KR20230046257A - 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

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유야 미노우라
무네유키 오미
고키 다나카
류 나가이
노부히코 시라하마
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Abstract

[과제] 플라즈마 처리 전에 있어서, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대한 프리코팅을 적절하게 행한다.
[해결수단] 플라즈마 처리 방법은, (a) 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는 공정과, (b) 상기 부재의 표면에 상기 제1 보호막이 형성된 후에, 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부에 반입된 처리 대상체를 플라즈마 처리하는 공정을 포함한다.

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 시스템{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING SYSTEM}
본 개시는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 실리콘 함유막을 에칭하는 플라즈마 처리 방법이 개시되어 있다. 이러한 플라즈마 처리 방법은, 챔버의 내부를 카본막에 의해 코팅하는 공정과, 코팅 후에, 챔버의 내부에 플루오로카본 함유 가스를 포함하는 가스를 공급하여, 생성되는 플라즈마에 의해 실리콘 함유막을 에칭하는 공정을 갖는다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2018-133483호 공보
본 개시에 따른 기술은, 플라즈마 처리 전에 있어, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대한 프리코팅을 적절하게 행한다.
본 개시의 일양태의 플라즈마 처리 방법은, (a) 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는 공정과, (b) 상기 부재의 표면에 상기 제1 보호막이 형성된 후에, 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부에 반입된 처리 대상체를 플라즈마 처리하는 공정을 포함한다.
본 개시에 따르면, 플라즈마 처리 전에 있어서, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대한 프리코팅을 적절하게 행할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 제1 실시형태의 비교예 1, 2에 있어서 챔버 내 부재의 표면 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제1 실시형태의 실시예에 있어서 챔버 내 부재의 표면 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 제2 실시형태에 있어서 제1 보호막과 제2 보호막을 프리코팅한 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 제2 실시형태에 있어서의 제1 보호막의 막 두께를 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 제2 실시형태에 있어서의 제1 보호막의 막 두께를 설명하기 위한 도면이다.
도 8c는 제2 실시형태에 있어서의 제1 보호막의 막 두께를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 제1 실시형태에 있어서의 제1 보호막의 막 두께를 설명하기 위한 도면이다.
도 9b는 제1 실시형태에 있어서의 제1 보호막의 막 두께를 설명하기 위한 도면이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 플라즈마 처리 장치에 있어서, 반도체 기판(이하, 「기판」이라고 함)에 대하여 에칭이나 성막 처리 등의 플라즈마 처리가 행해진다. 플라즈마 처리 장치에서는, 챔버의 내부에서 처리 가스를 여기시킴으로써 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마에 의해 기판을 처리한다.
플라즈마 처리 전에는, 챔버의 내부의 부재(이하, 「챔버 내 부재」라고 하는 경우가 있음)의 표면에 대하여, 소위 프리코팅이 행해진다. 프리코팅은, 플라즈마 처리의 안정화를 위해, 혹은 플라즈마 처리를 행할 때에 챔버 내 부재의 소모를 억제하기 위해, 그 챔버 내 부재의 표면에 보호막을 코팅하는 것이다. 이 프리코팅으로서, 예컨대 전술한 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 방법에서는, 챔버 내부를 카본막에 의해 코팅한다.
프리코팅의 보호막은, 플라즈마 처리가 일정 기간 행해지면 제거되고, 재차, 챔버 내 부재의 표면에 새로운 보호막이 코팅된다. 즉, 보호막의 프리코팅, 플라즈마 처리, 보호막의 제거가 반복해서 행해지고, 플라즈마 처리가 계속해서 행해진다.
그러나, 본 발명자들이 예의 검토한 바, 프리코팅의 보호막의 종류에 따라서는, 플라즈마 처리의 결과가 시프트하여, 플라즈마 처리의 레이트가 경시적으로 변화하는 경우가 있는 것을 알았다. 또한, 이와 같이 플라즈마 처리의 결과가 시프트한 경우의 챔버 내 부재를 확인한 바, 그 챔버 내 부재가 손상되어 있는 것을 확인하였다. 따라서, 종래의 플라즈마 처리 전의 프리코팅에는 개선의 여지가 있다.
본 개시에 따른 기술은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 플라즈마 처리 전에 있어서, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대한 프리코팅을 적절하게 행한다. 이하, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템 및 플라즈마 처리 방법에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일의 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
<플라즈마 처리 시스템>
먼저, 일실시형태에 따른 플라즈마 처리 시스템에 대해서 설명한다. 도 1은 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
일실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 시스템은, 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 시스템은, 기판 처리 시스템의 일례이고, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 처리 장치의 일례이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 플라즈마 처리 공간을 갖는다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 가스 공급구는, 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는, 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 갖는다.
플라즈마 생성부(12)는, 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma), 또는, 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma) 등이어도 좋다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 여러 가지 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 좋다. 일실시형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는, 100 ㎑∼10 ㎓의 범위 내의 주파수를 갖는다. 따라서, AC 신호는, RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일실시형태에 있어서, RF 신호는, 100 ㎑∼150 ㎒의 범위 내의 주파수를 갖는다.
제어부(2)는, 본 개시에 있어서 서술되는 여러 가지 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 서술되는 여러 가지 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일실시형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는, 처리부(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함하여도 좋다. 제어부(2)는, 예컨대 컴퓨터(2a)에 의해 실현된다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)로부터 프로그램을 판독하고, 판독된 프로그램을 실행함으로써 여러 가지 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 이 프로그램은, 미리 기억부(2a2)에 저장되어 있어도 좋고, 필요할 때에, 매체를 통해 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은, 기억부(2a2)에 저장되고, 처리부(2a1)에 의해 기억부(2a2)로부터 판독되어 실행된다. 매체는, 컴퓨터(2a)에 판독 가능한 여러 가지 기억 매체여도 좋고, 통신 인터페이스(2a3)에 접속되어 있는 통신 회선이어도 좋다. 처리부(2a1)는, CPU(Central Processing Unit)여도 좋다. 기억부(2a2)는, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신하여도 좋다.
<플라즈마 처리 장치>
이하에, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해서 설명한다. 도 2는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는, 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는, 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 일실시형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 천장부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는, 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 접지된다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 케이스와는 전기적으로 절연된다.
기판 지지부(11)는, 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는, 처리 대상체로서의 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환형 영역(111b)을 갖는다. 웨이퍼는 기판(W)의 일례이다. 본체부(111)의 환형 영역(111b)은, 평면으로 보아 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는, 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환형 영역(111b) 상에 배치된다. 따라서, 중앙 영역(111a)은, 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지면이라고도 불리며, 환형 영역(111b)은, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 링 지지면이라고도 불린다.
일실시형태에 있어서, 본체부(111)는, 베이스(1110) 및 정전 척(1111)을 포함한다. 베이스(1110)는, 도전성 부재를 포함한다. 베이스(1110)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능할 수 있다. 정전 척(1111)은, 베이스(1110) 상에 배치된다. 정전 척(1111)은, 세라믹 부재(1111a)와 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되는 정전 전극(1111b)을 포함한다. 세라믹 부재(1111a)는, 중앙 영역(111a)을 갖는다. 일실시형태에 있어서, 세라믹 부재(1111a)는, 환형 영역(111b)도 갖는다. 또한, 환형 정전 척이나 환형 절연 부재와 같은, 정전 척(1111)을 둘러싸는 다른 부재가 환형 영역(111b)을 가져도 좋다. 이 경우, 링 어셈블리(112)는, 환형 정전 척 또는 환형 절연 부재 상에 배치되어도 좋고, 정전 척(1111)과 환형 절연 부재의 양방 상에 배치되어도 좋다. 또한, 후술하는 RF 전원(31) 및/또는 DC 전원(32)에 결합되는 적어도 하나의 RF/DC 전극이 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되어도 좋다. 이 경우, 적어도 하나의 RF/DC 전극이 하부 전극으로서 기능한다. 후술하는 바이어스 RF 신호 및/또는 DC 신호가 적어도 하나의 RF/DC 전극에 공급되는 경우, RF/DC 전극은 바이어스 전극이라고도 불린다. 또한, 베이스(1110)의 도전성 부재와 적어도 하나의 RF/DC 전극이 복수의 하부 전극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 정전 전극(1111b)이 하부 전극으로서 기능하여도 좋다. 따라서, 기판 지지부(11)는, 적어도 하나의 하부 전극을 포함한다.
링 어셈블리(112)는, 1 또는 복수의 환형 부재를 포함한다. 일실시형태에 있어서, 1 또는 복수의 환형 부재는, 1 또는 복수의 엣지링과 적어도 하나의 커버링을 포함한다. 엣지링은, 도전성 재료 또는 절연 재료로 형성되고, 커버링은, 절연 재료로 형성된다.
또한, 기판 지지부(11)는, 정전 척(1111), 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은, 히터, 전열 매체, 유로(1110a), 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로(1110a)에는, 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 일실시형태에 있어서, 유로(1110a)가 베이스(1110) 내에 형성되고, 1 또는 복수의 히터가 정전 척(1111)의 세라믹 부재(1111a) 내에 배치된다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 중앙 영역(111a) 사이의 간극에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다.
샤워 헤드(13)는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 확산실(13b), 및 복수의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는, 가스 확산실(13b)을 통과하여 복수의 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입된다. 또한, 샤워 헤드(13)는, 적어도 하나의 상부 전극을 포함한다. 또한, 가스 도입부는, 샤워 헤드(13)에 더하여, 측벽(10a)에 형성된 1 또는 복수의 개구부에 부착되는 1 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함하여도 좋다. 일실시형태에 있어서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해 샤워 헤드(13)에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는, 예컨대 매스플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 하나의 유량 변조 디바이스를 포함하여도 좋다.
전원(30)은, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은, 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 공급하도록 구성된다. 이에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은, 플라즈마 생성부(12)의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 적어도 하나의 하부 전극에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하고, 형성된 플라즈마 중의 이온 성분을 기판(W)에 인입할 수 있다.
일실시형태에 있어서, RF 전원(31)은, 제1 RF 생성부(31a) 및 제2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(31a)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 결합되며, 플라즈마 생성용의 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일실시형태에 있어서, 소스 RF 신호는, 10 ㎒∼150 ㎒의 범위 내의 주파수를 갖는다. 일실시형태에 있어서, 제1 RF 생성부(31a)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 소스 RF 신호는, 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 공급된다.
제2 RF 생성부(31b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 하부 전극에 결합되며, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 바이어스 RF 신호의 주파수는, 소스 RF 신호의 주파수와 동일하여도 달라도 좋다. 일실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 소스 RF 신호의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는다. 일실시형태에 있어서, 바이어스 RF 신호는, 100 ㎑∼60 ㎒의 범위 내의 주파수를 갖는다. 일실시형태에 있어서, 제2 RF 생성부(31b)는, 다른 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 1 또는 복수의 바이어스 RF 신호는, 적어도 하나의 하부 전극에 공급된다. 또한, 여러 가지 실시형태에 있어서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다.
또한, 전원(30)은, 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함하여도 좋다. DC 전원(32)은, 제1 DC 생성부(32a) 및 제2 DC 생성부(32b)를 포함한다. 일실시형태에 있어서, 제1 DC 생성부(32a)는, 적어도 하나의 하부 전극에 접속되며, 제1 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제1 DC 신호는, 적어도 하나의 하부 전극에 인가된다. 일실시형태에 있어서, 제2 DC 생성부(32b)는, 적어도 하나의 상부 전극에 접속되며, 제2 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 제2 DC 신호는, 적어도 하나의 상부 전극에 인가된다.
여러 가지 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 DC 신호가 펄스화되어도 좋다. 이 경우, 전압 펄스의 시퀀스가 적어도 하나의 하부 전극 및/또는 적어도 하나의 상부 전극에 인가된다. 전압 펄스는, 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 또는 이들이 조합된 펄스 파형을 가져도 좋다. 일실시형태에 있어서, DC 신호로부터 전압 펄스의 시퀀스를 생성하기 위한 파형 생성부가 제1 DC 생성부(32a)와 적어도 하나의 하부 전극 사이에 접속된다. 따라서, 제1 DC 생성부(32a) 및 파형 생성부는, 전압 펄스 생성부를 구성한다. 제2 DC 생성부(32b) 및 파형 생성부가 전압 펄스 생성부를 구성하는 경우, 전압 펄스 생성부는, 적어도 하나의 상부 전극에 접속된다. 전압 펄스는, 정의 극성을 가져도 좋고, 부의 극성을 가져도 좋다. 또한, 전압 펄스의 시퀀스는, 1주기 내에 1 또는 복수의 정극성 전압 펄스와 1 또는 복수의 부극성 전압 펄스를 포함하여도 좋다. 또한, 제1 및 제2 DC 생성부(32a, 32b)는, RF 전원(31)에 더하여 마련되어도 좋고, 제1 DC 생성부(32a)가 제2 RF 생성부(31b) 대신에 마련되어도 좋다.
배기 시스템(40)은, 예컨대 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 마련된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은, 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해, 플라즈마 처리 공간(10s) 내의 압력이 조정된다. 진공 펌프는, 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
<플라즈마 처리 방법의 제1 실시형태>
다음에, 플라즈마 처리 방법의 제1 실시형태에 대해서 설명한다. 제1 실시형태에서는, 플라즈마 처리로서 에칭을 행하는 경우에 대해서 설명한다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 플라즈마 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
[단계 S1]
먼저, 제1 처리 가스의 플라즈마에 의해, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부의 부재(이하, 「챔버 내 부재」라고 하는 경우가 있음)의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는, 소위 프리코팅을 행한다(도 3의 단계 S1). 챔버 내 부재는, 적어도 플라즈마 처리 공간(10s)에 노출되는 부재를 포함하고, 플라즈마 처리 챔버(10)도 포함한다. 또한, 챔버 내 부재는, 예컨대 Si나 석영으로 형성되는 부재를 포함한다. 제1 처리 가스는, 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함한다. 프리커서 가스는, 탄화수소(CxHy: x, y는 정수) 가스이며, 예컨대 CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6 등이다. 또한, 제1 처리 가스는, 희가스를 더 포함하고 있어도 좋다. 희가스는, 예컨대 Ar, He 등이다.
단계 S1에서는, 먼저, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에, 처리 대상체와는 다른 기판(이하, 「더미 기판」이라고 함)을 반입하고, 정전 척(1111) 상에 더미 기판을 배치한다. 또한, 더미 기판의 반입 후, 배기 시스템(40)에 의해 플라즈마 처리 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압한다.
계속해서, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통해 플라즈마 처리 공간(10s)에 제1 처리 가스를 공급한다. 또한, RF 전원(31)의 제1 RF 생성부(31a)에 의해 플라즈마 생성용의 소스 RF 전력을 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급한다. 이 제1 처리 가스를 여기시켜, 플라즈마를 생성한다. 그리고, 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 제1 보호막이 형성된다. 또한, 제1 보호막의 형성 후, 더미 기판은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된다.
[단계 S2]
다음에, 처리 대상체인 기판(W)을 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭한다(도 3의 단계 S2). 제2 처리 가스는, 적어도 수소 함유 가스를 포함한다. 수소 함유 가스는, 예컨대 HBr, CH2F2, H2 등이다. 또한, 제2 처리 가스는, 플루오로카본 가스나 하이드로플루오로카본 가스를 포함하고 있어도 좋고, 할로겐 함유 가스를 포함하고 있어도 좋다. 플루오로카본 가스는, 예컨대 C4F6 가스나 C4F8 가스 등이고, 하이드로플루오로카본 가스는, 예컨대 CHF3이나 CH2F2 등이고, 할로겐 함유 가스는, 예컨대 Cl2나 SiCl4 등이다. 또한, 제2 처리 가스는, WF6 등의 금속 함유 가스를 포함하고 있어도 좋다. 또한, 제2 처리 가스는, 희가스, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스를 포함하고 있어도 좋다. 희가스는, 예컨대 Ar, He 등이고, 산소 함유 가스는, 예컨대 O2 등이고, 질소 함유 가스는, 예컨대 N2 등이다. 이들 제2 처리 가스는, 기판(W)에 포함되는 에칭 대상막이나 요구되는 에칭 후의 에칭 대상막의 형상에 따라 선택된다.
단계 S2에서는, 먼저, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에, 처리 대상체인 기판(W)을 반입하고, 정전 척(1111) 상에 기판(W)을 배치한다. 기판(W)은, 쿨롱력에 의해 정전 척(114)에 정전 흡착되어, 유지된다. 이때, 기판(W)은 원하는 온도로 조정된다. 또한, 기판(W)의 반입 후, 배기 시스템(40)에 의해 플라즈마 처리 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압한다.
계속해서, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통해 플라즈마 처리 공간(10s)에 제2 처리 가스를 공급한다. 또한, RF 전원(31)의 제1 RF 생성부(31a)에 의해 플라즈마 생성용의 소스 RF 전력을 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급한다. 이 제2 처리 가스를 여기시켜, 플라즈마를 생성한다. 이때, 제2 RF 생성부(31b)에 의해 이온 인입용의 바이어스 RF 신호를 공급하여도 좋다. 그리고, 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 기판(W)이 에칭된다. 또한, 기판(W)의 에칭 후, 그 기판(W)은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된다.
또한, 단계 S2에 있어서 에칭되는 기판(W)은 1장이어도 좋고, 복수매여도 좋다. 복수매의 경우, 에칭된 기판(W)이 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된 후, 별개의 기판(W)이 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에 반입되어, 에칭된다.
[단계 S3]
다음에, 제1 보호막을 제거 가능한 가스를 포함하는 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면으로부터 제1 보호막을 제거한다(도 3의 단계 S3). 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 산소 함유 가스이다. 산소 함유 가스는, 예컨대 O2 등이다.
단계 S3에서는, 먼저, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에, 더미 기판을 반입하여, 정전 척(1111) 상에 더미 기판을 배치한다. 또한, 더미 기판의 반입 후, 배기 시스템(40)에 의해 플라즈마 처리 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압한다.
계속해서, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통해 플라즈마 처리 공간(10s)에 제3 처리 가스를 공급한다. 또한, RF 전원(31)의 제1 RF 생성부(31a)에 의해 플라즈마 생성용의 소스 RF 전력을 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급한다. 이 제3 처리 가스를 여기시켜, 플라즈마를 생성한다. 이때, 제2 RF 생성부(31b)에 의해 이온 인입용의 바이어스 RF 신호를 공급하여도 좋다. 그리고, 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 챔버 내 부재의 표면으로부터 제1 보호막이 제거된다. 또한, 제1 보호막의 제거 후, 더미 기판은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된다.
또한, 더미 기판이 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된 후, 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면 및 정전 척(1111)의 표면을 클리닝하여도 좋다. 이때, 동시에 정전 척(1111)의 표면에 대전하고 있는 전하도 제전할 수 있다.
또한, 제1 보호막의 제거 후, 더미 기판은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출되기 전에, 더미 기판을 정전 척(1111)의 표면으로부터 이격시킨 상태에서, 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면 및 정전 척(1111)의 표면의 클리닝 및 정전 척(1111)의 표면에 대전하고 있는 전하의 제전을 행하여도 좋다. 이때, 더미 기판과 정전 척(1111)의 표면 사이에서도 충분히 플라즈마가 생성되기 때문에, 더미 기판을 정전 척(1111)의 표면으로부터 이격시키는 거리는, 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해 형성되는 시스폭보다 큰 것이 바람직하고, 약 8 ㎜ 이상이 바람직하다.
그리고 제1 실시형태에서는, 단계 S1∼S3을 반복해서 행하여, 기판(W)에 대한 플라즈마 처리가 계속해서 행해진다.
또한, 단계 S1∼S3을 반복하여 행하는 경우, 단계 S1에서의 더미 기판과 단계 S3에서의 더미 기판은 동일한 것이어도 좋다. 이 경우, 단계 S3 후의 더미 기판의 반출과 단계 S1 개시 시의 더미 기판의 반입을 생략하는 것이 가능해져, 그만큼, 시간 단축을 도모할 수 있다.
이상의 제1 실시형태에 따르면, 단계 S1에 있어서 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 제1 보호막을 형성한다. 이 때문에, 단계 S2에 있어서의 에칭이 안정되어, 예컨대 에칭 레이트의 경시 변화를 억제할 수 있다. 또한, 단계 S3에 있어서 제1 보호막을 제거하여도, 챔버 내 부재의 손상을 억제할 수 있다. 이하, 이들의 효과의 상세에 대해서 설명한다.
본 발명자들은, 다른 막종의 프리코팅을 행한 경우에 대해서, 기판(W)의 에칭을 행하고, 그 에칭 레이트의 경시 변화를 조사하였다. 비교예 1은, C4F8 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면에 보호막을 형성한 예이다. 비교예 2는, CH4 가스와 C4F8 가스의 혼합 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면에 보호막을 형성한 예이다. 실시예는, 본 실시형태의 일례이며, CH4 가스의 플라즈마에 의해 챔버 내 부재의 표면에 제1 보호막을 형성한 예이다.
비교예 1에 대해서 설명한다. 본 실험에서는, 비교예 1의 C4F8 단일 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우의 에칭 레이트의 경시 변화와, 프리코팅 없음의 경우의 에칭 레이트의 경시 변화를 비교하였다. 그 결과, 비교예 1의 프리코팅 있음의 경우와 프리코팅 없음의 경우의 어느 것에 있어서도, 에칭 레이트는 경시적으로 상승하였다. 또한, 비교예 1의 프리코팅 있음의 경우의 에칭 레이트의 경시 변화는, 프리코팅 없음의 에칭 레이트의 경시 변화보다 컸다. 예컨대, 프리코팅 없음의 경우에 있어서, 에칭 레이트의 경시 변화율은 1.4%였다. 한편, 비교예 1의 프리코팅 있음의 경우에 있어서, 에칭 레이트의 경시 변화율은 2.7%였다. 따라서, 비교예 1의 C4F8 단일 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우, 에칭이 안정되지 않는 것을 알았다. 또한, 에칭 레이트의 경시 변화율이란, 초기(0 h)의 에칭 레이트에 대하여, 에칭, 즉 소스 RF 전력의 공급을 일정 시간(10 h) 행한 후의 에칭 레이트의 변화율이다.
비교예 2에 대해서 설명한다. 본 실험에서는, 비교예 2의 CH4 가스와 C4F8 가스의 혼합 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우의 에칭 레이트의 경시 변화와, 프리코팅 없음의 경우의 에칭 레이트의 경시 변화를 비교하였다. 그 결과, 비교예 2의 프리코팅 있음의 경우와 프리코팅 없음의 경우의 어느 것에 있어서도, 에칭 레이트는 경시적으로 상승하였다. 단, 비교예 2의 프리코팅 있음의 경우의 에칭 레이트의 경시 변화는, 프리코팅 없음의 에칭 레이트의 경시 변화의 약 절반이었다. 예컨대, 프리코팅 없음의 경우에 있어서, 에칭 레이트의 경시 변화율은 6.3%였다. 한편, 비교예 2의 프리코팅 있음의 경우에 있어서, 에칭 레이트의 경시 변화율은 3.7%였다. 따라서, 비교예 2의 CH4 가스와 C4F8 가스의 혼합 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우, 전술한 비교예 1과 비교하여, 에칭 레이트의 경시 변화는 개선되지만, 역시 에칭이 안정되지 않는 것을 알았다.
실시예에 대해서 설명한다. 본 실험에서는, 실시예의 CH4 단일 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우의 에칭 레이트의 경시 변화와, 프리코팅 없음의 경우의 에칭 레이트의 경시 변화를 비교하였다. 그 결과, 프리코팅 없음의 경우, 에칭 레이트는 경시적으로 상승한 데 대하여, 실시예의 프리코팅 있음의 경우, 에칭 레이트는 경시적으로 거의 변화하지 않았다. 예컨대, 프리코팅 없음의 경우에 있어서, 에칭 레이트의 경시 변화율은 2.6%였다. 한편, 실시예의 프리코팅 있음의 경우에 있어서, 에칭 레이트의 경시 변화율은 0.06%였다. 따라서, 실시예의 CH4 단일 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우, 에칭 레이트의 경시 변화가 억제되어, 에칭이 안정되는 것을 알았다.
이상의 실험 결과로부터, 실시예의 CH4 단일 가스에 의한 보호막을 프리코팅한 경우, 에칭 레이트의 경시 변화를 가장 억제할 수 있다. 또한, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의한 제1 보호막을 프리코팅한 경우, CH4 가스와 마찬가지로, 에칭 레이트의 경시 변화가 억제되어, 에칭이 안정되는 것을 발견하였다.
이상과 같이, 실시예(CH4 단일 가스), 비교예 2(CH4 가스와 C4F8 가스의 혼합 가스), 비교예 1(C4F8 단일 가스)의 순서로 에칭 레이트의 경시 변화를 작게 할 수 있다. 이 메커니즘에 대해서, 본 발명자들은 다음과 같이 추찰하였다.
도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 예컨대 비교예 1, 2의 보호막(R)이 F를 포함하는 경우에 있어서, 그 보호막(R)은, 에칭 시에 이용되는 제2 처리 가스의 수소 함유 가스 중 H에 대하여 노출된다. 그렇게 되면, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 보호막(R)의 내부에 있어서, F와 H가 반응하여 HF가 발생하고, 이 HF가 챔버 내 부재(M)와 반응함으로써, 그 챔버 내 부재(M)의 표면이 손상(소모)되어, 표면 거칠음이 생긴다. 챔버 내 부재(M)는, 예컨대 Si나 석영으로 형성된다. 그리고, 챔버 내 부재(M)의 손상이 에칭에 영향을 끼쳐, 에칭 레이트가 경시적으로 변화한다.
이에 대하여, 도 5에 나타내는 바와 같이 예컨대 실시예의 제1 보호막(P1)이 F(할로겐)을 포함하지 않는 경우, 제1 보호막(P1)은 제2 처리 가스의 H와 반응하지 않기 때문에, 챔버 내 부재(M)의 표면의 손상을 억제할 수 있다. 그 결과, 에칭 레이트가 경시적으로 변화하는 것을 억제할 수 있어, 에칭을 안정시킬 수 있다.
또한, 제2 처리 가스에 수소 함유 가스가 포함되지 않았다고 해도, 챔버 내 부재(M)와 보호막(R)의 계면에 있어서, 열 에너지나 플라즈마로부터 조사되는 이온의 에너지에 의해, 챔버 내 부재(M)의 표면과 보호막(R)에 포함되는 F의 반응에 의해, 챔버 내 부재(M)의 표면이 손상(소모)되어, 표면 거칠음이 생기는 것도 예상된다. 열 에너지는, 챔버 내 부재(M)가 기술되지 않는 가열 기구에 의해 일정 온도로 제어되어 있는 경우이거나, 플라즈마로부터의 UV 광에 의한 가열이거나, 플라즈마로부터 조사되는 이온의 에너지가 열로 변환된 것이다. 이에 대해서도, 예컨대 실시예의 제1 보호막(P1)이 F(할로겐)을 포함하지 않는 경우, 챔버 내 부재(M)의 표면의 손상을 억제할 수 있다.
<플라즈마 처리 방법의 제2 실시형태>
다음에, 플라즈마 처리 방법의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 상기 제1 실시형태에서는, 제1 보호막, 즉 단층을 프리코팅하였지만, 본 제2 실시형태에서는, 복수층의 보호막을 프리코팅한다. 또한, 제2 실시형태에서도, 제1 실시형태와 마찬가지로, 플라즈마 처리로서 에칭을 행하는 경우에 대해서 설명한다. 도 6은 제2 실시형태에 따른 플라즈마 처리의 주된 공정을 나타내는 흐름도이다.
[단계 T1]
먼저, 제1 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는, 소위 프리코팅을 행한다(도 6의 단계 T1). 제1 처리 가스는, 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함한다. 프리커서 가스는, 탄화수소(CxHy: x, y는 정수) 가스이며, 예컨대 CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6 등이다. 제1 처리 가스는, 희가스를 더 포함하고 있어도 좋다. 희가스는, 예컨대 Ar, He 등이다. 또한, 단계 T1의 상세한 것은, 상기 제1 실시형태의 단계 S1과 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
[단계 T2]
다음에, 후술하는 단계 T3에서 이용되는 제2 처리 가스와 동일한 종류의 제4 처리 가스의 플라즈마에 의해, 도 7에 나타내는 바와 같이 제1 보호막(P1) 상에 제2 보호막(P2)을 형성하는, 소위 프리코팅을 행하다(도 6의 단계 T2). 제4 처리 가스는, 제2 처리 가스와 동일한 프리커서 가스를 포함한다. 제4 처리 가스는, 예컨대 H, F, N, C 중 어느 하나 또는 복수를 포함하고 있어도 좋다. 또한, 제4 처리 가스는, 금속 함유 가스를 포함하고 있어도 좋다.
단계 T2에서는, 단계 T1부터 계속해서, 정전 척(1111) 상에 더미 기판을 배치한 상태로 행해진다. 그리고, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통해 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급되는 처리 가스를 제1 처리 가스로부터 제4 처리 가스로 전환한다. 또한, RF 전원(31)의 제1 RF 생성부(31a)에 의해 플라즈마 생성용의 소스 RF 전력을 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급한다. 이 제4 처리 가스를 여기시켜, 플라즈마를 생성한다. 이때, 제2 RF 생성부(31b)에 의해 이온 인입용의 바이어스 RF 신호를 공급하여도 좋다. 그리고, 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 제1 보호막(P1) 상에 제2 보호막(P2)이 형성된다. 또한, 제2 보호막(P2)의 형성 후, 더미 기판은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된다.
단계 T2에 있어서의 프로세스 조건은, 후술하는 단계 T3의 프로세스 조건과 동일한 것이 바람직하다. 예컨대 단계 T3이 복수의 다른 프로세스 조건을 포함하고, 프로세스 조건 A, 프로세스 조건 B, 프로세스 조건 C를 순차 행하여 기판(W)을 에칭하는 경우, 단계 T2에 있어서의 프로세스 조건은, 단계 T3의 최초의 프로세스 조건 A와 동일한 것이 바람직하다.
이러한 경우, 단계 T3에 있어서 에칭을 행할 때, 그 에칭에 의한 바이프로덕트(부생성물)가 생성되는데, 제2 보호막(P2)으로부터 동일한 바이프로덕트가 생성된다. 또한, 제2 보호막(P2)으로부터 에칭 시와 동일한 바이프로덕트가 생성되면, 단계 T2의 프로세스 조건은, 단계 T3의 최초의 프로세스 조건 A와 완전히 동일하게 할 필요는 없다. 조건 설정의 우선순으로서는, 예컨대 하기 (1)∼(3)의 순서가 생각된다.
(1) 단계 T2의 제4 처리 가스의 종류가, 단계 T3의 제2 처리 가스의 종류와 동일한 것.
(2) 단계 T2의 제4 처리 가스의 유량이, 단계 T3의 제2 처리 가스의 유량과 동일한 것.
(3) 단계 T2에 있어서의 RF 전력과 처리 압력이 각각, 단계 T3에 있어서의 RF 전력과 처리 압력과 동일한 것.
[단계 T3]
다음에, 처리 대상체인 기판(W)을 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해 에칭한다(도 6의 단계 T3). 또한, 에칭되는 기판(W)은 1장이어도 좋고, 복수매여도 좋다. 또한, 단계 T3의 상세한 것은, 상기 제1 실시형태의 단계 S2와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
[단계 T4]
다음에, 제2 보호막(P2)을 제거 가능한 가스를 포함하는 제5 처리 가스의 플라즈마에 의해, 제1 보호막(P1)으로부터 제2 보호막(P2)을 제거한다(도 6의 단계 T4). 제2 보호막(P2)을 제거 가능한 가스는, 제2 보호막(P2)에 따라 적절하게 선택된다. 예컨대, 제2 보호막(P2)의 주성분이 플루오로카본 등의 유기막이면, 제2 보호막(P2)을 제거 가능한 가스(제5 처리 가스)는, 산소 함유 가스이다. 산소 함유 가스는, 예컨대 O2 등이다. 또한, 제2 보호막(P2)에 금속이 포함되어 있는 경우는, 제5 처리 가스는, 할로겐 함유 가스를 포함하고 있어도 좋다. 할로겐 함유 가스는, 예컨대 CF4 가스나 Cl2 가스 등이다.
단계 T4에서는, 먼저, 플라즈마 처리 챔버(10)의 내부에, 더미 기판을 반입하고, 정전 척(1111) 상에 더미 기판을 배치한다. 또한, 더미 기판의 반입 후, 배기 시스템(40)에 의해 플라즈마 처리 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압한다.
계속해서, 가스 공급부(20)로부터 샤워 헤드(13)를 통해 플라즈마 처리 공간(10s)에 제5 처리 가스를 공급한다. 또한, RF 전원(31)의 제1 RF 생성부(31a)에 의해 플라즈마 생성용의 소스 RF 전력을 기판 지지부(11)의 도전성 부재 및/또는 샤워 헤드(13)의 도전성 부재에 공급한다. 이 제5 처리 가스를 여기시켜, 플라즈마를 생성한다. 이때, 제2 RF 생성부(31b)에 의해 이온 인입용의 바이어스 RF 신호를 공급하여도 좋다. 그리고, 생성된 플라즈마의 작용에 의해, 제1 보호막(P1)으로부터 제2 보호막(P2)이 제거된다.
[단계 T5]
다음에, 제1 보호막(P1)을 제거 가능한 가스를 포함하는 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재(M)의 표면으로부터 제1 보호막(P1)을 제거한다(도 6의 단계 T5). 제1 보호막(P1)을 제거 가능한 가스는, 산소 함유 가스이다. 산소 함유 가스는, 예컨대 O2 등이다. 또한, 단계 T5의 상세한 것은, 상기 제1 실시형태의 단계 S3과 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
또한, 단계 T4의 제5 처리 가스와 단계 T5의 제3 처리 가스가 동일한 경우, 단계 T4와 단계 T5를 나눌 필요는 없고, 제2 보호막(P2)의 제거와 제1 보호막(P1)의 제거를 연속해서 행하여도 좋다.
또한, 제2 보호막(P2)의 제거와 제1 보호막의 제거 후, 더미 기판은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된다.
또한, 더미 기판이 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출된 후, 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면 및 정전 척(1111)의 표면을 클리닝하여도 좋다. 이때, 동시에 정전 척(1111)의 표면에 대전하고 있는 전하도 제전할 수 있다.
또한, 제1 보호막의 제거 후, 더미 기판은 플라즈마 처리 챔버(10)로부터 반출되기 전에, 더미 기판을 정전 척(1111)의 표면으로부터 이격시킨 상태에서, 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재의 표면 및 정전 척(1111)의 표면의 클리닝 및 정전 척(1111)의 표면에 대전하고 있는 전하의 제전을 행하여도 좋다. 이때, 더미 기판과 정전 척(1111)의 표면 사이에서도 충분히 플라즈마가 생성되기 때문에, 더미 기판을 정전 척(1111)의 표면으로부터 이격시키는 거리는, 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해 형성되는 시스폭보다 큰 것이 바람직하고, 약 8 ㎜ 이상이 바람직하다.
그리고 제2 실시형태에서는, 단계 T1∼T5를 반복해서 행하여, 기판(W)에 대한 플라즈마 처리가 계속해서 행해진다.
또한, 단계 T1∼T5를 반복해서 행하는 경우, 단계 T1에서의 더미 기판과 단계 T4/단계 T5에서의 더미 기판은 동일한 것이어도 좋다. 그 경우, 단계 T5 후의 더미 기판의 반출과 단계 T1 개시 시의 더미 기판의 반입을 생략하는 것이 가능해져, 그만큼, 시간 단축을 도모할 수 있다.
이상의 제2 실시형태에 있어서도, 제1 실시형태와 동일한 효과를 향수할 수 있다. 즉, 단계 T1에 있어서 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스의 플라즈마에 의해, 챔버 내 부재(M)의 표면에 제1 보호막(P1)을 형성하기 때문에, 단계 T3에 있어서의 에칭이 안정되며, 예컨대 에칭 레이트의 경시 변화를 억제할 수 있다. 또한, 단계 T5에 있어서 제1 보호막(P1)을 제거하여도, 챔버 내 부재(M)의 손상을 억제할 수 있다.
더구나 제2 실시형태에서는, 적어도 단계 T2의 제4 처리 가스의 종류가, 단계 T3의 제2 처리 가스의 종류와 동일하며, 바람직하게는 단계 T2의 프로세스 조건이, 단계 T3의 최초의 프로세스 조건 A와 동일하다. 이 때문에, 단계 T3에 있어서, 제2 보호막(P2)으로부터 에칭 시와 동일한 바이프로덕트를 생성할 수 있다. 그 결과, 단계 T3의 에칭을 더욱 안정시킬 수 있다. 예컨대, 단계 T3에 있어서 복수매의 기판(W)을 에칭하는 경우, 1장째부터 일정한 에칭 레이트가 된다. 또한, 에칭 레이트의 면내 균일성을 향상시킬 수도 있다. 또한, 에칭, 즉 소스 RF 전력의 공급을 일정 시간 행한 후의 에칭 레이트의 변화율도 저감할 수 있다.
또한, 2회째의 단계 T3에 있어서 프로세스 조건 D, 프로세스 조건 E, 프로세스 조건 F를 순차 행하여 기판(W)을 에칭하는 경우, 2회째의 단계 T2의 프로세스 조건은, 단계 T3의 최초의 프로세스 조건 D와 동일한 것이 바람직하다. 즉, 단계 T2의 프로세스 조건은, 직후에 행해지는 단계 T3의 최초의 프로세스 조건과 동일한 것이 바람직하다.
또한, 제2 실시형태에 있어서, 상기한 예에서는, 제1 보호막(P1)과 제2 보호막(P2)의 2층을 프리코팅하였지만, 3층 이상이어도 좋다. 이러한 경우, 챔버 내 부재(M)측의 최하층이 제1 보호막(P1)이고, 플라즈마 처리 공간(10s)측의 최상층이 제2 보호막(P2)이면 좋다. 또한, 프리코팅의 복수의 층은, 그레데이션과 같이 높이 방향으로 변화하는 것이어도 좋고, 이러한 경우에도, 최하층이 제1 보호막(P1)이고, 최상층이 제2 보호막(P2)이면 좋다.
<제1 보호막의 막 두께>
다음에, 제1 보호막(P1)의 막 두께에 대해서 설명한다. 단계 T4에서는, 제5 처리 가스의 플라즈마에 의해, 소위 이온 스퍼터링을 행하여, 제2 보호막(P2)을 제거한다. 이러한 경우, 도 8에 나타내는 바와 같이 제5 처리 가스(제3 처리 가스)의 플라즈마에 의해 생성된 이온이 제2 보호막(P2) 및 제1 보호막(P1)에 조사된다.
도 8a에 나타내는 바와 같이, 상기 이온의 에너지(이하, 「이온 에너지」라고 함)가 큰 경우, 즉 도 8a 중의 만곡 영역이 큰 경우, 그 이온 에너지는 챔버 내 부재(M)의 내부(도 8 중의 해칭 영역)까지 도달한다. 예컨대 제2 보호막(P2)이 F를 포함하고, 챔버 내 부재(M)가 Si로 형성되는 경우, 챔버 내 부재(M)의 표층 내부에서 Si와 F가 반응하여 SiF4가 생성되고, 또한 SiF4가 기화한다. 그 결과, 에칭이 촉진된다. 그리고, 챔버 내 부재(M)의 표면 내에 있어서, 이와 같이 SiF4가 기화하는 현상이 일어나거나, 일어나지 않거나 하기 때문에, 챔버 내 부재(M)의 표면이 소모되어, 표면 거칠음이 생긴다.
또한, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 이온 에너지가 챔버 내 부재(M)의 표면에 도달하는 경우에도, 역시 챔버 내 부재(M)의 표면 내에 있어서, 이와 같이 SiF4가 기화하는 현상이 일어나거나, 일어나지 않거나 하기 때문에, 챔버 내 부재(M)의 표면에 거칠음이 생긴다.
이에 대하여, 도 8c에 나타내는 바와 같이 이온 에너지가 챔버 내 부재(M)의 표면에 도달하지 않는 경우, SiF4가 기화하는 현상이 일어나지 않아, 챔버 내 부재(M)의 표면이 거칠어지지 않는다. 그래서, 제1 보호막(P1)의 막 두께(F)는, 단계 T4에 있어서 상기 이온이 제2 보호막(P2) 및 제1 보호막(P1)에 조사되었을 때, 그 이온이 제1 보호막(P1)에 침입하는 깊이(D)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 이러한 경우, 챔버 내 부재(M)의 표면 거칠음을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시형태의 경우, 제1 보호막(P1)만이 프리코팅된다. 이 때문에, 도 9a에 나타내는 바와 같이 이온 에너지(도 9a 중의 만곡 영역)가 커서, 챔버 내 부재(M)의 표층 내부(도 9a 중의 해칭 영역)에 도달하여도, 그 챔버 내 부재(M)의 표면은 반응하기 어렵다. 단, 단계 S3에서 이용되는 제3 처리 가스는 F를 포함하는 경우가 있고, 그 제3 처리 가스의 F가 챔버 내 부재(M)의 표층 내부에 도달할 우려가 있다. 이러한 경우, 상기 도 8a와 마찬가지로 Si와 F가 반응하여, SiF4가 기화하는 현상이 일어나기 때문에, 챔버 내 부재(M)의 표면에 거칠음이 생길 우려가 있다.
그래서, 제1 실시형태에 있어서도, 도 9b에 나타내는 바와 같이 제1 보호막(P1)의 막 두께(F)는, 단계 S3에 있어서 상기 이온이 제1 보호막(P1)에 조사되었을 때, 그 이온이 제1 보호막(P1)에 침입하는 깊이(D)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 이러한 경우, 챔버 내 부재(M)의 표면 거칠음을 억제할 수 있다.
<다른 실시형태>
이상의 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 있어서, 제1 보호막은 유기막으로서, 제1 처리 가스의 프리커서 가스는 탄화수소였지만, 제1 보호막과 프리커서 가스는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 제1 보호막이 산화막(SiO2막)인 경우, 제1 처리 가스의 프리커서 가스는, 할로겐을 갖지 않으면 좋고, 실리콘 함유 가스여도 좋다. 실리콘 함유 가스는, 아미노실란계 가스, 실리콘알콕시드계 가스 등이다. 아미노실
란계 가스는, 예컨대 BTBAS(Bistertiarybutylaminosilane), BDMAS(Bisdimethylaminosilane), BDEAS(Bisdiethylaminosilane), DMAS(Dimethylaminosilane), DEAS(Diethylaminosilane), DPAS(Dipropylamino silane), BAS(Butylaminosilane), BEMAS(Bisethylmethylaminosilane), TDMAS(Tridimethylaminosilane), HDMS(Hexamethyldisilazane), DMSD MA(Dimethylsilyldimethylamine), TMSDMA(Dimethilaminotrimethylsilane), TMMAS(Trimethylmethylaminosilane), TMICS(Trimethyl(isocyanato)silane), TMSA(Trimethylsilylacetylene), TMSC(Trimethylsilylcyanide) 등이다. 실리콘알콕시드계 가스는, 예컨대 TEOS(Tetraethoxysilan) 등이다. 또한, 실리콘 함유 가스는, Si 소스 가스로서, 4DMAS(4 Dimethylaminosilane), DIPAS(Diisopropylaminosilane) 등이어도 좋다.
또한, 단계 S1, T1에 있어서 제1 보호막을 형성할 때에는, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 이용하였지만, 실리콘 함유막의 성막 방법은 임의이다. 아미노실란계 가스를 이용하여 제1 보호막을 형성하는 경우, 플라즈마 CVD를 이용하여도 좋고, ALD(Atomic Layer Deposition)를 이용하여도 좋다. 플라즈마 CVD의 경우, 첨가 가스에는 O2 가스 등의 산소 함유 가스가 이용된다. ALD의 경우, 아미노실란계 가스가 이용되는 단계와 O2 가스 등의 산소 함유 가스 플라즈마가 이용되는 단계를 반복한다. 아미노실란계 가스를 이용하는 단계에서는, 아미노실란계 가스의 플라즈마를 이용하여도 좋고, 플라즈마를 이용하지 않고 챔버 내 부재에 대한 열 흡착 반응을 이용하여도 좋다. 또한, 실리콘알콕시드계 가스를 이용하여 제1 보호막을 형성하는 경우, 플라즈마 CVD를 이용하여도 좋다. 이러한 경우, 첨가 가스에는 O2 가스 등의 산소 함유 가스가 이용된다.
또한, 제1 처리 가스의 프리커서 가스가 실리콘 함유 가스인 경우, 단계 S3, T5에 있어서, 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 할로겐 함유 가스이다.
이상의 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는, 플라즈마 처리로서 에칭을 행하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예컨대 단계 S2, T3에 있어서 성막 처리를 행하는 경우에도, 본 개시의 기술을 적용할 수 있다.
이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로사 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 상기 실시형태는, 첨부된 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경되어도 좋다.
또한, 이하와 같은 구성예도 본 개시의 기술적 범위에 속한다.
(1) (a) 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는 공정과,
(b) 상기 부재의 표면에 상기 제1 보호막이 형성된 후에, 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부에 반입된 처리 대상체를 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
(2) (c) 상기 플라즈마 처리된 상기 처리 대상체가 상기 챔버의 외부에 반출된 후에, 상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스를 포함하는 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 제1 보호막을 제거하는 공정을 더 포함하는, 상기 (1)에 기재된 플라즈마 처리 방법.
(3) 상기 (a) 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 보호막의 막 두께는, 상기 (c) 공정에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 생성된 이온이 상기 제1 보호막에 조사되었을 때, 상기 이온이 상기 제1 보호막에 침입하는 깊이보다 두꺼운, 상기 (2)에 기재된 플라즈마 처리 방법.
(4) 상기 프리커서 가스는, 탄화수소 가스이고,
상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 산소 함유 가스인, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 플라즈마 처리 방법.
(5) 상기 프리커서 가스는, 실리콘 함유 가스이고,
상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 할로겐 함유 가스인, 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 플라즈마 처리 방법.
(6) (d) 상기 (a) 공정 후로서 상기 (b) 공정 전에, 상기 제2 처리 가스와 동일한 종류의 제4 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 제1 보호막 상에 제2 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 상기 (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 플라즈마 처리 방법.
(7) 상기 (d) 공정에 있어서의 프로세스 조건은, 상기 (b) 공정에 있어서의 최초의 프로세스 조건과 동일한, 상기 (6)에 기재된 플라즈마 처리 방법.
(8) 처리 대상체를 플라즈마 처리하기 위한 챔버와,
상기 챔버의 내부에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 챔버의 내부에서 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
제어부를 갖고,
상기 제어부는,
(a) 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는 공정과,
(b) 상기 부재의 표면에 상기 제1 보호막이 형성된 후에, 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부에 반입된 처리 대상체를 플라즈마 처리하는 공정을 실행하도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는, 플라즈마 처리 시스템.
(9) 상기 제어부는, (c) 상기 플라즈마 처리된 상기 처리 대상체가 상기 챔버의 외부에 반출된 후에, 상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스를 포함하는 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 제1 보호막을 제거하는 공정을 더 실행하도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는, 상기 (8)에 기재된 플라즈마 처리 시스템.
(10) 상기 제어부는, 상기 (a) 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 보호막의 막 두께가, 상기 (c) 공정에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 생성된 이온이 상기 제1 보호막에 조사되었을 때, 상기 이온이 상기 제1 보호막에 침입하는 깊이보다 두꺼워지도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는, 상기 (9)에 기재된 플라즈마 처리 시스템.
(11) 상기 프리커서 가스는, 탄화수소 가스이고,
상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 산소 함유 가스인, 상기 (9) 또는 (10)에 기재된 플라즈마 처리 시스템.
(12) 상기 프리커서 가스는, 실리콘 함유 가스이고,
상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 할로겐 함유 가스인, 상기 (9) 또는 (10)에 기재된 플라즈마 처리 시스템.
(13) 상기 제어부는, (d) 상기 (a) 공정 후로서 상기 (b) 공정 전에, 상기 제2 처리 가스와 동일한 종류의 제4 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 제1 보호막 상에 제2 보호막을 형성하는 공정을 더 실행하도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는, 상기 (8)∼(12) 중 어느 하나에 기재된 플라즈마 처리 시스템.
(14) 상기 제어부는, 상기 (d) 공정에 있어서의 프로세스 조건을, 상기 (b) 공정에 있어서의 최초의 프로세스 조건과 동일하게 제어하는, 상기 (13)에 기재된 플라즈마 처리 시스템.

Claims (14)

  1. 플라즈마 처리 방법에 있어서,
    (a) 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는 공정과,
    (b) 상기 부재의 표면에 상기 제1 보호막이 형성된 후에, 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부에 반입된 처리 대상체를 플라즈마 처리하는 공정을 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (c) 상기 플라즈마 처리된 상기 처리 대상체가 상기 챔버의 외부에 반출된 후에, 상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스를 포함하는 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 제1 보호막을 제거하는 공정을 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 보호막의 막 두께는, 상기 (c) 공정에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 생성된 이온이 상기 제1 보호막에 조사되었을 때, 상기 이온이 상기 제1 보호막에 침입하는 깊이보다 두꺼운 것인, 플라즈마 처리 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프리커서 가스는, 탄화수소 가스이고,
    상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 산소 함유 가스인 것인, 플라즈마 처리 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프리커서 가스는, 실리콘 함유 가스이고,
    상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 할로겐 함유 가스인 것인, 플라즈마 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (d) 상기 (a) 공정 후로서 상기 (b) 공정 전에, 상기 제2 처리 가스와 동일한 종류의 제4 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 제1 보호막 상에 제2 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 플라즈마 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (d) 공정에 있어서의 프로세스 조건은, 상기 (b) 공정에 있어서의 최초의 프로세스 조건과 동일한 것인, 플라즈마 처리 방법.
  8. 플라즈마 처리 시스템에 있어서,
    처리 대상체를 플라즈마 처리하기 위한 챔버와,
    상기 챔버의 내부에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 챔버의 내부에서 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와,
    제어부를 갖고,
    상기 제어부는,
    (a) 할로겐을 함유하지 않는 프리커서 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 챔버의 내부의 부재의 표면에 대하여 제1 보호막을 형성하는 공정과,
    (b) 상기 부재의 표면에 상기 제1 보호막이 형성된 후에, 제2 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 챔버의 내부에 반입된 처리 대상체를 플라즈마 처리하는 공정을 실행하도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것인, 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는, (c) 상기 플라즈마 처리된 상기 처리 대상체가 상기 챔버의 외부에 반출된 후에, 상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스를 포함하는 제3 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 부재의 표면으로부터 상기 제1 보호막을 제거하는 공정을 더 실행하도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것인, 플라즈마 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 (a) 공정에 있어서 형성되는 상기 제1 보호막의 막 두께가, 상기 (c) 공정에 있어서, 상기 플라즈마에 의해 생성된 이온이 상기 제1 보호막에 조사되었을 때, 상기 이온이 상기 제1 보호막에 침입하는 깊이보다 두꺼워지도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것인, 플라즈마 처리 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 프리커서 가스는, 탄화수소 가스이고,
    상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 산소 함유 가스인 것인, 플라즈마 처리 시스템.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 프리커서 가스는, 실리콘 함유 가스이고,
    상기 제1 보호막을 제거 가능한 가스는, 할로겐 함유 가스인 것인, 플라즈마 처리 시스템.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제어부는, (d) 상기 (a) 공정 후로서 상기 (b) 공정 전에, 상기 제2 처리 가스와 동일한 종류의 제4 처리 가스의 플라즈마에 의해, 상기 제1 보호막 상에 제2 보호막을 형성하는 공정을 더 실행하도록, 상기 가스 공급부와 상기 플라즈마 생성부를 제어하는 것인, 플라즈마 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 (d) 공정에 있어서의 프로세스 조건을, 상기 (b) 공정에 있어서의 최초의 프로세스 조건과 동일하게 제어하는 것인, 플라즈마 처리 시스템.
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