KR101842526B1 - 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 안정성이 높은 스텝 전환을 검지할 수 있는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 복수의 스텝에 의해 시료를 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 한쪽의 스텝의 가스 공급을 정지함과 함께 불활성 가스를 공급하는 제1 공정과, 상기 제1 공정 후, 상기 제1 공정의 불활성 가스의 공급을 정지함과 함께 다른 쪽의 스텝의 가스를 공급하는 제2 공정을 갖고, 상기 시료가 플라스마 처리되는 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 한쪽의 스텝의 가스량을 상기 제1 공정에서 검지하고, 상기 처리실의 내부에 도달한 상기 다른 쪽의 스텝의 가스량을 상기 제2 공정에서 검지하고, 상기 제1 공정에서 검지된 한쪽의 스텝의 가스량 및 상기 제2 공정에서 검지된 다른 쪽의 스텝의 가스량에 의거해서 상기 한쪽의 스텝으로부터 상기 다른 쪽의 스텝으로 전환하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 플라스마 처리 방법에 관한 것이며, 특히 플라스마 처리 중에 가스를 교체하면서 미세한 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 기술의 미세화나 구조의 복잡화에 의해, 반도체 미세 가공에 있어서의 에칭 공정에서는 애스펙트비가 높은 수직 형상 가공이 요구되고 있다. 이것을 실현하기 위한 방법으로서 다양한 방법이 알려져 있지만, 그 하나로 2개 또는 3개 이상의 프로세스를 번갈아 반복해서 에칭을 진행시키는 사이클 에칭이 이용되고 있다. 예를 들면, 에칭과 보호막 형성을 번갈아 반복하면서 에칭을 진행시키는 방법이 있다.
사이클 에칭을 구성하는 각 프로세스는 가스 종류, 가스 유량, 처리실 내의 압력이나 전극 기판에의 고주파 전력 등 각각의 설정값을 갖고 있다. 각 프로세스의 가스의 효과를 보다 높이기 위해서는, 각 프로세스에서 사용할 가스의 공급 타이밍과 바이어스를 발생시키기 위한 전극 기판에 인가하는 고주파 전력을 동기시켜야 한다.
가스의 처리실에의 도입량의 제어는, 질량 유량 컨트롤러(이하, MFC라 칭함)에 원하는 유량을 흘려보내기 위한 제어 신호를 부여함으로써 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, MFC에 유량의 신호를 부여한 후 처리실에 가스가 도입되기까지는, MFC의 응답 시간, 가스 배관이나 샤워 플레이트, 처리실 내의 압력이나 가스의 흐름 등이 영향을 줘 1초 정도의 지연이 발생한다. 또한, 그 지연은 0.2∼0.3초 정도의 편차를 갖고 있다.
그 때문에, MFC에 제어 신호를 부여하고 나서 가스가 실제로 처리실에 도입되기까지의 지연을 고려해서 전극에의 고주파 전력 인가 시간의 제어를 행하지 않으면, 처리실 내에서 에칭 또는 보호막 형성을 행하는 플라스마가 생성되고 있는 타이밍과, 각각의 프로세스에 적합한 바이어스가 발생하는 타이밍에 무시할 수 없는 시간의 엇갈림이 생겨 최적인 처리가 실현되지 않게 된다.
가스의 공급 타이밍과 바이어스를 발생시키기 위한 전극 기판에 인가하는 고주파 전력을 동기시키는 방법으로서는, 에칭 가스와 보호막 형성 가스의 교체 시간을 발광 스펙트럼·질량 분석계를 이용해서 가스 농도를 검지함으로써 구하고, 고주파 전력을 동기시키는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본국 특개2013-58749
그러나 상기 종래기술에서는, 이하의 점에 대한 고려가 충분히 되어 있지 않았다.
특허문헌 1에 기재된 기술은, 처리실 내에 제1 프로세스 가스를 도입하고, 상기 가스의 발광 스펙트럼이나 가스 농도를 검지한 후, 대응하는 제1 고주파 바이어스 전력을 인가한다. 이 경우, 제1 고주파 바이어스 전력을 인가하는 시점에서 제1 프로세스 가스가 처리실 내에 충전되어 있지 않기 때문에, 최적인 제1 프로세스처리가 실시되지 않는다.
또한, 특허문헌 1에서는, 급속 교호(交互) 프로세스를 개시시킬 경우, 제2 프로세스 가스를 도입하고, 상기 가스의 발광 스펙트럼이나 가스 농도를 검지한 후, 대응하는 제2 바이어스 전력을 인가한다. 이 경우, 제2 프로세스 가스를 검지한 시점에서는, 처리실 내에 제1 프로세스 가스가 잔류해 있기 때문에, 제1과 제2 프로세스 가스의 반응에 의해 예기치 않은 에칭이 생긴다. 또한, MFC에 유량의 신호를 부여하고 나서 처리실에 가스가 도입되기까지의 지연 시간은 0.2∼0.3초의 편차를 갖고 있기 때문에, 스텝 전환마다 편차가 생겨 안정성이 높은 스텝 전환의 검지를 실현할 수 없다.
이러한 것을 감안해서 본 발명은, 플라스마 처리 중에 가스를 교체하면서 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 안정성이 높은 스텝 전환을 검지할 수 있는 플라스마 처리 방법을 제공한다.
본 발명은, 플라스마 처리 조건을 구성하는 복수의 스텝에 의해 시료를 처리실에서 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 한쪽의 스텝을 실시하는 제1 공정과, 상기 제1 공정 후, 상기 한쪽의 스텝의 가스 공급을 정지함과 함께 불활성 가스를 공급하는 제2 공정과, 상기 제2 공정 후, 상기 제2 공정의 불활성 가스의 공급을 정지함과 함께 다른 쪽의 스텝의 가스를 공급하는 제3 공정과, 상기 다른 쪽의 스텝을 실시하는 제4 공정을 갖고, 상기 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 한쪽의 스텝의 가스량을 상기 제2 공정에서 검지하고, 상기 처리실의 내부에 도달한 상기 다른 쪽의 스텝의 가스량을 상기 제3 공정에서 검지하고, 상기 제2 공정의 검지 결과에 의거해서 상기 제2 공정으로부터 상기 제3 공정으로 이행하고, 상기 제3 공정의 검지 결과에 의거해서 상기 제3 공정으로부터 상기 제4 공정으로 이행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 플라스마 처리 중에 가스를 교체하면서 플라스마 처리를 행하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 안정성이 높은 스텝 전환을 검지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 플라스마 처리 장치의 구성을 설명하는 종단면도.
도 2는 사이클 에칭을 나타내는 플로차트.
도 3은 가스의 교체를 플라스마 발광의 변화에 의해 검지하는 경우의 시퀀스도.
도 4는 가스의 교체를 RF 바이어스 전력의 피크-투-피크 전압의 변화에 의해 검지하는 경우의 시퀀스도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용해서 설명한다. 최초에 본 실시예에서 사용하는 마이크로파 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 에칭 장치에 대하여 도 1을 이용해서 설명한다.
상부가 개방된 진공 용기(101)의 상부에 진공 용기(101) 내에 에칭 가스를 봉입(封入)하기 위한 석영제의 유전체창(103)을 설치함으로써 처리실(104)을 형성한다. 진공 용기(101)의 상부에는, 진공 용기(101) 내에 에칭 가스를 도입하기 위한 석영제의 샤워 플레이트(102)를 설치하고, 샤워 플레이트(102)에는 가스 배관(117)을 통해서 에칭 가스를 흘려보내기 위한 질량 유량 컨트롤러(Mass Flow Controller : MFC)(105)가 접속된다. 또한, 진공 용기(101)에는 진공 배기구(106)를 통해서 진공 배기 장치(108)가 접속되어 있다.
플라스마 생성 장치로서 제1 고주파 전원(109)이 설치된다. 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 처리실(104)에 전송하기 위해 유전체창(103)의 위쪽에 도파관(107)이 설치된다. 처리실(104)의 외주부에는, 자장을 형성하기 위한 자장 발생 코일(110)이 설치되어 있고, 제1 고주파 전원(109)으로부터 발진된 고주파 전력은 자장 발생 코일(110)에 의해 형성된 자장과의 상호 작용에 의해 처리실(104) 내에 고밀도 플라스마를 생성한다.
또한, 유전체창(103)에 대향해서 진공 용기(101)의 하부에 시료인 웨이퍼(112)가 재치되는 전극(111)이 설치된다. 시료대인 전극(111)의 표면은 용사막(溶射膜)(도시 생략)으로 피복되어 있으며, 고주파 필터(115)를 통해서 직류 전원(116)이 접속되어 있다.
또한, 전극(111)에는 매칭 회로(113)를 통해서 제2 고주파 전원(114)이 접속된다. 전극(111) 상에 웨이퍼(112)가 얹혀진 상태에서, 이 고주파 바이어스 전원(114)으로부터 공급된 고주파 전력(이하, RF 바이어스 전력이라 칭함)에 의해 웨이퍼 표면에 바이어스 전위가 형성되고, 전극(111) 위쪽의 처리실(104) 내에 생성되는 플라스마와의 사이의 전위차에 의해 이온을 웨이퍼 상면에 끌어들인다. 또, 제2 고주파 전원(114)으로부터 공급된 RF 바이어스 전력에 의한 웨이퍼(112)에 발생하는 피크-투-피크 전압을 이하, Vpp라 칭한다. 또한, 「피크-투-피크 전압」은 「피크 간 전압」과 동의어로 한다.
다음으로 전술한 마이크로파 ECR 에칭 장치를 이용한 본 발명의 실시예에 대하여 이하에 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 사이클 에칭의 플로차트이다. 도 2에서는, 사이클 에칭을 구성하는 제1 및 제2 프로세스 스텝을 보호막 형성 스텝 및 에칭 스텝으로 하고, 각 처리 스텝의 사이에 진공 처리실 내의 피처리 기판을 에칭하지 않으며 또한 플라스마 방전을 계속 가능한 가스를 도입해서 플라스마 방전을 계속하는 이행 스텝을 삽입하고 있다. 구체적으로, 보호막 형성 스텝은 S1∼S3, 이행 스텝은 S4∼S5 및 S9∼S10, 에칭 스텝은 S6∼S8로 표시된다. 또한, 보호막 형성 스텝 또는, 에칭 스텝은 각각 플라스마 처리 조건을 구성하는 각 스텝이다. 환언하면, 플라스마 처리 조건은 하나의 스텝이고, 또는 복수의 스텝의 집합체이다. 이하에 도 2의 플로차트에 대하여 설명한다.
최초에 보호막 형성 스텝에서 사용할 보호막 형성 가스의 공급을 개시하도록 MFC에 제어 신호를 전달하고, 보호막 형성 가스를 처리실 내에 투입한다(S1). 그러나, 실제로는 MFC에 신호를 부여한 후 처리실에 가스가 도달하기까지에는, MFC의 응답 시간, 가스 배관이나 샤워 플레이트, 처리실 내의 압력이나 가스의 흐름 등이 영향을 줘 1초 정도의 지연이 발생한다. 이 지연 후 보호막 형성 가스가 처리실 내에 공급되고 처리실 내에 도달한 것을 검지한 후(S2), 보호막 형성 프로세스를 개시한다.
보호막 형성 프로세스에서는 RF 바이어스 전력 및 그 밖의 파라미터를 적용한다(S3). 보호막 형성 프로세스가 진행한 후 처리실 내에 스텝 이행 가스를 도입한다(S4). 1초 정도의 지연 후 스텝 이행 가스가 처리실 내에 도달하면, 처리실 내의 가스가 보호막 형성 가스로부터 스텝 이행 가스로 서서히 전환되어 발광 스펙트럼이나 플라스마 밀도가 변화한다. 발광 스펙트럼이나 플라스마 밀도가 일정값으로 된 시점에서 처리실 내의 가스가 스텝 이행 가스로 충전되거나, 또는 처리실 내에 잔류해 있는 보호막 형성 가스가 없어진 것으로 판단하고(S5), 다음으로 에칭 스텝에서 사용할 에칭 가스를 투입한다(S6).
1초 정도의 지연 후 에칭 가스가 처리실 내에 도달하면, 처리실 내의 가스가 스텝 이행 가스로부터 에칭 가스로 서서히 전환되어 발광 스펙트럼이나 플라스마 밀도가 변화한다. 발광 스펙트럼이나 플라스마 밀도가 일정값으로 된 시점에서 처리실 내의 가스가 에칭 가스로 충전된 것으로 판단하고(S7), 에칭 프로세스를 개시한다. 에칭 프로세스에서는 RF 바이어스 및 그 밖의 파라미터로 전환하고 에칭 프로세스를 진행시킨다(S8).
에칭 프로세스가 진행한 후 처리실 내에 다시 스텝 이행 가스를 도입한다(S9). 1초 정도의 지연 후 스텝 이행 가스가 처리실 내에 도달하고, 가스가 에칭 가스로부터 스텝 이행 가스로 서서히 전환되어 발광 스펙트럼이나 플라스마 밀도가 변화한다. 발광 스펙트럼이나 플라스마 밀도가 일정값으로 된 시점에서 처리실 내의 가스가 스텝 이행 가스로 충전되거나, 또는 처리실 내에 잔류해 있는 에칭 가스가 없어진 것으로 판단한다(S10).
에칭이 더 필요한 경우는 S1로 되돌아가 S1∼S10의 사이클을 다시 실시해서 목표의 에칭 깊이에 도달할 때까지 행한다. 목표의 에칭 깊이까지 도달한 경우는 사이클을 종료한다. 본 실시예에서는 보호막 형성 프로세스에서부터 사이클 에칭을 개시했지만, 에칭 스텝 또는 이행 스텝에서부터 개시해도 마찬가지의 시퀀스이며 마찬가지의 작용 효과가 얻어진다.
다음으로 본 발명에 따른 가스 충전 완료의 검지에 의거한 스텝의 전환에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 특징은, 처리실 내에서 전 스텝에서 도입되어 있던 가스의 잔류 가스가 완전히 없어지고, 후 스텝의 가스가 처리실 내에 충전 완료된 것을 검지한 후에, 후 스텝의 RF 바이어스 및 그 밖의 파라미터로 전환함으로써, 처리실 내의 프로세스 가스와 고주파 바이어스 전력을 정확히 동기시킬 수 있는 점에 있다.
후 스텝의 가스가 처리실 내에 충전 완료된 것을 검지하는 방법의 예로서, 도 3에는 플라스마에 의한 발광 스펙트럼에 의해 검지하는 방법, 또는 도 4에는 Vpp의 변동으로부터 검지하는 방법을 나타낸다. 도 3 및 도 4는 도 2에 있어서의 보호막 형성 프로세스 진행(S3)에서부터 에칭 프로세스 진행(S8)에 대응해 있다. 또한, 도 3 및 도 4에서는 이행 스텝의 가스로서 아르곤 가스를 사용하고 있다.
우선, 도 3을 이용해서 플라스마에 의한 발광 스펙트럼에 의해 가스의 충전을 검지하는 방법을 설명한다. 파선(301)은 아르곤 가스의 MFC의 설정값이다. 파선(303)은 보호막 형성 가스 또는 에칭 가스의 MFC의 설정값이다. 실선(302) 및 실선(304)은 각각 처리실 내에서 흐르는 아르곤 가스 및 보호막 형성 가스 혹은 에칭 가스의 유량이다. 실선(305)은 인가하는 RF 바이어스 전력, 실선(306)은 플라스마에 의한 발광 스펙트럼이다.
시각T3 -0에 이르기까지는 보호막 형성 스텝이 진행하고 있는 것을 나타낸다(S3). 보호막 형성 스텝 진행 후, 시각T3 -0에서 파선(303)으로 나타내는 바와 같이 아르곤 가스를 투입하도록 MFC에 제어 신호를 전달하고, 동시에 보호막 형성 가스의 공급량도 0(㎖/min)으로 하도록 MFC에 제어 신호를 전달한다(파선(301)). 또한, RF 바이어스 전력도 0(W)으로 전환한다. RF 바이어스 전력은 신호를 부여한 직후에 전환되지만, MFC는 신호가 부여된 후 처리실에 가스가 도달하기까지에는, MFC의 응답 시간, 가스 배관이나 샤워 플레이트, 처리실 내의 압력이나 가스의 흐름 등이 영향을 줘 1초 정도의 지연이 발생한다.
이 지연 때문에, 실선(302)으로 나타내는 바와 같이 시각T3 -0에서부터 시각T3 -1까지 보호막 형성 가스는 처리실 내에 일정량으로 흐르고 있다. 시각T3 -1 이후 처리실 내에 잔류하는 보호막 형성 가스 유량은 감소하고 추후에 0(㎖/min)으로 된다. 한편, 아르곤 가스는 실선(304)으로 나타내는 바와 같이, 시각T3 -0에서 MFC에 신호를 부여한 후, 지연 후의 시각T3 -1 이후에 처리실 내로 흐르기 시작하고, 추후에 일정량으로 처리실 내로 흐른다. 발광 스펙트럼(306)은 시각T3 -0에서부터 시각T3-1에 걸쳐서 변화하고, 시각T3-1에서부터 시각T3 -2에 걸쳐서 더 변화한다.
이것은, 시각T3 -0에서부터 시각T3 -1에 걸쳐서는 RF 바이어스 전력의 변화에 의한 반응 생성물의 영향, 시각T3 -1에서부터 시각T3 -2에 걸쳐서는 처리실 내에 잔류해 있는 보호막 형성 가스(302)가 감소, 아르곤 가스(304)가 증가해, 플라스마의 밀도가 변화한 영향으로 생각된다. 추후에 발광 스펙트럼(306)이 일정해진 시각T3 -2에서부터 T3- 3에 있어서 처리실 내의 가스가 아르곤 가스로 충전된 것으로 판단한다. 다음으로, 이 시각T3 -3에서 파선(303)으로 나타내는 바와 같이 에칭 가스를 공급하도록 MFC에 제어 신호를 전달한다. 동시에 시각T3 -3에서 아르곤 가스의 공급량도 0(㎖/min)으로 하도록 MFC에 제어 신호를 전달한다(파선(301)).
1초 정도의 지연 때문에, 실선(302)으로 나타내는 바와 같이 시각T3 -3에서 MFC에 신호를 부여한 후, 시각T3 -4까지 아르곤 가스는 처리실 내에 일정량으로 흐르고 있다. 시각T3 -4 이후, 처리실 내에 잔류하는 아르곤 가스 유량은 감소하고 추후에 0(㎖/min)으로 된다. 한편, 에칭 가스는 실선(304)으로 나타내는 바와 같이, 시각T3 -3에서 MFC에 신호를 부여한 후, 지연 후의 시각T3 -4 이후 처리실 내로 흐르기 시작하고 추후에 일정량으로 처리실 내로 흐른다. 발광 스펙트럼(306)은 시각T3 -4까지 일정값을 나타내고 있지만, 시각T3 -4에서부터 시각T3 -5에 걸쳐서 변화한다.
이것은, 처리실 내에 잔류해 있는 아르곤 가스(302)가 감소, 에칭 가스(304)가 증가해 플라스마의 밀도가 변화했기 때문이다. 발광 스펙트럼이 변동하고 추후에 일정해진 시각T3 -5에서부터 T3- 6에 있어서 처리실 내의 가스가 에칭 가스로 충전된 것으로 판단한다. 이 시각T3 -6에서 에칭 프로세스의 RF 바이어스 전력이나 그 밖의 파라미터로 전환하고 에칭 스텝을 개시한다.
다음으로 도 4를 이용해서 Vpp의 변동에 의해 가스의 충전 검지를 행하는 방법을 설명한다. 실선(401)은 Vpp를 나타낸다. 우선 도 4에서는, 시각T3 -0에서 아르곤 가스(301) 및 보호막 형성 가스(303)의 MFC에 제어 신호를 전달하고, RF 바이어스 전력을 0(W)보다 큰 값으로 전환한다. 시각T3 -0 이후도 RF 바이어스 전력이 인가되어 있기 때문에, Vpp는 0(V)보다 큰 값이 얻어진다. 지연 후 실선(302 및 304)으로 나타내는 바와 같이, 시각T3 -1에서부터 시각T3 -2에 걸쳐서 처리실 내에 잔류하는 보호막 형성 가스 유량은 감소하는 한편 아르곤 가스는 증가한다.
이때, Vpp(401)는 플라스마 밀도의 변화에 의해 변동한다. 그 후, Vpp(401)가 일정해진 시각T3 -2 내지 T3- 3에 있어서 처리실 내의 가스가 아르곤 가스로 충전된 것으로 판단한다. 다음으로, 이 시각T3 -3에서 파선(303)으로 나타내는 바와 같이 에칭 가스를 투입하도록 MFC에 제어 신호를 전달한다. 동시에 시각T3 -3에서 아르곤 가스의 공급량도 0(㎖/min)으로 하도록 MFC에 제어 신호를 전달한다(파선(301)). 1초 정도의 지연 때문에, 실선(302)으로 나타내는 바와 같이 시각T3 -3에서 MFC에 신호를 부여한 후, 시각T3 -4까지 아르곤 가스는 처리실 내에 일정량으로 흐르고 있다.
시각T3 -4 이후 처리실 내에 잔류하는 아르곤 가스 유량은 감소하고 추후에 0(㎖/min)으로 된다. 한편, 에칭 가스는 실선(304)으로 나타내는 바와 같이, 시각T3 -3에서 MFC에 신호를 부여한 후, 지연 후의 시각T3 -4 이후, 처리실 내로 흐르기 시작하고 추후에 일정량으로 처리실 내로 흐른다. Vpp(401)는 시각T3 -2에서부터 시각T3 -4까지 일정값을 나타내고 있지만, 시각T3 -4에서부터 시각T3 -5에 걸쳐서 변화한다.
이것은, 처리실 내에 잔류해 있는 아르곤 가스(302)가 감소함과 함께 에칭 가스(304)가 증가해 플라스마의 밀도가 변화했기 때문이다. Vpp(401)가 변동하고 추후에 일정해진 시각T3 -5 내지 T3- 6에 있어서, 처리실 내의 가스가 에칭 가스로 충전된 것으로 판단한다. 이 시각T3 -6에서 에칭 프로세스의 RF 바이어스 전력이나 그 밖의 파라미터로 전환하고 에칭 스텝을 개시한다.
본 실시예에서는, 발광 스펙트럼 및 Vpp의 거동으로부터 처리실 내에의 가스의 충전을 검지하는 방법을 설명했지만, 그 밖에 가스 농도나 압력 등의 플라스마에 영향을 받는 파라미터로도 검지 가능하다. 또한, 도 3 및 도 4에서는 보호막 형성 프로세스, 이행 스텝, 에칭 프로세스를 순차 행하는 시퀀스이지만, 에칭 프로세스, 이행 스텝, 보호막 형성 프로세스를 순차 행하는 시퀀스에 대해서도 본 발명을 마찬가지로 적용 가능하다. 또한, 도 4에 있어서의 발광 스펙트럼(306) 및 Vpp(402)의 거동은 프로세스 가스의 종류나 유량 등에 의존하기 때문에, 본 발명은 도 4의 실선(402)의 거동(지연 시간 등)으로 한정되는 것은 아니다. 다음으로 본 발명의 실시형태에 따른 플라스마 처리 조건의 구체예를 나타낸다.
우선 표 1은 종래의 사이클 에칭의 조건을 나타내는 표이다. 사이클 에칭 조건은 주로 보호막 형성 스텝과 에칭 스텝의 두 가지로 구성되어 있다. 스텝1은 보호막 형성 스텝으로서 O2 가스를 사용하고 50W의 RF 바이어스 전력을 인가하고 있다. 스텝2는 에칭 스텝으로서 Cl2 가스를 사용하고 300W의 RF 바이어스를 인가하고 있다. 스텝3 이후는 추가적인 사이클이 필요한 경우에 스텝1로 되돌아와 사이클 에칭을 계속한다.
[표 1]
Figure 112016125428845-pat00001
표 2는 본 발명에 따른 사이클 에칭의 조건을 나타내는 표이다. 표 1과 마찬가지로 사이클 에칭 조건은 주로 보호막 형성 스텝과 에칭 스텝으로 구성되어 있다. 본 발명에서는 사이클 에칭을 구성하는 각 프로세스 스텝(보호막 형성 스텝 또는 에칭 스텝)의 사이에 이행 스텝을 삽입하고 있지만, 이행 스텝의 시간은 플라스마 발광 등에 의해 가스의 교체의 검지에 의해 결정되기 때문에 레시피 상에서 초수(秒數) 설정은 하지 않는다. 그 때문에, 표 2에서는 사이클 에칭을 구성하는 프로세스 스텝과는 별도로 이행 스텝의 란을 만들고 있으며, 이에 따라 레시피 설정이 용이해진다. 또, 본 발명으로서는 미리 구한 가스의 교체를 이행 스텝의 시간으로서 설정해도 된다.
[표 2]
Figure 112016125428845-pat00002
이행 스텝으로서 가스는 Ar을 사용하고, RF 바이어스 전력은 피처리 기판이 에칭되지 않도록 0W를 사용한다. 이 이행 스텝을 마련했을 경우, 반드시 각 프로세스 스텝 간에 이행 스텝이 삽입되도록 설정함으로써 본 발명을 실시할 수 있다. 또한, 도 4와 같이 Vpp의 변동으로부터 처리실 내의 가스의 교체를 검지하는 경우는, 이행 스텝에 RF 바이어스 전력을 저전력으로 인가함으로써 검지 가능해진다.
표 2에서는 프로세스 스텝은 보호막 형성 스텝과 에칭 스텝으로 구성되어 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며 2종류의 에칭 스텝으로 구성되는 경우도 있다. 또한, 3종류 이상의 프로세스 스텝으로 구성되는 사이클 에칭도 많이 이용되고 있다. 이행 스텝에서 사용하는 가스에 대해서는, 피처리 기판이 에칭되지 않는 것을 확인하기 위해 사전에 시험 등을 행하면 된다. 또한, 이행 스텝에서 사용하는 가스 종류는 1종류만으로 한정하지 않으며 2종류 이상의 가스를 사용해도 된다. 또한 본 실시예에서의 이행 스텝은 Ar 가스를 사용한 예에 대하여 설명했지만, 본 발명으로서는 He, Xe, Kr, N2 등의 불활성 가스이면 된다.
또한, 이행 스텝의 RF 바이어스 전력은 0W이면 에칭을 최소한으로 억제할 수 있지만, 도 4와 같이 이행 스텝에서 RF 바이어스 전력을 인가하는 경우는, 연속적으로 인가하는 방법에 부가해 시간 변조된 간헐적인 RF 바이어스 전력을 인가할 수도 있다. 이에 따라, 피처리 기판에의 이온의 충돌 시간은 감소하기 때문에 에칭되기 어려워진다. 또한, RF 바이어스 전력에 부가해 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력도 시간 변조해 간헐적으로 인가할 수 있다. 이에 따라, 플라스마 중의 라디칼, 이온의 수가 감소해 피처리 기판은 더 에칭되기 어려워진다.
이상, 본 발명은, 각각 다른 가스와 처리 조건을 갖는 복수의 프로세스 스텝 및 각 처리 스텝의 사이에 진공 처리실 내의 시료인 피처리 기판을 에칭하지 않으며 또한 플라스마 방전을 계속 가능한 가스를 도입해서 플라스마 방전을 계속하는 이행 스텝을 마련한 사이클 에칭에 있어서, 전 스텝에서 도입되어 있던 가스의 잔류 가스가 없어진 것을 검지하고, 후 스텝의 가스가 처리실 내에 충전된 것을 검지한 후에, 후 스텝의 고주파 바이어스 전력이나 다른 파라미터로 전환한다.
이에 따라, 가스를 교체하면서 행하는 플라스마 처리 방법에 있어서, 복수의 프로세스 스텝의 가스의 혼합이 없으며, 또한 처리실 내의 프로세스 가스와 고주파 바이어스 전력을 정확히 동기시킬 수 있기 때문에, 안정성 좋고 형상 제어성이 높은 플라스마 에칭 처리를 행할 수 있다.
이상의 본 실시예에서는, 마이크로파 ECR 방전을 이용한 에칭 장치를 예로 설명했지만, 유자계(有磁界) UHF 방전, 용량 결합형 방전, 유도 결합형 방전, 마그네트론 방전, 표면파 여기(勵起) 방전 또는 트랜스퍼-커플드 방전 등의 다른 방전을 이용한 플라스마 에칭 장치에 있어서도 본 실시예와 마찬가지의 작용 효과가 있다. 또한, 본 실시예에서는 에칭 장치에 대하여 기술했지만, 플라스마 처리를 행하는 그 밖의 플라스마 처리 장치, 예를 들면 플라스마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치 또는 플라스마 PVD(Physical Vapor Deposition) 장치에 대해서도 본 실시예와 마찬가지의 작용 효과가 있다.
101 : 진공 용기 102 : 샤워 플레이트
103 : 유전체창 104 : 처리실
105 : 질량 유량 컨트롤러 106 : 진공 배기구
107 : 도파관 108 : 진공 배기 장치
109 : 제1 고주파 전원 110 : 자장 발생 코일
111 : 전극 112 : 웨이퍼
113 : 매칭 회로 114 : 제2 고주파 전원
115 : 고주파 필터 116 : 직류 전원

Claims (12)

  1. 복수의 스텝으로 구성된 플라스마 처리 조건에 의해 시료를 처리실에서 플라스마 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    제1 스텝을 실시하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정 후, 상기 제1 스텝의 가스 공급을 정지함과 함께 불활성 가스를 공급하는 제2 공정과,
    상기 제2 공정 후, 상기 제2 공정의 불활성 가스의 공급을 정지함과 함께 제2 스텝의 가스를 공급하는 제3 공정과,
    상기 제2 스텝을 실시하는 제4 공정을 갖고,
    상기 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 제1 스텝의 가스량을 상기 제2 공정에서 검지하고,
    상기 처리실의 내부에 도달한 상기 제2 스텝의 가스량을 상기 제3 공정에서 검지하고,
    상기 제2 공정의 검지 결과에 의거해서 상기 제2 공정으로부터 상기 제3 공정으로 이행하고,
    상기 제3 공정의 검지 결과에 의거해서 상기 제3 공정으로부터 상기 제4 공정으로 이행하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 제1 스텝의 가스량은, 상기 제2 공정의 플라스마 발광의 변화에 의거해서 검지되고,
    상기 처리실의 내부에 도달한 상기 제2 스텝의 가스량은, 상기 제3 공정의 플라스마 발광의 변화에 의거해서 검지되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 제3 공정은, 상기 시료가 재치(載置)되는 시료대에 고주파 전력이 공급되고,
    상기 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 제1 스텝의 가스량은, 상기 제2 공정의 상기 고주파 전력에 의한 피크 간 전압의 변화에 의거해서 검지되고,
    상기 처리실의 내부에 도달한 상기 제2 스텝의 가스량은, 상기 제3 공정의 상기 고주파 전력에 의한 피크 간 전압의 변화에 의거해서 검지되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스텝의 가스가 상기 처리실의 내부에 도달한 것을 검지한 후, 상기 시료가 재치되는 시료대에 고주파 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 제3 공정은, 상기 시료가 재치되는 시료대에 시간 변조된 고주파 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 제3 공정은, 시간 변조된 고주파 전력에 의해 플라스마가 생성되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  7. 복수의 스텝으로 구성된 플라스마 처리 조건에 의해 시료가 플라스마 처리되는 처리실과, 플라스마를 생성하기 위한 제1 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 시료대에 제2 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원을 구비하는 플라스마 처리 장치에 있어서,
    제1 스텝을 실시하는 제1 공정과, 상기 제1 공정 후 상기 제1 스텝의 가스 공급을 정지함과 함께 불활성 가스를 공급하는 제2 공정과, 상기 제2 공정 후 상기 제2 공정의 불활성 가스의 공급을 정지함과 함께 제2 스텝의 가스를 공급하는 제3 공정과, 상기 제2 스텝을 실시하는 제4 공정을 실행하는 제어 장치를 더 갖고,
    상기 제어 장치는, 상기 제2 공정에서 검지된 상기 처리실의 내부에 잔류하는 상기 제1 스텝의 가스량에 의거해서 상기 제2 공정을 상기 제3 공정으로 이행시키고,
    상기 제3 공정에서 검지된 상기 처리실의 내부에 도달한 상기 제2 스텝의 가스량에 의거해서 상기 제3 공정을 상기 제4 공정으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 제1 스텝의 가스량은, 상기 제2 공정의 플라스마 발광의 변화에 의거해서 검지되고,
    상기 처리실의 내부에 도달 한 상기 제2 스텝의 가스량은 상기 제3 공정의 플라스마 발광의 변화에 의거해서 검지되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 처리실의 내부에 잔류해 있는 상기 제1 스텝의 가스량은, 상기 제2 공정의 상기 제2 고주파 전력에 의한 피크 간 전압의 변화에 의거해서 검지되고,
    상기 처리실의 내부에 도달한 상기 제2 스텝의 가스량은 상기 제3 공정의 상기 제2 고주파 전력에 의한 피크 간 전압의 변화에 의거해서 검지되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 스텝의 가스가 상기 처리실의 내부에 도달한 것이 검지된 후, 상기 제2 고주파 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 제3 공정에서의 상기 제2 고주파 전력은, 시간 변조된 고주파 전력인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 공정 및 상기 제3 공정에서의 플라스마는, 시간 변조된 고주파 전력에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
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