KR102614972B1 - 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

플라스마 처리 장치를, 내부에 피처리 기판을 재치(載置)하는 전극을 구비한 플라스마 처리실과, 플라스마 처리실에 플라스마 발생용 전력을 공급하는 전력 공급부와, 이 전력 공급부로부터 플라스마 처리실에 공급하는 전력을 제어하는 제어부를 구비하여 구성하고, 제어부는, 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치하고 있지 않은 상태에서 전력 공급부를 제1 조건으로 제어하여 플라스마 처리실의 내부에 제1 플라스마를 발생시켜 플라스마 처리실의 내벽면을 제1 온도로 가열하는 보온 방전과, 다음에 전력 공급부를 제2 조건으로 제어하여 플라스마 처리실의 내부에 제2 플라스마를 발생시켜 플라스마 처리실의 내벽면을 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 급속 온도 조절 방전과, 전극에 피처리 기판을 재치한 상태에서 전력 공급부를 제3 조건으로 제어하여 플라스마 처리실의 내부에 제3 플라스마를 발생시켜 피처리 기판을 처리하는 제품 처리를 실행하도록 했다.

Description

플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법
본 발명은, 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는, 일반적으로 플라스마를 이용한 드라이 에칭이 행해지고 있다. 드라이 에칭을 행하기 위한 플라스마 처리 장치는 다양한 방식이 사용되고 있다.
일반적으로, 플라스마 처리 장치는, 진공 처리실, 이에 접속된 가스 공급 장치, 진공 처리실 내의 압력을 원하는 값으로 유지하는 진공 배기계, 피처리 기판을 재치(載置)하는 전극, 진공 처리실 내에 플라스마를 발생시키기 위한 플라스마 발생 수단 등으로 구성되어 있다.
샤워 플레이트 등으로부터 진공 처리실 내에 공급된 처리 가스를, 상기 플라스마 발생 수단에 의해 플라스마 상태로 함으로써, 피처리 기판의 재치용 전극에 유지된 피처리 기판의 에칭 처리가 행해진다.
피처리 기판의 에칭은, 플라스마나 리액터 벽으로부터 방출된 이온이나 라디칼과의 물리적인 스퍼터링이나 화학 반응에 의해 진행된다. 따라서 피처리 기판의 에칭량은, 플라스마 상태는 물론, 리액터 벽면으로부터 방출되거나, 혹은 리액터 벽면에 흡착되어 버리는 라디칼량에도 영향을 받는다.
여기에서 리액터 벽면에 있어서의 라디칼의 방출 혹은 흡착량을 결정하는 주요 인자 중 하나로서, 리액터 벽면 온도를 들 수 있다. 일반적으로, 리액터 벽면 온도는 전열기 외, 플라스마 입열(入熱)에 의해 가열된다. 리액터 벽면은, 플라스마 방전 중은 그 입열에 의해 승온(昇溫)된 상태에 있지만, 플라스마 방전 종료 후에 장치가 처리 대기 상태(이하, 아이들링(idling) 상태)가 되었을 경우, 그 처리 대기 시간(이하, 아이들링 시간)의 경과에 수반하여 리액터 벽면 온도는 서서히 강하해 간다.
따라서, 예를 들면 복수의 피처리 기판을 같은 에칭 조건으로 연속적으로 처리했을 경우여도, 1매째의 처리 전에 장시간 아이들링 상태에 있었을 경우, 처리 개시 직후의 리액터 벽면 온도와 처리 시간이 계속된 후의 리액터 벽면 온도에 현저한 괴리(乖離)가 생긴다. 따라서, 1매째의 피처리 기판과 후반에 처리한 피처리 기판에서는 에칭량에 차이가 생길 경우가 있다.
최근의 반도체 디바이스의 구조의 미세화 및 복잡화에 수반하여, 상기와 같은 피처리 기판간의 에칭량의 차이는 비록 얼마 되지 않지만 디바이스 제조의 수율에 직접 영향을 미칠 가능성이 높기 때문에, 양산 안정성의 관점에서도 리액터 벽면 온도의 제어는 간과할 수 없는 중요한 과제 중 하나이다.
플라스마 에칭 장치에 있어서는, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 다음과 같은 리액터 벽면의 온도 제어 기술이 이용되고 있다. 특허문헌 1에서는 기판의 처리 전에 미리 설정된 조건으로 플라스마 방전을 실시함으로써, 리액터 벽면 온도를 승온하는 기술이 나타나 있다. 또한, 특허문헌 2에서는 장치의 아이들링 시간 중에 간헐 방전을 실시함으로써, 리액터 벽면 온도를 승온하는 기술이 나타나 있다.
일본국 특개2006-210948호 공보 일본국 특개2010-219198호 공보
특허문헌 1에 나타나는 기술은 기판 처리 전에 플라스마 방전을 실시함으로써 리액터의 승온을 도모하는 것이지만, 장치의 아이들(idle) 상태가 예를 들면 몇 시간 등의 장시간에 미치고 있었던 후에 당해의 승온 처리를 행할 경우, 충분한 승온을 행하기 위해서는 장시간의 방전이 필요해진다. 이는 스루풋의 저하를 초래하여, 비용 퍼포먼스의 관점에서 문제이다.
또한, 특허문헌 2에 나타나는 기술은, 장치의 아이들링 시간 중에 간헐 방전을 실시하여 리액터 벽면 온도를 승온시키는 것이다. 여기에서, 아이들링 상태가 종료되어 실제로 기판 처리를 복수매 실시했을 경우, 최종적으로 도달하는 리액터 벽면 온도(이하, 포화 온도)는, 일반적으로 투입한 평균 고주파 전력에 의해 결정되기 때문에, 기판 처리 조건에 따라 적절한 리액터 벽면 온도는 서로 다르다.
따라서, 앞선 처리가 종료되어 장치가 아이들링 상태로 이행했을 때, 다음에 처리되는 조건을 미리 알고 있으면, 그 처리 조건에 대해서 적절한 온도까지 리액터 벽면 온도를 승온시킬 수 있지만, 다음에 처리되는 조건이 불분명할 경우는 목표 온도 설정이 곤란하다. 또한, 앞선 기판 처리 조건에 있어서의 포화 온도가 다음에 처리되는 기판 처리 조건에 있어서의 포화 온도보다 고온일 경우, 승온을 목적으로 한 아이들링 시간 중의 간헐 방전은 챔버 벽면 온도를 과열 상태로 하게 되어, 오히려 피처리 기판간의 에칭량의 괴리를 조장할 가능성이 있다.
본 발명은, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하는 것으로서, 앞선 피처리 기판의 제품 처리가 종료 후에 아이들 상태가 되었을 때에, 그 아이들 시간이 충분히 길고 리액터 벽면 온도가 다음에 처리되는 피처리 기판에 대하여 플라스마 처리를 행하는 처리 조건인 제품 처리 조건에 있어서의 리액터 벽면의 포화 온도와 비교하여 현저히 강하했을 경우나, 다음에 처리되는 피처리 기판의 제품 처리 조건이 불분명할 경우여도, 단시간에 챔버 벽면 온도를 목표 포화 온도에 도달시키는 것을 가능하게 하는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기한 종래 기술의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 내부에 피처리 기판을 재치하는 전극을 구비한 플라스마 처리실과, 플라스마 처리실에 플라스마 발생용 전력을 공급하는 전력 공급부와, 이 전력 공급부로부터 플라스마 처리실에 공급하는 전력을 제어하는 제어부를 구비한 플라스마 처리 장치에 있어서, 제어부는, 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치하고 있지 않은 상태에서 전력 공급부를 제1 조건으로 제어하여 플라스마 처리실의 내부에 제1 플라스마를 발생시켜 플라스마 처리실의 내벽면을 제1 온도로 가열하는 보온 방전과, 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치하고 있지 않은 상태에서 전력 공급부를 제2 조건으로 제어하여 플라스마 처리실의 내부에 제2 플라스마를 발생시켜 플라스마 처리실의 내벽면을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 급속 온도 조절 방전과, 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치한 상태에서 전력 공급부를 제3 조건으로 제어하여 플라스마 처리실의 내부에 제3 플라스마를 발생시켜 피처리 기판을 처리하는 제품 처리를 실행하도록 했다.
또한, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 플라스마 처리 장치를 이용하여 피처리 기판을 처리하는 방법에 있어서, 플라스마 처리 장치의 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치하고 있지 않은 상태에서 플라스마 처리실에 제1 조건으로 전력을 인가(印加)하여 플라스마 처리실의 내부에 제1 플라스마를 발생시켜 플라스마 처리실의 내벽면을 제1 온도로 가열하고, 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치하고 있지 않은 상태에서 제2 조건으로 전력을 인가하여 플라스마 처리실의 내부에 제2 플라스마를 발생시켜 플라스마 처리실의 내벽면을 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하고, 플라스마 처리실의 내부의 전극에 피처리 기판을 재치한 상태에서 제3 조건으로 전력을 인가하여 플라스마 처리실의 내부에 제3 플라스마를 발생시켜 피처리 기판을 처리하도록 했다.
본 발명에 따라, 앞선 피처리 기판의 제품 처리가 종료 후에 아이들 상태가 되었을 때에, 그 아이들 시간이 충분히 길고 리액터 벽면 온도가 다음에 처리되는 피처리 기판의 제품 처리 조건의 포화 온도와 비교하여 현저히 강하했을 경우나, 다음에 처리되는 피처리 기판의 제품 처리 조건이 불분명할 경우여도, 단시간에 챔버 벽면 온도를 목표 포화 온도에 도달시키는 것이 가능해져, 에칭 처리에 있어서의 수율을 높은 상태에서 안정적으로 유지할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치의 개략의 구성을 나타내는 블록도.
도 2의 (a)는, 본 발명을 적용하지 않았을 경우에 있어서의 아이들링 상태 및 피처리 기판의 제품 처리의 시간과 리액터 벽면 온도와의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)는, 본 발명을 적용하지 않았을 경우에 있어서의 웨이퍼 카운트와 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 반입 전의 방전 제어와 피처리 기판의 제품 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 링 상태 및 피처리 기판의 제품 처리의 시간과 리액터 벽면과의 관계를 나타내는 그래프.
도 5의 (a)는, 본 발명을 적용했을 경우에 있어서의 아이들링 상태 및 피처리 기판의 제품 처리의 시간과 리액터 벽면 온도와의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)는, 본 발명을 적용했을 경우에 있어서의 웨이퍼 카운트와 에칭량과의 관계를 나타내는 그래프.
본 발명은, 처리실 내의 온도를 플라스마로부터 처리실 벽면에의 입열에 의해 제어한 상태에서 처리실 내에 자계(磁界)를 소정의 간격으로 반복적으로 강도를 증감해서 공급하여 플라스마를 형성하고 시료를 처리하는 플라스마 처리 장치 및 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
플라스마 처리 장치를 이용하여 로트 내의 복수의 기판을 순차 처리 중, 챔버 벽면의 온도는 플라스마 입열에 의해 변화하지만, 로트 초기의 온도가 로트의 포화 온도와 현저히 괴리하고 있을 경우, 동일 로트 내에서 에칭 레이트 등에 차가 생겨, 수율의 저하를 초래한다.
이 현상을 방지하기 위해서는, 로트 초기의 온도와 포화 온도의 괴리를 완화하는 것이 필수이다. 그래서, 본 발명에서는, 로트 초기의 시점에서 벽 온도가 동(同) 로트의 포화 온도 가까이까지 달하도록 하여, 이 과제를 해결하도록 한 것이다.
즉, 본 발명에서는, 플라스마 처리 장치를 이용하여 피처리 기판을 처리할 때에, 로트 처리 전의 아이들링 시간 중에, 소정의 평균 전력이 되도록 펄스 변조된 고주파 전력에 의해 생성된 플라스마 방전에 의해 챔버의 내벽면을 승온시킨 후, 다음에 실시되는 로트 처리에 앞서 플라스마 방전을 실시하여 챔버의 내벽면의 온도를 조정하는 구성에 있어서, 아이들 시간 중에 플라스마 방전하는 소정의 평균 전력은 동 장치에서 실시되는 복수의 로트 처리 조건의 평균 투입 전력보다 낮게 설정하고, 로트 처리에 앞서 실시하는 플라스마 방전은, 당해의 로트 처리 조건의 평균 투입 전력으로 설정하도록 했다.
이에 따라, 로트 처리 개시 시점의 챔버의 내벽면의 온도를 당해 로트 처리 조건에 있어서의 챔버의 내벽면의 포화 온도 가까이까지 온도 조절할 수 있어, 로트 내의 피처리 기판의 에칭 레이트의 불균일을 억제함으로써, 수율의 향상을 도모할 수 있도록 했다.
또한, 본 발명은, 펄스 변조된 고주파 전력에 의한 플라스마에 의해, 아이들링 시에 처리실의 벽면의 온도를 승온한 뒤, 로트 처리 조건에 의거하여 고주파 전력을 제어하여 처리실의 벽면의 온도를 더 승온시키도록 했다. 이에 따라, 로트 처리의 최초와 최후에 있어서의 처리실 벽면의 온도 변화를 작게 하여, 플라스마 처리에 있어서, 처리실 벽면의 온도 변화에 기인하는 피처리 기판의 처리의 로트 내에 있어서의 품질의 불균일을 작게 하도록 한 것이다.
또한, 본 발명은, 앞선 처리가 종료되고 장치가 아이들링 상태가 된 전체 시간 중에 있어서, 소정의 평균 전력이 되도록 설정되고 펄스 변조된 고주파 전력에 의해 형성된 플라스마 방전에 의해 리액터 벽면 온도를 조정한 후, 다음 피처리 기판의 처리를 시작하기 전에 그 피처리 기판의 제품 처리 조건에 의거한 소정의 전력으로 생성된 플라스마 방전에 의해 리액터 벽면 온도를 승온시키도록 한 것이다.
그리고, 이 소정의 전력은, 미리 승온된 리액터 벽면 온도로부터, 목표 포화 온도에 도달할 때까지의 시간이 소정값이 되도록 정해진 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 앞선 피처리 기판의 처리가 종료 후에 아이들 상태가 되었을 때에, 그 아이들 시간이 충분히 길고 리액터 벽면 온도가 다음에 처리되는 피처리 기판의 조건에 있어서의 포화 온도와 비교하여 현저히 강하했을 경우나, 다음에 처리되는 피처리 기판의 처리 조건이 불분명할 경우여도, 단시간에 챔버 벽면 온도를 목표 포화 온도에 도달시키는 것을 가능하게 하여, 처리 로트 내의 에칭 레이트의 온도 의존에 기인하는 불균일을 억제할 수 있어, 에칭 처리에 있어서의 수율을 높은 상태에서 안정적으로 유지할 수 있게 되었다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
실시예
도 1은, 본 발명의 일 실시예인 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)의 개략의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)는, 에칭 처리실(104), 마이크로파 전원(101), 마이크로파 전원(101)과 에칭 처리실(104)을 접속하는 도파관(103), 에칭 처리실(104)의 상부에서 에칭 처리실(104)에 도입된 에칭 가스를 에칭 처리실(104)에 봉입함과 함께, 도파관(103)으로부터 반송된 주파수가 예를 들면 2.45㎓의 마이크로파 전력을 에칭 처리실(104)에 도입하기 위한 유전체 창(105), 에칭 처리실(104)의 외주부(外周部)에 배치되어 에칭 처리실(104)의 내부에 자장을 발생시키기 위한 전자 코일(106)을 구비하고 있다.
에칭 처리실(104)의 내부에는 피처리 기판(107)을 재치하는 전극(108)을 구비하고, 전극(108)에 재치한 피처리 기판(107)을 도시하고 있지 않은 정전 흡착 전극의 작용에 의해 전극(108)에 정전 흡착하기 위한 직류 전압을 인가하는 직류 전원(109), 직류 전원(109)으로 고주파 전력이 흘러들어가지 않도록 고주파 전력을 커트하는 고주파 필터 회로(111), 전극(108)에 재치한 피처리 기판(107)에 플라스마 중의 이온을 인입(引入)하기 위한 고주파 전력을 전극(108)에 인가하는 고주파 전원(110), 고주파 전원(110)에 대한 전극(108)의 고주파 임피던스를 조정하는 매칭 회로(112)를 구비하고 있다. 전극(108)은, 도시하고 있지 않은 절연 부재에 의해 에칭 처리실(104)의 내부에 설치되어 있다.
또한, 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)는, 에칭 처리실(104)의 내부에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부(114), 가스 공급부(114)로부터 에칭 처리실(104)의 내부에 공급하는 처리 가스의 유량을 제어하는 가스 유량 제어부(115), 에칭 처리실(104)의 내부를 진공으로 배기하는 진공 배기부(116)를 구비하고 있다.
또한, 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)는, 에칭 처리실(104)의 내부의 플라스마 발광 상태나 피처리 기판(107)의 에칭 상태 등을 모니터하기 위한 발광 모니터 기구(102), 에칭 처리실(104)의 내벽면(리액터 벽면)(1041)의 온도를 계측하는 온도 계측기(113)를 구비하고 있다.
120은 제어부이고, 마이크로파 전원(101), 전자 코일(106), 직류 전원(109), 고주파 전원(110), 가스 유량 제어부(115), 진공 배기부(116) 등을 제어한다. 또한, 아이들링 중이나 플라스마 처리 중에 있어서의 제어부(120)에 의한 제어에는, 발광 모니터 기구(102)로부터 수신한 신호나, 온도 계측기(113)로 계측하여 얻어진 리액터 벽면(1041)의 온도 정보를 이용할 경우도 있다.
또한, 제어부(120)는, 기억부(121)와 연산부(122) 및 CPU(133)를 구비하고 있다. 기억부(121)에는, 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에서 피처리 기판(107)을 처리하기 위한 프로그램, 및 마이크로파 전원(101), 전자 코일(106), 직류 전원(109), 고주파 전원(110), 가스 유량 제어부(115), 진공 배기부(116) 등을 제어하는 제품 처리 조건이 등록되어 기억된다.
연산부(122)는 각종 연산 처리를 행하지만, 그 일례로서, 기억부(121)에 기억된 제품 처리 조건에 의거하여, 후술하는 보온 방전 시에 마이크로파 전원(101)으로부터 투입하는 플라스마 생성을 위한 평균 고주파 전력, 및 급속 온도 조절 방전에 마이크로파 전원(101)으로부터 투입하는 플라스마 생성을 위한 평균 고주파 전력을 연산한다.
CPU(133)는, 기억부(121)에 기억된 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에서 피처리 기판(107)을 처리하기 위한 프로그램 및 제품 처리 조건에 의거하여, 마이크로파 전원(101), 전자 코일(106), 직류 전원(109), 고주파 전원(110), 가스 유량 제어부(115), 진공 배기부(116) 등을 제어한다.
제어부(120)는, 연산부(122)에서 연산하여 구한 보온 방전 시의 평균 고주파 전력, 및 급속 온도 조절 방전 시의 평균 고주파 전력에 의거하여, 마이크로파 전원(101), 전자 코일(106), 직류 전원(109), 고주파 전원(110) 등을 제어한다. 또한 이때, 온도 계측기(113)로 계측하여 얻어진 리액터 벽면(1041)의 온도 정보를 이용하여 피드백 제어하도록 해도 된다. 또한, 발광 모니터 기구(102)로부터 수신한 신호를 처리하여, 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에 의한 피처리 기판(107)의 처리의 종점을 검출하여, 마이크로파 전원(101), 전자 코일(106), 직류 전원(109), 고주파 전원(110) 등의 동작을 정지하도록 해도 된다.
이와 같이 구성을 구비한 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에 있어서, 우선 마이크로파 전원(101)으로부터 마이크로파 전력을 발진(發振)하고, 이 발진된 마이크로파 전력은 도파관(103)을 통해 에칭 처리실(104)까지 전송된다.
에칭 처리실(104) 상부에는 에칭 가스를 에칭 처리실(104)의 하부에 봉입하기 위한 유전체 창(105)이 있으며, 이것을 경계로, 유전체 창(105)으로부터 하부의 에칭 처리실(104)의 내부는, 진공 배기부(116)에 의해 배기되어, 진공 상태로 유지되어 있다.
이 진공 상태로 유지된 에칭 처리실(104)의 내부에, 가스 공급부(114)로부터 가스 유량 제어부(115)에서 유량이 제어된 에칭 처리 가스가 소정의 유량으로 공급된 상태에서, 도파관(103)을 전파한 마이크로파 전력이, 유전체 창(105)을 투과하여, 에칭 처리실(104)에 도입된다.
에칭 처리실(104)의 주위에는 전자 코일(106)이 배치되어 있다. 이 전자 코일(106)에 의해 에칭 처리실(104)의 내부에 형성되는 자장과, 유전체 창(105)을 투과하여 에칭 처리실(104)의 내부에 도입되고 마이크로파 전력에 의해 전자 사이클로트론 공명이 발생한다.
이 에칭 처리실(104)의 내부에서 발생한 전자 사이클로트론 공명에 의해, 도시하고 있지 않은 가스 도입 수단에 의해 에칭 처리실(104) 내에 도입된 에칭 가스를 효율적으로 플라스마화하는 것이 가능하다.
또한, 에칭 처리실(104)의 내부의 플라스마의 발광 상태나, 전극(108)에 재치되어 있는 피처리 기판(107)의 에칭 처리에 수반하는 발광 상태 등은, 발광 모니터 기구(102)에 의해 모니터된다. 제어부(120)는, 발광 모니터 기구(102)로부터의 발광 모니터 신호를 받아, 피처리 기판(107)에 대한 에칭 처리의 종점을 검출한다.
여기에서 본 실시예와의 대비(對比)로서, 우선 본 실시예를 적용하지 않을 경우의 일례를 도 2에 나타낸다. 통상, 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에 의한 앞선 피처리 기판의 처리가 종료되어 아이들링 상태로 이행했을 경우, 에칭 처리실(104)의 내벽면인 리액터 벽면(1041)의 온도(리액터 벽면 온도)(201)는, 아이들링 시간(211, 213)의 경과에 따라서 강하해 간다.
이와 같이 리액터 벽면(1041)의 온도(201)가 저하한 상태에서, 다음 피처리 기판의 처리를 개시했다고 하면, 제품 처리 시간(212, 214)에 있어서 피처리 기판의 처리 매수의 증가에 수반하여 리액터 벽면 온도(201)가 상승해 간다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1매째의 피처리 기판의 처리 시점(202)에서는 리액터 벽면 온도(201)는 가장 낮고, 10매째의 처리 시점(203)에서는 리액터 벽면 온도(201)는 1매째의 처리 시점(202)의 벽면 온도(201)와 비교하여 승온되어 있으며, 25매째의 처리 시점(204)에서는 더 승온되어, 포화 온도(209)와 거의 동등해진다.
이때, 피처리 기판의 에칭량이 온도에 의존하고 있을 경우에 있어서는, 예를 들면 1매째의 피처리 기판의 에칭량(205)은 가장 낮고, 10매째의 에칭량(206)은 1매째의 에칭량과 비교하여 다소 높고, 25매째의 피처리 기판의 에칭량(207)은, 1매째의 에칭량(205)과 10매째의 에칭량(206)보다 더 높아지는 것과 같은 현상이 보인다. 그 결과, 1매째와 25매째의 피처리 기판의 에칭량에 현저한 괴리(208)가 생긴다.
다음에, 본 실시예에 따른 처리의 흐름을, 도 3에 나타낸 플로우 차트를 이용하여 설명한다.
본 실시예는, 앞선 처리가 종료되고 장치가 아이들링 상태가 된 기간에 있어서, 소정의 평균 전력이 되도록 설정되어 펄스 변조된 고주파 전력에 의해 형성된 플라스마 방전에 의해 리액터 벽면(1041)의 온도를 조정하는 보온 방전을 행한 후, 다음 피처리 기판의 처리를 시작하기 전에, 급속 온도 조절 방전으로서, 그 피처리 기판의 처리 조건에 의거한 소정의 전력으로 생성된 플라스마 방전에 의해 리액터내벽면을 승온시키도록 한 것이다. 여기에서, 급속 온도 조절 방전 시에 처리실 내에 도입하는 가스에는 무엇을 이용해도 되지만, 이때 특히 제품 처리 조건과 같거나 혹은 가까운 성질을 가지는 가스를 사용했을 경우, 급속 온도 조절 방전은 처리실 내의 분위기 조정(시즈닝)도 겸할 수 있다.
우선, 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에 의해 이전 로트의 피처리 기판의 에칭 처리가 종료되고, 이 처리가 종료된 피처리 기판이 에칭 처리실(104)의 내부로부터 반출된 뒤, 소정 시간이 경과하면, 에칭 처리실(104)의 내부를 진공 배기부(116)에 의해 진공으로 배기된 상태에서, 제어부(120)에서 마이크로파 전원(101)을 제어하여, 에칭 처리실(104)의 내부에서 펄스 변조된 보온 방전을 개시하여, 리액터 벽면(1041)의 온도를 소정의 온도로 제어한다(S301). 이 공정 S301을, 보온 방전 공정이라고 부른다. 이 보온 방전 공정에 있어서의 방전의 개시는, 에칭 처리실(104)의 내부로부터 피처리 기판(107)이 반출된 직후가 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이 보온 방전의 기간 마이크로파 전원(101)으로부터 투입하는 플라스마 생성을 위한 평균 고주파 전력(이하, 평균 소스 전력)은, 제어부(120)의 기억부(121)에 미리 등록되어 있는 제품 처리 조건 중, 가장 낮은 평균 소스 전력과 동등하거나, 또는 그 이상으로 설정하는 것이 바람직하며, 또한 제어부(120)의 기억부(121)에 미리 등록되어 있는 제품 처리 조건 중, 가장 높은 평균 소스 전력을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이는, 다음에 실시하는 급속 온도 조절 방전(S302)에 있어서, 리액터 벽면(1041)의 온도를 소정의 목표 온도 범위에 신속하게 도달시키기 위함이다.
이때의 평균 소스 전력은, 마이크로파 전원(101)으로부터 출력되는 플라스마 생성을 위한 소스 전력과 그 펄스 변조의 Duty의 승산값과 동등하다. 또, 다음에 처리되는 피처리 기판의 제품 처리 조건이 기지(旣知)일 경우는, 보온 방전 공정 S301의 평균 소스 전력은, 당해 피처리 기판의 제품 처리 조건의 평균 소스 전력과 동등하게 하면 또 바람직하다.
본 실시예에 있어서의 목표 온도 범위란, 대상으로 하는 피처리 기판의 제품 처리 조건으로 피처리 기판을 처리했을 때에 리액터 벽면(1041)이 포화하는 온도인 포화 온도에 대하여 미리 설정한 허용값의 범위 내에 들어가는 온도 범위를 가리킨다.
보온 방전 중에 다음 처리의 개시 신호를 체크하고(S302), 다음 처리의 개시 신호를 수신할 때까지의 동안에는(S302에서 NO일 경우), 보온 방전 공정 S301의 처리를 계속한다.
한편, 보온 방전 중에 다음 처리의 개시 신호를 수신했을 경우(S302에서 YES일 경우), 즉시 급속 온도 조절 방전이 개시된다(S303). 이 공정 S303을 급속 온도 조절 방전 공정이라고 부른다. 여기에서, S301의 보온 방전 공정의 기간과, S303의 급속 온도 조절 방전 공정의 기간을 합쳐, 아이들링 상태의 기간이라고 부른다.
다음 피처리 기판의 처리를 시작하기 전에 행하는 급속 온도 조절 방전 공정(S303)에 있어서는, 리액터 벽면(1041)의 온도가 상술한 목표 온도 범위를 초과하지 않도록 하기 위해, 그 피처리 기판의 제품 처리 조건의 평균 소스 전력으로 설정함으로써 생성된 플라스마 방전에 의해 리액터 벽면(1041)을 승온시킨다.
이와 같이, 다음 피처리 기판(107)의 처리를 시작하기 전에 급속 온도 조절 방전 공정(S303)을 행함으로서, 다음 피처리 기판(107)의 처리에 있어서의 최초의 피처리 기판을 처리하는 시점에 있어서, 리액터 벽면(1041)의 온도가 목표 온도 범위에 들어가 있으므로, 일련의 피처리 기판의 처리에 있어서의 최초의 피처리 기판의 처리와 최후의 피처리 기판에 대하여, 거의 동등한 품질로 제품 처리를 행할 수 있다.
또, 미리, 다음에 처리되는 피처리 기판의 제품 처리 조건이 기지이며, 보온 방전 공정 S301의 평균 소스 전력으로서 당해 피처리 기판의 제품 처리 조건의 평균 소스 전력과 동등하게 했을 경우에는, 이 급속 조정 방전 공정 S303에 있어서의 평균 소스 전력은, 보온 방전 공정 S301에서 설정한 평균 소스 전력을 계속한다.
S303에 있어서 급속 온도 조절 방전 공정을 소정의 시간 실시한 후, 에칭 처리실(104) 내에 피처리 기판(107)을 반입하여(S304), 전극(108) 위에 재치한다. 이 상태로 제어부(120)에서 직류 전원(109)을 작동시켜 피처리 기판(107)을 전극(108)에 정전 흡착시키고, 진공 배기부(116)에서 에칭 처리실(104)의 내부를 진공으로 배기하면서 가스 공급부(114)로부터 에칭 처리실(104)의 내부에 처리 가스를 공급하고, 전자 코일(106)에 통전(通電)하여 에칭 처리실(104)의 내부에 자장을 발생시킨다.
다음에, 마이크로파 전원(101)으로부터 발진된 마이크로파 전력을 도파관(103)을 통해서 유전체 창(105)으로부터 에칭 처리실(104)의 내부에 마이크로파 전력을 공급한다. 에칭 처리실(104)의 내부에 형성되는 자장과, 에칭 처리실(104)의 내부에 도입된 마이크로파 전력에 의해 전자 사이클로트론 공명이 발생하고, 에칭 처리실(104) 내에 도입된 에칭 가스를 효율적으로 플라스마화할 수 있다.
이 상태에서, 제어부(120)에서 제어하여 고주파 전원(110)으로부터 전극(108)에 인가하는 고주파 전력을 조정함으로써, 전극(108)에 재치된 피처리 기판(107)에 플라스마 중으로부터 입사하는 이온의 양(이온 전류)을 조정하여, 피처리 기판(107)을 처리하는데 적합한 조건으로 피처리 기판(107)에 대한 플라스마 처리가 실시된다(S305). 이 공정을, 제품 처리 공정이라고 부른다. 이 제품 처리 공정 S305에 있어서는, 발광 모니터 기구(102)를 이용하여, 플라스마 처리 중의 플라스마의 발광 상태를 모니터한다. 이 발광 모니터 기구(102)에 의해, 피처리 기판(107)에 대한 플라스마 처리의 종점을 검출하면, 제어부(120)에서 제어하여 플라스마 처리를 종료한다.
제품 처리 공정 S305를 종료한 피처리 기판(107)은, 도시하고 있지 않은 반출 수단을 이용하여, 에칭 처리실(104)로부터 반출된다(S306).
여기에서, 같은 로트 내에서 미처리된 피처리 기판이 있는지를 판정하고(S307), 미처리된 피처리 기판이 있을 경우는(S307에서 YES일 경우), S304로 돌아가 에칭 처리실(104) 내에 다음 미처리된 피처리 기판(107)을 반입한다. 이상의 처리를, 같은 로트 내의 모든 피처리 기판의 처리가 종료될 때까지 반복한다.
로트 내의 미처리 기판이 없어졌을 경우는(S307에서 NO일 경우), 다음 처리 로트가 있는지를 판정하고(S308), 다음 처리 로트가 있을 경우에는(S308에서 YES일 경우), S301로 돌아가, 다음 처리 로트가 에칭 처리실(104)에 투입될 때까지의 동안의 시간, 스텝 S301에서 보온 방전 공정을 실행한다.
한편, 다음 처리 로트가 없을 경우에는(S308에서 NO일 경우), 처리를 종료한다. 이들 일련의 공정은, 제어부(120)의 기억부(121)에 기억된 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치(100)에서 피처리 기판(107)을 처리하기 위한 프로그램 및 제품 처리 조건에 의거하여, CPU(123)에 의해 제어되고, 실행된다.
상기한 실시예에 있어서는, S303의 급속 온도 조절 방전 공정에 있어서 마이크로파 전원(101)으로부터 에칭 처리실(104)에 투입하는 평균 소스 전력으로서, 다음에 처리하는 피처리 기판의 제품 처리 조건의 평균 소스 전력으로 한다고 설명했지만, 온도 계측기(113)로 계측하여 얻어진 보온 방전에 의해 승온된 리액터 벽면(1041)의 온도로부터, 목표 포화 온도 범위에 도달할 때까지의 시간이 소정값이 되도록 연산부(122)에서 연산하여 구한 값으로 설정해도 된다.
상기의 형태에서, S301의 보온 방전 공정과 S303의 급속 온도 조절 방전 공정의 아이들링 상태의 시간(411)과, S305의 제품 처리 공정에 있어서의 기판 처리의 기간(412)에 있어서의, 온도 계측기(113)로 계측하여 얻어지는 리액터 벽면(1041)의 온도 추이(401)를, 도 4에 나타낸다.
아이들링 상태의 시간(411) 중, S301의 보온 방전 공정을 실행하는 보온 방전 기간(404)에 있어서, 리액터 벽면(1041)은 평균 온도(403)가 어떤 일정한 온도가 되도록 조정된다. 이때의 리액터 벽면(1041)의 평균 온도(403)는, 보온 방전 기간(404) 시에 보온 방전 공정 S301에 있어서 투입하는 평균 소스 전력에 의해 일의(一意)로 결정된다.
이때의 평균 소스 전력은, 제어부(120)에 미리 등록되어 있는 기판 처리 조건 중, 가장 낮은 평균 소스 전력과 동등하게 하는 것이 바람직하고, 가장 낮은 평균 소스 전력보다 높을 경우여도, 제어부(120)에 미리 등록되어 있는 기판 처리 조건 중, 가장 높은 평균 소스 전력을 초과하지 않는 것이 바람직하다.
보온 방전 공정(S301)을 실행 중(아이들링 상태의 시간(411)에 있어서 보온 방전 기간(404)을 실행 중)에, 시각 T0에 있어서 다음 처리의 개시 신호를 수신했을 경우(S302에서 YES일 경우), 보온 방전 기간(404)을 종료하여 즉시 급속 온도 조절 방전 공정(S303)으로 이동하고, 시각 T1까지의 소정의 시간(405)에 걸쳐 급속 온도 조절 방전이 실시된다.
이때 급속 온도 조절 방전 공정(S303)이 실시되는 시각 T0보다 전에, 보온 방전 공정(S301)에 있어서 보온 방전 기간(404)을 충분한 시간에 걸쳐 실행함으로써, 리액터 벽면(1041)의 온도 추이(401)는, 평균 온도(403)에서 충분히 보온되어 있기 때문에, 급속 온도 조절 방전 공정(S303)을 실시하는 시간(405)이 필요 충분히 길면 리액터 벽면(1041)의 온도는 신속하게 목표 온도인 포화 온도(402)에 도달한다. 따라서, 제품 처리 공정(S305) 중에 있어서의 리액터 벽면(1041)의 온도 추이(401)는, 제품 처리 개시 시각 T1의 직후부터 포화 온도(402)에 매우 점근(漸近)한 상태가 된다.
여기에서, 급속 온도 조절 방전 공정(S303)을 실시하는 시간(405)은, 미리 설정된 기억부(121)에 기억된 시간이어도 되고, 연산부(122)에 있어서 구한 시간이어도 된다.
연산부(122)에 있어서 구하는 방법으로서는, 보온 방전 공정(S301)에 있어서 설정한 평균 온도(403)와 피처리 기판(107)의 제품 처리 조건에 따른 리액터 벽면(1041)의 포화 온도(402)와의 차와, 급속 온도 조절 방전 공정(S303)에 있어서의 방전 조건에 의한 리액터 벽면(1041)의 승온 특성에 의거하여 구한다. 여기에서, 제품 처리 공정(S305)에 있어서의 피처리 기판(107)의 제품 처리 조건에 따른 리액터 벽면(1041)의 포화 온도(402)와, 급속 온도 조절 방전 공정(S303)에 있어서의 방전 조건에 의한 리액터 벽면(1041)의 승온 특성은, 미리 방전 조건을 할당하여 플라스마를 발생시키면서 온도 계측기(113)로 계측하여 구하고, 기억부(121)에 기억해 둔, 방전 조건과 리액터 벽면(1041)의 승온 데이터와의 관계에 의거하여 구할 수 있다.
본 실시예에 따른 효과를 도 5에 나타낸다. 도 5는, 본 실시예에 있어서의, 온도 계측기(113)로 계측하여 얻어진 리액터 벽면(1041)의 온도 추이(501)와, 제품 처리 공정(S305)에 있어서 제품 처리 1매째의 피처리 기판(107)의 에칭량(505), 제품 처리 10매째의 피처리 기판(107)의 에칭량(506), 제품 처리 25매째의 피처리 기판(107)의 에칭량(507)을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 아이들링 상태의 시간(411) 중에 보온 방전 공정(S301)에 의해 리액터 벽면(1041)의 온도를 일정 온도로 유지해 두고, 제품 처리 개시 직전에 급속 온도 조절 방전 공정(S303)을 실시함으로써, 제품 처리 1매째 시점의 리액터 벽면(1041)의 온도(502)는, 제품 처리 조건의 포화 온도(509)에 매우 점근한다.
그 때문에, 제품 처리 1매째 시점의 리액터 벽면(1041)의 온도(502)와, 제품 처리 10매째 시점의 리액터 벽면(1041)의 온도(503)와, 제품 처리 25매째 시점의 리액터 벽면(1041)의 온도(504)의 차는, 본 실시예를 적용하지 않을 경우에 비교하여 매우 작아진다. 이때, 피처리 기판(107)의 에칭량이 온도에 의존하고 있을 경우에 있어서는, 1매째의 에칭량(505)과 25매째의 에칭량(507)의 차(508)가, 본 실시예를 적용하지 않을 경우에 비교하여 매우 작아진다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 플라스마 처리 장치를 이용하여 복수의 기판을 로트 처리 중에, 챔버 벽면의 온도가 플라스마 입열에 의해 변화함으로써 로트 처리에 있어서의 초기의 온도가 로트 처리에 있어서의 포화 온도와 현저히 괴리함으로써, 동일 로트 내에서 에칭 레이트 등에 차가 생겨, 수율의 저하를 초래한다는 현상을 방지할 수 있게 되었다.
즉, 본 실시예에 따르면, 피처리 기판의 로트의 처리 개시 시점의 리액터 벽면(1041)의 온도를, 당해 피처리 기판 로트의 제품 처리 조건으로 처리를 계속했을 때에 도달하는 리액터 벽면(1041)의 포화 온도 가까이까지 온도 조절할 수 있고, 로트 내의 에칭 레이트의 온도 의존에 기인하는 불균일을 억제할 수 있어, 에칭 처리에 있어서의 수율을 높은 상태로 안정적으로 유지할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경 가능한 것은 물론이다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
100: 마이크로파 ECR 플라스마 에칭 장치
101: 마이크로파 전원
102: 발광 모니터 기구
103: 도파관
104: 에칭 처리실
105: 유전체 창
106: 전자 코일
107: 피처리 기판
108: 전극
109: 직류 전원
110: 고주파 전원
111: 고주파 필터 회로
112: 매칭 회로
113: 온도 계측기
120: 제어부

Claims (9)

  1. 시료가 플라스마 처리되는 처리실과,
    플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    단수의 상기 시료의 플라스마 처리 또는 복수의 상기 시료의 플라스마 처리인 로트 처리와 로트 처리 사이인 아이들링(idling)의 기간, 펄스 변조된 상기 고주파 전력에 의해 생성된 플라스마를 이용하여 상기 처리실의 내벽의 온도를 원하는 온도로 하는 제1 처리를 행하는 제어가 실행되는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 처리 후, 상기 처리실의 내벽의 온도를 상기 원하는 온도보다 높은 온도로 하는 제2 처리를 행하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 변조된 고주파 전력과 상기 펄스 변조의 듀티비와의 곱인 평균 고주파 전력은, 상기 로트 처리의 플라스마 처리 조건에 규정된 고주파 전력을 바탕으로 구해진 값인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 처리에 이용되는 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력은, 상기 로트 처리의 플라스마 처리 조건에 규정된 고주파 전력과 같은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 장치.
  5. 플라스마를 이용하여 시료를 처리실에서 처리하는 플라스마 처리 방법에 있어서,
    단수의 상기 시료의 플라스마 처리 또는 복수의 상기 시료의 플라스마 처리인 로트 처리와 로트 처리 사이인 아이들링의 기간, 펄스 변조된 고주파 전력에 의해 생성된 플라스마를 이용하여 상기 처리실의 내벽의 온도를 원하는 온도로 하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정 후, 상기 처리실의 내벽의 온도를 상기 원하는 온도보다 높은 온도로 하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 펄스 변조된 고주파 전력과 상기 펄스 변조의 듀티비와의 곱인 평균 고주파 전력은, 상기 로트 처리의 플라스마 처리 조건에 규정된 고주파 전력을 바탕으로 구해진 값인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 공정에 이용되는 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력은, 상기 로트 처리의 플라스마 처리 조건에 규정된 고주파 전력과 같은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 공정의 시간은, 상기 제1 공정의 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
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