KR20190099131A - 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 처리 용기 내에 설치된 부재로부터 실리콘 산화막을 적절히 제거하는 것을 목적으로 한다.
클리닝 방법은, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 설치되고, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 부재로부터 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 제거하는 클리닝 방법으로서, 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 공정과, 처리 용기 내에 공급되는 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 공정과, 플라즈마에 있어서의 이온을 인입하는 바이어스 전력을 부재에 인가하는 바이어스 전력 인가 공정을 포함하고, 처리 용기 내의 압력에 대한 바이어스 전력의 값의 비는, 1 W/mTorr 이하이다.

Description

클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치{CLEANING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명의 여러 가지 측면 및 실시형태는, 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로서는, 예컨대 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치나, 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치 등을 들 수 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내에 있어서 각종의 플라즈마 처리가 실행될 때에, 처리 용기 내에 설치된 부재를 플라즈마로부터 보호하는 것이 중요하다. 이 때문에, 처리 용기 내에 설치된 부재의 표면에, 보호막으로서의 실리콘 산화막이 형성되는 경우가 있다.
단, 처리 용기 내에 있어서 각종의 플라즈마 처리가 실행되면, 처리 용기 내에 잔류하는 불소 함유 가스 등의 가스에 의해 보호막으로서의 실리콘 산화막이 소모된다. 그래서, 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내에 설치된 부재로부터 실리콘 산화막을 제거하는 클리닝 처리가 정기적으로 행해진다. 실리콘 산화막은, 예컨대, 플라즈마를 이용하여 제거된다.
한편, 처리 용기 내에 설치된 부재로부터 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 제거하는 수법으로서, 처리 용기 내의 압력을 제어하여 플라즈마 중의 이온을 인입하는 수법이 제안되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-57149호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2005-243765호 공보
그러나, 전술한 수법에서는, 처리 용기 내에 설치된 부재로부터 실리콘 산화막을 적절히 제거하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 즉, 전술한 수법에서는, 실리콘 산화막의 하방에 위치하는 부재의 표면에 플라즈마에 의한 손상이 주어지는 경우가 있다. 예컨대, 불소 함유 가스의 플라즈마가 이용되는 경우, 실리콘 산화막의 하방에 위치하는 부재의 표면이 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 불화될 우려가 있다.
개시하는 클리닝 방법은, 하나의 실시양태에 있어서, 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 설치되고, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 부재로부터 플라즈마에 의해 상기 실리콘 산화막을 제거하는 클리닝 방법으로서, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 공정과, 상기 처리 용기 내에 공급되는 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 공정과, 상기 플라즈마에 있어서의 이온을 인입하는 바이어스 전력을 상기 부재에 인가하는 바이어스 전력 인가 공정을 포함하고, 상기 처리 용기 내의 압력에 대한 상기 바이어스 전력의 값의 비는, 1 W/mTorr 이하이다.
개시하는 클리닝 방법의 하나의 양태에 의하면, 처리 용기 내에 설치된 부재로부터 실리콘 산화막을 적절히 제거할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치에 의한 클리닝 처리의 일례를 도시한 플로우차트이다.
도 3은 처리 용기 내의 압력(P)에 대한 바이어스 전력의 값(LF)의 비를 변경한 경우의, 정전 척의 상면의 에칭률(etching rate)의 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 처리 용기 내의 압력을 변경한 경우의, 실리콘 산화막의 에칭률의 변화, 정전 척의 상면의 에칭률의 변화 및 정전 척의 상면의 거칠기(Ra)의 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 혼합 가스에 있어서, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비를 변경한 경우의, 실리콘 산화막의 에칭률의 변화, 정전 척의 상면의 에칭률의 변화 및 정전 척의 상면의 거칠기(Ra)의 변화를 도시한 도면이다.
도 6은 혼합 가스의 총 유량을 변경한 경우의, 실리콘 산화막의 에칭률의 변화, 정전 척의 상면의 에칭률의 변화 및 정전 척의 상면의 거칠기(Ra)의 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 알루미나의 에칭률과, 처리 용기 내의 압력 및 혼합 가스의 총 유량의 관계를 나타낸 등고선도이다.
도 8은 도 7에 도시된 등고선도로부터 구해진 「알루미나의 에칭률이 0이 되는 경우의 혼합 가스의 총 유량의 상한값」과, 처리 용기 내의 압력의 관계의 일례를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본원이 개시하는 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치의 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
(플라즈마 처리 장치의 구성예)
일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 하부 전극과 상부 전극을 대향 배치한 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치(용량 결합형 플라즈마 처리 장치)이다. 여기서는, 플라즈마 처리 장치로서, 하나의 전극(하부 전극)에 예컨대 40 ㎒의 비교적 높은 주파수를 갖는 제1 고주파 전력과, 예컨대 13.56 ㎒의 비교적 낮은 주파수를 갖는 제2 고주파 전력을 중첩해서 인가하여, 웨이퍼 상에 형성된 피에칭막의 에칭을 행하는 플라즈마 처리 장치를 예로 들어 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100)는, 예컨대 표면이 양극 산화 처리(알루마이트 처리)된 알루미늄 또는 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 원통 형상으로 성형된 처리 용기(챔버)(102)를 구비한다. 처리 용기(102)는 접지되어 있다. 처리 용기(102) 내에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고도 칭함)(W)를 배치하기 위한 배치대(110)가 설치되어 있다. 배치대(110)는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착력에 의해 유지하는 정전 척(112)과, 정전 척(112)을 지지하는 원판형의 하부 전극(서셉터)(111)을 갖는다. 하부 전극(111)은, 예컨대 알루미늄으로 이루어진다. 하부 전극(111)은, 처리 용기(102)의 바닥부로부터 수직 상방으로 연장되는 통형부(104)에 절연성의 통형 유지부(106)를 통해 유지되어 있다. 하부 전극(111)의 상방에는, 처리 가스나 퍼지 가스 등을 도입하는 샤워 헤드를 겸한 상부 전극(120)이, 대향하여 배치되어 있다.
하부 전극(111)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 척(112)이 설치되어 있다. 정전 척(112)은, 예컨대 도전막으로 이루어지는 정전 척 전극(114)을 절연막 내에 끼워 넣어 구성된다. 절연막은, 예컨대, 알루미나(Al2O3)에 의해 형성된다. 정전 척 전극(114)에는, 직류 전원(115)이 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(115)으로부터 정전 척 전극(114)에 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱의 힘으로 웨이퍼(W)가 정전 척(112)에 흡착된다. 정전 척(112)의 상면에 웨이퍼(W)가 배치된다. 이하에서는, 정전 척(112)의 상면을 「배치대(110)의 배치면」이라고 적절히 표기하는 것으로 한다. 정전 척(112)의 상면[즉, 배치대(110)의 배치면]에는, 플라즈마에 대한 보호막이 되는 실리콘 산화막이 형성되어 있다. 배치대(110)는, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 부재의 일례이다.
하부 전극(111)의 내부에는 냉각 기구가 설치되어 있다. 이 냉각 기구는, 예컨대 하부 전극(111) 내의 원주 방향으로 연장되는 냉매실(116)에, 도시하지 않은 칠러 유닛으로부터의 소정 온도의 냉매(예컨대 냉각수)를 배관을 통해 순환 공급하도록 구성된다. 냉매의 온도에 의해 정전 척(112) 상의 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있다.
하부 전극(111)과 정전 척(112)에는, 전열 가스 공급 라인(118)이 웨이퍼(W)의 이면을 향해 배치되어 있다. 전열 가스 공급 라인(118)에는, 예컨대 He 가스 등의 전열 가스(백가스)가 도입되고, 정전 척(112)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급된다. 이에 의해, 하부 전극(111)과 웨이퍼(W) 사이의 열전달이 촉진된다. 정전 척(112) 상에 배치된 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 포커스 링(119)이 배치되어 있다. 포커스 링(119)은, 예컨대 석영이나 실리콘으로 이루어지고, 통형 유지부(106)의 상면에 설치되어 있다.
상부 전극(120)은, 처리 용기(102)의 천장부에 설치되어 있다. 상부 전극(120)은, 접지되어 있다. 상부 전극(120)에는, 처리 용기(102) 내에서의 처리에 필요한 가스를 공급하는 처리 가스 공급부(122)가 배관(123)을 통해 접속되어 있다. 처리 가스 공급부(122)는, 예컨대, 처리 용기(102) 내에서의 웨이퍼의 프로세스 처리나 처리 용기(102) 내의 클리닝 처리 등에 필요한 처리 가스나 퍼지 가스 등을 공급하는 가스 공급원, 가스 공급원으로부터의 가스의 도입을 제어하는 밸브 및 매스 플로우 컨트롤러에 의해 구성된다.
상부 전극(120)에는, 다수의 가스 통기 구멍(125)을 갖는 하면의 전극판(124)과, 이 전극판(124)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(126)를 갖는다. 전극 지지체(126)의 내부에는, 버퍼실(127)이 설치되어 있다. 버퍼실(127)의 가스 도입구(128)에는, 처리 가스 공급부(122)의 배관(123)이 접속되어 있다.
도 1에서는 설명을 간단히 하기 위해서, 처리 가스 공급부(122)를 1계통의 가스 라인으로 표현하고 있으나, 처리 가스 공급부(122)는 단일의 가스종의 처리 가스를 공급하는 경우에 한정되는 것이 아니며, 복수의 가스종을 처리 가스로서 공급하는 것이어도 좋다. 이 경우에는, 복수의 가스 공급원을 설치하여 복수 계통의 가스 라인으로 구성하고, 각 가스 라인에 매스 플로우 컨트롤러를 설치해도 좋다.
처리 용기(102)의 측벽과 통형부(104) 사이에는 배기로(130)가 형성되고, 배기로(130)의 입구 또는 도중에 환형의 배플판(132)이 부착되며, 배기로(130)의 바닥부에 배기구(134)가 형성되어 있다. 배기구(134)에는, 배기관을 통해 배기부(136)가 접속되어 있다. 배기부(136)는, 예컨대 진공 펌프를 구비하고, 처리 용기(102) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 또한, 처리 용기(102)의 측벽에는, 웨이퍼(W)의 반입 반출구를 개폐하는 게이트 밸브(108)가 부착되어 있다.
하부 전극(111)에는, 2주파 중첩 전력을 공급하는 전력 공급 장치(140)가 접속되어 있다. 전력 공급 장치(140)는, 제1 주파수의 제1 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전력 공급 기구(142)와, 제1 주파수보다 낮은 제2 주파수의 제2 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전력 공급 기구(152)를 갖는다. 제1 고주파 전력은, 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력이고, 제2 고주파 전력은, 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 고주파 전력(바이어스 전력)이다.
제1 고주파 전력 공급 기구(142)는, 하부 전극(111)측으로부터 순차 접속되는 제1 필터(144), 제1 정합기(146), 제1 전원(148)을 갖고 있다. 제1 필터(144)는, 제2 주파수의 전력 성분이 제1 정합기(146)측에 침입하는 것을 방지한다. 제1 정합기(146)는, 제1 고주파 전력 성분을 매칭시킨다.
제2 고주파 전력 공급 기구(152)는, 하부 전극(111)측으로부터 순차 접속되는 제2 필터(154), 제2 정합기(156), 제2 전원(158)을 갖고 있다. 제2 필터(154)는, 제1 주파수의 전력 성분이 제2 정합기(156)측에 침입하는 것을 방지한다. 제2 정합기(156)는, 제2 고주파 전력 성분을 매칭시킨다.
처리 용기(102)에는, 그 주위를 둘러싸도록 자기장 형성부(170)가 배치되어 있다. 자기장 형성부(170)는, 처리 용기(102)의 주위를 따라 상하로 이격되어 배치된 상부 마그넷 링(172)과 하부 마그넷 링(174)을 구비하고, 처리 용기(102) 내에 플라즈마 처리 공간을 둘러싸는 커스프 자기장을 발생시킨다.
플라즈마 처리 장치(100)에는, 제어부(전체 제어 장치)(160)가 접속되어 있고, 이 제어부(160)에 의해 플라즈마 처리 장치(100)의 각부가 제어되도록 되어 있다. 또한, 제어부(160)에는, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 조작부(162)가 접속되어 있다. 제어부(160)는, 예컨대, CPU(Central Processing Unit)에 의해 실현된다.
또한, 제어부(160)에는, 플라즈마 처리 장치(100)에서 실행되는 각종 처리[웨이퍼(W)에 대한 플라즈마 처리 등]를 제어부(160)의 제어로 실현하기 위한 프로그램이나 프로그램을 실행하기 위해서 필요한 처리 조건(레시피) 등이 기억된 기억부(164)가 접속되어 있다.
기억부(164)에는, 예컨대 복수의 처리 조건(레시피)이 기억되어 있다. 각 처리 조건은, 플라즈마 처리 장치(100)의 각부를 제어하는 제어 파라미터, 설정 파라미터 등의 복수의 파라미터값을 정리한 것이다. 각 처리 조건은, 예컨대 처리 가스의 유량비, 처리 용기 내 압력, 고주파 전력 등의 파라미터값을 갖는다.
한편, 이들 프로그램이나 처리 조건은 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋고, 또한 CD-ROM, DVD 등의 가반성(可搬性)의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(164)의 소정 위치에 세트하도록 되어 있어도 좋다.
제어부(160)는, 조작부(162)로부터의 지시 등에 기초하여 원하는 프로그램, 처리 조건을 기억부(164)로부터 판독하여 각부를 제어함으로써, 플라즈마 처리 장치(100)에서의 원하는 처리를 실행한다. 또한, 조작부(162)로부터의 조작에 의해 처리 조건을 편집할 수 있도록 되어 있다.
(플라즈마 처리 장치의 클리닝 처리)
도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(100)에 의한 클리닝 처리의 일례를 도시한 플로우차트이다. 도 2에 도시된 클리닝 처리는, 배치대(110)의 배치면에 웨이퍼(W)가 배치되어 있지 않은 상태에서, 실행된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100)의 제어부(160)는, 처리 가스 공급부(122)를 제어하여, 처리 용기(102) 내에 처리 가스를 공급한다(단계 S101). 처리 가스는, 예컨대, 불소 함유 가스와 산소 함유 가스를 포함하는 혼합 가스이다. 불소 함유 가스는, 예컨대, NF3, SF6 및 CF4 중 적어도 어느 하나이다. 산소 함유 가스는, 예컨대, O2이다. 또한, 혼합 가스에는, 또한, 희가스가 첨가되어도 좋다. 희가스는, 예컨대, Ar이다.
계속해서, 제어부(160)는, 처리 용기(102) 내에 공급되는 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위해 전력 공급 장치(140)를 제어한다(단계 S102). 구체적으로는, 제어부(160)는, 제1 고주파 전력 공급 기구(142)로부터 제1 고주파 전력을 배치대(110)[하부 전극(111)]에 공급하기 위해 전력 공급 장치(140)를 제어한다. 또한, 제1 고주파 전력이 공급될 때, 제어부(160)는, 제2 고주파 전력 공급 기구(152)로부터 제2 고주파 전력(바이어스 전력)을 배치대(110)[하부 전극(111)]에 공급하기 위해 전력 공급 장치(140)를 제어한다. 제1 고주파 전력의 공급에 의해 처리 가스의 플라즈마가 생성되고, 제2 고주파 전력의 공급에 의해 처리 가스의 플라즈마 중의 이온이 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]에 인입된다. 이에 의해, 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]으로부터 보호막으로서의 실리콘 산화막이 제거된다.
또한, 처리 가스의 플라즈마가 생성되는 경우, 처리 용기(102) 내의 압력에 대한 바이어스 전력의 값의 비는, 1.0 W/mTorr 이하이다. 이에 의해, 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]에 인입되는 이온의 에너지가 저감된다. 그 결과, 실리콘 산화막의 하방에 위치하는 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]에 플라즈마로부터 주어지는 손상이 경감되고, 실리콘 산화막이 적절히 제거된다. 예컨대, 처리 가스가, 불소 함유 가스와 산소 함유 가스의 혼합 가스인 경우를 상정한다. 이 경우, 실리콘 산화막의 하방에 위치하는 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]이 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 불화되는 정도가 경감되고, 실리콘 산화막이 적절히 제거된다.
여기서, 정전 척(112)의 상면에 플라즈마로부터 주어지는 손상이, 처리 용기(102) 내의 압력에 대한 바이어스 전력의 값의 비에 의존하는 것을 확인한 실험에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 처리 용기(102) 내의 압력(P)에 대한 바이어스 전력의 값(LF)의 비를 변경한 경우의, 정전 척(112)의 상면의 에칭률의 변화를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 실험에서는, 알루미나로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 알루미나의 에칭률을 정전 척(112)의 상면의 에칭률로서 측정하였다. 한편, 도 3의 횡축은, 처리 용기(102) 내의 압력(P)에 대한 바이어스 전력의 값(LF)의 비를 제곱근의 형식으로 나타내고 있다.
도 3에 도시된 실험은, 하기의 처리 조건으로 행해졌다.
처리 용기(102) 내의 압력: 30∼400 mTorr
제1 고주파 전력/제2 고주파 전력(바이어스 전력): 600∼2400/0∼200 W
처리 가스 및 유량: NF3/O2/Ar=300∼560/30∼560/0∼560 sccm 또는 SF6/O2/Ar=300∼560/30∼560/0∼560 sccm 또는 CF4/O2/Ar=300∼560/30∼560/0∼560 sccm
도 3에 도시된 바와 같이, 처리 용기(102) 내의 압력(P)에 대한 바이어스 전력의 값(LF)의 비가 1.0 W/mTorr 이하인 경우, 상기 비가 1.0 W/mTorr보다 큰 경우와 비교하여, 알루미나의 에칭률이 작고, 거의 0이었다. 즉, 처리 용기(102) 내의 압력(P)에 대한 바이어스 전력의 값(LF)의 비를 1.0 W/mTorr 이하로 함으로써, 정전 척(112)의 상면에 불소 함유 가스(NF3, SF6 또는 CF4)의 플라즈마로부터 주어지는 손상이 경감되는 것을 알 수 있었다.
또한, 압력(P)에 대한 바이어스 전력의 값(LF)의 비가 1.0 W/mTorr 이하인 조건하에서, 압력(P)은, 바람직하게는, 250∼400 mTorr의 범위 내, 보다 바람직하게는, 300∼400 mTorr의 범위 내이다. 이에 의해, 실리콘 산화막의 하방에 위치하는 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]에 있어서 발생하는 반응 생성물이 배치대(110)의 표면으로부터 이탈하는 것이 억제되고, 결과로서, 배치대(110)의 표면의 거칠기(Ra)의 열화가 억제된다. 예컨대, 정전 척(112)의 상면이 알루미나(Al2O3)로 형성되는 경우를 상정한다. 이 경우, 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]이 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 불화되어 발생하는 Al2F3가 정전 척(112)의 상면으로부터 이탈하는 것이 억제되기 때문에, 불화가 최표층에만 머문다. 결과로서, 배치대(110)의 표면[정전 척(112)의 상면]의 거칠기(Ra)의 열화가 억제된다.
여기서, 정전 척(112)의 상면에 플라즈마로부터 주어지는 손상이, 처리 용기(102) 내의 압력에 의존하는 것을 확인한 실험에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 처리 용기(102) 내의 압력을 변경한 경우의, 실리콘 산화막의 에칭률의 변화, 정전 척(112)의 상면의 에칭률의 변화 및 정전 척(112)의 상면의 거칠기(Ra)의 변화를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 실험에서는, 실리콘 산화막으로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 실리콘 산화막의 에칭률을 측정하였다. 또한, 도 4에 도시된 실험에서는, 알루미나로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 알루미나의 에칭률을 정전 척(112)의 상면의 에칭률로서 측정하였다. 또한, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)을 정전 척(112)의 상면의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)으로서 측정하였다.
도 4에 도시된 실험은, 하기의 처리 조건으로 행해졌다.
처리 용기(102) 내의 압력: 30∼400 mTorr
제1 고주파 전력/제2 고주파 전력(바이어스 전력): 1500/100 W
처리 가스 및 유량: NF3/O2/Ar=430/(혼합 가스의 총 유량이 600∼1120 sccm이 되는 유량)/0 sccm
도 4에 도시된 바와 같이, 처리 용기(102) 내의 압력을 크게 함으로써, 알루미나의 에칭률이 작아졌다. 또한, 처리 용기(102) 내의 압력의 변경에 상관없이, 실리콘 산화막의 에칭률은 미리 정해진 허용 스펙을 만족하였다. 또한, 처리 용기(102) 내의 압력이 250∼400 mTorr의 범위 내인 경우, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)이 0 ㎚ 이하였다. 이들의 결과로부터, 처리 용기(102) 내의 압력을 250∼400 mTorr의 범위 내로 함으로써, 실리콘 산화막이 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 제거될 때에 정전 척(112)의 상면에 플라즈마로부터 주어지는 손상이 경감되는 것을 알 수 있었다.
또한, 불소 함유 가스와 산소 함유 가스를 포함하는 혼합 가스가 처리 가스로서 이용되는 경우, 혼합 가스에 있어서, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비는, 0.7 이상, 보다 바람직하게는, 1.0 이상이다. 이에 의해, 혼합 가스에 있어서 불소 함유 가스의 분압을 저감할 수 있고, 결과로서, 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]의 손상이 억제된다.
도 5는 혼합 가스에 있어서, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비를 변경한 경우의, 실리콘 산화막의 에칭률의 변화, 정전 척(112)의 상면의 에칭률의 변화 및 정전 척(112)의 상면의 거칠기(Ra)의 변화를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 실험에서는, 실리콘 산화막으로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 실리콘 산화막의 에칭률을 측정하였다. 또한, 도 5에 도시된 실험에서는, 알루미나로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 알루미나의 에칭률을 정전 척(112)의 상면의 에칭률로서 측정하였다. 또한, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)을 정전 척(112)의 상면의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)으로서 측정하였다.
도 5에 도시된 실험은, 하기의 처리 조건으로 행해졌다.
처리 용기(102) 내의 압력: 400 mTorr
제1 고주파 전력/제2 고주파 전력(바이어스 전력): 1500/100 W
처리 가스 및 유량: NF3/O2/Ar=430/(NF3의 유량에 대한 O2의 유량의 비가 0.1∼1.0이 되는 유량)/0 sccm
도 5에 도시된 바와 같이, 혼합 가스에 있어서, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비를 증가시킴으로써, 알루미나의 에칭률이 작아졌다. 또한, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비의 변경에 상관없이, 실리콘 산화막의 에칭률은, 미리 정해진 허용 스펙을 만족하였다. 또한, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비의 변경에 상관없이, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)은, 거의 0 ㎚로 유지되었다. 또한, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비가 0.7 이상인 경우, 알루미나의 에칭률이 0 ㎚/min 이하였다. 이들의 결과로부터, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비는, 0.7 이상으로 함으로써, 정전 척(112)의 상면에 불소 함유 가스의 플라즈마로부터 주어지는 손상이 경감되는 것을 알 수 있었다. 보다 바람직하게는, 불소 함유 가스의 유량에 대한 산소 함유 가스의 유량의 비를 1.0 이상으로 함으로써, 정전 척(112)의 상면에 불소 함유 가스의 플라즈마로부터 주어지는 손상이 보다 경감되는 것을 알 수 있었다.
또한, 불소 함유 가스와 산소 함유 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마가 처리 가스의 플라즈마로서 생성되는 경우, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력에 따라 선택되는 것이 바람직하다. 예컨대, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 250 mTorr인 경우, 710 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 300 mTorr인 경우, 860 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 350 mTorr인 경우, 1000 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 400 mTorr인 경우, 1140 sccm 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]이 불소 함유 가스의 플라즈마에 의해 불화되어 발생하는 Al2F3가 정전 척(112)의 상면으로부터 이탈하는 것이 억제된다. 결과로서, 정전 척(112)의 상면에 불소 함유 가스의 플라즈마로부터 주어지는 손상이 억제된다.
여기서, 정전 척(112)의 상면에 플라즈마로부터 주어지는 손상이, 혼합 가스의 총 유량에 의존하는 것을 확인한 실험에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 혼합 가스의 총 유량을 변경한 경우의, 실리콘 산화막의 에칭률의 변화, 정전 척(112)의 상면의 에칭률의 변화 및 정전 척(112)의 상면의 거칠기(Ra)의 변화를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 실험에서는, 실리콘 산화막으로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 실리콘 산화막의 에칭률을 측정하였다. 또한, 도 6에 도시된 실험에서는, 알루미나로 형성된 테스트 피스를 정전 척(112)의 상면에 배치하고, 하기의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마를 생성하며, 알루미나의 에칭률을 정전 척(112)의 상면의 에칭률로서 측정하였다. 또한, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)을 정전 척(112)의 상면의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)으로서 측정하였다.
도 6에 도시된 실험은, 하기의 처리 조건으로 행해졌다.
처리 용기(102) 내의 압력: 200∼400 mTorr
제1 고주파 전력/제2 고주파 전력(바이어스 전력): 1500/100 W
처리 가스 및 유량: NF3/O2/Ar=430/(혼합 가스의 총 유량이 200∼1200 sccm이 되는 유량)/0 sccm
도 6에 도시된 바와 같이, 혼합 가스의 총 유량을 감소시킴으로써, 알루미나의 에칭률이 작아졌다. 또한, 혼합 가스의 총 유량의 변경에 상관없이, 실리콘 산화막의 에칭률은, 미리 정해진 허용 스펙을 만족하였다. 또한, 혼합 가스의 총 유량의 변경에 상관없이, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)은, 0 ㎚로 유지되었다.
도 6에 도시된 실험의 결과를 기초로 하여, 본원의 발명자는, 알루미나의 에칭률을 더욱 분석하였다. 즉, 본원의 발명자는, 처리 용기(102) 내의 압력과 혼합 가스의 총 유량을 이용하여 알루미나의 에칭률을 중회귀 분석하였다. 그 결과, 알루미나의 에칭률은, 혼합 가스의 레지던스 타임의 일차 함수가 되는 것을 알 수 있었다. 레지던스 타임은, (처리 용기(102) 내의 압력)/(혼합 가스의 총 유량)에 비례한다. 알루미나의 에칭률과 레지던스 타임의 회귀식을 이용하여 얻어진, 알루미나의 에칭률과, 처리 용기(102) 내의 압력 및 혼합 가스의 총 유량의 관계를 나타내는 등고선도를 도 7에 도시한다. 도 7에 도시된 등고선도에서는, 처리 용기(102) 내의 압력이 높아짐에 따라 알루미나의 에칭률이 낮아지고, 또한, 혼합 가스의 총 유량이 높아짐에 따라 알루미나의 에칭률이 높아지는 상황이 표현되어 있다.
도 8은 도 7에 도시된 등고선도로부터 구해진 「알루미나의 에칭률이 0이 되는 경우의 혼합 가스의 총 유량의 상한값」과, 처리 용기(102) 내의 압력의 관계의 일례를 도시한 도면이다. 전술한 바와 같이, 처리 용기(102) 내의 압력이 250∼400 mTorr의 범위 내인 경우, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)이 0 ㎚ 이하가 된다. 도 8로부터, 알루미나의 거칠기(Ra)의 변화량(ΔRa)을 억제하고 또한 알루미나의 에칭률을 억제하기 위해서는, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력에 따라 선택되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 즉, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 250 mTorr인 경우, 710 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 300 mTorr인 경우, 860 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 350 mTorr인 경우, 1000 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 혼합 가스의 총 유량은, 처리 용기(102) 내의 압력이 400 mTorr인 경우, 1140 sccm 이하인 것이 바람직하다.
이상, 일 실시형태에 의하면, 배치대(110)로부터 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 제거할 때에, 바이어스 전력을 배치대(110)에 인가하여, 처리 용기(102) 내의 압력에 대한 바이어스 전력의 값의 비를 1.0 W/mTorr 이하로 하였다. 이에 의해, 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]에 인입되는 이온의 에너지가 저감된다. 그 결과, 실리콘 산화막의 하방에 위치하는 배치대(110)의 표면[즉, 정전 척(112)의 상면]에 플라즈마로부터 주어지는 손상을 가능한 한 경감하면서, 실리콘 산화막을 적절히 제거할 수 있다.
(다른 실시형태)
이상, 일 실시형태에 따른 클리닝 방법 및 플라즈마 처리 장치에 대해 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는, 다른 실시형태에 대해 설명한다.
상기 실시형태에서는, 배치대(110)로부터 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 제거하는 클리닝 처리를 행하는 예를 나타내었으나, 클리닝 처리의 대상이 되는 부재는, 배치대(110)에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 실시형태에 따른 클리닝 처리는, 처리 용기(102) 내에 설치되고, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 다른 부재에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다. 표면에 실리콘 산화막이 형성된 다른 부재로서는, 예컨대, 처리 용기(102)의 내벽이 상정된다. 이 경우, 처리 용기(102)의 내벽에 바이어스 전력이 인가된다.
또한, 상기 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma)를 이용한 플라즈마 처리 장치였으나, 임의의 플라즈마원이 플라즈마 처리 장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 플라즈마 처리 장치에 적용되는 플라즈마원으로서, Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP) 등을 들 수 있다.
100: 플라즈마 처리 장치 102: 처리 용기
110: 배치대 111: 하부 전극
112: 정전 척 120: 상부 전극
122: 처리 가스 공급부 140: 전력 공급 장치
142: 제1 고주파 전력 공급 기구 152: 제2 고주파 전력 공급 기구
160: 제어부 162: 조작부
164: 기억부

Claims (9)

  1. 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에 설치되고, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 부재로부터 플라즈마에 의해 상기 실리콘 산화막을 제거하는 클리닝 방법으로서,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 공정과,
    상기 처리 용기 내에 공급되는 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 공정과,
    상기 처리 가스의 플라즈마에 있어서의 이온을 인입하는 바이어스 전력을 상기 부재에 인가하는 바이어스 전력 인가 공정
    을 포함하고,
    상기 처리 용기 내의 압력에 대한 상기 바이어스 전력의 값의 비는, 1.0 W/mTorr 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기 내의 압력은, 250∼400 mTorr의 범위 내인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리 가스는, 불소 함유 가스와 산소 함유 가스를 포함하는 혼합 가스이고,
    상기 혼합 가스에 있어서, 상기 불소 함유 가스의 유량에 대한 상기 산소 함유 가스의 유량의 비는, 0.7 이상인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 총 유량은, 상기 처리 용기 내의 압력이 250 mTorr인 경우, 710 sccm 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 총 유량은, 상기 처리 용기 내의 압력이 300 mTorr인 경우, 860 sccm 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 총 유량은, 상기 처리 용기 내의 압력이 350 mTorr인 경우, 1000 sccm 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 총 유량은, 상기 처리 용기 내의 압력이 400 mTorr인 경우, 1140 sccm 이하인 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부재는, 피처리 기판이 배치되는 배치면을 갖는 배치대이고,
    상기 실리콘 산화막은, 상기 배치대의 배치면에 형성되며,
    상기 클리닝 방법은, 상기 배치대의 배치면에 피처리 기판이 배치되어 있지 않은 상태에서, 실행되는 것을 특징으로 하는 클리닝 방법.
  9. 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 설치되고, 표면에 실리콘 산화막이 형성된 부재와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내에 공급되는 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    제1항 또는 제2항에 기재된 클리닝 방법을 실행하는 제어부
    를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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