KR20230119605A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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나오미치 고하마
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기판 표면의 몰리브덴막의 에칭 시에 발생한 반응 생성물을, 생산성의 악화를 억제하면서 제거한다.
복수의 기판을 상기 기판마다 순차 처리하는 기판 처리 방법이며, 상기 기판은, 몰리브덴막을 표면에 갖고, (A) 상기 기판을, 처리 용기의 내부에 반입하여 적재대에 적재하는 공정과, (B) 상기 (A) 공정 후, 불소를 포함하는 제1 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과, (C) 상기 (B) 공정 후, 염소를 포함하는 제2 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과, (D) 상기 (A) 공정과 상기 (B) 공정 사이에서, 상기 처리 용기의 내부에 상기 제1 처리 가스의 플라스마를 생성하여, 상기 처리 용기의 내부를 클리닝하는 공정을 갖고, 상기 (D) 공정은, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속된다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에 개시된 에칭 장치의 클리닝 방법은, 금속막을 갖는 시료를 1매 에칭할 때마다, 더미 기판과 시료를 교체한다. 이 방법에서는, 제1 공정이 되는 산소와 사불화탄소의 플라스마 처리에 의해 탄소계 물질의 퇴적물을 제거하고, 제2 공정이 되는 삼염화붕소와 염소의 플라스마 처리에 의해 제1 공정에서 제거하지 못한 잔류물 및 금속막의 제거를 행하여, 진공 용기 내의 클리닝을 행한다.
일본 특허 공개 제2006-237432호 공보
본 개시에 따른 기술은, 기판 표면의 몰리브덴막의 에칭 시에 발생한 반응 생성물을, 생산성의 악화를 억제하면서 제거한다.
본 개시의 일 양태는, 복수의 기판을 상기 기판마다 순차 처리하는 기판 처리 방법이며, 상기 기판은, 몰리브덴막을 표면에 갖고, (A) 상기 기판을, 처리 용기의 내부에 반입하여 적재대에 적재하는 공정과, (B) 상기 (A) 공정 후, 불소를 포함하는 제1 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과, (C) 상기 (B) 공정 후, 염소를 포함하는 제2 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과, (D) 상기 (A) 공정과 상기 (B) 공정 사이에서, 상기 처리 용기의 내부에 상기 제1 처리 가스의 플라스마를 생성하여, 상기 처리 용기의 내부를 클리닝하는 공정을 갖고, 상기 (D) 공정은, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속된다.
본 개시에 의하면, 기판 표면의 몰리브덴막의 에칭 시에 발생한 반응 생성물을, 생산성의 악화를 억제하면서 제거할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서의 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치의 처리 대상인 기판을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 플라스마 처리 장치에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 기판 처리 중의 기판의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 기판 처리 중의 기판의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예의 스텝 S3에 있어서의 제1 처리 가스의 플라스마에 의한 몰리브덴막의 에칭 시에 발광 모니터로 검출된, 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예의 스텝 S2에 있어서의 제1 처리 가스의 플라스마에 의한 클리닝 및 스텝 S2에 연속하여 행해지는 스텝 S3에 있어서의 동 플라스마에 의한 몰리브덴막의 에칭 시에, 발광 모니터로 검출된, 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 비교예의 스텝 S4에 있어서의 제2 처리 가스의 플라스마에 의한 몰리브덴막의 에칭 시에 발광 모니터로 검출된, 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예에 있어서 도 8과 마찬가지로 검출된 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다.
액정 표시 장치(LCD) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD)의 제조 시에, 유리 기판 등의 기판 표면에 형성된 몰리브덴(Mo)막을, 플라스마에 의해 에칭하는 경우가 있다. Mo막의 에칭은 기판 처리 장치의 처리 용기 내의 적재대에 기판이 적재된 상태에서 행해진다.
그런데, Mo막을 에칭하면, 반응 생성물이 발생한다. 하나의 기판에 대하여 Mo막의 에칭이 끝난 후, 이 반응 생성물이 처리 용기 내에 남은 상태에서, 다음 기판에 대하여 에칭을 행하면, 기판에 결함이 발생하는 등, 문제가 되는 경우가 있다. 그 때문에, 처리 용기 내의 반응 생성물을 제거하는 클리닝이 행해지고 있다.
클리닝 방법으로서는, 에칭이 끝난 후, 처리 용기 내의 기판을 더미 기판으로 교체하여 적재대에 적재하고, 그 상태에서, 클리닝용 가스의 플라스마를 생성하여, 처리 용기 내의 반응 생성물을 제거하는 방법이 있다. 또한, 더미 기판을 사용하지 않는 클리닝 방법도 존재한다. 이 방법에서는, 에칭 후의 기판을 처리 용기로부터 반출한 후, 다음 기판을 반입하기 전에, 클리닝용 가스의 플라스마를 생성하여, 처리 용기 내의 반응 생성물을 제거한다.
그러나, 더미 기판을 사용하는 방법에서는, 통상의 제품용의 기판과 더미 기판의 교체에 필요한 시간 등이 있기 때문에, 생산성이 악화된다. 또한, 더미 기판을 사용하지 않는 방법에서는, 적재대의 기판 적재면이 플라스마에 노출되기 때문에, 플라스마의 강도를 높게 할 수 없으므로, 처리 용기 내의 반응 생성물의 제거에 시간을 요한다. 따라서, 더미 기판을 사용하지 않는 방법도 생산성의 점에서 개선의 여지가 있다.
그래서, 본 개시에 따른 기술은, 기판 표면의 몰리브덴막의 에칭 시에 발생한 반응 생성물을, 생산성의 악화를 억제하면서 제거한다.
이하, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<플라스마 처리 장치(1)>
도 1은 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치로서의 플라스마 처리 장치의 구성의 개략을 나타내는 종단면도이다. 도 2는 도 1의 플라스마 처리 장치의 처리 대상인 기판을 나타내는 단면도이다.
도 1의 플라스마 처리 장치(1)는 복수의 기판을 기판마다 순차 처리하는 매엽식의 장치이다. 플라스마 처리 장치(1)의 처리 대상인 기판은, 평면으로 보아 직사각형의 유리 기판 G(이하, 「기판 G」라고 함)이다. 기판 G의 표면에는 도 2에 나타내는 바와 같이 몰리브덴(Mo)막 F1이 형성되어 있다.
플라스마 처리 장치(1)는 처리 가스의 플라스마에 의해 기판 G를 처리하여, Mo막 F1을 에칭한다.
본 실시 형태에 있어서, Mo막 F1은, 게이트 절연(GI)막 F2 상에 형성되어 있고, 게이트 전극으로서 기능하도록 플라스마 처리 장치(1)에 의해 에칭된다. GI막 F2는 예를 들어 실리콘계 절연막이다. Mo막 F1 상에는 에칭 마스크로서의 포토레지스트(PR)막 F3이 형성되어 있다.
또한, Mo막 F1의 두께는 예를 들어 200nm 내지 300nm이다.
플라스마 처리 장치(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 바닥이 있는 각통 형상의 용기 본체(10)를 구비한다. 용기 본체(10)는 도전성 재료, 예를 들어 알루미늄으로 형성되고, 전기적으로 접지되어 있다. 또한, 용기 본체(10)의 상면에는 개구가 형성되어 있다. 이 개구는, 용기 본체(10)와 절연되어 마련된 직사각 형상의 금속 창(20)에 의해 기밀하게 폐색되고, 구체적으로는, 금속 창(20) 및 후술하는 금속 프레임(14)에 의해 기밀하게 폐색된다. 용기 본체(10) 및 금속 창(20)에 의해 둘러싸인 공간은, 플라스마 처리의 처리 대상인 기판 G가 플라스마 처리 시에 위치하는 처리 공간 K1이 되고, 금속 창(20)의 상방측의 공간은, 후술하는 고주파 안테나(플라스마 안테나)(80)가 배치되는 안테나실 K2가 된다. 용기 본체(10)의 측벽에는, 처리 공간 K1 내에 기판 G를 반입출하기 위한 반입출구(11) 및 반입출구(11)를 개폐하는 게이트 밸브(12)가 마련되어 있다.
처리 공간 K1의 하부측에는, 금속 창(20)과 대향하도록, 적재대(30)가 마련되어 있다. 적재대(30)는 그 상면이, 기판 G가 적재되는 기판 적재면이 되는 받침대 본체(31)를 갖고, 받침대 본체(31)가 다리부(32)를 통해 용기 본체(10)의 저면에 설치되어 있다.
받침대 본체(31)는 도전성 재료, 예를 들어 알루미늄으로 구성된 기부(31a)와, 기판 G를 정전 흡착에 의해 보유 지지하는 정전 척(31b)이 마련되어 있다.
기부(31a)에는, 정합기(40)를 통해 고주파 전원(41)이 접속되어 있다. 고주파 전원(41)은 바이어스용의 고주파 전력, 예를 들어 주파수가 3.2MHz인 고주파 전력을 기부(31a)에 공급한다. 이에 의해, 처리 공간 K1 내에 생성된 플라스마 중의 이온을 기판 G에 끌어들일 수 있다.
용기 본체(10)의 저벽에는, 배기구(13)가 형성되고, 이 배기구(13)에는 도시하지 않은 압력 제어 밸브나 진공 펌프 등을 갖는 배기부(50)가 접속되어 있다. 처리 공간 K1은, 이 배기부(50)에 의해 감압되고, 클리닝 처리나 에칭 처리 등의 동안에, 소정의 압력으로 유지될 수 있다. 배기부(50)는 복수의 배기구(13) 각각에 마련되어도 되고, 복수의 배기구(13)에 공통으로 마련되어도 된다.
용기 본체(10)의 측벽의 상면측에는, 알루미늄 등의 금속 재료로 형성된 직사각 형상의 프레임체인 금속 프레임(14)이 마련되어 있다. 용기 본체(10)와 금속 프레임(14)과 금속 창(20)이, 감압 가능하게 구성되어 적재대(30)를 수용하는 처리 용기 C를 구성한다.
금속 창(20)은 예를 들어 평면으로 보아 직사각 형상으로 형성되어 있다. 또한, 금속 창(20)은 처리 공간 K1에 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드로서 기능한다. 예를 들어, 금속 창(20)에는, 처리 가스를 하방으로 토출하는 다수의 가스 토출 구멍(21)과, 처리 가스를 확산시키는 확산실(22)이 형성되어 있고, 가스 토출 구멍(21)과 확산실(22)이 연통하고 있다.
확산실(22)은 가스 공급관(60)을 통해 가스 공급원(61)에 접속되어 있다. 가스 공급관(60)에는, 가스 공급 기구(62)가 접속되어 있다. 가스 공급 기구(62)는 유량 조정 밸브(도시하지 않음)나 개폐 밸브(도시하지 않음) 등을 구비하고, 가스 공급원(61)으로부터의 처리 가스 등을 확산실(22)에 공급한다.
또한, 금속 창(20)은 절연 부재(23)에 의해 금속 프레임(14)으로부터 전기적으로 절연되어 있다.
또한, 금속 창(20)의 상방측에는 천장판부(70)가 배치되어 있다. 천장판부(70)는 금속 프레임(14) 상에 마련된 측벽부(71)에 의해 지지되어 있다.
상술한 금속 창(20), 측벽부(71) 및 천장판부(70)로 둘러싸인 공간은 안테나실 K2를 구성하고, 안테나실 K2의 내부에는, 금속 창(20)에 면하도록 고주파 안테나(80)가 배치되어 있다.
고주파 안테나(80)는, 예를 들어 절연 재료로 형성되는 스페이서(도시하지 않음)를 통해 금속 창(20)으로부터 이격되어 배치된다.
고주파 안테나(80)에는, 정합기(42)를 통해, 플라스마 생성 수단으로서의 고주파 전원(43)이 접속되어 있다. 고주파 안테나(80)에는, 고주파 전원(43)으로부터 정합기(42)를 통해, 예를 들어 13.56MHz의 고주파 전력이 공급된다. 이에 의해, 금속 창(20)을 통해, 처리 공간 K1의 내부에 유도 전계가 형성되고, 가스 토출 구멍(21)으로부터 토출된 처리 가스가 유도 전계에 의해 플라스마화된다.
또한, 플라스마 처리 장치(1)에서는, 용기 본체(10)의 측벽에 창(15)이 마련되어 있다. 또한, 플라스마 처리 장치(1)에는, 처리 용기 C의 내부의 플라스마 광이 창(15)을 통해 검출기로서의 발광 모니터(90)에 입사하도록, 당해 발광 모니터(90)가 접속되어 있다. 발광 모니터(90)는 플라스마 광이 특정 파장의 광에 대하여 발광 강도를 검출한다. 발광 모니터(90)에 의한 검출 결과는 후술하는 제어부 U에 출력된다.
또한, 플라스마 처리 장치(1)에는 제어부 U가 마련되어 있다. 제어부 U는, 예를 들어 CPU 등의 프로세서나 메모리 등을 구비한 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, 플라스마 처리 장치(1)에 의한 후술하는 기판 처리를 제어하는 프로그램이 저장되어 있다. 상술한 프로그램은, 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것이며, 당해 기억 매체로부터 제어부 U에 인스톨된 것이어도 된다. 또한, 상기 기억 매체는 일시적인 것이어도 되고 비일시적인 것이어도 된다. 프로그램의 일부 또는 전부는 전용 하드웨어(회로 기판)로 실현해도 된다.
또한, 제어부 U는, 기판 G를 반송하여 처리 용기 C 내에 반입출하는 반송 기구(100)도 제어한다.
<기판 처리>
다음으로, 플라스마 처리 장치(1)에 의한 기판 처리에 대하여 설명한다. 도 3은 플라스마 처리 장치(1)에 의한 기판 처리의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4 및 도 5는 기판 처리 중의 기판 G의 상태를 나타내는 도면이다.
(스텝 S1)
먼저, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제어부 U의 제어 하에, 기판 G가, 처리 용기 C의 내부에 반입되어, 적재대(30)에 적재된다.
구체적으로는, 제어부 U가, 용기 본체(10)의 측벽의 반입출구(11)가 개방 상태가 되도록, 게이트 밸브(12)를 제어한다. 또한, 기판 G가, 처리 용기 C에 인접하는 진공 분위기의 반송실(도시하지 않음)로부터 반입출구(11)를 통해 처리 공간 K1 내에 반송되어, 적재대(30)의 상면 즉 기판 적재면에 적재되도록, 제어부 U가 반송 기구(100) 등을 제어한다. 또한, 도 1에 있어서는, 설명상의 사정에 의해 반송 기구(100)가 상술한 반송실로부터 이격되어 도시되어 있지만, 실제의 장치에 있어서는 반송 기구(100)는 처리 용기 C에 인접하는 반송실의 내부에 배치되고, 반송실과 처리 용기 C 사이에서 기판 G를 반송 가능하도록 구성되어 있다.
그 후, 제어부 U가, 반입출구(11)가 폐쇄 상태가 되도록, 게이트 밸브(12)를 제어한다. 그리고, 제어부 U가, 처리 공간 K1 내가 배기되어 소정의 압력이 되도록, 배기부(50)를 제어한다.
(스텝 S2)
계속해서, 제어부 U의 제어 하에, 후술하는 스텝 S3에 있어서의 불소를 포함하는 제1 처리 가스의 플라스마에 의한 Mo막 F1의 에칭 전에, 처리 용기 C의 내부에 동일한 제1 처리 가스의 플라스마가 생성되어, 처리 용기 C의 내부가 클리닝된다.
구체적으로는, 육불화황(SF6) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스가 제1 처리 가스로서 금속 창(20)을 통해 처리 공간 K1에 공급되도록, 제어부 U가 가스 공급 기구(62) 등을 제어한다. 또한, SF6 가스 및 O2 가스가 플라스마화되도록, 제어부 U가 고주파 전원(43) 등을 제어한다. 이에 의해, 처리 용기 C의 내부가, SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마로 클리닝된다.
이 클리닝 중, 플라스마의 발광 강도는 발광 모니터(90)에 의해 검출되고 있으며, 검출 결과는 제어부 U에 출력되고 있다.
그리고, 이 클리닝은, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속된다.
구체적으로는, 이하와 같다.
즉, 클리닝 중, 불소의 휘선 스펙트럼의 파장의 플라스마 광의 발광 강도는, 한 번 피크를 맞은 후, 클리닝의 진행 즉 처리 용기 C 내의 이물의 감소에 수반하여 서서히 저하되고, 처리 용기 C 내의 이물이 없어지는 부근에서는 일정하게 된다(후술하는 도 7 참조). 그 때문에, 클리닝 중, 발광 모니터(90)가 불소의 휘선 스펙트럼의 파장의 플라스마 광을 수광하여, 그 강도를 측정하고, 측정 결과를 출력하도록, 제어부 U가 발광 모니터(90)를 제어한다. 그리고, 제어부 U가, 불소의 휘선 스펙트럼에 관한 발광 강도의 단위 시간당 저하량이 역치를 초과해 있던 상태로부터 역치 이하가 되었는지 여부를 판정하고, 역치 이하의 판정이 얻어질 때까지, 클리닝이 행해지도록 제어한다.
(스텝 S3)
이어서, 제어부 U의 제어 하에, 불소를 포함하는 제1 처리 가스가 플라스마화되어 Mo막 F1이 에칭된다.
구체적으로는, 스텝 S2와 마찬가지로, SF6 가스와 O2 가스의 혼합 가스가 제1 처리 가스로서 금속 창(20)을 통해 처리 공간 K1에 공급되고 또한 SF6 가스 및 O2 가스가 플라스마화되도록, 제어부 U가 가스 공급 기구(62), 고주파 전원(43) 등을 제어한다. 이에 의해, 기판 G 상의 Mo막 F1이 에칭된다. 구체적으로는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기판 G 상의 Mo막 F1에 있어서의 PR막 F3에 마스크되어 있지 않은 부분(이하, 비마스크 부분)이 에칭된다.
스텝 S3의, 불소를 포함하는 제1 처리 가스의 플라스마(구체적으로는 SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마)를 사용한 Mo막 F1의 에칭은, 에칭 속도 및 PR막에 대한 선택비가 높지만 GI막 F2에 대한 선택비가 낮다. 그 때문에, 스텝 S3의 에칭은 GI막 F2가 노출되지 않도록 행해진다. 구체적으로는, 스텝 S3의 에칭은, Mo막 F1에 있어서의 비마스크 부분의 두께가 30 내지 50nm가 될 때까지 행해진다.
또한, 스텝 S3의 에칭은 스텝 S2의 클리닝으로부터 연속하여 행해진다. 즉, 스텝 S3의 에칭과 스텝 S2의 클리닝 사이에서, 플라스마 생성용의 고주파 전력의 공급의 정지 등은 행해지지 않는다.
스텝 S3의 에칭 시간은, 예를 들어 스텝 S2의 클리닝 종료 시점(즉 불소의 휘선 스펙트럼에 관한 발광 강도의 단위 시간당 변화량이 역치 이하가 된 시점)을 기준으로 설정된다. 즉, 스텝 S3의 에칭은, 예를 들어 스텝 S2의 클리닝 종료 시점(즉 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 된 시점)으로부터 소정의 시간이 경과할 때까지 계속된다. 그리고, 상기 소정의 시간은, 스텝 S3의 에칭에 의해 상술한 바와 같이 GI막 F2가 노출되지 않도록 설정되며, 예를 들어 수십 초이다.
또한, 스텝 S3의 에칭과 스텝 S2의 클리닝에서, 불소를 포함하는 제1 처리 가스(구체적으로는 SF6 가스와 O2 가스)의 유량이나 처리 용기 C 내의 압력, 고주파 전원(43)에 의해 공급되는 고주파 전력 등의 처리 조건은, 기본적으로는 동일하고, 플라스마로부터의 발광에 의해 특정되는 클리닝의 종료 시점보다도 전을 스텝 S2, 그 이후를 스텝 S3으로서 판별한다. 단, 필요에 따라 스텝 S3과 스텝 S2의 처리 조건을 바꾸어도 된다.
스텝 S3에 있어서의 에칭이 종료되면, SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마 생성용의 고주파 전력의 공급이 정지되고, SF6 가스 및 O2 가스의 공급이 정지되고, 처리 용기 C 내의 SF6 가스 및 O2 가스의 배출이 행해지도록, 제어부 U가 가스 공급 기구(62), 고주파 전원(43), 배기부(50) 등을 제어한다.
또한, 스텝 S2에 있어서도 Mo막 F1의 에칭이 다소 진행되고, 스텝 S3에 있어서도 처리 용기 C 내의 클리닝이 다소 진행된다. 그 때문에, 스텝 S2, 스텝 S3의 2개의 스텝은, 이하의 1개의 스텝으로 파악할 수 있다. 즉, 불소를 포함하는 제1 처리 가스의 플라스마(구체적으로는 SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마)를 사용한 Mo막 F1의 에칭 및 처리 용기 C 내의 클리닝이, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속되는, 1개의 스텝으로 파악할 수 있다.
(스텝 S4)
계속해서, 제어부 U의 제어 하에, 염소를 포함하는 제2 처리 가스가 플라스마화되어 Mo막 F1이 더 에칭된다.
구체적으로는, 염소(Cl2) 가스와 O2 가스의 혼합 가스가 제2 처리 가스로서 금속 창(20)을 통해 처리 공간 K1에 공급되도록, 제어부 U가 가스 공급 기구(62) 등을 제어한다. 또한, Cl2 가스 및 O2 가스가 플라스마화되도록, 제어부 U가 고주파 전원(43) 등을 제어한다. 이에 의해, 기판 G 상의 Mo막 F1이 에칭된다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 바와 같이, Mo막 F1에 있어서의 스텝 S3에서 얇게 된 부분이 제거되도록, 즉, 비마스크 부분에 있어서 GI막 F2가 노출되도록, 에칭이 행해진다.
스텝 S4의, 염소를 포함하는 제2 처리 가스의 플라스마(구체적으로는 Cl2 가스 및 O2 가스의 플라스마)를 사용한 Mo막 F1의 에칭은, 에칭 속도는 낮지만, GI막 F2에 대한 선택비가 높다. 그 때문에, GI막 F2의 비마스크 부분을, 그 두께를 바꾸지 않고 Mo막 F1로부터 노출시킬 수 있다.
스텝 S4의 에칭 중, 플라스마의 발광 강도는 발광 모니터(90)에 의해 검출되고 있으며, 검출 결과는 제어부 U에 출력되고 있다.
그리고, 스텝 S4의 에칭은, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속된다.
구체적으로는, 이하와 같다.
즉, Cl2 가스 및 O2 가스의 플라스마를 사용한 Mo막 F1의 에칭이 진행되면, 산소의 휘선 스펙트럼의 파장의 플라스마 광의 발광 강도는, 서서히 강해지고, GI막 F2의 원하는 부분 전체가 노출되는 부근에서는 일정하게 된다(후술하는 도 9 참조). 그 때문에, 에칭 중, 발광 모니터(90)가 산소의 휘선 스펙트럼의 파장의 플라스마 광을 수광하여, 그 강도를 측정하고, 측정 결과를 출력하도록, 제어부 U가 발광 모니터(90)를 제어한다. 그리고, 제어부 U가, 산소의 휘선 스펙트럼에 관한 발광 강도의 단위 시간당 상승량이 역치를 초과해 있던 상태로부터 역치 이하가 되었는지 여부를 판정하고, 역치 이하의 판정이 얻어질 때까지, 에칭이 행해지도록 제어한다.
스텝 S4에 있어서의 에칭이 종료되면, Cl2 가스 및 O2 가스의 플라스마 생성용의 고주파 전력의 공급이 정지되고, Cl2 가스 및 O2 가스의 공급이 정지되고, 처리 용기 C 내의 Cl2 가스 및 O2 가스의 배출이 행해지도록, 제어부 U가 가스 공급 기구(62), 고주파 전원(43), 배기부(50) 등을 제어한다.
(스텝 S5)
그리고, 제어부 U의 제어 하에, 기판 G가, 처리 용기 C로부터 반출된다.
구체적으로는, 제어부 U가, 용기 본체(10)의 측벽의 반입출구(11)가 개방 상태가 되도록, 게이트 밸브(12)를 제어한다. 또한, 적재대(30) 상에 적재되어 있던 기판 G가, 반입출구(11)를 통해 처리 용기 C로부터 반출되도록, 제어부 U가 반송 기구(100) 등을 제어한다. 그 후, 제어부 U가, 반입출구(11)가 폐쇄 상태가 되도록, 게이트 밸브(12)를 제어한다.
이에 의해 일련의 기판 처리가 종료되고, 다음 기판 G에 대하여, 스텝 S1 내지 S5가 차례로 행해진다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에서는, 플라스마 처리 장치(1)에서 복수의 기판 G를 연속 처리하는 경우, 기판 G마다 스텝 S1 내지 S5를 차례로 행한다.
<작용 효과>
본 실시 형태에 있어서, 스텝 S4의 에칭에서는, 전술한 바와 같이, 염소를 포함하는 제2 처리 가스의 플라스마(구체적으로는 Cl2 가스 및 O2 가스의 플라스마)를 사용하고 있다. 이 플라스마에 의한 Mo막 F1의 에칭은, GI막 F2에 대한 선택비가 높지만, 염화몰리브덴(MoCl)이라는 증기압이 낮은 반응 생성물이 생성된다. 이 반응 생성물은, 증기압이 낮기 때문에, 처리 용기 C의 내벽에 부착되기 쉽다. 부착을 방지하기 위해, 처리 용기 C의 내벽면이 고온이 되도록 구성해도, 처리 용기 C 내의 압력 등에 따라서는 부착을 완전히 방지할 수는 없다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 처리 용기 C의 내부의 반응 생성물의 제거 즉 클리닝을 행하고 있지만, 이 클리닝을 위해 더미 기판을 사용하고 있지 않다. 따라서, 더미 기판과 제품용의 기판과 교체가 불필요하기 때문에, 생산성의 악화를 억제하면서 상기 반응 생성물을 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 적재대(30)의 기판 적재면에 기판 G가 적재된 상태에서 클리닝이 행해지고, 적재대(30)의 기판 적재면이 플라스마에 노출되지 않기 때문에, 적재대(30)의 기판 적재면이 플라스마에 노출되는 경우와 달리, 플라스마의 강도를 높게 할 수 있다. 이 관점에서도, 본 실시 형태에 의하면, 생산성의 악화를 억제하면서 상기 반응 생성물을 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 S2의 클리닝에 연속하여 스텝 S3의 에칭을 행하고 있다. 따라서, 스텝 S2의 클리닝과 스텝 S3의 에칭 사이에 다른 스텝을 끼우는 형태에 비하여, 본 실시 형태는 기판 처리에 필요한 시간이 짧기 때문에, 높은 생산성으로 상기 반응 생성물을 제거하면서, Mo막 F1을 에칭할 수 있다.
더욱이, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 기판 G마다 스텝 S1 내지 스텝 S5를 차례로 행하고 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 기판 G마다, 스텝 S3의 Mo막 F1의 에칭 전에, 스텝 S2에 있어서 처리 용기 C의 내부의 반응 생성물의 제거 즉 클리닝을 행한다. 그 때문에, 기판 G의 처리를 거듭했을 때, 스텝 S4에서 생성된 반응 생성물이 처리 용기 C의 내부에 축적되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 S2의 처리 용기 C의 내부의 클리닝을, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속하고 있다. 그 때문에, 상기 클리닝에 의해, 처리 용기 C의 내부의 반응 생성물의 양을 충분히 적게 할 수 있어, 반응 생성물이 기판 G에 악영향을 미치는 것을 더 억제할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태와 달리, 스텝 S2의 처리 용기 C 내의 클리닝을 생략하고, 스텝 S3의 Mo막 F1의 에칭을 소정의 시간 행한 후, 스텝 S4의 Mo막 F1의 에칭을 행하는 방법(이하, 비교의 방법)에 대하여 설명한다. 이 비교의 방법으로 기판 G를 연속하여 처리하면, 처리 용기 C의 내부에 반응 생성물이 축적되어 간다. 반응 생성물이 축적되어 가면, 스텝 S3에 있어서, 제1 처리 가스의 플라스마가 Mo막 F1의 에칭이 아니라 반응 생성물과의 반응에서 이용되는 비율이 늘어간다. 그렇게 하면, 비교의 방법에서는, 기판의 처리 매수를 거듭할 때마다, 스텝 S3의 에칭 후에 있어서의 Mo막 F1의 비마스크 부분이 두꺼워져 버린다.
스텝 S3의 에칭 후에 있어서의 Mo막 F1의 비마스크 부분은 원하는 두께가 아니면 안 된다. 그 이유는 이하와 같다.
즉, 스텝 S3에 이어서 행해지는, 염소를 포함하는 제2 처리 가스의 플라스마를 사용한 스텝 S4의 Mo막 F1의 에칭이, PR막 F3에 대한 선택비가 낮다. 그 때문에, Mo막 F1의 비마스크 부분이 두꺼워 완전히 에칭하는 데 시간을 필요로 하면, 마스크가 과도하게 소모되어 마스크의 선폭이 가늘어지고, 이에 의해, 스텝 S4의 에칭 후의 Mo막 F1의 선폭이 가늘어져 버리기 때문이다.
따라서, 비교의 방법에서는, 기판의 처리 매수를 거듭할 때마다, 스텝 S4의 에칭 후의 Mo막 F1의 선폭이 가늘어져 버린다.
그에 반해, 본 실시 형태에서는, 스텝 S2의 처리 용기 C의 내부의 클리닝을, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속하여, 처리 용기 C의 내부의 반응 생성물의 양을 충분히 적게 하는 것을 기판 G마다 행한다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 스텝 S3의 Mo막 F1의 에칭을, 스텝 S2의 클리닝 종료 시점(즉 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 된 시점)으로부터 소정의 시간이 경과할 때까지 행한다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는, 스텝 S3의 에칭 후에 있어서의 Mo막 F1의 비마스크 부분은 원하는 두께로 일정하게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 기판 G의 처리를 거듭했을 때, 각 기판 G에 대하여, 스텝 S4의 에칭 후의 Mo막 F1을, 원하는 형상(구체적으로는 원하는 선폭)으로 할 수 있다.
[실시예]
비교예에서는, 전술한 비교의 방법으로 복수매의 기판 G를 연속하여 처리하였다.
한편, 실시예에서는 본 실시 형태에 따른 방법으로 5매의 기판 G를 연속하여 처리하였다.
비교예 및 실시예에서는, 제1 처리 가스로서 SF6 가스 및 O2 가스를 사용하고, 제2 처리 가스로서 Cl2 가스 및 O2 가스를 사용하였다.
또한, 비교예에 있어서, 스텝 S3의 Mo막 F1의 에칭은 약 40초 행해졌다. 한편, 실시예에서는, 스텝 S3의 Mo막의 에칭은, 불소의 휘선 스펙트럼의 파장(704nm)에 관한 플라스마 광의 발광 강도의 단위 시간당 변화량이 전술한 바와 같이 역치 이하가 된 시점으로부터 약 40초 경과할 때까지 행해졌다.
도 6은 비교예의 스텝 S3에 있어서의 SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마에 의한 Mo막 F1의 에칭 시에 발광 모니터(90)로 검출된, 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 도 7은 실시예의 스텝 S2에 있어서의 SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마에 의한 클리닝 및 스텝 S2에 연속하여 행해지는 스텝 S3에 있어서의 동일 플라스마에 의한 Mo막 F1의 에칭 시에, 발광 모니터(90)로 검출된, 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 횡축은, 스텝 S3의 개시 즉 SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마 생성 개시로부터의 경과 시간을 나타내고, 도 7에 있어서, 횡축은, 스텝 S2의 개시 즉 SF6 가스 및 O2 가스의 플라스마 생성 개시로부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 도 6 및 도 7에 있어서, 종축은 불소의 휘선 스펙트럼의 파장(704nm)에 관한 플라스마 광의 발광 강도를 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 기판 G의 처리를 거듭할 때마다, 불소의 휘선 스펙트럼의 파장(704nm)에 관한 플라스마 광의 발광 강도의 피크가 지연되어 발생하게 되어 있었다. 이것은, 기판 G의 처리를 거듭할 때마다, 처리 용기 C 내에 반응 생성물이 축적되고 있음을 나타내고 있다.
한편, 도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 기판 G의 처리를 거듭해도, 불소의 휘선 스펙트럼의 파장(704nm)에 관한 플라스마 광의 발광 강도의 피크 위치가 변하지 않았다. 이것은, 처리 용기 C 내에 대한 반응 생성물의 축적을 억제할 수 있음을 나타내고 있다.
도 8은 비교예의 스텝 S4에 있어서의 Cl2 가스 및 O2 가스의 플라스마에 의한 Mo막 F1의 에칭 시에 발광 모니터(90)로 검출된, 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 도 9는 실시예에 있어서 도 8과 마찬가지로 검출된 특정 플라스마 광의 발광 강도의 시간 변화를 나타내는 도면이다. 도 8 및 도 9에 있어서, 횡축은, 스텝 S4의 개시 즉 Cl2 가스 및 O2 가스의 플라스마 생성 개시로부터의 경과 시간을 나타내고, 종축은 산소의 휘선 스펙트럼의 파장(777nm)에 관한 플라스마 광의 발광 강도를 나타내고 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 기판 G의 처리를 거듭할 때마다, 산소의 휘선 스펙트럼의 파장(777nm)에 관한 플라스마 광의 발광 강도의 단위 시간당 상승량이 전술한 바와 같이 역치 이하가 되는 타이밍(이점쇄선 참조)이 지연되게 되어 있었다. 구체적으로는, 4매째의 기판 G에서는, 1매째의 기판 G에 비하여, 상기 타이밍이 약 14초 지연되어 있었다. 이것은, 기판 G의 처리를 거듭할 때마다, Mo막 F1의 비마스크 부분을 스텝 S4에서 완전히 에칭하는 데 필요한 시간이 길어져 있음을 나타내고 있다. Mo막 F1의 비마스크 부분을 완전히 에칭하는 데 필요한 시간이 길어지면, 스텝 S4의 에칭 후에 있어서의 Mo막 F1의 마스크 부분의 선폭이 가늘어져 버린다.
한편, 도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 기판 G의 처리를 거듭해도, 상기 타이밍(이점쇄선 참조)이 거의 변하지 않았다. 구체적으로는, 2매째의 기판 G에서는, 1매째의 기판 G에 비하여, 상기 타이밍이 약 4초 지연되어 있지만, 3매째 이후의 기판 G는 2매째의 기판 G와 상기 타이밍이 거의 변하지 않았다. 이것은, 기판 G의 처리를 거듭해도, Mo막 F1의 비마스크 부분을 스텝 S4에서 완전히 에칭하는 데 필요한 시간이 거의 변하지 않는 것을 나타내고 있다. 따라서, 실시예에서는, 각 기판 G에 대하여, 스텝 S4의 에칭 후에 있어서의 Mo막 F1의 마스크 부분을, 원하는 선폭으로 할 수 있다.
이번에 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 이상에서는, 본 실시 형태에 따른 플라스마 처리 장치에 대하여 금속 창을 갖는 유도 결합 플라스마 장치로서 설명했지만, 금속 창 대신에 유전체 창을 갖는 유도 결합 플라스마 장치여도 된다. 이 경우, 처리 가스는, 측벽으로부터 공급되어도 되고, 혹은, 유전체 창을 하측으로부터 지지하는 빔을 샤워 헤드로서 구성하고, 빔으로부터 공급하도록 해도 된다. 또한, 본 개시에 따른 기술은, 유도 결합 플라스마 장치에 한정되지는 않고, 용량 결합 플라스마 장치나, 마이크로파 플라스마 장치 등, 다른 방식의 플라스마 장치에 있어서도 적용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 복수의 기판을 상기 기판마다 순차 처리하는 기판 처리 방법이며,
    상기 기판은, 몰리브덴막을 표면에 갖고,
    (A) 상기 기판을, 처리 용기의 내부에 반입하여 적재대에 적재하는 공정과,
    (B) 상기 (A) 공정 후, 불소를 포함하는 제1 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과,
    (C) 상기 (B) 공정 후, 염소를 포함하는 제2 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과,
    (D) 상기 (A) 공정과 상기 (B) 공정 사이에서, 상기 처리 용기의 내부에 상기 제1 처리 가스의 플라스마를 생성하여, 상기 처리 용기의 내부를 클리닝하는 공정을 갖고,
    상기 (D) 공정은, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속되는, 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (D) 공정과 상기 (B) 공정은 연속하여 실시되는, 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 육불화황 가스를 포함하고, 상기 제2 처리 가스는 염소 가스를 포함하는, 기판 처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (D) 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 처리 가스의 플라스마에 노출되어 있는, 기판 처리 방법.
  5. 복수의 기판을 상기 기판마다 순차 처리하는 기판 처리 장치이며,
    표면에 몰리브덴막을 갖는 상기 기판이 적재되는 적재대와,
    감압 가능하게 구성되어, 상기 적재대를 내부에 수용하는 처리 용기와,
    제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    (A) 상기 기판을, 상기 처리 용기의 내부에 반입하여 상기 적재대에 적재하는 공정과,
    (B) 상기 (A) 공정 후, 불소를 포함하는 제1 처리 가스를 플라스마화하여, 상기 기판의 표면에 형성된 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과,
    (C) 상기 (B) 공정 후, 염소를 포함하는 제2 처리 가스를 플라스마화하여 상기 몰리브덴막을 에칭하는 공정과,
    (D) 상기 (A) 공정과 상기 (B) 공정 사이에서, 상기 처리 용기의 내부에 상기 제1 처리 가스의 플라스마를 생성하여, 상기 처리 용기의 내부를 클리닝하는 공정을 실행하고, 또한
    상기 (D) 공정을, 미리 정해진 파장의 플라스마 광의 발광 강도가 변화하지 않게 될 때까지 계속하도록 제어하는, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 (D) 공정과 상기 (B) 공정을 연속하여 실행하도록 제어하는, 기판 처리 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 처리 가스는 육불화황 가스를 포함하고, 상기 제2 처리 가스는 염소 가스를 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (D) 공정에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 처리 가스의 플라스마에 노출되어 있는, 기판 처리 장치.
KR1020230014062A 2022-02-07 2023-02-02 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 KR20230119605A (ko)

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