KR20100075345A - 시료의 에칭처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공형상을 안정되게 유지할 수 있는 에칭의 양산처리방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여 본 발명에서는, 진공처리실과, 가스공급장치와, 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성수단과, 플라즈마의 발광을 모니터하는 발광분광기와, 그 발광 스펙트럼을 축적하는 장치를 구비하고, 상기 진공처리용기 내로 반입한 웨이퍼에 플라즈마처리를 실시하고, 웨이퍼의 양산처리를 일시 중단하는 장치 미가동시간(아이들링 SS)이 발생하는 에칭의 양산처리방법에 있어서, 아이들링(SS) 전후의 클리닝(S2, S2')에서, 리액터 최표면의 반응생성 퇴적상태와 온도의 정보를 포함하는 상기 플라즈마 중의 발광강도 SiF(1), SiF(2)를 모니터하여, 이것들의 발광 스펙트럼을 기초로 데이터베이스(S4)를 참조하여, 아이들링(SS) 후의 플라즈마 히팅공정(S3)의 시간을 조정하여 리액터를 가열하고, 플라즈마 가열(S3) 후에 다음 시료를 에칭(S2)한다.

Description

시료의 에칭처리방법{SAMPLE ETCHING PROCESSING METHOD}
본 발명은, 전자 또는 정공(正孔)을 캐리어로 하는 MOS(Metal 0xide Semiconductor) 트랜지스터를 포함하는 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 양산 시 에칭처리를 일시 중단하여 아이들링이 발생한 경우에도, 아이들링 후에 가공형상을 안정시켜 에칭을 행할 수 있는 시료의 에칭처리방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 집적회로의 고집적화 및 고속화에 따라, 게이트 전극의 미세화가 한층 더 요구되고 있다. 그러나, 약간의 게이트 전극의 치수 변동이 소스/드레인 전류나 스탠바이 시의 리크 전류값을 크게 변동시키기 때문에, 게이트 전극의 치수(CD : Critical Dimension) 정밀도나 가공형상의 안정화는, 매우 중요한 요건이 된다.
가공형상에 영향을 미치는 에칭 리액터 내의 플라즈마 중의 라디칼상태의 변화는, 주로 이하 2개와 같은 요인으로 일어나는 경우가 많다.
첫번째 요인은, 에칭하여 리액터 최표면(最表面)에 반응생성물이 물리 부착된 경우나 리액터 내의 최표면이 화학 변화한 경우이다. 이 경우, 동일한 조건으로 플라즈마를 생성하여도, 리액터 최표면에서 라디칼의 소비량이나 라디칼의 재결 합 확률이 바뀌게 되어, 당연하나 플라즈마 중의 라디칼 밀도는 변화된다.
두번째 요인은, 리액터 재료의 최표면 온도가 변화된 경우이다. 이 경우, 플라즈마 중에서 생성되는 에칭성 라디칼이나 퇴적성 라디칼, 반응생성물의 리액터 최표면에서의 흡착계수나 반응속도가 다르기 때문에, 리액터부재의 최표면을 깎는 속도나 퇴적속도도 변화된다. 그 결과, 리액터 최표면에 소비되는 라디칼이나 반응생성물의 밸런스가 변화되어, 역시 플라즈마 중의 라디칼 밀도가 변화된다.
즉, 가공형상을 안정되게 유지하기 위해서는, (1) 리액터 최표면의 물리화학상태를 일정하게 유지하는 것 및, (2) 리액터 재료의 최표면 온도를 일정하게 유지하는 것의 2개의 요건이 중요하다. 그러나, 에칭장치를 사용한 반도체 양산현장에서는, 양산을 계속함과 동시에 리액터 최표면의 물리화학상태가 변화하는 경우도 있으면, 양산처리를 일시 중단해야 하는 경우가 있다.
종래, 상기 (1)의 요건에 대해서는, 리액터 최표면의 물리화학상태를 유지하기 위하여, 클리닝에 의한 반응생성물의 제거나, 카본계의 퇴적성 가스를 사용한 코팅이 행하여져 왔다. 특허문헌 1에는, in-situ(그 자리)에서 반응생성물을 클리닝한 후에, 카본계 피막을 퇴적시켜 가공형상의 안정화를 도모하는 것이 나타나 있다.
또, 상기 (2)의 요건에 대하여 특허문헌 2에는, 리액터 최표면의 온도를 유지하기 위하여, 플라즈마처리 이력에 따라 미리 설정한 처리조건으로 플라즈마를 생성하고 리액터 최표면의 온도를 제어하여 가공형상의 안정화를 도모하는 것이 나타나 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특표2003-518328호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2005-244065호 공보
특허문헌 1에 나타내는 장치에서는, 처리실 내에 퇴적하는 반응생성물의 제거는 가능하나, 상기 (2)의 요건에 대해서는 가공형상의 안정화를 도모할 수 없다. 또, 특허문헌 2에 나타내는 장치에서는, 상기 (1), (2)의 요건에 대응 가능하나, 양산 전에 미리 온도 계측기를 장치에 설치하여 오프라인에서 온도를 측정하는, 또는 시뮬레이션을 필요로 한다. 온도 계측기의 설치는, 설치에 수고나 시간이 걸릴 뿐만 아니라 계측기를 플라즈마에 노출함으로써 금속오염이나 이물의 원인을 초래할 가능성이 있기 때문에, 용이하게는 실시할 수 없다. 또한, 오프라인의 온도 데이터베이스를 참조한 히팅 기술이나, 시뮬레이션에 의한 온도 예측으로는 리액터 최표면의 정보 그 자체를 실시간으로 감시하고 있지 않기 때문에, 아이들링 후의 가공형상의 재현 정밀도에도 한계가 있다. 즉, (1), (2)의 요건에 대하여 한계가 있다.
본 발명은, 이들 문제점에 착안하여, 양산 반도체장치의 가공형상을 안정되게 유지할 수 있는 에칭의 양산처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 진공처리실을 형성하는 진공처리용기와, 상기 진공처리용기 내에 가스를 공급하는 가스공급장치와, 상기 진공장치처리실 내에 전자 에너지를 공급하고 처리실 내에 공급한 처리가스를 해리하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성수단과 생성한 플라즈마의 발광을 모니터하는 발광 분광기와 그 발광 스펙트럼을 축적하는 장치를 구비한 플라즈마처리장치를 사용하여 상기 진공처리용기 내로 반입한 시료의 처리를 하는 에칭의 양산처리방법에 있어서, 리액터 최표면의 반응생성 퇴적상태와 온도의 정보를 포함하는 상기 플라즈마 중의 발광을 모니터하여, 이것들의 발광을 기초로 리액터를 가열하는 아이들링 후의 히팅 공정의 시간을 결정, 또는 클리닝공정과 히팅공정의 반복을 종료할 것을 결정, 또는 히팅 겸 클리닝공정의 종료를 결정한다.
(실시예 1)
도 1의 플로우차트를 이용하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한, 아이들링전후에서의 진공처리실의 벽면의 클리닝공정 중의 발광강도를 기초로, 아이들링 후의 히팅공정의 시간을 결정하는 방법을 설명한다.
실시예 1에서는, 플라즈마를 사용한 에칭의 양산처리를 계속하여 리액터 벽면이 충분히 가열된 상태를 설명의 출발점으로 한다. 이 점으로부터, 양산처리를 계속하여, 제품 에칭을 실시한다(S1). 다음에, 제품 에칭 중에 리액터 벽면에 부착된 반응생성물을 제거하기 위하여, 웨이퍼처리마다 플라즈마를 사용한 클리닝공정을 실시한다(S2). 양산처리에서는, 이 제품 에칭공정(S1)과 리액터 표면의 플라즈마 클리닝공정(S2)이 반복된다. 플라즈마 클리닝공정(S2)에서는 더미 웨이퍼의 사용 유무는 묻지 않으나(웨이퍼 리스이어도 된다), 플라즈마 클리닝공정(S2)에 리액터 내로 도입하는 가스는, F계 가스(CF4, SF6, C4F8, CHF3, C4F6, NF3)를 함유하는 것이 바람직하다. 이유는 뒤에서 설명한다.
리액터 표면의 플라즈마 클리닝공정(S2) 후, 장치 메인터넌스 등의 이유로 양산처리를 일시 중단하여 아이들링상태가 만들어지면(SS), 플라즈마 중에서 고온이 되는 이온이나 라디칼의 리액터 벽면으로의 열의 유입이 없어지기 때문에, 아이들링의 시간이 길어짐과 동시에 리액터 벽면의 온도는 하강하여 간다.
다음에, 아이들링(SS)을 종료하고 나서 양산처리를 재개하는 순서의 설명으로 옮겨간다. 제품을 에칭하기 전에는, 리액터 벽면의 플라즈마 클리닝공정(S2')을 이용한다. 이 공정의 목적은, 아이들링 중에 리액터 벽면의 최표면이 온도 하강한 것이나, 에칭 중과는 다른 환경 하에 장시간 놓여짐으로써 물리화학변화한 리액터 벽면의 최표면층을 제거하는 것이다. 클리닝공정 후(S2')에는, 아이들링 중에 저하한 리액터 벽면의 최표면 온도를 다시 상승시키기 위하여, 플라즈마를 발생시켜 가열한다(S3). 이것을 플라즈마 히팅공정이라 부르고, 이 직후에 다시 제품 에칭처리(S1')를 개시하고, 리액터 벽면의 플라즈마 클리닝공정(S2) → 제품 에칭처리(S1')의 양산처리를 계속한다.
여기서, 도 1의 플로우차트에서, 플라즈마 히팅공정(S3)의 히팅시간이 O인 경우의 ΔCD, 즉,[(제품 에칭(S1')시의 CD) - (제품 에칭(S1)시의 CD)]에 대한 아이들링 시간 의존성 그래프를 도 2에 나타내었다. CD는 에칭 후에 CD-SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)으로 측정하였다. 300 mm 웨이퍼면 내167점의 동일 라인을 측정한 결과의, 평균값을 나타내었다. 이 제품에서는, 아이들링 시간이 증가할수록 아이들링 전보다도 후의 CD가 커지는 것을 알 수 있다.
또, 아이들링 후의 클리닝공정(S2') 중의 SiF의 발광강도[도 1의 SiF(2) : 440 nm)]로부터 아이들링 전의 클리닝공정(S2)의 SiF의 발광강도[도 1의 SiF(1)]를 뺀 값을 ΔSiF = SiF(2) - SiF(1)이라 정의하고, 이것에 어느 계수(α)를 곱한 αΔSiF에 대한 아이들링 시간의 의존성도 도 2 중에 나타내었다. 또, 본 검토에서는, SiF의 파장으로서 440 nm을 사용하였다. 이 그래프로부터, 아이들링의 시간을 증가할 때마다 αΔSiF의 값이 커지는 것을 알 수 있다. 그리고, ΔCD의 값과 αΔSiF는 매우 좋은 일치를 나타낸다.
실시예 1의 실험에서는, α의 값은 마이너스가 되었다. SiF의 발광원은, F를 함유한 클리닝 가스와 리액터 벽면 재료로서 사용되는 석영부품(샤워 플레이트, 석영 내통, 서셉터 등)과의 반응생성물이다. 일반적으로 석영부품의 온도가 고온일수록 석영부품의 에칭속도도 상승하기 때문에, ΔSiF는 리액터 최표면의 온도차와 함께 변화된다. 또한, 석영부품의 표면에 클리닝할 수 없는 석영 이외의 물질이 덮이는 경우에는, F와의 반응면적이 감소하기 때문에, 그 양에 따라 SiF의 발광강도가 작아진다. 즉, SiF의 발광강도는 석영부품의 최표면의 노출면적도 동시에 포함하기 때문에, ΔSiF는 리액터의 온도차와 석영부품의 노출면적의 차를 함수로 하는 리액터 환경을 정량적으로 나타내는 지표로서 생각하여도 된다. 따라서, ΔSiF를 제어하는 것은, 에칭 중의 리액터 내의 라디칼상태(리액터환경)의 차이를 제어하는 것이 되어, 바꿔 말하면 제품 에칭의 CD를 제어할 수 있다. 이와 같은 특징으로부터, 아이들링 전후의 CD 차를 최소로 하기 위해서는, ΔSiF를 지표로 하는 방법이 이상적이라고 할 수 있다.
여기서 플라즈마 클리닝공정 중(S2 또는 S2')의 SiF 발광강도의 적합한 데이터 추출방법과 클리닝공정의 종료방법에 대하여 설명한다. 도 3(a)는, 어느 제품 웨이퍼를 에칭한 직후의 클리닝공정 중의 SiF 발광강도의 시간변화의 예를 나타내었다. 대표예로서, 리액터에 Si가 잔류하는 경우의 클리닝 파형(301)과, Si가 잔류하지 않는 경우의 클리닝 파형(302)을 나타내었다. 이 예에서는, Si가 잔류한 경우에 클리닝 파형이 약 7초간 변화되고, 그 후의 발광강도는 Si가 잔류하지 않은 경우의 시간변화에 일치한다. 즉, 7초 이전은 리액터 내의 잔류 Si의 양에 따른 발광강도의 변화를 포함하기 때문에, SiF의 발광강도가 시간변화를 나타내지 않는 7초 내지 30초 사이의 발광강도(303)를 상기 SiF(1) 내지 SiF(2)의 값으로서 적용하는 것이 바람직하다. 이상은, 리액터에 Si계 이외의 잔류 퇴적물이 남지 않은 경우이다. 이 경우, 7초의 점(304)에서 클리닝공정을 종료하여도 된다.
도 3(b)는, 도 3(a)와는 달리, C계의 잔류 퇴적물이 남기 쉬운 제품 웨이퍼를 에칭한 직후의 클리닝공정 중의 SiF와 C2의 발광강도의 시간변화의 예를 나타내었다. 이 경우, C2의 파형(305)이 약 15초의 점(306)까지 변화되고, 그 후의 발광강도는 시간변화가 작아, 거의 일정값이라고 생각할 수 있다. 이와 같이, Si계 이외의 잔류 퇴적물이 있는 경우에는, 15초의 점(306)에서 클리닝공정을 종료하여도 된다. 단, 이 경우에도, 7초 내지 15초 사이의 발광강도(303)를 발광강도 SiF(1)또는 발광강도 SiF(2)의 값으로서 적용할 수 있다. 또, 예를 들면 클리닝을 30초 의 시간고정으로 하면, 7초 내지 30초 사이의 발광강도(303)를 발광강도 SiF(1) 또는 발광강도 SiF(2)의 값으로서 적용할 수 있다.
도 4는, ΔCD의 허용값을 구하는 것을 목적으로 한 아이들링 시간과 히팅시간의 관계를 구하기 위한 플로우차트이다. 도 4의 플로우차트는, 도 1의 플로우차트에 비교하여, 아이들링(SS) 후의 리액터 벽면의 플라즈마 클리닝(S2')과 리액터 벽면의 플라즈마 히팅(S3)의 순서가 교체되어 있는 점에서 상위하고 있다. 도 5는, 도 4의 플로우차트를 이용하여 플라즈마 히팅공정의 조건을 Ar 유량 100 cc, 압력 0.5 Pa, 마이크로파 파워 1000 W, 웨이퍼 바이어스 0 W라 하고, 도 2에서 구한 α를 이용하여 αΔSiF의 히팅시간 의존성을 취득한 실험결과의 그래프이다. CDSEM을 이용한 ΔCD의 실측값은 실선(●, ▲, ●) 플롯으로, 발광으로부터 산출한 αΔSiF는 점선(○, △, □) 플롯으로 각각 나타내었다. 또, 아이들링(SS) 시간을 30분, 2시간과 8시간의 경우로 나누어 데이터를 취득하였다. 히팅공정의 가스조건으로서 Ar를 선택한 이유는, (1) 리액터 내의 부품을 부식시키지 않는 불활성 가스이기 때문에, (2) 에칭에 사용되는 일반적인 가스종마다 가열효율을 조사한 결과, Ar 가스가 좋았기 때문이다.
이 결과로부터, 아이들링 시간에 의존하지 않고 히팅시간이 길수록, ΔCD 라고 예측되는 ΔCD 모두 작아지는 것을 알았다. 또한, 아이들링 2시간에서는 히팅130초 전후, 아이들링 8시간에서는 히팅 180초 전후, 아이들링 30분에서는 히팅 30초 전후에서 ΔCD가 약 O이 되는 것을 알았다. 일반적으로, 아이들링 시간이 길수록, αΔSiF의 절대값은 커지는 경향에 있고, 동시에 ΔCD를 약 O으로 하는 데 필 요한 히팅시간도 길어진다. 또, 이 실험에서도 αΔSiF와 ΔCD는 좋은 일치를 나타내고, 다시 αΔSiF는 CD제어의 좋은 지표인 것을 확인할 수 있다. 여기서 주목해야 할 것은, 이와 같은 그래프를 이용하면, 히팅시간이 0일 때의 αΔSiF로부터 필요한 히팅시간을 참조할 수 있는 것이다. 따라서, αΔSiF와 히팅시간의 아이들링 시간 의존을 취득하여, 미리 데이터베이스로서 축적하면, 히팅시간이 O일 때의 αΔSiF로부터 필요한 히팅시간을 참조하여, 아이들링 전후의 CD 차를 최소로 할 수 있다.
도 6의 플로우차트를 이용하여, 양산 운용시의 본 발명의 처리의 흐름을 설명한다. 도 6의 플로우차트에서는, 도 1의 플로우차트에 αΔSiF와 히팅시간의 관계를 가지는 데이터베이스(S4)부(예를 들면, 도 5)가 더해지고 있다. 도 7은, 도 6의 플로우차트를 이용하여 양산 운용한 경우의 아이들링이 1분 이상 발생하고, 최장으로는 장치 고장에 의해 아이들링이 3일간 발생한 경우를 포함하는 아이들링 발생회수와 그 때의 ΔCD의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 결과, 본 방법을 이용하면, 아이들링이 발생하여도 ΔCD =±0.2 nm 이내에서 운용할 수 있는 것을 알았다. 즉, 아이들링(S2) 후, 리액터 벽면에 플라즈마 클리닝을 실시하고(S2'), 그 후, ΔSiF=SiF(2)-SiF(1)이 약 O이 되는 가열시간 리액터 벽면을 플라즈마 히팅(S3)하고, 그 후, 제품 에칭(S1')으로 이행함으로써, 장시간의 아이들링이 발생하여도 ΔCD=±O.2 nm 이내로 할 수 있다.
여기서, 적합한 데이터베이스의 구축방법을 설명한다. 도 7(b)는, 데이터베이스의 구축을 용이하게 하는 퍼스널컴퓨터 상의 사용자 인터페이스의 예이다. 화 면 상부에 ΔCD를 취득하는 아이들링 시간의 입력 설정 BOX(7bO1)가 있다. 원하는 아이들링 시간을 (1), (2), (3), (4) …의 항목에 순서대로 입력한다. 항목수는 경우에 따라 늘려도 된다. 제일 마지막으로 마우스로 선택된 아이들링 시간에 대해서는, 취득하는 히팅시간의 입력 설정 BOX(7b02)가 가능해진다. 이들을 설정 후, 제품 웨이퍼와 더미 웨이퍼를 처리장치에 도크하고, 데이터 취득 버튼(7b04)을 클릭함으로써, 에칭이 개시된다. 에칭 후의 제품 웨이퍼는, CD-SEM이나 OCD(0ptical Critical Dimension)로 계측되고, 계측값이 네트워크를 거쳐 에칭장치에 전송된다. 결과는, 아이들링 시간마다의 ΔCD와 히팅시간의 관계 그래프(7b05)에 나타낸다. 에칭장치와 CD 계측장치가 네트워크로 접속되어 있지 않은 경우에는, 오프라인 CD값 입력 BOX(7b03)에 값을 입력할 수 있다. 또, 취득한 데이터는 보존(7b07)하고, 판독(7b06)을 할 수 있다. 이에 의하여, 대상으로 하는 제품마다의 관리가 가능해진다.
실시예 1에서는, 아이들링 전후의 발광강도의 차(ΔSiF)가 약 O이 되는 히팅시간을 구하였으나, ΔSiF 대신, 아이들링 전후의 발광강도의 비[SiF(2)/SiF(1)]가 약 1이 되는 히팅시간을 구하여도 된다. 또한, 아이들링 전후의 발광종(發光種)으로서 SiF를 사용하였으나, 그 밖의 발광종을 사용하여도 된다. 예를 들면, 도 8은 클리닝공정의 도입가스로서 F계 가스를 도입, 해리된 불소(F)(801)와 리액터부재의 석영(SiO2)(802)과의 반응과정을 나타내는 모식도이다. 먼저, 석영(802)과 F(801)의 반응과정에서 산소(O)(803)가 생성된다. 다음에 F(801)와 석영(802)의 반응생 성물(SiF4)(804)이 재해리하여 F(805)와 SiF(806)가 생성된다. 제일 마지막으로 SiF(806)가 재해리하여 Si(807)와 F가 생성된다. 즉, 이들 발광종을 사용하여도 ΔSiF와 마찬가지로 ΔCD를 제어할 수 있다. 클리닝공정의 도입가스에 CF4, CHF3, C4F8를 함유하는 경우에는, 발광종에 C2를 사용할 수도 있다.
또한, HCl, Cl2와 같이 Cl계 가스를 클리닝에 사용하여, 마찬가지로 SiCl, O, Cl, Si, H의 발광종을 사용할 수도 있다.
이상, 실시예 1에서는, 아이들링 전후의 ΔCD를 작게 하기 위하여, 미리 α ΔSiF≒0이 되는 히팅시간의 관계를 취득하고, 데이터베이스화하여 아이들링 후의 CD의 안정화를 도모할 수 있다.
또한, 실시예 1은, 실시간으로 리액터 최표면의 정보를 모니터하여, 아이들링 후의 가공형상을 안정되게 유지할 수 있는 시료의 에칭처리방법을 제공할 수 있다.
(실시예 2)
도 9의 플로우차트를 이용하여, 본 발명의 실시예 2에 관한, 아이들링 후의 히팅공정의 종점을 데이터베이스가 없는 클리닝공정 중의 발광강도를 기초로 결정하는 방법을 설명한다. 실시예 2에서는, 실시예 1의 도 6에 나타낸 데이터베이스(S4)부가 필요없게 되고, 대신 ΔSiF=O의 판정제어부(S5)가 더해지고 있다.
아이들링(SS) 직후에 플라즈마 클리닝(S2')이 들어가는 것까지는, 실시예 1과 동일하고, 이 아이들링 후의 플라즈마 클리닝의 발광 SiF(2)를 사용하여 Δ SiF=SiF(2)-SiF(1)이 약 0에 도달할 때까지(S5) 히팅공정(S3)과 플라즈마 클리닝공정(S2')을 반복한다. 단, 히팅공정(S3)을 얻어 반복되는 플라즈마 클리닝공정은, 리액터 내 부품의 소모를 촉진하는 영향이 있기 때문에, 이것을 고려하면, 1 내지 60초와 같이 단시간이 바람직하다. 단, 실시예 1에서 설명한 바와 같이 최저한(最低限) 리액터 내의 Si 잔류물이 제거되어, SiF의 발광강도가 변화를 나타내지 않게 될 정도의 실시시간이 필요하다.
도 10의 그래프를 이용하여, 도 9의 플로우차트에 의하여 양산 운용한 경우의 아이들링이 1분 이상 발생하였을 때의 아이들링 발생회수와 그 때의 ΔCD의 관계를 설명한다. 운용조건은, 플라즈마 히팅공정(S3)의 시간을 20초, 플라즈마 히팅공정 후의 플라즈마 클리닝공정(S2') 5초이다. 이 결과, 실시예 2의 방법을 사용하면, 아이들링이 발생하여도 ΔCD를 ±O.3 nm 이내에서 운용할 수 있는 것을 알았다.
실시예 2는, 실시예 1의 결과와 비교하여 CD 제어성이 좋지 않으나, 이것은 플라즈마 히팅공정(S2')의 시간 설정에 의존하는 것이다. 플라즈마 히팅공정의 시간은, 짧을수록 CD의 제어성이 좋아지는 반면, 플라즈마 클리닝 회수가 증가함으로써 상기한 바와 같이 리액터 내 부품의 소모와 스루풋의 저하를 초래한다. 따라서, 제품에 따라 그 때마다 히팅공정의 시간을 적절하게 조정하는 것이 바람직하다. ITRS(International Technology Roadmap For Semiconductors) 2007년판에 의하면, 예를 들면 2012년의 게이트 에칭에 허용되는 CD 불균일은 3σ=0.84 nm 이다. 따라서, 본 실시예의 ΔCD=±O.3 nm이어도 허용 범위 내에서의 운용을 할 수 있다. 단, 장기적인 연속처리에 대한 CD 변동을 고려하면, 아이들링 시의 CD 변동은 더욱작은 쪽이 좋은 것임은 틀림없다.
실시예 2에서는 ΔSiF≒O에 도달한 경우에 아이들링 후의 플라즈마 히팅공정을 종료하였다. 금회 에칭한 제품에서는 ΔSiF≒O의 점에서 ΔCD가 약 O이 되었다. 그러나 플라즈마의 발광은 리액터 내에서 분포를 가지기 때문에, 리액터부재의 승온분포에도 격차가 생긴다. 따라서, 발광 채취의 관측위치에 의존하여 SiF의 발광강도도 다르기 때문에, 아이들링 전후의 ΔSiF가 O일 때에 ΔCD가 O이 되지 않는 경우가 나온다. 이와 같은 경우는, 예를 들면 αΔSiF + C[C는, 정수(constant)]와 같이, 정수를 더한 보정값을 이용하여 이 값이 O이 되는 경우에 플라즈마 히팅공정의 종료를 결정하는 것이 적절하다. 이 보정은, 실시예 1에서도 필요한 경우가 있다.
이상, 실시예 2에서는, 아이들링 후의 히팅공정의 종료를 데이터베이스가 없는 클리닝 중의 발광강도를 기초로 결정할 수 있다.
(실시예 3)
도 11의 플로우차트를 이용하여, 본 발명의 제 3 실시예에 관한 CD 제어방법을 설명한다. 실시예 3은, 실시예 2에서 나타낸 도 9의 플라즈마 클리닝공정(S2) 후에, 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(1)(S23)이 들어가, 플라즈마 히팅공정(S3)이 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(2)(S3')으로 교체된다. 아이들링(SS) 전의 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(1)(S23)은 리액터의 히팅이 목적이 아니라, 아이들링 후의 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(2)(S3') 중의 발광강도(SiF(2))와 아울러 ΔSiF를 산출하기 위하여 사용하는 발광강도(SiF(1))를 얻기 위함이다. 따라서, 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정은, 제품 에칭의 처리 예약 상황으로부터 아이들링에 들어가는 것을 안 경우에 반드시 아이들링 전에 실시할 필요가 있다. 또한, 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(1)(S23)은, 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(2)(S3')과 동일 또는 비슷한 조건으로, 또한 1 내지 60초 정도의 단시간의 방전이 바람직하다. 또, 아이들링 시간이 짧고, 도 3의 잔류 Si가 없을(302)때와 같이 시간에 대하여 발광강도가 거의 변화하지 않는 경우에는, 본 실시예의 플라즈마 클리닝공정(S2')은 필요없는 경우가 있다.
플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(1)(S23)과 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(2)(S3')에 사용하는 가스로서는, 불활성 가스인 Ar을 베이스로 하여 CF4 등의 F계 가스(SF6, NF3, CF4, CHF3, C4F6, C4F8)를 함유하는 것이 바람직하다. 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(2)(S3')에서, SiF의 발광강도(SiF(2))를 실시간으로 모니터하고, ΔSiF가 약 O이 됨과 동시에 본 공정을 종료한다.
종점판정의 방법을 나타내는 그래프인 도 12를 이용하여, 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(2)(S3')의 종점판정의 예를 설명한다. 아이들링(SS)에 들어가기 전의 플라즈마 히팅 겸 플라즈마클리닝(1)(S23)에서 취득한 발광강도[SiF(1)]가 타겟(1201)이 되고, 아이들링 후에 위치하는 플라즈마 히팅 겸 플라즈마클리닝(2)(S3') 중의 SiF(2)의 발광강도 변화(1202)가 타겟값에 일치 또는 도달한 경우에 본 공정의 종점(1203)으로 하고(S5), 이 직후에 제품 에칭(S1')을 개시한다.
또 실시예 3에서도 실시예 2와 마찬가지로, αΔSiF+C=0[C는 정수(constant)]과 같이, 정수를 더한 보정값을 이용하여 히팅공정의 종점을 판정하는 쪽이 좋은 경우가 있다. 또, 아이들링 전후의 발광강도의 비(SiF(2)/SiF(1)=1)를 사용하는 경우에는, 마찬가지로 정수를 더한 보정값(SiF(2)/SiF(1)+C=1)을 사용한 쪽이 좋은 경우가 있다.
실시예 3은, 아이들링 전후에 시료의 에칭처리 후에 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝처리에서의 리액터 최표면의 정보를 실시간으로 모니터하여, 아이들링 후의 가공형상을 안정되게 유지할 수 있는 시료의 에칭처리방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 시료의 에칭처리방법에서는, ΔCD=αΔSiF+C와 같이 선형성(線形性)이 성립하였으나, 다른 함수를 적용한 쪽이 좋은 경우도 있다. 따라서, 제품마다 실험값과 잘 맞는 함수를 골라 내는 것이 적절하다.
또한, 본 발명의 실시예 1 내지 3에서는, 아이들링(SS) 전후의 클리닝공정(S2, S2') 또는 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(S23, S3')에서 처리실 내로 도입하는 가스로서, 적어도 CF4, SiF4, SF6, C4F8, CHF3 가스를 함유하는 가스, 또는 적어도 HCl, Cl2, CH2Cl2, SiCl4, BCl3 가스를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 또한, 클리닝(S2, S2') 또는 플라즈마 히팅 겸 플라즈마 클리닝공정(S23, S3')에서 모니터하는 발광강도의 발광종으로서, SiF, SiCl, Si, O, F, C2, SiCl, Cl, Cl2, H 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명이 적용되는 에칭장치의 예로서, 도 13에 나타내는 에칭장치를 사용 할 수 있다. 에칭장치는, 처리용기 내에 웨이퍼(1310)를 탑재하는 전극과, 가스공급구와, 샤워 플레이트(1340)와, 솔레노이드(1341)와, 고주파 전원(1350)과, RF 바이어스 전원(1361)과 정합기(1362)와, 서큘레이터(1370)와, 발광분광기(1380)와, 발광분광기(1380)로부터 얻어지는 발광 스펙트럼이나 데이터를 축적하는 장치(예를 들면, PC)(1381)를 가지고 있다. 처리 웨이퍼(1310) 밑에 내전극(1321)과 외전극(1322)을 장비한다. 가스공급구는 안쪽 가스 공급구(1332)와 바깥쪽 가스 공급구(1331)로 이루어진다. 웨이퍼를 배치하는 웨이퍼 스테이지의 온도 및 온도분포를 제어하기 위해서는 복수 냉매의 사용, 이면 He 압력의 제어, 히터의 이용 등이 있다. 예를 들면 도 13에 나타내는 에칭장치는, 웨이퍼(1310)의 밑에 내전극(1321)과 외전극(1322)을 장비한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한, 아이들링 전후의 클리닝 중의 발광강도를 기초로, 아이들링 후의 히팅공정의 시간을 결정하기 위한 전단계가 되는 처리를 설명하는 플로우차트,
도 2는 도 1에서의 ΔCD=(제품 에칭 S1'시의 CD) - (제품 에칭 S1시의 CD)에 대한 아이들링 시간 의존성을 설명하는 그래프,
도 3(a)는 어느 제품 웨이퍼를 에칭한 직후의 클리닝공정 중의 SiF 발광강도의 시간변화를 설명하는 그래프,
도 3(b)는 C계의 잔류 퇴적물이 남기 쉬운 제품 웨이퍼를 에칭한 직후의 클리닝공정 중의 SiF와 C2의 발광강도의 시간변화를 설명하는 그래프,
도 4는 ΔCD와 히팅시간의 관계를 구하기 위한 처리를 설명하는 플로우차트,
도 5는 도 3의 플로우차트를 이용하여 히팅공정의 조건을 Ar 유량 100 cc, 압력 0.5 Pa, 마이크로파 파워 1000 W, 웨이퍼 바이어스 O W로 하고, 조금전에 구한 α를 이용하여 αΔSiF의 히팅시간 의존성을 취득한 실험결과를 설명하는 그래프,
도 6은 양산 운용시의 본 발명의 실시예 1의 처리를 설명하는 플로우차트,
도 7(a)는 도 6의 플로우차트를 이용하여 양산 운용한 경우의 아이들링이 1분 이상 발생하고, 최장으로서는 장치 고장에 의해 아이들링이 3일간 발생한 경우를 포함하는 아이들링 발생회수와 그 때의 ΔCD의 관계를 나타내는 그래프,
도 7(b)는 데이터베이스의 구축을 용이하게 하는 퍼스널컴퓨터 상의 사용자 인터페이스를 설명하는 도,
도 8은 클리닝 가스로서 F계 가스를 도입하고, 해리된 F(801)와 석영(SiO2) (802)의 반응과정을 설명하는 모식도,
도 9는 본 발명의 실시예 2에 관한, 아이들링 후의 히팅공정의 종점을 데이터베이스가 없는 클리닝 중의 발광강도를 기초로 결정하는 처리를 설명하는 플로우차트,
도 10은 도 8의 플로우차트를 이용하여 양산 운용한 경우의 아이들링이 1분 이상 발생하였을 때의 아이들링 발생회수와 그 때의 ΔCD의 관계를 나타내는 그래프,
도 11은 본 발명의 실시예 3에 관한 처리를 설명하는 플로우차트,
도 12는 도 11에서의 플라즈마 히팅공정 겸 플라즈마 클리닝공정(2)의 종점판정의 방법을 설명하는 그래프,
도 13은 본 발명이 적용되는 에칭장치의 구성을 설명하는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
301 : Si가 잔류하는 경우의 클리닝 파형
302 : Si가 잔류하지 않는 경우의 클리닝 파형
3O3 : SiF의 발광강도가 시간변화를 나타내지 않는 7초 내지 30초 사이
304 : 7초의 점 305 : C2의 파형
306 : 15초의 점
7b01 : 아이들링 시간의 입력 설정 BOX
7b02 : 히팅시간의 입력 설정 BOX
7b03 : 오프라인 CD값 입력 BOX
7b04 : 데이터 취득 버튼
7b05 : 아이들링 시간마다의 ΔCD와 히팅시간의 관계 그래프
7b06 : 판독 7b07 : 보존
801 : F 802 : 석영
803 : O 804 : SiF4
805 : 반응생성물 SiF(4704)가 재해리한 F
8O6 : SiF 807 : SiF(706)가 재해리한 Si
1201 : 타겟
1202 : 히팅 중의 SiF(2)의 발광강도 변화
1203 : 본 공정의 종점 1321 : 내전극
1322 : 외전극 1310 : 웨이퍼
1331 : 바깥쪽 가스 공급구 1332 : 안쪽 가스 공급구
1340 : 샤워 플레이트 1341 : 전자석
1350 : 플라즈마 소스 파워 1361 : RF 바이어스 전원
1362 : RF 정합기 1370 : 서큘레이터
1380 : 발광분광기
1381 : 발광 스펙트럼이나 데이터를 축적하는 장치

Claims (8)

  1. 진공처리실을 형성하는 진공처리용기와, 상기 진공처리용기 내에 처리가스를 공급하는 가스공급장치와, 상기 가스공급장치로 공급한 처리가스를 해리하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성수단과, 상기 플라즈마생성수단으로 생성한 플라즈마의 발광을 모니터하는 발광분광기와, 그 발광 스펙트럼을 축적하는 수단을 구비한 에칭장치를 사용하여, 상기 진공처리용기 내로 반입한 시료에 에칭공정과 클리닝공정을 반복하여 에칭처리를 행하는 시료의 에칭처리방법에 있어서,
    시료의 양산처리 시에,
    상기 클리닝공정 시에서의 발광강도(1)를 취득하는 공정과,
    상기 양산처리 시 아이들링이 발생한 경우, 상기 아이들링 후의 클리닝공정 시에서의 발광강도(2)를 취득하는 공정과,
    상기 취득한 발광강도(1)와 발광강도(2)와의 차 또는 그 비를 산출하는 공정과,
    해당 산출한 결과와 사전에 취득한 데이터베이스를 기초로 산출한 가열시간으로 진공처리실을 플라즈마 가열하는 가열공정을 구비하고,
    상기 플라즈마 가열 후에 다음 시료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  2. 진공처리실을 형성하는 진공처리용기와, 상기 진공처리용기 내에 처리가스를 공급하는 가스공급장치와, 상기 가스공급장치로 공급한 처리가스를 해리하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성수단과, 상기 플라즈마생성수단으로 생성한 플라즈마의 발광을 모니터하는 발광분광기와, 그 발광 스펙트럼을 축적하는 수단을 구비한 에칭장치를 사용하여, 상기 진공처리용기 내로 반입한 시료에 에칭공정과 클리닝공정을 반복하여 에칭처리를 행하는 시료의 에칭처리방법에 있어서,
    시료의 양산처리 시에,
    상기 클리닝공정 시에서의 발광강도(1)를 취득하는 공정과,
    상기 양산처리시 아이들링이 발생한 경우, 상기 아이들링 후의 클리닝공정 시에서의 발광강도(2)를 취득하는 공정과,
    상기 취득한 발광강도(1)와 발광강도(2)와의 차이가 0, 또는 비가 1인지의 여부를 판단하는 공정과,
    상기 판단하는 공정에서 그 차가 O, 또는 비가 1에 도달하지 않은 경우, 사전에 설정한 가열시간으로 진공처리실을 플라즈마 가열하는 가열공정을 구비하고,
    상기 판단하는 공정에서 그 차가 O, 또는 비가 1에 도달할 때까지, 상기 가열공정과 아이들링 후의 클리닝공정을 반복하여, 그 차가 0, 또는 비가 1이 된 경우에, 다음 시료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  3. 진공처리실을 형성하는 진공처리용기와, 상기 진공처리용기 내에 처리가스를 공급하는 가스공급장치와, 상기 가스공급장치로 공급한 처리가스를 해리하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성수단과, 상기 플라즈마생성수단으로 생성한 플라즈마 의 발광을 모니터하는 발광분광기와, 그 발광 스펙트럼을 축적하는 수단을 구비한 에칭장치를 사용하여, 상기 진공처리용기 내로 반입한 시료에 에칭공정과 클리닝공정을 반복하여 에칭처리를 행하는 시료의 에칭처리방법에 있어서,
    시료의 양산처리 시, 아이들링의 발생이 예상되는 경우,
    상기 클리닝공정 후에 가열 겸 클리닝(1)을 행하여 발광강도(1)를 취득하는 공정과,
    상기 아이들링이 발생한 경우, 상기 아이들링 후에 가열 겸 클리닝(2)을 행하여 발광강도(2)를 취득하는 공정과,
    상기 취득한 발광강도(1)와 발광강도(2)의 차가 0, 또는 비가 1인지의 여부를 판단하는 공정과,
    상기 판단하는 공정에서 그 차가 0, 또는 비가 1에 도달하지 않은 경우, 상기 가열 겸 클리닝(2)을 행하여, 다시 발광강도(2)를 취득하고,
    상기 판단하는 공정에서 그 차가 0, 또는 비가 1에 도달할 때까지, 상기 가열 겸 클리닝(2)을 반복하여, 그 차가 0, 또는 비가 1에 도달한 경우에, 다음 시료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아이들링 전후의 상기 클리닝공정 또는 상기 히팅 겸 클리닝공정의 도입가스에, 적어도 CF4, SiF4, SF6, C4F8, CHF3 가스를 함유하는, 또는 적어도 HCl, Cl2, CH2Cl2, SiCl4, BCl3 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    모니터하는 상기 발광강도의 발광종으로서 SiF, SiCl, Si, O, F, C2, SiCl, Cl, Cl2, H 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광강도의 차에 계수(α)를 곱하여 정수(C)(Constant)를 더한 값이 O이 되도록, 또는 발광강도의 비에 계수(α)를 곱하여 정수(C)를 더한 값이 1이 되도록, 상기 히팅공정의 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 발광강도의 차에 계수(α)를 곱하여 정수(C)(Constant)를 더한 값이 O 에 도달하는 경우, 또는 발광강도의 비에 계수(α)를 곱하여 정수(C)를 더한 값이 1에 도달하는 경우에, 양산 재착공 전의 상기 히팅공정과 클리닝공정을 반복하는 것을 중지하는, 또는 상기 히팅 겸 클리닝공정의 종료를 결정하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
  8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 강도차 또는 발광 강도비로서 사용하는 산출원의 발광강도(1) 및 발광강도(2)는, 상기 클리닝공정 중 또는 가열 겸 클리닝공정 중의 발광강도가 시간변화를 나타내지 않게 되는 점과 동일하거나, 이 점보다 시간적으로 나중의 발광강도로 하는 것을 특징으로 하는 시료의 에칭처리방법.
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