KR20240052714A - 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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다쿠 이와세
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Abstract

본 발명은, 피에칭 웨이퍼의 표면에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 형성한 반응층을 준안정 상태의 희가스를 사용해서 제거하는 탈리 공정을 반복하는 사이클 에칭법에 있어서, 양산성이 우수한 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 있는 방법을 제공하는 것이며, 반응성 가스를 사용해서 생성된 플라스마에 의해 피에칭막에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 플라스마에 의해 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 반응층을 제거하는 탈리 공정을 갖고, 흡착 공정과 탈리 공정을 반복하고, 흡착 공정의 압력은, 탈리 공정의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법이다.

Description

플라스마 처리 방법
본 발명은, 양산성이 우수한 고정밀도의 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스에서는, 저소비 전력화나 기억 용량 증대의 요구 때문에, 가일층의 미세화, 및, 디바이스 구조의 3차원화가 진행되고 있다. 3차원 구조의 디바이스의 제조에서는, 구조가 입체적이고 복잡하기 때문에, 종래의 웨이퍼 면에 대해 수직 방향으로 에칭을 행하는 「수직성 에칭」에 더하여, 횡 방향으로도 에칭이 가능한 「등방성 에칭」이 다용되게 된다.
종래, 등방성의 에칭은 약액을 사용한 웨트 처리가 검토되어 왔다. 그러나, 미세화의 진전에 수반해서, 약액의 표면 장력에 의한 패턴 무너짐의 문제가 현재화하고 있다. 그 때문에, 종래의 웨트 처리로부터 약액을 사용하지 않는 드라이 처리로 치환하는 검토가 진행되고 있다.
등방성 에칭을 드라이 처리로 고정밀도로 행하는 기술로서는, 피에칭 웨이퍼의 표면에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 형성한 반응층을 제거하는 탈리 공정을 반복하는 사이클 에칭법이 알려져 있다. 이러한 사이클 에칭법으로서는, 특허문헌 1에서 처리실 내에 반응성 가스를 공급함으로써 피에칭 웨이퍼 표면에 반응층 형성하는 흡착 공정과, 당해 에천트 가스를 배기하고, 희가스로 치환한 후에, 희가스를 플라스마화함으로써 준안정 상태의 희가스를 생성하고, 생성한 준안정 상태의 희가스를 피에칭 웨이퍼에 조사함으로써 당해 반응층을 제거하는 탈리 공정을 사용한 가공법이 보고되고 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 플라스마 중에서 형성된 분자빔원과 희가스의 준안정 여기종빔원과 같은 서로 다른 2개의 빔원을 사용하여, 분자빔원으로부터 반응성 가스 또는 라디칼을 조사함으로써 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 준안정 여기종빔원으로부터 에너지가 높은 준안정 상태의 희가스를 조사함으로써 당해 반응층을 제거하는 탈리 공정을 행하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개2017―228791호 공보 일본국 특개평6-252108호 공보
이러한 사이클 에칭법을 삼차원 디바이스 구조에서 요구되는 고정밀도의 등방성 에칭에 사용하기 위해서는, 흡착 공정 및 탈리 공정에 있어서, 셀프리미티드한 프로세스로 목적의 막만을 선택적으로 가공하는 것이 요구된다. 즉, 흡착 공정에 있어서는 대상의 피에칭 재료 상에 형성하는 반응층의 두께가 일정한 두께로 포화하는 프로세스가, 탈리 공정에 있어서는 대상의 피에칭 재료 상에 형성된 반응층만이 휘발하고, 반응층의 아래에 있는 피에칭 재료나 선택비를 취하고자 하는 다른 재료의 에칭이 진행하지 않는 프로세스가 요구된다.
또한, 반도체의 양산 제조에 적용하기 위해서는, 양산성이 우수한 사이클 에칭법을 구축할 필요가 있다. 즉, 목표인 수㎚ 내지 수십㎚의 에칭량을 단시간의 프로세스로 실현할 수 있는 것이나, 챔버 내에서의 이물의 발생을 억제하고, 사이클 수나 웨이퍼의 처리 매수에 상관없이 안정된 에칭량이 얻어지는 것이 요구된다.
그러나, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재된 반응성 가스를 공급하는 프로세스를 흡착 공정에 사용했을 경우, 표면에 형성되는 반응층의 두께가 매우 얇고, 충분한 1사이클당의 에칭량을 얻는 것이 어렵다.
실제로 반응성 가스에 CHF3/O2 가스를 사용한 흡착 공정과 준안정 상태의 Ar 가스를 공급하는 탈리 공정의 사이클 에칭을 50사이클 반복해서 SiN막의 에칭을 시도했지만, 50사이클 후의 에칭량의 변화는 계측 한계 이하의 0.1㎚ 미만(0.02㎚/cycle 미만)이고, 양산 제조에 적합한 수㎚/cycle 레벨의 충분한 에칭량은 확인할 수 없었다.
반응층의 두께를 증가하는 방법으로서는 반응성이 풍부한 라디칼을 공급하는 방법을 들 수 있으며, 특히 반응성 가스를 플라스마화함으로써 라디칼을 생성하여 공급하는 방법이 널리 알려져 있다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이 반응층의 형성과 준안정 상태의 희가스를 공급하기 위해 2개의 빔원을 사용하는 방법에서는, 반응층을 형성하기 위해 SiN막의 사이클 에칭에 사용하는 CHF3 가스 등의 카본 함유 가스 즉 퇴적물이 발생하는 가스를 사용해서 라디칼을 공급했을 경우, 퇴적물이 분자빔원 내부에 서서히 부착해 가고, 사이클 수의 증가나 웨이퍼 처리 매수의 증가에 의해 에칭량이 변동하는 것이 과제이다. 또한, 삼차원 디바이스 제조에서 요구되는 고정밀도의 에칭을 실현하는, 셀프리미티드한 프로세스가 성립하는 조건에 대해는 명확히 되어 있지 않았다.
본 발명은, 상기한 종래 기술의 과제를 해결해서, 피에칭 웨이퍼의 표면에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 형성한 반응층을 준안정 상태의 희가스를 사용해서 제거하는 탈리 공정을 반복하는 사이클 에칭법에 있어서, 양산성이 우수한 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 반응성 가스를 사용해서 생성된 플라스마에 의해 피에칭막에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 플라스마에 의해 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 반응층을 제거하는 탈리 공정을 갖고, 흡착 공정과 탈리 공정을 반복하고, 흡착 공정의 압력은, 탈리 공정의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법으로 했다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 반응성 가스를 사용해서 생성된 플라스마에 의해 피에칭막에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 플라스마에 의해 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 반응층을 제거하는 탈리 공정을 갖고, 흡착 공정과 탈리 공정을 반복하고, 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력은, 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력보다 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법으로 했다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 동일한 분리판 상부의 제1 공간에서 생성한 플라스마를 사용해서 흡착 공정과 탈리 공정을 행하고, 흡착 공정과 탈리 공정에서 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스와 희가스를 치환하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법으로 했다.
본 발명에 따르면, 반응성이 높은 라디칼을 피에칭 웨이퍼에 조사할 수 있고, 라디칼에 의한 표면 반응의 촉진에 의해, 반응층의 두께를 양산 제조에 적합한 수㎚/사이클 레벨까지 증가할 수 있다.
또한, 플라스마 중에서 반응성 가스가 과잉 해리했을 경우, 과잉 해리한 반응성 가스에 의해 연속적으로 에칭이 진행하여 셀프리미티드한 프로세스를 실현할 수 없는데, 흡착 공정의 압력을 탈리 공정보다 고압으로 하는 것, 또는 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력을 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력보다 낮게 함으로써, 반응성 가스의 과잉 해리를 억제한 반응층의 형성이 가능해지고, 셀프리미티드한 사이클 에칭 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 동일한 제1 공간에서 생성한 플라스마를 사용해서 흡착 공정과 탈리 공정을 행함으로써, 흡착 공정에서 제1 공간 내벽에 부착한 퇴적물을 탈리 공정에서 제거하는 것이 가능하고, 1사이클당의 퇴적물의 부착을 억제한 양산성이 풍부한 안정한 프로세스를 실현할 수 있다. 이에 더하여, 흡착 공정과 탈리 공정 사이에서 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스와 희가스를 치환함으로써, 흡착 공정 후에 한번 진공 용기 내에 충만시킨 반응성 가스를 배기하고, 재차 희가스를 도입해서 치환한 후에 플라스마를 생성하는 공정을 생략할 수 있어, 1사이클당의 프로세스 시간을 저감한 양산성이 우수한 단시간의 프로세스를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치의 개략의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 방법의 처리의 흐름을 나타내는 플로우도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 방법에 있어서의 도 2의 플로우도의 S208의 공정에 있어서의 타임 시퀀스도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 장치에 있어서의 대표적인 자장 배위를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 방법에 있어서의 탈리 공정의 진공 용기 내의 압력을, 흡착 공정의 진공 용기 내의 압력보다 높게 했을 경우의, 탈리 공정의 프로세스 시간에 대한 1사이클당의 SiN막의 에칭량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 방법에 있어서의 탈리 공정의 진공 용기 내의 압력과, 흡착 공정의 진공 용기 내의 압력을 동일하게 했을 경우의, 탈리 공정의 프로세스 시간에 대한 1사이클당의 SiN막의 에칭량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라스마 처리 방법에 있어서의 탈리 공정의 압력과 흡착 공정의 압력의 비에 따른 1사이클당의 SiN 에칭량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 플라스마 처리 방법에 있어서 흡착 공정만을 실시한 후의 제1 공간 내벽의 퇴적막 두께와, 본 발명의 실시예에 따른 흡착 공정과 탈리 공정을 실시한 후의 제1 공간 내벽의 퇴적막 두께를 비교하는 그래프이다.
도 9는 흡착 공정과 탈리 공정 사이에서 플라스마의 생성을 중단했을 경우와 플라스마를 생성 유지했을 경우의 1사이클당의 SiN의 에칭량을 비교한 표이다.
본 발명은, 감압된 내측에 처리용의 가스가 공급되는 진공 용기와, 당해 진공 용기를 상부의 제1 공간과 하부의 제2 공간으로 분단하는 분리판과, 상기 제2 공간에 배치되고 처리용의 웨이퍼가 상면에 놓여지는 웨이퍼 스테이지가 설치된 드라이 에칭 장치에 있어서, 당해 상부의 제1 공간에서 반응성 가스를 플라스마화함으로써 피에칭 웨이퍼에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 당해 상부의 제1 공간에서 희가스를 플라스마화함으로써 반응층을 제거하는 탈리 공정을 차례대로 행하고, 상기 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력이, 상기 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력보다 높은 에칭 처리를 행하는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 감압된 내측에 처리용의 가스가 공급되는 진공 용기와, 당해 진공 용기를 상부의 제1 공간과 하부의 제2 공간으로 분단하는 분리판과, 상기 제2 공간에 배치되고 처리용의 웨이퍼가 상면에 놓여지는 웨이퍼 스테이지가 설치된 드라이 에칭 장치에 있어서, 당해 상부의 제1 공간에서 반응성 가스를 플라스마화함으로써 피에칭 웨이퍼에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 당해 상부의 제1 공간에서 희가스를 플라스마화함으로써 반응층을 제거하는 탈리 공정을 차례대로 행하고, 상기 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력이, 상기 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력보다 낮은 에칭 처리를 행하는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 감압된 내측에 처리용의 가스가 공급되는 진공 용기와, 당해 진공 용기를 상부의 제1 공간과 하부의 제2 공간으로 분단하는 분리판과, 상기 제2 공간에 배치되고 처리용의 웨이퍼가 상면에 놓여지는 웨이퍼 스테이지가 설치된 드라이 에칭 장치에 있어서, 당해 상부의 제1 공간에서 반응성 가스를 플라스마화함으로써 피에칭 웨이퍼에 반응층을 형성하는 흡착 공정과, 당해 상부의 제1 공간에서 희가스를 플라스마화함으로써 반응층을 제거하는 탈리 공정을 행하는 것을 반복 연속하여 행하고, 상기 탈리 공정과 흡착 공정 또는 상기 흡착 공정과 탈리 공정 사이에서 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스와 희가스를 치환하는 에칭 처리를 행하는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
그리고, 상기 플라스마 처리 방법에 있어서, 반응성 가스에 카본이나 보론 등을 함유하는 퇴적성의 반응성 가스를 사용하고, 희가스에 Ar 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해, 도면을 참조해서 설명한다.
실시예 1
본 발명을 실시하기 위한 제1 실시예에 대해 도 1 및 도 2 및 도 3을 사용해서 설명한다.
도 1은 플라스마원에 전자 사이클로트론 공명 방식을 사용한 본 실시예를 실현하기 위한 대표적인 장치 구조를 나타내고 있고, 도 2는 본 실시예를 사용해서 사이클 에칭하기 위한 플로우차트도를, 도 3은 도 2의 208 공정에 있어서의 타임 시퀀스도를 나타낸 것이다. 또, 본 실시예는 전자 사이클로트론 공명 방식을 사용한 플라스마원에 대해 기재하지만, 본 방법은 전자 사이클로트론 공명 방식을 사용한 플라스마원에 한정되지 않고, 적용 가능하다.
도 1에 나타내는 바와 같이 진공 용기(1001)의 내부에는 분리판(1002)이 설치되어 있고, 분리판(1002)에 의해 진공 용기 내부는 상방의 제1 공간(1003)과, 하방의 제2 공간(1004)으로 분리되어 있다. 제2 공간(1004)에는 피에칭 웨이퍼(1005)를 설치하기 위한 웨이퍼 스테이지(1006)가 구비되어 있고, 플라스마 또는 플라스마 중에서 생성된 라디칼을 조사함으로써 피에칭 웨이퍼(1005)를 처리할 수 있다.
플라스마를 생성하기 위해 고주파 전력(1007)은 장치 상방으로부터 도파관(1008)과 공동(空洞) 공진부(1009)를 통해 진공 용기(1001) 내에 도입된다. 여기에서, 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력(1007)에는 주파수 300㎒ 내지 300㎓의 마이크로파가 사용된다.
또한, 진공 용기 내에는 소정의 방법에 의해 프로세스 가스(1010)가 도입되고, 진공 용기 하부의 1011로부터 배기된다. 이 때, 프로세스 가스(1010)의 유량 및 배기 속도는 적절히 모니터되고 있고, 모니터값에 맞춰 프로세스 가스의 유량 및 배기 속도를 제어함으로써, 진공 용기 내를 임의의 압력으로 유지하는 것이 가능하다.
진공 용기 내에 도입된 프로세스 가스는, 고주파 전력(1007)과, 정자장 코일(1012)로부터 생성되는 정자장이, 전자 사이클로트론 공명을 일으키는 위치에서, 플라스마가 생성 유지된다. 본 장치 구성에 있어서는, 정자장 코일(1012)의 코일 전류값에 의해 전자 사이클로트론 공명을 일으키는 플라스마의 생성 위치를 변경할 수 있고, 생성 위치를 제1 공간(1003) 내로 설정했을 때는, 플라스마 중에서 형성된 중성의 라디칼이 우선적으로 피에칭 웨이퍼에 공급된다.
한편, 생성 위치를 제2 공간(1004) 내로 설정했을 때는, 플라스마가 직접, 피에칭 웨이퍼에 조사되게 되어, 플라스마 중의 이온과 라디칼을 사용한 처리가 가능해진다. 즉 분리판(1002)에 의해, 플라스마 형성실을 제1 공간(1003)에 의한 상부 플라스마 형성실과 제2 공간(1004)에 의한 하부 플라스마 형성실로 분리하는 것이 가능하다.
웨이퍼 스테이지(1006)는 온조(溫調) 기능을 갖고 있어, 임의의 온도로 제어할 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(1006)에는 피에칭 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 고정하는 기능 및, 피에칭 웨이퍼(1005)와 웨이퍼 스테이지(1006) 사이에는 열전도 가스를 공급하고, 양자 간을 예를 들면 0.1kPa 내지 10kPa의 압력으로 유지하는 기능이 구비되어 있다. 이 열전도 가스에 의해 웨이퍼 스테이지와 피에칭 웨이퍼의 열전도율을 향상하여, 진공 용기 내여도 피에칭 웨이퍼를 효율적으로 온조할 수 있다.
피에칭 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 고정하는 기능으로서는, 피에칭 웨이퍼의 에지부를 기계적으로 억눌러 고정하는 메커니컬 척을 사용해도 상관없지만, 웨이퍼를 고정했을 때 억누름 기구와 웨이퍼의 마모에 의해 발생하는 이물이 양산 시의 과제로 된다. 그 때문에, 도 1에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 스테이지(1006) 내에 직류 전압이 인가되는 제1 전극(1013)과 제2 전극(1014)을 설치하고, 각각에 양과 음의 반대의 전압을 인가함으로써, 존슨 라벡력 또는 쿨롱 힘을 발생시켜, 전기적으로 고정하는 것이 바람직하다.
또, 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 웨이퍼 스테이지에는 플라스마 중에서 형성된 이온을 적극적으로 피에칭 웨이퍼에 인입하기 위해, 예를 들면 주파수 10㎑ 내지 100㎒의 고주파 전원이 접속되어 있어도 된다. 이렇게 함으로써, 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성했을 경우에, 당해 고주파 전원으로부터 웨이퍼 스테이지에 고주파 전력을 공급할 수 있고, 플라스마 중의 이온과 라디칼을 사용한 반응성 이온 에칭을 실현할 수 있다.
도 1에 있어서 분리판(1002)은 피에칭 웨이퍼에 라디칼만을 공급하기 위해 설치된 것이다. 분리판의 구조로서는, 분리판에 알루미늄이나 티타늄이나 SUS 등의 금속 재료를 사용하고, 분리판을 어스나 직류 전원 또는 교류 전원에 전기적으로 접속함으로써, 플라스마 중에서 생성된 양의 전하를 갖는 이온이나 음의 전하를 갖는 전자를 전기적으로 차폐하고, 플라스마 중에서 생성된 라디칼만을 웨이퍼에 공급하는 방법을 사용해도 상관없다. 그러나, 이 경우는 플라스마에 금속 재료의 표면이 노출함으로써 금속 재료가 비산하여, 금속 오염에 의해 처리한 웨이퍼의 전기 특성이 악화하는 것이 양산 시의 과제로 된다.
금속 오염을 억제하는 방법으로서는, 도전 재료의 둘레를 Si 함유 산화막이나 Y함유 산화막이나 Al 함유 산화막으로 피복하여, 플라스마에 금속이 직접적으로 접촉하지 않는 구조를 사용하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 피복에 의해 생산 비용이 증대하는 것이나, 장시간 처리에 의해 피복한 막의 일부가 소실했을 경우, 금속 오염이 발생할 가능성이 있다.
그 때문에, 분리판(1002)의 구조는 Si 함유 산화막이나 Y함유 산화막이나 Al 함유 산화막으로 이루어지는 유전체 재료만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 Si 함유 산화막인 석영은 내부에 Y나 Al 등의 금속을 함유하고 있지 않아, 금속 오염을 억제하는 데 있어서 바람직한 유전체 재료이다.
이 경우, 분리판에는 플라스마 중에서 형성된 이온이나 전자를 전기적으로 차폐하는 효과는 없지만, 도 4에 나타내는 바와 같이 분리판(1002)의 외주부에 홀을 마련하고, 정자장 코일(1012)에서 발산 자장(4001)을 생성함으로써, 피에칭 웨이퍼(1005)에 라디칼을 우선적으로 공급할 수 있다. 즉, 외주부의 홀을 통과한 양의 전하를 갖는 이온이나 음의 전하를 갖는 전자는 발산 자장에 구속됨으로써, 챔버 벽(4002)의 방향으로 확산한다. 그 때문에, 챔버 중심부에 설치된 피에칭 웨이퍼(1005)에는 발산 자장에 구속되지 않는, 전기적으로 중성인 라디칼만이 도달할 수 있다.
또, 도 1에서는 1매만의 분리판을 사용하고 있지만, 복수의 분리판을 조합한 구조로 해도 상관없다. 단, 복수의 분리판 중, 1매는 분리판의 외주부 즉분리판의 반경의 절반보다 외측에 홀이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 분리판의 외측과 챔버 벽 사이에 극간이 나 있으면 되고, 그 홀의 구조나 면적은 특별히 상관없다.
다음으로 도 1의 장치를 이용하여 도 2의 플로우차트에서, 반응성 가스에 의해 생성된 라디칼에 의한 반응층을 형성하는 스텝과, 희가스를 사용해서 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 반응층을 제거하는 스텝으로 이루어지는 사이클 에칭법의 상세한 실시예에 대해 기재한다.
본 실시예는 도 1의 플라스마를 생성하는 고주파 전력에 2.45㎓를 사용한 전자 사이클로트론 공명을 이용한 방전 방식에 대해 기재하지만, 진공 용기 내에 분리판이 설치되고, 분리판보다 상방의 제1 공간에서 플라스마를 생성할 수 있는 장치이면, 그 플라스마원은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 유도 결합 방식이나, 용량 결합 방식을 이용한 다른 고주파 전력을 사용한 플라스마원을 사용해도 된다.
우선, 도 2의 S201에 나타내는 바와 같이 피에칭 웨이퍼(1005)를 웨이퍼 스테이지(1006) 상에 반입한다. 웨이퍼를 반입할 때는, 예를 들면 진공으로 유지된 반송실로부터 반송 아암 상에 놓은 피에칭 웨이퍼(1005)를 웨이퍼 스테이지(1006) 상에 반입하고, 웨이퍼 스테이지 내에 구비된 3개 이상의 푸셔 핀(미도시)을 상승시킴으로써 피에칭 웨이퍼를 푸셔 핀으로 반송 아암으로부터 들어올린다.
그 후, 반송 아암을 반송실에 후퇴시키고, 피에칭 웨이퍼를 유지한 푸셔 핀을 웨이퍼 스테이지 내에 하강시킴으로써, 피에칭 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 설치하는 방법을 들 수 있다.
본 방법에서는, 웨이퍼 이면과 푸셔 핀의 마모에 의해, 이물이 발생하는 것을 억제하기 위해, 푸셔 핀의 동작 속도나 선단의 형상이나 재질은 최적인 것을 선택하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2의 S202에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 내에 설치된 제1 전극(1013) 및 제2 전극(1014)의 각각에 양과 음의 반대의 직류 전압을 인가함으로써, 존슨 라벡력 또는 쿨롱 힘을 발생시켜, 피에칭 웨이퍼(1005)를 웨이퍼 스테이지(1006) 상에 전기적으로 고정한다. 양과 음의 전압은 동일 전압을 인가하는 것이 바람직하지만, 제1 전극(1013)에 양의 전압을 인가해도, 음의 전압을 인가해도 상관없다.
이에 의해, 전기적인 고정을 해제할 때까지는, 피에칭 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지 상에 고정되게 되어, 프로세스 중의 압력 변동 등에 의해 피에칭 웨이퍼가 움직임으로써, 피에칭 웨이퍼와 웨이퍼 스테이지의 마모에 의한 이물의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 2의 S203에 나타내는 바와 같이, 피에칭 웨이퍼와 웨이퍼 스테이지 사이에 열전도 가스를 도입한다. 이 열전도 가스에 의해 웨이퍼 스테이지와 피에칭 웨이퍼의 열전도율을 향상하고, 진공 용기 내여도, 웨이퍼 스테이지에 구비된 온조 기능을 사용함으로써, 피에칭 웨이퍼를 설정한 온도로 효율적으로 온조할 수 있다.
열전도 가스에는 열전도성이 좋고 안정한 He를 사용하는 것이 바람직하지만, Ar이나 N2 등의 다른 가스로 대체해도 상관없다. 또한, 피에칭 웨이퍼와 웨이퍼 스테이지 사이는 0.1kPa 내지 10kPa의 압력으로 유지하는 것이 바람직하고, 당해 압력에 의해서도 피에칭 웨이퍼가 움직이지 않도록, 제1 전극(1013) 및 제2 전극(1014)에 인가된 직류 전압에 의해, 전기적으로 단단히 고정되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2의 S204에 나타내는 바와 같이, 소정의 유량의 반응성 가스를 도입하고, 도파관(1008)으로부터 고주파 전력(1007)을 공급하고, 또한 상방의 제1 공간(1003) 내에서 전자 사이클로트론 공명을 일으키도록 정자장 코일(1012)의 코일 전류값을 설정한다. 이에 의해, 상방의 제1 공간(1003)에서 플라스마를 생성한다. 본 공정에 있어서는 진공 용기(1001) 내가 설정한 압력으로 유지되도록, 1011로부터의 가스의 배기 속도를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 정자장 코일(1012)에서 발산 자장을 생성함으로써, 피에칭 웨이퍼 상에서는 반응성 가스를 사용한 플라스마 중에서 형성된 라디칼이 우선적으로 도달한다. 그 때문에, 당해 라디칼에 의해 피에칭 웨이퍼 상에 목적의 막두께의 반응층을 형성하는 흡착 공정을 실현할 수 있다.
또, 플라스마를 생성하지 않고 반응성 가스만을 도입했을 경우는, 형성되는 반응층의 두께가 매우 얇아, 충분한 1사이클당의 에칭량을 얻는 것이 어렵다.
또한, 하방의 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성하고, 피에칭 웨이퍼에 직접 플라스마를 조사했을 경우, 플라스마와 피에칭 웨이퍼 사이에 셀프 바이어스가 발생한다. 그 때문에, 플라스마 중에서 생성된 이온이 셀프 바이어스로 가속되어, 피에칭 웨이퍼에 수직으로 입사한다.
이에 의해, 수직 방향으로 반응층이 두껍게 형성되어, 수직 방향과 횡 방향을 균일하게 에칭하는 등방성 에칭을 실현할 수 없게 된다. 그 때문에, 반응성 가스에 의해 생성된 라디칼을 주체로 한 프로세스에 의해, 반응층을 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 피에칭 웨이퍼에 조사되는 이온의 조사량의 10배 이상의 라디칼이 조사됨으로써, 반응층이 형성되는 프로세스를 구축하는 것이 바람직하다.
또한, 반응성 가스를 사용해서 라디칼을 형성할 때에, 플라스마 중에서 과잉 해리가 진행되면, 과잉 해리한 반응성 가스에 의해 피에칭 재료의 에칭이 연속적으로 진행하여, 셀프리미티드한 프로세스가 성립되지 않게 된다.
과잉 해리를 억제하기 위해서는, 본 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력을, 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력보다 높게 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력을 1.0Pa 이상 500Pa 이하의 범위로부터, 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력을 0.05Pa 이상 50Pa 이하의 범위로부터, 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력이 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력보다 높아지도록, 임의의 압력을 선택하는 것이 바람직하다.
보다 상세히는, 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력을 5.0Pa 이상 50Pa 이하의 범위로부터, 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력을 0.1Pa 이상 10Pa 이하의 범위로부터, 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력이 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력보다 높아지도록, 임의의 압력을 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 반응성 가스를 사용해서 플라스마의 과잉 해리를 억제하기 위해서는 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력을, 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력보다 낮게 설정하는 것도 유효하다.
여기에서, 실효적인 고주파 전력이란 단위 시간당에 투입되는 전력의 총량을 의미한다. 그 때문에, 예를 들면 0.0001s 내지 0.01s의 주기로 고주파 전력의 ON과 OFF를 반복하는 펄스 방전을 사용했을 경우는, 1주기당의 고주파 전력의 ON 시간의 비율인 Duty비와 고주파 전력의 곱에 의해, 실효적인 고주파 전력이 산출된다.
즉, 1000Ｗ의 고주파 전력을 투입하고, Duty비를 20％로 설정했을 경우는, 실효적인 고주파 전력은 200Ｗ가 된다. 그 때문에, 흡착 공정과 탈리 공정에서 동일한 고주파 전력으로 설정했을 경우는, 흡착 공정에 있어서의 Duty비를 탈리 공정보다 낮게 함으로써, 흡착 공정에 있어서의 실효적인 고주파 전력을 탈리 공정에 있어서의 실효적인 고주파 전력보다 낮게 한 프로세스를 실현할 수 있게 된다.
다음으로, 도 2의 S205에 나타내는 바와 같이, 진공 용기 내에 반응성 가스의 도입을 정지하고, 소정의 유량의 희가스를 도입한 후, 1007로부터 고주파 전력을 공급하고, 또한 상방의 제1 공간(1003) 내에서 전자 사이클로트론 공명을 일으키도록 정자장 코일(1012)의 코일 전류값을 설정한다. 이에 의해, 상방의 제1 공간(1003)에서 플라스마를 생성한다.
본 공정에 있어서는 진공 용기(1001) 내가 설정한 압력으로 유지되도록, 1011로부터의 가스의 배기 속도를 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 정자장 코일(1012)에서 발산 자장을 생성함으로써, 피에칭 웨이퍼 상에는 희가스를 사용한 플라스마 중에서 형성된 라디칼, 특히 수명이 긴 준안정 상태의 희가스가 우선적으로 도달한다.
준안정 상태의 희가스는 반응성이 높고, S204의 공정에서 생성한 반응층에 충돌했을 경우, 반응층을 용이하게 탈리할 수 있다. 준안정 상태를 생성하는 희가스에는 He이나 Ne이나 Ar이나 Xe 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 Ar 가스는 희가스 중에서는 저비용으로 양산에 적합하고, 준안정 상태의 수명이 길다. 그 때문에, Ar 가스를 사용해서 플라스마를 생성하는 것이 바람직하다.
또, 하방의 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성하고, 피에칭 웨이퍼에 직접 플라스마를 조사했을 경우, 플라스마와 피에칭 웨이퍼 사이에 셀프 바이어스가 발생하고, 플라스마 중에서 생성된 Ar 이온이 셀프 바이어스로 가속되어, 피에칭 웨이퍼에 수직으로 입사한다.
그 때문에, 선택비를 취하고 싶은(에칭하고 싶지 않은) 막도 마찬가지로 가공되어 버려, 선택비가 나빠진다. 그 때문에, 준안정 상태의 희가스를 주체로 한 프로세스에 의해, 반응층을 탈리하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 피에칭 웨이퍼에 조사되는 이온의 조사량의 10배 이상의 준안정 상태의 희가스가 조사됨으로써, 반응층이 탈리되는 것이 바람직하다.
또, S204의 공정과 S205의 공정 사이에서 반응성 가스의 도입을 정지하고, 또한 소정의 유량의 희가스를 도입하고 있지만, 반응층을 형성하는 흡착 공정과 반응층을 제거하는 S205의 탈리 공정으로 목적의 에칭량을 실현할 수 있으면, S204의 공정이 종료한 후, 플라스마를 생성·유지한 채, 진공 용기 내에 도입하는 가스종 및 고주파 전력을 변경해서 S205의 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 흡착 공정 후에 한번 진공 용기 내에 충만시킨 반응성 가스를 배기하고, 재차 희가스를 도입해서 치환한 후에 플라스마를 생성하는 공정을 생략할 수 있어, 1사이클당의 프로세스 시간을 저감한 양산성이 우수한 단시간의 프로세스를 실현할 수 있다.
이에 더하여, S204의 흡착 공정에서 반응성 가스에 의해 형성한 플라스마에 의해, 제1 공간(1003)의 내벽에 퇴적물이 형성되는 경우가 있지만, S204의 흡착 공정과 동일한 제1 공간(1003)에서 희가스를 사용한 플라스마를 생성하는 S205의 탈리 공정을 행함으로써, 퇴적물을 제거할 수 있다. 이것은, 제1 공간(1003)의 내부에서는 플라스마 중에서 형성된 이온이 셀프 바이어스에 의해, 제1 공간(1003)의 내벽에 충돌하여, 스퍼터 반응에 의해 퇴적물을 제거할 수 있기 때문이다.
제1 공간(1003)의 내부에 퇴적물이 축적되는 프로세스에서는, 사이클 수의 증가나, 웨이퍼 처리 매수의 증가에 의해, 퇴적물의 양이 증가하고, 플라스마의 상태가 변화된다. 그 때문에 프로세스 변동이 크고, 양산에 적합한 안정한 프로세스를 실현할 수 없게 된다.
그러나, 동일한 제1 공간(1003)에서 생성한 플라스마를 사용해서 S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정을 행함으로써, 흡착 공정에서 제1 공간(1003)의 내벽에 부착한 퇴적물을 탈리 공정에서 제거하는 것이 가능하여, 1사이클당의 퇴적물의 부착을 억제한 양산성이 풍부한 안정한 프로세스를 실현할 수 있다.
또, 본 공정에 있어서는 준안정 상태의 희가스가 웨이퍼에 도달하면 되고, 예를 들면 He과 Ar을 혼합하는 등 2종 이상의 희가스를 혼합한 희가스의 혼합 가스를 플라스마화하여, 준안정 상태의 희가스를 생성해도 된다.
또한, 선택비를 취하고 싶은 다른 재료의 에칭을 억제하기 위해, 희가스에 O2나 CO2나 N2 등의 산소나 질소 혼합 가스 등의 반응성 가스를 혼합한 혼합 가스를 플라스마화함으로써, 준안정 상태의 희가스에 반응성 가스로부터 생성된 라디칼이 혼합된 것을 생성하여, S205의 탈리 공정에 사용해도 상관없다. 단, 희가스의 준안정 상태를 적극적으로 사용하기 위해, 혼합 가스 중의 희가스의 함유량을 50％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 도 2의 S206에 나타내는 바와 같이 진공 용기 내에 희가스의 도입을 정지한다.
다음으로, 도 2의 S207에 나타내는 바와 같이 소정의 횟수인 N회, 반응성 가스에 의해 생성된 라디칼에 의해 반응층을 형성하는 공정 S204와, 희가스를 사용해서 생성된 준안정 상태의 희가스에 의해 반응층을 제거하는 공정 S205를 반복한다. 또, 1회째의 S205의 공정에서 피에칭 웨이퍼에 목적의 에칭이 가능한 경우는, 사이클 에칭을 행하지 않고, N＝1회로 해도 상관없다.
또, N회 반복하는 경우, S206의 공정에서 희가스의 도입을 정지하고, 또한 S204의 공정으로 돌아가 소정의 유량의 반응성 가스를 도입하고 있지만, S205의 탈리 공정과 S204의 흡착 공정으로 소정의 프로세스를 실현할 수 있으면, S205의 공정이 종료한 후, 플라스마를 생성·유지한 채, 진공 용기 내에 도입하는 가스종 및 고주파 전력을 변경해서 S204의 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
이에 의해, S205의 탈리 공정 후에 한번 진공 용기 내에 충만시킨 희가스를 배기하고, 재차 반응성 가스를 도입해서 치환한 후에 S204의 공정을 실행하기 위한 플라스마를 생성하는 공정을 생략할 수 있어, 1사이클당의 프로세스 시간을 저감한 양산성이 우수한 단시간의 프로세스를 실현할 수 있다.
도 3의 타임 시퀀스도는, 도 2의 S207의 공정에서, N＝3회 반복했을 때의, (a) 반응성 가스 유량의 설정값, (b) 희가스 유량의 설정값, (c) 진공 용기 내의 압력의 설정값, (d) 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력의 설정값의 변화의 대표예를 나타낸 것이다.
본 타임 시퀀스는, 반응성 가스(311)에 의해 생성된 라디칼에 의해 반응층을 형성하는 흡착 공정 A(S204)와, 희가스(321)를 사용해서 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 반응층을 제거하는 탈리 공정 B(S205)를 3회 반복한 시퀀스를 나타내고 있다.
상기에 기재한 바와 같이, 흡착 공정 A(S204)에 있어서의 과잉 해리를 억제하여 셀프리미티드한 프로세스를 구축하기 위해서는, 흡착 공정 A(S204)에 있어서의 진공 용기 내의 압력(331)을 탈리 공정 B(S205)에 있어서의 진공 용기 내의 압력(332)보다 높게 하는 것이 바람직하다. 또는, 흡착 공정 A에 있어서의 과잉 해리를 억제하고 셀프리미티드한 프로세스를 구축하기 위해서는, 흡착 공정 A에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력의 설정값(341)을, 탈리 공정 B에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력의 설정값(342)보다 낮게 하는 것이 바람직하다.
도 3에서는, 흡착 공정 A(S204에 상당)에 있어서의 진공 용기 내의 압력(331)을 탈리 공정 B(S205에 상당)에 있어서의 진공 용기 내의 압력(332)보다 높게 설정하고, 또한 흡착 공정 A에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력의 설정값(341)을 탈리 공정 B에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력의 설정값(342)보다 낮게 하고 있지만, 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 있으면, 어느 한쪽만 만족하면 된다.
또한, 동일한 제1 공간에서 생성한 플라스마를 사용해서 흡착 공정과 탈리 공정을 행함으로써, 흡착 공정에서 제1 공간 내벽에 부착한 퇴적물을 탈리 공정에서 제거하는 것이 가능하고, 1사이클당의 퇴적물의 부착을 억제한 양산성이 풍부한 안정한 프로세스를 실현할 수 있다.
이에 더하여, 흡착 공정과 탈리 공정 사이에서 플라스마를 생성 유지하기 위한 실효적인 고주파 전력을 0보다 큰 값으로 설정함으로써, 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스와 희가스를 치환할 수 있어, 1사이클당의 프로세스 시간을 저감한 양산성이 우수한 단시간의 프로세스를 실현할 수 있다.
다음으로, 도 2의 S208에 나타내는 바와 같이, 하방의 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성하고, 피에칭 웨이퍼와 웨이퍼 스테이지 사이에의 열전도 가스의 도입을 정지한 후에, 피에칭 웨이퍼(1005)와 웨이퍼 스테이지(1006)의 전기적인 고정을 해제한다. 여기에서, 제1 전극(1013)과 제2 전극(1014)을 동일 면적으로 하고, 동일한 타이밍에 인가 전압을 OFF로 하면, 원리적으로는 플라스마가 없어도 전기적인 고정을 해제할 수 있다.
단, 기차(機差)에 의해 양자의 면적이 약간 다른 경우나, 인가 전압을 OFF로 하는 타이밍에 약간의 어긋남이 발생함으로써, 전하가 피에칭 웨이퍼 및 웨이퍼 스테이지에 축적하는 경우가 있다. 이 경우, 전기적인 고정이 완전하게는 해제되지 않고, 웨이퍼를 반출할 때에 드물게 웨이퍼가 파손하는 것이 양산 시의 과제로 된다.
그 때문에, 피에칭 웨이퍼 직상(直上)의 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성하고, 플라스마 중의 전자 및 이온으로 전기적인 경로를 형성함으로써, 피에칭 웨이퍼나 웨이퍼 스테이지에 축적한 전하를 방출하는 것이 바람직하다. 즉, 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성한 상태에서, 제1 전극(1013)과 제2 전극(1014)에 인가된 직류 전압을 OFF로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 웨이퍼를 반출할 때의 웨이퍼의 파손을 억제하여, 양산에 적합한 프로세스를 실현할 수 있다.
또, 제1 전극(1013)과 제2 전극(1014)에 인가한 직류 전압을 OFF로 할 때에, 보다 축적한 전하를 제거하기 쉽게 하기 위해, 제2 공간에서 플라스마를 생성한 채, 양자에 인가된 전압값을 변경하거나, 푸셔 핀을 상하하거나 해도 상관없다.
또, 본 공정에서 플라스마를 생성할 때의 가스는 피에칭 웨이퍼의 형상에 큰 영향을 주지 않는 가스, 예를 들면 희가스 등을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 직전의 S205의 공정이 종료한 상태인 채 S206 공정을 스킵함으로써, 직전의 S205의 공정에서 사용한 희가스에 의해 제2 공간에서 플라스마를 생성해도 상관없다. 이렇게 함으로써, 한번 진공 용기 내에 충만시킨 희가스를 배기하고, 재차 희가스를 도입하는 공정을 생략할 수 있어, 프로세스 시간을 단축할 수 있다.
또, 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성함으로써, 에칭 형상이 크게 변화해 버리는 경우는, 제2 공간에서 플라스마를 생성하지 않고 제1 전극(1013)과 제2 전극(1014)에 인가된 직류 전압을 OFF해도 상관없다. 단, 이 경우는 웨이퍼의 파손을 억제하기 위해, 푸셔 핀의 승강 스피드를 특별히 고려하는 것이나, 푸셔 핀 및 웨이퍼 스테이지의 재질에 전하의 축적이 하기 어려운 것을 선택할 필요가 있다.
다음으로, 도 2의 S209에 나타내는 바와 같이, 플라스마를 소실시켜, 진공 용기 내에 도입한 가스를 모두 정지한다. 그 후, 도 2의 S210에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 스테이지(1006) 상에서 피에칭 웨이퍼(1005)를 반출한다.
웨이퍼를 반출할 때는, 예를 들면, 웨이퍼 스테이지(1006) 내에 구비된 도시하고 있지 않은 3개 이상의 푸셔 핀을 상승시킴으로써, 피에칭 웨이퍼(1005)를 들어올리고, 반송실로부터 반송 아암으로부터 반입한다. 이 때에, 피에칭 웨이퍼(1005)와 반송 아암의 접촉을 억제하기 위해, 피에칭 웨이퍼(1005)는 반입된 반송 아암보다, 높은 위치에 들어올릴 필요가 있다. 그 후, 푸셔 핀을 웨이퍼 스테이지 내에 하강시킴으로써, 피에칭 웨이퍼를 당해 반송 아암에서 유지할 수 있다. 그 후, 반송 아암을 반송실에 후퇴시킴으로써, 진공 용기(1001) 내로부터 피에칭 웨이퍼를 반출하는 것이 가능하다.
본 방법에서는, 웨이퍼 이면과 푸셔 핀의 마모에 의해, 이물이 발생하는 것을 억제하기 위해, 푸셔 핀의 동작 속도나 선단의 형상이나 재질은 최적인 것을 선택하는 것이 바람직하다.
도 2의 시퀀스에 있어서, 웨이퍼 스테이지(1006)의 온도는 S202의 공정 이후 변경하고 있지 않지만, 필요하면 S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정에서 다른 온도로 설정해도 상관없다. 단, 웨이퍼 스테이지(1006)의 온도 변경에 의해, 프로세스 시간이 증가하기 때문에, S202의 공정 이후는 웨이퍼 스테이지(1006)의 온도를 변경하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는 웨이퍼 스테이지(1006)의 온도는 -50℃ 내지 ＋150℃의 범위에서 임의의 온도를 설정하고, 흡착 공정과 탈리 공정에서 유지하는 것이 바람직하다.
여기에서 도 2에 나타낸 시퀀스도에서는, 피에칭 웨이퍼(1005)는 등방적으로 에칭하는 프로세스에 한정해서 기재하고 있지만, 피에칭 웨이퍼(1005) 상에 형성된 목적의 막을 등방성 에칭하기 전후에 이방성 에칭을 행하는 것도 가능하다. 이 경우는, 분리판(1002)의 하부의 제2 공간(1004)에서 플라스마를 생성하고, 플라스마 중에 생성된 이온과 라디칼을 사용해서, 이방성 에칭을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2의 시퀀스도에는 기재하고 있지 않지만, 서로 다른 피에칭 웨이퍼의 처리를 연속하여 행할 경우, 먼저 처리하는 피에칭 웨이퍼와 다음으로 처리하는 피에칭 웨이퍼 사이에서 정기적으로 플라스마를 사용한 클리닝의 시퀀스를 넣는 것도 가능하다. 본 클리닝 시퀀스에서는, 에칭 중에 진공 용기의 내벽에 부착한 피에칭 재료로부터의 반응 생성물을 제거하기 위한 시퀀스나, 진공 용기 내벽을 일정한 상태로 유지하기 위해 퇴적물을 부착시키는 시퀀스를 사용하는 것이 바람직하다.
클리닝의 시퀀스는, 피에칭 웨이퍼로부터의 반응 생성물이 부착하기 쉬운, 분리판 하부의 제2 공간에서 플라스마를 생성하는 것이 바람직하지만, 피에칭 웨이퍼로부터의 반응 생성물이 분리판 상부의 제1 공간에도 부착할 가능성이 있기 때문에, 제1 공간과 제2 공간에서 차례대로 플라스마를 생성한 클리닝 시퀀스를 행하는 것이 바람직하다.
본 클리닝 시퀀스를 행할 때는, 클리닝용의 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 설치해도 상관없지만, 클리닝용의 웨이퍼의 비용이 들기 때문에, 클리닝용의 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 상에 설치하지 않고, 클리닝 시퀀스를 행하는 것이 바람직하다.
실시예 2
다음으로 본 발명을 사용한 제2 실시예에 대해 설명한다.
본 실시예는 반응성 가스에 CHF3/O2 가스를, 희가스에 Ar 가스를, 피에칭 재료에 SiN을 사용하여, SiN을 등방적으로 가공하는 사이클 에칭 프로세스에 대해 검토한 결과이다. 또, 본 실시예에 있어서는 반응성 가스에 퇴적성이 있는 카본 함유 가스를 사용한 결과에 대해 기재하지만, 다른 퇴적성 가스, 예를 들면 보론 함유 가스나, Si 함유 가스에 대해서도 마찬가지의 프로세스를 실현할 수 있다.
도 5는, 도 2의 시퀀스에 따라 S204 내지 S206에 대해 N＝6회 사이클 에칭을 반복했을 때의, S205의 탈리 공정의 프로세스 시간에 대한 1사이클당의 SiN막의 에칭량의 변화(501)를 나타낸 그래프이다.
본 실험에서는, S204의 흡착 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력을 S205의 탈리 공정에 있어서의 진공 용기 내의 압력보다 높고, S205의 탈리 공정에 있어서의 실효적인 고주파 전력을 S204의 흡착 공정보다 낮게 설정하고 있다. 구체적으로는, 진공 용기(1001) 내의 압력을 S204의 흡착 공정은 8.0Pa로, S205의 탈리 공정은 0.2Pa로 설정했다.
또한, 실효적인 고주파 전력을 S204의 흡착 공정은 40Ｗ로 저감하고, S205의 탈리 공정은 600Ｗ로 설정했다. 또, S204의 흡착 공정에서는 실효적인 고주파 전력을 감소하기 위해, 펄스 방전을 사용했다.
도 5의 그래프로부터, S205의 탈리 공정의 프로세스 시간을 120초 이상에 증가해도 에칭량은 증가하지 않고, 에칭량이 2.7㎚/사이클에서 포화하는 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 있음을 알 수 있다. 또, 이 1사이클당의 에칭량은 프로세스 조건, 즉 웨이퍼 스테이지의 온도나 압력이나 CHF3과 O2의 가스 유량 비에 의해 임의의 값으로 조정할 수 있다.
도 6은, 도 5와 마찬가지의 프로세스에서, S204의 흡착 공정의 압력만, S205의 탈리 공정과 동일한 0.2Pa로 변경했을 경우에 있어서의, S205의 탈리 공정의 프로세스 시간에 대한 1사이클당의 SiN막의 에칭량의 변화(601)를 나타낸 그래프이다.
도 6의 그래프로부터, 처리 시간에 비례해서 1사이클당의 에칭량이 증가하고 있어, 셀프리미티드한 프로세스를 구축하지 못함을 알 수 있다. 또한, 처리압을 더 저하했을 때도, 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 없었다.
이것은 진공 용기 내의 압력을 S205의 탈리 공정보다 저압으로 했을 경우, 반응성 가스가 과잉 해리하여, F 라디칼이 생성된다. 이 F 라디칼은 피에칭 재료의 SiN막의 에칭을 촉진하고, 에칭이 연속적으로 진행하기 때문이다.
마찬가지로 F 라디칼의 해리를 촉진하는 방법으로서는, 실효적인 고주파 전력을 증가하는 방법을 들 수 있으며, S204의 흡착 공정의 실효적인 고주파 전력을 S205의 탈리 공정과 동일한 600Ｗ 이상으로 증가했을 경우, 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 없었다.
이로부터, S204의 흡착 공정의 압력을 S205의 탈리 공정보다 고압으로, 또는 S204의 흡착 공정의 실효적인 고주파 전력을 S205의 탈리 공정보다 낮게 했을 때에 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 있음을 알 수 있었다.
도 7은, S205의 탈리 공정의 압력을 변화시켜서, S205의 탈리 공정의 압력과 S204의 흡착 공정의 압력의 비에 따른 1사이클당의 SiN 에칭량의 변화(701)를 나타내고 있다.
본 도면으로부터 S205의 탈리 공정의 압력과 S204의 흡착 공정의 압력의 비를 증가시킬 수록, 1사이클당의 에칭량이 저하하고, 압력의 비가 1로 되었을 때에는, 양산 제조에서 필요한 1㎚/사이클 이하의 값을 나타냄을 알 수 있다. 이로부터, S204의 흡착 공정의 압력을 S205의 탈리 공정의 압력보다 크게 한 편이, 1㎚/사이클 이상의 에칭량, 즉 양산에서 필요한 ㎚ 레벨의 사이클 에칭을 실현할 수 있음을 알 수 있었다.
마찬가지로, S205의 탈리 공정의 실효적인 고주파 전력과 S204의 흡착 공정의 실효적인 고주파 전력의 비에 따른 1사이클당의 에칭량의 변화를 평가한 결과, 실효적인 고주파 전력의 비를 증가시킬 수록, 1사이클당의 에칭량이 증가하고, 실효적인 고주파 전력의 비가 1로 되었을 때, 1㎚/사이클 이하의 값, 즉 양산에서 필요한 ㎚ 레벨의 사이클 에칭을 실현할 수 없음을 알 수 있었다.
이로부터, S204의 흡착 공정의 실효적인 고주파 전력을 S205의 탈리 공정의 실효적인 고주파 전력보다 낮게 한 편이, 스루풋이 빠른 에칭을 실현할 수 있음을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 셀프리미티드한 프로세스를 구축하는 데 있어서도, 양산 제조에서 필요한 ㎚ 레벨의 사이클 에칭을 실현하기 위해서도, 흡착 공정의 압력을 탈리 공정보다 고압으로, 또는 흡착 공정의 실효적인 고주파 전력을 탈리 공정보다 낮게 하는 것이 유효함을 알 수 있었다.
또, 목적의 막의 에칭량이 적은 프로세스에서는 1㎚/사이클 이하의 에칭량이 요구되는 경우가 있지만, 이 경우도 셀프리미티드한 프로세스를 구축할 수 있으므로, S204의 흡착 공정의 압력을 S205의 탈리 공정보다 고압으로 하거나, 또는 S204의 흡착 공정의 실효적인 고주파 전력을 S205의 탈리 공정보다 낮은 조건 중 어느 하나를 만족시키는 프로세스 조건 중에서, 온도나 압력이나 가스종에 의해 목적의 에칭량을 만족시키는 프로세스를 구축하는 것이 바람직하다.
도 8은, 분리판(1002)의 상부의 제1 공간(1003)에서 CHF3/O2 플라스마를 생성하고 흡착 공정을 행한 후와, 분리판(1002)의 상부의 제1 공간(1003)에서 CHF3/O2 플라스마와 Ar 플라스마를 생성하고 S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정을 행한 후의, 제1 공간(1003)의 내벽에 퇴적하는 퇴적물의 막두께를 평가한 결과 이다.
도 8의 801에 나타내는 바와 같이, S204의 흡착 공정만을 제1 공간(1003)에서 생성한 플라스마를 사용해서 행했을 경우, 진공 용기(1001)의 내벽에 퇴적물이 부착하지만, 도 8의 802에 나타내는 바와 같이, S204의 흡착 공정과 동일한 제1 공간(1003)에서 희가스를 사용한 플라스마를 생성하는 S205의 탈리 공정을 행함으로써, 퇴적물을 제거할 수 있다.
이것은, 제1 공간(1003)의 내부에서는 플라스마 중에서 형성된 이온이 셀프 바이어스에 의해, 제1 공간(1003)의 내벽에 충돌하여, 스퍼터 반응에 의해 퇴적물을 제거할 수 있기 때문이다. 제1 공간(1003)의 내부에 퇴적물이 축적하는 프로세스에서는, 사이클 수의 증가나, 웨이퍼 처리 매수의 증가에 의해, 퇴적물의 양이 증가하고, 플라스마의 상태가 변화된다. 그 때문에 프로세스 변동이 크고, 양산에 적합한 안정된 프로세스를 실현할 수 없게 된다.
그러나, 동일한 제1 공간(1003)에서 생성한 플라스마를 사용해서 S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정을 행함으로써, S204의 흡착 공정에서 제1 공간 내벽에 부착한 퇴적물을 S205의 탈리 공정에서 제거하는 것이 가능하고, 1사이클당의 퇴적물의 부착을 억제한 양산성이 풍부한 안정한 프로세스를 실현할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서는 S204의 흡착 공정에서 사용한 반응성 가스에 카본 함유 가스를 사용한 결과에 대해 기재했지만, 다른 퇴적성 가스, 예를 들면 보론 함유 가스나, Si 함유 가스에 대해서도 마찬가지의 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 분리판(1002) 및 제1 공간(1003)의 내벽에 산화막인 석영을 사용했다. 이에 의해, 제1 공간(1003)의 내벽 재료인 산화막 중의 산소와 카본계의 퇴적막이 반응하여, S205의 탈리 공정에 있어서의 스퍼터 반응을 촉진함으로써, 퇴적막의 제거 효율을 향상할 수 있다. 그 때문에, 제1 공간의 플라스마와 접촉하는 표면의 일부는 산화막이 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제1 공간(1003)의 표면적의 50％ 이상을 산화막으로 하는 것이 바람직하다.
도 9에, S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정 사이에서 플라스마의 생성을 중단했을 경우(901)와, S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정 사이에서 플라스마를 생성 유지했을 경우(902)의 1사이클당의 SiN의 에칭량(903)을 비교한 결과를 나타낸다.
또, 901의 플라스마의 생성을 중단했을 경우는, S204의 흡착 공정 후에는, 한번 진공 용기 내에 충만시킨 반응성 가스를 배기하고, 희가스를 도입해서 치환한 후에 플라스마를 생성했다. 또한, S205의 탈리 공정 후에는 한번 진공 용기 내에 충만시킨 희가스를 배기하고, 재차 반응성 가스를 도입해서 치환한 후에 플라스마를 생성하는 공정을 반복해서 행했다.
한편, 902의 플라스마를 생성 유지했을 경우는, 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스의 도입을 정지하고, 희가스의 도입을 개시했다. 또한, 플라스마를 생성 유지한 채, 희가스의 도입을 정지하고, 반응성 가스의 도입을 개시하는 공정을 반복해서 행했다.
도 9로부터, 양자에서 1사이클당의 SiN의 에칭량(903)이 크게 변화하지 않음을 알 수 있다. 이로부터, S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정 사이에서 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스와 희가스를 치환함으로써, S204의 흡착 공정 후에 한번 진공 용기 내에 충만시킨 반응성 가스를 배기하고, 재차 희가스를 도입해서 치환한 후에 플라스마를 생성하는 공정을 생략할 수 있어, 1사이클당의 프로세스 시간을 저감한 양산성이 우수한 단시간의 프로세스를 실현할 수 있음을 알 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 분리판(1002)의 상부의 제1 공간(1003)에서 반응성 가스를 플라스마화함으로써, 반응성이 높은 라디칼을 피에칭 웨이퍼에 조사할 수 있고, 라디칼에 의한 표면 반응의 촉진에 의해, 반응층의 두께를 양산 제조에 적합한 수㎚/사이클 레벨까지 증가할 수 있다.
또한, 플라스마 중에서 반응성 가스가 과잉 해리했을 경우, 과잉 해리한 반응성 가스에 의해 연속적으로 에칭이 진행하여 셀프리미티드한 프로세스를 실현할 수 없지만, S204의 흡착 공정의 압력을 S205의 탈리 공정보다 고압으로 하는 것, 또는 S204의 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력을 S205의 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 실효적인 고주파 전력보다 낮게 함으로써, 반응성 가스의 과잉 해리를 억제한 반응층의 형성이 가능해져, 셀프리미티드한 사이클 에칭 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 동일한 제1 공간(1003)에서 생성한 플라스마를 사용해서 S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정을 행함으로써, S204의 흡착 공정에서 제1 공간 내벽에 부착한 퇴적물을 탈리 공정에서 제거하는 것이 가능하여, 1사이클당의 퇴적물의 부착을 억제한 양산성이 풍부한 안정한 프로세스를 실현할 수 있다.
이에 더하여, S204의 흡착 공정과 S205의 탈리 공정 사이에서 플라스마를 생성 유지한 채, 반응성 가스와 희가스를 치환함으로써, 흡착 공정 후에 한번 진공 용기 내에 충만시킨 반응성 가스를 배기하고, 재차 희가스를 도입해서 치환한 후에 플라스마를 생성하는 공정을 생략할 수 있어, 1사이클당의 프로세스 시간을 저감한 양산성이 우수한 단시간의 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것도 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
1001…진공 용기, 1002…분리판, 1003…제1 공간, 1004…제2 공간, 1005…피 에칭 웨이퍼, 1006…웨이퍼 스테이지, 1007…고주파 전력, 1008…도파관, 1009…공동 공진부, 1010…프로세스 가스, 1011…배기 방향, 1012…정자장 코일, 1013…제1 전극, 1014…제2 전극, 4001…발산 자장

Claims (14)

  1. 반응성 가스를 사용해서 생성된 플라스마에 의해 피에칭막에 반응층을 형성하는 흡착 공정과,
    플라스마에 의해 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 상기 반응층을 제거하는 탈리 공정을 갖고,
    상기 흡착 공정과 상기 탈리 공정을 반복하고,
    상기 흡착 공정의 압력은, 상기 탈리 공정의 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 공정의 압력은, 1.0Pa~500Pa의 범위 내의 압력이고,
    상기 탈리 공정의 압력은, 0.05Pa~50Pa의 범위 내의 압력인 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  3. 반응성 가스를 사용해서 생성된 플라스마에 의해 피에칭막에 반응층을 형성하는 흡착 공정과,
    플라스마에 의해 생성된 준안정 상태의 희가스를 사용해서 상기 반응층을 제거하는 탈리 공정을 갖고,
    상기 흡착 공정과 상기 탈리 공정을 반복하고,
    상기 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력은, 상기 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력보다 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력은, 상기 탈리 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력보다 작은 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 펄스 변조하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 흡착 공정에 있어서의 플라스마를 생성하기 위한 고주파 전력을 펄스 변조하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    플라스마를 유지한 상태에 의해 상기 흡착 공정으로부터 상기 탈리 공정으로 이행하거나, 또는 플라스마를 유지한 상태에 의해 상기 탈리 공정으로부터 상기 흡착 공정으로 이행하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 반응성 가스로서 카본 원소 함유 가스, 보론 원소 함유 가스 또는 실리콘 원소 함유 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 희가스로서 Ar 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 반응성 가스로서 CHF3 가스와 O2 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 흡착 공정에 있어서의, 상기 피에칭막을 갖는 시료가 재치되는 시료대의 온도는, 상기 탈리 공정에 있어서의 시료대의 온도와 동일한 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 흡착 공정과 상기 탈리 공정이 행해지는 플라스마 처리 장치는,
    상기 피에칭막을 갖는 시료가 처리되고 유전체판이 상방에 배치된 처리실과, 플라스마를 생성하기 위한 마이크로파의 고주파 전력을 상기 유전체판을 통해 공급하는 고주파 전원과, 상기 시료가 재치되는 시료대와, 상기 유전체판과 상기 시료대 사이에 배치된 분리판을 구비하고,
    상기 흡착 공정 및 상기 탈리 공정은, 상기 유전체판과 상기 분리판 사이에 생성되는 플라스마를 사용해서 행해지는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분리판과 상기 시료대 사이에 생성된 플라스마를 사용해서 상기 처리실을 클리닝하는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 클리닝 시, 상기 시료대에 상기 시료를 재치하지 않는 것을 특징으로 하는 플라스마 처리 방법.

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