KR20130024705A - 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents

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KR20130024705A
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마코토 사타케
마코토 스야마
마사토 이시마루
야스키요 모리오카
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

본 발명은 CO 함유 플라즈마의 조건에 관계없이, 안정적으로 클리닝 플라즈마를 생성하는 방법을 제공한다.
이를 위하여 본 발명에서는 피에칭 웨이퍼(802) 상에 형성된 자성막을, 진공 용기(801) 내에 도입된 C와 O의 원소를 포함하는 CO 함유 가스에 소스 전력을 인가함으로써 CO 함유 가스를 플라즈마화하고, 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용해 가공할 때에, 당해 CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼(802) 상에 형성된 자성막에 소정의 가공을 실시한 후, 소스 전력(806)을 인가한 채, 클리닝 가스를 도입하고, 그 후 CO 함유 가스의 도입을 정지함으로써, 소정의 클리닝 가스를 이용한 클리닝 플라즈마를 생성한다.

Description

플라즈마 에칭 방법{PLASMA ETCHING METHOD}
본 발명은, 자기 저항 메모리 등에 사용되는 자성막 등의 피처리체의 플라즈마 에칭 방법에 관한 것이다.
최근의 정보량의 증가에 수반하여, 전자기기는 저소비 전력인 것이, 메모리는 고속 동작임과 함께 불휘발인 것이 요망되고 있다. 현재 사용되고 있는 메모리로서는 전하의 축적을 이용한 DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 플래시 메모리 등을 들 수 있다. DRAM은 컴퓨터의 메인 메모리로서 사용되고 있는데, 전원을 끄면 기억을 잃는 휘발성 메모리이다. 또, 동작 중에도 데이터를 유지하기 위해 일정 시간 간격으로 재기록이 필요하여 소비 전력이 커진다. 한편, 플래시 메모리는 불휘발성 메모리인데, 정보의 기록 시간이 μ초 오더로 느리다. 이러한 결점 없이, 저소비 전력이면서 고속으로 동작하는 불휘발성 메모리로서 MRAM(Magnetic Random Access Memory)의 적응이 기대되고 있다.
MRAM은 자화의 방향에 의한 저항값의 변화를 이용한 메모리로서, 그 제조에 있어서는 리소그래피에 의해 생성된 마스크를 사용하고, 기판상에 형성된 Fe·Co·Ni 등의 원소를 포함하는 자성막을 드라이 에칭에 의해 미세 가공하는 기술이 필요하다.
드라이 에칭의 방법으로서는, 이온빔 에칭을 이용하는 방법과 플라즈마 에칭을 이용하는 방법이 있는데, 특히 플라즈마 에칭은 반도체 디바이스의 제조에서 널리 이용되고 있고, 대구경 기판을 균일하게 가공할 수 있는 점에서 양산성이 우수하다.
플라즈마 에칭은, 감압된 처리실에 처리용 가스를 도입하고, 평판 안테나나 코일 형상 안테나 등을 통해, 처리실에 소스 전원으로부터 고주파 전력(이하, 소스 전력이라고 기재한다)을 투입함으로써 당해 가스를 플라즈마화하고, 이것에 의해 발생한 이온이나 라디칼을 기판에 조사함으로써 진행한다. 프라즈마원에는, 플라즈마를 발생시키는 방식의 차이에 따라, 유자장 마이크로파 타입, 유도 결합(ICP:Inductively Coupled Plasma) 타입, 용량 결합(CCP:Capacitively Coupled Plasma) 타입 등, 여러가지 방식이 존재하고 있다.
플라즈마 에칭을 사용한 자성막 가공법으로서는 Cl2 가스를 플라즈마화한 Cl2 플라즈마에 의해 자성막의 염화물의 생성을 이용하는 방법과, CO와 NH3의 혼합 가스나 CH3OH 가스와 같은 CO를 함유하는 가스를 플라즈마화한 CO 함유 플라즈마에 의해, 자성막의 금속 카르보닐의 생성을 이용하는 방법이 있다. 특히 후자의 CO 함유 플라즈마를 이용하는 방법은, Cl2 플라즈마를 이용한 방법과 달리 부식의 우려가 없는 점과, 금속 카르보닐의 포화 증기압이 염화물보다 높아 에칭이 진행되기 쉽다고 예상할 수 있는 점에서, 자성막의 가공법으로서 기대를 가질 수 있다.
그러나, CO를 함유하는 가스를 이용한 에칭 방법에서는 에칭 중에 해리한 C계의 퇴적물이 진공 용기 내벽에 부착되고, 진공 용기 내의 상태가 에칭 전후에 변동된다. 그 때문에, 자성막을 에칭한 후에 O2 가스 등을 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마에 의해, 진공 용기 내벽에 부착된 C를 제거하여, 진공 용기 내의 상태를 원래대로 되돌릴 필요가 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 플라즈마를 이용한 반도체 디바이스 제조 장치의 진공 용기의 내벽면의 불요 퇴적물을 제거할 때에, 클리닝 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 두고 클리닝을 행하는 기술이 개시되어 있다.
도 7 및 도 8을 이용하여, CO 함유 플라즈마를 이용해 자성막을 에칭한 후, 클리닝 플라즈마에 의해, 진공 용기 내벽의 상태를 원래대로 되돌리는 종래 방법을 설명한다. 여기서, 도 7은 CO 함유 플라즈마와 클리닝 플라즈마를 이용하여 자성막을 가공하는 종래 방법의 시퀀스도를, 도 8은 유도 결합 타입의 프라즈마원을 이용한 플라즈마 에칭 장치의 대표예의 개략도를 나타내고 있다. 본 공정은 개략, 하기의 10 공정으로 이루어진다.
도 7에 있어서, 단계 S701의 제1 공정은 소정의 처리 조건으로 컨디션을 조정한 진공 용기(801) 내에, 자성막이 성막된 피에칭 웨이퍼(802)를 반입하는 공정이다. 이때, 피에칭 웨이퍼(802)는 웨이퍼 스테이지(803) 상에 설치된다.
단계 S702의 제2 공정은 CO와 NH3의 혼합 가스나 CH3OH 등의 CO 함유 가스를 가스 도입 구멍(804)으로부터 진공 용기(801) 내에 소정의 유량만큼 공급하고, 배기구(805)로부터의 배기 속도를 조절함으로써 진공 용기(801) 안을 소정의 압력으로 설정한 후, 소스 전력(806)을 안테나(807)에 인가함으로써 진공 용기(801) 내에 도입된 CO 함유 가스를 플라즈마화하는 공정이다. 이때 가스를 플라즈마화하기 쉽게 하기 위하여, 진공 용기(801) 상방에 설치된 패러데이 실드(808)에 고주파의 패러데이 실드 전압(809)을 인가한다.
단계 S703의 제3 공정은 제2 공정에서 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용하여 피에칭 웨이퍼를 에칭하는 공정이다. 이때 가스 도입 구멍(804)으로부터 진공 용기(801) 내에 도입되는 가스 유량과, 배기 구멍(805)으로부터 배기되는 가스의 배기 속도를 조절함으로써 진공 용기(801) 내의 압력 및, 소스 전력(806)과 패러데이 실드 전압(809)을 소정의 값으로 설정한다. 또, 피에칭 웨이퍼(802)에 적극적으로 플라즈마 중의 이온을 끌어들이기 위하여, 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 인가한다.
단계 S704의 제4 공정은 소스 전력(806)과 패러데이 실드 전압(809)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 OFF로 한 후, 가스 도입 구멍(804)으로부터 도입되는 CO 함유 가스를 정지하여, CO 함유 플라즈마를 소실시키는 공정이다.
단계 S705의 제5 공정은, 진공 용기(801)로부터 피에칭 웨이퍼(802)를 반출하는 공정이다.
단계 S706의 제6 공정은 진공 용기(801) 내에, 진공 용기(801) 안을 클리닝 하기 위한 클리닝 웨이퍼(811)를 반입하는 공정이다. 이때, 클리닝 웨이퍼(811)는 웨이퍼 스테이지(803) 상에 설치된다.
단계 S707의 제7 공정은, 클리닝에 사용하는 클리닝 가스를 가스 도입 구멍(804)으로부터 진공 용기(801) 내에 소정의 유량만큼 공급하고, 배기구(805)로부터의 배기 속도를 조절함으로써 진공 용기(801) 안을 소정의 압력으로 설정한 후, 소스 전력(806)을 안테나(807)에 인가함으로써 진공 용기(801) 내에 도입된 클리닝 가스를 플라즈마화하는 공정이다. 이때 가스를 플라즈마화하기 쉽게 하기 위하여, 진공 용기(801) 상방에 설치된 패러데이 실드(808)에 고주파의 패러데이 실드 전압(809)을 인가한다.
단계 S708의 제8 공정은, 제7 공정에서 생성된 클리닝 플라즈마를 이용하여 진공 용기(801) 안을 클리닝하는 공정이다. 이때 가스 도입 구멍(804)으로부터 진공 용기(801) 내에 도입되는 가스 유량과, 배기구(805)로부터 배기되는 가스의 배기 속도를 조절함으로써 진공 용기(801) 내의 압력 및, 소스 전력(806)과 패러데이 실드 전압(809)을 소정의 값으로 설정한다.
단계 S709의 제9 공정은 소스 전력(806)과 패러데이 실드 전압(809)을 OFF로 한 후, 가스 도입 구멍(804)으로부터 도입되는 클리닝 가스를 정지하여, 클리닝 플라즈마를 소실시키는 공정이다.
그리고, 단계 S710의 제10 공정은, 진공 용기(801) 안으로부터 클리닝하기 위해 반입한 클리닝 웨이퍼(811)를 진공 용기(801)로부터 반출하는 공정이다.
이러한 시퀀스를 행함으로써, CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼(802)를 가공할 수 있고, 피에칭 웨이퍼(802)를 가공할 때에 진공 용기(801) 내벽에 C가 부착되어도, 그 후의 클리닝 플라즈마로 제거할 수 있다. 이것에 의해, 진공 용기(801)의 컨디션을 CO 함유 가스가 플라즈마화되기 전의 상태로 되돌릴 수 있어, 계속하여 CO 함유 플라즈마를 이용해 다른 피에칭 웨이퍼(802)를 동일한 조건으로 가공하는 것이 가능해진다.
일본 공개특허공보 평10-12593호
그러나, CO 함유 플라즈마를 이용하여 도 7 및 도 8로 설명한 시퀀스를 행한바, 피에칭 웨이퍼(802) 상의 자성막은 원하는 형상으로 가공할 수 있었지만, 제7 공정에 나타낸 클리닝 가스의 플라즈마화가 어렵고, 조건에 따라서는 클리닝 플라즈마에 의한 진공 용기(801) 내의 클리닝이 곤란해짐을 알았다. 도 9에 그 대표예로서 CO 함유 플라즈마로서 CO와 NH3의 혼합 가스를 이용한 플라즈마를, 클리닝 플라즈마로서 O2 가스를 이용한 플라즈마를 생성하고, CO 함유 가스의 플라즈마화를 행하는 제2 공정과 CO 함유 플라즈마의 에칭을 행하는 제3 공정에 있어서 CO와 NH3의 가스비를 변경하여, 클리닝 플라즈마의 생성율을 계측한 결과를 나타낸다. 여기서, 생성율이란 도 7의 제1에서 제5 공정을 행한 후, 제6 공정인 클리닝 가스의 플라즈마화 공정을 클리닝 가스가 플라즈마화할 때까지 동일한 조건으로 반복하고, 그 반복한 횟수로부터 하기의 식을 이용해 계산하였다.
클리닝 플라즈마의 생성율(%) = 1/클리닝 가스의 플라즈마화를 반복한 횟수 × 100
또한, 도 9에 기재한 생성율은 동일한 시퀀스를 3회 행하여, 그 생성율의 평균값을 기재하고 있다. 또, 본 계측에서는 도 8에 개략도를 나타낸 유도 결합 타입의 프라즈마원을 사용하고 있고, 진공 용기(801)의 재질에 알루미나를 사용하여, 하기에 나타내는 조건으로 시험을 행하였다
[CO 함유 가스의 플라즈마화 조건]
CO와 NH3의 총 가스 유량:60sccm(standard cc per minutes)
진공 용기 내의 압력:2.0Pa 소스 전력:1200W
패러데이 실드 전압:600V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[CO 함유 플라즈마에 의한 에칭 조건]
CO와 NH3의 총 가스 유량:60sccm 진공 용기 내의 압력:0.3Pa
소스 전력:1200W 패러데이 실드 전압:100V 웨이퍼 바이어스 전력:100W
[CO 함유 플라즈마의 소실 조건]
CO와 NH3의 총 가스 유량:0sccm 진공 용기 내의 압력:0.001Pa
소스 전력:0W 패러데이 실드 전압:0V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[클리닝 가스의 플라즈마화 조건]
O2 가스 유량:60sccm 진공 용기 내의 압력:2.0Pa
소스 전력:1200W 패러데이 실드 전압:600V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[클리닝 조건]
O2 가스 유량:60sccm 진공 용기 내의 압력:1.0Pa 소스 전력:1200W
패러데이 실드 전압:600V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[클리닝 플라즈마의 소실 조건]
O2 가스 유량:0sccm 진공 용기 내의 압력:0.001Pa 소스 전력:0W
패러데이 실드 전압:0V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
도 9에 나타내는 바와 같이, CO비가 증가할수록, 클리닝 플라즈마가 생성되는 비율이 저하되어, 클리닝을 행하기 위한 플라스마 생성이 곤란해진다. 이것은 CO 함유 플라즈마에 의해 에칭을 행하고 있을 때에, 진공 용기(801) 내벽에 부착된 C계의 퇴적물이 플라즈마의 생성을 저해하기 때문이다.
방전을 개시하기 위해 필요한 전압을 규정한 파셴의 법칙에 의하면, 방전 개시 전압은 하기의 식으로 정의된다.
Figure pat00001
여기서, Vs는 방전 개시 전압을 나타내고, 안정적으로 플라즈마를 생성하기 위해서는 이 방전 개시 전압 이상의 전압을 인가할 필요가 있다. 본 실험에서는 진공 용기(801) 내벽에 방전 개시 전압 이상의 전압을 안정적으로 인가하기 위하여, CO 함유 가스와 클리닝 가스를 플라즈마화할 때에 패러데이 실드(808)에 600V의 전압을 인가하고 있다. 또, A와 B는 가스 고유의 정수, p는 진공 용기(801) 내벽의 압력, d는 진공 용기(801)의 형상에 의한 정수를 나타내고 있고, 진공 용기(801) 내에 도입하는 가스 종류와 압력과 진공 용기(801) 내의 형상이 동일한 경우에는, 동일한 값이 된다. 한편,
Figure pat00002
는 2차 전자 방출 계수를 나타내고, 진공 용기(801) 내벽의 상태에 의존하는 것이며, 이 값이 낮을수록 방전 개시 전압이 높아진다.
즉, CO 함유 플라즈마에 의해 에칭을 행하고 있을 때에, 진공 용기(801)의 내벽에 부착된 C계의 퇴적물에 의해 γ의 값이 낮아지고, 클리닝 플라즈마를 생성할 때의 방전 개시 전압이 증가함으로써 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 없게 되었다.
실제로 도 9와 동일한 조건을 이용하여, 「CO 함유 가스의 플라즈마화」와 「CO 함유 플라즈마에 의한 에칭」과 「CO 함유 플라즈마의 소실」을 행한 후의 CO/NH3 유량비에 의한 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 C계 퇴적물의 막 두께의 변화를 계측한 값을 도 10에 나타낸다. 본 도면으로부터, CO 유량비가 증가할수록, C계의 퇴적물의 막 두께가 증가하고 있어, 도 9와 도 10의 경향에 상관이 있음을 알 수 있다. 또한, 도 10에서 계측한 퇴적물의 주성분이 C인 것은 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 이용한 표면 조성 분석으로 확인하고 있다.
안정적으로 클리닝을 행하기 위해서는 클리닝 플라즈마의 생성율이 100%가 되는 조건만을 CO 함유 가스의 플라즈마화와 에칭 조건에 이용할 필요가 있지만, 이것으로는 처리 가능한 프로세스 윈도우를 한정하게 된다.
동일한 것은 CO 함유 플라즈마에 CH3OH를 사용한 경우에도 발생하고, 소스 전력(806)이나 압력에 따라서는 생성율이 100%보다 낮아져서, 클리닝 플라즈마의 생성율의 저하는 CO 함유 플라즈마 특유의 문제인 것을 알았다. 또, 본 실험은 유도 결합형의 프라즈마원을 이용해 행하였지만, 다른 프라즈마원을 이용해도, 원리적으로 동일한 것이 발생된다고 생각된다.
본 발명의 목적은 CO 함유 플라즈마의 조건에 관계없이, 안정적으로 클리닝 플라즈마를 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 에칭 방법에 있어서는, 다음과 같은 기술적 수단을 강구했다.
즉, 본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 피에칭재의 에칭시에 진공 용기 내에 카본 퇴적물을 생성하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 상기 피에칭재의 에칭 후에는, 플라즈마 상태를 유지한 채, 상기 피에칭재를 에칭하는 에칭 가스와 상기 카본 퇴적물을 제거하는 클리닝 가스를 전환하여, 상기 진공 용기 내에 퇴적된 카본을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 또한, 상기 에칭 가스에 의해 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 에칭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 또한, 상기 에칭 가스에 가연성 가스를 이용한 경우에는, 상기 클리닝 가스로서 가연성 가스 또는 불활성 가스를 선택하고, 상기 에칭 가스에 불활성 가스를 이용한 경우에는, 상기 클리닝 가스로서 가연성 가스, 지연성(支燃性) 가스 또는 불활성 가스를 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 또한, 상기 에칭 가스와 상기 클리닝 가스의 전환은, 피에칭재의 에칭 후, 소스 전력을 인가한 채, 상기 에칭 가스를 공급하면서 상기 클리닝 가스의 도입을 개시하고, 그 후, 상기 에칭 가스의 도입을 정지하며, 웨이퍼 바이어스 전력은 상기 클리닝 가스의 도입과 동시에 인가를 정지하고, 상기 플라즈마 상태를 유지하여 행해지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 또한, 상기 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을, 상기 진공 용기 내에 도입된 C와 O의 원소를 포함하는 CO 함유 가스에 소스 전력을 인가함으로써 CO 함유 가스를 플라즈마화하고, 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용하여 에칭 가공하며, 당해 CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 가공한 후, 소스 전력을 인가한 채, 클리닝 가스를 도입하고, 그 후 CO 함유 가스의 도입을 정지함으로써, 당해 O 원소 또는 H 원소를 함유한 클리닝 가스를 이용한 클리닝 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 상기 피에칭재의 에칭 후에는, 플라즈마 상태를 유지한 채, 상기 피에칭재를 에칭하는 에칭 가스와 희(希)가스를 전환하고, 이어서, 플라즈마 상태를 유지한 채, 상기 희가스와 상기 카본 퇴적물을 제거하는 클리닝 가스를 전환하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 또한, 상기 에칭 가스와 상기 희가스와 상기 클리닝 가스의 전환은, 상기 피에칭재의 에칭 후에는, 소스 전력을 인가한 채, 상기 에칭 가스를 공급하면서 상기 희가스의 도입을 개시하고, 그 후, 상기 에칭 가스의 도입을 정지하며, 소스 전력을 인가한 채, 상기 희가스를 공급하면서 상기 클리닝 가스의 도입을 개시하고, 그 후, 상기 에칭 가스의 도입을 정지하며, 웨이퍼 바이어스 전력은, 상기 클리닝 가스의 도입과 동시에 인가를 정지하고, 상기 플라즈마 상태를 유지하여 행해지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 플라즈마 에칭 방법은, 상기 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을, 상기 진공 용기 내에 도입된 C와 O의 원소를 포함하는 가연성의 CO 함유 가스에 소스 전력을 인가함으로써 CO 함유 가스를 플라즈마화하고, 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용하여 에칭 가공하며, 당해 가연성 가스를 함유한 CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 가공한 후, 소스 전력을 인가한 채, 진공 용기 내에 희가스 및 N2 가스를 도입하고, 그 후 가연성 가스를 함유한 CO 함유 가스의 도입을 정지하며, 지연성 가스를 함유한 클리닝 가스를 더 도입한 후, 희가스 및 N2 가스의 도입을 정지함으로써, 당해 지연성 가스를 함유한 클리닝 가스를 이용한 클리닝 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, CO 함유 가스를 이용하여 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 가공하는 경우, 에칭 중에 생성된 C계의 퇴적물이 진공 용기 내벽에 부착됨으로써 클리닝 가스의 플라즈마화가 저해되어, 진공 용기 내의 클리닝을 행할 수 없는 경우가 있는데, CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼를 가공한 후, 플라즈마를 유지한 채 클리닝 가스를 도입함으로써, 클리닝 가스를 플라즈마화하는 단계가 없어도, 클리닝 플라즈마를 생성할 수 있어, CO 함유 플라즈마의 조건에 관계없이 안정적으로 진공 용기 내벽의 클리닝을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인, CO 함유 플라즈마와 클리닝 플라즈마를 이용하여 자성막을 가공하는 방법의 시퀀스도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예를 행할 때의 CO 함유 가스와 클리닝 가스와 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)의 타임차트도이다.
도 3은 CO 함유 플라즈마로서 CO와 NH3의 혼합 가스를 이용한 플라즈마를, 클리닝 플라즈마로서 O2 가스를 이용한 플라즈마를 이용하고, 제1 실시예를 이용하여 CO와 NH3의 혼합비를 바꾸어 클리닝 플라즈마의 생성율을 계측한 값을 나타내는 도면이다.
도 4는 에칭 가스 및 클리닝 가스에서 이용하는 가스 종류의 분류표이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예인, 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 플라즈마와 지연성 가스를 함유하는 클리닝 플라즈마를 이용하여 자성막을 가공하는 방법의 시퀀스도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예를 행할 때의 CO 함유 가스와 클리닝 가스와 희가스 및 N2 가스와 소스 전력(806)의 타임차트이다.
도 7은 종래예의 CO 함유 플라즈마와 클리닝 플라즈마를 이용하여 자성막을 가공하는 방법의 시퀀스도이다.
도 8은 본 실험에서 사용한 실험 장치의 개략도이다.
도 9는 CO 함유 플라즈마로서 CO와 NH3의 혼합 가스를 이용한 플라즈마를, 클리닝 플라즈마로서 O2 가스를 이용한 플라즈마를 이용하고, 종래예의 방법에서 CO와 NH3의 혼합비를 바꾸어 클리닝 플라즈마의 생성율을 계측한 값을 나타내는 도면이다.
도 10은 CO/NH3 유량비에 의한 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 C계 퇴적물의 막 두께의 변화를 계측한 값을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명을 실시하기 위한 제1 실시예를 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다.
도 1은 CO 함유 플라즈마와 클리닝 플라즈마를 이용하여 자성막을 가공하는 방법의 시퀀스도이고, 도 2는 도 1의 시퀀스를 행할 때의 CO 함유 가스와 클리닝 가스와 소스 전력(806)의 타임차트를 나타내고 있다. 본 시퀀스는 개략 하기의 7 공정으로 이루어진다.
도 1에 있어서, 단계 S101의 제1 공정은 소정의 처리 조건으로 컨디션을 조정한 진공 용기(801) 내에, Fe나 Co나 Ni 등의 원소를 포함하는 자성막이 성막된 피에칭 웨이퍼(802)를 반입하는 공정이다. 본 공정에 있어서의 소정의 처리 조건이란, 에칭 중에 진공 용기(801)의 온도 변동을 억제하기 위해 미리 진공 용기(801)의 온도가 포화될 때까지 처리를 행하는 에이징 공정이나, 진공 용기(801) 내벽의 상태를 일정하게 유지하기 위하여 진공 용기(801) 내벽에 막을 퇴적시키는 시즈닝 공정이나, 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 막을 제거하는 클리닝 공정을 가리키고, 그때에 이용하는 처리 조건이나 사용하는 웨이퍼의 종류나 사용하는 웨이퍼의 장수는 특별히 한정하지 않는다.
단계 S102의 제2 공정은, CO 함유 가스의 진공 용기(801) 안으로의 공급을 개시하고, 진공 용기(801) 안을 소정의 압력으로 설정한 후, 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 ON으로 함으로써, CO 함유 가스를 플라즈마화하는 공정이다. CO 함유 가스란 CO나 CO2나 COS나 CH3OH나 C2H5OH나 CH3OCH3나 CH3COCH3 등의 C와 O의 원소를 포함하는 단(單)가스나, CO와 NH3의 혼합 가스나 CO와 H2의 혼합 가스나 CO와 H2O의 혼합 가스나 CO와 N2의 혼합 가스나 CO와 H2의 혼합 가스나 CO와 희가스의 혼합 가스 등의 C와 O의 원소를 포함하는 가스와 그 밖의 가스와의 혼합 가스를 나타내고, 가스 중에 C와 O의 원소를 포함하고 있으면 그 가스 종류는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 도 1의 타임차트에서는 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 동시에 ON으로 하고 있지만, 소스 전력(806)을 ON으로 한 후에 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 ON으로 해도, 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 ON으로 한 후에 소스 전력(806)을 ON으로 해도 상관없다.
단계 S103의 제3 공정은, 제2 공정에서 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용하여 피에칭 웨이퍼(802) 상에 형성된 Fe·Co·Ni 등의 원소를 포함하는 자성막에 소정의 에칭을 실시하는 공정이다. 필요하면 제2 공정과 제3 공정에서, 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)의 값은 변경해도 상관없지만, 소스 전력(806)을 OFF로 해서는 안된다. 또, 필요하면 제2 공정과 제3 공정에서, CO 함유 가스의 가스비나 가스의 종류나 가스 유량을 변경해도 상관없다.
단계 S104의 제4 공정은, 클리닝 가스의 진공 용기(801) 안으로의 공급을 개시한 후, CO 함유 가스의 진공 용기(801) 안으로의 도입을 정지하고, 방전을 유지하면서 진공 용기(801) 내의 가스를 CO 함유 가스로부터 클리닝 가스로 변경하는 공정이다. 필요하면 제3 공정과 제4 공정에서 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)은 변경해도 상관없지만, 방전을 유지하기 위하여 제3 공정과 제4 공정에서 소스 전력(806)을 OFF로 해서는 안된다. 제4 공정에서 도입하는 클리닝 가스는 제2와 제3 공정에서 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 C계의 막을 제거하기 위하여 사용하는 것으로, O2 가스나 O2와 희가스를 혼합한 가스 등의 O 원소를 함유한 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 단, C계의 막은 H 원소와의 반응으로도 제거할 수 있는 것이 알려져 있어, H2 가스나 H2O 가스나 H2와 희가스를 혼합한 가스나 H2O와 희가스를 혼합한 가스 등의, H 원소를 함유한 가스를 클리닝 가스로 사용해도 상관없다.
또, 도 2에서는 제4 공정에서 클리닝 가스의 공급을 개시하고 나서, T1만큼 시간이 경과한 후에, CO 함유 가스의 도입을 정지하고 있지만, 진공 용기(801) 내의 가스의 체재 시간이 수십 ms～수백 ms이기 때문에, 클리닝 가스의 공급을 개시함과 동시에 CO 함유 가스의 도입을 정지해도, 진공 용기(801) 내에 가스가 체재하여, 플라즈마는 소실되지 않는다. 그러나, CO 함유 가스의 도입을 정지한 후에, 클리닝 가스의 공급을 개시한 경우, 진공 용기(801) 내에 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 없어져서, 플라즈마가 소실된다. 따라서 플라즈마의 소실을 방지하기 위해서는, T1의 시간은 0초 이상인 것이 바람직하다. 또, 진공 용기(801) 내에 CO 함유 가스와 클리닝 가스의 양자를 도입하고 있는 동안은, 진공 용기(801) 내의 충분한 클리닝을 행할 수 없기 때문에, T1의 시간은 짧은 편이 좋고, 가능한 한 5초 이내로 설정하는 것이 바람직하다. 그 때문에, T1의 값은 0초 이상 5초 이하인 것이 바람직하다.
제4 공정에 있어서, 클리닝 가스 중의 이온이 웨이퍼에 입사함으로써, 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어가는 것을 억제하기 위하여, 웨이퍼 바이어스 전력(810)은 클리닝 가스의 도입과 동시에 OFF로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 피에칭 웨이퍼(802) 상의 막도 적극적으로 클리닝하고 싶은 경우에는 ON으로 한 그대로이어도 상관없다. 이때에 필요하면 제3 공정과 제4 공정에서 웨이퍼 바이어스 전력(810)의 값을 변경해도 상관없다.
단계 S105의 제5 공정은, 클리닝 가스를 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마에 의해 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 C계의 막을 제거하는 공정이다. 필요하면 제4 공정과 제5 공정에서 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)은 변경해도 상관없다. 또, 클리닝 가스 중의 이온이 웨이퍼에 입사함으로써, 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어가는 것을 억제하기 위하여, 웨이퍼 바이어스 전력(810)은 OFF로 하는 것이 바람직하지만, 피에칭 웨이퍼(802) 상의 막도 적극적으로 클리닝하고 싶은 경우에는 ON으로 하고, 소정의 값의 전력을 공급해도 상관없다.
단계 S106의 제6 공정은, 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 OFF로 한 후에 진공 용기(801) 내에 도입하고 있는 클리닝 가스의 도입을 정지하고, 그 후 진공 용기(801) 내의 클리닝 가스를 배기함으로써, 클리닝 플라즈마를 소실시키는 공정이다. 도 2에서는 제6 공정에서 소스 전력(806)을 OFF로 하고 나서, T2만큼 시간이 경과한 후에, 클리닝 가스의 도입을 정지하고 있지만, 진공 용기(801) 내의 가스의 체재 시간이 수십 ms～수백 ms이기 때문에, 소스 전력(806)을 OFF로 함과 동시에 클리닝 가스의 공급을 정지해도, 진공 용기(801) 내에 가스가 체재하여, 플라즈마는 소실되지 않는다. 그러나, 클리닝 가스의 공급을 정지한 후에, 소스 전력(806)을 OFF로 한 경우, 진공 용기(801) 내에 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 없는 상태에서 소스 전력(806)을 인가하게 되어, 소스 전력(806)을 공급하는 전원에 부하가 걸려, 전원이 고장날 가능성이 있다. 그 때문에, T2의 시간은 0초 이상인 것이 바람직하다.
단계 S107의 제7 공정은, 소정의 처리가 완료된 피에칭 웨이퍼(802)를 진공 용기(801) 내로부터 반출하는 공정이다.
실제로 피에칭 웨이퍼(802)에 Si 기판 상에 자성막(CoFeB)을 성막한 웨이퍼를 사용하고, 도 8에 개략도를 나타낸 에칭 장치를 사용하여, 하기에 나타내는 조건으로 실험을 행한바, 자성막을 소정의 형상으로 가공할 수 있고, 도 3에 나타낸 바와 같이 가스비에 관계없이 착화율 100%로 클리닝 플라즈마를 생성할 수 있는 것을 확인했다. 또한, CO 함유 플라즈마를 생성하기 위해 이용한 CO와 NH3는 가연성 가스이고, 클리닝 플라즈마를 생성하기 위해 이용한 O2는 지연성 가스이기 때문에, 혼합하면 배기측에서 폭발할 위험성이 있다. 그 때문에, 처리 중에는 항상 배기구(805)에 10000sccm 이상의 N2를 흐르게 함으로써 배기 가스를 폭발 한계 이하가 될때까지 희석하여, 실험을 행하였다.
[CO 함유 가스의 플라즈마화 조건]
CO와 NH3의 총 가스 유량:60sccm(standard cc per minutes)
진공 용기 내의 압력:2.0Pa 소스 전력:1200W
패러데이 실드 전압:600V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[CO 함유 플라즈마에 의한 에칭 조건]
CO와 NH3의 총 가스 유량:60sccm 진공 용기 내의 압력:0.3Pa
소스 전력:1200W 패러데이 실드 전압:100V 웨이퍼 바이어스 전력:100W
[CO 함유 가스와 클리닝 가스의 교체 조건]
CO와 NH3의 총 가스 유량:60sccm O2 가스 유량:60sccm
진공 용기 내의 압력:1.0Pa 소스 전력:1200W
패러데이 실드 전압:100V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[클리닝 조건]
O2 가스 유량:60sccm 진공 용기 내의 압력:1.0Pa 소스 전력:1200W
패러데이 실드 전압:600V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
[클리닝 플라즈마의 소실 조건]
O2 가스 유량:0sccm 진공 용기 내의 압력:0.001Pa 소스 전력:0W
패러데이 실드 전압:0V 웨이퍼 바이어스 전력:0W
이상의 점에서, CO 함유 가스를 이용하여 피에칭 웨이퍼(802) 상에 형성된 Fe나 Co나 Ni 등의 원소를 포함하는 자성막을 가공하는 경우, 에칭 중에 생성된 C계의 퇴적물이 진공 용기(801) 내벽에 부착됨으로써 클리닝 가스의 플라즈마화가 저해되어, 클리닝 플라즈마를 생성할 수 없어, 진공 용기(801) 내의 클리닝을 행할 수 없는 경우가 있지만, 도 1과 도 2에 나타낸 7가지 공정을 행함으로써, CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼(802) 상에 형성되어 자성막을 가공한 후, 플라즈마를 유지한 채 클리닝 가스를 도입하는 것이 가능해지고, 클리닝 가스를 플라즈마화하는 단계가 없어도 클리닝 플라즈마를 생성함으로써, CO 함유 플라즈마의 조건에 관계없이, 안정적으로 클리닝 플라즈마를 생성할 수 있다.
단계 S104의 제4 공정으로부터 단계 S106의 제6 공정에 있어서, 진공 용기(801) 내벽에 부착된 C계의 퇴적물을 제거할 때의 클리닝 플라즈마의 처리 시간에 특별히 규정은 없지만, O 원소를 함유한 가스나 H 원소를 함유한 가스를 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마에 의해, 진공 용기(801) 내벽에 부착된 C계의 퇴적물을 충분히 클리닝하기 위해서는 제4 공정에서 제6 공정까지의 합계 처리 시간을 3초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, O 원소를 함유한 가스나 H 원소를 함유한 가스를 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마에 피에칭 웨이퍼(802)를 장시간 노출한 경우, 플라즈마에 의해 피에칭 웨이퍼(802) 상에 성막된 막에 데미지가 들어갈 가능성이 있기 때문에, 제4 공정에서 제6 공정까지의 합계 처리 시간을 120초 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 도 3에 나타낸 실시예에서는, CO 함유 플라즈마를 생성하기 위해 가연성 가스인 CO와 NH3을, 클리닝 플라즈마를 생성하기 위해 지연성 가스인 O2를 사용하였으나, 가연성 가스와 지연성 가스를 혼합하여 흐르게 한 경우, 배기측에서 폭발이 일어날 위험성이 있다. 그 때문에, 도 1과 도 2에 있어서의 제4 공정(CO 함유 가스와 클리닝 가스의 교체)을 행할 때에, 가연성 가스와 지연성 가스의 혼합에 의한 폭발을 억제하기 위해, 항상 배기 구멍에 N2를 흐르게 함으로써 배기 가스가 폭발 한계 이하가 될 때까지 희석한 상태로 하여, 실험을 행할 필요가 있었다.
한편, CO 함유 플라즈마를 생성하기 위해 가연성 가스를 이용한 경우에도, 클리닝 플라즈마를 생성하기 위해 가연성 가스나 불활성 가스를 이용한 경우, 폭발의 위험성은 없어, N2로 배기 가스를 희석할 필요가 없다. 또, CO 함유 플라즈마를 생성하기 위하여, 불활성 가스를 이용한 경우에는, 클리닝 플라즈마에 가연성 가스나 지연성 가스나 불활성 가스를 이용해도 폭발의 위험성은 없어, N2로 배기 가스를 희석할 필요가 없다.
즉, 도 4에 나타낸 가연성 가스와 지연성 가스와 불활성 가스의 분류를 나타낸 매트릭스표에 있어서, CO 함유 가스에 가연성 가스를 이용한 경우에는, 클리닝 가스에 가연성 가스 또는 불활성 가스를 선택해 이용함으로써 폭발의 위험 없이 본 실시예를 행할 수 있다. 또, CO 함유 가스에 불활성 가스를 이용한 경우에는, 클리닝 가스에 가연성 가스나 지연성 가스나 불활성 가스를 이용함으로써 폭발의 위험 없이 본 실시예를 행할 수 있다.
본 발명을 실시하기 위한 제2 실시예를 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는 가연성 가스를 포함하는 CO 함유 가스를 이용하여 생성된 CO 함유 플라즈마와, 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마를 이용하여 자성막을 가공하는 방법의 시퀀스도이고, 도 6은 도 5의 시퀀스를 행할 때에 사용하는 CO 함유 가스와 희가스와 클리닝 가스와 소스 전력(806)의 타임차트를 나타내고 있다. 본 시퀀스는 개략 하기의 8 공정으로 이루어진다.
도 5에 있어서, 단계 S501의 제1 공정은 소정의 처리 조건으로 컨디션을 조정한 진공 용기(801) 내에, Fe·Co·Ni 등의 원소를 포함하는 자성막이 성막된 피에칭 웨이퍼(802)를 반입하는 공정이다. 본 공정에 있어서의 소정의 처리 조건이란, 에칭 중에 진공 용기(801)의 온도 변동을 억제하기 위해 미리 진공 용기(801)의 온도가 포화될 때까지 처리를 행하는 에이징 공정이나, 진공 용기(801) 내벽의 상태를 일정하게 유지하기 위해 진공 용기(801) 내벽에 막을 퇴적시키는 시즈닝 공정이나, 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 막을 제거하는 클리닝 공정을 가리키고, 그때에 이용하는 처리 조건이나 사용하는 웨이퍼의 종류나 사용하는 웨이퍼의 장수는 특별히 한정하지 않는다.
단계 S502의 제2 공정은, 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스의 진공 용기(801) 안으로의 공급을 개시하고, 진공 용기(801) 안을 소정의 압력으로 설정한 후, 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 ON으로 함으로써, 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스를 플라즈마화하는 공정이다. 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스란 CO나 COS나 C2H4O나, CH3OH나 C2H5OH나 CH3OCH3나 CH3COCH3 등의 C와 O의 원소를 포함하는 가연성의 단가스나, CO와 NH3의 혼합 가스나 CO와 H2의 혼합 가스나 CO와 H2O의 혼합 가스나 CO와 N2의 혼합 가스나 CO와 H2의 혼합 가스나 CO와 희가스의 혼합 가스 등의 C와 O의 원소를 포함하는 가스와 그 밖의 가스와의 혼합 가스를 나타내고, 가스 중에 C와 O의 원소를 포함한 가연성 가스이면, 그 가스 종류는 특별히 한정하지 않는다. 또한, 도 6의 타임차트에서는 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 동시에 ON으로 하고 있지만, 소스 전력(806)을 ON으로 한 후에 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 ON으로 해도, 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 ON으로 한 후에 소스 전력(806)을 ON으로 해도 상관없다.
단계 S503의 제3 공정은, 제2 공정에서 생성된 가연성 가스를 포함하는 가스를 이용하여 생성한 CO 함유 플라즈마를 이용하여 피에칭 웨이퍼(802) 상에 형성된 자성막에 소정의 에칭을 실시하는 공정이다. 필요하면 제2 공정과 제3 공정에서, 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)의 값은 변경해도 상관없지만, 소스 전력(806)을 OFF로 해서는 안된다. 또, 필요하면 제2 공정과 제3 공정에서, 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스의 가스비나 가스의 종류나 가스 유량을 변경해도 상관없다.
단계 S504의 제4 공정은, He·Ne·Ar·Kr·Xe 등의 희가스 및 N2 가스를 진공 용기(801) 안으로의 공급을 개시한 후, 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스의 진공 용기(801) 안으로의 도입을 정지하고, 방전을 유지하면서 진공 용기(801) 내의 가스를 CO 함유 가스로부터 희가스 및 N2 가스로 변경하는 공정이다. 필요하면 제3 공정과 제4 공정에서 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)은 변경해도 상관없지만, 방전을 유지하기 위해 제3 공정과 제4 공정 사이에서 소스 전력(806)을 OFF로 해서는 안된다.
도 6에서는 제4 공정에서 희가스 및 N2 가스의 공급을 개시하고 나서, T3만큼 시간이 경과한 후에, CO 함유 가스의 도입을 정지하고 있지만, 진공 용기(801) 내의 가스의 체재 시간이 수십 ms～수백 ms이기 때문에, 희가스 및 N2 가스의 공급을 개시함과 동시에 CO 함유 가스의 도입을 정지해도, 진공 용기(801) 내에 가스가 체재하여, 플라즈마는 소실되지 않는다. 그러나, CO 함유 가스의 도입을 정지한 후에, 희가스 및 N2 가스의 공급을 개시한 경우, 진공 용기(801) 내에 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 없어져서, 플라즈마가 소실된다. 그 때문에, T3의 시간은 0초 이상인 것이 바람직하다. 제4 공정에 있어서, 희가스 및 N2 가스 중의 이온이 웨이퍼에 입사함으로써, 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어가는 것을 억제하기 위해, 웨이퍼 바이어스 전력(810)은 희가스 및 N2 가스의 도입과 동시에 OFF로 하는 것이 바람직하다.
단계 S506의 제5 공정은, 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스를 진공 용기(801) 안으로의 공급을 개시한 후, 희가스 및 N2 가스의 진공 용기(801) 안으로의 도입을 정지하고, 방전을 유지하면서 진공 용기(801) 내의 가스를 희가스 및 N2 가스로부터 지연성 함유하는 클리닝 가스로 변경하는 공정이다. 필요하면 제4 공정과 제5 공정에서 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)은 변경해도 상관없지만, 방전을 유지하기 위해 제4 공정과 제5 공정의 사이에서 소스 전력(806)을 OFF로 해서는 안된다. 또, 제5 공정에서 도입하는 지연성 가스를 함유한 클리닝 가스는 제2와 제3 공정에서 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 C계의 막을 제거하기 위해 사용하는 것이다.
도 6에서는 제5 공정에서 클리닝 가스의 공급을 개시하고 나서, T4만큼 시간이 경과한 후에, 희가스 및 N2 가스의 도입을 정지하고 있지만, 진공 용기(801) 내의 가스의 체재 시간이 수십 ms～수백 ms이기 때문에, 클리닝 가스의 공급을 개시함과 동시에 희가스 및 N2 가스의 도입을 정지해도, 진공 용기(801) 내에 가스가 체재하여, 플라즈마는 소실되지 않는다. 그러나, 희가스 및 N2 가스의 도입을 정지한 후에, 클리닝 가스의 공급을 개시한 경우, 진공 용기(801) 내에 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 없어져서, 플라즈마가 소실된다. 그 때문에, T4의 시간은 0초 이상인 것이 바람직하다.
또, 단계 S505의 제5 공정에 있어서, 클리닝 가스 중의 이온이 웨이퍼에 입사함으로써, 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어가는 것을 억제하기 위하여, 웨이퍼 바이어스 전력(810)은 OFF로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 피에칭 웨이퍼(802) 상의 막도 적극적으로 클리닝하고 싶은 경우에는 ON으로 하여, 소정의 값의 전력을 공급해도 상관없다.
단계 S506의 제6 공정은, 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스를 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마에 의해 진공 용기(801) 내벽에 퇴적된 C계의 막을 제거하는 공정이다. 필요하면 제5 공정과 제6 공정에서 진공 용기(801) 내의 압력과 소스 전력(806)은 변경해도 상관없다. 또, 제6 공정에 있어서 클리닝 가스 중의 이온이 웨이퍼에 입사함으로써, 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어가는 것을 억제하기 위하여, 웨이퍼 바이어스 전력(810)은 OFF로 하는 것이 바람직하지만, 피에칭 웨이퍼(802) 상의 막도 적극적으로 클리닝하고 싶은 경우에는 ON으로 하여, 소정의 값의 전력을 공급해도 상관없다.
단계 S507의 제7 공정은, 소스 전력(806)과 웨이퍼 바이어스 전력(810)을 OFF로 한 후에 진공 용기(801) 내에 도입하고 있는 지연성 가스를 포함하는 클리닝 가스의 도입을 정지하고, 그 후 진공 용기(801) 내의 클리닝 가스를 배기함으로써, 클리닝 플라즈마를 소실시키는 공정이다. 도 6에서는 제6 공정에서 소스 전력(806)을 OFF로 하고 나서, T5만큼 시간이 경과한 후에, 클리닝 가스의 도입을 정지하고 있지만, 진공 용기(801) 내의 가스의 체재 시간이 수십 ms～수백 ms이기 때문에, 소스 전력(806)을 OFF로 함과 동시에 클리닝 가스의 공급을 정지해도, 진공 용기(801) 내에 가스가 체재하여, 플라즈마는 소실되지 않는다. 그러나, 클리닝 가스의 공급을 정지한 후에, 소스 전력(806)을 OFF로 한 경우, 진공 용기(801) 내에 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 없는 상태에 소스 전력(806)을 인가하게 되어, 소스 전력(806)을 공급하는 전원에 부하가 걸려, 전원이 고장날 가능성이 있다. 그 때문에, T5의 시간은 0초 이상인 것이 바람직하다.
단계 S508의 제8 공정은, 소정의 처리가 피에칭 웨이퍼(802)를 진공 용기(801) 내로부터 반출하는 공정이다. CO 함유 가스에 가연성 가스를 이용하고, 클리닝 가스에 지연성 가스를 함유하는 가스를 이용한 경우에 도 1과 도 2에 나타낸 제1 실시예를 이용한 경우, 도 1과 도 2의 제4 공정시에 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스와 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스가 진공 용기(801)의 배기측에서 혼합되어, 배기된 가스를 N2 등의 가스로 희석하지 않으면 폭발할 위험성이 있지만, 상기에 서술한 제2 실시예를 이용함으로써, 도 5와 도 6의 제5 공정에서 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스와 희가스 및 N2 가스를 교체하는 것이 가능해 지고, 또 도 5와 도 6의 제5 공정에서 희가스 및 N2 가스와 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스를 교체하는 것이 가능해지기 때문에, 가연성 가스를 함유하는 CO 함유 가스와 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스가 혼합되는 것을 방지한 채, 클리닝 가스를 플라즈마화하는 단계가 없어도 클리닝 플라즈마를 생성할 수 있고, CO 함유 플라즈마의 조건에 관계없이, 안정적으로 클리닝 플라즈마를 생성하고, 또한, 배기된 가스를 N2 등의 가스로 희석하지 않아도 폭발할 위험성이 없어진다.
도 5와 도 6의 제4 공정에 있어서 가연성 가스를 함유하는 CO 가스와 희가스 및 N2 가스를 교체하는 시간과 제5 공정에 있어서 희가스 및 N2 가스와 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스를 교체하는 시간의 공정의 합계 시간이 너무 짧으면, 진공 용기(801) 내에서 가연성 가스를 함유하는 CO 가스와 지연성 가스를 함유하는 클리닝 가스가 혼합될 가능성이 있지만, 통상 진공 용기(801) 내에서의 가스의 평균 체재 시간은 수십～수백 ms이기 때문에, 제4 공정과 제5 공정의 합계 시간이 1초 이상이면 혼합될 가능성은 없다. 또, 도 5와 도 6의 제4 공정과 제5 공정의 시간이 너무 길면, 희가스에 의해 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어갈 가능성이 있기 때문에, 제4 공정과 제5 공정 시간을 30초 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 단계 S505의 제5 공정으로부터 단계 S507의 제7 공정에 있어서, 진공 용기(801) 내벽에 부착된 C계의 퇴적물을 제거할 때의 클리닝 플라즈마의 처리 시간에 특별히 규정은 없지만, 지연성 가스를 함유한 가스를 이용하여 생성된 플라즈마에 의해, 진공 용기(801) 내벽에 부착된 C계의 퇴적물을 충분히 클리닝 하기 위해서는 제5 공정에서 제7 공정까지의 합계의 처리 시간을 3초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 지연성 가스를 함유한 가스를 이용하여 생성된 클리닝 플라즈마에 피에칭 웨이퍼(802)를 장시간 노출한 경우, 플라즈마에 의해 피에칭 웨이퍼(802)에 데미지가 들어갈 가능성이 있기 때문에, 제5 공정에서 제7 공정까지의 합계 처리 시간을 120초 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, C와 O의 원소를 함유하는 가스를 이용하여 자성막을 가공하는 공정을 행한 후에 안정적으로 진공 용기(801) 내벽을 클리닝하기 위한 플라즈마를 생성할 수 있어, 자기 저항 메모리 등에 사용되는 자성막의 생산 안정성을 현저히 높일 수 있다.
801:진공 용기 802:피에칭 웨이퍼
803:웨이퍼 스테이지 804:가스 도입 구멍
805:배기구 806:소스 전력
807:안테나 808:패러데이 실드
809:패러데이 실드 전압 810:웨이퍼 바이어스 전력
811:클리닝 웨이퍼

Claims (8)

  1. 피처리체의 에칭시에 진공 용기 내에 카본 퇴적물을 생성하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리체의 에칭 후에는, 플라즈마 상태를 유지한 채, 상기 피처리체를 에칭하는 에칭 가스와 상기 카본 퇴적물을 제거하는 클리닝 가스를 전환하여, 상기 진공 용기 내에 퇴적된 카본을 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 가스에 의해, 상기 피처리체로서 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 에칭하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에칭 가스에 가연성 가스를 이용한 경우에는, 상기 클리닝 가스로서 가연성 가스 또는 불활성 가스를 선택하고, 상기 에칭 가스에 불활성 가스를 이용한 경우에는, 상기 클리닝 가스로서 가연성 가스, 지연성 가스 또는 불활성 가스를 선택하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에칭 가스와 상기 클리닝 가스의 전환은, 피에칭재의 에칭 후, 소스 전력을 인가한 채, 상기 에칭 가스를 공급하면서 상기 클리닝 가스의 도입을 개시하고, 그 후, 상기 에칭 가스의 도입을 정지하며, 웨이퍼 바이어스 전력은 상기 클리닝 가스의 도입과 동시에 인가를 정지하고, 상기 플라즈마 상태를 유지하여 행해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을, 상기 진공 용기 내에 도입된 C와 O의 원소를 포함하는 CO 함유 가스에 소스 전력을 인가함으로써 CO 함유 가스를 플라즈마화하고, 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용하여 에칭 가공하며, 당해 CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 가공한 후, 소스 전력을 인가한 채, 클리닝 가스를 도입하고, 그 후 CO 함유 가스의 도입을 정지함으로써, 당해 O 원소 또는 H 원소를 함유한 클리닝 가스를 이용한 클리닝 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피처리체의 에칭 후에는, 플라즈마 상태를 유지한 채, 상기 피처리체를 에칭하는 에칭 가스와 희가스를 전환하고, 이어서, 플라즈마 상태를 유지한 채, 상기 희가스와 상기 카본 퇴적물을 제거하는 클리닝 가스를 전환하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에칭 가스와 상기 희가스와 상기 클리닝 가스의 전환은, 상기 피처리체의 에칭 후에는, 소스 전력을 인가한 채, 상기 에칭 가스를 공급하면서 상기 희가스의 도입을 개시하고, 그 후, 상기 에칭 가스의 도입을 정지하며, 소스 전력을 인가한 채, 상기 희가스를 공급하면서 상기 클리닝 가스의 도입을 개시하고, 그 후, 상기 에칭 가스의 도입을 정지하며, 웨이퍼 바이어스 전력은, 상기 클리닝 가스의 도입과 동시에 인가를 정지하고, 상기 플라즈마 상태를 유지하여 행해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을, 상기 진공 용기 내에 도입된 C와 O의 원소를 포함하는 가연성의 CO 함유 가스에 소스 전력을 인가함으로써 CO 함유 가스를 플라즈마화하고, 생성된 CO 함유 플라즈마를 이용하여 에칭 가공하며, 당해 가연성 가스를 함유한 CO 함유 플라즈마로 피에칭 웨이퍼 상에 형성된 자성막을 가공한 후, 소스 전력을 인가한 채, 진공 용기 내에 희가스 및 N2 가스를 도입하고, 그 후 가연성 가스를 함유한 CO 함유 가스의 도입을 정지하며, 지연성 가스를 함유한 클리닝 가스를 더 도입한 후, 희가스 및 N2 가스의 도입을 정지함으로써, 당해 지연성 가스를 함유한 클리닝 가스를 이용한 클리닝 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
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