KR102302314B1 - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

금속을 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거하는 것이다. 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거한다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 다양한 측면 및 실시예는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로서는, 예를 들면 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 또는 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치 등을 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기, 처리 용기 내에 피처리체를 설치하는 시료대, 및 플라즈마 반응에 필요한 처리 가스를 처리실 내로 도입하기 위한 가스 공급계 등을 구비한다. 또한 플라즈마 처리 장치는, 처리실 내의 처리 가스를 플라즈마화하기 위하여, 마이크로파, RF파 등의 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구, 및 바이어스 전압을 시료대에 인가하고, 시료대 상에 설치된 피처리 기판을 향해 플라즈마 중의 이온을 가속하기 위한 바이어스 전압 인가 기구 등을 구비한다.
그런데 플라즈마 처리 장치에서는, 피처리체가 플라즈마 처리됨으로써 처리 용기의 내부에 배치된 부재(이하, 적절히 '용기 내 부재'라고 함)에 각종의 부착물(반응 생성물, 반응 부생성물 등)이 부착하기 때문에, 그 부착물이 다음의 기판을 처리했을 시 에칭되어 비산하여 오염이 된다. 또한 기판을 처리해 가면 처리 용기 내에 부착물이 퇴적하여, 떨어져 파티클의 원인이 된다. 따라서, 부착물을 제거하는 것이 요구된다. 이 점, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 천이 금속 등의 금속막을 포함하는 피처리체가 플라즈마 처리됨으로써 용기 내 부재에 부착한, 금속을 포함하는 부착물을 염소계 가스 또는 질소계 가스의 플라즈마에 의해 제거하는 것이 개시되어 있다.
일본특허공개공보 2006-179834호 일본특허공개공보 2006-165246호
그러나, 염소계 가스 또는 질소계 가스를 이용하는 종래의 처리 기술에서는, 염소계 가스 또는 질소계 가스의 플라즈마에 대하여 내성을 가지는 금속이 부착물에 포함될 경우에, 금속을 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거할 수 없는 경우가 있다.
본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 처리 방법은, 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속(卑金屬) 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거한다.
본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거한다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스는 CF4 가스, CF4 / CO 가스, CF4 / CO2 가스, CF4 / Ar 가스, CF4 / CO / Ar 가스, CF4 / CO2 / Ar 가스, C2F6 가스, C2F6 / CO 가스, C2F6 / CO2 가스, C2F6 / Ar 가스, C2F6 / CO / Ar 가스 및 C2F6 / CO2 / Ar 가스 중 적어도 어느 하나이다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 상기 천이 금속은 Ti, Hf 및 Ta 중 적어도 어느 하나이다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 비금속은 Al이다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 처리 용기의 내부에서 서로 대향하는 2 개의 전극의 각각에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마에 의해 에칭하여 상기 부착물을 제거한다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 상기 부착물을 제거한다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거한다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스는 CHF3 가스, CHF3 / Ar / O2 가스, CH2F2 가스, CH2F2 / Ar / O2 가스, CH3F 가스, CH3F / Ar / O2 가스 중 적어도 어느 하나이다.
본원 발명의 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시예에 있어서, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기와, 처리 용기의 내부를 감압하기 위한 배기부와, 처리 용기의 내부로 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거하는 제어부를 구비한다.
또한 본원 발명의 플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시예에 있어서, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기와, 처리 용기의 내부를 감압하기 위한 배기부와, 처리 용기의 내부로 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 부재에 부착된, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거하는 제어부를 구비했다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에 따르면, 금속을 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치가 실현된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 3은 제 1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 흐름의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 4a는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4b는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 실험예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 12에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
도 7은 실험예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 12에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
도 8은 실험예 7 ~ 16 및 비교예 13, 14에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
도 9는 실험예 17, 18에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
도 10은 실험예 19 ~ 33에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
도 11은 실험예 34, 35 및 비교예 15에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
도 12는 실험예 36 ~ 45 및 비교예 16, 17에 대한 처리 결과를 도시한 도이다.
이하, 도면을 참조하여 개시하는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
(제 1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치)
도 1은, 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는, 상부 전극(34)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 예를 들면 40 MHz의 고주파(RF) 전력을 인가하고, 또한 하부 전극(16)에 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 예를 들면 2 MHz의 고주파(RF) 전력을 인가하는 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치로서, 도시한 바와 같이 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)을 접속하여 소정의 직류(DC) 전압이 인가되는 플라즈마 에칭 장치이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치를 도시한 개략 단면도이다. 플라즈마 처리 장치는 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 처리 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통 형상의 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)의 저부에는, 세라믹스 등으로 이루어지는 절연판(12)을 개재하여 원기둥 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치된다. 서셉터 지지대(14) 상에는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 하부 전극(16)이 설치되어 있다. 하부 전극(16) 상에 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)가 재치(載置)된다.
하부 전극(16)의 상면에는, 반도체 웨이퍼(W)를 정전력으로 흡착 보지하는 정전 척(18)이 설치되어 있다. 정전 척(18)은, 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트로 개재한 구조를 가지는 것이며, 전극(20)에는 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 절연층 또는 절연 시트는, 예를 들면 Al2O3, Y2O3 등의 유전체로 이루어진다. 정전 척(18)에서는, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 흡착 보지된다.
정전 척(18)(반도체 웨이퍼(W))의 주위로 하부 전극(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키는 도전성의 포커스 링(보정 링)(24)이 배치되어 있다. 포커스 링(보정 링)(24)은 예를 들면 실리콘으로 형성된다. 하부 전극(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는, 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(26)가 설치되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예를 들면 원주 형상으로 냉매실(28)이 설치되어 있다. 냉매실(28)에는, 외부에 설치된 도시하지 않은 칠러 유닛으로부터 배관(30a, 30b)을 거쳐 소정 온도의 냉매가 순환 공급된다. 하부 전극(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도는 냉매에 의해 예를 들면 -20 ℃에서 200℃로 제어된다.
또한, 도시하지 않은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He가스가, 가스 공급 라인(32)을 거쳐 정전 척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면의 사이로 공급된다.
하부 전극(16)의 상방에는, 하부 전극(16)과 대향하도록 평행하게 상부 전극(34)이 설치되어 있다. 상부 및 하부 전극(34, 16) 간의 공간이 플라즈마 생성 공간이 된다. 상부 전극(34)은, 하부 전극(16) 상의 반도체 웨이퍼(W)와 대향하여 플라즈마 생성 공간과 접하는 면, 즉 대향면을 형성한다.
상부 전극(34)은, 절연성 부재(42)를 개재하여 챔버(10)의 상부에 지지된다. 상부 전극(34)은, 하부 전극(16)과의 대향면을 구성하고, 또한 다수의 가스 토출홀(37)을 가지는 전극판(36)과, 전극판(36)을 착탈 가능하게 지지하여 도전성 재료로 이루어지는 수냉 구조의 전극 지지체(38)에 의해 구성되어 있다. 전극 지지체(38)를 형성하는 도전성 재료는, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄이다. 전극판(36)은 실리콘 함유 물질로 형성되고, 예를 들면 실리콘으로 형성된다. 전극 지지체(38)의 내부에는 가스 확산실(40)이 설치된다. 가스 확산실(40)로부터는 가스 토출홀(37)에 연통하는 다수의 가스 통류홀(41)이 하방으로 연장되어 있다.
전극 지지체(38)에는 가스 확산실(40)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(62)가 형성된다. 가스 도입구(62)에는 가스 공급관(64)이 접속되고, 가스 공급관(64)에는 처리 가스 공급원(66)이 접속되어 있다. 가스 공급관(64)에는, 상류측으로부터 차례로 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(68) 및 개폐 밸브(70)가 설치되어 있다. 처리 가스 공급원(66)으로부터는, 에칭을 위한 처리 가스로서 예를 들면 CF4 가스와 같은 플루오르카본 가스(CxFy) 또는 CHF3 가스와 같은 CHzFw 가스를 포함하는 가스가 가스 공급관(64)으로부터 가스 확산실(40)에 도달하고, 가스 통류홀(41) 및 가스 토출홀(37)을 거쳐 샤워 형상으로 플라즈마 생성 공간에 토출된다. 즉, 상부 전극(34)은 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드로서 기능한다.
또한 처리 가스 공급원(66)으로부터는, 후술하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리할 시 이용되는 처리 가스, 또는 챔버(10)의 내부에 배치된 부재에 부착한 부착물을 제거할 시 이용되는 처리 가스 등이 공급된다. 처리 가스 공급원(66)에 의해 공급되는 처리 가스의 상세에 대해서는 후술한다.
상부 전극(34)에는 로우 패스 필터(LPF)(46a)를 개재하여 가변 직류 전원(50)이 전기적으로 접속되어 있다. 가변 직류 전원(50)은 바이폴러 전원이어도 된다. 가변 직류 전원(50)은 온·오프 스위치(52)에 의해 급전의 온·오프가 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(50)의 극성 및 전류·전압 그리고 온·오프 스위치(52)의 온·오프는 컨트롤러(제어 장치)(51)에 의해 제어되도록 되어 있다.
로우 패스 필터(LPF)(46a)는, 후술하는 제 1 및 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파를 트랩하기 위한 것이며, 적합하게는 LR 필터 또는 LC 필터로 구성된다.
챔버(10)의 측벽으로부터 상부 전극(34)의 높이 위치보다 상방으로 연장되도록 원통 형상의 커버(접지 도체)(10a)가 설치되어 있다. 커버(10a)는 고주파가 누출되지 않도록 실드 기능을 가지고 있다.
상부 전극(34)에는, 정합기(87)를 개재하여 제 1 고주파 전원(89)이 전기적으로 접속된다. 또한 하부 전극(16)에는, 정합기(88)를 개재하여 제 2 고주파 전원(90)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(89)은 27 MHz 이상의 주파수, 예를 들면 40 MHz의 고주파 전력을 출력한다. 제 2 고주파 전원(90)은 13.56 MHz 이하의 주파수, 예를 들면 2 MHz의 고주파 전력을 출력한다. 제 1 고주파 전원(89)은 플라즈마 생성용이며, 제 2 고주파 전원(90)은 피처리체에의 바이어스 인가용이다.
정합기(87, 88)는, 각각 제 1 및 제 2 고주파 전원(89, 90)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것으로, 챔버(10) 내에 플라즈마가 생성되고 있을 때 제 1 및 제 2 고주파 전원(89, 90)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
챔버(10)의 저부에는 배기구(80)가 형성되고, 배기구(80)에 배기관(82)을 개재하여 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반입출구(85)가 형성된다. 반입출구(85)는 게이트 밸브(86)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 내벽을 따라 챔버(10)에 에칭 부생물(퇴적물)이 부착하는 것을 방지하기 위한 퇴적물 실드(11)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 즉, 퇴적물 실드(11)가 챔버벽을 구성하고 있다. 또한, 퇴적물 실드(11)는 내벽 부재(26)의 외주에도 설치되어 있다. 챔버(10)의 저부의 챔버벽측의 퇴적물 실드(11)와 내벽 부재(26)측의 퇴적물 실드(11)와의 사이에는 배기 플레이트(83)가 설치되어 있다. 퇴적물 실드(11) 및 배기 플레이트(83)로서는, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복한 것을 적합하게 이용할 수 있다.
퇴적물 실드(11)의 챔버(10)의 내벽을 구성하는 부분의 반도체 웨이퍼(W)와 대략 동일한 높이 부분에는, 그라운드에 DC적으로 접속된 도전성 부재(GND 블록)(91)가 설치되어 있고, 이에 의해 후술하는 것과 같은 이상 방전 방지 효과를 발휘한다. 또한, 도전성 부재(91)는 하부 전극 하방의 배기 통로 내에 하부 전극에 링 형상으로 배치해도 된다.
플라즈마 처리 장치의 각 구성부는, 제어부(전체 제어 장치)(95)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한 제어부(95)에는, 공정 관리자가 플라즈마 처리 장치를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행하는 키보드, 또는 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(96)가 접속되어 있다.
제어부(95)에는, 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(95)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램, 또는 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 레시피가 저장된 기억부(97)가 접속되어 있다. 레시피는 하드 디스크 또는 반도체 메모리에 기억되어 있어도 되고, CD-ROM, DVD 등의 가반성의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(97)의 소정 위치에 세팅되도록 되어 있어도 된다.
플라즈마 처리 장치에서는, 필요에 따라, 유저 인터페이스(96)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(97)로부터 호출하여 제어부(95)에 실행시킴으로써, 제어부(95)의 제어 하에서, 플라즈마 처리 장치에서의 원하는 처리가 행해진다.
예를 들면, 제어부(95)는, 후술하는 플라즈마 처리 방법을 행하도록 플라즈마 처리 장치의 각 부를 제어한다. 상세한 일례를 들면, 제어부(95)는, 챔버(10)의 내부에 배치된 부재에 부착된, 천이 금속 및 비금속(卑金屬) 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수) 또는 CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거한다. 여기서, 챔버(10)의 내부에 배치된 부재는, 예를 들면 챔버(10)의 내벽과 챔버(10)의 내부에 배치된 하부 전극(16), 챔버(10)의 내부에서 하부 전극(16)과 대향하는 상부 전극(34)을 포함한다. 챔버(10)의 내부에 배치된 부재를, 이하에서는 '챔버 내 부재'라고 부르는 경우가 있는 것으로 한다. 또한, 피처리체는 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)이다.
이와 같이 구성되는 플라즈마 처리 장치에 있어서, 피처리체에 에칭 처리를 행할 시에는, 먼저 게이트 밸브(86)를 개방 상태로 하여, 반입출구(85)를 개재하여 에칭 대상인 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내로 반입하고, 하부 전극(16) 상에 재치한다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터 에칭을 위한 처리 가스를 소정의 유량으로 가스 확산실(40)로 공급하고, 가스 통류홀(41) 및 가스 토출홀(37)을 거쳐 챔버(10) 내로 공급하면서, 배기 장치(84)에 의해 챔버(10) 내를 배기하고, 그 중의 압력을 예를 들면 0.1 ~ 150 Pa의 범위 내의 설정값으로 한다.
이와 같이 챔버(10) 내로 에칭 가스를 도입한 상태에서, 상부 전극(34)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 소정의 파워로 인가하고, 또한 하부 전극(16)에 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 소정의 파워로 인가한다. 그리고, 필요에 따라 가변 직류 전원(50)으로부터 소정의 직류 전압을 상부 전극(34)에 인가한다. 또한, 정전 척(18)을 위한 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 정전 척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼(W)를 하부 전극(16)에 정전력에 의해 고정한다.
상부 전극(34)의 전극판(36)에 형성된 가스 토출홀(37)로부터 토출된 처리 가스는, 고주파 전력에 의해 상부 전극(34)과 하부 전극(16) 간에서 플라즈마화되고, 플라즈마 중의 라디칼 또는 이온에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 피처리면이 에칭된다.
플라즈마 처리 장치에서는, 상부 전극(34)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 높은 주파수 영역(예를 들면, 10 MHz 이상)의 고주파 전력을 공급하고 있으므로, 플라즈마를 바람직한 상태로 고밀도화할 수 있어, 보다 저압의 조건 하에서도 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다.
(제 1 실시예에서의 플라즈마 처리 방법)
도 3은 제 1 실시예에서의 플라즈마 처리 장치에 의한 플라즈마 처리 방법의 흐름의 일례를 나타낸 순서도이다. 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 막을 에칭 마스크 또는 스톱 레이어로서 포함하는 피처리체에 대하여 일련의 처리를 실행한다.
또한, 여기서 천이 금속이란, 예를 들면 Ti, Hf 및 Ta 중 적어도 어느 하나이다. 또한, 비금속이란 예를 들면 Al이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 처리 장치는, 피처리체를 제 1 처리 가스의 플라즈마에 의해 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 공정을 행한다(단계(S101)). 제 1 처리 가스는 예를 들면 N2 / O2 가스이다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(95)는, 반입출구(85) 및 게이트 밸브(86)로부터 챔버(10)의 내부로 피처리체를 반입하고, 반입된 피처리체를 정전 척(18) 상에 재치한다. 이 후, 제어부(95)는, 처리 가스 공급원(66)으로부터 챔버(10)의 내부로 제 1 처리 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하고, 또한 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가한다. 그 결과, 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 피처리체가 그 플라즈마에 의해 에칭됨으로써, 피처리체의 에칭 마스크 또는 스톱 레이어로부터 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방이 비산하고, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물이 챔버 내 부재에 부착한다.
이어서, 플라즈마 처리 장치는, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 제 2 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행한다(단계(S102)). CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 제 2 처리 가스는, 예를 들면 CF4 가스, CF4 / CO 가스, CF4 / CO2 가스, CF4 / Ar 가스, CF4 / CO / Ar 가스, CF4 / CO2 / Ar 가스, C2F6 가스, C2F6 / CO 가스, C2F6 / CO2 가스, C2F6 / Ar 가스, C2F6 / CO / Ar 가스 및 C2F6 / CO2 / Ar 가스 중 적어도 어느 하나이다. 또한, 제거 공정에서의 챔버(10)의 내부의 압력은 4 Pa ~ 13.3 Pa인 것이 바람직하고, 6.7 Pa보다 크고, 또한 13.3 Pa 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 제거 공정에서, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 인가되는 플라즈마 생성용의 고주파 전력과, 제 2 고주파 전원(90)으로부터 인가되는 이온 인입용의 고주파 전력은 500 W 이상이고, 또한 2000 W 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제거 공정에서의 제 2 처리 가스에 CF4가 포함될 경우에는, CF4의 유량은 300 sccm 이상이고, 또한 600 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제거 공정에서의 제 2 처리 가스에 CO가 포함될 경우에는, CO의 유량은 150 sccm 이상이고, 또한 300 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제거 공정에서의 제 2 처리 가스에 Ar가 포함될 경우에는, Ar의 유량은 50 sccm 이상이고, 또한 500 sccm 이하인 것이 바람직하다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(95)는, 반입출구(85) 및 게이트 밸브(86)로부터 챔버(10)의 외부로 피처리체를 반출한다. 이 후, 제어부(95)는, 처리 가스 공급원(66)으로부터 챔버(10)의 내부로 제 2 처리 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하고, 또한 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가한다. 그 결과, 챔버 내 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물과, 제 2 처리 가스의 플라즈마가 반응함으로써, 부착물이 챔버 내 부재로부터 제거된다.
상술한 바와 같이, 제 1 실시예에 따르면, 챔버 내 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거한다. 그 결과, 염소계 가스 또는 질소계 가스의 플라즈마에 대하여 내성을 가지는 금속이 부착물에 포함될 경우에 처리 가스의 플라즈마와 부착물과의 반응을 촉진하는 것이 가능해진다. 즉, 금속을 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거할 수 있다. 또한 제 1 실시예에 따르면, 염소계 가스 또는 질소계 가스 등의 부식성 가스를 이용하지 않고 부착물을 에칭하여 제거할 수 있으므로, 내부식성을 향상시키기 위한 장치의 사양 변경 등을 불요화(不要化)하는 것이 가능하다.
또한 제 1 실시예에 따르면, CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스는 CF4 가스, CF4 / CO 가스, CF4 / CO2 가스, CF4 / Ar 가스, CF4 / CO / Ar 가스, CF4 / CO2 / Ar 가스, C2F6 가스, C2F6 / CO 가스, C2F6 / CO2 가스, C2F6 / Ar 가스, C2F6 / CO / Ar 가스 및 C2F6 / CO2 / Ar 가스 중 적어도 어느 하나이다. 그 결과, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 금속을 포함하는 부착물을 보다 효율 좋게 플라즈마 에칭하여 제거할 수 있다.
또한 제 1 실시예에 따르면, 천이 금속은 Ti, Hf 및 Ta 중 적어도 어느 하나이다. 그 결과, Ti, Hf 및 Ta 중 적어도 어느 하나를 포함하는 막을 마스크 또는 스톱 레이어로서 포함하는 피처리체가 플라즈마 처리됨으로써, Ti, Hf 및 Ta 중 적어도 어느 하나를 포함하는 부착물이 처리 장치의 챔버 내 부재에 부착했을 경우에도, 부착물을 효율 좋게 플라즈마 에칭하여 제거할 수 있다.
또한 제 1 실시예에 따르면, 비금속은 Al이다. 그 결과, Al를 포함하는 막을 마스크 또는 스톱 레이어로서 포함하는 피처리체가 플라즈마 처리됨으로써, Al를 포함하는 부착물이 처리 장치의 챔버 내 부재에 부착했을 경우에도, 부착물을 효율 좋게 플라즈마 에칭하여 제거할 수 있다.
또한 제 1 실시예에 따르면, 챔버(10)의 내부에서 서로 대향하는 하부 전극(16) 및 상부 전극(34)의 각각에 고주파 전력을 인가함으로써 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마에 의해 부착물을 제거한다. 그 결과, 챔버 내 부재의 표면의 자기 바이어스 전압(Vdc)의 절대값을 증대시킬 수 있어, 챔버 내 부재에 부착한 부착물이 적당히 스퍼터되어 챔버 내 부재의 표면을 청정화할 수 있다.
(다른 실시예)
이상, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명했지만, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 이하에서는, 다른 실시예에 대하여 설명한다.
(직류 전압)
예를 들면, 제거 공정에서, 부착물의 제거 대상이 되는 챔버 내 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 부착물을 제거하도록 해도 된다. 챔버 내 부재에 인가되는 음의 직류 전압은 -100 V 이하인 것이 바람직하다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 여기서는, 부착물의 제거 대상이 되는 챔버 내 부재가 상부 전극(34)인 것으로 한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(95)는, 반입출구(85) 및 게이트 밸브(86)로부터 챔버(10)의 외부로 피처리체를 반출한다. 이 후, 제어부(95)는, 처리 가스 공급원(66)으로부터 챔버(10)의 내부로 제 2 처리 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하고, 또한 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가한다. 제 2 처리 가스란, 예를 들면 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스이다. 여기서는, 제 2 처리 가스로서 예를 들면 CF4 / Ar 가스, CF4 / CO / Ar 가스, CF4 / CO2 / Ar 가스, C2F6 / Ar 가스, C2F6 / CO / Ar 가스 및 C2F6 / CO2 / Ar 가스 중 적어도 어느 하나가 챔버(10)의 내부로 공급되는 것으로 한다. 또한 제어부(95)는, 부착물의 제거 대상이 되는 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)을 접속하여 소정의 직류(DC) 전압을 인가한다. 즉, 제어부(95)는, 플라즈마가 형성될 시, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)으로부터 소정의 극성 및 크기의 음의 직류 전압을 인가한다. 보다 바람직하게는, 상부 전극(34)의 표면이 되는 전극판(36)의 표면에 대한 소정의 스퍼터 효과가 얻어질 정도로 전극판(36)의 표면의 자기 바이어스 전압(Vdc)이 커지도록, 즉 상부 전극(34)의 표면에서의 Vdc의 절대값이 커지도록, 가변 직류 전원(50)으로부터 음의 직류 전압을 인가한다. 여기서는, 음의 직류 전압으로서 예를 들면 -100 V 이하의 직류 전압이 상부 전극(34)에 인가된다.
그 결과, 상부 전극(34)의 표면에 대한 이온의 충돌이 가속되어, 상부 전극(34)의 표면에 부착한 부착물의 제거량이 증가한다. 예를 들면, 플라즈마 중의 아르곤 이온이 상부 전극(34)의 표면에 충돌하여, 상부 전극(34)에 부착한 부착물이 적당히 스퍼터되어 상부 전극(34)의 표면을 청정화할 수 있다.
(처리 가스의 종별)
또한 상기 제 1 실시예에서는, 부착물을 제거하기 위한 처리 가스로서 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스가 이용되는 경우에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 부착물을 제거하기 위한 처리 가스로서 CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스가 이용되어도 된다. 이 경우, 플라즈마 처리 장치는, 제거 공정에서 부착물의 제거 대상이 되는 챔버 내 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 부착물을 제거한다. CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스는 예를 들면 CHF3 가스, CHF3 / Ar / O2 가스, CH2F2 가스, CH2F2 / Ar / O2 가스, CH3F 가스, CH3F / Ar / O2 가스 중 적어도 어느 하나이다. 또한, 챔버 내 부재에 인가되는 음의 직류 전압은 -100 V 이하인 것이 바람직하다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 여기서는, 부착물의 제거 대상이 되는 챔버 내 부재가 상부 전극(34)인 것으로 한다. 플라즈마 처리 장치의 제어부(95)는 반입출구(85) 및 게이트 밸브(86)로부터 챔버(10)의 외부로 피처리체를 반출한다. 이 후, 제어부(95)는, 처리 가스 공급원(66)으로부터 챔버(10)의 내부로 제 2 처리 가스를 공급하고, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가하고, 또한 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 인가한다. 제 2 처리 가스란 예를 들면 CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스이다. 여기서는, 제 2 처리 가스로서 예를 들면 CHF3 / Ar / O2 가스, CH2F2 / Ar / O2 가스, CH3F 가스, CH3F / Ar / O2 가스 중 적어도 어느 하나가 챔버(10)의 내부로 공급되는 것으로 한다. 또한 제어부(95)는, 부착물의 제거 대상이 되는 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)을 접속하여 소정의 직류(DC) 전압을 인가한다. 즉, 제어부(95)는 플라즈마가 형성될 시, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)으로부터 소정의 극성 및 크기의 음의 직류 전압을 인가한다. 보다 바람직하게는, 상부 전극(34)의 표면이 되는 전극판(36)의 표면에 대한 소정의 스퍼터 효과가 얻어질 정도로 전극판(36)의 표면의 자기 바이어스 전압(Vdc)이 깊어지도록, 즉 상부 전극(34)의 표면에서의 Vdc의 절대값이 커지도록, 가변 직류 전원(50)으로부터 음의 직류 전압을 인가한다. 여기서는, 음의 직류 전압으로서 예를 들면 -100 V 이하의 직류 전압이 상부 전극(34)에 인가된다.
그 결과, 상부 전극(34)의 표면에 대한 이온의 충돌이 가속하여, 상부 전극(34)의 표면에 부착한 부착물의 제거량이 증가한다. 예를 들면, 플라즈마 중의 아르곤 이온이 상부 전극(34)의 표면에 충돌하여, 상부 전극(34)에 부착한 부착물이 적당히 스퍼터되어 상부 전극(34)의 표면을 청정화할 수 있다.
(플라즈마 처리 장치의 종별)
또한 예를 들면 제 1 실시예에서는, 플라즈마 처리 방법에 적용되는 플라즈마 처리 장치로서, 도 1에 도시한 상부 1 주파 ＋ 상부 DC 인가 ＋ 하부 RF 1 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치가 이용되는 경우에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치, 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치, 또는 하부 RF 2 주파 ＋ 상부 DC 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치, 상하부 RF 인가 ＋ 상부 DC 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치, ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 에칭 장치, 마이크로파 플라즈마 에칭 장치 등에 적용할 수 있다.
도 4a는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다. 또한 도 4a에서, 도 1에 도시한 구성 부위와 동일한 구성 부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치는, 하부 전극(16)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 예를 들면 40 MHz의 고주파(RF) 전력을 인가한다. 또한 이 구성에서는, 가변 직류 전원(50) 및 제 2 고주파 전원(90)이 생략된다.
도 4b는, 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다. 또한 도 4b에서, 도 1에 도시한 구성 부위와 동일한 구성 부위에는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 도 4b에 도시한 플라즈마 에칭 장치는, 하부 전극(16)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 예를 들면 40 MHz의 고주파(RF) 전력을 인가한다. 또한 도 4b에 도시한 바와 같이, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)이 접속되어 소정의 직류(DC) 전압이 인가된다. 또한 이 구성에서는, 제 2 고주파 전원(90)이 생략 된다.
도 5는 하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 도시한 단면도이다. 또한 도 5에서, 도 1에 도시한 구성 부위와 동일한 구성 부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치는, 하부 전극(16)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 예를 들면 40 MHz의 고주파(RF) 전력을 인가하고, 또한 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 예를 들면 2 MHz의 고주파(RF) 전력을 인가한다. 또한 도 5에 도시한 바와 같이, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)이 접속되어 소정의 직류(DC) 전압이 인가된다.
(실험예)
이하에, 개시된 플라즈마 처리 방법에 대하여, 실험예를 들어 더 상세히 설명한다. 단, 개시된 플라즈마 처리 방법은 하기의 실험예에 한정되지 않는다.
(실험예 1 ~ 4)
천이 금속(X)을 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속(X)을 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 500 / 250 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 60 / 60 / 20 ℃
시간 : 180 초
또한 실험예 1 ~ 4에서는, 천이 금속(X)으로서 이하의 금속을 이용했다.
실험예 1, 2 : Ti(티탄)
실험예 3, 4 : Hf(하프늄)
또한 실험예 1 ~ 4에서는, 처리 가스(G1) 및 처리 가스(G1)의 유량으로서, 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다.
실험예 1, 3 : CF4 / CO = 300 / 300 sccm
실험예 2, 4 : CF4 / CO / Ar = 300 / 300 / 300 sccm
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(실험예 5, 6)
천이 금속(X)을 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속(X)을 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 500 / 250 W
상부 전극에의 직류 전압 : -500 V
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 60 / 60 / 20 ℃
시간 : 180 초
또한 실험예 5, 6에서는, 천이 금속(X)으로서 이하의 금속을 이용했다.
실험예 5 : Ti(티탄)
실험예 6 : Hf(하프늄)
또한 실험예 5, 6에서는, 처리 가스(G1) 및 처리 가스(G1)의 유량으로서, 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다.
실험예 5, 6 : CF4 / CO / Ar = 300 / 300 / 300 sccm
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(비교예 1 ~ 6)
비교예 1 ~ 6에서는, 실험예 1, 2와는 달리, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속(X)을 포함하는 부착물을, 염소계 가스 또는 질소계 가스를 포함하는 처리 가스(G2)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 1000 / 250 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 100 / 80 / 25 ℃
시간 : 180 초
또한 비교예 1 ~ 6에서는, 처리 가스(G2) 및 처리 가스(G2)의 유량으로서 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 1, 2와 동일하다.
비교예 1 : NF3 = 120 sccm
비교예 2 : BCl3 = 200 sccm
비교예 3 : Cl2 = 200 sccm
비교예 4 : BCl3 / Ar = 125 / 75 sccm
비교예 5 : BCl3 / Cl2 = 125 / 75 sccm
비교예 6 : Cl2 / NF3 = 150 / 50 sccm
(비교예 7 ~ 12)
비교예 7 ~ 12에서는, 실험예 3, 4와는 달리, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속(X)을 포함하는 부착물을, 염소계 가스 또는 질소계 가스를 포함하는 처리 가스(G2)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치 압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 1000 / 250 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 100 / 80 / 25 ℃
시간 : 180 초
또한 비교예 7 ~ 12에서는, 처리 가스(G2) 및 처리 가스(G2)의 유량으로서 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 3, 4와 동일하다.
비교예 7 : NF3 = 120 sccm
비교예 8 : BCl3 = 200 sccm
비교예 9 : Cl2 = 200 sccm
비교예 10 : BCl3 / Ar = 125 / 75 sccm
비교예 11 : BCl3 / Cl2 = 125 / 75 sccm
비교예 12 : Cl2 / NF3 = 150 / 50 sccm
(실험예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 12에 대한 처리 결과)
도 6 및 도 7은 실험예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 12에 대한 처리 결과를 도시한 도이다. 도 6 및 도 7의 트레이스 도 211은, 실험예 1, 2 및 비교예 1 ~ 6에서의 제거 공정 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 221은, 실험예 3, 4 및 비교예 7 ~ 12에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 도 6의 트레이스 도 212, 213, 222, 223은, 각각, 실험예 1 ~ 4에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 도 6의 트레이스 도 214, 224는, 각각, 실험예 5, 6에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 도 7의 트레이스 도 312 ~ 317은, 각각, 비교예 1 ~ 6에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 도 7의 트레이스 도 322 ~ 327은, 각각, 비교예 7 ~ 12에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도에서는, 금속 오염량(Contamination)[× 1010 atms/cm2]을 함께 나타냈다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, Ti를 제거하는 제거 공정에서, 염소계 가스 또는 질소계 가스를 포함하는 처리 가스(G2)를 이용한 비교예 1 ~ 6과 비교하여, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)를 이용한 실험예 1, 2에서는, 금속 오염량의 값이 개선되었다. 환원하면, 실험예 1, 2에서는, 비교예 1 ~ 6과 비교하여, 천이 금속인 Ti를 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거하는 것이 가능해졌다.
또한 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, Hf를 제거하는 제거 공정에서, 염소계 가스 또는 질소계 가스를 포함하는 처리 가스(G2)를 이용한 비교예 7 ~ 12와 비교하여, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)를 이용한 실험예 3, 4에서는, 금속 오염량의 값이 개선되었다. 환원하면, 실험예 3, 4에서는, 비교예 7 ~ 12와 비교하여, 천이 금속인 Hf를 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거하는 것이 가능해졌다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이, Ti를 제거하는 제거 공정에서, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하는 실험예 5에서는, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않는 실험예 1, 2와 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이, Hf를 제거하는 제거 공정에서, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하는 실험예 6에서는, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않는 실험예 3, 4 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
(실험예 7 ~ 10)
실험예 7 ~ 10에서는, 실험예 3, 4와는 달리, 처리 가스(G1) 및 처리 가스(G1)의 유량으로서, 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 1, 2와 동일하다.
실험예 7 : CF4 / Ar = 300 / 300 sccm
실험예 8 : CF4 / CO2 / Ar = 300 / 300 / 300 sccm
실험예 9 : CF4 / CO / Ar = 100 / 100 / 100 sccm
실험예 10 : CF4 = 300 sccm
(실험예 11 ~ 16)
비금속인 Al(알루미늄)를 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 부착한, Al를 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 500 / 250 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 60 / 60 / 20 ℃
또한 실험예 11 ~ 16에서는, 처리 가스(G1) 및 처리 가스(G1)의 유량으로서, 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다.
실험예 11 : CF4 / CO / Ar = 300 / 300 / 300 sccm
실험예 12 : CF4 / Ar = 300 / 300 sccm
실험예 13 : CF4 / CO = 300 / 300 sccm
실험예 14 : CF4 / CO2 / Ar = 300 / 300 / 300 sccm
실험예 15 : CF4 / CO / Ar = 100 / 100 / 100 sccm
실험예 16 : CF4 = 300 sccm
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(비교예 13)
비교예 13에서는, 실험예(9)와는 달리, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속인 Hf를 포함하는 부착물을, 질소계 가스를 포함하는 처리 가스인 NF3 / CO / Ar = 100 / 100 / 100 sccm의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거하는 제거 공정을 행했다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 9와 동일하다.
(비교예 14)
비교예 14에서는, 실험예 15와는 달리, 상부 전극(34)에 부착한, 비금속인 Al를 포함하는 부착물을, 질소계 가스를 포함하는 처리 가스인 NF3 / CO / Ar = 100 / 100 / 100 sccm의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거하는 제거 공정을 행했다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 15와 동일하다.
(실험예 7 ~ 16 및 비교예 13, 14에 대한 처리 결과)
도 8은 실험예 7 ~ 16 및 비교예 13, 14에 대한 처리 결과를 도시한 도이다. 도 8의 트레이스 도 221은, 도 6 및 도 7의 트레이스 도 221에 상당한다. 또한 도 8의 트레이스 도 231은, 실험예 7 ~ 16에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도 413, 415 ~ 417은, 각각, 실험예 7 ~ 10에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도 422 ~ 427은, 각각, 실험예 11 ~ 16에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도 512, 522는, 각각, 비교예 13, 14에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도에서는, 금속 오염량(Contamination)[× 1010 atms/cm2]을 함께 나타냈다.
도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, Hf 또는 Al를 제거하는 제거 공정에서 CF4 / Ar를 이용함으로써, CF4 / CO 또는 CF4 / CO / Ar를 이용하는 방법과 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
또한 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, Hf 또는 Al를 제거하는 제거 공정에서 CF4 / CO2 / Ar를 이용함으로써, CF4 / CO 또는 CF4 / CO / Ar를 이용하는 방법과 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
또한 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, Hf 또는 Al를 제거하는 제거 공정에서 CF4를 이용함으로써, CF4 / CO 또는 CF4 / CO / Ar를 이용하는 방법과 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
또한 도 8에 도시한 바와 같이, Hf 또는 Al를 제거하는 제거 공정에서, CF4 / CO / Ar를 이용함으로써, NF3 / CO / Ar를 이용하는 방법과 비교하여, 금속 오염량의 값이 개선되었다. 환원하면, 실험예 9, 15에서는, 비교예 13, 14와 비교하여 천이 금속인 Hf를 포함하는 부착물 또는 비금속인 Al를 포함하는 부착물을 효율 좋게 에칭하여 제거하는 것이 가능해졌다.
(실험예 17, 18)
실험예 17, 18에서는, 실험예 1 ~ 16과는 달리, 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치 대신에, 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 일련의 처리를 행했다. 즉, 천이 금속인 Hf를 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 부착한, Hf를 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 에칭하여 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력 : 1000 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 100 / 60 / 0℃
시간 : 180 초
또한 실험예 17, 18에서는, 처리 가스(G1) 및 처리 가스(G1)의 유량으로서, 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다.
실험예 17 : CF4 / CO / Ar = 300 / 300 / 300 sccm
실험예 18 : CF4 / CO = 300 / 300 sccm
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(실험예 17, 18에 대한 처리 결과)
도 9는 실험예 17, 18에 대한 처리 결과를 도시한 도이다. 도 9의 트레이스 도 221은, 도 6 및 도 7의 트레이스 도 221에 상당한다. 또한 트레이스 도 612, 613은, 각각, 실험예 17, 18에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도에서는, 금속 오염량(Contamination)[× 1010 atms/cm2]을 함께 나타냈다.
도 9에 도시한 바와 같이, 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치가 이용된 경우에도, 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치가 이용된 경우와 마찬가지로 금속 오염량의 값이 개선되었다. 환원하면, 상부 전극(34)의 표면에 자기 바이어스 전압이 발생하지 않는 상황이라도, 천이 금속인 Hf를 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거하는 것이 가능해졌다.
(실험예 19 ~ 21)
천이 금속(X)을 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속(X)을 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 500 W / 250 W
상부 전극에의 직류 전압 : -500 V
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 60 / 60 / 20 ℃
시간 : 180 초
처리 가스 및 처리 가스의 유량 : CF4 / CO / Ar = 100 / 100 / 100 sccm
또한 실험예 19 ~ 21에서는, 천이 금속(X)으로서 이하의 금속을 이용했다.
실험예 19 : Ti(티탄)
실험예 20 : Hf(하프늄)
실험예 21 : Ta(탄탈)
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(실험예 22 ~ 33)
실험예 22 ~ 33에서는, 실험예 19 ~ 21과는 달리, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상부 전극(34)에 부착한, 천이 금속(X)을 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G3)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 500 W / 250 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 60 / 60 / 20 ℃
시간 : 180 초
또한 실험예 22 ~ 33에서는, 천이 금속(X)으로서 이하의 금속을 이용했다.
실험예 22, 25, 28, 31 : Ti(티탄)
실험예 23, 26, 29, 32 : Hf(하프늄)
실험예 24, 27, 30, 33 : Ta(탄탈)
또한 실험예 22 ~ 33에서는, 처리 가스(G3) 및 처리 가스(G3)의 유량으로서 이하의 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다.
실험예 22 ~ 24, 31 ~ 33 : CHF3 / Ar / O2 = 100 / 100 / 100 sccm
실험예 25 ~ 27 : CHF3 / Ar / O2 = 100 / 500 / 100 sccm
실험예 28 ~ 30 : CHF3 / Ar / O2 = 100 / 800 / 100 sccm
또한 실험예 22 ~ 33에서는, 상부 전극(34)에의 직류 전압으로서 이하의 직류 전압을 이용했다.
실험예 22 ~ 30 : -400 V
실험예 31 ~ 33 : -900 V
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(실험예 19 ~ 33에 대한 처리 결과)
도 10은 실험예 19 ~ 33에 대한 처리 결과를 도시한 도이다. 도 10에서 트레이스 도 711은, 실험예 19, 22, 25, 28, 31에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 721은, 실험예 20, 23, 26, 29, 32에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 731은, 실험예 21, 24, 27, 30, 33에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 712 ~ 716은, 각각, 실험예 19, 22, 25, 28, 31에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 722 ~ 726은, 각각, 실험예 20, 23, 26, 29, 32에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 732 ~ 736은, 각각, 실험예 21, 24, 27, 30, 33에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도에서는, 금속 오염량(Contamination)[× 1010 atms/cm2]을 함께 나타냈다.
도 10에 도시한 바와 같이, 천이 금속으로서 Ti, Hf 또는 Ta을 제거하는 각 제거 공정에서, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가함으로써, 천이 금속의 종류에 관계없이, 금속 오염량의 값을 개선할 수 있었다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이, Ti를 제거하는 제거 공정에서, CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G3)를 이용하는 실험예 22, 25, 28, 31에서는, CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)를 이용하는 실험예 19와 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이, Hf를 제거하는 제거 공정에서, CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G3)를 이용하는 실험예 23, 26, 29, 32에서는, CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)를 이용하는 실험예 20과 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
또한 도 10에 도시한 바와 같이, Ta을 제거하는 제거 공정에서, CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G3)를 이용하는 실험예 24, 27, 30, 33에서는, CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)를 이용하는 실험예 21과 동일 정도로 금속 오염량의 값을 개선 가능했다.
(실험예 34, 35)
비금속인 Al(알루미늄)를 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상부 전극(34)에 부착한, Al를 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G3)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 하부 RF 2 주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력(HF / LF) : 1000 W / 250 W
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 60 / 60 / 20 ℃
시간 : 180 초
처리 가스 및 처리 가스의 유량 : CHF3 / Ar / O2 = 100 / 100 / 100 sccm
또한 실험예 34, 35에서는, 상부 전극(34)에의 직류 전압으로서 이하의 직류 전압을 이용했다.
실험예 34 : -150 V
실험예 35 : -300 V
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(비교예 15)
비교예 15에서는, 실험예 34, 35와는 달리, 제거 공정에서, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않았다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 34, 35와 동일하다.
(실험예 34, 35 및 비교예 15에 대한 처리 결과)
도 11은, 실험예 34, 35 및 비교예 15에 대한 처리 결과를 도시한 도이다. 도 11에서 트레이스 도 741은, 실험예 34, 35 및 비교예 15에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 742는, 비교예 15에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 743, 744는, 각각, 실험예 34, 35에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도에서는, 금속 오염량(Contamination)[× 1010 atms/cm2]을 함께 나타냈다.
도 11에 도시한 바와 같이, Al를 제거하는 제거 공정에서, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않는 비교예 15와 비교하여, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하는 실험예 34, 35에서는, 금속 오염량의 값이 개선되었다. 환원하면, 실험예 34, 35에서는 비교예 15와 비교하여, 비금속인 Al를 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거하는 것이 가능해졌다.
(실험예 36 ~ 39)
비금속인 Al를 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 이 후, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상부 전극(34)에 부착한, Al를 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력 : 1 kW
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 20 / - / 20 ℃
시간 : 180 초
처리 가스 및 처리 가스의 유량 : CF4 = 500 sccm
또한 실험예 36 ~ 39에서는, 상부 전극(34)에의 직류 전압으로서 이하의 직류 전압을 이용했다.
실험예 36 : -100 V
실험예 37 : -150 V
실험예 38 : -300 V
실험예 39 : -500 V
(실험예 40 ~ 44)
천이 금속인 Hf를 포함하는 막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리했다. 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상부 전극(34)에 부착한, Hf를 포함하는 부착물을, CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스(G1)의 플라즈마에 의해 제거하는 제거 공정을 행했다. 제거 공정을 행할 시 이용한 모든 조건은 이하와 같다.
플라즈마 처리 장치의 종별 : 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하는 하부 RF 단주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치
압력 : 4.0 Pa(30 mT)
고주파 전력 : 1 kW
온도(상부 / 측벽부 / 하부) : 20 / - / 20 ℃
시간 : 180 초
처리 가스 및 처리 가스의 유량 : CF4 = 500 sccm
또한 실험예 40 ~ 44에서는, 상부 전극(34)에의 직류 전압으로서 이하의 직류 전압을 이용했다.
실험예 40 : -50 V
실험예 41 : -100 V
실험예 42 : -150 V
실험예 43 : -300 V
실험예 44 : -500 V
(실험예 45)
실험예 45에서는, 실험예 40 ~ 44와는 달리, 제거 공정에서 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않았다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 40 ~ 44와 동일하다.
제거 공정을 행한 후, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 측정했다. 금속 오염량이란, 단위 면적당 얼마만큼의 금속 원자가 부착하고 있는지를 나타내는 지표이다. 또한 금속 오염량의 측정에서는, 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량을 직접 측정하는 것이 아니라, 상부 전극(34) 상에 테스트용 Si 기판을 설치하고, 테스트용 Si 기판 상의 금속 오염량을 상부 전극(34)의 표면의 금속 오염량으로서 측정했다.
(비교예 16)
비교예 16에서는, 실험예 36 ~ 39와는 달리, 제거 공정에서 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않았다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 36 ~ 39와 동일하다.
(비교예 17)
비교예 17에서는, 실험예 36 ~ 39와는 달리, 제거 공정에서 상부 전극(34)에의 직류 전압으로서 -50 V를 이용했다. 그 외의 점에 대해서는 실험예 36 ~ 39와 동일하다.
(실험예 36 ~ 45 및 비교예 16, 17에 대한 처리 결과)
도 12는 실험예 36 ~ 45 및 비교예 16, 17에 대한 처리 결과를 도시한 도이다. 도 12에서 트레이스 도 761은, 실험예 36 ~ 39 및 비교예 16, 17에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 771은, 실험예 40 ~ 45에서의 제거 공정의 전의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 762, 763은, 각각, 비교예 16, 17에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 764 ~ 767은, 각각, 실험예 36 ~ 39에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 773 ~ 777은, 각각, 실험예 40 ~ 44에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 트레이스 도 772는, 실험예 45에서의 제거 공정 후의 테스트용 Si 기판의 표면 상태를 나타내는 트레이스 도이다. 또한 트레이스 도에서는, 금속 오염량(Contamination)[× 1010 atms/cm2]을 함께 나타냈다.
도 12에 도시한 바와 같이, Al를 제거하는 제거 공정에서, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하지 않는 비교예 16, 및 상부 전극(34)에 -100 V보다 큰 직류 전압을 인가하는 비교예 17과 비교하여, 상부 전극(34)에 -100 V 이하의 직류 전압을 인가하는 실험예 36 ~ 39에서는 금속 오염량의 값이 개선되었다. 즉, 상부 전극(34)에 인가되는 음의 직류 전압을 -100 이하의 값으로 설정함으로써, 비금속인 Al를 포함하는 부착물을 효율 좋게 제거할 수 있는 것을 알았다.
또한 도 12에 도시한 바와 같이, Hf를 제거하는 제거 공정에서는, 상부 전극(34)에 음의 직류 전압을 인가하는지 여부에 관계없이, 금속 오염량의 값을 개선할 수 있었다.
10 : 챔버
16 : 서셉터
32 : 가스 공급 라인
34 : 상부 전극
36 : 전극판
50 : 가변 직류 전원
51 : 컨트롤러
66 : 처리 가스 공급원
84 : 배기 장치
87 : 정합기
88 : 정합기
89 : 고주파 전원
90 : 고주파 전원
95 : 제어부
96 : 유저 인터페이스
97 : 기억부

Claims (11)

  1. 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거하며,
    상기 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 상기 부착물을 제거하고,
    상기 음의 직류 전압은 -100 V 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스는 CF4 가스, CF4 / CO 가스, CF4 / CO2 가스, CF4 / Ar 가스, CF4 / CO / Ar 가스, CF4 / CO2 / Ar 가스, C2F6 가스, C2F6 / CO 가스, C2F6 / CO2 가스, C2F6 / Ar 가스, C2F6 / CO / Ar 가스 및 C2F6 / CO2 / Ar 가스 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 천이 금속은 Ti, Hf 및 Ta 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비금속은 Al인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 방법은,
    상기 처리 용기의 내부에서 서로 대향하는 2 개의 전극의 각각에 고주파 전력을 인가함으로써 상기 CxFy 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 생성한 플라즈마에 의해 상기 부착물을 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거하며,
    상기 음의 직류 전압은 -100 V 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거하며,
    상기 CHzFw 가스를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스는 CHF3 가스, CHF3 / Ar / O2 가스, CH2F2 가스, CH2F2 / Ar / O2 가스, CH3F 가스, CH3F / Ar / O2 가스 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부를 감압하기 위한 배기부와,
    상기 처리 용기의 내부로 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 -100 V 이하의 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을 CxFy 가스(단, x는 2 이하의 정수, y는 6 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부를 감압하기 위한 배기부와,
    상기 처리 용기의 내부로 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    상기 처리 용기의 내부에 배치된 부재에 -100 V 이하의 음의 직류 전압을 인가하면서, 상기 부재에 부착한, 천이 금속 및 비금속 중 적어도 어느 일방을 포함하는 부착물을, CHzFw 가스(단, z는 3 이하의 정수, w는 3 이하의 정수)를 포함하고, 또한 염소계 가스 및 질소계 가스를 포함하지 않는 처리 가스의 플라즈마에 의해 제거하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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