KR102651513B1 - 시즈닝 방법 및 에칭 방법 - Google Patents

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유타카 오사다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

챔버 내의 메인터넌스 후의 복구 시간을 단축한다. 시즈닝 방법은, 챔버 내에 O2 가스를 공급하고, 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마를 생성함으로써 챔버 내를 클리닝하는 제 1 드라이 클리닝과, 제 1 드라이 클리닝 후에, 챔버 내에 불소를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성함으로써 챔버 내를 시즈닝하는 제 2 드라이 클리닝을 포함한다.

Description

시즈닝 방법 및 에칭 방법{SEASONING METHOD AND ETCHING METHOD}
본 발명의 각종 측면 및 실시 형태는 시즈닝 방법 및 에칭 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 전극 배선 형성 공정에서는 챔버 내에 생성된 처리 가스의 플라즈마에 의해 다양한 금속 박막의 에칭이 행해진다. 에칭을 행하는 경우, 처리 가스에 포함되는 원소와 피에칭막에 포함되는 원소가 반응하여 생성된 반응 생성물(퇴적물)의 일부가 챔버의 내벽 등에 부착한다. 챔버의 내벽 등에 부착되는 퇴적물의 양이 많아지면, 챔버의 내벽 등으로부터 박리된 퇴적물이 챔버 내를 떠돌아 낙하한다. 그리고, 챔버 내를 떠도는 퇴적물이 반도체 장치(웨이퍼)에 부착한 경우, 배선이 형성된 반도체 장치의 결함이 되는 경우가 있다.
이를 회피하기 위하여, 예를 들면 하기의 특허 문헌 1에는, 에칭이 정해진 시간 행해질 때마다, O2 가스의 플라즈마를 이용하여 챔버 내를 클리닝하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이들 플라즈마를 이용한 클리닝이라도 챔버의 내벽 등에 부착 된 퇴적물을 완전히 제거할 수 없는 경우에는, 챔버의 진공을 해제하고 챔버 내를 메커니컬적으로 세정하는 등의 메인터넌스를 행함으로써 퇴적물의 제거가 행해진다.
일본특허공개공보 2003-197605호
그런데, 제품의 양산 공정의 도중에 챔버의 진공을 해제하고 챔버 내의 메인터넌스를 행하고 다시 챔버를 진공 상태로 되돌린 경우, 챔버 내의 환경은 메인터넌스 전의 상태(웨이퍼 처리하는 분위기)로부터 변화되어 있다. 이 때문에, 챔버의 진공을 해제하고 챔버 내의 메인터넌스가 행해진 후에는, 제품의 양산 공정이 재개되기 전에 챔버 내의 환경을 메인터넌스 전의 상태로 복구시키기 위한 시즈닝이라고 하는 처리가 행해진다.
종래의 시즈닝에서는 제품의 양산 공정에 이용되는 처리 조건에서 장시간, 예를 들면 웨이퍼 250 매의 처리를 실행함으로써 챔버 내의 환경을 메인터넌스 전의 상태로 되돌리고 있었다. 또한, 종래의 시즈닝에서는 챔버 내의 환경이 메인터넌스 전의 상태로 돌아오기 위해서는 제품의 양산 공정에 대응하는 처리를 10 시간 이상 실행할 필요가 있었다. 이에 따라, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 스루풋(가동률)의 향상이 어려웠다.
본 발명의 일측면은, 시즈닝 방법으로서, 챔버 내에 O2 가스를 공급하고, 상기 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마를 생성함으로써 상기 챔버 내를 클리닝하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후에, 상기 챔버 내에 불소를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성함으로써 상기 챔버 내를 시즈닝하는 제 2 공정을 포함한다.
본 발명의 각종 측면 및 실시 형태에 따르면, 챔버 내의 메인터넌스 후의 복구에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 에칭 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 슬롯판의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 에칭 처리의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 4는 비교예에서의 시즈닝의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 5는 부품의 표면 상태를 측정하기 위한 샘플의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 신품의 FC 샘플의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 본 실시예에 있어서의 시즈닝의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9는 제 1 드라이 클리닝의 실행 횟수마다의 OH의 발광 강도의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 10은 Test 1의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 Test 2의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 12는 Test 3의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 13은 Test 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 14는 조건마다의 FC 샘플의 불화층의 두께의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 15는 조건마다의 FC 샘플의 표면의 Ra의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 16은 조건마다의 석영 샘플의 표면의 Ra의 일례를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 시즈닝 방법은 하나의 실시 형태에 있어서, 챔버 내에 O2 가스를 공급하고 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마를 생성함으로써 챔버 내를 클리닝하는 제 1 공정과, 제 1 공정 후에 챔버 내에 불소를 포함한 처리 가스를 공급하고 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성함으로써 챔버 내를 시즈닝하는 제 2 공정을 포함한다.
또한 본 발명의 시즈닝 방법의 하나의 실시 형태에서는, 제 1 공정에 있어서 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마가 생성되는 시간은, 제 2 공정에 있어서 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마가 생성되는 시간보다 길다.
또한 본 발명의 시즈닝 방법의 하나의 실시 형태에서는, 제 1 공정에 있어서 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마가 생성되는 시간은 30 분 이상이어도 된다.
또한 본 발명의 시즈닝 방법의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 공정에는, O2 가스를 챔버 내에 공급하는 제 3 공정과, 챔버 내에 공급된 O2 가스의 플라즈마를 생성하는 제 4 공정과, 챔버 내로부터 O2 가스를 배기하는 제 5 공정이 포함되며, 제 1 공정에서는 제 3 공정부터 제 5 공정이 2 회 이상 반복되어도 된다.
또한 본 발명의 시즈닝 방법의 하나의 실시 형태에 있어서, 처리 가스에는 CF계 가스, NF계 가스 또는 SF계 가스 중 적어도 어느 하나가 포함된다.
또한 본 발명의 시즈닝 방법의 하나의 실시 형태에 있어서, 처리 가스에는 CF4 가스, C4F6 가스, NF3 가스 또는 SF6 가스 중 적어도 어느 하나가 포함되어도 된다.
또한 본 발명의 시즈닝 방법의 하나의 실시 형태에 있어서, 제 2 공정에는 처리 가스를 챔버 내에 공급하는 제 6 공정과, 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 제 7 공정과, 챔버 내로부터 처리 가스를 배기하는 제 8 공정이 포함되고, 제 2 공정에서는 제 6 공정부터 제 8 공정이 2 회 이상 반복되어도 된다.
또한 본 발명의 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 챔버 내의 부품의 메인터넌스가 행해진 후에, 챔버 내의 시즈닝을 행하는 시즈닝 공정과, 시즈닝 공정이 실행된 후에 챔버 내로 반입된 피처리체에 대하여 에칭을 행하는 에칭 공정을 가진다. 시즈닝 공정은, 챔버 내에 O2 가스를 공급하고, 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마를 생성함으로써 챔버 내를 클리닝하는 제 1 공정과, 제 1 공정 후에, 챔버 내에 불소를 포함한 처리 가스를 공급하고, 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성함으로써 챔버 내를 시즈닝하는 제 2 공정을 포함한다.
이하에, 본 발명의 시즈닝 방법 및 에칭 방법의 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 의해 개시되는 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한 이하에 나타내는 각 실시예는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것이 가능하다.
<실시예>
[에칭 장치(10)의 구성]
도 1은 에칭 장치(10)의 일례를 나타내는 단면도이다. 본 실시예의 에칭 장치(10)는 RLSA(Radial Line Slot Antenna)를 이용한 마이크로파 플라즈마 에칭 장치이며, 예를 들면 게이트 가공의 공정에 이용된다. 에칭 장치(10)는, 예를 들면 도 1에 나타내는 바와 같이 챔버(12)를 구비한다. 챔버(12)는 피처리체의 일례인 반도체 웨이퍼(W)를 수용하기 위한 처리 공간(S)을 구획 형성하고 있다. 챔버(12)는 측벽(12a), 저부(12b) 및 천부(12c)를 가진다.
측벽(12a)은 축선(X)이 연장되는 방향(이하, '축선(X) 방향'이라고 함)으로 연장되는 대략 통 형상을 가지고 있다. 저부(12b)는 측벽(12a)의 하단측에 마련되어 있다. 저부(12b)에는 배기용의 배기구(12h)가 마련되어 있다. 측벽(12a)의 상단부는 개구되어 있다. 측벽(12a)의 상단부의 개구는 유전체창(18)에 의해 닫혀 있다. 측벽(12a), 저부(12b) 및 천부(12c)는 알루미늄 등의 금속으로 형성되어 있고, 그 표면에는 예를 들면 Y2O3(산화 이트륨)의 용사막이 형성되고 내플라즈마 처리가 실시되어 있다. 유전체창(18)은 측벽(12a)의 상단부와 천부(12c)의 사이에 협지되어 있다. 유전체창(18)과 측벽(12a)의 상단부의 사이에는 밀봉 부재(26)가 개재되어 있다. 밀봉 부재(26)는 예를 들면 O링이며 챔버(12)의 밀폐에 기여한다.
에칭 장치(10)는 챔버(12) 내에 마련된 배치대(20)를 구비한다. 배치대(20)는 유전체창(18)의 하방에 마련되어 있다. 배치대(20)는 기재(20a) 및 정전 척(20b)을 가진다.
기재(20a)는 알루미늄 등의 금속성의 도체의 재료로 형성되고, 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되는 지지부(46)에 지지되어 있다. 지지부(46)의 외주에는 도전성의 재료로 형성된 지지부(48)가 마련되어 있다. 지지부(48)는 지지부(46)의 외주를 따라 챔버(12)의 저부(12b)로부터 수직 상방으로 연장되어 있다. 지지부(48)와 측벽(12a)의 사이에는 환상의 배기로(50)가 형성되어 있다.
배기로(50)의 상부에는 복수의 관통홀이 마련된 환상(環狀)의 배플판(52)이 마련되어 있다. 배기로(50)는 배기구(12h)를 제공하는 배기관(54)에 접속되어 있다. 배기관(54)에는 압력 조정기(56a)를 개재하여 배기 장치(56b)가 접속되어 있다. 배기 장치(56b)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있다. 압력 조정기(56a)는 배기 유량을 조정하는 밸브, 예를 들면 APC(Auto Pressure Controller) 등이며, 배기 장치(56b)의 배기량을 조정하여 챔버(12) 내의 압력을 조정한다. 압력 조정기(56a) 및 배기 장치(56b)에 의해 챔버(12) 내의 처리 공간(S)이 원하는 진공도까지 감압된다. 또한 배기 장치(56b)의 동작에 의해 배치대(20)의 외주로부터 배기로(50)를 거쳐 처리 가스가 배기된다.
기재(20a)는 고주파 전극으로서도 기능한다. 기재(20a)에는 정합기(60) 및 급전봉(62)을 개재하여 RF 바이어스용의 고주파 전원(58)이 접속되어 있다. 고주파 전원(58)은 반도체 웨이퍼(W)에 인입하는 이온의 에너지를 제어하는데 적합한, 예를 들면 13.56 MHz 등의 정해진 주파수의 고주파 전력을 정해진 파워로 공급하여, 기재(20a)에 고주파 전압을 인가한다. 정합기(60)는 고주파 전원(58)측의 임피던스와 주로 전극, 플라즈마, 챔버(12)와 같은 부하측의 임피던스와의 사이에서 정합을 취한다. 정합기(60)에는 자기 바이어스 생성용의 블로킹 콘덴서가 포함되어 있다.
기재(20a)의 상면에는 정전 척(20b)이 마련되어 있다. 정전 척(20b)의 상면은 반도체 웨이퍼(W)를 배치하기 위한 배치 영역을 구성하고 있다. 정전 척(20b)은 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지한다. 정전 척(20b)의 직경 방향 외측에는, 반도체 웨이퍼(W)의 주위를 환상으로 둘러싸는 포커스 링(F)이 마련되어 있다. 정전 척(20b)은 전극(20d) 및 유전체로 이루어지는 절연층(20e)을 가진다. 전극(20d)은 예를 들면 Ni 또는 W 등의 도전막에 의해 구성되어 있고, 절연층(20e) 내에 마련되어 있다. 전극(20d)에는 스위치(66) 및 배선(68)을 개재하여 직류 전원(64)이 접속되어 있다. 정전 척(20b)은 직류 전원(64)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해 발생하는 쿨롱력에 의해 그 상면에 반도체 웨이퍼(W)를 흡착 유지한다.
기재(20a)의 내부에는 환상의 냉매실(20g)이 복수 마련되어 있다. 냉매실(20g)에는 칠러 유닛으로부터 배관(70 및 72)을 개재하여 정해진 온도의 냉매, 예를 들면 냉각수가 순환 공급된다. 정전 척(20b) 상의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 온도는 냉매의 온도에 의해 제어될 수 있다. 또한, 도시하지 않은 전열 가스 공급부로부터 공급된, 예를 들면 He 가스 등의 전열 가스가 가스 공급관(74)을 거쳐 정전 척(20b)의 상면과 반도체 웨이퍼(W)의 이면과의 사이로 공급된다.
에칭 장치(10)는 온도 제어 기구로서 히터(HT, HS, HCS 및 HES)를 구비한다. 히터(HT)는 천부(12c) 내에 마련되어 있고, 안테나(14)를 둘러싸도록 환상으로 연장되어 있다. 또한, 히터(HS)는 측벽(12a) 내에 마련되어 있고, 환상으로 연장되어 있다. 히터(HS)는 예를 들면 처리 공간(S)의 높이 방향(즉, 축선(X) 방향)의 중간에 대응하는 위치에 마련될 수 있다. 히터(HCS)는 기재(20a) 내에 마련되어 있다. 히터(HCS)는 기재(20a) 내에 있어서, 상술한 배치 영역의 중앙 부분의 하방, 즉 축선(X)에 교차하는 영역에 마련되어 있다. 또한, 히터(HES)는 기재(20a) 내에 마련되어 있고, 히터(HCS)를 둘러싸도록 환상으로 연장되어 있다. 히터(HES)는 상술한 배치 영역의 외연 부분의 하방에 마련되어 있다.
에칭 장치(10)는 안테나(14), 동축 도파관(16), 유전체창(18), 마이크로파 발생기(28), 튜너(30), 도파관(32) 및 모드 변환기(34)를 구비한다. 마이크로파 발생기(28)는 튜너(30), 도파관(32) 및 모드 변환기(34)를 개재하여 동축 도파관(16)의 상부에 접속되어 있다. 마이크로파 발생기(28)는 예를 들면 2.45 GHz 등의 정해진 주파수의 마이크로파를 발생한다. 동축 도파관(16)은 그 중심 축선인 축선(X)을 따라 연장되어 있다. 동축 도파관(16)은 외측 도체(16a) 및 내측 도체(16b)를 포함한다. 외측 도체(16a)는 축선(X) 방향으로 연장되는 통 형상을 가지고 있다. 외측 도체(16a)의 하단은 도전성의 표면을 가지는 냉각 재킷(36)의 상부에 전기적으로 접속되어 있다. 내측 도체(16b)는 외측 도체(16a)의 내측에 마련되어 있다. 내측 도체(16b)는 축선(X)을 따라 연장되어 있다. 내측 도체(16b)의 하단은 안테나(14)의 슬롯판(40)에 접속되어 있다.
안테나(14)는 천부(12c)에 형성된 개구 내에 배치되어 있다. 안테나(14)는 유전체판(38) 및 슬롯판(40)을 포함한다. 유전체판(38)은 마이크로파의 파장을 단축시키는 것이며, 대략 원판 형상을 가지고 있다. 유전체판(38)은 예를 들면 석영 또는 알루미나 등으로 형성된다. 유전체판(38)은 슬롯판(40)의 상면과 냉각 재킷(36)의 하면과의 사이에 협지되어 있다. 안테나(14)는 유전체판(38), 슬롯판(40) 및 냉각 재킷(36)(실질적으로는 그 하면)에 의해 구성될 수 있다.
슬롯판(40)은 복수의 슬롯 쌍이 형성된 대략 원판 형상의 금속판이다. 안테나(14)는 예를 들면 래디얼 라인 슬롯 안테나이다. 도 2는 슬롯판(40)의 일례를 나타내는 평면도이다. 슬롯판(40)에는, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이 복수의 슬롯 쌍(40a)이 형성되어 있다. 복수의 슬롯 쌍(40a)은 직경 방향에 정해진 간격으로 마련되어 있고, 또한 둘레 방향에 정해진 간격으로 배치되어 있다. 복수의 슬롯 쌍(40a)의 각각은 두 개의 슬롯홀(40b 및 40c)을 포함한다. 슬롯홀(40b 및 40c)은 각각 좁고 긴 형상이다. 슬롯홀(40b)과 슬롯홀(40c)은 길이 방향의 축이 서로 교차 또는 직교하도록 연장되어 있다.
도 1로 돌아와 설명을 계속한다. 마이크로파 발생기(28)로부터 발생한 마이크로파는 동축 도파관(16)을 통하여 유전체판(38)으로 전파되고, 슬롯판(40)의 각각의 슬롯홀(40b 및 40c)로부터 유전체창(18)으로 전파되어 챔버(12) 내에 도입된다.
유전체창(18)은 대략 원판 형상을 가지고 있으며, 예를 들면 석영 또는 알루미나 등으로 형성되어 있다. 유전체창(18)은 슬롯판(40)의 직하(直下)에 마련되어 있다. 유전체창(18)은 안테나(14)으로부터 전파된 마이크로파를 투과하여, 그 하면으로부터 처리 공간(S)에 방사한다. 이에 의해, 유전체창(18)의 직하의 처리 공간(S)에 전계가 발생하고 처리 공간(S) 내의 가스의 플라즈마가 발생한다. 이와 같이, 에칭 장치(10)에 의하면 자기장을 가하지 않고 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.
본 실시예에 있어서, 유전체창(18)의 하면에는 오목부(18a)가 형성되어 있다. 오목부(18a)는 축선(X)의 주위에 환상으로 마련되어 있고, 테이퍼 형상을 가지고 있다. 오목부(18a)에 의해, 안테나(14)로부터 유전체창(18)으로 전파된 마이크로파에 의한 정재파가 촉진된다. 이에 의해, 마이크로파에 의한 플라즈마를 처리 공간(S) 내에 효율적으로 생성할 수 있다.
에칭 장치(10)는 중앙 공급부(22), 주변 공급부(24), 플로우 스플리터(FS) 및 가스 공급원(GS)을 포함한다. 중앙 공급부(22)는 배관(22a) 및 인젝터(22b)를 포함한다. 배관(22a)은 내측 도체(16b)의 내부에 축선(X)을 따라 배치되어 있다. 배관(22a)의 일단은 플로우 스플리터(FS)에 접속되고, 타단은 인젝터(22b)에 접속되어 있다. 인젝터(22b)에는 축선(X) 방향으로 연장되는 복수의 관통홀이 형성되어 있다. 유전체창(18)에는 인젝터(22b)를 수용하는 공간, 및 당해 공간과 처리 공간(S)을 접속하는 홀(18h)이 축선(X)을 따라 마련되어 있다. 중앙 공급부(22)는 플로우 스플리터(FS)를 거쳐 공급된 처리 가스를 배관(22a), 인젝터(22b)의 복수의 관통홀 및 홀(18h)을 거쳐 처리 공간(S)의 상방으로부터 축선(X)을 따라 처리 공간(S) 내로 공급한다.
주변 공급부(24)는 환상관(24a) 및 배관(24b)을 포함한다. 환상관(24a)은 처리 공간(S)의 축선(X) 방향의 중간 위치에 있어서 축선(X)을 중심으로 환상으로 연장되도록 챔버(12) 내에 마련되어 있다. 환상관(24a)에는 축선(X)측으로 개구되는 복수의 가스 분사홀(24h)이 형성되어 있다. 복수의 가스 분사홀(24h)은 축선(X) 중심으로 환상으로 배열되어 있다. 환상관(24a)에는 배관(24b)의 일단이 접속되어 있고, 배관(24b)의 타단은 챔버(12)의 외부에 마련된 플로우 스플리터(FS)에 접속되어 있다. 주변 공급부(24)는 배관(24b), 환상관(24a) 및 가스 분사홀(24h)을 거쳐 처리 가스를 축선(X)을 향해 처리 공간(S) 내로 공급한다.
가스 공급원(GS)은 플로우 스플리터(FS)를 거쳐 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)에 처리 가스를 공급한다. 가스 공급원(GS)은 O2 가스, CF계의 가스, NF계의 가스 등을 정해진 유량으로 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)에 공급한다. 플로우 스플리터(FS)는 가스 공급원(GS)으로부터 공급된 처리 가스를 중앙 공급부(22)와 주변 공급부(24)로 분기시킨다. 이러한 구성에 의해, 에칭 장치(10)에서는 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)로부터 처리 공간(S)으로 공급되는 가스 유량비 등을 공간적으로 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)에는 각각 별개의 가스 공급원(GS)이 접속되어 있어도 된다.
또한, 에칭 장치(10)는 제어 장치(80)를 구비한다. 제어 장치(80)는 기억 장치로부터 읽어낸 프로그램을 실행함으로써 정해진 처리를 실행하는 컴퓨터이다. 제어 장치(80)는 가스 공급원(GS)에 대하여 제어 신호를 출력함으로써, 플로우 스플리터(FS)에 공급하는 처리 가스의 종류 또는 유량 등을 제어한다. 또한, 제어 장치(80)는 플로우 스플리터(FS)에 제어 신호를 출력함으로써, 중앙 공급부(22)에 공급하는 처리 가스의 유량과 주변 공급부(24)에 공급하는 처리 가스의 유량과의 비를 제어한다. 또한, 제어 장치(80)는 마이크로파 발생기(28), 고주파 전원(58) 및 압력 조정기(56a)에 제어 신호를 출력함으로써, 마이크로파의 전력, RF 바이어스의 전력 및 챔버(12) 내의 압력을 제어한다.
[에칭 처리]
상술한 바와 같이 구성된 에칭 장치(10)에서는, 챔버(12) 내로 반입된 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 예를 들면 도 3에 나타내는 순서로 에칭 처리가 행해진다. 도 3은 에칭 처리의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 3에 나타내는 에칭 처리는 에칭 장치(10)에 의해 행해지는 에칭 방법의 일례이다.
먼저, 에칭 장치(10)의 제어 장치(80)는 에칭 장치(10)의 각 부를 제어하여, 챔버(12) 내를 정해진 환경으로 설정하기 위한 시즈닝을 실행한다(S100). 시즈닝의 상세에 대해서는 후술한다.
시즈닝이 실행되고 챔버(12) 내가 정해진 환경(반도체 웨이퍼(W)가 처리되는 분위기)으로 설정된 후, 챔버(12) 내로 반도체 웨이퍼(W)가 반입되어, 정전 척(20b) 상에 반도체 웨이퍼(W)가 배치된다. 그리고, 제어 장치(80)는 에칭 장치(10)의 각 부를 제어하여 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 정해진 패턴을 형성하는 에칭을 실행한다(S101).
에칭에서는, 가스 공급원(GS)으로부터 HBr 가스 또는 Cl 가스 등을 포함하는 에칭용의 가스가 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)를 거쳐 챔버(12) 내로 공급된다. 또한, 마이크로파 발생기(28)가 발생한 정해진 주파수의 마이크로파가 안테나(14)로부터 챔버(12) 내로 방사되고, 챔버(12) 내에 에칭용의 가스의 플라즈마가 생성된다. 그리고, 플라즈마 중의 이온 또는 라디칼에 의해 정전 척(20b) 상의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 에칭이 행해진다. 이 때, 고주파 전원(58)으로부터의 정해진 주파수의 고주파 전력이 기재(20a)에 공급되어 반도체 웨이퍼(W)에 바이어스 전압이 인가된다. 반도체 웨이퍼(W)에 대한 에칭이 종료되면, 챔버(12) 내의 가스가 배기되고 반도체 웨이퍼(W)는 챔버(12)로부터 반출된다.
이어서, 제어 장치(80)는 정해진 매수의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 에칭의 처리가 실행되었는지 여부를 판정한다(S102). 정해진 매수의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 에칭의 처리가 실행된 경우(S102 : Yes), 제어 장치(80)는 도 3에 나타낸 에칭 처리를 종료한다.
한편, 정해진 매수의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 에칭의 처리가 실행되지 않은 경우(S102 : No), 제어 장치(80)는 에칭의 처리가 정해진 시간 이상 실행되었는지 여부를 판정한다(S103). 에칭의 처리가 정해진 시간 이상 실행되지 않은 경우(S103 : No), 에칭 장치(10)는 다시 단계(S101)에 나타낸 처리를 실행한다.
한편, 에칭의 처리가 정해진 시간 이상 실행된 경우(S103 : Yes), 챔버(12) 내의 부품의 세정 또는 교환이 행해진다(S104). 그리고, 제어 장치(80)는 다시 단계(S100)에 나타낸 처리를 실행한다.
[비교예에서의 시즈닝]
이어서, 비교예에서의 시즈닝에 대하여 설명한다. 도 4는 비교예에서의 시즈닝의 일례를 나타내는 순서도이다.
에칭 장치(10)의 제어 장치(80)는 압력 조정기(56a) 및 배기 장치(56b)를 제어하여 정해진 진공도까지 챔버(12) 내의 가스를 배기한다(S200). 그리고, 제어 장치(80)는 배기 장치(56b)를 정지시키고, 도시하지 않은 압력계에 의한 챔버(12) 내의 압력의 측정 결과를 참조하여 리크 체크를 실행한다(S201). 챔버(12)의 리크가 검출되지 않은 경우, 제어 장치(80)는 파티클 제거를 실행한다(S202).
단계(S202)에서, 제어 장치(80)는 플로우 스플리터(FS) 및 가스 공급원(GS)을 제어하여, 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)로부터 챔버(12) 내로 N2 가스 등의 정해진 가스를 공급하고 챔버(12) 내를 정해진 압력까지 상승시킨다. 그리고, 제어 장치(80)는 압력 조정기(56a) 및 배기 장치(56b)를 제어하여, 챔버(12) 내의 가스를 배기 한다. 이에 의해, 챔버(12) 내에 고속의 가스의 흐름이 발생하고, 챔버(12) 내의 부품의 표면에 부착되어 있는 파티클이 제거된다. 단계(S202)에서, 챔버(12) 내로의 가스의 공급과 챔버(12)로부터의 가스의 배기는 수 사이클(예를 들면 10 사이클) 반복되는 것이 바람직하다. 가스의 흐름에 의해 챔버(12) 내의 파티클을 제거하는 방법으로서는, 예를 들면 일본특허공개공보 2015-012141호에 개시되어 있는 NPPC(Non Plasma Particle Cleaning)를 이용할 수 있다.
이어서, 제어 장치(80)는 드라이 클리닝을 실행한다(S203). 드라이 클리닝에서는, 제어 장치(80)는 플로우 스플리터(FS) 및 가스 공급원(GS)을 제어하여 O2 가스를 포함하는 클리닝용의 가스를 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)를 거쳐 챔버(12) 내로 공급한다. 그리고, 제어 장치(80)는 마이크로파 발생기(28)에 정해진 주파수의 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발생기(28)가 발생한 마이크로파는 안테나(14)로부터 챔버(12) 내로 방사되고, 챔버(12) 내에 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성된다. 이에 의해, 챔버(12) 내의 수분이 제거된다.
또한, 단계(S203)의 드라이 클리닝에서는, 기재(20a)에는 고주파 전원(58)으로부터의 고주파 전력은 인가되지 않는다. 또한 드라이 클리닝에서는, 챔버(12) 내에 베어 실리콘의 더미 웨이퍼가 반입되어 정전 척(20b) 상에 배치된다. 이에 의해, 정전 척(20b)의 상면의 과도한 클리닝이 억제된다.
이어서, 제어 장치(80)는 제품의 양산 공정에 이용되는 처리 조건으로 플라즈마를 생성한다(S204). 제품의 양산 공정에 이용되는 처리 조건이란, 예를 들면 제품으로서의 반도체 웨이퍼(W)에 게이트 가공을 행할 시의 에칭 조건이다. 제품의 양산 공정에 이용되는 처리 조건으로 챔버(12) 내에 플라즈마를 생성함으로써, 제품으로서의 반도체 웨이퍼(W)를 에칭할 시의 환경이 챔버(12) 내에 재현된다. 또한, 제품으로서의 반도체 웨이퍼(W)를 에칭하는 공정에는 복수의 서브 공정이 포함되어 있으며, 복수의 서브 공정 중에는 HBr 가스 또는 Cl2 가스 등을 포함하고 불소 함유 가스를 포함하지 않는 가스를 이용하는 공정이 존재한다. 또한 단계(S204)의 처리에서는, 기재(20a)에는 고주파 전원(58)으로부터의 고주파 전력은 인가되지 않는다. 또한 단계(S204)의 처리에서는, 챔버(12) 내에 베어 실리콘의 더미 웨이퍼가 반입되어 정전 척(20b) 상에 배치된다.
이어서, 제어 장치(80)는 단계(S204)의 처리가 정해진 횟수(예를 들면 250 회) 실행되었는지 여부를 판정한다(S205). 단계(S204)의 처리는 제품으로서의 1 매의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 행해지는 처리이다. 따라서, 단계(S204)의 처리가 예를 들면 250 회 실행된 경우, 챔버(12) 내에는 제품으로서의 250 매의 반도체 웨이퍼(W)가 처리된 후의 환경이 재현되게 된다. 단계(S204)의 처리가 정해진 횟수 실행되지 않은 경우(S205 : No), 제어 장치(80)는 다시 단계(S204)에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 단계(S204)의 처리가 정해진 횟수 실행된 경우(S205 : Yes), 에칭 장치(10)는 본 순서도에 나타낸 시즈닝을 종료한다.
[부품의 표면 상태]
여기서, 도 4에 나타낸 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 챔버(12) 내의 각 부품의 표면 상태의 변화에 대하여 설명한다. 도 5는 부품의 표면 상태를 측정하기 위한 샘플의 일례를 나타내는 도이다. 실험에서는, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 실리콘의 기판(93) 상에, 석영 샘플(91) 및 FC(Fine Ceramics) 샘플(92)이 마련된 샘플(90)을 이용했다. 또한, FC 샘플(92)은 알루미늄의 표면에 산화 이트륨의 용사 처리가 실시되고, 또한 표면이 Ir(이리듐)으로 코팅되어 있다.
도 6은 신품의 FC 샘플(92)의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 7은 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 6 및 도 7에 있어서 횡축은, FC 샘플(92)의 표면으로부터의 깊이를 나타낸다.
신품의 FC 샘플(92)에서는, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같이 불소를 포함하는 층은 검출되지 않는다. 한편, 도 4에 나타낸 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)에서는, 예를 들면 도 7에 나타내는 바와 같이, 코팅층의 아래에 정해진 두께의 불화층이 형성되어 있다. 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)에서는 약 47 nm 두께의 불화층이 형성되어 있었다. 비교예에서의 시즈닝을 실행한 경우, 챔버(12) 내의 환경을 부품의 메인터넌스 등을 행하기 전의 상태에 가까운 상태로 복원할 수 있는 것을 알고 있다. 이 때문에, 시즈닝에서는 챔버(12) 내의 FC 부품의 표면에 약 47 nm 이상의 두께의 불화층이 형성되는 것이 바람직하다고 상정된다.
여기서, 도 4에 나타낸 단계(S200)의 처리에는 약 2.5 시간을 요하고, 단계(S201)의 처리에는 약 0.5 시간을 요하고, 단계(S202)의 처리에는 약 1.0 시간을 요한다. 또한, 도 4에 나타낸 단계(S203)의 처리에는 약 0.3 시간을 요하고, 단계(S204)의 처리에는 약 16 시간을 요한다. 이 때문에, 도 4에 나타낸 시즈닝의 처리 전체로서는, 합계 20 시간 이상을 요한다. 시즈닝은 챔버(12) 내의 부품의 메인터넌스를 행할 때마다 발생하는 작업이다. 이 때문에, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 스루풋을 향상시키기 위해서는 시즈닝에 요하는 시간을 짧게 하는 것이 바람직하다.
또한, 신품의 FC 샘플(92)의 표면의 거칠기(Ra)는 0.68 μm이며, 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 2.78 μm였다. 또한, 신품의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 0.008 μm이며, 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 0.022 μm였다.
[실시예에서의 시즈닝]
이어서, 본 실시예에서의 시즈닝에 대하여 설명한다. 도 8은 본 실시예에서의 시즈닝의 일례를 나타내는 순서도이다. 도 8에 나타낸 본 실시예의 시즈닝에 있어서, 단계(S300 ~ S302)까지의 처리는, 도 4를 이용하여 설명한 비교예에서의 시즈닝의 단계(S200 ~ S202)와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
단계(S302)에 나타낸 파티클 제거가 실행된 후, 제어 장치(80)는 제 1 드라이 클리닝을 실행한다(S303). 제 1 드라이 클리닝에서, 제어 장치(80)는 플로우 스플리터(FS) 및 가스 공급원(GS)을 제어하여 O2 가스를 포함하는 클리닝용의 가스를 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)를 거쳐 챔버(12) 내로 공급하고, 챔버(12) 내를 정해진 압력으로 조정한다. 그리고, 제어 장치(80)는 마이크로파 발생기(28)에 정해진 주파수의 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발생기(28)가 발생한 마이크로파는 안테나(14)로부터 챔버(12) 내에 방사되고, 챔버(12) 내에 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성된다. 이에 의해, 챔버(12) 내의 수분이 제거된다. 그리고, 제어 장치(80)는 가스 공급원(GS)을 제어함으로써 클리닝용의 가스의 공급을 정지하고, 압력 조정기(56a) 및 배기 장치(56b)를 제어함으로써 클리닝용의 가스를 챔버(12)로부터 배기한다.
또한 단계(S303)에 나타낸 제 1 드라이 클리닝에서, 기재(20a)에는 고주파 전원(58)으로부터의 고주파 전력은 인가되지 않는다. 또한 제 1 드라이 클리닝에서, 챔버(12) 내에 베어 실리콘의 더미 웨이퍼가 반입되어 정전 척(20b) 상에 배치된다. 이에 의해, 정전 척(20b)의 상면이 과도한 클리닝(데미지)으로부터 보호된다.
이어서, 제어 장치(80)는 제 1 드라이 클리닝이 정해진 횟수(예를 들면 4 회) 실행되었는지 여부를 판정한다(S304). 제 1 드라이 클리닝에 있어서, 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 1 회당 예를 들면 약 10 분이다. 이 때문에, 제 1 드라이 클리닝이 예를 들면 4 회 실행되면, 챔버(12) 내에 있어서 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 약 40 분이 된다.
또한, 챔버(12) 내에서 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간이 30 분 이상이면, 제 1 드라이 클리닝은 3 회 실행되어도 되고, 5 회 이상 실행되어도된다. 또한 제 1 드라이 클리닝에 있어서, 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 1 회당 10 분보다 짧아도 되고 길어도 된다. 예를 들면, 제 1 드라이 클리닝에 있어서, 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간이 1 회당 5 분인 경우, 제 1 드라이 클리닝이 예를 들면 6 회 이상 실행되면, 챔버(12) 내에서 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 30 분 이상이 된다.
또한, 플라즈마가 연속하여 생성되고 있는 시간이 너무 길면 에칭 장치(10)의 각 부에 걸리는 부담이 증가하는 경우가 있기 때문에, 플라즈마가 연속하여 생성되고 있는 시간은 예를 들면 20 분 미만인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 드라이 클리닝은 연속하여 30 분 이상 실행되는 것보다도, 챔버(12) 내로의 클리닝용의 가스의 공급을 정지하고 챔버(12) 내를 배기하는 처리를 사이에 두고, 2 회 이상으로 나누어 실행되는 것이 바람직하다. 이에 의해, O2 가스의 플라즈마에 의해 챔버(12) 내로부터 제거된 수분을 효율 좋게 챔버(12)의 외부로 배출할 수 있다.
제 1 드라이 클리닝이 정해진 횟수 실행되지 않은 경우(S304 : No), 제어 장치(80)는 다시 단계(S303)에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 제 1 드라이 클리닝이 정해진 횟수 실행된 경우(S304 : Yes), 제어 장치(80)는 제 2 드라이 클리닝을 실행한다(S305).
제 2 드라이 클리닝에서, 제어 장치(80)는 플로우 스플리터(FS) 및 가스 공급원(GS)을 제어하여 불소 함유 가스를 포함하는 시즈닝용의 처리 가스를 중앙 공급부(22) 및 주변 공급부(24)를 거쳐 챔버(12) 내로 공급하고, 챔버(12) 내를 정해진 압력으로 조정한다. 그리고, 제어 장치(80)는 마이크로파 발생기(28)에 정해진 주파수의 마이크로파를 발생시킨다. 마이크로파 발생기(28)가 발생한 마이크로파는 안테나(14)로부터 챔버(12) 내에 방사되고, 챔버(12) 내에 시즈닝용의 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 이에 의해, 챔버(12) 내가 시즈닝된다. 그리고, 제어 장치(80)는 가스 공급원(GS)을 제어함으로써 시즈닝용의 처리 가스의 공급을 정지하고, 압력 조정기(56a) 및 배기 장치(56b)를 제어함으로써 시즈닝용의 처리 가스를 챔버(12)로부터 배기한다.
또한 단계(S305)에 나타낸 제 2 드라이 클리닝에서, 기재(20a)에는 고주파 전원(58)으로부터의 고주파 전력은 인가되지 않는다. 또한 제 2 드라이 클리닝에서, 정전 척(20b) 상에 더미 웨이퍼는 배치되지 않는다. 제 2 드라이 클리닝에 이용되는 조건의 상세에 대해서는 후술한다.
이어서, 제어 장치(80)는 제 2 드라이 클리닝이 정해진 횟수 실행되었는지 여부를 판정한다(S306). 제 2 드라이 클리닝이 정해진 횟수 실행되지 않은 경우(S306 : No), 제어 장치(80)는 다시 단계(S305)에 나타낸 처리를 실행한다. 한편, 제 2 드라이 클리닝이 정해진 횟수 실행된 경우(S306 : Yes), 제어 장치(80)는 본 순서도에 나타낸 시즈닝을 종료한다.
[제 1 드라이 클리닝]
여기서, 본 실시예에서의 제 1 드라이 클리닝에 대하여 설명한다. 도 9는 제 1 드라이 클리닝의 실행 횟수마다의 OH의 발광 강도의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 9에서는 제 1 드라이 클리닝을 4 회 실행하고, 각각의 제 1 드라이 클리닝에서 생성된 플라즈마에 포함되는 OH의 발광 강도의 변화가 나타나 있다. OH의 발광 강도는 챔버(12) 내의 수분량과 상관이 있다. 또한 본 실시예의 제 1 드라이 클리닝에 있어서, 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 1 회당 10 분이다.
예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이, 1 회째의 제 1 드라이 클리닝에서는 OH의 발광 강도가 최대 약 8000까지 상승되어 있고, 2 회째의 제 1 드라이 클리닝에서는 OH의 발광 강도가 최대 약 3000까지 상승되어 있다. 한편, 3 회째 및 4 회째의 제 1 드라이 클리닝에서는 OH의 발광 강도가 최대 약 2500 정도로 되어 있다.
도 9의 결과로부터, 제 1 드라이 클리닝을 3 회 이상 행하면, 즉, 제 1 드라이 클리닝에서 클리닝용의 가스의 플라즈마가 생성되고 있는 시간이 30 분 이상이면, OH의 발광 강도의 변화가 안정되는 것을 알았다. OH의 발광 강도의 변화가 안정된다고 하는 것은 챔버(12) 내의 수분이 충분히 제거된 것을 의미한다. 이 때문에, 제 1 드라이 클리닝에서 클리닝용의 가스의 플라즈마를 30 분 이상 생성함으로써, 챔버(12) 내의 수분이 충분히 제거될 수 있다. 또한, 챔버(12) 내의 부품의 수분량의 불균일을 고려하면, 제 1 드라이 클리닝을 4 회 이상, 즉 제 1 드라이 클리닝에서 클리닝용의 가스의 플라즈마를 40 분 이상 생성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 클리닝용의 가스의 플라즈마를 10 분간 생성하는 제 1 드라이 클리닝을, 예를 들면 4 회 실행한다. 또한 각각의 제 1 드라이 클리닝의 사이에는, 정해진 시간(예를 들면 1 분 정도)의 인터벌이 마련된다. 베어 실리콘의 더미 웨이퍼의 준비 등의 시간을 고려하면, 제 1 드라이 클리닝을 4 회 실행하는데 요하는 시간은 약 50 분 정도가 된다. 또한 제 1 드라이 클리닝의 프로세스 조건에 있어서, 압력은 5 ~ 100 mT가 바람직하며, 10 ~ 50 mT가 보다 바람직하다. 또한 제 1 드라이 클리닝의 프로세스 조건에 있어서, O2 가스의 유량은 50 ~ 1000 sccm가 바람직하며, 100 ~ 500 sccm가 보다 바람직하다. 또한 제 1 드라이 클리닝의 프로세스 조건에 있어서, 고주파 전력은 1000 ~ 5000 W가 바람직하며, 2000 ~ 4000 W가 보다 바람직하다.
[제 2 드라이 클리닝]
이어서, 도 8에 나타낸 제 2 드라이 클리닝에 대하여 설명한다. 먼저, 제 2 드라이 클리닝의 조건으로서, 이하의 4 종류(Test 1 ~ Test 4)를 검토했다.
(표 1)
압력
(mT)		 MW
(W)		 가스(sccm) 1 회당
처리 시간(초)		 반복
횟수
Ar NF3 O2
Test 1 20 2000 - 40 20 30 25
Test 2 20 3000 - 240 - 20 50
150 3000 - 240 - 20
Test 3 18 3000 - 300 240 30 25
Test 4 30 2000 600 240 120 30 25
상기의 표 1에 있어서, 'MW(W)'는 안테나(14)로부터 챔버(12) 내로 방사되는 마이크로파의 전력이다.
NF3 가스는 불소 함유 가스의 일례이다. 또한 Test 2에서는, 20 mT의 압력에서 챔버(12) 내에 20 초간 플라즈마가 생성된 후, 챔버(12) 내의 압력을 150 mT로 변경하여 20 초간 플라즈마가 생성된다.
Test 1 ~ Test 4에서는, 정해진 조건에서 챔버(12) 내에 플라즈마를 생성하는 처리가 정해진 횟수 반복된다. 반복에 있어서의 각 처리의 사이에는, 정해진 시간(예를 들면 1 분 정도)의 인터벌이 마련된다. Test 1, Test 3 및 Test 4에서는, 제 2 드라이 클리닝에서 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 30 초 × 25 회 = 12 분 30 초이다. 또한, 각 처리 사이의 인터벌을 고려하면, Test 1, Test 3 및 Test 4에서는, 제 2 드라이 클리닝의 처리 시간은 12 분 30 초 ＋ 24 분 = 약 37 분이 된다. 또한 Test 2에서는, 제 2 드라이 클리닝에서 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 (20 초 ＋ 20 초) × 50 회 = 33 분 20 초이다. 또한, 각 처리 사이의 인터벌을 고려하면, Test 2에서는 제 2 드라이 클리닝의 처리 시간은 33 분 20 초 ＋ 49 분 = 약 83 분이 된다.
도 10은 Test 1의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 11은 Test 2의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 12는 Test 3의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다. 도 13은 Test 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면 상태의 측정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
Test 1의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면에는, 예를 들면 도 10에 나타내는 바와 같이, 약 72 nm 두께의 불화층이 형성되어 있었다. 또한, Test 1의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 0.50 μm였다. 또한, Test 1의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 0.018 μm였다.
또한, Test 2의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면에는, 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같이, 약 30 nm 두께의 불화층이 형성되어 있었다. 또한, Test 2의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 1.51 μm였다. 또한, Test 2의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 0.011 μm였다.
또한, Test 3의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면에는, 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같이, 약 34 nm 두께의 불화층이 형성되어 있었다. 또한, Test 3의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 1.28 μm였다. 또한, Test 3의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 0.0082 μm였다.
또한, Test 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면에는, 예를 들면 도 13에 나타내는 바와 같이, 약 59 nm 두께의 불화층이 형성되어 있었다. 또한, Test 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 0.35 μm였다. 또한, Test 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 0.011 μm였다.
신품의 FC 샘플(92)과, 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)을 포함하여, Test 1 ~ 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 불화층의 두께를 비교하면, 예를 들면 도 14와 같이 된다. 도 14는 조건마다의 FC 샘플(92)의 불화층의 두께의 일례를 나타내는 그래프이다. 또한 도 14에서, 'Initial'은 신품의 FC 샘플(92)을 나타내고, 'Ref'는 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)을 나타낸다.
예를 들면 도 14에 나타내는 바와 같이, Test 1 및 Test 4의 조건을 이용한 경우, 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)에는 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)에 형성되는 불화층보다 두꺼운 불화층이 형성되어 있다.
또한, 신품의 FC 샘플(92)과, 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)을 포함하여, Test 1 ~ 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra를 비교하면, 예를 들면 도 15와 같이 된다. 도 15는 조건마다의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra의 일례를 나타내는 그래프이다.
예를 들면 도 15에 나타내는 바와 같이, Test 1 ~ Test 4에서는, 모두, 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra보다 작다. 특히, Test 1 및 Test 4에서는, 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra는 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 FC 샘플(92)의 표면의 Ra보다 훨씬 작다. 도 14 및 도 15를 참조하면, FC 샘플(92)의 불화층의 두께 및 표면의 Ra의 값으로부터, 제 2 드라이 클리닝의 조건으로서 Test 1 및 Test 4의 조건이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 신품의 석영 샘플(91)과, 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)을 포함하여, Test 1 ~ 4의 조건에서 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra를 비교하면, 예를 들면 도 16과 같이 된다. 도 16은 조건마다의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra의 일례를 나타내는 그래프이다.
예를 들면 도 16에 나타내는 바와 같이, Test 1 ~ Test 4에서는 모두, 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra는 비교예에서의 시즈닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra보다 작다. 그러나 Test 1에서는, 제 2 드라이 클리닝에 의해 석영 샘플(91)의 표면이 에칭됨으로써 생성된 퇴적물이 석영 샘플(91)의 표면에 재부착하고 있었다. 이 때문에, Test 1의 조건을 이용한 경우에는, Test 2 ~ 4의 조건을 이용한 경우보다 제 2 드라이 클리닝이 실행된 후의 석영 샘플(91)의 표면의 Ra가 큰 값이 되었다. 따라서, 석영 샘플(91)의 표면의 Ra의 값으로부터, 제 2 드라이 클리닝의 조건으로서는, Test 1의 조건보다 Test 2 ~ 4의 조건을 이용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
도 14 ~ 도 16의 결과를 종합하면, 제 2 드라이 클리닝의 조건으로서는, Test 4의 조건이 FC 샘플(92)의 불화층의 두께 및, 석영 샘플(91) 및 FC 샘플(92)의 표면의 Ra의 값 등의 관점에서 가장 바람직한 것을 알았다.
[에칭 특성의 평가]
이어서, 제 2 드라이 클리닝에 Test 4의 조건을 이용하여, 도 8에 나타낸 시즈닝을 실행한 후의 에칭 장치(10)의 에칭 특성을 평가했다. 3 매의 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 에칭을 행한 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 에칭 특성의 평가 지표로서, 제품의 양산 공정에 이용되는 처리 조건에서 반도체 웨이퍼(W)를 30 초간 에칭한 경우의 에칭량(EA)과, 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성된 홈의 균일성을 이용했다. 균일성은 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성된 홈의 깊이를 정해진 수의 측정점에 대하여 측정하고, 최대값과 최소값의 차분을 평균값의 2 배로 나눈 값이다.
(표 2)
1 매째 2 매째 3 매째
EA
(nm/30sec)		 67.2 67.4 67.2
균일성
(range/2ave)		 3.2 3.6 3.6
상기의 표 2를 참조하면, EA의 표준 편차는 0.13이며, 균일성은 ±6 %의 범위 내이다. 따라서, 제 2 드라이 클리닝에 Test 4의 조건을 이용하여, 도 8에 나타낸 시즈닝을 실행한 후의 에칭 장치(10)의 에칭 특성은 불균일이 충분히 작고 안정되어 있다. 즉, 제 2 드라이 클리닝에 Test 4의 조건을 이용하여 도 8에 나타낸 시즈닝을 실행함으로써, 챔버(12) 내의 환경을 메인터넌스 전의 상태로 복구시킬 수 있다.
여기서, 도 8에 나타낸 본 실시예에서의 시즈닝에 있어서, 단계(S300 ~ S302)의 처리는 비교예의 시즈닝에 있어서의 단계(S200 ~ S202)와 동일하다. 이 때문에, 단계(S300)의 처리에는 약 2.5 시간을 요하고, 단계(S301)의 처리에는 약 0.5 시간을 요하고, 단계(S302)의 처리에는 약 1.0 시간을 요한다. 또한, 도 8의 단계(S303)에 나타낸 제 1 드라이 클리닝은 본 실시예에서는 4 회 실행되기 때문에, 도 8의 단계(S303 및 S304)의 처리에는 약 50 분 정도의 시간을 요한다. 또한, 도 8의 단계(S305)에 나타낸 제 2 드라이 클리닝에서 Test 4의 조건을 이용하는 경우, 도 8의 단계(S305 및 S306)의 처리에는 약 40 분 정도의 시간을 요한다. 따라서, 단계(S303 ~ S306)의 처리에 요하는 시간은 약 1.5 시간이 된다. 이상으로부터, Test 4의 조건을 이용하는 경우, 본 실시예에서는 도 8에 나타낸 시즈닝에 요하는 시간은 합계 약 5.5 시간이 된다.
비교예에서의 시즈닝에 요하는 시간이 20 시간 이상인 것을 고려하면, 본 실시예에서의 시즈닝에서는, 비교예에서의 시즈닝에 비해, 약 15 시간 정도의 시간 단축이 가능해진다. 이 때문에, 챔버(12) 내의 메인터넌스 후의 복구에 요하는 시간을 단축할 수 있어, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 스루풋(가동률)의 가일층의 향상이 가능해진다.
여기서, 비교예에서의 시즈닝에서는, 양산 공정에서 사용되는 HBr 가스 또는 Cl 가스를 이용한 플라즈마를 이용함으로써 HBr 가스 또는 Cl 가스에 의해 반응 생성물이 생성되고, 이 반응 생성물이 챔버(12) 내의 부품 표면에 부착함으로써 챔버(12) 내의 환경이 안정된다고 하는 견해가 있었다. 이에 대하여, 발명자는 챔버(12) 내의 부품 표면의 불화의 정도가 챔버(12) 내의 환경의 안정화에 관계하는 것은 아닌가 생각했다. 그리고, 실험을 행한 결과, 제 2 드라이 클리닝에서 Test 4의 조건에서 불소를 포함하는 가스의 플라즈마를 이용하여 챔버(12) 내의 부품 표면을 불화시킴으로써, 챔버(12) 내의 환경을 조기에 복구시킬 수 있는 것을 발견했다.
또한 본 실시예에서의 시즈닝에서는 O2 가스를 이용한 제 1 드라이 클리닝을 실행하고, 그 후에 불소를 포함하며 HBr 가스 또는 Cl 가스를 포함하지 않는 가스를 이용한 제 2 드라이 클리닝을 실행한다. 이 때문에, 본 실시예의 시즈닝의 종료 시에는 챔버(12) 내의 부품 표면에 HBr 가스 또는 Cl 가스에 의해 생성된 반응 생성물은 부착되어 있지 않다. 비교예에서의 시즈닝에서는 양산 공정에서 사용되는 HBr 가스 또는 Cl 가스 등을 이용한 플라즈마에 의해 생성된 반응 생성물이 챔버(12) 내의 부품 표면에 부착함으로써, 챔버(12) 내의 부품 표면의 불화가 방해된다고 상정된다. 이에 대하여, 본 실시예에서의 시즈닝에서는 HBr 가스 또는 Cl 가스를 이용하지 않고, 불소를 포함하는 가스를 이용한 제 2 드라이 클리닝을 실행한다. 이에 의해, 챔버(12) 내의 부품 표면이 보다 신속하게 불화되어 시즈닝에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
또한 본 실시예의 시즈닝에서는 불소를 포함하는 가스를 이용한 제 2 드라이 클리닝을 실행하기 전에, O2 가스를 이용한 제 1 드라이 클리닝을 제 2 드라이 클리닝보다 긴 시간(예를 들면 30 분 이상) 실행한다. 이에 의해, 챔버(12) 내의 부품의 수분이 충분히 제거되어 챔버(12) 내의 환경을 안정화시킬 수 있다.
[기타]
또한 Test 4에서는, 챔버(12) 내의 압력이 30 mT, 마이크로파의 전력이 2000 W, 처리 가스의 유량이 Ar / NF3 / O2 = 600 / 240 / 120 sccm, 1 회당 제 2 드라이 클리닝의 처리 시간이 30 초, 제 2 드라이 클리닝의 반복 횟수가 25 회였는데, 본 발명의 기술은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제 2 드라이 클리닝에서 챔버(12) 내의 압력은 5 ~ 250 mT의 범위 내이면 된다. 또한, 제 2 드라이 클리닝에서 마이크로파의 전력은 1000 ~ 3000 W의 범위 내이면 된다. 또한, 제 2 드라이 클리닝에서 처리 가스의 유량은 Ar / NF3 / O2 = 0 ~ 1000 / 40 ~ 500 / 0 ~ 500 sccm이면 된다. 또한, 제 2 드라이 클리닝에서 플라즈마가 생성되고 있는 시간의 합계가 12 분 30 초 이상이면, 1 회의 제 2 드라이 클리닝에서 플라즈마가 생성되고 있는 시간은 30 초보다 짧아도 되고, 길어도 된다.
또한 상기한 실시예에서는, 에칭 장치(10)의 일례로서, RLSA를 이용한 마이크로파 플라즈마 에칭 장치를 설명했지만, 본 발명의 기술은 이에 한정되지 않는다. 플라즈마를 이용하여 에칭을 행하는 장치라면 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 등, 다른 방식을 이용한 에칭 장치에서도 본 발명의 기술을 적용할 수 있다.
또한 상기한 실시예에서는, 불소 함유 가스로서 NF3 가스를 예로 설명했지만, 본 발명의 기술은 이에 한정되지 않는다. 불소 함유 가스로서는, 그 외의 NF계 가스 또는 CF계 가스, SF계 가스를 이용할 수 있다. CF계 가스로서는, 예를 들면 CF4 가스 또는 C4F6 가스 등을 이용할 수 있다. 또한 SF계 가스로서는, 예를 들면 SF6 가스를 이용할 수 있다.
FS : 플로우 스플리터
GS : 가스 공급원
S : 처리 공간
W : 반도체 웨이퍼
10 : 에칭 장치
12 : 챔버
14 : 안테나
20a : 기재
20b : 정전척
22 : 중앙 공급부
24 : 주변 공급부
28 : 마이크로파 발생기
56a : 압력 조정기
56b : 배기 장치
58 : 고주파 전원
80 : 제어 장치
90 : 샘플
91 : 석영 샘플
92 : FC 샘플
93 : 기판

Claims (13)

  1. 챔버를 진공 상태로 만든 후에 상기 챔버의 진공을 해제하는 공정과,
    상기 챔버의 진공을 해제한 후에 상기 챔버의 내부를 클리닝하는 공정과,
    상기 챔버를 다시 진공 상태로 되돌리는 공정과,
    상기 챔버 내에 O2 가스를 공급하고 상기 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 챔버 내의 부품의 수분을 제거함으로써 상기 챔버 내를 클리닝하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에, 상기 챔버 내에 불소를 포함하는 처리 가스를 공급하고 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 챔버 내의 부품의 표면을 불화시킴으로써 상기 챔버 내를 시즈닝하는 제 2 공정
    을 포함하고,
    상기 제 1 공정에는,
    O2 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 제 3 공정과,
    상기 챔버 내에 공급된 O2 가스의 플라즈마를 생성하는 제 4 공정과,
    상기 O2 가스의 공급을 정지하고 상기 챔버 내로부터 O2 가스를 배기하는 제 5 공정
    이 포함되고,
    상기 제 1 공정에서는, 상기 제 3 내지 제 5 공정이 2 회 이상 반복되고,
    상기 처리 가스는 Ar 가스, NF3 가스 및 O2 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서 상기 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마가 생성되는 시간은 상기 제 2 공정에 있어서 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마가 생성되는 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서 상기 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마가 생성되는 시간은 30 분 이상인 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 공정에는,
    상기 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 제 6 공정과,
    상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 제 7 공정과,
    상기 챔버 내로부터 상기 처리 가스를 배기하는 제 8 공정
    이 포함되고,
    상기 제 2 공정에서는, 상기 제 6 공정부터 제 8 공정이 2 회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  8. 챔버를 진공 상태로 만든 후에 상기 챔버의 진공을 해제하는 공정과,
    상기 챔버의 진공을 해제한 후에 상기 챔버의 내부를 클리닝하는 공정과,
    상기 챔버를 다시 진공 상태로 되돌리는 공정과,
    상기 챔버의 내부를 클리닝하는 공정이 행해진 후에 상기 챔버 내의 시즈닝을 행하는 시즈닝 공정과,
    상기 챔버 내에 에칭 대상 웨이퍼를 반입하는 공정과,
    상기 시즈닝 공정이 실행된 후에 상기 챔버 내로 반입된 에칭 대상 웨이퍼에 대하여 에칭을 행하는 에칭 공정
    을 가지고,
    상기 시즈닝 공정은,
    상기 챔버 내에 O2 가스를 공급하고 상기 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 챔버 내의 부품의 수분을 제거함으로써 상기 챔버 내를 클리닝하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에, 상기 챔버 내에 불소를 포함하는 처리 가스를 공급하고 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 챔버 내의 부품의 표면을 불화시킴으로써 상기 챔버 내를 시즈닝하는 제 2 공정
    을 포함하고,
    상기 제 1 공정에는,
    O2 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 제 3 공정과,
    상기 챔버 내에 공급된 O2 가스의 플라즈마를 생성하는 제 4 공정과,
    상기 O2 가스의 공급을 정지하고 상기 챔버 내로부터 O2 가스를 배기하는 제 5 공정
    이 포함되고,
    상기 제 1 공정에서는, 상기 제 3 내지 제 5 공정이 2 회 이상 반복되고,
    상기 처리 가스는 Ar 가스, NF3 가스 및 O2 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정의 전에, 상기 챔버 내에 가스를 공급하고, 상기 챔버의 내부 압력을 소정의 압력 레벨로 상승시키고, 상기 챔버로부터 상기 가스를 배기하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정에서 바이어스 파워가 인가되지 않는 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 챔버 내에 상기 가스를 공급하고 상기 챔버로부터 상기 가스를 배기하는 것이 복수의 사이클 반복되는 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 공정의 단일 사이클의 시간이 20 분 미만인 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서 상기 챔버 내에 O2 가스의 플라즈마가 생성되는 시간은, 30 분 이상인 것을 특징으로 하는 시즈닝 방법.
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