KR20200104804A - 퇴적 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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요시미츠 곤
리푸 리
유지 나가이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 마스크의 개구의 폐색을 억제하면서, 에칭된 오목부 형상의 적정화를 도모하는 것을 과제로 한다.
제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서, 상기 퇴적시키는 공정 전에 실행되는 전공정으로부터 상기 퇴적시키는 공정으로 이행할 때, 상기 제1 플라즈마의 상태가 안정되기까지의 동안, 상기 제1 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 퇴적 처리 방법이 제공된다.

Description

퇴적 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{DEPOSITION PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 퇴적 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
컨택트홀의 에칭에 있어서, 마스크의 개구의 폐색을 억제하는 기술이 있다. 특허문헌 1은, 산화층을 에칭할 때에, 홀의 폐색을 억제하는 것이 가능한 플라즈마 처리 방법 및 그 장치를 제안하고 있다. 마스크의 개구의 폐색을 억제하는 조건에서는, 홀 사이즈를 크게 하는 방향으로 처리 조건을 변경하기 때문에, 홀 사이즈가 커져 버리거나, 홀의 바닥부에서의 절삭량이 커져 버리거나 하는 상반된 과제가 있다.
일본 특허 공개 제2014-090022호 공보
본 개시는, 마스크의 개구의 폐색을 억제하면서, 에칭된 오목부 형상의 적정화를 도모할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 하나의 양태에 의하면, 제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서, 상기 퇴적시키는 공정 전에 실행되는 전공정으로부터 상기 퇴적시키는 공정으로 이행할 때, 상기 제1 플라즈마의 상태가 안정되기까지의 동안, 상기 제1 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 퇴적 처리 방법이 제공된다.
하나의 측면에 의하면, 마스크의 개구의 폐색을 억제하면서, 에칭된 오목부 형상의 적정화를 도모할 수 있는 퇴적 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
도 1은 일실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도.
도 2는 비교예에 관한 퇴적 처리의 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 일실시형태에 관한 처리 조건에서의 플라즈마 착화시의 상태의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 일실시형태에 관한 처리 조건에 포함되는 가스의 해리를 설명하기 위한 도면.
도 5는 일실시형태에 관한 플라즈마 착화시의 과도 상태를 설명하기 위한 도면.
도 6은 일실시형태에 관한 플라즈마 착화시와 소화시 전후의 고주파의 반사의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 8은 일실시형태에 관한 연속 플라즈마 처리의 일례를 나타내는 플로우차트.
도 9는 일실시형태에 관한 퇴적물의 퇴적량을 제어하는 조건을 설명하기 위한 도면.
도 10은 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 결과의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 결과의 일례를 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 관해 설명한다. 각 도면에서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치]
일실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(1)에 관해, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은, 일실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치(1)의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 여기서는, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치를 예를 들어 설명한다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 알루미늄 등의 도전성 재료로 이루어진 챔버(2)를 갖는다. 챔버(2)는 전기적으로 접지되어 있다. 챔버(2)는, 스테이지(21)와 스테이지(21)에 대향하는 샤워 헤드(22)를 갖는다. 스테이지(21)는, 웨이퍼(W)를 배치하며, 하부 전극으로서도 기능한다. 샤워 헤드(22)는, 가스를 샤워형으로 공급하며, 상부 전극으로서도 기능한다. 스테이지(21)와 샤워 헤드(22) 사이에는, 웨이퍼(W)를 처리하는 처리 공간(U)이 형성되어 있다.
스테이지(21)는, 정합기(33)를 통해 제1 고주파 전원(32)에 접속된다. 또한, 스테이지(21)는, 정합기(35)를 통해 제2 고주파 전원(34)에 접속된다. 제1 고주파 전원(32)은, 예컨대 40∼100 MHz의 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력(이하, 「HF 파워」라고도 함)을 스테이지(21)에 인가한다. 제2 고주파 전원(34)은, 40 MHz보다 낮은, 예컨대 3.2 MHz∼13 MHz의 이온을 인입하기 위한 바이어스 전압용의 고주파 전력(이하, 「LF 파워」라고도 함)을 스테이지(21)에 인가한다. 또, 제2 고주파 전원(34)은 이온을 인입하기 위한 바이어스 전압용이기는 하지만, 인가한 LF 파워의 일부는 플라즈마 생성에도 기여하는 경우가 있다. 또한, 제1 고주파 전원(32)은 플라즈마 생성용이기는 하지만, 인가한 HF 파워의 일부는 이온 인입에도 기여하는 경우가 있다.
정합기(33)는, 제1 고주파 전원(32)의 출력 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 정합기(35)는, 제2 고주파 전원(34)의 출력 임피던스에 부하 임피던스를 정합시킨다. 이것에 의해, 처리 공간(U)에 플라즈마가 생성되어 있을 때에는, 제1 고주파 전원(32) 및 제2 고주파 전원(34)의 각각에 관해, 출력 임피던스와 부하 임피던스가 겉보기상 일치하도록 기능한다.
샤워 헤드(22)는, 그 둘레 가장자리에 설치된 절연체의 실드링(41)을 통해 챔버(2)의 천장부에 부착되어 있다. 샤워 헤드(22)에는, 가스 공급원(11)으로부터 도입된 가스를 도입하는 가스 도입구(45)가 형성되어 있다. 가스 공급원(11)으로부터 출력된 가스는, 가스 도입구(45)를 통해 확산실(51)에 공급되고, 가스 유로(55)를 거쳐 가스 구멍(28)으로부터 처리 공간(U)에 공급된다.
샤워 헤드(22)는 가변 직류 전원(42)에 접속된다. 가변 직류 전원(42)으로부터 샤워 헤드(22)에 마이너스의 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 샤워 헤드(22)에 이온이 인입되고, 플라즈마 밀도가 증가한다.
챔버(2)의 바닥면에는 배기구(64)를 통해 배기 장치(65)가 설치되어 있다. 배기 장치(65)는 내부를 배기하고, 챔버(2)의 내부를 미리 정해진 진공도로 유지한다. 챔버(2)의 측벽에는 게이트 밸브(G)가 설치되고, 게이트 밸브(G)의 개폐에 따라서 반송구(19)로부터 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행한다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어부(70)가 설치되어 있다. 제어부(70)의 CPU(71)는, ROM(72) 및 RAM(73) 등의 메모리에 저장된 레시피에 따라서 에칭 등의 플라즈마 처리를 실행한다. 레시피에는, 처리 조건에 대한 장치의 제어 정보인 프로세스 시간, 압력(가스의 배기), 고주파 전력이나 전압, 각종 가스 유량이 설정되어도 좋다. 또한, 레시피에는, 챔버 내 온도(상부 전극 온도, 챔버의 측벽 온도, 웨이퍼(W) 온도, 정전척 온도 등), 칠러로부터 출력되는 냉매의 온도 등이 설정되어도 좋다. 또, 이들 프로세스의 순서나 조건을 나타내는 레시피는, 하드디스크나 반도체 메모리에 기억되어도 좋다. 또한, 레시피는, CD-ROM, DVD 등의 가반성의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 미리 정해진 위치에 셋팅되어 독출되도록 해도 좋다.
[비교예에 관한 퇴적 처리의 결과]
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에 있어서, 이하의 처리 조건으로 플라즈마를 생성하고, 퇴적 처리를 행한 결과의 일례를 도 2에 나타낸다. 도 2는, 비교예 1, 2에 관한 퇴적 처리의 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 비교예 1의 처리 조건은 이하이다.
(처리 조건)
압력 25 mT(3.33 Pa)
HF 파워/LF 파워 5000/8000 W
직류 전압 -300 V
가스종 C4F6, C4F8, Ar, O2
이 때, C4F6, C4F8, O2 가스의 총유량에 대한 O2 가스의 유량비는 약 37%였다.
도 2의 (a)의 좌상측 단면도는, 상기 처리 조건에 기초하여, 비정질 카본의 마스크(101)의 하지막인 실리콘 산화막(102)에 퇴적성의 에칭 처리를 실시한 결과이다. 도 2의 (a)의 우측 단면도는, 도 2의 (a)의 좌상측 단면도에 대하여 마스크(101)를 제거한 후의 실리콘 산화막(102)의 상태를 나타낸다. 실리콘 산화막(102)의 아래에는, 텅스텐막(103)이 스톱막으로서 형성되어 있다. 도 2의 (a)의 좌하측 도면은, 도 2의 (a)의 좌상측 단면도를 위에서 본 도면이다. 이것에 의하면, 상기 처리 조건에서는, 홀(104)의 일부가 폐색(Clogging)되어 있다.
따라서, 마스크(101)의 개구의 폐색을 회피하기 위해, C4F6, C4F8, O2 가스의 총유량에 대한 O2 가스의 유량비를 약 39%로 높여 에칭 처리를 행했다. 비교예 2의 그 밖의 처리 조건은, 비교예 1의 처리 조건과 동일하다.
도 2의 (b)는, 비교예 2의 에칭 결과를 나타낸다. 비교예 2에서는, 마스크(101)의 폭의 폐색은 해소되었다. 그러나, 실리콘 산화막(102)의 홀(104)의 직경 CD(Critical Dimention)이 넓어져, 실리콘 산화막(102)에 형성된 홀(104)의 형상의 폭의 최대치가 비교예 1보다 넓어졌다. 비교예 2에서는, 비교예 1보다 홀(104)의 형상이 보울형이 되는 보잉(Bowing)이 진행되고 있는 것을 알 수 있다. 홀(104)의 보잉이 진행되면, 인접하는 홀(104)의 벽끼리 가까워져, 홀(104) 사이가 도통 상태가 되거나, 컨택트 불량이 생기거나 하는 경우가 있다.
또한, 비교예 2에서는, 홀(104)의 바닥부의 절삭량이 커지고(도 2의 (b)의 Wrecess), 텅스텐막(103)에서 에칭이 완전하게는 스톱되지 않았다. 이와 같이, 마스크(101)의 개구의 폐색을 억제하는 조건에서는, 홀(104)의 사이즈를 크게 하는 방향으로 처리 조건을 변경한다. 이 때문에, 홀(104)의 사이즈가 커져 버리거나, 홀(104)의 바닥부의 절삭량이 커져 버리거나 하는 상반된 과제가 생기는 경우가 있다.
따라서, 이하에 설명하는 일실시형태에 관한 퇴적 처리를 포함하는 플라즈마 처리에서는, 마스크의 개구의 폐색을 억제하면서, 에칭된 오목부 형상의 적정화를 도모하는 것이 가능한 수법을 제안한다.
[플라즈마 착화시]
도 3을 참조하면서, 플라즈마 착화시의 플라즈마 상태의 과도 상태 및 안정 상태에 관해 설명하고, 마스크의 개구의 폐색에 관해 고찰한다. 도 3의 (a)의 그래프의 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 HF 파워 또는 LF 파워(반사 파워를 포함)를 나타낸다. 시각 T1이 되기까지의 시간은 플라즈마 미착화의 상태이다.
플라즈마 착화후에는, 후술하는 제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대하여 에칭에 의해 퇴적물을 퇴적시키는 공정(이하, 「제1 에칭 공정」이라고도 함)이 실행된다. 플라즈마 착화전은, 제1 에칭 공정 전에 실행되는 전공정이다.
플라즈마가 착화한 시각 T1후, 플라즈마가 안정 상태가 되기까지의 시각 T1∼시각 T2의 사이는 과도 상태이며, 플라즈마의 상태가 시시각각 변화하여 안정 상태로 향한다.
그래프 중의 A는, 제1 고주파 전원(32)으로부터 스테이지(21)에 인가된 HF 파워이다. B는, 플라즈마 생성에 사용되지 않고 제1 고주파 전원(32)측에 반사한 HF 반사 파워이다. C는, 제2 고주파 전원(34)으로부터 스테이지(21)에 인가된 LF 파워 중, 플라즈마 생성(이온의 인입)에 사용되지 않고 제2 고주파 전원(34)측에 반사한 LF 반사 파워이다. 또, HF 반사 파워 및 LF 반사 파워는, 반사 파워를 검지하는 센서에 의해 감시한다. 또한, 도시하지 않지만, LF 파워로서, 제2 고주파 전원(34)으로부터 스테이지(21)에 인가된다. 또한, 도시하지 않지만, 가변 직류 전원(42)으로부터 샤워 헤드(22)에 마이너스의 직류 전압이 인가된다.
즉, A로 나타내는 HF 파워와 B로 나타내는 HF 반사 파워의 차분이 실제로 플라즈마의 생성에 사용된 HF 전력이다. 또한, 도시하지 않은 LF 파워와 C로 나타내는 LF 반사 파워의 차분이 실제로 플라즈마 생성(이온의 인입)에 사용된 LF 전력이다.
따라서, B에 나타내는 HF 반사 파워 및/또는 C에 나타내는 LF 반사 파워가 발생한 과도 상태의 동안(시각 T1∼시각 T2의 사이), 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 장소적ㆍ시간적으로 플라즈마 상태가 변화하고 있는 것으로 생각된다. 즉, 과도 상태에서는, 플라즈마의 생성이 안정되지 않고, 플라즈마 밀도나 플라즈마의 전자 온도가 국소적으로 높아지거나 낮아지거나 하여, 처리 공간(U)의 전체 및 국소에 있어서 공간적으로 플라즈마 상태가 변화하고 있다고 생각된다. 예컨대, 처리 공간(U)의 장소 a∼c에서 플라즈마의 전자 온도 Te가 상이함과 더불어, 각 장소 a∼c에서의 플라즈마의 전자 온도 Te가 시간적으로 변화하고 있다.
바꿔 말하면, HF 반사 파워 및 LF 반사 파워가 모두 0(W)가 된 시각 T2 이후가 「플라즈마가 안정된 상태」라고 판단할 수 있다. 다만, 이것에 한정되지 않고, HF 반사 파워 및 LF 반사 파워가 모두 미리 정해진 규정치보다 내려갔을 때, 플라즈마가 안정되었다고 판단해도 좋다.
또, 도 3에 나타내는 실시예에서는, 플라즈마가 확실하게 착화하기 때문에, 또한 처리 공간(U)에서의 파티클 발생을 억제하기 위해, 시각 T1의 타이밍에 HF 파워를 인가하고, 0.2초후에 LF 파워를 인가하고 있다. 또한, LF 파워를 인가한 0.2초후에 직류 전압이 인가된다. 그러나, 본 실시예에서는, 이것에 한정되지 않고, 동시 인가이어도 좋고, 1∼2초 정도의 간격을 두어도 좋다. 또한 먼저 LF 파워를 인가한 후에 HF 파워를 인가하는 등, 순서를 바꿔도 좋다.
또한, HF 파워, LF 파워, 직류 전압의 실효치를 단계적으로 인가하는 경우가 있다. 또한, HF 파워, LF 파워, 직류 전압 이외에도, 기타, 기여율이 낮아도 플라즈마 생성에 관한 장치 파라미터를 가변으로 하는 경우가 있다. 어느 경우든, 플라즈마가 안정되기까지의 시각 T1∼T2의 사이에 인가 등을 종료한다.
도 3의 플라즈마 착화후 안정 상태가 되면, 제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정을 실행한다. 제1 처리 조건은 이하이다.
(제1 처리 조건)
압력 25 mT(3.33 Pa)
HF 파워/LF 파워 5000/8000 W
직류 전압 -300 V
가스종 C4F6, C4F8, Ar, O2
이 공정에서는, 마스크(101)의 개구에 실리콘 산화막(102)을 텅스텐막(103)이 노출될 때까지 에칭한다. 그 때, 주로 CF계의 가스(C4F6, C4F8)에 의해 에칭이 촉진되고, 실리콘 산화막(102)에 홀(104)이 형성된다. 또한, 에칭 공정 중, 주로 카본을 포함하는 퇴적물이 마스크(101)의 상면이나 측면, 홀의 측면 등에 부착됨으로써, 마스크 선택비를 확보하고, 홀(104) 형상의 수직성을 확보할 수 있다.
상기 퇴적 공정 전에 실행되는 전공정의 일례인, 도 3의 (a)의 플라즈마 미착화시의 공정에서는 플라즈마를 생성하지 않는다. 전공정에서는, 제1 처리 조건 중, HF 파워, LF 파워 및 직류 전압이 인가되지 않는 제2 처리 조건으로 설정된다. 가스의 유량에 관해서는 후술한다.
그리고, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리에서는, 전공정으로부터 퇴적 공정으로 이행할 때, 플라즈마 착화 직후의 과도 상태, 즉, 제1 플라즈마의 상태가 안정되기까지의 동안, 제1 처리 조건보다 웨이퍼(W)에 대하여 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어한다.
이 처리 조건의 일례로는, 도 3의 D에 나타낸 바와 같이 O2 가스의 유량을 늘려, 상기 제1 처리 조건의 가스종 중의 O2 가스의 다른 CF계 가스에 대한 유량비를 높게 한다. O2 가스를 늘리면, C4F6 또는 C4F8 등의 CF계 가스의 C와, O가 반응하여, CO 또는 CO2가 되고, 휘발한다. 이것에 의해, 전공정으로부터 퇴적 공정으로 이행하는 과도 상태인 동안의 퇴적량을, 안정 상태에서의 퇴적량보다 줄일 수 있다. 또, O2 가스의 유량의 증가는, 도 3의 D에 나타낸 바와 같이 전공정의 제2 처리 조건일 때부터 증가시켜도 좋고, 플라즈마 착화 직후에 증가시켜도 좋다. 또한, 플라즈마의 착화를 재촉하는 Ar 가스 등의 불활성 가스의 유량을 증가시켜도 좋다. 또한, 과도 상태로부터 안정 상태로 이행했을 때, CF계의 가스의 도입에 의해, 다시 플라즈마 상태가 불안정해지지 않는 경우에는, 제2 처리 조건 및 과도 상태에서의 가스는 불활성 가스만이어도 좋다.
또, O2 가스의 유량을 늘리는 타이밍은, 전공정이 실행되는 어떤 타이밍(도 3의 시각 0∼T1)이어도 좋고, 플라즈마 착화시(시각 T1) 또는 그 미리 정해진 시간전이어도 좋다. 또, O2 가스의 유량은, 안정 상태에 들어가고 나서 미리 정해진 시간 경과후에 원래 유량으로 복귀된다. O2 가스의 유량은, 안정 상태에 들어간 직후에 원래 유량으로 제어해도 좋다.
이와 같이, 플라즈마의 상승시에는, HF 파워 및 LF 파워가 오버슈트하거나, 언더슈트하거나 하여 안정되지 않는다. 또한, 플라즈마의 상승시에는 가스의 라디칼의 상태가 변화하기 쉽다. 각 라디칼의 수명도 상이하다. 이 때문에, HF 파워 및 LF 파워의 반사 상태가 변화하거나, 처리 공간(U)에서 전체 및 국소적으로 플라즈마 밀도가 높아지거나 낮아지거나 한다. 이 때문에, 마스크(101)의 개구가 폐색되기 쉽고, 또한 마스크(101)의 개구 장소에 따라 사이즈가 상이한 등의 변동이 생기기 쉽다.
예컨대, 도 4에 C4F8 가스의 해리 패턴의 일례를 나타낸다. 횡축은, 좌측으로부터 우측으로 해리의 횟수를 나타낸다. 여기서는, 해리후의 각 라디칼의 수명이 동일하게 나타나 있지만, 실제로는 각 라디칼의 수명은 상이하다.
C4F8 가스는, 플라즈마 착화후에 1차 해리되면, C4F7, C3F6, C2F4, CF2, F의 라디칼상태로 변화된다. 그 후에도 단시간에 2차 해리 및 3차 해리된다. 예컨대, C4F8 가스로부터 1차 해리된 상태의 C2F4는, 다시 해리되어 CF2, CF, F의 라디칼 상태로 변화한다. 이러한 해리의 패턴은 플라즈마의 전자 온도 Te에 기인한다. 그 때문에, 도 3의 (b)에 나타내는 플라즈마 착화 직후의 과도 상태에서는, C4F8 가스가 단시간에 여러가지 라디칼 상태로 변화하고, 생성되는 퇴적물의 프리커서의 종류 및 퇴적 장소가 여러가지 상태로 변동된다.
도 5에 일례를 나타낸 바와 같이, C4F8 가스로부터 1차 해리된 상태의 C4F7는, C4F8보다 F에 대한 C의 비율이 많기 때문에, C4F8보다 퇴적량이 많고, 또한 C4F8 가스로부터 2차 해리된 상태의 CF2 등보다 부착 계수가 높다. 이 때문에, C4F7의 프리커서 등으로 구성되는 퇴적물(105)은 마스크(101)에 부착되어 퇴적되고, 퇴적량이 많아지면 마스크(101)를 폐색시킨다.
한편, C4F8 가스로부터 2차 해리된 상태의 CF2는, 부착 계수가 C4F7 등보다 낮기 때문에, 마스크(101) 상에 부착되더라도 머무르지 않고 이탈하여 퇴적되지 않는다. 이상으로부터, 과도 상태에서는 마스크(101) 상에 불균일하게 프리커서가 공급되어, 마스크(101)에 대하여 일정하지 않은 형상으로 퇴적물(105)이 퇴적되어 버린다. 단, 도 5는, 설명을 이해하기 쉽도록 상태의 일례를 간단히 기재한 것이며, 과도 상태는 라디칼의 상태가 시시각각 변화하여, 이것에 한정되지 않는다.
따라서, 본 실시형태에 관한 플라즈마 처리의 퇴적 공정에서는, 플라즈마가 시간적 및 공간적으로 불안정한 과도 상태에서, 제1 처리 조건보다 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어한다. 이것에 의해, 과도 상태의 기간에 국소적으로 플라즈마 밀도가 높은 개소가 생기는 것에 의해, 국소적으로 마스크의 개구가 폐색되는 것을 회피할 수 있다. 이와 같이, 플라즈마가 불안정할 때에 마스크(101)의 폐색이 일어나기 쉽기 때문에, 과도 상태에 한정하여 처리 조건을 제1 처리 조건보다 「퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건」으로 조정한다. 이것에 의해, 마스크의 개구의 폐색을 회피하면서, 실리콘 산화막(102)의 홀(104)의 수직성을 확보하고, 홀(104)의 바닥부의 절삭량을 억제하여, 홀(104)의 형상의 적정화를 도모할 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 도 6의 S 프레임 내는, 도 3에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 착화시에 HF 반사 파워 및 LF 반사 파워가 발생하고, 플라즈마가 불안정한 상태를 나타낸다. 이것에 대하여, 도 6의 E 프레임 내는, 플라즈마가 소화할 때에도 HF 반사 파워 및 LF 반사 파워가 발생하고, 플라즈마가 불안정한 상태로 되어 있는 것을 나타낸다. 예컨대, 플라즈마를 소화시킬 때에도 처리 공간(U)에서의 파티클 발생을 억제하는 등을 위해 HF 파워 및 LF 파워를 오프하는 시각 T4 전, 약 2초전의 T3에, 가변 직류 전원(42)으로부터의 직류 전압을 오프하면 챔버(2) 내의 플라즈마 상태가 변한다. 따라서, 플라즈마 소화시의 E 프레임 내의 상태에서도, 과도 상태에 한정하여 처리 조건을 「퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건」으로 조정한다.
즉, 제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 웨이퍼(W)에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에서, 도 6의 E에 나타내는 제1 플라즈마의 상태를 정지할 때, 제1 처리 조건보다 웨이퍼(W)에 대하여 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어한다. 상기 제어의 타이밍은, 제1 플라즈마의 상태를 정지하는 시각 T4보다 미리 정해진 시간만큼 전의 시각 T3으로부터 제1 플라즈마의 상태를 정지하기까지의 동안이다.
이것에 의해, S에 나타내는 플라즈마의 상승시뿐만 아니라, E에 나타내는 플라즈마의 상승시에도, 플라즈마가 시간적 및 공간적으로 불안정한 과도 상태에서, 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어한다. 이것에 의해, 과도 상태의 기간에 국소적으로 플라즈마 밀도가 높은 개소가 생기는 것에 의해, 국소적으로 마스크의 개구가 폐색되는 것을 회피할 수 있다.
또, 도 6에 나타내는 실시예에서는, 플라즈마의 소화시에 직류 전압을 오프한 후, HF 파워와 LF 파워를 동시에 오프하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 순서를 바꿔도 좋다. 어느 경우든, 플라즈마가 불안정한 과도 상태를 발생시킨다면, 처리 조건을 「퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건」으로 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마가 소화한 후, 생성된 라디칼의 양은 감쇠하지만, 각 라디칼의 수명은 상이하기 때문에, 감쇠하는 동안, 잔류하는 퇴적물의 프리커서의 종류 및 퇴적 장소가 여러 상태로 변동하고, 시간 변화한다. 그 때문에, 플라즈마를 소화하기 직전의 처리 조건을 「퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건」으로 조정하는 것이 바람직하다.
플라즈마의 상승, 플라즈마의 하강 및 후술하는 연속 플라즈마 처리에 있어서, O2 가스를 늘리는 타이밍은, 플라즈마 상태가 변할 때 또는 그 전이다. 플라즈마 상태가 변할 때의 구체예로는, HF 파워의 온ㆍ오프를 바꿨을 때나 고저를 바꿨을 때, LF 파워의 온ㆍ오프를 바꿨을 때나 고저를 바꿨을 때, 직류 전압을 온ㆍ오프했을 때, 가스를 바꿨을 때를 들 수 있다. 예컨대, 플라즈마의 하강시의 O2 가스의 공급 타이밍은, 플라즈마 소화시, 즉, 도 6의 제1 플라즈마의 상태를 정지하는 시각 T4보다 미리 정해진 시간만큼 전의 시각 T3 또는 그것보다 전의 시각이 바람직하다.
[퇴적 공정을 포함하는 플라즈마 처리]
다음으로, 일실시형태에 관한 퇴적 공정을 포함하는 플라즈마 처리의 일례에 관해, 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 7은, 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 본 처리는, 제어부(70)에 의해 제어된다.
본 처리가 시작되면, 우선, 제어부(70)는 웨이퍼(W)를 제공한다. 구체적으로는, 제어부(70)는, 게이트 밸브(G)를 개방하여, 반송구(19)로부터 도시하지 않은 반송 아암을 챔버(2) 내에 삽입하고, 웨이퍼(W)를 스테이지(21)에 배치한다(단계 S1).
다음으로, 제어부(70)는, 제2 처리 조건에 따라서 가스를 공급하고, HF 파워 및 LF 파워를 인가한다(단계 S2). 다음으로, 제어부(70)는, 플라즈마 착화했는지를 판정한다(단계 S3). 또, 제어부(70)는, 플라즈마가 착화했는지 아닌지를, 플라즈마의 발광 강도의 측정 결과로부터 판정할 수 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, 제어부(70)는, 플라즈마가 착화했는지 아닌지 판정하는 것이 가능한 다른 측정 방법을 사용할 수 있다.
제어부(70)는, 플라즈마 착화했다고 판정할 때까지 대기하고, 플라즈마 착화했다고 판정하면, 제1 처리 조건보다 퇴적성이 낮은 조건에 따라서 가스를 공급한다(단계 S4).
다음으로, 제어부(70)는, 플라즈마의 상태가 안정되었는지를 판정한다(단계 S5). 제어부(70)는, 플라즈마의 상태가 안정되었다고 판정할 때까지 대기하고, 플라즈마의 상태가 안정되었다고 판정하면, 제1 처리 조건에 따라서 가스를 공급하고, 에칭 처리를 실행하고, 퇴적물을 퇴적시킨다(단계 S6).
다음으로, 제어부(70)는, 연속 플라즈마 처리가 있는지를 판정한다(단계 S7). 연속 플라즈마 처리는, 에칭의 하나의 단계로부터 다음 단계로 플라즈마를 소화시키지 않고 이행하는 플라즈마 처리이며, 이행시에 각각의 단계에 따라서 가스를 전환한다. 제어부(70)는, 이러한 연속 플라즈마 처리가 있다고 판정하면, 단계 S8의 연속 플라즈마 처리를 실행한다. 연속 플라즈마 처리에 관해서는, 도 8의 플로우차트를 참조하여 후술한다.
단계 S7에서, 제어부(70)는, 연속 플라즈마 처리가 없다고 판정하면, 플라즈마 상태의 정지의 미리 정해진 시간전인지를 판정한다(단계 S9). 제어부(70)는, 플라즈마 상태의 정지의 미리 정해진 시간전이 될 때까지 대기하고, 플라즈마 상태의 정지의 미리 정해진 시간전이 되었다고 판정한 경우, 제1 처리 조건보다 퇴적성이 낮은 조건에 따라서 가스를 공급한다(단계 S10).
다음으로, 제어부(70)는, 플라즈마 상태의 정지를 실행할지를 판정한다(단계 S11). 제어부(70)는, 플라즈마 상태의 정지를 실행한다고 판정할 때까지 대기하고, 플라즈마 상태의 정지를 실행한다고 판정하면, HF 파워 및 LF 파워의 공급을 정지하고, 본 처리를 종료한다.
[연속 플라즈마 처리]
도 7의 단계 S8에서 호출되는 연속 플라즈마 처리에 관해, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은, 일실시형태에 관한 연속 플라즈마 처리의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
연속 플라즈마 처리에서는, 제어부(70)는, 변수 n에 3을 설정하고(단계 S21), 다음 단계로 이행할지를 판정한다(단계 S22). 제어부(70)는, 다음 단계로 이행하는 시간까지 대기하고, 다음 단계로 이행한다고 판정하면, 다음 단계의 처리 조건인 제n 처리 조건(여기서는 제3 처리 조건)보다 퇴적성이 낮은 조건에 따라서 가스를 공급한다(단계 S23).
다음으로, 제어부(70)는, 플라즈마의 상태가 안정되었는지를 판정한다(단계 S24). 제어부(70)는, 플라즈마의 상태가 안정되었다고 판정할 때까지, 단계 S23, S24의 처리를 반복한다. 제어부(70)는, 플라즈마의 상태가 안정되었다고 판정하면, 제n 처리 조건에 따라서 가스를 공급하고, 다음 단계의 에칭 처리를 실행하고, 퇴적물을 퇴적시킨다(단계 S25).
다음으로, 제어부(70)는, 연속 플라즈마 처리의 다음 단계(공정)가 있는지를 판정한다(단계 S26). 제어부(70)는, 연속 플라즈마 처리의 다음 단계가 없다고 판정하면, 본 처리를 종료한다. 제어부(70)는, 연속 플라즈마 처리의 다음 단계가 있다고 판정하면, 변수 n에 1을 더하고(단계 S27), 단계 S22로 되돌아가, 연속 플라즈마의 다음 단계(공정)에 관해, 단계 S22∼S27의 처리를 실행한다. 단계 S22∼S27의 처리는, 단계 S26에서 연속 플라즈마 처리의 다음 단계(공정)가 없다고 판정될 때까지 반복된다.
이것에 의하면, 예컨대 단계 A→단계 B와 연속 플라즈마 처리에 의해 가스가 변하는 공정의 전환시에, 단계 S23에서, 단계 A의 마지막 또는 단계 B의 처음에, 예컨대 수초 정도 O2 가스를 늘리는 처리가 실행된다.
이것에 의해, 플라즈마 착화시 및 플라즈마 소화시뿐만 아니라, 플라즈마의 상태가 변하는 연속 플라즈마의 공정의 전환시에 처리 조건을 「퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건」으로 조정한다. 즉, 연속 플라즈마 처리의 단계의 전환시에 있어서, 가스종, F 파워 등을 변경함으로써, 플라즈마가 시간적 및 공간적으로 불안정해지는 과도 상태에서, 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어한다. 이것에 의해, 국소적으로 플라즈마 밀도가 높은 개소가 생기는 것에 의해, 국소적으로 마스크의 개구가 폐색되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 다음 단계의 안정 상태에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로부터 퇴적물을 퇴적시키는 제n 처리 조건으로 한다. 이것에 의해, 홀(104)에 보잉이 생기거나, 홀(104)의 바닥부의 절삭량이 커지는 것을 회피하면서, 마스크의 개구의 폐색을 억제할 수 있다.
처리 조건을 「퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건」으로 조정하는 방법의 일례에 관해, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 일실시형태에 관한 퇴적물의 퇴적량을 제어하는 조건을 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 (a)는, 가스 전체에 대한 O2 가스의 분압 PO2에 대한 퇴적량, 또는 C4F8/C4F6의 유량비에 대한 퇴적물의 퇴적량의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 9의 (b)는, 챔버 내의 압력 P에 대한 퇴적물의 퇴적량의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, C4F6 가스에 대한 C4F8 가스의 비율을 높임으로써, 퇴적성의 프리커서의 비율을 낮추거나, 또는 반응성의 프리커서의 비율을 높일 수 있다. 또한, 가스 전체에 대한 O2 가스의 분압 PO2을 높임으로써, 퇴적성의 프리커서를 제거할 수 있다.
또한, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 챔버 내의 압력 P를 제어함으로써, 퇴적성의 프리커서의 비율을 낮추거나, 반응성의 프리커서의 비율을 높이거나 또는 퇴적성의 프리커서를 제거할 수 있다. 단, 플라즈마 상태가 크게 변하지 않을 정도로 O2 가스 및 그 밖의 처리 조건을 조정할 필요가 있다.
[결과]
마지막으로, 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 결과의 일례에 관해, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 도 10은, 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 결과의 일례를 나타내는 단면도 및 상면도이다. 도 11은, 일실시형태에 관한 플라즈마 처리의 결과의 에칭 형상에 관해, 도 11의 상면도로부터 계측할 수 있는 홀(104)(56개)의 CD의 사이즈의 변동 및 홀(104)의 진원도를 나타내는 도수분포(히스토그램)이다.
본 실시형태에 관한 플라즈마 처리에서는, 플라즈마의 상태가 불안정한 과도 상태인 동안, O2 가스의 공급을 늘리거나 또는 O2 가스의 공급을 시작한다. 비교예에서는, 플라즈마의 상태가 불안정한 과도 상태인 동안에도 O2 가스의 공급을 늘리지 않거나 또는 O2 가스의 공급을 개시하지 않는다. 이것에 의해, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 도 10의 (a)의 비교예와 비교하여, 마스크(101)의 개구의 폐색(클로깅)이 발생하지 않았다.
또한, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 도 11의 (a)의 비교예와 비교하여, 홀(104)의 CD의 변동이 작아졌다. 또한, 도 11의 (d)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서는, 도 11의 (c)의 비교예와 비교하여, 홀(104)의 진원도가 보다 「0」에 근접했다.
또, 도 11의 결과를 얻기 위한 계산에서는, 각 홀의 개구의 SEM 화상으로부터 홀의 개구의 대향 각도로 치수를 측정하여, 그 치수의 평균치를 각 홀의 치수(CD의 사이즈)로 했다. 또한, 그 평균치에 대한 편차(3σ)의 비율을 진원도로 했다.
[플라즈마가 안정되었다고 판정하는 방법]
「플라즈마가 안정되었다」고 판정하는 방법의 일례로서, HF 파워의 반사파 및 LF 파워의 반사파가 없어졌거나 또는 규정치 이하가 되었을 때에, 플라즈마가 안정되었다고 판정하는 방법이 있다. 그러나, 플라즈마가 안정되었다고 판정하는 방법은 이것에 한정되지 않고, 다음 각종 판정 방법을 이용할 수 있다.
ㆍ정합기(33, 35)의 매칭 위치가, 미리 기억하고 있는 플라즈마 안정시와 동일한 위치가 되었을 때 또는 규정하는 범위에 들어갔을 때
ㆍ종점 검출 장치 등, 발광 분광 분석(OES)에 의한 플라즈마 모니터가 가능한 장치가 플라즈마 처리 장치(1)에 병설되어 있는 경우, 측정된 플라즈마 모니터치가 미리 기억하고 있는 플라즈마 안정시와 동일한 값이 되었을 때 또는 규정하는 범위에 들어갔을 때
ㆍ전압치나 전류치를 측정 가능한 VI 센서 등의 전극에 통전하는 고주파(RF)의 전압/전류/위상을 모니터하는 기기가 병설되어 있는 경우, 기기에 의한 각각의 모니터치가 미리 기억하고 있는 플라즈마 안정시와 동일한 값이 되었을 때 또는 규정하는 범위에 들어갔을 때
이상의 수법뿐만 아니라, HF 파워, LF 파워, 플라즈마의 상태를 모니터하는 방법을 이용해도 상관없다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 플라즈마 처리에 의하면, 마스크의 개구의 폐색을 회피하면서, 에칭 형상에 있어서 보잉이나 홀의 바닥부의 리세스를 억제할 수 있다.
이번에 개시된 일실시형태에 관한 퇴적 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 상기 실시형태는, 첨부한 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있고, 또한 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시의 플라즈마 처리 장치는, ALD(Atomic Layer Deposition) 장치, CCP(Capacitively Coupled Plasma), ICP(Inductively Coupled Plasma), 방사형 슬롯 안테나(Radial Line Slot Antenna), ECR(Electron Cyclotron Resonance Plasma), HWP(Helicon Wave Plasma) 중 어느 타입이라도 적용 가능하다.

Claims (10)

  1. 퇴적 처리 방법에 있어서,
    제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서,
    상기 퇴적시키는 공정 전에 실행되는 전공정(前工程)으로부터 상기 퇴적시키는 공정으로 이행할 때, 상기 제1 플라즈마의 상태가 안정되기까지의 동안, 상기 제1 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 것인 퇴적 처리 방법.
  2. 퇴적 처리 방법에 있어서,
    제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서,
    상기 제1 플라즈마의 상태를 정지할 때, 상기 제1 플라즈마의 상태를 정지하는 시각보다 미리 정해진 시간만큼 전의 시각으로부터 상기 제1 플라즈마의 상태를 정지하기까지의 동안, 상기 제1 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 퇴적 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전공정은 제2 처리 조건에 기초하여 실행되고,
    상기 제2 처리 조건은 상기 제1 처리 조건과는 상이한 것인 퇴적 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전공정에서는 플라즈마를 생성하지 않는 퇴적 처리 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 처리 조건과는 상이한 제n(n≥3) 처리 조건에 기초하여 생성된 제n 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서,
    상기 제1 플라즈마를 이용하여 상기 퇴적시키는 공정으로부터 상기 제n 플라즈마를 이용하여 상기 퇴적시키는 공정으로 이행할 때, 상기 제n 플라즈마의 상태가 안정되기까지의 동안, 상기 제n 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 퇴적 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제n(n=1 또는 n≥3) 플라즈마의 상태를 나타내는 값이, 미리 정해진 정상 범위 내에 미리 정해진 만큼 이상 들어가기까지의 동안, 상기 제n 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 퇴적 처리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제n(n=1 또는 n≥3) 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건은,
    퇴적성의 프리커서를 제거하는 가스를 포함하는 것인 퇴적 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제n(n=1 또는 n≥3) 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건은,
    상기 제n 처리 조건에 포함되는 가스보다 퇴적성의 프리커서의 비율을 낮추는 가스를 포함하고, 그리고/또는 상기 제1 처리 조건에 포함되는 가스보다 반응성의 프리커서의 비율을 높이는 가스를 포함하는 것인 퇴적 처리 방법.
  9. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    챔버와 제어부를 가지며,
    상기 제어부는,
    상기 챔버 내에 기판을 제공하고,
    제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서, 상기 퇴적시키는 공정 전에 실행되는 전공정으로부터 상기 퇴적시키는 공정으로 이행할 때, 상기 제1 플라즈마의 상태가 안정되기까지의 동안, 상기 제1 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 것인 플라즈마 처리 장치.
  10. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    챔버와 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 챔버 내에 기판을 제공하고,
    제1 처리 조건에 기초하여 생성된 제1 플라즈마를 이용하여, 기판에 대하여 퇴적물을 퇴적시키는 공정에 있어서, 상기 제1 플라즈마의 상태를 정지할 때, 상기 제1 플라즈마의 상태를 정지하는 시각보다 미리 정해진 시간만큼 전의 시각으로부터 상기 제1 플라즈마의 상태를 정지하기까지의 동안, 상기 제1 처리 조건보다 기판에 대하여 상기 퇴적물을 퇴적시키지 않는 조건으로 제어하는 것인 플라즈마 처리 장치.
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