KR20120134074A - 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법 - Google Patents

플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120134074A
KR20120134074A KR1020120057921A KR20120057921A KR20120134074A KR 20120134074 A KR20120134074 A KR 20120134074A KR 1020120057921 A KR1020120057921 A KR 1020120057921A KR 20120057921 A KR20120057921 A KR 20120057921A KR 20120134074 A KR20120134074 A KR 20120134074A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
flow rate
gas supply
processing
valve
Prior art date
Application number
KR1020120057921A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101934936B1 (ko
Inventor
요시유키 가토
노리히코 아미쿠라
리사코 미요시
키미히로 후카사와
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Publication of KR20120134074A publication Critical patent/KR20120134074A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101934936B1 publication Critical patent/KR101934936B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/205—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy using reduction or decomposition of a gaseous compound yielding a solid condensate, i.e. chemical deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/0318—Processes
    • Y10T137/0324—With control of flow by a condition or characteristic of a fluid
    • Y10T137/0368—By speed of fluid

Abstract

처리 가스의 공급을 교호로 전환할 시, 이들 처리 가스가 혼합되지 않고, 과도 현상을 종래 이상으로 억제한다. 웨이퍼의 플라즈마 처리 중에 적어도 2 종류 이상의 처리 가스(예를 들면, C4F6 가스와 C4F8 가스)를 교호로 전환하여 처리실 내로 공급할 시, 전환하는 처리 가스를 공급하는 각 가스 공급로에 대해서는, 그 가스 공급로에 설치된 매스 플로우 콘트롤러(MFC)의 하류측의 개폐 밸브를 개방한 채로, 매스 플로우 콘트롤러에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프한다.

Description

플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND GAS SUPPLY METHOD THEREFOR}
본 발명은, 복수의 처리 가스를 처리실 내로 공급 가능한 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는, 처리실 내로 소정의 가스를 공급하여, 반도체 웨이퍼, 액정 기판, 태양 전지용 기판 등의 피처리 기판(이하, 단순히 ‘기판’이라고 함)에 대하여 성막 또는 에칭 등의 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치가 이용된다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서의 가스 공급계에서, 복수 종류의 가스를 혼합하여 공급할 경우에는, 각 종류의 가스를 공급하는 가스 공급로를 복수 형성하고, 이를 하나의 공통 가스 공급로에 합류시켜, 플라즈마 처리 장치의 처리실 내로 처리 가스를 유도하도록 되어 있다.
각 가스 공급로에는 각각, 매스 플로우 콘트롤러(MFC) 등의 유량 제어기가 설치되고, 또한 그 상류측과 하류측에 각각 개폐 밸브가 설치된다. 또한, 유량 제어기의 하류측에만 개폐 밸브가 설치되는 경우도 있다.
종래, 이러한 각 처리 가스 공급의 온/오프는, 이들 개폐 밸브를 개폐함으로써 행하고, 유량 제어기에 소정 유량을 설정함으로써 각 가스 공급로 내를 유통하는 처리 가스의 유량을 제어하고 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
일본특허공개공보 2002 - 85962 호 일본특허공개공보 평 11 - 195641 호 일본특허공개공보 2000 - 306887 호
그런데, 최근에는 처리의 다양화 및 반도체 디바이스의 미세화 요청에 따라, 상이한 종류의 처리 가스를 전환함으로써 동일 장치 내에서 연속하여 처리를 행하는 경우도 적지 않다. 그런데, 이러한 경우에서도, 각 처리 가스 공급의 온/오프를 매스 플로우 콘트롤러의 개폐 밸브를 개폐함으로써 행하면, 매스 플로우 콘트롤러 내에 잔류하는 가스가 한 번에 처리실 내로 유입된 다음 매스 플로우 콘트롤러에 의한 유량 제어가 개시되게 된다.
이 때문에, 각 처리 가스의 전환 시에서 가스 유량의 과도 현상이 발생하기 쉬워져, 처리실 내로 공급되는 가스 유량이 안정되지 않는다고 하는 문제가 있다. 또한, 이러한 가스 유량의 과도 현상은, 가스의 전환 간격이 짧을수록 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
이 경우, 가스의 전환마다 안정 공정을 마련하도록 함으로써 가스 유량의 과도 현상을 흡수시킬 수도 있지만, 그 만큼 스루풋이 저하된다.
또한 상기 특허 문헌 2, 3에는, 에칭 가스와 디포지션 가스를 교호로 행할 시, 각 가스의 전환 시에 각각 천이 공정을 마련하고, 이 천이 공정에서 일방의 가스의 공급을 정지시키기 전에 타방의 가스의 공급을 개시하고, 일방의 가스를 서서히 유량을 저하시키고, 또한 타방의 가스는 서서히 유량을 증가시키는 것이 기재되어 있다. 그런데, 이러한 특허 문헌 2, 3의 유량 제어에 따르면, 각 가스의 전환 시에 교호로 공급하는 가스가 혼합되기 때문에, 전환하는 가스의 종류에 따라서는 기판의 처리에 주는 영향을 무시할 수 없다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 처리 가스의 공급을 교호로 전환할 시, 이들 처리 가스가 혼합되지 않고, 가스 유량의 과도 현상을 종래 이상으로 억제할 수 있는 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따르면, 감압 가능한 처리실 내로 소정의 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 상기 처리실 내의 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법으로서, 상기 플라즈마 처리 장치는, 복수의 처리 가스 공급원에 각각 가스 공급로를 접속하고, 이들 가스 공급로를 통하여 상기 처리실로 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 각 가스 공급로에 각각 설치되고, 설정된 유량에 따라 유량 조정 밸브의 개방도를 조정함으로써 상기 가스 공급로를 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와, 상기 각 유량 제어기의 하류측에 각각 설치된 개폐 밸브를 구비하고, 상기 기판의 플라즈마 처리 중에 적어도 2 종류 이상의 처리 가스를 교호로 전환하여 상기 처리실 내로 공급할 시, 상기 전환하는 처리 가스의 각 가스 공급로에 대해서는, 상기 유량 제어기의 하류측의 상기 개폐 밸브를 개방한 채로, 상기 유량 제어기에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 상기 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법이 제공된다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 감압 가능한 처리실 내로 소정의 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 상기 처리실 내의 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서, 복수의 처리 가스 공급원에 각각 가스 공급로를 접속하고, 이들 가스 공급로를 통하여 상기 처리실로 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와, 상기 각 가스 공급로에 각각 설치되고, 설정된 유량에 따라 유량 조정 밸브의 개방도를 조정함으로써 상기 가스 공급로를 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와, 상기 각 유량 제어기의 하류측에 각각 설치된 개폐 밸브와, 상기 각 유량 제어기에 유량을 설정하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 기판의 플라즈마 처리 중에 적어도 2 종류 이상의 처리 가스를 교호로 전환하여 상기 처리실 내로 공급할 시, 상기 전환하는 처리 가스의 각 가스 공급로에 대해서는, 상기 유량 제어기의 하류측의 상기 개폐 밸브를 개방한 채로, 상기 유량 제어기에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 상기 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
이러한 본 발명에 따르면, 교호로 전환하여 처리실 내로 공급하는 처리 가스에 대해서는, 그 유량 제어기의 하류측의 개폐 밸브를 개방한 채로, 유량 제어기에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써 각 처리 가스를 온/오프시킬 수 있다. 이에 의해, 각 처리 가스의 전환 시에서 교호로 전환하는 처리 가스가 혼합되지 않고, 처리실 내에서 발생하는 가스 유량의 과도 현상을 종래 이상으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 각 유량 제어기의 상류측에도 각각 개폐 밸브를 설치하고, 상기 전환하는 처리 가스의 각 가스 공급로에 대해서는, 상기 유량 제어기의 하류측의 상기 개폐 밸브뿐 아니라 상류측의 상기 개폐 밸브도 개방한 채로, 그 유량 제어기에 대한 소정 유량과 제로 유량의 설정 제어를 반복함으로써, 상기 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프하도록 해도 된다.
이에 의하면, 교호로 전환하여 처리실 내로 공급하는 처리 가스에 대해서는, 그 유량 제어기의 하류측뿐 아니라 상류측의 개폐 밸브도 개방한 채로, 유량 제어기에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써 각 처리 가스를 온/오프시킬 수 있다. 이에 의해, 각 처리 가스의 전환 시에서 교호로 전환하는 처리 가스가 혼합되지 않고, 처리실 내에서 발생하는 가스 유량의 과도 현상뿐 아니라, 유량 제어기 내에서 발생하는 가스 유량의 과도 현상도 종래 이상으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 각 처리 가스를 교호로 전환하여 상기 처리실 내로 공급할 시, 상기 각 처리 가스의 전환 시간이 임계치 이하인지 여부를 판단하고, 상기 전환 시간이 임계치 이하라고 판단할 경우, 상기 전환하는 처리 가스의 공급의 온/오프는, 상기 개폐 밸브를 개방한 채로 상기 유량 제어기에 대한 소정 유량 또는 제로 유량의 설정에 의해 행하고, 상기 전환 시간이 임계치 이하가 아니라고 판단할 경우, 상기 전환하는 처리 가스의 공급의 온/오프는, 상기 개폐 밸브의 개폐에 의해 행하도록 해도 된다. 이 경우, 상기 전환 시간의 임계치는 1 초 ~ 15 초의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전환하는 처리 가스는 예를 들면 적어도 2 종류 이상의 에칭 가스이다. 또한, 상기 전환하는 처리 가스는 적어도 에칭 가스와 클리닝 가스를 포함하도록 해도 된다.
본 발명에 의하면, 각 처리 가스의 전환 시에서, 교호로 전환하는 처리 가스가 혼합되지 않고, 가스 유량의 과도 현상을 종래 이상으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 보다 안정된 처리 가스의 전환을 보다 순조롭게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 동 실시예에서의 매스 플로우 콘트롤러의 구성예를 도시한 도이다.
도 3은 비교예에 따른 가스 공급 제어를 나타낸 타이밍도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 가스 공급 제어를 나타낸 타이밍도이다.
도 5a는 C4F8 가스의 공급을 차단(오프)하고 C4F6 가스의 공급을 개시(온)했을 때의 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CF 라디칼의 발광 강도를 그래프에 나타낸 도이다.
도 5b는 C4F6 가스의 공급을 차단(오프)하고 C4F8 가스의 공급을 개시(온)했을 때의 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CF 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 6a은 도 3에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CO 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 6b는 도 3에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 O 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 6c는 도 3에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CF 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 7a는 도 4에 나타낸 본 실시예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CO 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 7b는 도 4에 나타낸 본 실시예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 O 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 7c는 도 4에 나타낸 본 실시예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CF 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 8은 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어를 나타낸 타이밍도이다.
도 9a는 도 8에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CO 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 9b는 도 8에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 O 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 9c는 도 8에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 처리실 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CF 라디칼의 발광 강도를 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 10a는 도 3에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 매스 플로우 콘트롤러 내의 C4F6 가스의 유량을 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 10b는 도 3에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 매스 플로우 콘트롤러 내의 C4F8 가스의 유량을 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 11a는 도 8에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 매스 플로우 콘트롤러 내의 C4F6 가스의 유량을 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
도 11b는 도 8에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어에 의해 플라즈마 에칭을 행한 실험 결과로서, 매스 플로우 콘트롤러 내의 C4F8 가스의 유량을 검출하여 그래프에 나타낸 도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 중 1 mTorr는 (10-3 × 101325 / 760) Pa, 1 sccm는 (10-6 / 60) m3/sec로 한다.
(플라즈마 처리 장치의 구성예)
우선, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대하여 설명한다. 여기서는, 처리실 내에 상부 전극과 하부 전극(서셉터)을 대향 배치하여 상부 전극으로부터 처리 가스를 처리실 내로 공급하는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명한다. 도 1은, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
플라즈마 처리 장치(100)는, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어지는 처리실(102)과, 이 처리실(102) 내로 복수 종류의 가스를 공급하는 가스 공급계(200)를 구비한다. 처리실(102)은 전기적으로 접지되어 있고, 처리실(102) 내에는 피처리 기판 예를 들면 반도체 웨이퍼(이하, 단지 ‘웨이퍼’라고도 함)(W)를 재치(載置)하는 재치대를 겸하는 하부 전극(서셉터)(110)과, 이에 대향하여 평행하게 배치된 상부 전극(120)이 설치되어 있다.
하부 전극(110)에는 2 주파(dual) 중첩 전력을 공급하는 전력 공급 장치(130)가 접속되어 있다. 전력 공급 장치(130)는, 제 1 주파수의 제 1 고주파 전력(플라즈마 발생용 고주파 전력)을 공급하는 제 1 고주파 전원(132), 제 1 주파수보다 낮은 제 2 주파수의 제 2 고주파 전력(바이어스 전압 발생용 고주파 전력)을 공급하는 제 2 고주파 전원(134)을 구비한다. 제 1, 제 2 고주파 전원(132, 134)은 각각, 제 1, 제 2 정합기(133, 135)를 개재하여 하부 전극(110)에 전기적으로 접속된다.
제 1, 제 2 정합기(133, 135)는, 각각 제 1, 제 2 고주파 전원(132, 134)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이며, 처리실(102) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 시, 제 1, 제 2 고주파 전원(132, 134)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 기능한다.
제 1 고주파 전원(132)은 27 MHz 이상의 주파수(예를 들면, 40 MHz)의 고주파 전력을 출력한다. 제 2 고주파 전원(134)은 13.56 MHz 이하의 주파수(예를 들면, 2 MHz)의 고주파 전력을 출력한다.
상부 전극(120)은, 그 주연부를 피복하는 실드 링(122)을 개재하여 처리실(102)의 천장부에 장착되어 있다. 상부 전극(120)은, 도 1에 도시한 바와 같이 전기적으로 접지해도 되고, 또한 도시하지 않은 가변 직류 전원을 접속하여 상부 전극(120)에 소정의 직류(DC) 전압이 인가되도록 구성해도 된다.
상부 전극(120)에는, 가스 공급계(200)로부터 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(124)가 형성되어 있다. 또한, 상부 전극(120)의 내부에는 가스 도입구(124)로부터 도입된 가스를 확산하는 확산실(126)이 설치되어 있다.
상부 전극(120)에는, 이 확산실(126)로부터의 가스를 처리실(102) 내로 공급하는 다수의 가스 공급 홀(128)이 형성되어 있다. 각 가스 공급 홀(128)은, 하부 전극(110)에 재치된 웨이퍼(W)와 상부 전극(120)의 사이로 가스를 공급할 수 있도록 배치되어 있다.
이러한 상부 전극(120)에 의하면, 가스 공급계(200)로부터의 가스는 가스 도입구(124)를 거쳐 확산실(126)로 공급되고, 여기서 확산되어 각 가스 공급 홀(128)로 분배되고, 가스 공급 홀(128)로부터 하부 전극(110)을 향해 토출된다. 또한, 가스 공급계(200)의 구체적 구성예에 대해서는 후술한다.
처리실(102)의 저면(底面)에는 배기구(142)가 형성되어 있고, 배기구(142)에 접속된 배기 장치(140)에 의해 배기함으로써, 처리실(102) 내를 소정의 진공도로 유지할 수 있다. 처리실(102)의 측벽에는 게이트 밸브(G)가 설치되어 있다. 이 게이트 밸브(G)를 개방함으로써, 처리실(102) 내로의 웨이퍼(W)의 반입 및 처리실(102) 내로부터의 웨이퍼(W)의 반출이 가능해진다.
플라즈마 처리 장치(100)에는 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(150)가 설치되어 있다. 제어부(150)에는, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행하는 키보드, 및 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 조작부(152)가 접속되어 있다.
또한 제어부(150)에는, 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(150)의 제어로 실현하기 위한 프로그램 및 프로그램을 실행하기 위하여 필요한 처리 조건(레시피) 등이 기억된 기억부(154)가 접속되어 있다.
기억부(154)에는, 예를 들면 후술하는 제 1, 제 2 처리 조건(레시피) 등이 기억되어 있다. 이러한 처리 조건에 대해서는, 플라즈마 처리 장치(100)의 각 부를 제어하는 제어 파라미터, 설정 파라미터 등의 복수의 파라미터값을 종합한 것이다. 각 처리 조건은, 예를 들면 처리 가스의 유량비(각 매스 플로우 콘트롤러(230)에 설정하는 유량 등), 처리실 내 압력, 고주파 전력 등의 파라미터값을 가진다.
또한, 이들 프로그램 및 처리 조건은 하드 디스크 또는 반도체 메모리에 기억되어 있어도 되고, 또한 CD-ROM, DVD 등의 가반성의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(154)의 소정 위치에 세팅되도록 되어 있어도 된다.
제어부(150)는, 조작부(152)로부터의 지시 등에 기초하여 원하는 프로그램, 처리 조건을 기억부(154)로부터 독출하여 각 부를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치(100)에서의 원하는 처리를 실행한다. 또한, 조작부(152)로부터의 조작에 의해 처리 조건을 편집할 수 있도록 되어 있다.
(가스 공급계)
여기서, 가스 공급계(200)의 구체적 구성예에 대하여 설명한다. 여기서의 가스 공급계(200)는, 처리실(102) 내에 4 종의 처리 가스(C4F8 가스, C4F6 가스, O2 가스, Ar 가스)를 선택적으로 공급할 수 있도록 구성한 경우이다. 이들 가스 중 C4F8 가스, C4F6 가스는 모두 에칭 가스로서 교호로 공급되고, O2 가스, Ar 가스는 필요에 따라 이들 가스와 함께 공급된다.
구체적으로, 가스 공급계(200)는 C4F8 가스, C4F6 가스, O2 가스, Ar 가스의 각 가스 공급원(210A ~ 210D)을 구비한다. 이들 가스 공급원(210A ~ 210D)은 각각 가스 공급로(배관)(212A ~ 212D) 를 개재하여 공통 가스 공급로(배관)(214)에 합류하도록 접속되어 있다. 공통 가스 공급로(214)에는 개폐 밸브(216)가 개재되어 있고, 그 하류측은 상부 전극(120)에 접속된다. 또한, 공통 가스 공급로(214)에는 그 내를 흐르는 가스로부터 파티클을 제거하는 필터를 개재시키도록 해도 된다.
각 가스 공급로(212A ~ 212D)에는 각각, 유통하는 가스의 유량을 조정하는 유량 제어기의 일례로서 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230A ~ 230D)가 설치되어 있다. 각 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230A ~ 230D)의 상류측과 하류측에는 각각, 상류측 개폐 밸브(제 1 개폐 밸브)(220A ~ 220D)와 하류측 개폐 밸브(제 2 개폐 밸브)(240A ~ 240D)가 설치되어 있다.
이러한 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230A ~ 230D)의 구체적 구성예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 2는, 본 실시예에 따른 매스 플로우 콘트롤러(MFC)의 구성예를 도시한 도이다. 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230A ~ 230D)는 동일한 구성이므로, 여기서는 참조 부호로부터 첨자(A ~ D)를 제외하고 대표하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230)는, 그 내부에서 가스 공급로(212)를 분류하는 본(本) 유로(231)와 측(側) 유로(232)를 구비한다. 구체적으로, 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230) 내에서, 가스 도입구(IN)로부터 도입되는 가스 공급로(212)로부터의 가스는 본 유로(231)와 측 유로(232)에 의해 일단 분류되고, 다시 합류된 다음, 유량 조정 밸브(컨트롤 밸브)(235)를 거쳐 가스 도출구(OUT)로부터 가스 공급로(212)로 도출된다.
측 유로(232)에는, 가스 공급로(212) 내에서의 유량을 계측하기 위한 유량 센서가 설치되어 있다. 유량 센서는, 측 유로(232)의 상류측에 설치되는 상류측 센서(233)와 측 유로(232)의 하류측에 설치되는 하류측 센서(234)에 의해 이루어진다.
상류측 센서(233)와 하류측 센서(234)는 예를 들면 발열 저항선에 의해 구성된다. 이에 의하면, 상류측 센서(233)에서 유체가 흐르면 열이 빼앗겨 온도가 하강하고, 반대로 하류측 센서(234)에서는 열이 부여되어 온도가 상승한다. 그 결과, 상류측 센서(233)와 하류측 센서(234)에서는 온도차가 발생하고, 이 온도차에 따른 출력 전압(MFC 출력 전압)을 검출함으로써 유량을 검출할 수 있도록 되어 있다.
매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230)에는, 유량 센서(상류측 센서(233), 하류측 센서(234))로부터의 출력에 따라 유량 조정 밸브(235)의 개방도를 제어함으로써 가스 공급로(212)의 유량을 설정 유량으로 조정하는 MFC 제어 회로(236)가 설치되어 있다.
이러한 매스 플로우 콘트롤러(MFC)(230)에 의해 가스 공급로(212)를 유통하는 가스 공급 제어를 행할 경우에는, 제어부(150)에 의해 MFC 제어 회로(236)에 대하여 소정 유량을 설정한다. 그러면, MFC 제어 회로(236)는, 설정한 소정 유량이 되도록 유량 조정 밸브(235)의 개방도를 제어함으로써, 가스 공급로(212)를 유통하는 가스의 유량을 제어하도록 되어 있다.
예를 들면, MFC 제어 회로(236)에 대하여 소정 유량을 설정하면, 유량 조정 밸브(235)가 개방되어, 그 개방도가 조정되어 가스의 유량이 소정 유량으로 조정되고, 제로 유량을 설정하면 유량 조정 밸브(235)가 폐쇄되어 가스의 공급이 차단(오프)된다. 본 실시예에서는 이러한 기능을 이용하여, 매스 플로우 콘트롤러(230) 내의 유량 조정 밸브(235)를 개폐 밸브(온/오프 밸브)와 같이 이용함으로써, 가스를 전환할 시의 가스 유량의 과도 현상을 억제한다. 이 구체적인 가스 공급 제어의 상세에 대해서는 후술한다.
이어서, 이러한 플라즈마 처리 장치(100)에 의한 웨이퍼 처리의 구체예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 예를 들면 웨이퍼(W) 상에 형성된 산화막(예를 들면, 실리콘 산화막)에, 패터닝된 소정의 막(예를 들면, 레지스트막, 폴리 실리콘막)을 마스크로서 소정의 애스펙트비의 홀 또는 트렌치를 형성하는 플라즈마 에칭을 행하는 경우를 예로 든다.
여기서의 플라즈마 에칭으로서는, 그 처리 중에 플라즈마를 생성한 채로, 상이한 종류의 처리 가스를 짧은 시간에 교호로 전환하는 경우를 예로 든다. 이에 의하면, 예를 들면 퇴적성이 강한 처리 가스(예를 들면, C4F6 가스)를 이용하여 행하는 제 1 단계와, 이보다 퇴적성이 약한 처리 가스(예를 들면, C4F8 가스)를 이용하여 행하는 제 2 단계를, 플라즈마를 생성한 채로 교호로 반복할 수 있다.
이에 의하면, 홀 직경 또는 트렌치폭이 너무 넓어지지 않도록 조정하여 에칭할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 표면에 애스펙트비가 보다 높고, 보다 깊은 홀 또는 트렌치를 형성할 수 있다. 또한, 예를 들면 C4F6 가스와 C4F8 가스와 같이, 전환하는 가스를 양방 모두 플라즈마 에칭에 이용하는 가스로 함으로써, 이들 처리 가스를 전환할 때마다 그 처리 가스의 종류에 따라 플라즈마를 온/오프하지 않고, 그 처리 중에는 고주파 전력을 계속 인가하여 플라즈마를 계속 생성할 수 있다. 이 때문에, 스루풋을 보다 향상시킬 수 있다.
그런데, 일반적으로 처리 가스 공급의 온/오프는, 매스 플로우 콘트롤러(230)의 상류측과 하류측의 개폐 밸브(220, 240)를 개폐하여 행해지고, 매스 플로우 콘트롤러(230) 내의 유량 조정 밸브(235)는 처리 가스 공급의 온/오프가 아닌, 오로지 처리 가스의 유량 제어에 이용된다.
그러나, 상술한 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭과 같이, 복수의 처리 가스를 교호로 전환하는 웨이퍼 처리에서는, 비교적 짧은 시간에 처리 가스를 전환하므로, 만약 이러한 웨이퍼 처리에서도 처리 가스의 공급의 온/오프를 개폐 밸브(220, 240)의 개폐에 의해 행하도록 하면, 처리 가스를 전환할 시 가스 유량의 과도 현상(예를 들면, 오버 슛, 흔들림 등)이 발생할 가능성이 높다. 또한, 처리 가스의 전환 간격이 짧을수록 가스 유량의 과도 현상이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
이하에, 이러한 가스 유량의 과도 현상에 대하여 비교예에 따른 가스 공급 제어를 예로 들어 도면을 참조하여 설명한다. 도 3은, 비교예에 따른 가스 공급 제어이다. 도 3에 나타낸 가스 공급 제어에서는, 각 처리 가스(C4F6 가스, C4F8 가스)의 공급을 온/오프를 상류측 개폐 밸브(220)와 하류측 개폐 밸브(240)의 개폐에 의해 행할 경우, 처리실(102) 내에 발생하는 가스 유량의 과도 현상을 예로 든다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 가스 공급 제어에서는, C4F6 가스의 공급을 개시(온)할 시에는, 예를 들면 하류측 개폐 밸브(240A), 상류측 개폐 밸브(220A)의 순으로 개방하여, 소정의 딜레이 시간 경과 후에 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 소정 유량을 설정한다. C4F6 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는, 예를 들면 공급 개시(온) 때와는 반대로 상류측 개폐 밸브(220A), 하류측 개폐 밸브(240A)의 순으로 폐쇄하여, 소정의 딜레이 시간 경과 후에 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 제로 유량을 설정한다.
이와 마찬가지로, C4F8 가스의 공급을 개시(온)할 시에는, 예를 들면 하류측 개폐 밸브(240B), 상류측 개폐 밸브(220B)의 순으로 개방하여, 소정의 딜레이 시간 경과 후에 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 소정 유량을 설정한다. C4F8 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는, 예를 들면 공급 개시(온) 때와는 반대로 상류측 개폐 밸브(220B), 하류측 개폐 밸브(240B)의 순으로 폐쇄하여, 소정의 딜레이 시간 경과 후에 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 제로 유량을 설정한다.
이리 하여, C4F6 가스의 공급을 온/오프와, C4F8 가스의 공급을 온/오프를 교호로 반복함으로써, C4F6 가스와 C4F8 가스를 교호로 전환하여 공급한다.
그런데, 이러한 비교예에 따른 가스 공급 제어에서는, 각 처리 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는, 상류측과 하류측의 개폐 밸브(220, 240)를 양방 폐쇄하기 때문에, 도 2에 도시한 바와 같이, 매스 플로우 콘트롤러(230) 내를 포함한 상류측 개폐 밸브(220)와 하류측 개폐 밸브(240)의 사이에 가스가 잔류하기 쉬워진다.
이 때문에, 각 처리 가스의 공급을 개시(온)할 시, 하류측 개폐 밸브(240)를 개방할 때, 유량 조정 밸브(235)보다 하류측에 잔류하고 있는 가스가 한 번에 처리실(102) 내로 유입된 다음, 유량 조정 밸브(235)가 개방되어 개방도가 조정되고, 이에 의한 유량 제어가 개시되게 된다. 이 때문에, 처리 가스의 공급 개시 직후에 가스 유량의 과도 현상이 발생하기 쉬워져, 처리 가스 공급의 초기 단계에서 처리실(102) 내로 공급되는 가스 유량이 안정되지 않는다고 하는 문제가 있다.
따라서 본 실시예에서는, 복수의 처리 가스를 교호로 공급하는 가스 공급로(212)에 대해서는, 적어도 하류측 개폐 밸브(240)를 개방한 채로, 그 매스 플로우 콘트롤러(230)에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 처리 가스의 공급을 온/오프한다.
이에 의하면, 처리 가스의 온/오프를 매스 플로우 콘트롤러(230)의 유량 조정 밸브(235)의 개폐에 의해 행할 수 있다. 이에 의해, 처리 가스의 온/오프를 반복해도, 유량 조정 밸브(235)보다 하류측에 잔류 가스가 체류하지 않으므로, 처리실(102) 내로 공급되는 가스 유량의 과도 현상의 발생을 종래 이상으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 보다 안정된 처리 가스의 전환을 보다 순조롭게 행할 수 있다.
또한, 각 처리 가스의 온/오프를 교호로 반복하므로, 교호로 전환하는 처리 가스가 혼합되는 경우도 없다. 이에 따라, 교호로 전환하는 처리 가스가 혼합됨으로써 발생하는 웨이퍼 처리에의 영향도 방지할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 가스 공급 제어에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는, 복수의 처리 가스를 교호로 공급하는 가스 공급로(212)에 대하여, 상류측 개폐 밸브(220)는 개폐하지만, 하류측 개폐 밸브(240)는 개방한 채로, 그 매스 플로우 콘트롤러(230)에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 처리 가스의 공급을 온/오프하는 경우를 예로 든다. 도 4는, 본 실시예에 따른 가스 공급 제어를 나타낸 타이밍도이다.
도 4에 나타낸 가스 공급 제어에서는, 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭을 행하기 전에, 하부 전극(110)에 웨이퍼(W)를 재치하여 처리실(102) 내를 소정의 진공 압력으로 감압하고, 교호로 공급하는 C4F6 가스와 C4F8 가스에 대한 매스 플로우 콘트롤러(230A, 230B)의 하류측의 개폐 밸브(240A, 240B)를 개방한다.
그리고, 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)를 개방한 채로 우선 C4F6 가스를 공급하고, 전력 공급 장치(130)에 의해 하부 전극(110)에 소정의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성함으로써 플라즈마 에칭을 개시한다. 구체적으로, 전력 공급 장치(130)에 의해, 하부 전극(110)에 제 1 고주파 전원(132)으로부터 27 MHz 이상의 주파수의 제 1 고주파(예를 들면, 40 MHz)를 소정의 파워로 공급하고, 또한 제 2 고주파 전원(134)으로부터 13.56 MHz 이하의 주파수의 제 2 고주파(예를 들면, 2 MHz)를 소정의 파워로 공급한다. 이어서, 소정의 가스 전환 시간 경과 후에 C4F8 가스의 공급으로 전환한다. 이 후에는, 이들 처리 가스를 가스 전환 시간마다 교호로 전환하여 공급한다.
이 경우, C4F6 가스의 공급을 개시(온)할 시에는, 상류측 개폐 밸브(220A)를 개방하여 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 소정 유량을 설정하고, C4F6 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는, 상류측 개폐 밸브(220A)를 폐쇄한 후, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 제로 유량을 설정한다. 이 때, 하류측 개폐 밸브(240A)는 개방된 상태이므로, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 소정 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 개방되어 C4F6 가스의 공급이 개시(온)되고, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 제로 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 폐쇄되어 C4F6 가스의 공급이 차단(오프)된다.
이와 마찬가지로, C4F8 가스의 공급을 개시(온)할 시에는, 상류측 개폐 밸브(220B)를 개방하여 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 소정 유량을 설정하고, C4F8 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는, 상류측 개폐 밸브(220B)를 폐쇄한 후, 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 제로 유량을 설정한다. 이 때, 하류측 개폐 밸브(240B)는 개방된 상태이므로, 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 소정 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 개방되어 C4F8 가스의 공급이 개시(온)되고, 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 제로 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 폐쇄되어 C4F8 가스의 공급이 차단(오프)된다.
이리 하여, 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)를 개방한 채로, C4F6 가스와 C4F8 가스의 온/오프를 소정 횟수 반복하여 행함으로써, C4F6 가스와 C4F8 가스를 교호로 전환한다. 그리고, 플라즈마 에칭을 종료하면, 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)를 폐쇄한다.
여기서, 도 3, 도 4에 나타낸 가스 공급 제어를 행할 시의 처리실(102) 내에서의 가스 유량의 변화를 검출한 실험 결과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서는, 처리실(102) 내의 가스 유량의 변화를 플라즈마의 발광 스펙트럼으로부터 특정의 라디칼 성분(소정 파장)의 발광 강도에 의해 검출했다. 또한, 이 때의 처리 조건은 후술하는 제 1 처리 조건, 제 2 처리 조건과 동일하다.
도 5a, 도 5b는 모두 CF 라디칼(260 nm)의 발광 강도를 검출한 것이다. 도 5a는 C4F8 가스의 공급을 차단(오프)하고 C4F6 가스의 공급을 개시(온)했을 때의 것이며, 도 5b는 C4F6 가스의 공급을 차단(오프)하고 C4F8 가스의 공급을 개시(온)했을 때의 것이다. 도 5a, 도 5b에서의 점선 그래프는 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에 따른 것이며, 실선 그래프는 본 실시예에 따른 가스 공급 제어(도 4)에 따른 것이다.
도 5a, 도 5b에 나타낸 실험 결과에 따르면, 모든 경우에서 실선 그래프에 나타낸 본 실시예에 따른 가스 공급 제어(도 4)에서는, 점선 그래프에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에서 발생하는 Q1, Q2와 같은 과도 현상이 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
이어서, 도 3, 도 4에 나타낸 가스 공급 제어에 의해 C4F6 가스와 C4F8 가스를 교호로 복수회 전환함으로써 웨이퍼(W)의 에칭을 행할 경우의 실험 결과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 6a ~ 도 6c는 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에 따른 실험 결과이며, 도 7a ~ 도 7c는 본 실시예에 따른 가스 공급 제어(도 4)에 따른 실험 결과이다.
도 6a, 도 7a는 처리실(102) 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CO 라디칼(483 nm)의 발광 강도를 검출한 것이며, 도 6b, 도 7b는 O 라디칼(777 nm)의 발광 강도를 검출한 것이며, 도 6c, 도 7c는 CF 라디칼(260 nm)의 발광 강도를 검출한 것이다. 또한, 상술한 도 5a, 도 5b의 점선 그래프는 도 6c의 일부를 확대한 것에 상당하고, 상술한 도 5a, 도 5b의 실선 그래프는 도 7c의 일부를 확대한 것에 상당한다.
또한, 이 실험에서는 웨이퍼(W)에 형성된 실리콘 산화막에, 폴리 실리콘막을 마스크로 하여 소정의 애스펙트비의 홀을 형성하는 플라즈마 에칭을 복수매의 웨이퍼(W)에 대하여 행했다. 도 6a ~ 도 6c, 도 7a ~ 도 7c는 이들 복수매의 웨이퍼(W)에 대한 실험 결과의 그래프를 중첩한 것이다. 이 실험에서의 주된 처리 조건은 이하와 같다. 하기 제 1 처리 조건은 퇴적성이 강한 처리 가스(여기서는, C4F6 가스)를 이용하여 행하는 제 1 단계에 대한 것이며, 하기 제 2 처리 조건은 퇴적성이 약한 처리 가스(예를 들면, C4F8 가스)를 이용하여 행하는 제 2 단계에 대한 것이다. 이들 제 1, 제 2 처리 조건에 따른 각 단계를 10 초씩 교호로 행했다.
[제 1 처리 조건(제 1 단계)]
처리실 내 압력 : 40 mTorr
가스 종류 및 유량비 : C4F8 / C4F6 / Ar / O2 = 0 / 57 / 500 / 20 sccm
제 1 고주파(40 MHz) : 1200 W
제 2 고주파(2 MHz) : 5000 W
에칭 시간 : 10 초
[제 2 처리 조건(제 2 단계)］
처리실 내 압력 : 40 mTorr
가스 종류 및 유량비 : C4F8 / C4F6 / Ar / O2 = 57 / 0 / 500 / 40 sccm
제 1 고주파(40 MHz) : 1200 W
제 2 고주파(2 MHz) : 5000 W
에칭 시간 : 10 초
이들 실험 결과에 따르면, CO 라디칼, O 라디칼, CF 라디칼의 모든 경우, 도 7a ~ 도 7c에 나타낸 본 실시예에 따른 가스 공급 제어(도 4)에서는, 도 6a ~ 도 6c에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에서 발생하는 Q1, Q2와 같은 과도 현상이 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 가스 공급 제어(도 4)에 의하면, 교호로 공급하는 처리 가스에 대해서는 하류측의 개폐 밸브(240)을 개방한 상태에서, 매스 플로우 콘트롤러(230)에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정하므로, 유량 조정 밸브(235)를 개폐 밸브와 같이 이용하여 처리 가스의 온/오프를 반복할 수 있다.
이에 의해, 유량 조정 밸브(235)보다 하류측에 잔류 가스가 체류하지 않도록 할 수 있으므로, 처리실(102) 내에 발생하는 가스 유량의 과도 현상을 억제할 수 있다. 또한, 처리 가스를 전환할 시에는, 일방의 처리 가스의 공급을 차단(오프)하고 타방의 처리 가스의 공급을 개시(온)하므로, 처리 가스가 혼합되는 것도 방지할 수 있다.
또한, 상술한 도 4에 나타낸 가스 공급 제어에서는, 웨이퍼(W)의 처리 중에는 하류측 개폐 밸브(240)를 개방한 상태로 할 경우를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 웨이퍼(W)의 처리 중에는 하류측 개폐 밸브(240)뿐 아니라, 상류측 개폐 밸브(220)에 대해서도 개방한 상태로 하도록 해도 된다.
(본 실시예의 변형예)
이어서, 본 실시예의 변형예로서, 이와 같이 매스 플로우 콘트롤러(230)의 하류측과 상류측의 양방의 개폐 밸브(220, 240)를 개방한 채로, 처리 가스를 교호로 전환하여 플라즈마 에칭을 행하는 가스 공급 제어에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 8은 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어를 나타낸 타이밍도이다.
도 8에 나타낸 가스 공급 제어에서는, 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭을 행하기 전에, 하부 전극(110)에 웨이퍼(W)를 재치하여 처리실(102) 내를 소정의 진공 압력으로 감압하고, 교호로 공급하는 C4F6 가스와 C4F8 가스에 대한 매스 플로우 콘트롤러(230A, 230B)의 하류측의 개폐 밸브(240A, 240B), 상류측의 개폐 밸브(220A, 220B)의 순으로 개방된다.
그리고, 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)와 상류측 개폐 밸브(220A, 220B)를 개방한 채로, 우선 C4F6 가스를 공급하고, 전력 공급 장치(130)에 의해 하부 전극(110)에 소정의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성함으로써 플라즈마 에칭을 개시한다. 구체적으로, 상기한 바와 마찬가지로, 전력 공급 장치(130)에 의해, 하부 전극(110)에 제 1 고주파 전원(132)으로부터 27 MHz 이상의 주파수의 제 1 고주파(예를 들면, 40 MHz)를 소정의 파워로 공급하고, 또한 제 2 고주파 전원(134)으로부터 13.56 MHz 이하의 주파수의 제 2 고주파(예를 들면, 2 MHz)를 소정의 파워로 공급한다. 이어서, 소정의 가스 전환 시간 경과 후에 C4F8 가스의 공급으로 전환한다. 이 후에는, 이들 처리 가스를 가스 전환 시간마다 교호로 전환하여 공급한다.
이 경우, C4F6 가스의 공급을 개시(온)할 시에는, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 소정 유량을 설정하고, C4F6 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 제로 유량을 설정한다. 이 때, 상류측 개폐 밸브(220A)와 하류측 개폐 밸브(240A)는 모두 개방된 상태이므로, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 소정 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 개방되어 C4F6 가스의 공급이 개시(온)되고, 매스 플로우 콘트롤러(230A)에 제로 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 폐쇄되어 C4F6 가스의 공급이 차단(오프)된다.
이와 마찬가지로, C4F8 가스의 공급을 개시(온)할 시에는, 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 소정 유량을 설정하고, C4F8 가스의 공급을 차단(오프)할 시에는 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 제로 유량을 설정한다. 이 때, 상류측 개폐 밸브(220B)와 하류측 개폐 밸브(240B)는 모두 개방된 상태이므로, 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 소정 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 개방되어 C4F8 가스의 공급이 개시(온)되고, 매스 플로우 콘트롤러(230B)에 제로 유량을 설정함으로써 그 유량 조정 밸브(235)가 폐쇄되어 C4F8 가스의 공급이 차단(오프)된다.
이리 하여, 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)와 상류측 개폐 밸브(220A, 220B)를 개방한 채로, C4F6 가스와 C4F8 가스의 온/오프를 소정 횟수 반복하여 행함으로써, C4F6 가스와 C4F8 가스를 교호로 전환한다. 그리고, 플라즈마 에칭을 종료하면, 상류측 개폐 밸브(220A, 220B), 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)의 순으로 폐쇄한다. 또한, 도 8에 나타낸 가스 유량 제어에서, 하류측 개폐 밸브(240A, 240B)와 상류측 개폐 밸브(220A, 220B)를 개폐하는 순서는 상기한 바에 한정되지 않는다.
여기서, 도 8에 나타낸 가스 공급 제어에 의해 C4F6 가스와 C4F8 가스를 교호로 복수회 전환함으로써 웨이퍼(W)의 에칭을 행할 경우의 실험 결과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 9a ~ 도 9c는 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에 따른 실험 결과이다. 도 9a는 처리실(102) 내의 플라즈마 발광 스펙트럼으로부터 CO 라디칼의 발광 강도를 검출한 것이며, 도 9b는 O 라디칼의 발광 강도를 검출한 것이며, 도 9c는 CF 라디칼의 발광 강도를 검출한 것이다.
또한, 이 실험에서는 웨이퍼(W)에 형성된 산화막에, 폴리 실리콘막을 마스크로 하여 소정의 애스펙트비의 홀을 형성하는 플라즈마 에칭을 복수매의 웨이퍼(W)에 대하여 행했다. 도 9a ~ 도 9c는 이들 복수매의 웨이퍼(W)에 대한 실험 결과의 그래프를 중첩한 것이다. 이 실험에서도, 도 3, 도 4의 경우와 마찬가지로, 상술한 제 1, 제 2 처리 조건에 따른 각 단계를 10 초씩 교호로 행했다.
이들 실험 결과에 따르면, CO 라디칼, O 라디칼, CF 라디칼의 모든 경우, 도 9a ~ 도 9c에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에서는, 도 6a ~ 도 6c에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에서 발생하는 Q1, Q2와 같은 과도 현상이 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에 의해서도, 교호로 공급하는 처리 가스에 대해서는 하류측의 개폐 밸브(240A, 240B)를 개방한 상태에서, 매스 플로우 콘트롤러(230)에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정하므로, 유량 조정 밸브(235)를 개폐 밸브와 같이 이용하여 처리 가스의 온/오프를 반복할 수 있다.
이에 의해, 유량 조정 밸브(235)보다 하류측에 잔류 가스가 체류하지 않도록 할 수 있으므로, 처리실(102) 내에 발생하는 가스 유량의 과도 현상을 억제할 수 있다. 또한, 처리 가스를 전환할 시에는, 일방의 처리 가스의 공급을 차단(오프)하고 타방의 처리 가스의 공급을 개시(온)하므로, 처리 가스가 혼합되는 것도 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에서는, 상류측 개폐 밸브(220)에 대해서도 개방된 상태로 하므로, 후술하는 매스 플로우 콘트롤러(230) 내에 발생하는 가스 유량의 과도 현상에 대해서도 억제할 수 있다.
이하에, 이러한 매스 플로우 콘트롤러(230) 내에서의 가스 유량의 과도 현상에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상술한 바와 같이 도 3에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어에서는, 각 처리 가스의 공급을 차단(오프)할 시에 상류측 개폐 밸브(220)와 하류측 개폐 밸브(240)를 양방을 폐쇄하기 때문에, 도 2에 도시한 바와 같이, 매스 플로우 콘트롤러(230) 내를 포함한 상류측 개폐 밸브(220)와 하류측 개폐 밸브(240)의 사이에 가스가 잔류하기 쉬워진다.
이 때, 가스 공급로(212)의 압력 분포는 상류측 개폐 밸브(220)보다 상류측이 가장 높고, 상류측 개폐 밸브(220)와 유량 조정 밸브(235)의 사이, 하류측 개폐 밸브(240)의 순으로 낮아진다.
이 때문에, 각 처리 가스의 공급을 개시(온)할 시, 상류측 개폐 밸브(220)를 개방할 때, 도 2에 도시한 상류측 개폐 밸브(220)보다 상류측에 잔류하고 있는 가스가 한 번에 매스 플로우 콘트롤러(230) 내(상류측 개폐 밸브(220)와 유량 조정 밸브(235)의 사이)로 유입된 다음, 유량 조정 밸브(235)가 개방되어 개방도가 조정되고, 이에 의한 유량 제어가 개시되므로, 가스의 공급 개시 직후에서 유량 센서로 검출되는 유량에도 과도 현상이 발생하기 쉬워진다.
이 점, 도 8에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어에서는, 하류측 개폐 밸브(240)뿐 아니라, 상류측 개폐 밸브(220)도 개방된 채로, 각 처리 가스의 공급을 온/오프하므로, 상류측 개폐 밸브(220)보다 상류측으로부터 한 번에 매스 플로우 콘트롤러(230) 내로 가스가 흐르는 것도 방지할 수 있다. 이에 의해, 매스 플로우 콘트롤러(230) 내에서의 가스 유량의 과도 현상에 대해서도 억제할 수 있다.
여기서, 도 3, 도 8에 나타낸 가스 공급 제어에 의해 C4F6 가스와 C4F8 가스를 교호로 복수회 전환함으로써 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭을 행할 경우의 실험 결과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 10a, 도 10b는 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에 따른 실험 결과이며, 도 11a, 도 11b는 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에 따른 실험 결과이다.
도 10a, 도 11a는 매스 플로우 콘트롤러(230A)에서의 유량 센서로 검출된 C4F6 가스의 가스 유량의 경시 변화를 그래프로 한 도이며, 도 10b, 도 11b는 매스 플로우 콘트롤러(230B)에서의 유량 센서로 검출된 C4F8 가스의 가스 유량의 경시 변화를 그래프로 한 도이다.
이들 실험 결과에 따르면, 도 11a, 도 11b에 나타낸 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에서는, 도 10a, 도 10b에 나타낸 비교예에 따른 가스 공급 제어(도 3)에서 발생하는 Q3, Q4와 같은 과도 현상이 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 변형예에 따른 가스 공급 제어(도 8)에 의하면, 하류측 개폐 밸브(240)뿐 아니라 상류측 개폐 밸브(220)도 개방한 채로, 매스 플로우 콘트롤러(230)에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정하므로, 처리실(102) 내에서의 가스 유량의 과도 현상뿐 아니라, 매스 플로우 콘트롤러(230) 내에서의 가스 유량의 과도 현상도 억제할 수 있다.
그런데, 본 실시예와 같이 처리 가스를 전환하여 플라즈마 에칭을 행할 경우에는, 가스 전환 시간을 짧게 할수록, 애스펙트비가 보다 큰 홀 또는 트렌치를 형성할 수 있다. 그런데, 이러한 가스 유량의 과도 현상은, 처리 가스의 전환 시간을 짧게 할수록 발생하기 쉬워진다.
따라서, 상술한 도 4, 도 8에 나타낸 가스 유량 제어는, 가스 전환 시간이 임계치 이하일 경우에만 실행하고, 가스 전환 시간이 임계치 이하가 아닐 경우에는 도 3에 나타낸 가스 유량 제어를 행하도록 해도 된다. 이 경우의 가스 전환 시간의 임계치는 1 초 ~ 15 초의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
이에 따르면, 가스 유량의 과도 현상이 발생하기 쉬워지는 가스 전환 시간이 짧은 경우에만, 상술한 도 4, 도 8에 나타낸 가스 유량 제어를 행하도록 할 수 있다. 이에 의해, 보다 애스펙트비가 높고 깊은 홀 또는 트렌치를 형성할 경우에 발생하기 쉬운 가스 유량의 과도 현상을 정확하게 억제할 수 있다. 또한, 홀 또는 트렌치의 애스펙트비에 따라 상술한 도 4, 도 8에 나타낸 가스 유량 제어를 행할지 여부를 판단하도록 해도 된다.
또한, 상술한 도 4에 나타낸 가스 유량 제어에서, 하류측 개폐 밸브(240)를 개폐하는 타이밍은, 상술한 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하류측 개폐 밸브(240)를 개방할 경우에는, 각 처리 가스를 최초로 공급하기 전에 개방하도록 해도 된다. 또한, 하류측 개폐 밸브(240)를 폐쇄할 경우에는, 각 처리 가스를 마지막으로 공급한 후에 폐쇄하도록 해도 된다.
또한, 상술한 도 8에 나타낸 가스 유량 제어에서도, 하류측 개폐 밸브(240)와 상류측 개폐 밸브(220)를 개폐하는 타이밍은 상술한 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 개폐 밸브(220, 240)를 개방할 경우에는, 각 처리 가스를 최초로 공급하기 전에 개방하도록 해도 된다. 또한, 각 개폐 밸브(220, 240)를 폐쇄할 경우에는, 각 처리 가스를 마지막으로 공급한 후에 폐쇄하도록 해도 된다.
또한 본 실시예에서는, 각 매스 플로우 콘트롤러(230)의 상류측과 하류측의 양방에 개폐 밸브(220, 240)를 설치할 경우에 대하여 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 각 매스 플로우 콘트롤러의 상류측에는 개폐 밸브를 설치하지 않고, 하류측에만 개폐 밸브를 설치할 경우에 적용할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 교호로 전환하여 처리실(102) 내로 공급하는 복수의 처리 가스로서, C4F6 가스와 C4F8 가스의 2 종류의 에칭 가스를 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 에칭 가스(예를 들면, C4F6 가스)와 클리닝 가스(예를 들면, O2 가스)를 교호로 전환하도록 해도 된다. 이에 의하면, 에칭과 클리닝을 반복할 경우에도, 가스 유량의 과도 현상을 억제할 수 있다.
또한, 교호로 전환하는 처리 가스는 2 종류에 한정되지 않고, 3 종류 이상의 처리 가스를 교호로 전환하여 공급하도록 해도 된다. 또한, 에칭 또는 클리닝의 처리뿐 아니라, 2 종류 이상의 처리 가스를 교호로 전환하는 성막 처리에도 적용 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 유량 제어기로서 매스 플로우 콘트롤러를 이용할 경우를 예로 들었지만, 이에 한정되지 않고, 유량 조정 밸브의 개방도를 조정함으로써 유량 제어를 행하는 것이면 어떠한 타입의 유량 제어기로도 적용 가능하다. 예를 들면, FCS(Flow Control System(등록 상표))를 이용하도록 해도 된다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 플라즈마 처리 장치로서, 하부 전극에만 상이한 2 주파의 고주파 전력을 중첩하여 인가하여 플라즈마를 발생시키는 타입의 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하부 전극에만 1 종류의 주파수의 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 타입 또는 상이한 2 주파의 고주파를 상부 전극과 하부 전극에 각각 인가하는 타입의 플라즈마 처리 장치에 적용해도 된다.
또한, 이러한 평행 평판의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치에 한정되지 않고, 예를 들면 유도 결합형(ICP : Inductively Coupled Plasma) 플라즈마 처리 장치 등에도 적용 가능하다.
본 발명은, 복수의 처리 가스를 처리실 내로 공급 가능한 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법에 적용 가능하다.
100 : 플라즈마 처리 장치
102 : 처리실
110 : 하부 전극
120 : 상부 전극
122 : 실드 링
124 : 가스 도입구
126 : 확산실
128 : 가스 공급 홀
130 : 전력 공급 장치
132 : 제 1 고주파 전원
133 : 제 1 정합기
134 : 제 2 고주파 전원
135 : 제 2 정합기
140 : 배기 장치
142 : 배기구
150 : 제어부
152 : 조작부
154 : 기억부
200 : 가스 공급계
210A ~ 210D : 가스 공급원
212A ~ 212D : 가스 공급로
214 : 공통 가스 공급로
216 : 개폐 밸브
220A ~ 220D : 상류측 개폐 밸브
230A ~ 230D : 매스 플로우 콘트롤러(MFC)
231 : 본 유로
232 : 측 유로
233 : 상류측 센서
234 : 하류측 센서
235 : 유량 조정 밸브(컨트롤 밸브)
236 : MFC 제어 회로
240A ~ 240D : 하류측 개폐 밸브
G : 게이트 밸브
W : 웨이퍼

Claims (7)

  1. 감압 가능한 처리실 내로 소정의 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 상기 처리실 내의 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    복수의 처리 가스 공급원에 각각 가스 공급로를 접속하고, 이들 가스 공급로를 통하여 상기 처리실로 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 각 가스 공급로에 각각 설치되고, 설정된 유량에 따라 유량 조정 밸브의 개방도를 조정함으로써 상기 가스 공급로를 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 각 유량 제어기의 하류측에 각각 설치된 개폐 밸브를 구비하고,
    상기 기판의 플라즈마 처리 중에 적어도 2 종류 이상의 처리 가스를 교호로 전환하여 상기 처리실 내로 공급할 시, 상기 전환하는 처리 가스의 각 가스 공급로에 설치된, 상기 유량 제어기의 하류측의 상기 개폐 밸브를 개방한 채로, 상기 유량 제어기에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 상기 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 유량 제어기의 상류측에도 각각 개폐 밸브를 설치하고,
    상기 전환하는 처리 가스의 각 가스 공급로에 대해서는, 상기 유량 제어기의 하류측의 상기 개폐 밸브뿐 아니라 상류측의 상기 개폐 밸브도 개방한 채로, 그 유량 제어기에 대한 소정 유량과 제로 유량의 설정 제어를 반복함으로써, 상기 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 처리 가스를 교호로 전환하여 상기 처리실 내로 공급할 시, 상기 각 처리 가스의 전환 시간이 임계치 이하인지 여부를 판단하고,
    상기 전환 시간이 임계치 이하라고 판단할 경우, 상기 전환하는 처리 가스의 공급의 온/오프는, 상기 개폐 밸브를 개방한 채로 상기 유량 제어기에 대한 소정 유량 또는 제로 유량의 설정에 의해 행하고,
    상기 전환 시간이 임계치 이하가 아니라고 판단할 경우, 상기 전환하는 처리 가스의 공급의 온/오프는, 상기 개폐 밸브의 개폐에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전환 시간의 임계치는 1 초 ~ 15 초의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환하는 처리 가스는 적어도 2 종류 이상의 에칭 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전환하는 처리 가스는 적어도 에칭 가스와 클리닝 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치의 가스 공급 방법.
  7. 감압 가능한 처리실 내로 소정의 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 상기 처리실 내의 기판에 소정의 플라즈마 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치로서,
    복수의 처리 가스 공급원에 각각 가스 공급로를 접속하고, 이들 가스 공급로를 통하여 상기 처리실로 원하는 처리 가스를 공급하는 가스 공급계와,
    상기 각 가스 공급로에 각각 설치되고, 설정된 유량에 따라 유량 조정 밸브의 개방도를 조정함으로써 상기 가스 공급로를 흐르는 가스의 유량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 각 유량 제어기의 하류측에 각각 설치된 개폐 밸브와,
    상기 각 유량 제어기에 유량을 설정하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 기판의 플라즈마 처리 중에 적어도 2 종류 이상의 처리 가스를 교호로 전환하여 상기 처리실 내로 공급할 시, 상기 전환하는 처리 가스의 각 가스 공급로에 설치된, 상기 유량 제어기의 하류측의 상기 개폐 밸브를 개방한 채로, 상기 유량 제어기에 소정 유량과 제로 유량을 반복하여 설정함으로써, 상기 각 처리 가스의 공급을 교호로 온/오프하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
KR1020120057921A 2011-05-31 2012-05-31 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법 KR101934936B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011121475A JP5723678B2 (ja) 2011-05-31 2011-05-31 プラズマ処理装置及びそのガス供給方法
JPJP-P-2011-121475 2011-05-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120134074A true KR20120134074A (ko) 2012-12-11
KR101934936B1 KR101934936B1 (ko) 2019-01-03

Family

ID=47234130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120057921A KR101934936B1 (ko) 2011-05-31 2012-05-31 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9236230B2 (ko)
JP (1) JP5723678B2 (ko)
KR (1) KR101934936B1 (ko)
CN (1) CN102810445B (ko)
TW (1) TWI579885B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160002356A (ko) * 2014-06-30 2016-01-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5723678B2 (ja) * 2011-05-31 2015-05-27 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びそのガス供給方法
JP5803552B2 (ja) * 2011-10-14 2015-11-04 東京エレクトロン株式会社 処理装置
US9090972B2 (en) * 2012-12-31 2015-07-28 Lam Research Corporation Gas supply systems for substrate processing chambers and methods therefor
CN104752137A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 中微半导体设备(上海)有限公司 一种气体供应装置及其等离子体反应装置
WO2015100492A1 (en) * 2013-12-31 2015-07-09 General Fusion Inc. Systems and methods for gas injection and control
JP6158111B2 (ja) * 2014-02-12 2017-07-05 東京エレクトロン株式会社 ガス供給方法及び半導体製造装置
KR20160012302A (ko) * 2014-07-23 2016-02-03 삼성전자주식회사 기판 제조 방법 및 그에 사용되는 기판 제조 장치
JP6346849B2 (ja) * 2014-08-20 2018-06-20 東京エレクトロン株式会社 ガス供給系、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理装置の運用方法
CN104360691B (zh) * 2014-11-17 2017-03-01 上海华力微电子有限公司 一种接触孔关键尺寸的控制方法
CN104503497B (zh) * 2014-11-21 2017-12-05 京东方科技集团股份有限公司 用于刻蚀设备的压力保护系统和压力保护方法
US10100407B2 (en) * 2014-12-19 2018-10-16 Lam Research Corporation Hardware and process for film uniformity improvement
CN106935494B (zh) * 2015-12-31 2019-08-20 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种博世工艺刻蚀硅基片的方法
US10760944B2 (en) * 2018-08-07 2020-09-01 Lam Research Corporation Hybrid flow metrology for improved chamber matching
US10725484B2 (en) * 2018-09-07 2020-07-28 Mks Instruments, Inc. Method and apparatus for pulse gas delivery using an external pressure trigger
JP7270489B2 (ja) 2019-07-10 2023-05-10 東京エレクトロン株式会社 性能算出方法および処理装置
CN111725109B (zh) * 2020-06-24 2023-12-22 北京北方华创微电子装备有限公司 一种用于半导体的气体调节柜
CN114121582B (zh) * 2020-08-27 2023-10-31 中微半导体设备(上海)股份有限公司 等离子体处理装置及其工作方法
CN112695297B (zh) * 2020-11-24 2022-12-09 北京北方华创微电子装备有限公司 一种半导体工艺中腔室压力的控制方法
CN113905499B (zh) * 2021-08-30 2024-05-03 中国航天空气动力技术研究院 一种气动-磁场扫描管状电弧等离子加热器及使用方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11195641A (ja) * 1998-01-05 1999-07-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法
JP2000306887A (ja) * 1999-04-19 2000-11-02 Matsushita Electronics Industry Corp 基板処理方法および装置
JP2005515631A (ja) * 2002-01-03 2005-05-26 アルカテル シリコンに高アスペクト比の異方性エッチングを行う方法および機器
KR20080037704A (ko) * 2006-04-07 2008-04-30 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치, 처리 방법 및 그 처리 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002085962A (ja) 2000-09-19 2002-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法及び装置
JP3814492B2 (ja) 2001-04-12 2006-08-30 松下電器産業株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
US20090078566A1 (en) * 2005-06-16 2009-03-26 Kyocera Corporation Deposited Film Forming Method, Deposited Film Forming Device, Deposited Film, and Photosensitive Member Provided with the Deposited Film
JP4512533B2 (ja) * 2005-07-27 2010-07-28 住友精密工業株式会社 エッチング方法及びエッチング装置
JP4718274B2 (ja) * 2005-08-25 2011-07-06 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置，半導体製造装置の流量補正方法，プログラム
US7968437B2 (en) * 2005-11-18 2011-06-28 Hitachi Kokusai Electric Inc. Semiconductor device manufacturing method and substrate processing apparatus
JP2008118120A (ja) * 2006-10-13 2008-05-22 Omron Corp プラズマ反応炉処理システムを用いた電子装置の製造方法
US7976671B2 (en) * 2006-10-30 2011-07-12 Applied Materials, Inc. Mask etch plasma reactor with variable process gas distribution
US20100267243A1 (en) * 2007-09-28 2010-10-21 Tokyo Electron Limited Plasma processing method and apparatus
JP4935687B2 (ja) * 2008-01-19 2012-05-23 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置
JP5723678B2 (ja) * 2011-05-31 2015-05-27 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びそのガス供給方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11195641A (ja) * 1998-01-05 1999-07-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法
JP2000306887A (ja) * 1999-04-19 2000-11-02 Matsushita Electronics Industry Corp 基板処理方法および装置
JP2005515631A (ja) * 2002-01-03 2005-05-26 アルカテル シリコンに高アスペクト比の異方性エッチングを行う方法および機器
KR20080037704A (ko) * 2006-04-07 2008-04-30 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 처리 장치, 처리 방법 및 그 처리 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램을 기억하는 기억 매체

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
일본 공표특허공보 특표2005-515631호(2005.05.26.) 1부. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160002356A (ko) * 2014-06-30 2016-01-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
TW201312621A (zh) 2013-03-16
CN102810445B (zh) 2016-03-02
JP5723678B2 (ja) 2015-05-27
US9236230B2 (en) 2016-01-12
CN102810445A (zh) 2012-12-05
TWI579885B (zh) 2017-04-21
JP2012248788A (ja) 2012-12-13
US20120305188A1 (en) 2012-12-06
KR101934936B1 (ko) 2019-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120134074A (ko) 플라즈마 처리 장치 및 그 가스 공급 방법
KR101162884B1 (ko) 가스 공급 장치, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
US10297458B2 (en) Process window widening using coated parts in plasma etch processes
US20090272717A1 (en) Method and apparatus of a substrate etching system and process
US10431431B2 (en) Gas supply delivery arrangement including a gas splitter for tunable gas flow control
TWI417945B (zh) 快速氣體轉換電漿處理設備
JP5728482B2 (ja) 誘導結合プラズマリアクタ内での高効率ガス解離のための方法及び装置
KR101528925B1 (ko) 플라즈마 처리 장치를 위한 교번 가스 전달 및 배기 시스템
KR102001247B1 (ko) 고속 가스 교환, 고속 가스 전환 및 프로그램 가능한 가스 전달을 위한 방법 및 장치
US9396964B2 (en) Plasma processing apparatus, plasma processing method, and non-transitory computer-readable medium
JP5822578B2 (ja) 載置台温度制御装置及び基板処理装置
JP6748586B2 (ja) ガス供給システム、基板処理システム及びガス供給方法
KR20160063274A (ko) 재차 들어간 플로우 경로를 통한 밸브 매니폴드 데드레그 제거
US20100093111A1 (en) Method for manufacturing electronic device using plasma reactor processing system
US8815106B2 (en) Method of supplying etching gas and etching apparatus
JP5580908B2 (ja) ガス供給装置、基板処理装置および基板処理方法
KR20210053201A (ko) 가스 공급 시스템, 기판 처리 장치 및 가스 공급 시스템의 제어 방법
JP2023105636A (ja) ガス供給システム、プラズマ処理装置及びガス供給方法
TW202318920A (zh) 在具有離子阻隔板的電容耦合電漿腔室中產生電漿

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant