KR20160013004A - 에칭 방법 및 에칭 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

공급되는 가스에 의해 피처리체를 플라스마 에칭하는 에칭 방법에 있어서, 피처리체의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 1 온조 기구에 의해 포커스 링의 온도를 조정하고, 상기 포커스 링의 온도가 목표값에 도달할 때까지의 시간 변동을 계측하고, 미리 설정된 시간 변동과 포커스 링의 소모 정도의 상관 관계에 근거하여, 상기 계측된 시간 변동으로부터 상기 포커스 링의 소모 정도를 추정하고, 상기 추정된 포커스 링의 소모 정도에 근거하여, 상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는, 에칭 방법이 제공된다.

Description

에칭 방법 및 에칭 장치{ETCHING METHOD AND ETCHING DEVICE}
에칭 방법 및 에칭 장치에 관한 것이다.
포커스 링은 스테이지에 탑재된 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 설치되어 있다. 플라스마 프로세스에 있어서 포커스 링은 프로세스에 폭로되며, 소모된다. 그래서, 포커스 링의 소모 정도를 추정하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1, 2를 참조).
일본 특허 공개 제 2007-258417 호 공보 일본 특허 공개 제 2006-253541 호 공보
포커스 링이 소모되는 것에 의해, 포커스 링의 두께는 경시적으로 변화된다. 이에 따라서, 포커스 링 근방의 웨이퍼의 엣지 부근의 시스의 전계 분포에 변화가 생긴다. 시스의 전계 분포의 변화는 이온의 거동에 영향을 준다. 이것에 의해, 웨이퍼의 엣지에 있어서의 에칭 레이트가 경시적으로 변화되며, 에칭 레이트의 면내 균일성에 영향을 준다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 에칭 레이트의 면내 균일성을 높이는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 하나의 양태에 의하면,
공급되는 가스에 의해 피처리체를 플라스마 에칭하는 에칭 방법에 있어서,
피처리체의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 1 온조 기구에 의해 포커스 링의 온도를 조정하고, 상기 포커스 링의 온도가 목표값에 도달할 때까지의 시간 변동을 계측하는 단계와,
미리 설정된 시간 변동과 포커스 링의 소모 정도의 상관 관계에 근거하여, 상기 계측된 시간 변동으로부터 상기 포커스 링의 소모 정도를 추정하는 단계와,
상기 추정된 포커스 링의 소모 정도에 근거하여, 상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는 단계를 포함하는 에칭 방법이 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 다른 양태에 의하면,
챔버 내에 공급되는 가스에 의해 피처리체를 플라스마 에칭하는 에칭 장치에 있어서,
포커스 링의 온도를 피처리체의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 1 온조 기구와,
상기 제 1 온조 기구에 의해 상기 포커스 링의 온도를 목표값으로 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 제 1 온조 기구에 의해 포커스 링의 온도를 조정하고, 상기 포커스 링의 온도가 목표값에 도달할 때까지의 시간 변동을 계측하며,
미리 설정된 시간 변동과 포커스 링의 소모 정도와의 상관 관계에 근거하여, 상기 계측된 시간 변동으로부터 상기 포커스 링의 소모 정도를 추정하고,
상기 추정된 포커스 링의 소모 정도에 근거하여, 상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는 에칭 장치가 제공된다.
하나의 양태에 의하면, 에칭 레이트의 면내 균일성을 높일 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 에칭 장치의 종단면도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 탑재대 및 정전 척의 종단면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 에칭 레이트의 경시적인 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 포커스 링의 온도 조정에 의한 효과를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 포커스 링의 온도와 래디컬의 거동의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 포커스 링의 온도와 래디컬의 거동의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 포커스 링의 온도 제어 시간의 변동과 포커스 링의 소모 정도와의 상관 관계를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 포커스 링의 온도 보정 처리를 실행하기 위한 흐름도이다.
도 9는 일 실시형태에 따른 포커스 링의 두께와 온도 보정의 관계를 나타낸 일 예의 도면이다.
도 10은 일 실시형태에 따른 포커스 링의 온도 제어 처리를 실행하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하는 것에 의해 중복된 설명을 생략한다.
[에칭 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성에 대하여, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 일 실시형태에 따른 에칭 장치의 종단면도이다.
본 실시형태에서는, 하부 2주파의 용량 결합형 플라스마 에칭 장치를 예로 들어 설명한다. 단, 본 실시형태에 따른 에칭 장치(1)는 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 상부 및 하부 2주파의 용량 결합형 플라스마 에칭 장치나 그 이외의 플라스마 에칭 장치라도 좋다.
에칭 장치(1)는, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 챔버(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다. 챔버(10)에서는, 플라스마에 의해 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼(W)라 함)에 에칭 처리가 실시된다. 웨이퍼(W)는 피처리체의 일 예이다. 웨이퍼(W)의 직경은 300㎜이어도 450㎜이어도 좋다.
챔버(10) 내에는, 웨이퍼(W)를 탑재하는 탑재대(12)가 마련되어 있다. 탑재대(12)는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지며, 절연성의 통형상 보지부(14)를 거쳐서 통형상 지지부(16)에 지지되어 있다. 탑재대(12)의 상면에 있어서 정전 척(40)의 주연부에는, 에칭의 면내 균일성을 높이기 위해서, 예를 들면 실리콘으로 구성된 포커스 링(18)이 배치되어 있다.
챔버(10)의 측벽과 통형상 지지부(16) 사이에는 배기로(20)가 형성되어 있다. 배기로(20)에는 환상의 배플판(22)이 장착되어 있다. 배기로(20)의 저부에는 배기구(24)가 마련되며, 배기관(26)을 거쳐서 배기 장치(28)에 접속되어 있다. 배기 장치(28)는 도시하지 않은 진공 펌프를 갖고 있으며, 챔버(10) 내의 처리 공간을 소정의 진공도까지 감압한다. 챔버(10)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입 출구를 개폐하는 반송용의 게이트 밸브(30)가 장착되어 있다.
탑재대(12)에는, 이온 인입용의 제 1 고주파 전원(31) 및 플라스마 생성용의 제 2 고주파 전원(32)이 정합기(33) 및 정합기(34)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(31)은, 탑재대(12) 상의 웨이퍼(W)에 플라스마의 이온을 인입하는 것에 적합한, 예를 들면 0.8㎒의 주파수의 제 1 고주파 전력을 탑재대(12)에 인가한다. 제 2 고주파 전원(32)은, 챔버(10) 내에서 플라스마를 생성하기 위해서 적합한, 예를 들면 60㎒의 주파수의 제 2 고주파 전력을 탑재대(12)에 인가한다. 이와 같이 해서 탑재대(12)는 하부 전극으로서도 기능한다. 챔버(10)의 천정부에는, 후술하는 샤워 헤드(38)가 접지 전위의 상부 전극으로서 마련되어 있다. 이것에 의해, 제 2 고주파 전원(32)으로부터의 고주파 전력은 탑재대(12)와 샤워 헤드(38) 사이에 용량적으로 인가된다.
탑재대(12)의 상면에는 정전 척(40)이 마련되어 있다. 정전 척(40)은 도전막으로 이루어지는 전극(40a)을 한쌍의 절연층(40b)(도 2를 참조)의 사이에 끼워넣은 것이다. 전극(40a)에는, 스위치(43)를 거쳐서 직류 전압원(42)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(40)은, 직류 전압원(42)으로부터의 전압에 의해, 쿨롱력으로 웨이퍼(W)를 정전 척(40) 상에 흡착 보지한다.
전열 가스 공급원(52)은 He 가스 등의 전열 가스를 가스 공급 라인(54)을 통하여 정전 척(40)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급한다.
천정부의 샤워 헤드(38)는 다수의 가스 통기 구멍(56a)을 갖는 전극판(56)과, 전극판(56)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(58)를 구비한다. 가스 공급원(62)은 가스 공급 배관(64)을 거쳐서 가스 도입구(60a)로부터 샤워 헤드(38) 내에 가스를 공급한다. 가스는 다수의 가스 통기 구멍(56a)으로부터 챔버(10) 내에 도입된다.
탑재대(12)의 내부에는 냉매관(70)이 마련되어 있다. 냉매관(70)에는, 칠러 유닛(71)으로부터 배관(72, 73)을 거쳐서 소정 온도의 냉매가 순환 공급된다. 또한, 정전 척(40)에는 히터(75)가 매설되어 있다. 히터(75)에는 교류 전원(44)으로부터 소망의 전압이 인가된다. 이러한 구성에 의하면, 칠러 유닛(71)에 의한 냉각과 히터(75)에 의한 가열에 의해서 웨이퍼(W)를 소망의 온도로 조정할 수 있다. 또한, 이러한 온도 제어는 제어부(80)로부터의 지령에 근거하여 실행된다.
제어부(80)는, 에칭 장치(1)에 장착된 각 부(部), 예를 들어 배기 장치(28), 교류 전원(44), 직류 전압원(42), 정전 척용의 스위치(43), 제 1 및 제 2 고주파 전원(31, 32), 정합기(33, 34), 전열 가스 공급원(52), 가스 공급원(62) 및 칠러 유닛(71)을 제어한다. 또한, 제어부(80)는 도시하지 않은 호스트 컴퓨터와도 접속되어 있다.
제어부(80)는 도시하지 않은 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory)을 구비한다. 기억부(81)는, 예를 들면 반도체 메모리, 자기 디스크, 또는 광학 디스크 등을 이용한 RAM 또는 ROM에 의해 실현될 수 있다. 기억부(81)는 에칭 처리용의 레시피나 그 이외의 데이터(예를 들면, 포커스 링(18)의 온도 제어값)를 기억하고 있다. 또한, 기억부(81)는 포커스 링의 온도 제어 시간과 포커스 링의 두께의 상관 관계를 기억하고 있다.
제어부(80)는 CPU를 이용하여 에칭 처리를 실행한다. CPU는 기억부(81)에 기억된 레시피에 정의된 에칭 순서로 에칭 처리를 실행한다. CPU는, 기억부(81)에 기억된 포커스 링의 온도 보정 처리 프로그램 및 온도 제어 처리 프로그램을 실행하는 것에 의해, 포커스 링의 온도 보정 및 온도 제어를 실행한다. 포커스 링의 온도 보정 처리 및 포커스 링의 온도 제어 처리에 대해서는 후술한다.
이러한 구성의 에칭 장치(1)에 있어서, 에칭을 실행하려면, 우선 게이트 밸브(30)를 개구해서 도시하지 않은 반송 아암 상에 보지된 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내에 반입한다. 웨이퍼(W)는, 도시하지 않은 푸셔 핀에 의해 보지되며, 푸셔 핀이 강하하는 것에 의해 정전 척(40) 상에 탑재된다. 웨이퍼(W)를 반입한 후, 게이트 밸브(30)는 폐쇄되며, 가스 공급원(62)으로부터 에칭 가스를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내에 도입하고, 배기 장치(28)에 의해 챔버(10) 내의 압력을 설정값으로 감압한다. 또한, 제 1 고주파 전원(31) 및 제 2 고주파 전원(32)으로부터 소정의 파워의 고주파 전력을 탑재대(12)에 공급한다. 또한, 직류 전압원(42)으로부터의 전압을 정전 척(40)의 전극(40a)에 인가하는 것에 의해, 웨이퍼(W)가 정전 척(40) 상에 고정된다. 또한, 전열 가스가 정전 척(40)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급된다. 에칭 가스는 샤워 헤드(38)로부터 샤워 형상으로 도입되며, 제 2 고주파 전원(32)으로부터의 고주파 전력에 의해 전리 및 해리된다. 이것에 의해, 상부 전극(샤워 헤드(38))과 하부 전극(탑재대(12))의 사이의 플라스마 생성 공간에서 플라스마가 생성되며, 플라스마 중의 래디컬이나 이온에 의해서 웨이퍼(W)의 주면이 에칭된다. 또한, 제 1 고주파 전원(31)으로부터의 고주파 전력에 의해 웨이퍼(W)를 향하여 이온을 인입할 수 있다.
플라스마 에칭 종료 후, 웨이퍼(W)는 푸셔 핀에 의해 들어 올려지고, 반송 아암 상에 보지된 상태에서, 개구된 게이트 밸브(30)로부터 반출되며, 다음의 웨이퍼(W)가 반송 아암에 의해 챔버(10) 내에 반입된다. 이 처리를 반복하는 것에 의해 연속하여 웨이퍼(W)가 처리된다. 이상, 본 실시형태에 따른 에칭 장치의 전체 구성에 대해 설명했다.
[히터]
다음에, 히터(75)의 내부 구조에 대해, 도 2를 참조하면서 설명한다. 본 실시형태의 히터(75)는 내주측의 센터 히터(A), 중앙의 미들 히터(B) 및 외주측의 엣지 히터(C)로 나누어져 있다. 엣지 히터(C)는 포커스 링(18)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 1 온조 기구의 일 예이다. 엣지 히터(C)는 1개 또는 2개 이상의 히터로 분할되어도 좋다. 포커스 링(18)의 온도는 엣지 히터(C)에 의해서 포커스 링(18)의 온도의 목표값으로 조정된다. 후술하는 바와 같이, 목표값은 포커스 링(18)의 소모 정도에 따라서 보정된다.
센터 히터(A) 및 미들 히터(B)는 웨이퍼(W)의 온도를 포커스 링(18)의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 2 온조 기구의 일 예이다. 센터 히터(A) 및 미들 히터(B)는 1개로 일체화되어도 좋고, 복수로 분할되어도 좋다.
본 실시형태에 따른 정전 척(40)에서는, 정전 척 내에 히터를 내장하는 것에 의해, 웨이퍼(W)나 포커스 링(18)을 고속으로 온도 조정하는 히터 내장 정전 척 기구가 이용되고 있다. 히터 내장 정전 척 기구에서는, 예를 들면 체적 저항율이 1×1014Ω㎝ 이상의 체적 저항율이 높은 부재가 정전 척(40)에 채용되어 있다.
[에칭 레이트의 변동]
다음에, 웨이퍼(W)의 엣지부에 있어서의 에칭 레이트의 변동에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 일 실시형태에 따른 에칭 레이트의 변동을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는, 플라스마 중의 이온을 CFx＋로 표시하며, 래디컬을 CFx*로 표시한다.
에칭 장치(1)에 있어서, 플라스마 프로세스 중, 포커스 링(18)은 플라스마에 폭로되고, 소모된다. 도 3의 (a)에 도시한 포커스 링(18)이 신품이라고 가정한 경우, 포커스 링(18)이 소모되면 포커스 링의 두께는 경시적으로 변화되어, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 얇아진다.
이에 따라서, 웨이퍼(W)의 엣지(최외주) 부근의 시스(Sheath)의 전계 분포에 변화가 생긴다. 구체적으로는, 도 3의 (a)에서는, 웨이퍼(W)의 엣지 부근(R1)에서 시스에 의한 전계의 휨은 발생하고 있지 않다. 한편, 도 3의 (b)에서는, 포커스 링(18)의 소모에 의해 포커스 링(18)의 두께가 얇아졌기 때문에 웨이퍼(W)의 엣지 부근(R2)에서 시스에 의한 전계의 휨이 발생하고 있다.
시스의 전계 분포의 변화는 이온 CFx＋의 거동에 영향을 준다. 즉, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 시스에 의한 전계의 휨이 발생하고 있는 상태에서는, 이온은 웨이퍼(W)의 엣지측으로 굽혀져 진행된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 엣지 부근(R2)에 있어서의 이온의 주입이 증가되어, 엣지 부근(R2)에서 에칭 레이트가 높아진다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(W)의 엣지에 있어서의 에칭 레이트가 포커스 링(18)의 소모 정도에 따라 경시적으로 변화되는 것에 의해, 에칭 레이트의 면내 균일성이 나빠진다.
[포커스 링의 온도 조정]
이것에 대하여, 발명자들은, 포커스 링(18)을 온도 조정하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지에 대해 에칭 레이트를 제어할 수 있는지의 여부의 실험을 실행했다. 이 실험에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에 Low-k막, TEOS(테트라에틸 오르토실리케이트 : Tetraethyl orthosilicate)막, TiN(질화 티탄)막이 적층된 다층막을 피에칭 대상막으로 하여 에칭 처리가 실행되었다. 그 때의 프로세스 조건은 이하와 같다.
<프로세스 조건>
압력 80mT(10.666Pa)
제 1 고주파 전력(LF)/제 2 고주파 전력(HF) 200W/400W
가스 종류 및 가스 유량 C4F8/Ar/N2/O2=30/1200/70/23sccm
온도
엣지 히터(C)는 포커스 링(18)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도 제어와는 독립하여 제어할 수 있기 때문에, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 포커스 링(18)의 온도는 엣지 히터(C)에 의해 10℃, 30℃, 70℃로 제어되었다. 웨이퍼(W)의 센터 및 미들의 온도는 센터 히터(A) 및 미들 히터(B)에 의해 모두 30℃로 제어되었다.
도 4의 (a)는 상기 온도 제어 하에서 에칭 처리를 실행한 결과, 웨이퍼(W)의 각 위치(센터, 미들, 엣지)에 형성된 피에칭막의 에칭 형상을 나타낸 SEM 화상이다.
도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 SEM 화상으로 나타낸 피에칭막의 에칭 깊이(D)를 도시한다. 횡축에 도시한 웨이퍼(W)의 센터, 미들에서는, 종축에 도시한 에칭 깊이(D)는 거의 변화되어 있지 않다. 한편, 웨이퍼(W)의 엣지에서는 포커스 링(18)을 고온으로 할수록 에칭 깊이(D)는 저하되었다. 즉, 포커스 링(18)의 온도 제어를 웨이퍼(W)의 온도 제어와는 독립하여 실행하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 에칭 깊이(D)를 독립하여 제어할 수 있는 것을 알 수 있었다. 그 결과로부터, 포커스 링(18)의 온도 제어를 웨이퍼(W)의 온도 제어와는 독립하여 실행하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 독립 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 포커스 링(18)의 온도 제어에 의해서, 포커스 링의 소모에 의해 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트가 높아지는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기의 온도 제어에 의해 포커스 링(18)의 온도를 10℃, 30℃, 70℃로 제어하고, 또한 웨이퍼(W)의 센터 및 엣지의 온도를 30℃로 제어하여, Low-k막(단층막)을 피에칭막으로 하여 에칭한 경우의 결과를 도 4의 (c)에 도시한다. 도 4의 (c)에서는, 웨이퍼의 위치를 횡축에 도시하고, 에칭 레이트를 종축에 도시한다. 그 결과에 의해서도, 웨이퍼(W)의 엣지에 있어서 포커스 링(18)의 온도가 높아질수록 에칭 레이트가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 즉, Low-k의 단층막을 피에칭막으로 하여 에칭한 경우에도 상기 다층막의 경우와 마찬가지로, 포커스 링(18)의 온도 제어를 웨이퍼(W)의 온도 제어와는 독립하여 실행하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 독립 제어할 수 있는 것을 알 수 있었다.
[포커스 링의 온도 제어]
다음에, 포커스 링(18)의 온도 제어가 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트에 미치는 작용 및 효과에 대해 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 5는 에칭 모드의 가스를 챔버 내에 공급한 경우를 도시하며, 도 6은 디포지션 모드의 가스를 챔버 내에 공급한 경우를 도시한다.
여기서, 에칭 모드의 가스란, 퇴적물(반응 생성물)의 생성보다 에칭에 기여하는 에칭 특성을 갖는 가스를 말한다. 한편, 디포지션 모드의 가스란, 에칭보다 반응 생성물의 생성에 기여하는 에칭 특성을 갖는 가스를 말한다. 어느 모드의 가스도 플라스마화했을 때에 래디컬을 발생시키는 가스이다.
보다 구체적으로는, 에칭 모드의 가스는 CF4, C2F6, C4F8, Cl2, CCl4, NF3, SF6, HBr, BBr3, C2F2, O2, H2, CH4, COS 및 SO2 중 적어도 어느 하나의 가스를 포함하여도 좋다. 디포지션 모드의 가스는 CHF3, CH2F2, CH3F 및 SiCl4 중 적어도 어느 하나의 가스를 포함하여도 좋다. 이들 가스는 캐리어 가스로서 기능하는 Ar, He, N2 등을 필요에 따라서 조합한 혼합 가스라도 좋다.
(에칭 모드의 가스의 경우)
에칭 모드의 가스의 경우, 플라스마 중에는 반응 생성물의 생성에 기여하는 가스 성분보다 에칭에 기여하는 가스 성분이 많이 포함된다. 이것에 의해, 에칭 모드의 가스의 경우, 에칭 처리 중, 반응 생성물의 생성보다 에칭이 우선하여 실행된다. 도 5의 (a) 내지 (c)에서는, 에칭 모드의 가스를 CFx로 표시하고, 래디컬을 CFx*로 표시한다. 플라스마 중, 온도에 의해 제어되는 것은 래디컬 CFx*이며, 예를 들면 이온은 전계에 의해 제어된다. 따라서, 도 5의 (a) 내지 (c)에서는, 온도 제어와 래디컬 CFx*의 수송의 관계를 도시하기 위해서, 플라스마 중의 래디컬 CFx*만을 도시한다.
에칭 모드의 가스의 경우, 플라스마 중의 래디컬 CFx*는 고온측으로 수송되기 쉽다. 그 이유는, 고온이 될수록 반응이 진행되어, 래디컬 CFx*가 소비되기 때문이다. 즉, 래디컬 CFx*는 소비되기 쉬운 고온측으로 수송되기 쉽다.
따라서, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 온도와 포커스 링(18)의 온도의 대소 관계를 제어하는 것에 의해, 래디컬 CFx*의 수송을 제어한다. 구체적으로는, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 포커스 링(18)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도보다 높게 제어하면, 래디컬 CFx*는 포커스 링(18)측으로 수송된다. 그 결과, 국소적으로 저온측의 래디컬 CFx*의 밀도가 감소되어, 저온측의 웨이퍼(W)의 엣지가 에칭되기 어려워진다. 이와 같이 하여, 포커스 링(18)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도보다 높게 제어하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 통상의 에칭 레이트보다 낮게 제어할 수 있다. 또한, 통상의 에칭 레이트란, 예를 들면, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도와 포커스 링(18)의 온도가 거의 동일한 경우의 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트이다.
한편, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도를 포커스 링(18)의 온도보다 높게 제어하면, 래디컬 CFx*는 웨이퍼(W)의 엣지측으로 수송된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 엣지가 에칭되기 쉬워진다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(W)의 온도를 포커스 링(18)의 온도보다 높게 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 통상의 에칭 레이트보다 높게 제어할 수 있다.
(디포지션 모드의 가스의 경우)
디포지션 모드의 가스의 경우, 플라스마 중에는 에칭에 기여하는 가스 성분보다 반응 생성물의 생성에 기여하는 가스 성분이 많이 포함된다. 이것에 의해, 디포지션 모드의 가스의 경우, 에칭 처리 중, 에칭보다 반응 생성물의 생성 및 퇴적이 우선하여 실행된다. 도 6의 (a) 내지 (c)에서는, 디포지션 모드의 가스를 CxF로 표시하고, 디포지션 모드의 래디컬을 CxF*로 표시한다.
디포지션 모드의 가스의 경우, 플라스마 중의 래디컬 CxF*는 저온측으로 수송되기 쉽다. 그 이유는, 저온이 될수록 반응 생성물이 생성 및 퇴적되기 때문이다. 즉, 래디컬 CxF*는 퇴적하기 쉬운 저온측으로 수송되기 쉽다.
따라서, 본 실시형태에서는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 엣지의 온도를 포커스 링(18)의 온도보다 낮게 제어한다. 이것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지측으로 래디컬 CxF*가 수송되고, 국소적으로 저온측의 래디컬 CxF*의 밀도가 증가된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 엣지측에서 반응 생성물이 생성 및 퇴적된다. 즉, 웨이퍼(W)의 온도를 포커스 링(18)의 온도보다 낮게 제어하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 통상의 에칭 레이트보다 낮게 제어할 수 있다. 또한, 통상의 에칭 레이트란, 예를 들면, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 온도와 포커스 링(18)의 온도가 거의 동일한 경우의 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트이다.
한편, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 포커스 링(18)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도보다 낮게 제어하는 것에 의해, 포커스 링(18)측으로 래디컬 CxF*가 수송된다. 그 결과, 저온측의 포커스 링(18)에서 반응 생성물이 생성 및 퇴적되며, 포커스 링(18)측으로 래디컬 CxF*가 수송된다. 이와 같이 포커스 링(18)의 온도를 웨이퍼(W)의 온도보다 낮게 제어하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 통상의 에칭 레이트보다 높게 제어할 수 있다.
이상으로부터, 발명자들은, 포커스 링의 소모 정도에 따라서, 포커스 링의 온도를 조정하는 것에 의해 래디컬의 수송을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트를 제어할 수 있다고 고려했다. 그래서, 다음에, 발명자들은, 포커스 링의 소모 정도를 추정하는 하나의 수법으로서 포커스 링의 두께를 계측하는 방법을 고안했다.
[포커스 링의 온도 제어 시간의 변동과 두께]
이하에, 포커스 링의 온도 제어 시간의 변동과 포커스 링의 두께와의 상관 관계에 대해 설명한다. 도 7의 (a)는, 횡축의 고주파 전력(RF)의 인가 시간의 누적값과, 종축의 포커스 링의 온도를 70℃에서 20℃로 강온 제어했을 때에 포커스 링의 온도가 안정되기까지 필요로 하는 시간(여기에서는, 단계 A→단계 B의 온도 안정 시간)과의 상관 관계를 도시한 도면이다. 단계 A→단계 B의 2단계로 이루어지는 에칭 처리의 프로세스 조건은 이하와 같다.
<프로세스 조건>
(단계 A 전)
압력 100mT(13.33Pa)
제 1 고주파 전력(LF)/제 2 고주파 전력(HF) 0W/200W
가스 종류 및 가스 유량 Ar=600sccm
처리 시간 4초
(단계 A)
압력 100mT(13.33Pa)
제 1 고주파 전력(LF)/제 2 고주파 전력(HF) 0W/0W
가스 종류 및 가스 유량 Ar=600sccm
온도 웨이퍼의 센터/웨이퍼의 엣지/포커스 링 모두 70℃
처리 시간 15초
(단계 B)
압력 100mT(13.33Pa)
제 1 고주파 전력(LF)/제 2 고주파 전력(HF) 0W/0W
가스종 및 가스 유량 Ar=600sccm
온도 웨이퍼의 센터/ 웨이퍼의 엣지/포커스 링 모두 20℃
처리 시간 15초
도 7의 (a)의 결과로부터, 고주파 전력의 인가 시간의 누적값에 대하여 포커스 링의 강온 제어 시간이 단조 감소하는 것을 알 수 있다. 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 상관 계수(R2)는 0.9485이며 1에 근사하고, 이것에 의해서도, 도 7의 (a)에 도시된 고주파 전력의 인가 시간의 누적값과 포커스 링의 강온 제어 시간의 상관을 나타내는 선이 직선성을 갖는(1차 함수적으로 감소함) 것을 알 수 있다.
이와 같이, 도 7의 (a)에 나타낸 상관을 나타내는 선이 1차 함수적으로 감소하는 이유는, 포커스 링이 소모되는 것에 의해 포커스 링의 열 용량이 저하되었기 때문에, 포커스 링이 70℃에서 20℃까지 강온 제어하여 안정되기까지 필요로 하는 시간이 단축되었다고 고려된다.
이상의 결과에 근거하여, 발명자들은 포커스 링의 온도 제어 시간의 변동과 포커스 링의 두께와의 관계를 계측했다. 그 결과를 도 7의 (b)에 도시한다. 도 7의 (b)는 횡축의 포커스 링의 강온 제어 시간과, 종축의 포커스 링의 두께의 상관 관계를 도시한 도면이다. 포커스 링의 두께의 초기값은 2.2㎜이며, 고주파 전력의 인가 시간의 누적값이 453시간 후의 포커스 링의 두께는 1.5㎜였다. 이상의 계측값을 이용하면, 도 7의 (b)에 도시한 포커스 링의 온도 제어 시간의 변동과 포커스 링의 두께와의 상관 관계(거의 1차 함수)가 요구된다. 이 포커스 링의 온도 제어 시간과 포커스 링의 두께의 상관 관계는 기억부(81)에 기억되며, 포커스 링의 소모 정도의 추측값으로서 포커스 링의 온도의 보정에 이용된다.
[포커스 링의 온도 제어]
다음에, 포커스 링의 소모 정도에 따라서 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하고, 포커스 링을 온도 제어하는 방법에 대하여, 도 8 내지 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 8은 본 실시형태에 따른 포커스 링의 온도 보정 처리를 실행하기 위한 흐름도이다. 도 9는 본 실시형태에 따른 포커스 링의 두께와 온도 보정의 관계를 나타낸 일 예이다. 도 10은 본 실시형태에 따른 포커스 링의 온도 제어 처리를 실행하기 위한 흐름도이다. 또한, 포커스 링의 온도 보정 처리 및 포커스 링의 온도 제어 처리는, 제어부(80)가 포커스 링의 온도 보정 처리 프로그램 및 온도 제어 처리 프로그램을 실행하는 것에 의해 실행된다.
(포커스 링의 온도 보정 처리)
포커스 링의 온도 보정 처리가 개시되면, 제어부(80)는 포커스 링의 온도 변동을 제어한다(단계 S10). 예를 들면, 제어부(80)는 포커스 링의 온도를 70℃에서 20℃로 변동시킨다. 제어부(80)는 다른 온도로 변동시켜도 좋다.
다음에, 제어부(80)는, 포커스 링의 온도가 안정될 때까지의 시간, 즉 포커스 링의 온도 제어 시간을 계측한다(단계 S12).
다음에, 제어부(80)는 포커스 링의 온도 제어 시간으로부터 포커스 링의 두께를 추측한다(단계 S14). 제어부(80)는, 기억부(81)에 미리 설정된 포커스 링의 온도 제어 시간과 포커스 링의 두께의 상관 관계의 테이블(일 예를 도 7의 (b)에 도시하고 있음)에 근거하여, 측정한 포커스 링의 온도 제어 시간에 따른 포커스 링의 두께의 추측값을 산출한다. 또한, 포커스 링의 온도 제어 시간과 포커스 링의 두께의 상관 관계의 테이블은 시간 변동과 포커스 링의 소모 정도의 상관 관계를 도시하는 수치군의 일 예이다.
제어부(80)는, 추정된 포커스 링의 두께에 근거하여, 포커스 링의 교환 또는 포커스 링의 목표값의 보정 중 어느 것을 실행할지를 판정한다(단계 S16). 구체적으로는, 제어부(80)는, 포커스 링의 두께가 미리 정해진 문턱값보다 작을 때, 포커스 링을 교환한다고 판정하고, 문턱값 이상 시, 포커스 링의 온도의 목표값을 보정한다고 판정한다.
단계 S16에서, 포커스 링의 온도의 목표값을 보정한다고 판정된 경우, 제어부(80)는, 포커스 링의 두께가 얇아질수록, 웨이퍼(W)의 온도에 대한 포커스 링의 온도가 높아지도록 목표값을 보정하고(단계 S18), 본 처리를 종료한다.
구체적으로는, 에칭 모드의 가스의 경우, 제어부(80)는 포커스 링의 온도가 높아지도록 목표값을 보정하고, 공급되는 가스로부터 생성되는 래디컬이 고온측의 포커스 링측으로 수송되도록 한다.
디포지션 모드의 가스의 경우, 제어부(80)는, 포커스 링의 온도가 높아지도록 목표값을 보정하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 엣지측의 온도가 상대적으로 낮아지도록 하고, 이것에 의해, 공급되는 가스로부터 생성되는 래디컬이 저온측의 웨이퍼(W)의 엣지측으로 수송되도록 한다.
예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 기억부(81)에는, 포커스 링의 두께와 포커스 링의 온도의 목표값의 상관 관계를 나타낸 테이블이 미리 기억되어 있다. 제어부(80)는 기억부(81)의 테이블을 이용하여 포커스 링의 두께에 대응하는 포커스 링의 온도의 목표값을 산출한다. 보정된 포커스 링의 온도의 목표값은 기억부(81)에 기억된다.
단계 S16에서, 포커스 링을 교환한다고 판정된 경우, 제어부(80)는 포커스 링의 교환을 촉구하고(단계 S20), 본 처리를 종료한다. 예를 들면, 제어부(80)는 포커스 링을 교환하도록, 오퍼레이터의 PC에 표시하거나 경고음을 발하여도 좋다.
(포커스 링의 온도 제어 처리)
포커스 링의 온도 제어 처리가 개시되면, 제어부(80)는 기억부(81)에 기억된 포커스 링의 온도의 목표값을 취득한다(단계 S30). 다음에, 제어부(80)는 취득된 목표값에 포커스 링의 온도를 조정하고(단계 S32), 본 처리를 종료한다.
이상과 같이, 포커스 링의 온도가 목표값으로 조정된 후, 본 실시형태에 따른 에칭 장치(1)를 이용하여 에칭 처리가 실행된다. 이것에 의하면, 포커스 링의 소모 정도에 따라서, 포커스 링의 온도를 조정하는 것에 의해 래디컬의 수송을 제어한다. 이것에 의해, 포커스 링의 소모에 의해 웨이퍼(W)의 엣지의 에칭 레이트가 높아지는 것을 억제하여, 에칭 레이트의 면내 균일성을 높일 수 있다.
또한, 에칭 처리의 내용에 따라서는, 포커스 링의 온도가 변동되지 않는 프로세스 조건이 계속되는 경우도 고려된다. 그 경우에는, 포커스 링의 온도를 변동시키는 처리를 에칭 처리하는 동안 삽입하고 실행하여, 강제적으로 목표값의 보정이 실행되도록 하여도 좋다.
이상, 에칭 방법 및 에칭 장치를 실시예에 의해 설명했지만, 본 발명에 따른 에칭 방법 및 에칭 장치는 상기 실시예로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 또한, 상기 실시예 및 변형예를 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 에칭 장치로 플라스마를 발생시키는 수단으로서는, 용량 결합형 플라스마(CCP : Capacitively Coupled Plasma) 발생 수단, 유도 결합형 플라스마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 발생 수단, 헬리콘파 여기형 플라스마(HWP : Helicon Wave Plasma) 발생 수단, 래디얼 라인 슬롯 안테나로부터 생성된 마이크로파 플라스마나 SPA(Slot Plane Antenna) 플라스마를 포함하는 마이크로파 여기 표면파 플라스마 발생 수단, 전자 사이클로트론 공명 플라스마(ECR : Electron Cyclotron Resonance Plasma) 발생 수단 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 있어서 처리를 실시하는 피처리체는 상기 실시형태에서 설명에 사용한 웨이퍼에 한정되지 않으며, 예를 들면 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display)용의 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용의 기판이어도 좋다.
본 국제 출원은 2013년 5월 22일에 출원된 일본 특허 출원 제 2013-107878 호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허 출원 제 2013-107878 호의 전체 내용을 여기에 본 국제 출원에 원용한다.
1 : 에칭 장치 10 : 챔버
18 : 포커스 링 31 : 제 1 고주파 전원(이온 인입용)
32 : 제 2 고주파 전원(플라스마 생성용)
40 : 정전 척 62 : 가스 공급원
75 : 히터 80 : 제어부
81 : 기억부

Claims (9)

  1. 공급되는 가스에 의해 피처리체를 플라스마 에칭하는 에칭 방법에 있어서,
    피처리체의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 1 온조 기구에 의해 포커스 링의 온도를 조정하고, 상기 포커스 링의 온도가 목표값에 도달할 때까지의 시간 변동을 계측하는 단계와,
    미리 설정된 시간 변동과 포커스 링의 소모 정도의 상관 관계에 근거하여, 상기 계측된 시간 변동으로부터 상기 포커스 링의 소모 정도를 추정하는 단계와,
    상기 추정된 포커스 링의 소모 정도에 근거하여, 상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는 단계를 포함하는
    에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는 단계는, 상기 추정된 포커스 링의 소모 정도가 높아질수록, 피처리체의 온도에 대한 포커스 링의 온도가 높아지도록 상기 목표값을 보정하는
    에칭 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급되는 가스가 반응 생성물의 생성보다 에칭에 기여하는 에칭 특성을 갖는 경우, 상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는 단계는, 상기 공급되는 가스로부터 생성되는 래디컬이 포커스 링측으로 수송되도록 상기 목표값을 보정하는
    에칭 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반응 생성물의 생성보다 에칭에 기여하는 에칭 특성을 갖는 가스는 CF4, C2F6, C4F8, Cl2, CCl4, NF3, SF6, HBr, BBr3, C2F2, O2, H2, CH4, COS 및 SO2 중 적어도 어느 하나의 가스를 포함하는
    에칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급되는 가스가 에칭보다 반응 생성물의 생성에 기여하는 에칭 특성을 갖는 경우, 상기 보정 단계는 상기 공급되는 가스로부터 생성되는 래디컬이 웨이퍼의 엣지측으로 수송되도록 상기 목표값을 보정하는
    에칭 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에칭보다 반응 생성물의 생성에 기여하는 에칭 특성을 갖는 가스는 CHF3, CH2F2, CH3F 및 SiCl4 중 적어도 하나의 가스를 포함하는
    에칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는 단계는, 상기 추정된 포커스 링의 소모 정도에 근거하여, 상기 포커스 링의 교환 또는 상기 포커스 링의 목표값의 보정 중 어느 것을 실행할지를 판정하는 단계를 포함하는
    에칭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정된 목표값으로 상기 포커스 링의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는
    에칭 방법.
  9. 챔버 내에 공급되는 가스에 의해 피처리체를 플라스마 에칭하는 에칭 장치에 있어서,
    포커스 링의 온도를 피처리체의 온도 제어와는 독립하여 제어 가능한 제 1 온조 기구와,
    상기 제 1 온조 기구에 의해 상기 포커스 링의 온도를 목표값으로 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 온조 기구에 의해 포커스 링의 온도를 조정하고, 상기 포커스 링의 온도가 목표값에 도달할 때까지의 시간 변동을 계측하고,
    미리 설정된 시간 변동과 포커스 링의 소모 정도와의 상관 관계에 근거하여, 상기 계측된 시간 변동으로부터 상기 포커스 링의 소모 정도를 추정하고,
    상기 추정된 포커스 링의 소모 정도에 근거하여, 상기 포커스 링의 온도의 목표값을 보정하는
    에칭 장치.
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