KR101813321B1 - 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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Abstract

산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막에, 마이크로 트렌치나, 측벽의 요철이 적은 홈을 형성한다.
HTO막(2020)과 카본막(2021)이 교대로 적층된 OCOC막(202)을, OCOC막(202) 상에 형성된 실리콘막(203)을 마스크로 하여, 제1 또는 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, OCOC막(202)의 도중까지는, 불소에 대한 탄소의 함유 비율이 소정의 비율인 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, OCOC막(202)을 에칭하는 제1 에칭 공정을 행하고, OCOC막(202)의 도중부터는, 불소에 대한 탄소의 함유 비율이 제1 CF계 가스보다 높은 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, OCOC막(202)을 에칭하는 제2 에칭 공정을 행한다.

Description

플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치{PLASMA ETCHING METHOD AND PLASMA ETCHING APPARATUS}
본 발명의 여러가지 측면 및 실시형태는, 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다.
SiCN 등의 하지층 상에 형성된 SiOC 등으로 이루어지는 절연층에, 듀얼 다마신 구조의 트렌치를 형성하는 경우, 예컨대, 포토레지스트를 마스크로 하여, C4F8 등의 불소계 가스의 플라즈마에 의해 절연층을 에칭하여, 절연층에 비아 홀을 형성한다. 그리고, 비아 홀의 바닥에서 하지층을 보호하기 위한 유기재를 비아 홀에 퇴적시킨 후, TiN 등으로 이루어지는 트렌치용 하드 마스크를 이용하여, CF4 등의 불소계 가스의 플라즈마에 의해 절연층을 에칭하여, 듀얼 다마신 구조의 트렌치를 형성한다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2007-59666호 공보
CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 SiO2막의 에칭의 과정에서는, SiO2 상에 형성된 CF 폴리머층에 이온 충격이 가해지면, 믹싱 작용에 의해 화학 반응이 진행되어, SiF4나 COx로 되어 가스화된다. 여기서, SiO2 상에서는 SiO2 중의 O(산소)가 C(탄소)를 COx로 하여 가스화시키지만, 카본을 많이 포함하는 포토레지스트나 Si(실리콘)로 이루어지는 하지층 상에는 C가 퇴적된다. 퇴적된 C는, 이온 충격에 대하여 보호막으로서 작용하기 때문에, 포토레지스트에 대한 SiO2의 선택비, 및, Si의 하지층에 대한 SiO2의 선택비를 높게 취할 수 있다.
그런데, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막을 에칭하는 경우, Si와의 선택비를 취하면서, 산화막과 카본막을 에칭할 필요가 있다. 그러나, 전술한 과정에 기초하여 산화막과의 선택비를 높이고자 하면, 카본막을 에칭할 수 없게 되어 버린다.
또한, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막을, CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭한 경우, 형성된 홈의 바닥에 마이크로 트렌치가 발생하거나, 홈의 측벽에 요철이 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 일측면은, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로 하여, 제1 또는 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서, 상기 피처리막의 도중까지는, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 소정의 비율인 상기 제1 CF계 가스와, 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고, 상기 피처리막의 도중부터는, 상기 제1 CF계 가스보다 상기 함유 비율이 높은 상기 제2 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행한다.
본 발명의 여러가지 측면 및 실시형태에 따르면, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막에, 마이크로 트렌치나, 측벽의 요철이 적은 홈을 형성할 수 있는 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치가 실현된다.
도 1은 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치로 에칭되는 웨이퍼(W)의 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법의 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 각 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 각 막의 에칭 레이트의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 경향의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 9는 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막 전체를 에칭한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 각 막의 에칭 레이트의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12는 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 경향의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 14는 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막 전체를 에칭한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 OCOC막의 에칭의 도중에 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스로부터 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스로 전환하여 에칭을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막을, 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로 하여, 제1 또는 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 피처리막의 도중까지는, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 소정의 비율인 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고, 피처리막의 도중부터는, F에 대한 C의 함유 비율이 제1 CF계 가스보다도 높은 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행한다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 피처리막은, 최하층에 산화막이 형성되어 있고, 피처리막에 포함되는 복수의 카본막 중에서, 가장 밑의 카본막의 도중까지는 제1 에칭을 행하며, 그 후, 가장 밑의 카본막의 도중부터 최하층의 산화막까지는 제2 에칭을 행한다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 피처리막은, 산화막과 카본막이 교대로 복수 적층되어 있고, 피처리막의 에칭에 있어서, 제1 에칭과 제2 에칭을 교대로 복수회 반복함으로써, 피처리막을 에칭하여도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 피처리막의 에칭에 있어서, 산화막을 제1 에칭에 의해 에칭하고, 카본막을 제2 에칭에 의해 에칭하여도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 제1 CF계 가스는, F에 대한 C의 함유 비율이 0.33 이하여도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 제2 CF계 가스는, F에 대한 C의 함유 비율이 0.33보다 커도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 제2 에칭은, 산화막의 에칭 레이트보다 카본막의 에칭 레이트 쪽이 높은 조건에서의 에칭이어도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 혼합 가스에 제1 CF계 가스가 포함되는 경우, 산소 가스의 유량은, 제1 CF계 가스의 유량의 1.0배 이상이고, 혼합 가스에 제2 CF계 가스가 포함되는 경우, 산소 가스의 유량은, 제2 CF계 가스의 유량의 5.0배 이상이어도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 제1 CF계 가스는, CF4 가스여도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법의 하나의 실시형태에 있어서, 제2 CF계 가스는, C4F6, C4F8, 또는 C5F8 가스 중 어느 하나여도 좋다.
또한, 개시하는 플라즈마 에칭 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 피처리막에 대하여 플라즈마 에칭 처리를 행하기 위한 처리 챔버와, 처리 챔버 내를 감압하는 배기부와, 처리 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기한 어느 하나의 플라즈마 에칭 방법을 실행하는 제어부를 구비한다.
이하에, 개시하는 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치의 실시형태에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것이 아니다. 또한, 각 실시형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적절하게 조합하는 것이 가능하다.
[플라즈마 에칭 장치(1)의 구성]
도 1은 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(1)의 일례를 나타내는 종단면도이다. 본 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치(1)는, 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통형의 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 이 챔버(10)는 보안 접지되어 있다.
챔버(10)의 바닥부에는, 세라믹스 등으로 이루어지는 절연판(12)을 통해 원주형의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14)의 위에 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 마련되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하며, 그 위에 피처리 기판인 웨이퍼(W)가 배치된다. 이 웨이퍼(W)에는 본 발명의 에칭 대상인 피처리막이 형성되어 있다.
서셉터(16)의 상면에는, 웨이퍼(W)를 정전력으로 흡착 유지하는 정전 척(18)이 마련되어 있다. 이 정전 척(18)은, 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 Al2O3 등의 유전체의 절연층으로 사이에 끼운 구조를 갖는다. 전극(20)에는 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생긴 쿨롱력 등의 정전력에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(18)에 흡착 유지된다.
정전 척(18)의 주위에 있어서의 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키기 위한, 예컨대 실리콘으로 이루어지는 도전성의 포커스 링(보정 링)(24)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는, 예컨대 석영으로 이루어지는 원통형의 내벽 부재(26)가 마련되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예컨대 원주 상에 냉매실(28)이 마련되어 있다. 이 냉매실(28)에는, 외부에 마련된 도시하지 않는 칠러 유닛으로부터 배관(30a 및 30b)을 통해 소정 온도의 냉매, 예컨대 냉각수가 순환 공급되고, 냉매의 온도에 의해 서셉터(16) 상의 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있다.
또한, 도시하지 않는 전열 가스 공급 기구로부터의 냉열 전달용 가스(냉각 가스), 예컨대 He 가스가 가스 공급 라인(32)을 통해 정전 척(18)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이에 공급된다. 이들 구성에 의해, 웨이퍼(W)를, 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다.
하부 전극인 서셉터(16)의 상방에는, 서셉터(16)와 대향하도록 평행하게 상부 전극(34)이 마련되어 있다. 그리고, 상부 전극(34) 및 서셉터(하부 전극)(16) 사이의 공간에 플라즈마가 생성된다.
이 상부 전극(34)은, 절연성 차폐 부재(42)를 통해, 챔버(10)의 상부에 지지되어 있으며, 서셉터(16)와의 대향면을 구성한다. 또한, 서셉터(16)와 대향하는 상부 전극(34)의 면에는, 다수의 가스 토출 구멍(37)이 마련된다. 또한, 상부 전극(34)은, 도전성 재료, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 수냉 구조(도시하지 않음)의 전극 지지체(38)를 갖는다. 전극 지지체(38)의 내부에는, 가스 확산실(40)이 마련되고, 이 가스 확산실(40)로부터는 가스 토출 구멍(37)에 연통하는 다수의 가스 통류 구멍(41)이 하방으로 연장되어 있다.
전극 지지체(38)에는 가스 확산실(40)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(62)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(62)에는 가스 공급관(64)이 접속되며, 가스 공급관(64)에는 처리에 필요한 가스를 공급하는 가스 공급원(66)이 접속되어 있다. 가스 공급관(64)에는, 복수의 가스 배관이 접속되어 있고, 이들 가스 배관에는 유량 제어기 및 개폐 밸브(모두 도시하지 않음)가 마련되어 있다. 그리고, 처리에 필요한 가스는, 가스 공급원(66)으로부터 가스 공급관(64)을 통해 가스 확산실(40)에 공급되며, 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 통해 샤워형으로 플라즈마 생성 공간에 토출된다. 즉, 상부 전극(34)은 처리 가스를 공급하기위한 샤워 헤드로서 기능한다.
상부 전극(34)에는, 로우패스 필터(LPF)(51)를 통해 가변 직류 전원(50)이 전기적으로 접속되어 있다. 가변 직류 전원(50)은, 부극이 상부 전극(34)측이 되도록 접속되어, 상부 전극(34)에 마이너스의 전압을 인가한다. 가변 직류 전원(50)으로부터의 급전은 스위치(52)에 의해 온·오프가 가능하게 되어 있다. LPF(51)는 후술하는 제1 및 제2 고주파 전원으로부터의 고주파를 트랩하는 것이며, 적합하게는 LR 필터 또는 LC 필터로 구성된다.
챔버(10)의 상부에는, 챔버(10)의 측벽으로부터 상부 전극(34)의 높이 위치보다 상방으로 연장되도록 원통형의 챔버(10a)가 마련되어 있다.
하부 전극인 서셉터(16)에는, 제1 정합기(46)를 통해, 제1 고주파 전원(48)이 전기적으로 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(48)은, 27 ㎒∼100 ㎒의 주파수, 예컨대 40.68 ㎒의 고주파 전력을 출력한다. 제1 정합기(46)는, 제1 고주파 전원(48)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키는 것이며, 챔버(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에 제1 고주파 전원(48)의 출력 임피던스와 부하 임피던스가 외관 상 일치하도록 기능한다.
또한, 하부 전극인 서셉터(16)에는, 제2 정합기(88)를 통해 제2 고주파 전원(90)도 전기적으로 접속되어 있다. 이 제2 고주파 전원(90)으로부터 하부 전극인 서셉터(16)에 고주파 전력이 공급됨으로써, 웨이퍼(W)에 고주파 바이어스가 인가되어 웨이퍼(W)에 이온이 인입된다. 제2 고주파 전원(90)은, 400 ㎑∼20 ㎒의 범위 내의 주파수, 예컨대 13.56 ㎒의 고주파 전력을 출력한다. 제2 정합기(88)는 제2 고주파 전원(90)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것이며, 챔버(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때에 제2 고주파 전원(90)의 내부 임피던스와 챔버(10) 내의 플라즈마를 포함한 부하 임피던스가 외관 상 일치하도록 기능한다.
챔버(10)의 바닥부에는 배기구(80)가 마련되고, 이 배기구(80)에 배기관(82)을 통해 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는, 터보 분자 펌프 및 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있으며, 챔버(10) 내를 원하는 진공도까지 감압 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(85)가 마련되어 있고, 이 반입출구(85)는 게이트 밸브(86)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 내벽을 따라 챔버(10)에 에칭 부생물(증착)이 부착하는 것을 방지하기 위한 증착 실드(11)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 즉, 증착 실드(11)가 챔버벽을 구성하고 있다. 또한, 증착 실드(11)는, 내벽 부재(26)의 외주에도 마련되어 있다. 챔버(10)의 바닥부의 챔버벽측의 증착 실드(11)와 내벽 부재(26)측의 증착 실드(11) 사이에는 배기 플레이트(83)가 마련되어 있다. 증착 실드(11) 및 배기 플레이트(83)로서는, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복한 것을 적합하게 이용할 수 있다.
증착 실드(11)의 챔버 내벽을 구성하는 부분의 웨이퍼(W)와 거의 동일한 높이의 부분에는, 그랜드에 DC적으로 접속된 도전성 부재(GND 블록)(91)가 마련되어 있고, 이에 의해 이상 방전 방지 효과를 발휘한다. 또한, 이 도전성 부재(91)는, 플라즈마 생성 영역에 마련되어 있으면, 그 위치는 도 1의 위치에 한정되지 않고, 예컨대 서셉터(16)의 주위 등, 서셉터(16)측에 마련되어도 좋고, 또한 상부 전극(34)의 외측에 링형으로 마련되는 등, 상부 전극(34) 근방에 마련되어도 좋다. 또한, 도전성 부재(91)는, 플라즈마에 직접 노출되지 않는 위치, 예컨대 하부 전극 하방의 배기실에 배치되어도 좋다.
플라즈마 에칭 장치(1)의 각 구성부, 예컨대 전원계나 가스 공급계, 구동계, 또한, 제1 고주파 전원(48), 제2 고주파 전원(90), 제1 정합기(46), 제2 정합기(88) 등은, 마이크로 프로세서(컴퓨터)를 포함하는 제어부(전체 제어 장치)(100)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(100)에는, 오퍼레이터가 플라즈마 에칭 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 에칭 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(101)가 접속되어 있다.
또한, 제어부(100)에는, 플라즈마 에칭 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(100)로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램 즉 처리 레시피가 저장된 기억부(102)가 접속되어 있다. 처리 레시피는 기억부(102)의 중앙 기억 매체에 기억되어 있다. 기억 매체는, 하드 디스크나 반도체 메모리여도 좋고, CDROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 좋다. 또한, 제어 프로그램이나 처리 레시피 등은, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해 플라즈마 에칭 장치(1)에 적절하게 전송시키도록 하여도 좋다.
그리고, 사용자 인터페이스(101)로부터의 지시에 따라, 임의의 처리 레시피가 기억부(102)로부터 호출되어, 제어부(100)에 의해 실행됨으로써, 플라즈마 에칭 장치(1)에 있어서 원하는 처리가 실행된다.
예컨대, 제어부(100)는, 후술하는 플라즈마 에칭 방법을 실행하도록 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 부를 제어한다. 그 일례를 들어 상세한 설명을 한다. 제어부(100)는, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막을, 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로 하여, CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하도록 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 부를 제어한다. 이때, 제어부(100)는, 피처리막의 도중까지는, 불소에 대한 탄소의 함유 비율이 소정의 비율인 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 피처리막을 에칭하고, 피처리막의 도중부터는, 불소에 대한 탄소의 함유 비율이 제1 CF계 가스보다 높은 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 피처리막을 에칭하도록 플라즈마 에칭 장치(1)의 각 부를 제어한다.
[웨이퍼(W)의 구성]
도 2는 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 장치(1)로 에칭되는 웨이퍼(W)의 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에서는, 일례로서 도 2에 나타내는 바와 같은 구조의 웨이퍼(W)를 이용한다.
웨이퍼(W)는, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(Si-sub)(201) 상에, OCOC막(202), 실리콘(Si)막(203), HTO(High Temperature Oxide)막(204), BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)(205), 및 포토레지스트(PR)(206)가 순차 적층된 후, 포토레지스트(206)에 포토리소그래피에 의해 소정 패턴이 형성된다.
OCOC막(202)은, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, HTO막(2020)과 카본막(2021)이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 본 실시형태에 있어서, HTO막(2020)은, OCOC막(202)에 있어서, 가장 위와 가장 밑에 마련된다. 또한, 본 실시형태에 있어서, OCOC막(202)에는, HTO막(2020)이 예컨대 5층 마련되고, 카본막(2021)이 예컨대 4층 마련된다. 단, OCOC막(202)에 포함되는 HTO막(2020) 및 카본막(2021)의 적층수는 이것에 한정되지 않고, 도 2에 나타낸 적층수보다 많아도 좋고, 적어도 좋다.
본 실시형태에 있어서, OCOC막(202)의 두께는, 예컨대 약 305 ㎚이며, OCOC막(202)에 포함되는 각각의 HTO막(2020)의 두께는, 예컨대 약 25 ㎚이고, OCOC막(202)에 포함되는 각각의 카본막(2021)의 두께는, 예컨대 약 45 ㎚이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 실리콘막(203)의 두께는, 예컨대 약 300 ㎚이며, HTO막(204)의 두께는, 예컨대 약 150 ㎚이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, BARC(205)의 두께는, 예컨대 약 70 ㎚∼100 ㎚이며, 포토레지스트(206)의 두께는, 예컨대 약 410 ㎚∼510 ㎚이다.
[플라즈마 에칭 방법의 실시형태]
다음에, 본 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법의 각 공정에 대해서 설명한다. 도 3은 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법의 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 4는 각 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
본 실시형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법에서는, 우선, 피처리체가 되는 웨이퍼(W)가 챔버(10) 내에 반입되어 서셉터(16) 상에 배치된다. 이 단계에서는, 웨이퍼(W)의 단면은, 예컨대 도 4의 INITIAL의 란의 그림에 나타내는 상태이다. 실험에서는, 이 단계에 있어서의 포토레지스트(206)의 두께는 약 476 ㎚이며, 포토레지스트(206)에 형성된 패턴의 CD(Critical Dimension)는 약 218 ㎚였다.
그리고, 제어부(100)는, 배기 장치(84)의 진공 펌프에 의해 배기구(80)를 통해 챔버(10) 내를 소정의 압력까지 감압하고, 가스 공급원(66)으로부터 CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스를 챔버(10) 내에 공급하여 BARC 제거 공정을 실행한다(스텝 S100).
제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S100에 있어서의 BARC 제거 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 30 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 400 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 0 W
공급 가스 및 유량: CF4/O2=250/13 sccm
처리 시간: 60초
스텝 S100에 나타낸 BARC 제거 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면은, 예컨대 도 4의 BARC 제거 공정의 란의 그림에 나타내는 상태가 된다. 실험에서는, 이 단계에 있어서의 포토레지스트(206)의 두께는 약 377 ㎚이며, HTO막(204)의 리세스는 약 16 ㎚이고, 형성된 홈의 바닥의 CD는 약 226 ㎚였다.
다음에, 제어부(100)는, 챔버(10) 내를 배기하고, 챔버(10) 내에 처리 가스를 공급하여, HTO막(204)의 에칭 공정을 실행한다(스텝 S101). 예컨대, 제어부(100)는, 가스 공급원(66)으로부터 CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스를 챔버(10) 내에 공급하고, 포토레지스트(206)를 마스크로 하여 CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 HTO막(204)을 에칭하여, HTO막(204)의 하층에 형성되어 있는 실리콘막(203)을 노출시킨다.
제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S101에 있어서의 HTO 제거 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 25 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 300 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 750 W
공급 가스 및 유량: CHF3/CF4/Ar/O2=240/180/400/10 sccm
처리 시간: 60초
스텝 S101에 나타낸 HTO막(204)의 에칭 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면은, 예컨대 도 4의 HTO막(204)의 에칭 공정의 란의 그림에 나타내는 상태가 된다. 실험에서는, 이 단계에 있어서의 포토레지스트(206)의 두께는 약 294 ㎚이며, 실리콘막(203)의 리세스는 약 12 ㎚이고, 형성된 홈의 바닥의 CD는 약 194 ㎚였다.
다음에, 제어부(100)는, 챔버(10) 내를 배기하고, 챔버(10) 내에 O2(산소) 가스를 공급하여, 애싱 공정을 실행한다(스텝 S102). 예컨대, 제어부(100)는, 가스 공급원(66)으로부터 O2 가스를 챔버(10) 내에 공급하고, 웨이퍼(W)를 O2 가스의 플라즈마에 노출시킴으로써 포토레지스트(206) 및 BARC(205)을 제거한다.
제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S102에 있어서의 애싱 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 20 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 500 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 0 W
공급 가스 및 유량: O2=400 sccm
처리 시간: 40초
스텝 S102에 나타낸 애싱 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면은, 예컨대 도 4의 애싱 공정의 란의 그림에 나타내는 상태가 된다. 실험에서는, 이 단계에 있어서의 HTO막(204)의 두께는 약 151 ㎚이며, 실리콘막(203)의 리세스는 약 16 ㎚이고, 형성된 홈의 바닥의 CD는 약 202 ㎚였다.
다음에, 제어부(100)는, 챔버(10) 내를 배기하고, 챔버(10) 내에 CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스, 예컨대 CF4 가스와 Ar(아르곤) 가스를 공급하여, BT(Break Through) 공정을 실행한다(스텝 S103). 예컨대, 제어부(100)는, 가스 공급원(66)으로부터 CF계의 가스를 포함하는 혼합 가스를 챔버(10) 내에 공급하고, 웨이퍼(W)를 혼합 가스의 플라즈마에 노출시킨다. 이에 의해, 애싱 공정에 의해 실리콘막(203)의 표면에 형성된 자연 산화막이 제거된다.
제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S103에 있어서의 BT 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 20 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 300 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 0 W
공급 가스 및 유량: CF4/Ar=100/200 sccm
처리 시간: 5초
다음에, 제어부(100)는, 챔버(10) 내를 배기하고, 챔버(10) 내에 Cl계의 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하여, 실리콘막(203)의 에칭 공정을 실행한다(스텝 S104). 예컨대, 제어부(100)는, 가스 공급원(66)으로부터 Cl계의 가스를 포함하는 혼합 가스를 챔버(10) 내에 공급하고, HTO막(204)을 마스크로 하여 혼합 가스의 플라즈마에 의해 실리콘막(203)을 에칭한다.
제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 스텝 S104에 있어서의 실리콘막(203)의 에칭 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 80 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 500 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 100 W
공급 가스 및 유량: Cl2/Ar=50/200 sccm
처리 시간: 126초
스텝 S104에 나타낸 실리콘막(203)의 에칭 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면은, 예컨대 도 4의 실리콘막(203)의 에칭 공정의 란의 그림에 나타내는 상태가 된다. 실험에서는, 이 단계에 있어서의 HTO막(204)의 두께는 약 101 ㎚이며, OCOC막(202)의 리세스는 약 4 ㎚이고, 형성된 홈의 바닥의 CD는 약 143 ㎚였다.
다음에, 제어부(100)는, 챔버(10) 내를 배기하고, 챔버(10) 내에 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급하여, 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202)을 에칭하는 제1 에칭 공정을 실행한다(S105). 제1 에칭 공정에서는, 예컨대, 가스 공급원(66)으로부터 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스를 챔버(10) 내에 공급하고, 실리콘막(203)을 마스크로 하여, 혼합 가스의 플라즈마에 의해, OCOC막(202)을 에칭한다.
여기서, 본 실시형태에 있어서, 제1 CF계 가스란, 예컨대 불소에 대한 탄소의 함유 비율이 소정의 비율(예컨대, 0.33) 이하인 가스이다. 제1 CF 가스로서는, 예컨대, CF4 가스 등을 이용할 수 있다.
제1 에칭 공정에서는, OCOC막(202)의 최하층의 산화막 및 카본막의 일부를 도중까지 에칭한 단계에서, 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환하도록 가스 공급원(66) 등을 제어한다. 그리고, 제2 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, OCOC막(202) 내의 카본막의 일부 및 최하층의 산화막을 에칭하는 제2 에칭 공정을 실행한다(S106). 이 경우, 제2 에칭 공정에서는, OCOC막(202)의 측벽에 요철이 되지 않을 정도의 처리 시간으로, 카본막의 일부 및 최하층의 산화막을 에칭하여, 실리콘을 노출시키는 것이 바람직하다. 상기 처리 시간은, 예컨대 40초 이하가 바람직하다. 또한, 상기 처리 시간은, 30초 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 에칭 공정은, 산화막의 에칭 레이트보다, 카본막의 에칭 레이트 쪽이 높은 조건에서의 에칭인 것이 바람직하다.
여기서, 제2 CF계 가스는, 예컨대 불소에 대한 탄소의 함유 비율이, 제1 CF계 가스보다 크다. 제2 CF계 가스는, CF계의 재료가 퇴적하기 쉬운 가스이다. 또한, 제2 CF계 가스는, 예컨대 불소에 대한 탄소의 함유 비율이, 예컨대, 0.33보다 크다. 제2 CF계 가스로서는, 예컨대, C4F6 가스, C4F8 가스, C5F8 가스, CHF3 가스, 또는 CH2F2 가스 등을 이용할 수 있다.
스텝 S106에 나타낸 OCOC막(202)의 에칭 공정의 실행 후의 웨이퍼(W)의 단면은, 예컨대 도 4의 OCOC막(202)의 에칭 공정의 란의 그림에 나타내는 상태가 된다. 실험에서는, 이 단계에 있어서의 실리콘막(203)의 두께는 약 258 ㎚이며, 실리콘 기판(201)의 리세스는 약 4 ㎚이고, 형성된 홈의 바닥의 CD는 약 147㎚였다.
[제1 CF계 가스와 O2 가스의 유량비]
여기서, 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202)을 에칭한 경우의 실험 결과에 대해서 설명한다. 실험에서는, 제1 CF계 가스로서, CF4 가스를 이용하였다. 도 5는 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 실험 결과는, O2 가스의 유량 이외에는, 주로 이하의 조건으로 행해진 것이다.
챔버(10) 내의 압력: 25 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 300 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 750 W
공급 가스 및 유량: CF4/Ar/O2=200/400/0, 50, 200 sccm
처리 시간: 60초
도 5에 나타낸 실험 결과를 참조하면, O2 가스의 유량을 올리면, OCOC막(202)의 에칭 레이트가 오르는 것을 알 수 있다. 그러나, 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202)을 에칭한 경우, OCOC막(202)에 형성된 홈에 마이크로 트렌치가 형성된다. 그리고, O2 가스의 유량이 오르면, 마이크로 트렌치가 커지는 경향에 있는 것을 알 수 있다.
도 6은 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 각 막의 에칭 레이트의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, 「Ox E/R」은, HTO막(2020)의 에칭 레이트를 나타내고, 「PR E/R」은, 포토레지스트(206)의 에칭 레이트를 나타내며, 「Poly-Si E/R」은, 실리콘막(203)의 에칭 레이트를 나타내고 있다.
도 6을 참조하면, O2 가스의 유량의 상승에 따라, 포토레지스트(206)의 에칭 레이트가 대폭으로 상승하는 것을 알 수 있다. 포토레지스트(206)는, 카본이 주된 성분이기 때문에, O2 가스의 유량을 올리면, OCOC막(202) 내의 카본막(2021)의 에칭 레이트도 대폭으로 상승한다고 생각된다. 또한, 도 6을 참조하면, HTO막(2020)의 에칭 레이트는, O2 가스의 유량의 상승에 따라, 약간 내려가는 경향에 있지만, 실리콘막(203)의 에칭 레이트보다는 높은 상태를 유지하는 것을 알 수 있다. 그리고, 포토레지스트(206)의 에칭 레이트가 상승하는 비율이, HTO막(2020)의 에칭 레이트가 저하하는 비율보다 높기 때문에, OCOC막(202) 전체로서는, O2 가스의 유량을 올리면, 실리콘막(203)에 대한 선택비가 상승하는 경향에 있다.
여기서, 도 6을 참조하면, O2 가스의 유량이 50 sccm인 경우, O2 가스의 유량이 0인 경우에 비해서, 실리콘막(203)의 에칭 레이트가 약간 상승하고, O2 가스의 유량이 200 sccm이 되면, 실리콘막(203)의 에칭 레이트는 저하한다. 즉, O2 가스의 첨가량이 적으면, 실리콘막(203)의 에칭 레이트는 상승하고, O2 가스의 첨가량이 많으면, 실리콘막(203)의 에칭 레이트는 저하하는 경향이 있는 것을 알 수 있다.
O2 가스의 첨가량이 적은 경우에, 실리콘막(203)의 에칭 레이트가 상승하는 이유는, O2 가스의 첨가량이 적으면, 챔버(10) 내에서 CF4 가스의 해리가 촉진되기 때문이라고 생각된다. 그리고, CF4 가스의 해리가 촉진되면, 챔버(10) 내에서 F 라디칼이 증가하여, 실리콘막(203)의 에칭 레이트가 증가한다고 생각된다. 한편, O2 가스의 첨가량이 많아지면, 첨가된 O2 가스에 의해 CF4 가스가 희석화되어, 챔버(10) 내에서는 F 라디칼의 밀도가 낮아진다. 그 때문에, 실리콘막(203)의 에칭 레이트가 저하한다고 생각된다.
따라서, O2 가스의 첨가량을 많게 하면, 카본막(2021)의 에칭 레이트를 올리면서, 실리콘막(203)의 에칭 레이트를 저하시킬 수 있다고 생각된다. 이에 의해, O2 가스의 첨가량을 많게 하면, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비를 높일 수 있다고 생각된다.
도 6의 실험 결과를 바탕으로, O2 가스의 유량마다, OCOC막(202)의 에칭 레이트와, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비를 계산하면, 예컨대 도 7에 나타내는 바와 같은 결과가 되었다. 도 7은 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 8은 O2 가스의 유량을 바꾸어 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 경향의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7의 계산 결과로부터 분명한 바와 같이, O2 가스의 유량을 증가시키면, OCOC막(202)의 에칭 레이트가 상승한다. 한편, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비는, O2 가스의 유량을 증가시키면, 일단 저하하고, 그 후, 상승한다. 결과로서, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비도, O2 가스의 유량을 증가시키면 상승하는 경향에 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비는, 2.5 이상이 바람직하다. 또한, O2 가스의 유량은, OCOC막(202)의 에칭 레이트를 고려하면, 100 sccm 이상이 바람직하다. 또한, O2 가스의 유량은, 150 sccm 이상, 또한, 800 sccm 이하인 것이 바람직하다.
따라서, CF4 가스 등의 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 에칭에 있어서, O2 가스의 유량을 늘림으로써, 실리콘막(203)을 마스크로 하여, OCOC막(202)을 에칭할 수 있다. 또한, O2 가스의 유량은, CF4 가스 등의 제1 CF계 가스의 유량보다 많은 것이 바람직하다. 또한, OCOC막(202)을 에칭할 때의 마스크가 되는 실리콘막(203)의 숄더 컷팅 및 홈의 내벽면의 거칠기의 정도를 고려하면, O2 가스의 유량은, CF4 가스 등의 제1 CF계 가스의 유량의 0.5배 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 숄더 컷팅이란, 예컨대, 홈의 내측벽과, 마스크가 되는 층의 측벽이 이루는 각도이며, 180도에 가까울수록, 숄더 컷팅이 적어, 마스크에 부여하는 영향이 적은 것을 나타낸다. 또한, O2 가스의 유량은, 제1 CF계 가스의 유량의 0.75배 이상, 또한, 4.0배 이하인 것이 보다 바람직하다. O2 가스의 유량이, 제1 CF계 가스의 유량의 0.5배 미만 또는 4.0배보다 큰 경우, 산화막이 에칭되지 않게 되어, 에칭 레이트가 저하하여 빠짐성이 나빠진다. 또한, O2 가스의 유량은, 제1 CF계 가스의 유량의 1.0배 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 에칭에서는, 예컨대 도 9에 나타내는 바와 같이, 큰 마이크로 트렌치가 형성되어 버린다. 도 9는 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202) 전체를 에칭한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9에서는, O2 가스의 유량을 200 sccm으로 한 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭된 웨이퍼(W)의 단면의 그림이 도시되어 있다. O2 가스의 유량 이외의 조건은, 도 6에 있어서 설명한 조건과 동일하다. 도 9로부터 분명한 바와 같이, 에칭으로 생성된 홈에는 큰 마이크로 트렌치가 형성되어 있다.
[제2 CF계 가스와 O2 가스의 유량비]
다음에, 제2 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202)을 에칭한 경우의 실험 결과에 대해서 설명한다. 실험에서는, 제2 CF계 가스로서, C4F8 가스를 이용하였다. 도 10은 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10에 나타낸 실험 결과는, O2 가스의 유량 이외에는, 주로 이하의 조건으로 행해진 것이다.
챔버(10) 내의 압력: 20 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 2500 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 800 W
공급 가스 및 유량: C4F8/Ar/O2=18/700/28, 75, 150 sccm
처리 시간: 60초
도 10의 실시 결과를 참조하면, O2 가스의 유량의 상승에 따라, OCOC막(202)의 에칭 레이트가 오르는 것을 알 수 있다. 도 11은 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 각 막의 에칭 레이트의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 11에 있어서, 「Ox E/R」은, HTO막(2020)의 에칭 레이트를 나타내고, 「PR E/R」은, 포토레지스트(206)의 에칭 레이트를 나타내며, 「Poly-Si E/R」은, 실리콘막(203)의 에칭 레이트를 나타내고 있다.
도 11을 참조하면, O2 가스의 유량의 상승에 따라, 포토레지스트(206)의 에칭 레이트가 대폭으로 상승하는 것을 알 수 있다. 포토레지스트(206)는, 주된 성분이 카본이기 때문에, O2 가스의 유량을 올리면, OCOC막(202) 내의 카본막(2021)의 에칭 레이트도 대폭으로 상승한다고 생각된다. 또한, HTO막(2020)의 에칭 레이트는, O2 가스의 유량을 올리면, 약간 내려가는 경향에 있지만, 실리콘막(203)의 에칭 레이트보다는 높다. 그리고, 포토레지스트(206)의 에칭 레이트가 상승하는 비율이, HTO막(2020)의 에칭 레이트가 저하하는 비율보다 높기 때문에, OCOC막(202) 전체로서는, O2 가스의 유량을 올리면, 실리콘막(203)에 대한 선택비가 상승하는 경향에 있다.
여기서, 도 11을 참조하면, O2 가스의 유량이 75 sccm인 경우, O2 가스의 유량이 28 sccm인 경우에 비해서, 실리콘막(203)의 에칭 레이트가 약간 상승하고, O2 가스의 유량이 150 sccm이 되면, 실리콘막(203)의 에칭 레이트는 저하한다. 즉, C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스에 있어서도, CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 경우와 마찬가지로, O2 가스의 첨가량이 적으면, 실리콘막(203)의 에칭 레이트는 상승하고, O2 가스의 첨가량이 많으면, 실리콘막(203)의 에칭 레이트는 저하하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 그 이유는, CF4 가스를 포함하는 혼합 가스의 경우와 동일한 메커니즘에 따른 것이라고 생각된다.
도 11의 실험 결과를 바탕으로, O2 가스의 유량마다, OCOC막(202)의 에칭 레이트와, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비를 계산하면, 예컨대 도 12에 나타내는 바와 같은 결과가 되었다. 도 12는 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 에칭에 있어서, O2 가스의 유량을 바꾸어 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 13은 O2 가스의 유량을 바꾸어 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭을 행한 경우의 실험 결과의 경향의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 12의 계산 결과로부터 분명한 바와 같이, O2 가스의 유량을 증가시키면, OCOC막(202)의 에칭 레이트는 상승한다. 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비에 대해서도, O2 가스의 첨가량이 적은 경우에는, 상승폭은 작아지지만, O2 가스의 유량을 증가시키면 상승하는 경향에 있는 것을 알 수 있다.
따라서, C4F8 가스 등의 제2 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 에칭에 있어서도, O2 가스의 유량을 늘림으로써, 실리콘막(203)을 마스크로 하여, OCOC막(202)을 에칭할 수 있다. 또한, O2 가스의 유량은, C4F8 가스 등의 제2 CF계 가스의 유량보다 많은 것이 바람직하다. 또한, OCOC막(202)을 에칭할 때의 마스크가 되는 실리콘막(203)의 숄더 컷팅 및 홈의 내벽면의 거칠기의 정도를 고려하면, O2 가스의 유량은, C4F8 가스 등의 제2 CF계 가스의 유량의, 5.0배 이상, 또한, 8.0배 이하인 것이 보다 바람직하다. O2 가스의 유량이, 제2 CF계 가스의 유량의 0.5배 미만인 경우에는, 숄더 컷팅이 커지지만 산화막이 에칭되지 않게 된다. 한편, O2 가스의 유량이, 제2 CF계 가스의 유량의 8.0배보다 큰 경우에는, 산화막이 에칭되지 않게 되기 때문에, OCOC막(202)의 에칭 레이트가 저하한다. 또한, O2 가스의 유량은, 100 sccm 이상, 또한, 150 sccm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 실리콘막(203)에 대한 OCOC막(202)의 선택비의 바람직한 범위는, 2.5 이상이 좋다.
그러나, C4F8 가스 등의 제2 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 에칭에서는, 예컨대 도 14에 나타내는 바와 같이, 에칭에 의해 형성된 홈의 측벽의 요철이, CF4 가스 등의 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의한 에칭으로 형성된 홈의 측벽의 요철(도 9 참조)보다 크다. 도 14는 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202) 전체를 에칭한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14에서는, O2 가스의 유량을 150 sccm으로 한 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭된 웨이퍼(W)의 단면의 그림이 도시되어 있다. O2 가스의 유량 이외의 조건은, 도 10에 있어서 설명한 조건과 동일하다. 도 14의 실험 결과를 참조하면, 에칭으로 형성된 홈의 측벽에 요철이 생겨 있지만, 웨이퍼(W)에 형성된 홈의 바닥에는, 마이크로 트렌치가 형성되어 있지 않다.
[본 실시형태에 있어서의 OCOC막(202)의 에칭 공정]
여기서, 본 실시형태에서는, 도 3에 나타낸 제1 에칭 공정(S105)에 있어서, 예컨대, 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 실리콘막(203)을 마스크로 하여, OCOC막(202)의 도중까지 에칭한다. 그리고, 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환하여, 도 3에 나타낸 제2 에칭 공정(S106)에 있어서, 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, OCOC막(202)의 도중부터, OCOC막(202)의 에칭을 재개한다.
본 실시형태에 있어서, 제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 제1 에칭 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 25 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 300 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 750 W
공급 가스 및 유량: CF4/Ar/O2=200/400/200 sccm
처리 시간: 74초
또한, 본 실시형태에 있어서, 제어부(100)는, 예컨대 이하의 조건으로, 제2 에칭 공정을 실행한다.
챔버(10) 내의 압력: 20 mT
하부 전극에 공급하는 제1 고주파 전력(40.68 ㎒): 2500 W
하부 전극에 공급하는 제2 고주파 전력(13.56 ㎒): 800 W
공급 가스 및 유량: C4F8/Ar/O2=18/700/150 sccm
처리 시간: 26초
여기서, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를, 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환하는 타이밍은, OCOC막(202)에 포함되는 복수의 카본막(2021) 중에서 가장 밑의 카본막(2021)을, 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하고 있는 동안인 것이 바람직하다. 이에 의해, OCOC막(202)의 최상면으로부터, OCOC막(202)에 포함되는 복수의 카본막(2021) 중에서 가장 밑의 카본막(2021)까지의 사이는, 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 OCOC막(202)이 에칭되기 때문에, OCOC막(202)에 측벽의 요철이 적은 홈을 형성할 수 있다.
또한, OCOC막(202)에 포함되는 복수의 카본막(2021) 중에서 가장 밑의 카본막(2021)을 에칭하고 있는 동안에, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환함으로써, 가장 밑의 카본막(2021)의 도중부터 최하층의 HTO막(2020)까지를, 마이크로 트렌치가 생기지 않는 방법으로 에칭할 수 있다. 이에 의해, 최하층의 HTO막(2020)의 에칭이 종료한 단계에서는, 마이크로 트렌치가 적은 홈을 OCOC막(202)에 형성할 수 있다.
도 15는 OCOC막(202)의 에칭의 도중에 CF4 가스를 포함하는 혼합 가스로부터 C4F8 가스를 포함하는 혼합 가스로 전환하여 에칭을 행한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다. 도 15에서는, OCOC막(202)에 포함되는 복수의 카본막(2021) 중에서 가장 밑의 카본막(2021)을, 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하고 있는 동안에, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를, 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환한 경우의 웨이퍼(W)의 단면의 일례가 도시되어 있다. 도 15로부터 분명한 바와 같이, OCOC막(202)에 포함되는 복수의 카본막(2021) 중에서 가장 밑의 카본막(2021)을, 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하고 있는 동안에, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를, 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환함으로써, 측벽의 요철이 적고, 또한, 마이크로 트렌치가 적은 홈을 OCOC막(202)에 형성할 수 있다.
이상, 일실시형태에 대해서 설명하였다.
본 실시형태의 플라즈마 에칭 장치(1)에 따르면, 산화막과 카본막이 교대로 적층된 피처리막에, 측벽의 요철이 적고, 또한, 마이크로 트렌치가 적은 홈을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지의 범위 내에서 수많은 변형이 가능하다.
예컨대, 상기한 실시형태에서는, OCOC막(202)에 포함되는 복수의 카본막(2021) 중에서 가장 밑의 카본막(2021)을, 제1 CF계 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하고 있는 동안에, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를, 제1 CF계 가스로부터 제2 CF계 가스로 전환하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 제어부(100)는, OCOC막(202)을 에칭하는 과정에 있어서, 제1 CF계 가스 및 제2 CF계 가스를 2회 이상 전환하도록 가스 공급원(66) 등을 제어하여도 좋다.
또한, 제어부(100)는, HTO막(2020)과 카본막(2021)이 교대로 적층된 OCOC막(202)에 있어서, 에칭에 의해 형성된 홈의 바닥이 카본막(2021)에 도달할 때마다, 제1 CF계 가스와 제2 CF계 가스를 전환하도록 하여도 좋다. 예컨대, 제어부(100)는, 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 형성한 홈의 바닥이 카본막(2021)에 도달한 경우에, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를 제2 CF계 가스로 전환하여 에칭을 재개하고, 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하여 형성한 홈의 바닥이 다음의 카본막(2021)에 도달한 경우에, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를 제1 CF계 가스로 전환하여 에칭을 재개하는 동작을 반복하도록 하여도 좋다.
또한, 제어부(100)는, HTO막(2020)과 카본막(2021)이 교대로 적층된 OCOC막(202)에 있어서, HTO막(2020)을 제1 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하고, 카본막(2021)을 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해 에칭하도록, 혼합 가스에 포함되는 CF계의 가스를, 제1 CF계 가스와 제2 CF계 가스 사이에서 전환하면서, OCOC막(202)을 에칭하여도 좋다.
이상, 본 발명을 실시형태를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시형태에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능한 것이 당업자에게는 분명하다. 또한, 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이, 특허 청구의 범위의 기재로부터 분명하다.
202 OCOC막
2020 HTO막
2021 카본막
203 실리콘막

Claims (15)

  1. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 피처리막은, 최하층에 형성된 산화막을 포함하며,
    상기 피처리막에 포함되는 복수의 카본막 중에서, 가장 밑의 카본막의 위치까지는 상기 막 두께 방향으로 상기 제1 에칭을 행하며, 그 후, 상기 가장 밑의 카본막의 상기 위치부터 상기 최하층의 산화막까지는 상기 막 두께 방향으로 상기 제2 에칭을 행하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  2. 삭제
  3. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 피처리막에는, 복수의 산화막과 복수의 카본막이 교대로 적층되어 있고,
    상기 피처리막의 에칭에 있어서, 상기 제1 에칭과 상기 제2 에칭을 교대로 복수회 반복함으로써, 상기 피처리막을 에칭하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 피처리막의 에칭에 있어서, 상기 복수의 산화막을 상기 제1 에칭에 의해 에칭하고, 상기 복수의 카본막을 상기 제2 에칭에 의해 에칭하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  5. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 제1 CF계 가스에서의 F(불소)에 대한 C(탄소)의 상기 함유 비율이 0.33 이하인 것인 플라즈마 에칭 방법.
  6. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 제2 CF계 가스에서의 F(불소)에 대한 C(탄소)의 상기 함유 비율이 0.33이상인 것인 플라즈마 에칭 방법.
  7. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 제2 에칭은,
    상기 산화막의 에칭 레이트보다 상기 카본막의 에칭 레이트 쪽이 높은 조건 하에서 행해지는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  8. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 혼합 가스에 상기 제1 CF계 가스가 포함되는 경우, 상기 산소 가스의 유량은, 상기 제1 CF계 가스의 유량의 1.0배 이상이고,
    상기 혼합 가스에 상기 제2 CF계 가스가 포함되는 경우, 상기 산소 가스의 유량은, 상기 제2 CF계 가스의 유량의 5.0배 이상인 것인 플라즈마 에칭 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 CF계 가스는, CF4 가스인 것인 플라즈마 에칭 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 CF계 가스는, C4F6 가스, C4F8 가스, 또는 C5F8 가스 중 어느 하나인 것인 플라즈마 에칭 방법.
  11. 실리콘 기판 상에 형성된 피처리막을, 상기 피처리막 상에 형성된 실리콘막을 마스크로서 사용하여 에칭하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 피처리막의 막 두께 방향으로의 위치까지는, i) F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 미리 정해진 비율인 제1 CF계 가스와, ii) 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 산화막과 카본막이 교대로 적층되어 있는 상기 피처리막을 에칭하는 제1 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭을 행한 후에는, 상기 제1 CF계 가스를, F(불소)에 대한 C(탄소)의 함유 비율이 상기 제1 CF계 가스의 미리 정해진 비율보다 더 높은 제2 CF계 가스로 변경하며,
    상기 피처리막의 상기 막 두께 방향으로의 상기 위치부터는, 상기 제2 CF계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마에 의해, 상기 피처리막을 에칭하는 제2 에칭을 행하고,
    상기 제1 에칭과 상기 제2 에칭에 의해 형성된 홈의 바닥이 상기 피처리막 내의 상기 카본막에 도달할 때마다, 상기 제1 CF계 가스와 상기 제2 CF계 가스 간의 전환을 행하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피처리막에서는, 상기 산화막과 상기 카본막이 교대로 복수회 적층되어 있는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피처리막 내의 상기 카본막의 개수는 상기 피처리막 내의 상기 산화막의 개수보다 1개 적은 것인 플라즈마 에칭 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 피처리막은 상기 피처리막의 가장 위와 가장 밑에서 상기 산화막을 포함하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 피처리막은 상기 실리콘 기판과 직접 접촉해 있는 것인 플라즈마 에칭 방법.
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