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KR102114922B1 - 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

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KR102114922B1
KR102114922B1 KR1020157005120A KR20157005120A KR102114922B1 KR 102114922 B1 KR102114922 B1 KR 102114922B1 KR 1020157005120 A KR1020157005120 A KR 1020157005120A KR 20157005120 A KR20157005120 A KR 20157005120A KR 102114922 B1 KR102114922 B1 KR 102114922B1
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 실시예의 플라즈마 처리 방법은, 먼저, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 에칭하는 에칭 공정을 실행한다(S101). 이어서, 플라즈마 처리 방법은, O2 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 플라즈마 처리 공간에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 에칭 공정 후에 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 카본 함유물 제거 공정을 실행한다(S102). 이어서, 플라즈마 처리 방법은, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 부재에 대하여 에칭 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(S103).

Description

플라즈마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명의 다양한 측면 및 실시예는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 프로세스에서는, 박막의 퇴적 또는 에칭 등을 목적으로 한 플라즈마 처리를 실행하는 플라즈마 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로서는, 예를 들면 박막의 퇴적 처리를 행하는 플라즈마 CVD (Chemical Vapor Deposition) 장치 또는 에칭 처리를 행하는 플라즈마 에칭 장치 등을 들 수 있다.
플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 플라즈마 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기, 처리 용기 내에 피처리 기판을 설치하는 시료대, 및 플라즈마 반응에 필요한 처리 가스를 처리실 내로 도입하기 위한 가스 공급계 등을 구비한다. 또한 플라즈마 처리 장치는, 처리실 내의 처리 가스를 플라즈마화하기 위하여, 마이크로파, RF파 등의 전자 에너지를 공급하는 플라즈마 생성 기구, 및 바이어스 전압을 시료대에 인가하고, 시료대 상에 설치된 피처리 기판을 향해 플라즈마 중의 이온을 가속하기 위한 바이어스 전압 인가 기구 등을 구비한다.
그런데, 플라즈마 처리 장치에서는, 듀얼 다마신 배선용의 절연막이 형성된 피처리 기판을 에칭할 시, 절연막에 에칭 패턴이 형성되도록, 절연막의 표면에 내플라즈마성을 가지는 마스크막을 형성하는 것이 알려져 있다. 이 점, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 피처리 기판의 절연막의 표면에 티탄 함유물(예를 들면 TiN)의 마스크막을 형성하고, 마스크막을 플라즈마 처리 공간에 대향시켜 처리 용기 내에 배치하고, 마스크막을 마스크로서 피처리 기판을 에칭하는 것이 개시되어 있다.
일본특허공개공보 2006-216964호
그러나 종래 기술에서는, 피처리 기판의 에칭 특성이 경시 열화될 우려가 있다고 하는 문제가 있다. 즉, 종래 기술에서는, TiN의 마스크막을 마스크로서 피처리 기판을 에칭할 경우에, 에칭 패턴의 개구부의 절연막의 에칭과 동시에 마스크막 자체가 에칭된다. 이 때문에, 종래 기술에서는, 에칭된 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물 등의 부착물이 플라즈마 처리 공간에 대면하는 각종 부재에 누적적으로 부착하여 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도가 변동하고, 그 결과, 피처리 기판의 에칭 특성이 경시 열화될 우려가 있다. 특히, 복수 로트의 피처리 기판을 처리하면, 이 경시 열화가 현저해진다.
본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마 처리 장치에서의 플라즈마 처리 방법이다. 플라즈마 처리 방법은, 제 1 공정과 제 2 공정과 제 3 공정을 포함한다. 제 1 공정은, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 절연막의 표면에 티탄 함유물의 마스크막이 형성된 피처리 기판을 상기 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한다. 제 2 공정은, O2 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 플라즈마 처리 공간에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 상기 제 1 공정 후에 부착한 카본 함유물을 상기 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다. 제 3 공정은, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 부재에 대하여 상기 제 1 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 상기 질소 함유 가스 및 상기 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에 따르면, 피처리 기판의 에칭 특성의 경시 열화를 억제할 수 있는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치가 실현된다.
도 1은 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 2a는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 에칭되기 전의 웨이퍼의 구성예를 도시한 도이다.
도 2b는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 에칭된 후의 웨이퍼의 구성예를 도시한 도이다.
도 3a는 티탄 함유물의 제거에 기여하는 요소를 선정하는 실험 계획법을 실행한 결과를 나타낸 도이다.
도 3b는 티탄 함유물의 제거에 기여하는 요소를 선정하는 실험 계획법을 실행한 결과를 나타낸 도이다.
도 3c는 티탄 함유물의 제거에 기여하는 요소를 선정하는 실험 계획법을 실행한 결과를 나타낸 도이다.
도 3d는 티탄 함유물의 제거에 기여하는 요소를 선정하는 실험 계획법을 실행한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 플라즈마 처리 공간에 표면을 대향시켜 배치된 부재마다의 티탄 함유물의 에칭량을 나타낸 도이다.
도 5a는 본 실시예의 플라즈마 처리의 모델을 도시한 도이다.
도 5b는 본 실시예의 플라즈마 처리의 모델을 도시한 도이다.
도 5c는 본 실시예의 플라즈마 처리의 모델을 도시한 도이다.
도 6은 제 1 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
도 7은 제 2 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
도 8은 제 3 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
도 9는 제 4 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
도 10a는 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도(그 1)이다.
도 10b는 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도(그 1)이다.
도 11은 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도(그 2)이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
플라즈마 처리 방법은, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 절연막의 표면에 티탄 함유물의 마스크막이 형성된 피처리 기판을 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭하는 제 1 공정과, O2 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 플라즈마 처리 공간에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 2 공정과, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 부재에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 3 공정을 포함한다.
플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 제 2 공정과 제 3 공정의 사이에, 제 3 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 부재에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 제 3 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 4 공정을 더 포함한다.
플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 플라즈마 처리 장치가, 제 1 공정을 실행한 후에 제 2 공정 및 제 3 공정을 적어도 2 회 반복하여 실행한다.
플라즈마 처리 방법은, 하나의 실시예에 있어서, 질소 함유 가스는, N2 가스 및 NF3 가스 중 적어도 하나이며, 제 2 불소 함유 가스는 CF4 가스, C4F8 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 하나이다.
플라즈마 처리 장치는, 하나의 실시예에 있어서, 절연막의 표면에 티탄 함유물의 마스크막이 형성된 피처리 기판이 배치되는 플라즈마 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기와, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하는 제 1 가스 공급부와, O2 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하는 제 2 가스 공급부와, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하는 제 3 가스 공급부와, 제 1 가스 공급부로부터 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 피처리 기판을 에칭하는 제 1 공정과, 제 2 가스 공급부로부터 O2 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 플라즈마 처리 공간에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 2 공정과, 제 3 가스 공급부로부터 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 부재에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 3 공정을 실행하는 제어부를 구비한다.
도 1은 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(1)는, 플라즈마 처리를 행하기 위한 플라즈마 처리 공간(S)을 구획 형성하는 대략 원통 형상의 처리 용기(11)를 가지고 있다. 처리 용기(11)는, 접지선(12)에 의해 전기적으로 접속되어 접지되어 있다. 또한, 처리 용기(11)의 표면은 플라즈마 처리 공간(S)에 대향하고 있다. 즉, 처리 용기(11)는 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 설치되어 있다.
처리 용기(11) 내에는, 피처리 기판으로서의 웨이퍼(W)를 보지(保持)하는 웨이퍼 척(10)이 설치되어 있다. 웨이퍼 척(10)에 의해 보지되는 웨이퍼(W)는, 후술하는 웨이퍼(W)의 마스크막(D2)을 플라즈마 처리 공간(S)에 대향시켜 배치된다. 웨이퍼 척(10)은, 그 하면을 하부 전극으로서의 서셉터(13)에 의해 지지되어 있다. 서셉터(13)는 예를 들면 알루미늄 등의 금속에 의해 대략 원반 형상으로 형성되어 있다. 처리 용기(11)의 저부에는 절연판(14)을 개재하여 지지대(15)가 설치되고, 서셉터(13)는 이 지지대(15)의 상면에 지지되어 있다. 웨이퍼 척(10)의 내부에는 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 당해 전극에 직류 전압을 인가함으로써 발생하는 정전기력으로 웨이퍼(W)를 흡착 보지할 수 있도록 구성되어 있다.
서셉터(13)의 상면으로서 웨이퍼 척(10)의 외주부에는, 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키기 위한, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 도전성의 포커스 링(20)이 설치되어 있다. 서셉터(13), 지지대(15) 및 포커스 링(20)은, 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 부재(21)에 의해 그 외측면이 덮여 있다. 또한, 포커스 링(20)의 표면은, 플라즈마 처리 공간(S)에 대향하고 있다. 즉, 포커스 링(20)은 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 설치되어 있다.
지지대(15)의 내부에는, 냉매가 흐르는 냉매로(15a)가 예를 들면 원환(圓環) 형상으로 설치되어 있고, 당해 냉매로(15a)의 공급하는 냉매의 온도를 제어함으로써, 웨이퍼 척(10)으로 보지되는 웨이퍼(W)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 웨이퍼 척(10)과 당해 웨이퍼 척(10)으로 보지된 웨이퍼(W)의 사이에, 전열 가스로서 예를 들면 헬륨 가스를 공급하는 전열 가스관(22)이, 예를 들면 서셉터(13), 지지대(15) 및 절연판(14)을 관통하여 설치되어 있다.
서셉터(13)에는, 당해 서셉터(13)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파 전원(30)이 제 1 정합기(31)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(30)은 예를 들면 27 ~ 100 MHz의 주파수, 본 실시예에서는 예를 들면 40 MHz의 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다. 제 1 정합기(31)는, 제 1 고주파 전원(30)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 매칭시키는 것이며, 처리 용기(11) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때, 제 1 고주파 전원(30)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 작용한다.
또한 서셉터(13)에는, 당해 서셉터(13)에 고주파 전력을 공급하여 웨이퍼(W)에 바이어스를 인가함으로써 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전원(40)이, 제 2 정합기(41)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(40)은, 제 1 고주파 전원(30)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수보다 낮은 주파수인 예를 들면 400 kHz ~ 13.56 MHz의 주파수, 본 실시예에서는 예를 들면 13.56 MHz의 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다. 제 2 정합기(41)는, 제 1 정합기(31)와 마찬가지로, 제 2 고주파 전원(40)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 매칭시키는 것이다. 또한 이하에서는, 제 1 고주파 전원(30)으로부터 출력되는 고주파 전력 및 제 2 고주파 전원(40)으로부터 출력되는 고주파 전력을, 각각 '고주파 전력(HF)' 및 '고주파 전력(LF)'이라고 부르는 경우가 있는 것으로 한다.
이들 제 1 고주파 전원(30), 제 1 정합기(31), 제 2 고주파 전원(40), 제 2 정합기(41)는 후술하는 제어부(150)에 접속되어 있고, 이들의 동작은 제어부(150)에 의해 제어된다.
하부 전극인 서셉터(13)의 상방에는, 상부 전극(42)이 서셉터(13)에 대향하여 평행하게 설치되어 있다. 상부 전극(42)은 도전성의 지지 부재(50)를 개재하여 처리 용기(11)의 상부에 지지되어 있다. 따라서 상부 전극(42)은, 처리 용기(11)와 마찬가지로 접지 전위로 되어 있다.
상부 전극(42)은, 웨이퍼 척(10)에 보지된 웨이퍼(W)와 대향면을 형성하는 전극판(51)과, 당해 전극판(51)을 상방으로부터 지지하는 전극 지지체(52)에 의해 구성되어 있다. 전극판(51)에는, 처리 용기(11)의 내부로 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 공급구(53)가 전극판(51)을 관통하여 형성되어 있다. 전극판(51)은, 예를 들면 줄열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체에 의해 구성되고, 본 실시예에서는 예를 들면 실리콘이 이용된다. 또한, 전극판(51)의 웨이퍼(W)에 대향하는 표면은, 플라즈마 처리 공간(S)에 대향하고 있다. 즉, 전극판(51)은 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 설치되어 있다.
전극 지지체(52)는 도전체에 의해 구성되고, 본 실시예에서는 예를 들면 알루미늄이 이용된다. 전극 지지체(52) 내부의 중앙부에는, 대략 원반 형상으로 형성된 가스 확산실(54)이 설치되어 있다. 또한, 전극 지지체(52)의 하부에는, 가스 확산실(54)로부터 하방으로 연장되는 가스홀(55)이 복수 형성되고, 가스 공급구(53)는 당해 가스홀(55)을 개재하여 가스 확산실(54)에 접속되어 있다.
가스 확산실(54)에는 가스 공급관(71)이 접속되어 있다. 가스 공급관(71)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 처리 가스 공급원(72)이 접속되어 있고, 처리 가스 공급원(72)으로부터 공급된 처리 가스는, 가스 공급관(71)을 거쳐 가스 확산실(54)로 공급된다. 가스 확산실(54)로 공급된 처리 가스는, 가스홀(55)과 가스 공급구(53)를 통하여 처리 용기(11) 내로 도입된다. 즉, 상부 전극(42)은 처리 용기(11) 내로 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드로서 기능한다.
본 실시예에서의 처리 가스 공급원(72)은, 가스 공급부(72a)와 가스 공급부(72b)와 가스 공급부(72c)와 가스 공급부(72d)를 가지고 있다. 가스 공급부(72a)는, 에칭 처리용의 가스로서 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 제 1 불소 함유 가스는 예를 들면 C4F8 가스이다. 가스 공급부(72a)는 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하는 제 1 가스 공급부의 일례이다.
가스 공급부(72b)는, 에칭 처리 후의 부착물 제거 처리용의 가스로서 O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 가스 공급부(72b)는 O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하는 제 2 가스 공급부의 일례이다.
가스 공급부(72c)는, 에칭 처리 후의 부착물 제거 처리용의 가스로서 질소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 질소 함유 가스는 예를 들면 N2 가스 및 NF3 가스 중 적어도 하나이다. 또한 가스 공급부(72d)는, 에칭 처리 후의 부착물 제거 처리용의 가스로서 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 제 2 불소 함유 가스는 예를 들면 CF4 가스, C4F8 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 하나이다. 이들 가스 공급부(72c) 및 가스 공급부(72d)는, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하는 제 3 가스 공급부의 일례이다.
또한 가스 공급부(72d)는, 에칭 처리 후의 부착물 제거 처리용의 가스로서 제 3 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급할 수도 있다. 제 3 불소 함유 가스는 C, H 및 F를 포함하는 가스인, 예를 들면 CHF3 가스이다.
또한 처리 가스 공급원(72)은, 각 가스 공급부(72a, 72b, 72c, 72d)와 가스 확산실(54)의 사이에 각각 설치된 밸브(73a, 73b, 73c, 73d)와, 유량 조정 기구(74a, 74b, 74c, 74d)를 구비하고 있다. 가스 확산실(54)로 공급되는 가스의 유량은 유량 조정 기구(74a, 74b, 74c, 74d)에 의해 제어된다.
처리 용기(11)의 저부에는, 처리 용기(11)의 내벽과 원통 부재(21)의 외측면에 의해, 처리 용기(11) 내의 분위기를 당해 처리 용기(11)의 외부로 배출하기 위한 유로로서 기능하는 배기 유로(80)가 형성되어 있다. 처리 용기(11)의 저면에는 배기구(90)가 형성되어 있다. 배기구(90)의 하방에는 배기실(91)이 형성되어 있고, 당해 배기실(91)에는 배기관(92)을 개재하여 배기 장치(93)가 접속되어 있다. 따라서, 배기 장치(93)를 구동함으로써, 배기 유로(80) 및 배기구(90)를 거쳐 처리 용기(11) 내의 분위기를 배기하고, 처리 용기 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리 장치(1)에는 제어부(150)가 설치되어 있다. 제어부(150)는 예를 들면 컴퓨터이며, 메모리 등의 기억 장치인 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 가지고 있다. 프로그램 저장부에는, 각 전원(30, 40) 또는 각 정합기(31, 41) 및 유량 조정 기구(74) 등을 제어하여, 플라즈마 처리 장치(1)를 동작시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다. 예를 들면 제어부(150)는, 가스 공급부(72a)로부터 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭하는 제어를 행한다. 또한 예를 들면, 제어부(150)는, 가스 공급부(72b)로부터 O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재(예를 들면 처리 용기(11), 전극판(51) 및 포커스 링(20) 등)에 대하여 웨이퍼(W)의 에칭 후에 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제어를 행한다. 또한 예를 들면, 제어부(150)는, 가스 공급부(72c) 및 가스 공급부(72d) 각각으로부터 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 웨이퍼(W)의 에칭 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제어를 행한다.
또한 상기의 프로그램은, 예를 들면 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있던 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(150)에 인스톨된 것이어도 된다.
이어서, 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 에칭되는 웨이퍼(W)의 구성예에 대하여 설명한다. 도 2a는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 에칭되기 전의 웨이퍼의 구성예를 도시한 도이다. 도 2b는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 이용하여 에칭된 후의 웨이퍼의 구성예를 도시한 도이다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)는 절연막(D1)과, 절연막(D1)의 표면에 형성된 마스크막(D2)을 가진다. 절연막(D1)은 듀얼 다마신 배선용의 층간 절연막이며, 제 1 절연막(D11), 제 2 절연막(D12) 및 제 3 절연막(D13)을 가진다. 제 1 절연막(D11)은 예를 들면 SiON에 의해 형성된다. 제 2 절연막(D12)은, 비유전률이 소정값(예를 들면 4.2) 이하인 저유전율 물질에 의해 형성된다. 제 2 절연막(D12)은 예를 들면 SiOCH에 의해 형성된다. 제 3 절연막(D13)은 예를 들면 SiCN에 의해 형성된다.
소정의 개구부를 가지는 에칭 패턴이 형성된 마스크막(D2)은 내플라즈마성을 가지는 티탄 함유물에 의해 형성된다. 마스크막(D2)은 예를 들면 TiN에 의해 형성된다. 절연막(D1)의 표면에 티탄 함유물의 마스크막(D2)이 형성된 웨이퍼(W)는, 마스크막(D2)을 플라즈마 처리 공간(S)에 대향시켜 배치되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 절연막(D1)의 표면에 티탄 함유물(예를 들면 TiN 등)의 마스크막(D2)이 형성된 웨이퍼(W)가 마스크막(D2)을 플라즈마 처리 공간(S)에 대향시켜 배치되어 있다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, TiN의 마스크막(D2)(이하 적절히 'TiN막'이라고 함)을 마스크로서 웨이퍼(W)를 에칭할 경우에, 플라즈마에 의해 에칭 패턴의 개구부(마스크막(D2)의 개구부)가 플라즈마에 노출되고, 예를 들면 도 2b와 같이 절연막(D1)(제 1 절연막(D11) 및 제 2 절연막(D12))이 에칭된다. 이 때, 절연막(D1)과 함께 도 2b의 파선부와 같이 TiN막 자체가 에칭된다. TiN막 자체가 에칭되면, 절연막(D1)으로부터 발생한 카본 함유물과 함께 TiN막으로부터 발생한 티탄 함유물이, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재(예를 들면 처리 용기(11), 전극판(51) 및 포커스 링(20) 등)에 대하여 부착한다. 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 티탄 함유물이 누적적으로 부착하면, 플라즈마 처리 공간(S) 내의 플라즈마 밀도가 변동하고, 그 결과, 웨이퍼(W)의 에칭 특성이 경시 열화될 우려가 있다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명자들은, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 웨이퍼(W)의 에칭 후에 부착한 티탄 함유물을 효율 좋게 제거하는 방법에 대하여 예의 연구를 거듭했다. 그 결과, 본 발명자들은, 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하고, 또한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거함으로써, 티탄 함유물을 효율 좋게 제거할 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 이하, 이 지견에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에서는, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재의 일례로서, 상부 전극(42)의 전극판(51)을 들어 설명하는데, 이에는 한정되지 않는다. 본 실시예는, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재이면, 처리 용기(11) 및 포커스 링(20) 등의 다른 부재에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
도 3a ~ 도 3d는, 티탄 함유물의 제거에 기여하는 요소를 선정하는 실험 계획법을 실행한 결과를 나타낸 도이다. 여기서는, 상부 전극(42)에 대하여 부착되는 티탄 함유물의 일례로서의 TiN막이 형성된 웨이퍼(W)를 복수의 파라미터를 변경하면서 에칭하는 실험 계획법을 실행한 결과가 나타나 있다. 도 3a ~ 도 3d에서 횡축은, 실험 계획법을 실행한 경우의, 티탄 함유물의 제거에 기여하는 각 파라미터의 값을 나타내고 있다. 또한 도 3a, 도 3c에서 종축은, 제 1 고주파 전원(30)으로부터 고주파 전력(HF)이 출력된 경우의 웨이퍼(W)의 Vpp(V)를 나타내고 있다. 또한 도 3b, 도 3d에서 종축은, 제 2 고주파 전원(40)으로부터 고주파 전력(LF)이 출력된 경우의 웨이퍼(W)의 Vpp(V)를 나타내고 있다. 또한 Vpp는, 웨이퍼(W)의 표면에서의 고주파 전력의 전압값의 최대값과 최소값의 차이다. 이 Vpp는, 고주파 전력에 의한 플라즈마 밀도와 상관이 있는 것을 알 수 있고, 이 Vpp(V)의 변동이 즉 플라즈마 밀도의 변동이라 할 수 있다.
도 3a의 프레임(102) 및 도 3b의 프레임(104)에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 처리 공간으로 공급되는 N2 가스의 유량을 변경한 경우의 Vpp의 기울기가, 다른 파라미터를 변경한 경우의 Vpp의 기울기보다 크다. 이는, N2 가스의 플라즈마가 웨이퍼(W) 상에 형성된 TiN막의 제거에 기여하고 있기 때문이라고 상정된다.
한편, 도 3c의 프레임(106) 및 도 3d의 프레임(108)에 나타낸 바와 같이, 플라즈마 처리 공간으로 공급되는 CF4 가스 또는 C4F8 가스의 유량을 변경한 경우의 Vpp의 기울기가, 다른 파라미터를 변경한 경우의 Vpp의 기울기보다 크다. 이는, CF4 가스 또는 C4F8 가스의 플라즈마가 웨이퍼(W) 상에 형성된 TiN막의 제거에 기여하고 있기 때문이라고 상정된다. 이들 실험 계획법의 결과로부터, 티탄 함유물의 제거에 가장 기여하는 요소로서, N2 가스 등의 질소 함유 가스와, CF4 가스 또는 C4F8 가스 등의 불소 함유 가스가 선정되었다.
이어서, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 웨이퍼(W)의 에칭 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의, 부재마다의 티탄 함유물의 에칭량에 대하여 설명한다. 도 4는 플라즈마 처리 공간에 표면을 대향시켜 배치된 부재마다의 티탄 함유물의 에칭량을 나타낸 도이다. 여기서는, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 부재에 대하여 웨이퍼(W)의 에칭 후에 부착한 티탄 함유물을 모의한 직사각형 형상의 TiN 칩(20 mm × 20 mm)을 각 부재 상에 배치하고, TiN 칩의 에칭량을 계측한 결과를 나타낸다. 도 4에서 종축은 TiN 칩의 에칭량[nm]을 나타내고 있다. 또한, 도 4에서 횡축은 TiN 칩이 배치된 각 부재 상의 위치를 나타내고 있다.
도 4에서 그래프(202)는, 전극판(51)의 중앙부에 배치된 TiN 칩(이하 '전극판 중앙부 칩'이라고 함)을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 전극판 중앙부 칩의 에칭량을 나타내고 있다. 또한 그래프(204)는, O2 가스의 플라즈마를 이용한 에칭의 실행 후에 전극판 중앙부 칩을 CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 전극판 중앙부 칩의 에칭량을 나타내고 있다. 또한 그래프(206)는, CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭의 실행 후에 전극판 중앙부 칩을 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 전극판 중앙부 칩의 에칭량을 나타내고 있다.
또한 도 4에서, 그래프(212)는, 전극판(51)의 주연부에 배치된 TiN 칩(이하 '전극판 주연부 칩'이라고 함)을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 TiN 칩의 에칭량을 나타내고 있다. 또한 그래프(214)는, O2 가스의 플라즈마를 이용한 에칭의 실행 후에, 전극판 주연부 칩을 CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 전극판 주연부 칩의 에칭량을 나타내고 있다. 또한 그래프(216)는, CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭의 실행 후에, 전극판 주연부 칩을 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 전극판 주연부 칩의 에칭량을 나타내고 있다.
또한 도 4에서 그래프(222)는, 포커스 링(20)에 배치된 TiN 칩(이하 '포커스 링 칩'이라고 함)을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 포커스 링 칩의 에칭량을 나타내고 있다. 또한 그래프(224)는, O2 가스의 플라즈마를 이용한 에칭의 실행 후에, 포커스 링 칩을 CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 포커스 링 칩의 에칭량을 나타내고 있다. 또한 그래프(226)는, CHF3 가스의 플라즈마를 이용한 에칭의 실행 후에, 포커스 링 칩을 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 포커스 링 칩의 에칭량을 나타내고 있다.
그래프(202)와 그래프(204, 206)를 비교하면, 전극판 중앙부 칩을 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 전극판 중앙부 칩의 에칭량이 가장 크다. 또한, 그래프(212)와 그래프(214, 216)를 비교하면, 전극판 주연부 칩을 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 그래프(216)의 전극판 주연부 칩의 에칭량이 가장 크다. 또한, 그래프(222)와 그래프(224, 226)를 비교하면, 포커스 링 칩을 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마를 이용하여 에칭한 경우의 포커스 링 칩의 에칭량이 가장 크다. 이는, 전극판(51) 또는 포커스 링(20)에 부착한 티탄 함유물과 N2 가스 및 C4F8 가스의 플라즈마가 화학적으로 반응하여 Ti(NF3) 등의 착체 가스가 발생하고, 결과로서, 전극판(51) 또는 포커스 링(20)에 부착한 티탄 함유물이 제거되었기 때문이라고 상정된다.
이어서, 본 실시예의 플라즈마 처리의 모델에 대하여 설명한다. 도 5a ~ 도 5c는 본 실시예의 플라즈마 처리의 모델을 도시한 도이다. 도 5a ~ 도 5c에서 분자 모델군(510)은, 웨이퍼(W)가 에칭된 후에 전극판(51)에 부착한 카본 함유물에 포함되는 탄소의 모델을 나타내고 있다. 또한 도 5a ~ 도 5c에서, 분자 모델군(520)은, 웨이퍼(W)가 에칭된 후에 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물(예를 들면 TiF4, TiN, TiO2 및 Ti 등)에 포함되는 티탄의 모델을 나타내고 있다. 또한 도 5a ~ 도 5c에서, 분자 모델군(530)은, 웨이퍼(W)가 에칭된 후에 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물(예를 들면 TiF4 등)에 포함되는 불소의 모델을 나타내고 있다. 또한 도 5a ~ 도 5c에서, 분자 모델군(540)은, 웨이퍼(W)가 에칭된 후에 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물(예를 들면 TiN 등)에 포함되는 질소의 모델을 나타내고 있다. 또한 도 5b에서, 분자 모델군(550)은 산소의 모델을 나타내고 있다.
본 실시예의 플라즈마 처리는, 먼저, 제 1 불소 함유 가스(예를 들면 C4F8 가스)를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭하는 제 1 공정을 실행한다. 이에 의해, 도 5a에 도시한 바와 같이, 전극판(51)의 표면에는, 에칭된 웨이퍼(W)의 절연막으로부터 발생한 카본 함유물(분자 모델군(510))이 부착하고, 또한 에칭된 웨이퍼(W)의 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물(분자 모델군(520), 분자 모델군(530) 및 분자 모델군(540))이 부착한다. 이 때문에, 제 1 공정은 '에칭 공정'이라 할 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 처리는, O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 전극판(51)에 대하여 상기의 제 1 공정 후에 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 2 공정을 실행한다. 이에 의해, 도 5b에 도시한 바와 같이, 전극판(51)의 표면에서의 카본 함유물과 O2 가스의 플라즈마가 화학적으로 반응하여 CO 또는 CO2가 되고, 전극판(51)의 표면으로부터 카본 함유물이 제거되어 전극판(51)의 표면에서의 티탄 함유물이 노출된다. 이 때문에, 제 2 공정은 '카본 함유물 제거 공정'이라 할 수 있다.
본 실시예의 플라즈마 처리는, 질소 함유 가스(예를 들면 N2 가스 또는 NF3 가스) 및 제 2 불소 함유 가스(예를 들면 CF4 가스, C4F8 가스 또는 CHF3 가스)를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 전극판(51)에 대하여 상기의 제 1 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 3 공정을 실행한다. 이에 의해, 도 5c에 도시한 바와 같이, 전극판(51)의 표면에서의 티탄 함유물과 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마가 화학적으로 반응하여 Ti(NF3) 등의 착체 가스가 발생하고, 전극판(51)의 표면으로부터 티탄 함유물이 제거된다. 이 때문에, 제 3 공정은 '티탄 함유물 제거 공정'이라 할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 플라즈마 처리 및 플라즈마 처리 장치(1)는, 제 1 공정에서 제 1 불소 함유 가스를 공급하고, 제 1 불소 함유 가스를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭한다. 그리고, 본 실시예의 플라즈마 처리 및 플라즈마 처리 장치(1)는, 제 2 공정에서 O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 전극판(51)에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거함으로써, 전극판(51)의 표면에서의 티탄 함유물을 노출시킨다. 그리고, 본 실시예의 플라즈마 처리 및 플라즈마 처리 장치(1)는, 제 3 공정에서 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급하고, 전극판(51)에 대하여 제 1 공정 후에 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거함으로써, Ti(NF3) 등의 착체 가스를 발생시킨다. 이 때문에, 본 실시예에 따르면, 에칭 시에 웨이퍼(W)로부터 발생한 티탄 함유물 등의 부착물이 플라즈마 처리 공간에 대면하는 각종 부재에 부착한 경우에도, 각종 부재로부터 부착물을 제거할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도의 변동을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼(W)의 에칭 특성의 경시 열화를 억제할 수 있다.
이어서, 플라즈마 처리의 실험예에 대하여 설명한다. 도 6은 제 1 실시예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
먼저, 제 1 실험예의 플라즈마 처리에서는, 에칭 공정을 실행한다(단계(S101)). 구체적으로, 제어부(150)는, 유량 조정 기구(74a)를 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭한다.
이어서, 제 1 실험예의 플라즈마 처리에서는, 카본 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S102)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74b)를 제어하여, O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, O2 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 1 실험예의 플라즈마 처리에서는, 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S103)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74c) 및 유량 조정 기구(74d)를 각각 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 이용하여 제거한다.
제 1 실험예의 플라즈마 처리에 의하면, 에칭 공정을 행함으로써 웨이퍼(W)를 에칭하고, 이 후 카본 함유물 제거 공정을 행함으로써 전극판(51)에 부착한 카본 함유물을 제거하여 티탄 함유물을 노출시키고, 이 후 티탄 함유물 제거 공정을 행함으로써 Ti(NF3) 등의 착체 가스로서 티탄 함유물을 제거할 수 있다. 이 때문에, 에칭 시에 웨이퍼(W)로부터 발생한 티탄 함유물 등의 부착물이 전극판(51)에 부착한 경우에도, 부착물 중 티탄 함유물을 효율 좋게 제거할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도의 변동을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 에칭 특성의 경시 변동을 억제할 수 있다.
이어서, 제 2 실험예의 플라즈마 처리에 대하여 설명한다. 도 7은 제 2 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
먼저, 제 2 실험예의 플라즈마 처리에서는, 에칭 공정을 실행한다(단계(S201)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74a)를 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭한다.
이어서, 제 2 실험예의 플라즈마 처리에서는, 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S202)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74c) 및 유량 조정 기구(74d)를 각각 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 2 실험예의 플라즈마 처리에서는, 카본 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S203)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74b)를 제어하여, O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, O2 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
제 2 실험예의 플라즈마 처리에 의하면, 에칭 공정을 행함으로써 웨이퍼(W)를 에칭하고, 이 후 티탄 함유물 제거 공정을 행함으로써 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물을 Ti(NF3) 등의 착체 가스로서 제거하여 카본 함유물을 노출시키고, 이 후 카본 함유물 제거 공정을 행함으로써 카본 함유물을 제거할 수 있다. 이 때문에, 에칭 시에 웨이퍼(W)로부터 발생한 티탄 함유물 등의 부착물이 전극판(51)에 부착한 경우에도, 부착물 중 티탄 함유물을 효율 좋게 제거할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도의 변동을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 에칭 특성의 경시 변동을 억제할 수 있다.
이어서, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에 대하여 설명한다. 도 8은 제 3 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
먼저, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에서는, 에칭 공정을 실행한다(단계(S301)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74a)를 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭한다.
이어서, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에서는, 제 1 카본 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S302)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74b)를 제어하여, O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, O2 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에서는, 제 1 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S303)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74c) 및 유량 조정 기구(74d)를 각각 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에서는, 제 2 카본 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S304)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74b)를 제어하여, O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, O2 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에서는, 제 2 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S305)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74c) 및 유량 조정 기구(74d)를 각각 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
제 3 실험예의 플라즈마 처리에 의하면, 제 1 실험예와 마찬가지로, 에칭 공정을 행함으로써 웨이퍼(W)를 에칭하고, 이 후 카본 함유물 제거 공정을 행함으로써 전극판(51)에 부착한 카본 함유물을 제거하여 티탄 함유물을 노출시키고, 이 후 티탄 함유물 제거 공정을 행함으로써 Ti(NF3) 등의 착체 가스로서 티탄 함유물을 제거할 수 있다. 이 때문에, 에칭 시에 웨이퍼(W)로부터 발생한 티탄 함유물 등의 부착물이 전극판(51)에 부착한 경우에도, 부착물 중 티탄 함유물을 효율 좋게 제거할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도의 변동을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 에칭 특성의 경시 변동을 억제할 수 있다. 또한, 제 3 실험예의 플라즈마 처리에 의하면, 에칭 공정을 실행한 후에 카본 함유물 제거 공정과 티탄 함유물 제거 공정의 세트를 2 회 반복하여 실행하고 있으므로, 전극판(51)에 부착한 부착물을 보다 효율 좋게 제거할 수 있다. 또한 제 3 실험예에서는, 에칭 공정을 실행한 후에 카본 함유물 제거 공정과 티탄 함유물 제거 공정의 세트를 2 회 반복하여 실행하는 예를 나타냈지만, 에칭 공정을 실행한 후에 카본 함유물 제거 공정과 티탄 함유물 제거 공정의 세트를 2 회 이상 반복하여 실행해도 된다.
이어서, 제 4 실험예의 플라즈마 처리에 대하여 설명한다. 도 9는 제 4 실험예의 플라즈마 처리의 순서도를 나타낸 도이다.
먼저, 제 4 실험예의 플라즈마 처리에서는, 에칭 공정을 실행한다(단계(S401)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74a)를 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 제 1 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭한다.
이어서, 제 4 실험예의 플라즈마 처리에서는, 카본 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S402)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74b)를 제어하여, O2 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, O2 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 카본 함유물을 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 4 실험예의 플라즈마 처리에서는, CHF3 가스를 이용한 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S403)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74d) 등을 제어하여, 제 3 불소 함유 가스로서 CHF3 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, CHF3 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 티탄 함유물을 CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
이어서, 제 4 실험예의 플라즈마 처리에서는, 티탄 함유물 제거 공정을 실행한다(단계(S404)). 구체적으로, 제어부(150)는 유량 조정 기구(74c) 및 유량 조정 기구(74d)를 각각 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마 처리 공간(S)으로 공급한다. 그리고, 제어부(150)는 제 1 고주파 전원(30) 및 제 2 고주파 전원(40)을 제어하여, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 플라즈마화시키고, 플라즈마 처리 공간(S)에 표면을 대향시켜 배치된 전극판(51)에 대하여 부착한 티탄 함유물을 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거한다.
제 4 실험예의 플라즈마 처리에 의하면, 제 1 실험예와 마찬가지로, 에칭 공정을 행함으로써 웨이퍼(W)를 에칭하고, 이 후 카본 함유물 제거 공정을 행함으로써 전극판(51)에 부착한 카본 함유물을 제거하여 티탄 함유물을 노출시키고, 이 후 티탄 함유물 제거 공정을 행함으로써 Ti(NF3) 등의 착체 가스로서 티탄 함유물을 제거할 수 있다. 이 때문에, 에칭 시에 웨이퍼(W)로부터 발생한 티탄 함유물 등의 부착물이 전극판(51)에 부착한 경우에도, 부착물 중 티탄 함유물을 효율 좋게 제거할 수 있으므로, 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도의 변동을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 에칭 특성의 경시 변동을 억제할 수 있다. 또한, 제 4 실험예의 플라즈마 처리에 의하면, 카본 함유물 제거 공정과 티탄 함유물 제거 공정의 사이에, 제 3 불소 함유 가스로서의 CHF3 가스를 플라즈마 처리 공간으로 공급하여, 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물을 CHF3 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하므로, 전극판(51)에 부착한 부착물을 보다 효율 좋게 제거할 수 있다.
이어서, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 따른 효과에 대하여 설명한다. 도 10a 및 도 10b는 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도(그 1)이다. 도 10a 및 도 10b는 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 처리를 실시한 경우에 있어서의 효과를 나타낸 도이다. 도 10a 및 도 10b에서 횡축은, 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 처리를 행한 시간(sec)을 나타내고, 종축은 웨이퍼(W)의 Vpp(V)를 나타내고 있다. 또한 Vpp는, 웨이퍼(W)의 표면에서의 고주파 전력의 전압값의 최대값과 최소값의 차이다. 이 Vpp는, 고주파 전력에 의한 플라즈마 밀도와 상관이 있는 것을 알 수 있고, 이 Vpp(V)의 변동이 즉 플라즈마 밀도의 변동이라 할 수 있다.
또한 도 10a는, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 이용하지 않고, 웨이퍼(W)에 O2 가스의 플라즈마를 이용한 드라이 클리닝(DC : Dry Cleaning) 처리를 실행한 경우의, DC 처리 시의 로트 번호마다의 웨이퍼(W)의 Vpp와 시간의 관계를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 10a에서 그래프(602)는, 로트 번호 '1'의 웨이퍼(W) 25 매에 대하여 듀얼 다마신 배선용의 홈의 에칭(도 2 참조)을 행하고, 이 후에 DC 처리를 행했을 때의 Vpp와 시간의 관계를 나타낸다. 그래프(604)는 로트 번호 '2'의 웨이퍼(W) 25 매 처리 후(로트 번호 '1'을 포함한 누적으로 웨이퍼(W) 50 매 처리 후)의 DC 처리에서의 Vpp와 시간의 관계를 나타낸다. 또한, 그래프(606)는 로트 번호 '3'의 웨이퍼(W) 25 매 처리 후(로트 번호 '1' 및 '2'를 포함한 누적으로 웨이퍼(W) 75 매 처리 후)의 DC 처리에서의 Vpp와 시간의 관계를 나타내고 있다. 한편 도 10b는, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 이용하여 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 처리를 실행한 경우의, 로트 번호마다의 웨이퍼(W)의 Vpp와 시간의 관계를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 10b에서 그래프(612)는, 로트 번호 '1'의 웨이퍼(W) 25 매에 대하여 듀얼 다마신 배선용의 홈의 에칭(도 2 참조)을 행한 후에, 본 실시예의 플라즈마 처리를 행하고, 이 후에 DC 처리를 행한 때의 Vpp와 시간의 관계를 나타낸다. 환언하면, 그래프(612)는 도 10a의 DC 처리 전에, 본 실시예의 플라즈마 처리를 행한 경우의 효과를 나타낸 도로 되어 있다. 그래프(614)는 로트 번호 '2'의 웨이퍼(W) 25 매 처리 후(로트 번호 '1'을 포함한 누적으로 웨이퍼(W) 50 매 처리 후)에, 본 실시예의 플라즈마 처리를 행하고, 이 후의 DC 처리에서의 Vpp와 시간의 관계를 나타내고 있고, 그래프(616)는 로트 번호 '3'의 웨이퍼(W) 25 매 처리 후(로트 번호 '1' 및 '2'를 포함한 누적으로 웨이퍼(W) 75 매 처리 후)에, 본 실시예의 플라즈마 처리를 행하고, 이 후의 DC 처리에서의 Vpp와 시간의 관계를 나타내고 있다.
우선, 도 10a에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 이용하지 않고 단지 DC 처리를 실행한 경우, 그래프(602, 604, 606)에 나타낸 바와 같이, 로트 번호의 상위에 따라, 웨이퍼(W)의 Vpp의 시간에 대한 이력은 상이하다. 이는, 에칭 시에 웨이퍼(W)의 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물이, 플라즈마 처리 공간에 대면하는 전극판(51)에 누적적으로 부착하여 플라즈마 처리 공간 내의 플라즈마 밀도가 변동했기 때문이라고 상정된다.
이에 대하여, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 이용하여 웨이퍼(W)에 대하여 플라즈마 처리를 실행한 경우, 카본 함유물 제거 공정을 행함으로써 전극판(51)에 부착한 카본 함유물을 제거하고, 또한 티탄 함유물 제거 공정을 행함으로써 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물을 제거한다. 그 결과, DC 처리 시의 도 10b의 그래프(612, 614, 616)에 나타낸 바와 같이, 로트 번호에 관계없이, 웨이퍼(W)의 Vpp의 시간에 대한 이력은 동등하게 유지되어 있다. 이는, 에칭 시에 웨이퍼(W)의 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물이, 플라즈마 처리 공간에 대면하는 전극판(51)에 부착한 경우에도, 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물이 제거되었기 때문이라고 상정된다. 즉, 플라즈마 밀도의 변동이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 실시예의 플라즈마 처리 방법에 따른 효과를 설명하기 위한 도(그 2)이다. 도 11에서 횡축은, 플라즈마 처리 장치(1)로 반입된 웨이퍼(W)의 로트 번호(누적한 값)를 나타내고, 종축은, 웨이퍼(W)의 절연막을 에칭한 경우에 절연막에 형성되는 홈의 직경(nm)을 나타내고 있다.
또한 도 11에서 그래프(702)는, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 이용하지 않고, DC 처리만을 실행한 경우에 절연막에 형성되는 홈의 직경의, 로트 번호(누적된 값)에 대한 변동을 나타내고 있다. 또한 도 11에서 그래프(704)는, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 실행한 경우에 절연막에 형성되는 홈의 직경의, 로트 번호에 대한 변동을 나타내고 있다.
그래프(702)와 그래프(704)를 비교하면, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 실행한 경우에 절연막에 형성되는 홈의 직경의, 로트 번호에 대한 감소폭은, DC 처리만을 실행한 경우에 절연막에 형성되는 홈의 직경의, 로트 번호에 대한 감소폭보다 작다. 이는, 본 실시예의 플라즈마 처리 방법을 실행한 경우에는, 에칭 시에 웨이퍼(W)의 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물이, 플라즈마 처리 공간에 대면하는 전극판(51)에 부착한 경우에도, 전극판(51)에 부착한 티탄 함유물이 제거되었기 때문이라고 상정된다. 그 결과, 플라즈마 밀도가 안정되어 에칭한 홈의 형상의 변동도 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
1 : 플라즈마 처리 장치
11 : 처리 용기
20 : 포커스 링
30 : 제 1 고주파 전원
40 : 제 2 고주파 전원
42 : 상부 전극
51 : 전극판
52 : 전극 지지체
72 : 처리 가스 공급원
72a, 72b, 72c, 72d : 가스 공급부
74 a, 74b, 74c, 74d : 유량 조정 기구
150 : 제어부
D1 : 절연막
D2 : 마스크막
S : 플라즈마 처리 공간
W : 웨이퍼

Claims (15)

  1. 플라즈마 처리 공간 내에서 절연막 및 티탄 함유물의 마스크막을 가지는 피처리 기판 상에 플라즈마 처리를 수행하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    제 1 불소 함유 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 티탄 함유물의 마스크막을 마스크로 하여 상기 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 절연막을 에칭함으로써, 상기 절연막으로부터 발생한 카본 함유물 및 상기 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물이 플라즈마 처리 공간 내의 부재 상에 부착되는 제 1 공정과,
    O2 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 카본 함유물을 상기 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하여 상기 부재에 부착된 티탄 함유물을 노출시키는 제 2 공정과,
    상기 제 2 공정 후에, 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 부재에 부착되어 노출된 티탄 함유물을 상기 질소 함유 가스 및 상기 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정을 실행한 후에 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정을 적어도 2 회 반복하여 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 함유 가스는 N2 가스 및 NF3 가스 중 적어도 하나이며, 상기 제 2 불소 함유 가스는 CF4 가스, C4F8 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  5. 삭제
  6. 플라즈마 처리 공간 내에서 절연막 및 티탄 함유물의 마스크막을 가지는 피처리 기판 상에 플라즈마 처리를 수행하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 공간에 상기 피처리 기판을 준비하는 공정과,
    상기 플라즈마 처리 공간으로 제 1 불소 함유 가스를 공급하고, 상기 티탄 함유물의 마스크막을 마스크로 하여 상기 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 절연막을 에칭함으로써, 상기 절연막으로부터 발생한 카본 함유물 및 상기 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물이 플라즈마 처리 공간 내의 부재 상에 부착되는 제 1 공정과,
    상기 플라즈마 처리 공간으로 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스를 공급하고, 상기 부재에 부착된 티탄 함유물을 상기 질소 함유 가스 및 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 2 공정과,
    상기 제 2 공정 후에, 상기 플라즈마 처리 공간으로 O2 가스를 공급하고, 상기 부재에 부착된 카본 함유물을 상기 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 티탄 함유물은 TiN인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정을 적어도 2 회 반복하여 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 질소 함유 가스는 N2 가스 및 NF3 가스 중 적어도 하나이며, 상기 제 2 불소 함유 가스는 CF4 가스, C4F8 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.

  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 티탄 함유물은 TiN인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  13. 플라즈마 처리 공간 내에서 절연막 및 티탄 함유물의 마스크막을 가지는 피처리 기판 상에 플라즈마 처리를 수행하는 플라즈마 처리 방법으로서,
    제 1 불소 함유 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 티탄 함유물의 마스크막을 마스크로 하여 상기 제 1 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 상기 절연막을 에칭함으로써, 상기 절연막으로부터 발생한 카본 함유물 및 상기 마스크막으로부터 발생한 티탄 함유물이 플라즈마 처리 공간 내의 부재 상에 부착되는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에, O2 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 카본 함유물을 상기 O2 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하여 상기 부재에 부착된 티탄 함유물을 노출시키는 제 2 공정과,
    상기 제 2 공정 후에, 제 2 불소 함유 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 부재에 부착되어 노출된 티탄 함유물을 상기 제 2 불소 함유 가스의 플라즈마를 이용하여 제거하는 제 3 공정과,
    상기 제 3 공정 후에, 질소 함유 가스 및 제 3 불소 함유 가스를 상기 플라즈마 처리 공간으로 공급하고, 상기 부재에 부착된 티탄 함유물을 상기 질소 함유 가스 및 상기 제 3 불소 함유 가스를 이용하여 제거하는 제 4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 티탄 함유물은 TiN인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 질소 함유 가스는 N2 가스 및 NF3 가스 중 적어도 하나이며, 상기 제 2 불소 함유 가스 및 상기 제 3 불소 함유 가스는 CF4 가스, C4F8 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 방법.
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