KR20120024420A - 에칭 가스의 공급 방법 및 에칭 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 간이한 방법을 이용하여, 가스의 전환시에 발생하는 가스 유량의 헌팅(hunting)을 억제해, 가스 유량의 안정된 제어를 행한다.
(해결 수단) 에칭 가스의 공급 방법은, 에칭 프로세스에 사용되는 제1 에칭 가스를 처리 용기 내에 공급하는 스텝과, 상기 에칭 프로세스에 사용되는 제2 에칭 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 스텝을 포함하고, 상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하며 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 가스를 미소량만 계속 공급한다.

Description

에칭 가스의 공급 방법 및 에칭 장치{METHOD OF SUPPLYING ETCHING GAS AND ETCHING APPARATUS}
본 발명은 에칭 가스의 공급 방법 및 에칭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 장치에 있어서의 가스의 공급 계통에서는, 장치 밖에 설치된 가스 박스로부터 복수의 가스가 출력되고, 복수의 개별 가스 공급 라인을 통하여 1개의 공통 배관(매니폴드; manifold)에서 합류하여, 반도체 제조 장치의 처리 용기 내로 유도되게 되어 있다.
동일 장치 내에서 가스종(gas species)을 전환할 때, 전환 전후의 프로세스에 악영향을 미치지 않기 위한 시도가 이루어지고 있다. 그 일 예로서는, 전환 후의 프로세스를 실행하기 전에 5초 정도의 안정 스텝을 실행하는 것이 제안되고 있다. 이에 따라, 전환 후의 프로세스의 안정성(stability)을 확보할 수 있다. 또한, 이에 따라, 매스 플로우 컨트롤러(MFC：Mass Flow Controller)의 밸브가 닫힘으로부터 열림으로 제어되었을 때의 초기에 발생하는 가스 유량의 헌팅(hunting; 오버슈트(overshoot))이 안정 스텝에서 흡수되기 때문에, 상기 헌팅이 전환 후의 프로세스에 악영향을 미치는 것을 회피할 수 있다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, 에칭 공정과 성막 공정의 전환 공정에 있어서 가스를 제어하는 기술이 개시되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 에칭 가스와 데포지션(deposition) 가스와의 전환 동안에, 에칭 가스와 데포지션 가스와의 양쪽을 포함하는 천이(transition) 공정을 형성하고, 이에 따라, 전환시의 가스종의 불연속성을 완화하는 것이 제안되고 있다. 특허문헌 2에서는, 에칭 가스와 데포지션 가스와의 전환시, 각 가스 공급 라인에 부착된 매스 플로우 컨트롤러로 각 가스의 유량을 각각 제어하고, 추가로 공통 배관에 부착된 매스 플로우 컨트롤러로 혼합 후의 가스의 총합 유량을 제어한 후, 당해 가스를 처리 용기 내에 공급하는 것이 제안되고 있다.
일본공개특허공보 평11-195641호 일본공개특허공보 2000-306887호
그러나, 특허문헌 1, 2에는, 가스의 전환시에 발생하는 가스 유량의 헌팅을 억제하여, 가스 유량의 안정된 제어를 행하는 가스의 공급 방법에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
상기 과제에 대하여, 본 발명이 목적으로 하는 점은, 간이한 방법을 이용하여, 가스의 전환시에 발생하는 가스 유량의 헌팅을 억제해, 가스 유량의 안정된 제어를 행하는 것이 가능한, 에칭 가스의 공급 방법 및 에칭 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어느 관점에 의하면, 에칭 프로세스에 사용되는 제1 에칭 가스를 처리 용기 내에 공급하는 스텝과, 상기 에칭 프로세스에 사용되는 제2 에칭 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 스텝을 포함하고, 상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하며 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 가스를 미소량만 상기 처리 용기 내에 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법이 제공된다.
이러한 구성에 의하면, 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하지만, 전환 후의 에칭 가스로서는 필요하지 않은 가스를, 전환 후에 있어서도 미소량만 계속 공급한다. 이에 따라, 매스 플로우 컨트롤러의 밸브가 닫힘으로부터 열림으로 전환되었을 때에 발생하는 가스 유량의 헌팅 현상을 없앨 수 있어, 전환 후의 에칭으로의 상기 현상에 의한 영향을 회피할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 전환용의 밸브나 전환용의 배관이 불필요하여, 기존의 장치를 그대로 이용한 간이한 방법으로, 가스 유량의 안정된 제어를 행할 수 있다.
상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 유량은, 가스 유량 제어 기기에 의해 제어되고, 상기 미소량을 상기 가스 유량 제어 기기가 제어 가능한 최대 유량의 1?3％로 제어해도 좋다.
상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 유량은, 가스 유량 제어 기기에 의해 제어되고, 상기 미소량을 상기 가스 유량 제어 기기가 제어 가능한 최소(最少) 유량 이상의 미소량으로 제어해도 좋다.
상기 전환 전의 에칭 가스에 포함되며, 전환 후의 에칭 가스에 포함되지 않는 가스가 복수 존재하는 경우, 당해 복수의 가스의 각각을 미소량씩 계속 공급해도 좋다.
상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스는, 가스종마다 설치된 복수의 개별 가스 공급 라인을 흘러, 당해 복수의 개별 가스 공급 라인에 접속된 공통 배관에서 합류하여, 상기 처리 용기 내에 공급되어도 좋다.
상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 전환은, 교대로 반복하여 실행되고, 상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때마다, 전환 전의 프로세스에 필요하며 전환 후의 프로세스에 필요가 없는 에칭 가스를 미소량 공급해도 좋다.
상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽은 다른 한쪽보다 퇴적성이 강한 가스라도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피(被)처리체를 올려놓는 서셉터(susceptor)와, 가스를 공급하는 가스 공급원과, 가스의 유량을 제어하는 가스 유량 제어 기기를 구비하고, 상기 처리 용기 내에서 가스를 여기(excitation)시켜 상기 피처리체를 플라즈마 에칭하는 에칭 장치로서, 상기 가스 공급원은, 에칭 프로세스에 사용되는 제1 에칭 가스와 제2 에칭 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고, 상기 가스 유량 제어 기기는, 상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하며 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 가스를 미소량만 상기 처리 용기 내에 계속 공급하도록 가스 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치가 제공된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 간이한 방법을 이용하여, 가스의 전환시에 발생하는 가스 유량의 헌팅을 억제해, 가스 유량의 안정된 제어를 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에칭 장치를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 2는 C4F6 가스로부터 C4F8 가스로의 전환시에 발생하는 C4F8 가스 유량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 C4F8 가스로부터 C4F6 가스로의 전환시에 발생하는 C4F6 가스 유량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 C4F6 가스를 미소량 계속 공급한 경우의 C4F6 가스로부터 C4F8 가스로의 전환시에 발생하는 C4F8 가스 유량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 C4F8 가스를 미소량 계속 공급한 경우의 C4F8 가스로부터 C4F6 가스로의 전환시에 발생하는 C4F6 가스 유량을 나타낸 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
(에칭 장치 및 가스 공급 계통)
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 에칭 장치의 개략 구성을 나타낸 종단면도이다.
에칭 장치(10)는, 내부에서 웨이퍼(W)를 에칭 처리하는 처리 용기(100)를 갖는다. 처리 용기(100)의 외부에는, 가스 공급 계통(20)이 설치되어 있다. 가스 공급 계통(20)은, 가스 박스(200)와, 복수의 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)과, 공통 배관(매니폴드)과, 혼합 가스 공급 라인(230)을 갖고 있다. 가스 박스(200)에는, 가스 공급원으로서, O2 가스 공급원(202), Ar 가스 공급원(204), C4F8 가스 공급원(206), C4F6 가스 공급원(208)이 설치되어 있고, 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)의 상류측에서 각 개별 가스 공급 라인과 일대일로 접속되어 있다. 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)의 하류측은, 한 개의 공통 배관(220)에 연결되어 있다. 이러한 구성에 의해, 각 가스 공급원으로부터 출력된 O2 가스, Ar 가스, C4F8 가스, C4F6 가스는, 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)을 각각 흘러, 공통 배관(220)에서 합류한다.
개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)에는, 가스의 유량을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러(240, 242, 244, 246), 각 개별 가스 공급 라인의 개폐를 행하기 위해 매스 플로우 컨트롤러(MFC)의 전후에 설치된 밸브(V1?V4) 및 밸브(V5?V8)가 설치되어 있다.
공통 배관(220)의 하류측은, 혼합 가스 공급 라인(230)에 접속되어 있다. 혼합 가스 공급 라인(230)은, 에칭 처리가 행해지는 처리 용기(100)에 접속되어 있다. 혼합 가스 공급 라인(230)에는, 혼합 가스 중의 파티클을 제거하기 위해 필터(250) 및 밸브(V9)가 설치되어 있다.
처리 용기(100)는, 예를 들면 표면이 양극(陽極) 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통 형상의 챔버이다. 처리 용기(100)는 접지되어 있다. 처리 용기(100)의 저부(底部)에는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(105)가 설치되어 있다. 서셉터(105)는 하부 전극을 구성하고, 그 위에 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)가 올려놓여진다. 에칭 장치(10)는, 서셉터(105)와 상부 전극(115)이 대향 배치된 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치이다. 에칭 장치(10)의 외부에는 고주파 전원(110)이 설치되어, 고주파 전원(110)으로부터 서셉터(105)에 플라즈마 생성용의 27㎒ 이상의 주파수, 예를 들면 40㎒의 고주파(RF) 전력이 인가되게 되어 있다.
상부 전극(115)은, 절연성 차폐(遮蔽) 부재(120)를 개재하여 처리 용기(100)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(115)은 다수의 토출공(h)을 갖고 있다. 상부 전극(115)의 내부에는, 가스 확산실(125)이 설치되고, 이 가스 확산실(125)로부터 하부를 향하여 가스 토출공(h)으로 연통하는 다수의 가스 통류공(130)이 연장되어 있다. 이러한 구성에 의해, 상부 전극(115)은 소망하는 가스를 공급하기 위한 가스 샤워 헤드로서 기능하고, 혼합 가스 공급 라인(230)을 흐른 혼합 가스는, 상부 전극(115) 내에 형성된 가스 샤워 헤드를 통하여 처리 용기 내부로 도입된다.
처리 용기(100)의 저부에는 배기구(135)가 설치되고, 이 배기구(135)에 배기관을 통하여 배기 장치(140)가 접속되어 있다. 배기 장치(140)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있어, 처리 용기(100) 내를 소망하는 진공도까지 감압 가능하게 되어 있다.
제어 장치(300)는, 에칭의 처리 순서가 나타난 레시피에 따라서, 가스나 고주파 전력의 공급을 제어하고, 이에 따라, 에칭 장치(10)의 처리 용기 내에서 플라즈마 에칭을 실행시킨다. 레시피는, 도시하지 않은 하드디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋고, CD ROM, DVD 등의 판독 가능한 기억 매체에 수용되어 있어도 좋다.
이러한 구성의 에칭 장치(10)에 있어서, 본 실시 형태에서는, 플라즈마 에칭 중에 상이한 가스를 짧은 시간에 교대로 전환하여 에칭 처리를 행한다. 그 일 예로서, 본 실시 형태에서는, 제1 프로세스 조건에서는 퇴적성이 강한 에칭 가스 C4F6를 이용하여 에칭을 행하고, 제2 프로세스 조건에서는 제1 프로세스 조건에서 이용한 가스보다 퇴적성이 약한 에칭 가스 C4F8를 이용하여 에칭을 행한다. 이 에칭 프로세스는, 제1 및 제2 프로세스 조건의 에칭을 교대로 연속하여 반복 실행함으로써, 애스펙트비(aspect ratio)가 높은 깊은 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 퇴적성 가스와 비퇴적성 가스를 교대로 전환하면서 연속적으로 에칭 처리하기 때문에, 처리 중에 고주파 전력을 연속 인가할 수 있어, 생산성을 높일 수 있다.
제어 장치(300)는, 이 경우의 퇴적성의 에칭 가스 C4F6와 비퇴적성의 에칭 가스 C4F8의 유량을 제어한다. 즉, 제어 장치(300)는, 프로세스 조건의 전환의 타이밍에, 매스 플로우 컨트롤러(240, 242, 244, 246)에 유량 제어 신호를 출력한다. 매스 플로우 컨트롤러(240, 242, 244, 246)는 유량 제어 신호에 기초하여 매스 플로우 컨트롤러(240, 242, 244, 246)의 밸브체의 개도(opening degree)를 제어함으로써, 각 가스의 유량을 소망하는 값으로 제어한다. 이하, 각 가스를 유량 제어하는, 에칭 가스의 공급 방법에 대해서 상술한다.
(에칭 가스의 공급 방법)
이하에서는, 도 2?5를 참조하면서, 종래의 에칭 가스의 공급 방법과 비교한, 본 실시 형태에 따른 에칭 가스의 공급 방법에 대해서 설명한다.
(종래의 에칭 가스의 공급 방법)
전술한 바와 같이, 일반적으로, 에칭 장치(10)에 있어서의 가스의 공급 계통(20)에서는, 각 가스 공급원(202, 204, 206, 208)이, 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)과 일대일로 접속되고, 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)이 다시금 1개의 공통 배관(220)에 접속된 구성을 갖는다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 종류의 가스는, 각 개별 가스 공급 라인(210, 212, 214, 216)을 흘러, 공통 배관(220)에서 합류하여, 혼합 가스 공급 라인(230)을 통하여 에칭 장치(10)의 처리 용기 내로 유도된다.
종래, 동일 장치 내에서 가스종을 전환할 때, 전환되는 가스의 유량을 제어하는 매스 플로우 컨트롤러의 밸브를 닫힘으로부터 열림으로 제어하고 있었다. 이때, 가스 배관 안에 모인 가스가, 밸브를 열 때에 단숨에 흐르고 나서, 유량 제어가 개시된다. 이 때문에, 매스 플로우 컨트롤러의 밸브가 닫힘으부터 열림으로 제어되었을 때의 초기에는, 가스 유량의 헌팅(오버슈트)이 발생한다. 예를 들면, 도 2의 A 및 도 3의 B는, 제1 및 제2 프로세스의 전환시의 초기에 발생하는 가스 유량의 헌팅을 나타내고 있다.
도 2 및 도 3의 결과를 도출하기 위한 프로세스 조건은 이하와 같다.
?제1 프로세스 조건
압력 40mTorr
가스종 및 유량 C4F8/C4F6/Ar/O2＝0/57/500/20sccm
에칭 시간 10초
?제2 프로세스 조건
압력 40mTorr
가스종 및 유량 C4F8/C4F6/Ar/O2＝57/0/500/40sccm
에칭 시간 10초
플라즈마 에칭 중, 상기 제1 및 제2 프로세스 조건으로 가스를 전환했다. 도 2는, C4F6 가스로부터 C4F8 가스로의 전환시에 발생하는 C4F8 가스 유량을 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프로부터, C4F8/C4F6＝0/57(sccm)을 공급하는 제1 프로세스 조건으로부터, C4F8/C4F6＝57/0(sccm)을 공급하는 제2 프로세스 조건의 전환의 초기에 가스 유량의 헌팅(A)이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 3은, C4F8 가스로부터 C4F6 가스로의 전환시에 발생하는 C4F6 가스 유량을 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프로부터, C4F8/C4F6＝57/0(sccm)을 공급하는 제2 프로세스 조건으로부터, C4F8/C4F6＝0/57(sccm)을 공급하는 제1 프로세스 조건의 전환의 초기에 가스 유량의 헌팅(B)이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3은, 웨이퍼 11매(웨이퍼(s1?s11))의 각각에 대해서 가스의 전환시에 발생하는 가스 유량의 변화를 조사했다. 이 결과, 모든 웨이퍼에 대해서 가스의 전환의 초기에, 거의 불균일 없이, 가스 유량의 헌팅(A, B)이 발생하고 있는 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터, 제1 및 제2 프로세스 조건을 교대로 전환하여 에칭 처리를 실행하는 경우, 가스 전환의 초기에 가스 유량의 오버슈트의 2단 파형이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
(본 실시 형태에 따른 에칭 가스의 공급 방법)
다음으로, 본 실시 형태에 따른 에칭 가스의 공급 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 간이한 방법을 이용하여, 가스의 전환시에 발생하는 가스 유량의 헌팅을 억제해, 가스 유량의 안정된 제어를 행하는 것이 가능한, 에칭 가스의 공급 방법을 제안한다.
본 실시 형태에 따른 에칭 가스의 공급 방법에서는, 상기 제1 및 제2 프로세스 조건에 있어서, C4F6 가스 및 C4F8 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하지만, 전환 후의 에칭 가스로서 본래적으로는 필요하지 않은 가스를 미소량만 계속 공급한다.
즉, 본 실시 형태에서는, 제1 프로세스 조건에서의 가스 유량은 C4F8/C4F6/Ar/O2＝3/57/500/20sccm이 되고, 제2 프로세스 조건에서의 가스 유량은 C4F8/C4F6/Ar/O2＝57/3/500/40sccm이 된다. 여기에서는, 제1 프로세스 조건으로부터 제2 프로세스 조건으로 가스를 전환할 때, 전환 후의 에칭 가스로서 본래적으로는 필요하지 않은 에칭 가스 C4F6를 전환 후에 3sccm만 계속 공급한다. 반대로, 제2 프로세스 조건으로부터 제1 프로세스 조건으로 가스를 전환할 때, 전환 후의 에칭 가스로서 본래적으로는 필요하지 않은 에칭 가스 C4F8를 전환 후에 3sccm만 계속 공급한다.
이 경우, 제어 장치(300)는, 매스 플로우 컨트롤러(244) 또는 매스 플로우 컨트롤러(246)의 밸브를 전부 닫지 않고, 1?3％ 정도의 미소량의 가스를 계속 공급하도록 매스 플로우 컨트롤러(244) 또는 매스 플로우 컨트롤러(246)를 향하여 유량 제어 신호를 출력한다. 예를 들면, 매스 플로우 컨트롤러의 최대 출력량이 100sccm의 경우, 제어 장치(300)는, 그 1?3％(1?3sccm)의 가스를 공급시키도록 유량 제어 신호를 출력하여, 매스 플로우 컨트롤러에 지시한다.
그 결과를 도 4 및 도 5에 나타낸다. 도 4의 그래프 R1은, C4F6 가스로부터 C4F8 가스로의 전환시에, 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 C4F6 가스를 3sccm만 계속 공급한 경우의 C4F8 가스 유량의 천이를 나타낸다. 즉, 도 4의 R1은, C4F6＝57(sccm)을 공급하는 제1 프로세스로부터, C4F6＝3(sccm), C4F8＝57(sccm)을 공급하는 제2 프로세스로 전환했을 때의 C4F8 가스 유량의 천이를 나타낸다. 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 C4F6 가스를 공급하지 않았던 경우를 나타낸 도 4의 그래프 P1과 비교하여, 헌팅이 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 이 실험으로부터, 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 C4F6 가스를 미소량만 계속 공급함으로써, 가스 전환 후의 초기에 발생하고 있었던 헌팅의 현상을 없앨 수 있다는 것을 알 수 있었다.
도 5의 그래프 R2는, C4F8 가스로부터 C4F6 가스로의 전환시에, 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 C4F8 가스를 3sccm만 계속 공급한 경우의 가스 유량을 나타낸 경우의 가스 유량의 천이를 나타낸다. 즉, 도 5의 R2는, C4F8＝57(sccm)을 공급하는 제2 프로세스로부터, C4F6＝57(sccm), C4F8＝3(sccm)을 공급하는 제1 프로세스로 전환했을 때의 C4F6 가스 유량의 천이를 나타낸다. 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 C4F8 가스를 공급하지 않았던 경우를 나타낸 도 5의 그래프 P2와 비교하여, 헌팅이 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 이 실험으로부터, 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 C4F8 가스를 미소량만 계속 공급함으로써, 가스 전환 후의 초기에 발생하고 있었던 헌팅의 현상을 없앨 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 4에 나타낸 P1, R1 및 도 5에 나타낸 P2, R2는, 가스로의 전환시에 발생하는 가스 유량의 천이에 대한 5매의 웨이퍼의 평균값이고, 또한, 5매 모두 동일한 거동을 나타내고 있다. 이 결과로부터, 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하지만, 전환 후의 에칭 가스로서 본래적으로 필요하지 않은 가스를 미소량만 계속 공급함으로써, 가스 전환의 초기에 발생하는 가스 유량의 헌팅 현상을 없앨 수 있었다. 이는, 매스 플로우 컨트롤러의 밸브체를 완전하게 닫지 않고, 근소하게 엶으로써, 가스 배관 안에 모인 가스가, 밸브를 열 때에 단숨에 흐르는 것을 회피할 수 있었기 때문이라고 고찰된다. 이 결과, 헌팅이 전환 후의 프로세스에 악영향을 미치는 것을 회피할 수 있어, 애스펙트비가 높은 깊은 구멍을 형성할 수 있다.
가스 전환시에 발생하는 헌팅의 피크는, 가스 박스(200)에서 처리 용기(100)까지의 가스의 배관 길이나, 배관 내에 모여 있는 가스의 압력이나 온도의 차이 등의 영향을 받는 가스의 양에 따라 차이가 난다. 이 때문에, 피크의 차이에 따라 헌팅이 전환 후의 프로세스에 미치는 영향도 상기 가스의 배관 길이나 배관 내에 모여 있는 가스의 양에 따라 상이하여, 획일적으로 오프셋(보정)하는 것은 어렵다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 에칭 가스의 공급 방법에 의하면, 전환시에 발생하는 가스의 헌팅을 없앨 수 있기 때문에, 결과적으로, 상기 가스의 배관 길이나 배관 안에 모여 있는 가스의 양에 따른 헌팅의 차이의 영향도 오프셋(보정)할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 에칭 가스의 공급 방법에 의하면, 가스 공급 계통(20)에, 새로운 전환용의 밸브나 전환용의 배관을 설치할 필요가 없어, 기존의 장치를 그대로 이용한 간이한 방법으로, 가스 유량의 안정된 제어를 행할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 프로세스를 교대로 연속하여 반복 실행하기 때문에, 제1 및 제2 프로세스로 이루어지는 에칭 처리 중에 고주파 전력을 정지할 필요가 없다. 또한, 가스의 전환시에 안정 스텝을 형성할 필요가 없다. 또한, 안정 스텝 중, 실제의 프로세스를 일시 정지할 필요도 없다. 이 결과, 안정 스텝에 공급되고 있었던 가스를 쓸데없이 배기하지 않고, F계 가스의 배기를 최소한으로 억제하기 때문에 환경에 좋으며, 그리고 자원의 유효 이용을 도모할 수 있다. 또한, 안정 스텝이 없는 만큼 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있어, 생산성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기 미소량은, 매스 플로우 컨트롤러가 제어 가능한 최대 유량의 1?3％로 제어되었지만, 미소량은 매스 플로우 컨트롤러가 제어 가능한 최소값 이상이며 미소량이라면 좋다. 예를 들면, 매스 플로우 컨트롤러가 확실히 제어 가능한 최소값이, 매스 플로우 컨트롤러가 제어 가능한 최대 유량의 2?3％라면, 미소량은, 매스 플로우 컨트롤러가 제어 가능한 최대 유량의 2?3％로 제어되면 좋다.
또한, 전환 후의 에칭 프로세스에 있어서, 필요가 없는 에칭 가스를 미소량 계속 흘리는 것에 대한 프로세스로의 영향은, 필요가 없는 에칭 가스를 흘리지 않는 경우에 얻어지는 에칭과 동등한 결과가 되도록 전환 후의 프로세스 조건을 튜닝함으로써 해소할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 사람이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것은 분명하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 매스 플로우 컨트롤러를 이용하여 가스 유량을 제어했지만, 본 발명에 따른 가스 유량 제어 기기는, 이로 한정되지 않고, FCS(Flow Control System(등록상표))를 이용해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 에칭 프로세스에 사용되는 퇴적계의 제1 에칭 가스(C4F6 가스)를 처리 용기 내에 공급하는 스텝과, 상기 에칭 프로세스에 사용되는 비퇴적계의 제2 에칭 가스(C4F8 가스)를 처리 용기 내에 공급하는 스텝을 포함한 에칭 처리에 있어서, 전환 전의 에칭 가스에 포함되고, 전환 후의 에칭 가스에 포함되지 않는 가스(즉, 제1 에칭 가스로부터 제2 에칭 가스로 전환하는 경우는 C4F6 가스, 제2 에칭 가스로부터 제1 에칭 가스로 전환하는 경우는 C4F8 가스)가 한 개씩 존재하는 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명에 따른 에칭 가스의 공급 방법은 이에 한하지 않고, 전환 전의 에칭 가스에 포함되고, 전환 후의 에칭 가스에 포함되지 않는 가스가 복수 존재하는 경우에도, 당해 복수의 가스의 각각을 미소량씩 계속 공급함으로써, 본 공급 방법을 적용 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 상기 제1 에칭 가스를 공급하는 스텝과 상기 제2 에칭 가스를 전환하여 공급하는 2개의 프로세스 조건에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명에 따른 에칭 가스의 공급 방법은 이에 한하지 않고, 3개 이상의 프로세스 조건의 전환시에도 동일하게, 전환 전에 필요하며 전환 후에 불필요한 에칭 가스를 미소량씩 계속 공급함으로써, 본 공급 방법을 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 에칭 가스의 공급 방법에서는, 전환으로부터 소정 시간 경과 후의 전환이 완료된 타이밍에 있어서도 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 가스를 미소량만 계속 흘리는 편이 좋고, 다음의 전환의 타이밍까지 상기 가스를 계속 흘리면 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 에칭 처리 장치는, 플라즈마 처리 장치라면 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치로 한정되지 않고, ICP(Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 처리 장치 등의 플라즈마 처리 장치라도 좋다.
10 : 에칭 장치
20 : 가스 공급 계통
100 : 처리 용기
105 : 서셉터
110 : 고주파 전원
115 : 상부 전극
200 : 가스 박스
202 : O2 가스 공급원
204 : Ar 가스 공급원
206 : C4F8 가스 공급원
208 : C4F6 가스 공급원
210, 212, 214, 216 : 개별 가스 공급 라인
220 : 공통 배관
240, 242, 244, 246 : 매스 플로우 컨트롤러
250 : 필터
300 : 제어 장치
V1?V9 : 밸브

Claims (8)

  1. 에칭 프로세스에 사용되는 제1 에칭 가스를 처리 용기 내에 공급하는 스텝과,
    상기 에칭 프로세스에 사용되는 제2 에칭 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하는 스텝
    을 포함하고,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하며 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 가스를 소정량만 상기 처리 용기 내에 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 유량은, 가스 유량 제어 기기에 의해 제어되고,
    상기 소정량은, 상기 가스 유량 제어 기기가 제어 가능한 최대 유량의 1?3％로 제어되는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 유량은, 가스 유량 제어 기기에 의해 제어되고,
    상기 소정량은, 상기 가스 유량 제어 기기가 제어 가능한 최소 유량 이상으로 제어되는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 전환 전의 에칭 가스에 포함되며, 전환 후의 에칭 가스에 포함되지 않는 가스가 복수 존재하는 경우, 당해 복수의 가스의 각각을 소정량씩 계속 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  5. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스는, 가스종(gas species)마다 설치된 복수의 개별 가스 공급 라인을 흘러, 당해 복수의 개별 가스 공급 라인에 접속된 공통 배관에서 합류하여, 상기 처리 용기 내에 공급되는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  6. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 전환은, 교대로 반복하여 실행되고,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때마다, 전환 전의 프로세스에 필요하며 전환 후의 프로세스에 필요가 없는 에칭 가스를 소정량 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  7. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽은 다른 한쪽보다 퇴적성이 강한 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 가스의 공급 방법.
  8. 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피(被)처리체를 올려놓는 서셉터(susceptor)와, 가스를 공급하는 가스 공급원과, 가스의 유량을 제어하는 가스 유량 제어 기기를 구비하고, 상기 처리 용기 내에서 가스를 여기(excitation)시켜 상기 피처리체를 플라즈마 에칭하는 에칭 장치로서,
    상기 가스 공급원은, 에칭 프로세스에 사용되는 제1 에칭 가스와 제2 에칭 가스를 상기 처리 용기 내에 공급하고,
    상기 가스 유량 제어 기기는, 상기 제1 에칭 가스 및 상기 제2 에칭 가스의 한쪽으로부터 다른 한쪽으로 가스를 전환할 때, 전환 전의 에칭 가스로서 필요하며 전환 후의 에칭 가스로서 필요하지 않은 가스를 소정량만 상기 처리 용기 내에 계속 공급하도록 가스 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
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