이 설치되어 있다.
본 플라즈마 에칭 장치는, 패러데이 실드(9)에 정합기(4)를 거쳐서 제1 고주파 전원(10)으로부터 고주파 전압을 인가함으로써, 방전부(2)에 대한 반응 생성물의 부착 억제 및 제거가 가능하다.
에칭 처리실 내부에는, 가스 공급 장치(5)로부터 처리 가스가 공급되는 한편, 배기 장치(8)에 의해 소정의 압력으로 감압 배기된다.
가스 공급 장치(5)에 의해 에칭 처리실 내부에 처리 가스를 공급하고, 당해 처리 가스를 유도 안테나(1)에 의해 발생한 유도 자장의 작용에 의해 에칭 처리실 내에 플라즈마(7)를 생성한다. 또, 플라즈마(7) 중의 이온을 웨이퍼(2)에 끌어들이기 위하여, 전극(6)에 제2 고주파 전원(11)에 의해 고주파 바이어스 전압을 인가한다.
다음으로, 본 발명에 사용한 웨이퍼(12)의 막의 구조를 도 2에 나타낸다. 실리콘 기판(13) 상에 니켈 철(NiFe)인 자성막(14)이 성막되어 있다. 또, 자성막(14) 상에 마스크로서 탄탈(Ta)막(15)이 패턴 형성되어 있다.
또한, 자성막으로서 본 실시예에서는, 니켈 철(NiFe)을 사용하였는데, 이것에 한정되는 것은 아니고, 철(Fe), 코발트 철(CoFe), 니켈 철 코발트(NiFeCo) 등이어도 된다. 즉, 적어도, 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 중 하나를 함유하는 재료이면 된다.
또, 본 실시예에서는, 마스크로서, 탄탈(Ta)을 사용하였으나, 본 발명은 탄탈(Ta)에 한정되지 않고, 탄탈(Ta) 이외의 하드 마스크, 레지스트 마스크 또는, 레지스트 마스크와 하드 마스크가 적층된 마스크이어도 된다.
다음으로, 본 발명의 플라즈마 처리 방법을 도 3에 나타내는 플라즈마 처리 플로우를 이용하여 설명한다.
가장 먼저, 도 2에 나타내는 바와 같은 웨이퍼(12)를 반송 장치(도시 생략)에 의해 에칭 처리실 내의 전극(6)에 재치한다(S1).
다음으로, 웨이퍼(12)의 자성막(14)을 탄탈(Ta)막(15)을 마스크로 하여, 표 1과 같이 CO 가스의 가스 유량을 60ml/min, 처리 압력을 0.3Pa, 플라즈마 생성용 고주파 전력을 1200W, 전극(6)에 공급하는 고주파 바이어스 전력을 500W, 패러데이 실드(9)에 인가하는 고주파 전압(이하 FSV라고 칭한다)을 100V로 하는 플라즈마 에칭 조건으로 플라즈마 에칭을 행한다(S2). 여기서, 본 실시예에서는, 자성막(14)의 에칭용 가스를 CO 가스로 하였으나, CO 가스와 NH3 가스의 혼합 가스, CO2 가스, CH3OH 가스, C2H5OH 가스, C3H7OH 가스, CH3COCH3 가스이어도 된다. 즉, 본 발명으로서는, 염소를 함유하는 가스 이외의 가스이면 된다.
다음으로, 자성막(14)의 플라즈마 에칭이 완료된 웨이퍼(12)를 반송 장치(도시 생략)에 의해 에칭 처리실로부터 반출하고, 더미 웨이퍼를 에칭 처리실 내의 전극(6)에 재치한다(S3). 단, 본 발명에서는, 자성막(14)의 플라즈마 에칭이 완료된 웨이퍼(12)를 에칭 처리실로부터 반출하는 것은 필수적이지만, 더미 웨이퍼를 에칭 처리실 내에 반입하는 것은, 반드시 필수는 아니다.
다음으로, 표 2와 같이 Cl2 가스의 가스 유량을 100ml/min, 처리 압력을 1.0Pa, 플라즈마 생성용 고주파 전력을 1800W, 전극(6)에 공급하는 고주파 바이어스 전력을 100W, FSV를 600V로 하는 제1 플라즈마 클리닝 조건으로 에칭 처리실 내에 퇴적된 니켈, 철을 포함하는 퇴적물을 플라즈마 클리닝한다(S4).
제1 플라즈마 클리닝에 의해, 에칭 처리실 내에 퇴적된 니켈, 철, 탄탈을 포함하는 퇴적물을 제거할 수 있는 이유는 이하와 같다.
자성막(14)의 플라즈마 에칭 중에는, 피에칭 재료인 자성막(14)의 니켈(Ni), 철(Fe)이 CO 가스의 여기 활성종과 반응함으로써, 증기압이 높은 금속 카르보닐의 Ni(CO)x나 Fe(CO)x가 생성된다. 또, 높은 이온 입사 에너지에 의해 니켈(Ni), 철(Fe)과 마스크 재료인 탄탈(Ta)도 단체(單體)로 튀어오른다. 이 때문에, 도 4에 나타내는 바와 같이 세라믹(Al2O3)제의 방전부(2)의 내벽 및, 그 주변에는, 니켈, 철, 탄탈을 포함하는 퇴적물이 부착된다.
이 부착된 퇴적물이 많아지면, 에칭 처리실의 내벽으로부터 벗겨져 떨어져서 이물질이 된다. 또, 방전부(2)의 내벽에 퇴적물이 많이 부착되면 플라즈마 상태에 변화를 초래하고, 에칭 속도나 균일성, 에칭 형상 등의 에칭 성능에 시간 경과에 따른 변화를 일으킨다. 그 때문에, 안정적인 에칭 성능을 얻기 위해서는, 이 퇴적물을 제거할 필요가 있다.
이 퇴적물을 제거하기 위하여, 염소 가스를 이용한 플라즈마에 의해, 에칭 처리실 안을 플라즈마 클리닝하면, 도 5에 나타내는 바와 같이 에칭 처리실의 내벽에 부착된 니켈(Ni), 철(Fe), 탄탈(Ta)을 포함하는 퇴적물은, 염소(Cl2) 라디칼과 반응하여 염화물이 되어, 제거된다.
또, 상기의 퇴적물은, 피에칭 재료인 자성막(14)으로 구성되어 있기 때문에, 제1 플라즈마 클리닝으로서는, 자성막(14)의 플라즈마 에칭에 사용한 일산화탄소(CO) 가스에 의한 플라즈마를 이용해도 에칭 처리실 내의 퇴적물 제거는 가능하다.
그러나, 염소 함유 가스 이외의 가스에 의한 자성 재료의 플라즈마 에칭의 속도는 매우 느리기 때문에, 단시간에서의 효율적인 반응 생성물의 제거는 곤란하다. 예를 들면, 염소 가스와 일산화탄소 가스에서의 자성막의 플라즈마 에칭 속도를 비교하면, 표 3에 나타내는 바와 같이 일산화탄소 가스는 염소 가스에 비해 자성막의 플라즈마 에칭 속도가 매우 느리다. 이 특성은, 이하의 이유에 의한다. 철 또는 니켈의 염화물(FeClx, NiClx)의 증기압은 매우 높아 휘발하기 쉽다. 한편, 금속 카르보닐의 증기압은 높아 휘발하기 쉬우나, 탄소계의 에칭 저해물이 동시에 생성되기 때문에, 자성막의 에칭 속도가 느려진다.
이러한 이유에서, 본 발명의 제1 플라즈마 클리닝으로서, 염소 가스를 이용한 플라즈마를 이용하는 것으로 하였다.
또, 본 실시예에서의 제1 플라즈마 클리닝용 가스로서, 염소(Cl2) 가스를 이용하였으나, 3염화 붕소(BCl3) 가스, 염소(Cl2) 가스와 3염화 붕소(BCl3) 가스의 혼합 가스에서도 본 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 제1 플라즈마 클리닝용 가스로서는, 염소를 함유하는 가스를 이용하면 된다.
다음으로, 제1 플라즈마 클리닝이 완료된 후, 다음의 웨이퍼(12)의 자성막(14)을 제1 플라즈마 클리닝 후의 에칭 처리실에서 플라즈마 에칭하면, 예를 들면, 방전부(2)의 재료에 포함되는 알루미늄(Al)과 제1 플라즈마 클리닝 후에 에칭 처리실 내에 잔류한 염소가 반응하여 생성된 알루미늄의 염화물(AlxClx) 또는, 에칭 처리실 내에 잔류한 미량의 염소가 에칭 처리실의 내벽에 부착되어 있기 때문에, 염소 성분이 피에칭 재료인 자성막으로 들어가, 웨이퍼(12)로부터 제조되는 반도체 소자의 자기 특성을 열화시킨다. 또, 자성막(14)의 플라즈마 에칭이 완료된 웨이퍼(12) 상에 상기의 염소 성분이 잔류한 상태에서 대기에 노출하면, 상기 웨이퍼(12) 표면에 대기 중의 수분과 잔류 염소 성분이 반응하여 염산이 생성되어서 상기 웨이퍼(12)가 부식된다.
이 때문에, 본 발명에서는, 제1 플라즈마 클리닝 완료 후에, 제1 플라즈마 클리닝에 의한 에칭 처리실 내에 잔류한 염소를 제거하기 위하여, 표 4와 같이 CH3OH 가스의 가스 유량을 100ml/min, 처리 압력을 1.0Pa, 플라즈마 생성용 고주파 전력을 1800W, 전극(6)에 공급하는 고주파 바이어스 전력을 100W, FSV를 100V로 하는 제2 플라즈마 클리닝 조건으로 에칭 처리실 안을 플라즈마 클리닝한다(S5).
제2 플라즈마 클리닝을 제1 플라즈마 클리닝이 실시된 에칭 처리실에 실시하면, 도 6에 나타내는 바와 같이 메탄올(CH3OH) 가스 플라즈마로부터 발생한 수소 성분과 제1 플라즈마 클리닝이 실시된 에칭 처리실의 내부에 잔류하는 염소를 반응시켜서 휘발하기 쉬운 염화 수소(HCl)를 생성시킴으로써 제1 플라즈마 클리닝이 실시된 에칭 처리실의 내부에 잔류한 염소 성분을 제거할 수 있다.
또, 제2 플라즈마 클리닝에서의 FSV는, 제1 플라즈마 클리닝시의 FSV보다 낮기 때문에, 방전부(2)의 내벽뿐만 아니라, 더욱 광범위하게 플라즈마를 형성할 수 있다. 이 때문에, 에칭 처리실 내 전역에 잔류한 염소 성분의 제거가 가능해진다.
또, 본 실시예에서는, 제2 플라즈마 클리닝용 가스로서, 메탄올(CH3OH)을 사용하였으나, 수소(H2), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 에탄올(C2H5OH), 프로판올(C3H7OH), 아세톤(CH3COCH3), 암모니아(NH3), 물(H2O)에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 바꿔 말하면, 제2 플라즈마 클리닝용 가스로서는, 수소를 함유하는 가스를 이용하면 된다.
다음으로, 제2 플라즈마 클리닝 후에는, 전극(6)에 재치된 더미 웨이퍼를 반송 장치(도시 생략)에 의해 에칭 처리실로부터 반출하고, 다음의 웨이퍼(12)를 반송 장치(도시 생략)에 의해 에칭 처리실 내의 전극(6)에 재치한다(S6).
다음으로, 전극(6)에 탑재된 웨이퍼(12)의 자성막을 표 1에 나타내는 조건으로 플라즈마 에칭한다(S2).
이후, 소정 장수의 웨이퍼(12)의 자성막(14)의 플라즈마 에칭이 완료될 때까지, 상기 서술한 플로우를 반복한다.
이상, 상기 서술한 본 실시예에 의해, 염소를 함유하는 가스 이외의 가스를 이용한 자성막의 플라즈마 에칭에 있어서, 자성막의 플라즈마 에칭이 행하여진 웨이퍼로부터 제조되는 반도체 소자의 자기 특성을 열화시키지 않고, 자성막의 플라즈마 에칭에 의해 발생한 반응 생성물에 기인한 에칭 처리실 내벽의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있음과 함께 자성막의 플라즈마 에칭이 완료된 웨이퍼의 부식을 방지할 수 있다. 또, 이물질의 발생을 억제하여, 플라즈마 에칭 성능의 시간 경과에 따른 변화를 억제할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 1에서 설명한 본 발명의 플라즈마 처리 방법에서는, 자성막의 플라즈마 에칭 중에 탄소계의 퇴적물이 많이 발생하면, S4 단계의 제1 플라즈마 클리닝의 부담이 커져서, 제1 플라즈마 클리닝의 처리 시간이 증가된다. 이것은, 제1 플라즈마 클리닝용 가스로서, 염소를 함유하는 가스를 이용하고 있기 때문에, 탄소계의 퇴적물의 제거 속도는 그다지 빠르지 않다.
이 때문에, 본 실시예에서는, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있고, 또한 자성막의 플라즈마 에칭 후의 에칭 처리실 내에 퇴적된 탄소계의 퇴적물이 많은 경우에도, 제1 플라즈마 클리닝의 처리 시간을 증가시키지 않고, 탄소계의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있는 플라즈마 처리 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예의 본 발명은, 도 7에 나타내는 바와 같이, S3의 단계 후에 행하여지는 제3 플라즈마 클리닝을 에칭 처리실에 행하는(S7)만큼 실시예 1과는 다르다. 또, 도 7에 나타내는 S1에서 S6의 각 단계는, 실시예 1에서의 S1에서 S6의 각 단계와 동일한 처리를 행하기 때문에, 본 실시예에서는 S1에서 S6의 각 단계의 설명을 생략한다. 또, 본 실시예의 플라즈마 처리에 있어서 이용하는 플라즈마 에칭 장치와 웨이퍼(12)는, 실시예 1과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
본 발명의 플라즈마 처리 방법은, S1에서 S3까지의 각 단계를 실시한 후, 자성막(14)의 플라즈마 에칭시에 에칭 처리실에 퇴적된 탄소계의 퇴적물을 제거하기 위하여, 표 5와 같이 O2 가스의 가스 유량을 100ml/min, 처리 압력을 1.0Pa, 플라즈마 생성용 고주파 전력을 1800W, 전극(6)에 공급하는 고주파 바이어스 전력을 100W, FSV를 600V로 하는 제3 플라즈마 클리닝 조건으로 에칭 처리실 안을 플라즈마 클리닝한다(S7).
에칭 처리실에 제3 플라즈마 클리닝을 실시하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 산소(O2) 가스 플라즈마로부터 발생한 산소 라디칼이 탄소계의 퇴적물과 반응하고, 일산화탄소(CO)나 이산화탄소(CO2) 등의 휘발하기 쉬운 화합물을 생성시킴으로써, 탄소계의 퇴적물을 제거할 수 있다.
다음으로, 제3 플라즈마 클리닝을 실시한 후에는, S4에서 S6의 각 단계를 행한다. 그리고, 소정 장수의 웨이퍼(12)의 자성막(14)의 플라즈마 에칭이 완료될 때까지, S2, S3, S7, S4, S5, S6의 순서로 각 단계를 반복한다.
이상, 상기 서술한 본 실시예에 의해, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 또한 자성막의 플라즈마 에칭 후의 에칭 처리실 내에 퇴적된 탄소계의 퇴적물이 많은 경우에도, 제1 플라즈마 클리닝의 처리 시간을 증가시키지 않고, 탄소계의 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있다.
실시예 1 및 실시예 2에서는, 플라즈마 에칭 장치로서는, 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치의 예로 설명하였으나, 본 발명은, 이것에 한정되는 것이 아니고, 마이크로파 플라즈마 에칭 장치, 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치, 헬리콘형 플라즈마 에칭 장치 등에서도 적용할 수 있다.
1 : 유도 안테나 1a : 제1 유도 안테나
1b : 제2 유도 안테나 2 : 방전부
3 : 플라즈마 처리부 4 : 정합기
5 : 가스 공급 장치 6 : 전극
7 : 플라즈마 8 : 배기 장치
9 : 패러데이 실드 10 : 제1 고주파 전원
11 : 제2 고주파 전원 12 : 웨이퍼
13 : 실리콘 기판 14 : 자성막
15 : 탄탈(Ta)막
1b : 제2 유도 안테나 2 : 방전부
3 : 플라즈마 처리부 4 : 정합기
5 : 가스 공급 장치 6 : 전극
7 : 플라즈마 8 : 배기 장치
9 : 패러데이 실드 10 : 제1 고주파 전원
11 : 제2 고주파 전원 12 : 웨이퍼
13 : 실리콘 기판 14 : 자성막
15 : 탄탈(Ta)막
Claims (8)
- 염소를 함유하는 제1 가스를 포함하지 않는 처리 가스에 의해 자성막 재료의 피처리 기판을 에칭하는 제1 공정과,
피처리 기판을 반출하는 제2 공정과,
에칭 처리실 내에 염소를 함유하는 제2 가스에 의한 플라즈마를 생성하는 제3 공정과,
에칭 처리실 내에 수소를 함유하는 가스에 의한 플라즈마를 생성하는 제4 공정을 가지고, 상기 제1 공정으로부터 상기 제4 공정까지의 각 공정을 순차로 행하거나, 또는, 상기 제1 공정과 상기 제2 공정을 반복한 후, 상기 제3 공정과 상기 제4 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 패러데이 실드를 구비하는 유도 결합형 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 자성막을 가지는 피처리 기판을 에칭 처리실에서 플라즈마 에칭하는 플라즈마 처리 방법에 있어서, 염소를 함유하는 제1 가스 이외의 가스를 이용하여 상기 자성막을 플라즈마 에칭하고,
상기 자성막이 플라즈마 에칭된 피처리 기판을 상기 에칭 처리실로부터 반출한 후, 상기 에칭 처리실을 플라즈마 클리닝하고,
상기 플라즈마 클리닝은, 염소를 함유하는 제2 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제1 플라즈마 클리닝과, 상기 제1 플라즈마 클리닝 후에 수소를 함유하는 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 제2 플라즈마 클리닝을 구비하고,
상기 제2 플라즈마 클리닝은, 상기 제1 플라즈마 클리닝시에 상기 패러데이 실드에 인가한 전압보다 낮은 전압을 상기 패러데이 실드에 인가하면서 플라즈마 클리닝하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 공정 전에 산소 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 제2항에 있어서,
상기 플라즈마 클리닝은, 상기 제1 플라즈마 클리닝 전에 산소 가스를 이용하여 플라즈마 클리닝하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 가스는, 염소 가스, 3염소 붕소 가스 또는 염소 가스와 3염화 붕소 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수소를 함유하는 가스는, 메탄올 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 자성막 재료는, 적어도, 철, 코발트, 니켈 중 하나를 함유하는 재료인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법. - 제2항에 있어서,
상기 자성막은, 적어도, 철, 코발트, 니켈 중 하나를 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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