KR20150066519A - 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 에칭 방법에서는, 실시 형태의 일례에 있어서, 베이스층과, 실리콘 산화막과, 에칭 패턴이 형성되어 있는 폴리실리콘으로 이루어지는 에칭 마스크가 차례로 적층되어 있는 처리 기판에 대하여, 실리콘으로 이루어지는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하면서 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 에칭 마스크 표면에 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시킨다. 또한, 플라즈마 에칭 방법에서는, 실시 형태의 일례에 있어서, 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로 하여 제 1 CF계 가스에 의한 플라즈마로 실리콘 산화막을 에칭한다.
Description
본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시 형태는, 플라즈마 에칭 방법에 관한 것이다.
종래, 플라즈마 처리 장치는, 예컨대, 포토레지스트를 마스크로 하여 에칭을 행한다. 여기서, 플라즈마 처리 장치가, 마스크로서 이용되는 포토레지스트의 조성을 개질하는 수법이 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2011-097063호 공보
그렇지만, 상술한 종래 기술에서는, 폴리실리콘 마스크를 마스크로서 이용하는 경우에 마스크 선택비가 저하한다고 하는 문제가 있다.
개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 베이스층과, 실리콘 산화막과, 에칭 패턴이 형성되어 있는 폴리실리콘으로 이루어지는 에칭 마스크가 차례로 적층되어 있는 처리 기판에 대하여, 실리콘으로 이루어지는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하면서 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 에칭 마스크 표면에 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 포함한다. 또한, 개시하는 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 상기 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로 하여 제 1 CF계 가스에 의한 플라즈마로 상기 실리콘 산화막을 에칭하는 에칭 단계를 포함한다.
개시하는 측정 방법의 하나의 형태에 의하면, 폴리실리콘 마스크를 마스크로서 이용하는 경우에 마스크 선택비를 향상 가능하게 된다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 제 1 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 방법에 적용되는 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 방법에 적용되는 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치에 의한 플라즈마 에칭 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 4는 제 1 실시 형태에 있어서의 퇴적 단계에 대하여 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 처리 기판의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예 1에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 2에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 3에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 4에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 제 1 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 방법에 적용되는 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치에 의한 플라즈마 에칭 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 4는 제 1 실시 형태에 있어서의 퇴적 단계에 대하여 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 처리 기판의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예 1에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 2에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 3에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 4에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다.
이하에, 개시하는 플라즈마 에칭 방법의 실시 형태에 대하여, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또, 본 실시 형태에 의해 개시하는 발명이 한정되는 것은 아니다. 각 실시 형태는, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적당하게 조합하는 것이 가능하다.
(제 1 실시 형태)
제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 베이스층과, 실리콘 산화막과, 에칭 패턴이 형성되어 있는 폴리실리콘으로 이루어지는 에칭 마스크가 차례로 적층되어 있는 처리 기판에 대하여, 실리콘으로 이루어지는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하면서 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 에칭 마스크 표면에 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 포함한다. 또한, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로 하여 제 1 CF계 가스에 의한 플라즈마로 실리콘 산화막을 에칭하는 에칭 단계를 포함한다.
또한, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 처리 가스는, H2/Ar 가스, CF4/H2/Ar 가스 및 CF4/COS/Ar 가스로부터 선택된다.
또한, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 퇴적 단계의 다음이고 에칭 단계의 앞에, 제 2 CF계 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 더 포함한다.
또한, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 제 1 CF계 가스가 C4F6/C4F8/Ar/O2 가스이다.
또한, 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은, 하나의 실시 형태에 있어서, 제 2 CF계 가스가 C4F6/Ar/O2 가스이다.
(제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치)
도 1은 제 1 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 방법에 적용되는 플라즈마 에칭 장치를 단순화하여 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치는, 하부 전극인 서셉터(16)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의, 예컨대 40㎒의 고주파(RF) 전력을 인가함과 아울러, 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의, 예컨대 2㎒의 고주파(RF) 전력을 인가하는 하부 RF 2주파 인가 타입의 플라즈마 에칭 장치로서, 도시한 바와 같이 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)을 접속하여 소정의 직류(DC) 전압이 인가되는 플라즈마 에칭 장치이다.
도 2는 제 1 실시 형태와 관련되는 플라즈마 에칭 방법에 적용되는 플라즈마 에칭 장치를 나타내는 개략 단면도이다. 플라즈마 에칭 장치는, 용량 결합형 평행 평판 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예컨대 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통 형상의 챔버(처리 용기)(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는, 접지되어 있다.
챔버(10)의 저부에는, 세라믹스 등으로 이루어지는 절연판(12)을 사이에 두고 원기둥 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치된다. 서셉터 지지대(14)의 위에는, 예컨대, 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 마련되어 있다. 서셉터(16)는, 하부 전극을 구성하고, 서셉터(16)의 위에 피처리 기판인 반도체 웨이퍼 W가 탑재된다.
서셉터(16)의 상면에는, 반도체 웨이퍼 W를 정전력으로 흡착 유지하는 정전 척(18)이 마련되어 있다. 정전 척(18)은, 도전막으로 이루어지는 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 끼운 구조를 갖는 것이고, 전극(20)에는 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(18)에서는, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생긴 쿨롱력 등의 정전력에 의해 반도체 웨이퍼 W가 흡착 유지된다.
정전 척(18)(반도체 웨이퍼 W)의 주위의 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 균일성을 향상시키는 도전성의 포커스 링(보정 링)(24)이 배치되어 있다. 포커스 링(보정 링)(24)은, 예컨대, 실리콘으로 형성된다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는, 예컨대, 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(26)가 마련되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예컨대, 원주 위에 냉매실(28)이 마련되어 있다. 냉매실(28)에는, 외부에 마련된 도시하지 않는 칠러 유닛으로부터 배관(30a, 30b)을 거쳐서, 소정 온도의 냉매가 순환 공급된다. 서셉터(16) 위의 반도체 웨이퍼 W의 처리 온도는, 냉매의 온도에 의해 제어된다.
또한, 도시하지 않는 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스가, 가스 공급 라인(32)을 거쳐서 정전 척(18)의 상면과 반도체 웨이퍼 W의 이면의 사이에 공급된다.
하부 전극인 서셉터(16)의 위쪽에는, 서셉터(16)와 대향하도록 평행하게 상부 전극(34)이 마련되어 있다. 상부 및 하부 전극(34, 16) 사이의 공간이, 플라즈마 생성 공간이 된다. 상부 전극(34)은, 하부 전극인 서셉터(16) 위의 반도체 웨이퍼 W와 대향하여 플라즈마 생성 공간과 접하는 면, 다시 말해 대향면을 형성한다.
상부 전극(34)은, 절연성 차폐 부재(42)를 사이에 두고, 챔버(10)의 상부에 지지된다. 상부 전극(34)은, 서셉터(16)와의 대향면을 구성하고 또한 다수의 가스 토출 구멍(37)을 갖는 전극판(36)과, 전극판(36)을 착탈이 자유롭게 지지하고 도전성 재료로 이루어지는 수냉 구조의 전극 지지체(38)에 의해 구성되어 있다. 전극 지지체(38)를 형성하는 도전성 재료는, 예컨대, 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄이다. 전극판(36)은, 실리콘 함유 물질로 형성되고, 예컨대, 실리콘으로 형성된다. 전극 지지체(38)의 내부에는, 가스 확산실(40)이 마련된다. 가스 확산실(40)로부터는, 가스 토출 구멍(37)에 연통하는 다수의 가스 통류 구멍(41)이 아래쪽으로 연장되고 있다.
전극 지지체(38)에는 가스 확산실(40)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(62)가 형성된다. 가스 도입구(62)에는, 가스 공급관(64)이 접속되고, 가스 공급관(64)에는, 처리 가스 공급원(66)이 접속되어 있다. 가스 공급관(64)에는, 상류측으로부터 차례로 매스 플로 컨트롤러(MFC)(68) 및 개폐 밸브(70)가 마련되어 있다. 처리 가스 공급원(66)으로부터는, 에칭을 위한 처리 가스로서, 예컨대 C4F8 가스와 같은 플로로카본 가스(CxFy)가 가스 공급관(64)으로부터 가스 확산실(40)에 도달하고, 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 거쳐서 샤워 형상으로 플라즈마 생성 공간에 토출된다. 즉, 상부 전극(34)은 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드로서 기능한다.
또, 처리 가스 공급원(66)으로부터는, 후술하는 바와 같이, 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시킬 때에 이용되는 처리 가스나, 제 1 CF계 가스, 제 2 CF계 가스 등이 공급된다. 처리 가스 공급원(66)에 의해 공급되는 가스의 상세에 대해서는 후술한다.
상부 전극(34)에는, 로우 패스 필터(LPF)(46a)를 거쳐서 가변 직류 전원(50)이 전기적으로 접속되어 있다. 가변 직류 전원(50)은 바이폴라 전원이더라도 좋다. 가변 직류 전원(50)은, 온ㆍ오프 스위치(52)에 의해 급전의 온ㆍ오프가 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(50)의 극성 및 전류ㆍ전압 및 온ㆍ오프 스위치(52)의 온ㆍ오프는 컨트롤러(제어 장치)(51)에 의해 제어되도록 되어 있다.
로우 패스 필터(LPF)(46a)는, 후술하는 제 1 및 제 2 고주파 전원으로부터의 고주파를 트랩하기 위한 것이고, 적합하게는 LR 필터 또는 LC 필터로 구성된다.
챔버(10)의 측벽으로부터 상부 전극(34)의 높이 위치보다 위쪽으로 연장되도록 원통 형상의 접지 도체(10a)가 마련되어 있다. 원통형 접지 도체(10a)는, 그 상부에 천벽(天壁)을 갖고 있다.
하부 전극인 서셉터(16)에는, 정합기(87)를 거쳐서 제 1 고주파 전원(89)이 전기적으로 접속된다. 또한, 서셉터(16)에는, 정합기(88)를 거쳐서 제 2 고주파 전원(90)이 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(89)은, 27㎒ 이상의 주파수, 예컨대 40㎒의 고주파 전력을 출력한다. 제 2 고주파 전원(90)은, 13.56㎒ 이하의 주파수, 예컨대 2㎒의 고주파 전력을 출력한다.
정합기(87, 88)는, 각각 제 1 및 제 2 고주파 전원(89, 90)의 내부(또는 출력) 임피던스에 부하 임피던스를 정합시키기 위한 것으로, 챔버(10) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때 제 1 및 제 2 고주파 전원(89, 90)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외견상 일치하도록 기능한다.
챔버(10)의 저부에는 배기구(80)가 마련되고, 배기구(80)에 배기관(82)을 거쳐서 배기 장치(84)가 접속되어 있다. 배기 장치(84)는, 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 챔버(10) 내를 소망하는 진공도까지 감압 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼 W의 반입출구(85)가 마련된다. 반입출구(85)는, 게이트 밸브(86)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 내벽을 따라서 챔버(10)에 에칭 부생물(퇴적물)이 부착되는 것을 방지하기 위한 퇴적물 실드(11)가 착탈이 자유롭게 마련되어 있다. 즉, 퇴적물 실드(11)가 챔버벽을 구성하고 있다. 또한, 퇴적물 실드(11)는, 내벽 부재(26)의 외주에도 마련되어 있다. 챔버(10)의 저부의 챔버벽측의 퇴적물 실드(11)와 내벽 부재(26)측의 퇴적물 실드(11)의 사이에는 배기 플레이트(83)가 마련되어 있다. 퇴적물 실드(11) 및 배기 플레이트(83)로서는, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복한 것을 적합하게 이용할 수 있다.
퇴적물 실드(11)의 챔버(10) 내벽을 구성하는 부분의 웨이퍼 W와 거의 동일한 높이 부분에는, 그라운드에 DC적으로 접속된 도전성 부재(GND 블록)(91)가 마련되어 있고, 이것에 의해 후술하는 바와 같은 이상 방전 방지 효과를 발휘한다.
플라즈마 에칭 장치의 각 구성부는, 제어부(전체 제어 장치)(95)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(95)에는, 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 플라즈마 처리 장치의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 사용자 인터페이스(96)가 접속되어 있다.
제어부(95)에는, 플라즈마 에칭 장치에서 실행되는 각종 처리를 제어부(95)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 에칭 장치의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레시피가 저장된 기억부(97)가 접속되어 있다. 레시피는 하드디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있더라도 좋고, CDROM, DVD 등의 휴대용의 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(97)의 소정 위치에 세트하도록 되어 있더라도 좋다.
플라즈마 에칭 장치에서는, 필요에 따라서, 사용자 인터페이스(96)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(97)로부터 불러내어 제어부(95)에 실행시키는 것에 의해, 제어부(95)의 제어 아래에서, 플라즈마 에칭 장치에서의 소망하는 처리가 행해진다.
이와 같이 구성되는 플라즈마 에칭 장치에 있어서 에칭 처리를 실시할 때에는, 우선, 게이트 밸브(86)를 열린 상태로 하고, 반입출구(85)를 거쳐서 에칭 대상인 반도체 웨이퍼 W를 챔버(10) 내에 반입하고, 서셉터(16) 위에 탑재한다. 그리고, 처리 가스 공급원(66)으로부터 에칭을 위한 처리 가스를 소정의 유량으로 가스 확산실(40)에 공급하고, 가스 통류 구멍(41) 및 가스 토출 구멍(37)을 거쳐서 챔버(10) 내에 공급하면서, 배기 장치(84)에 의해 챔버(10) 내를 배기하고, 그 안의 압력을 예컨대 0.1~150㎩의 범위 내의 설정값으로 한다.
이와 같이 챔버(10) 내에 에칭 가스를 도입한 상태에서, 하부 전극인 서셉터(16)에, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 소정의 파워로 인가함과 아울러, 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력을 소정의 파워로 인가한다. 그리고, 가변 직류 전원(50)으로부터 소정의 직류 전압을 상부 전극(34)에 인가한다. 또한, 정전 척(18)을 위한 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 정전 척(18)의 전극(20)에 인가하여, 반도체 웨이퍼 W를 서셉터(16)에 고정한다.
상부 전극(34)의 전극판(36)에 형성된 가스 토출 구멍(37)으로부터 토출된 처리 가스는, 고주파 전력에 의해 생긴 상부 전극(34)과 하부 전극인 서셉터(16) 사이의 글로 방전(glow discharge) 중에 플라즈마화하고, 플라즈마에서 생성되는 라디칼이나 이온에 의해 반도체 웨이퍼 W의 피처리면이 에칭된다.
플라즈마 에칭 장치에서는, 하부 전극인 서셉터(16)에 제 1 고주파 전원(89)으로부터 높은 주파수 영역(예컨대, 10㎒ 이상)의 고주파 전력을 공급하고 있으므로, 플라즈마를 바람직한 상태에서 고밀도화할 수 있고,보다 저압의 조건 아래에서도 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다.
(제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 방법)
도 3은 제 1 실시 형태에 있어서의 플라즈마 에칭 장치에 의한 플라즈마 에칭 처리의 흐름의 일례를 나타내는 플로차트이다. 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치는, 베이스층과, 실리콘 산화막과, 에칭 패턴이 형성되어 있는 폴리실리콘으로 이루어지는 에칭 마스크가 차례로 적층되어 있는 처리 기판에 대하여, 일련의 처리를 실행한다.
또, 여기서, 베이스층이란, 폴리실리콘, SiC, SiN 등이다. 또한, 실리콘 산화막이란, 예컨대, SiO2, TEOS(Tetraethoxysilane, 테트라에톡시실란) 등이다.
도 3의 설명으로 돌아온다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치는, 처리 타이밍이 되면(단계 S101 긍정), 실리콘으로 이루어지는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하면서, 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 에칭 마스크 표면에 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 행한다(단계 S102). 예컨대, 플라즈마 에칭 장치는, 처리 가스로서, 예컨대, H2/Ar 가스, CF4/H2/Ar 가스 및 CF4/COS/Ar 가스를 이용하여, 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시킨다.
도 4는 제 1 실시 형태에 있어서의 퇴적 단계에 대하여 나타내는 도면이다. 플라즈마 에칭 장치는, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 고주파 전력을 인가함과 아울러, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)을 접속하여 소정의 직류(DC) 전압을 인가한다. 이때, 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력은 인가하지 않는다. 즉, 도 4의 (1)에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭 장치는, 플라즈마가 형성될 때에, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)으로부터 소정의 극성 및 크기의 음의 직류 전압을 인가한다. 보다 바람직하게는, 플라즈마 에칭 장치는, 인가 전극인 상부 전극(34)의 표면이 되는 전극판(36)의 표면에 대한 소정의(적당한) 스퍼터 효과가 얻어질 정도로 전극판(36)의 표면의 자기 바이어스 전압 Vdc가 깊어지도록, 다시 말해, 상부 전극(34) 표면에서의 Vdc의 절대값이 커지도록, 가변 직류 전원(50)으로부터의 인가 전압을 인가한다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 처리 가스로서, 예컨대, H2/Ar 가스, CF4/H2/Ar 가스 및 CF4/COS/Ar 가스를 챔버(10) 내에 공급한다.
이 결과, 도 4의 (1)에 나타내는 바와 같이, 전극판(36)의 표면에 대한 이온의 충돌이 가속되고, 상부 전극(34)을 형성하고 있는 실리콘의 강하량이나 전자빔의 강하량이 증가한다. 예컨대, 도 4의 (1)에 나타내는 예에서는, 아르곤 이온이 전극판(36)의 표면에 충돌하고, 전극판(36)을 형성하는 실리콘이 에칭 마스크(203)에 강하한다. 그러면, 도 4의 (2)에 나타내는 바와 같이, 폴리실리콘으로 이루어지는 에칭 마스크(203)의 표면에 실리콘 함유 퇴적물(204)이 퇴적된다. 이 결과, 에칭 마스크(203)의 표면이 거친 것이 해소되어, 에칭 마스크(203)의 선택비가 향상 가능하게 된다. 또한, 퇴적 단계를 행한 후에 에칭을 행하는 것에 의해, 소스 셀렉트 라인의 각도를 보다 수직으로 하는 것이 가능하게 되고, 에칭 후의 라인을 보다 깨끗이 작성 가능하게 된다.
도 3의 설명으로 돌아온다. 플라즈마 에칭 장치는, 그 후, 제 2 CF계 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 행한다(단계 S103). 예컨대, 플라즈마 에칭 장치는, C4F6/Ar/O2 가스를 이용하여, 에칭 마스크의 상부에 CF계 퇴적물을 퇴적시킨다. 다시 말해 실리콘 함유 퇴적물의 퇴적에 의해 깨끗하게 된 라인의 위에 CF계 퇴적물이 퇴적된다.
보다 상세한 일례를 들어 설명한다. 플라즈마 에칭 장치는, 제 1 고주파 전원(89)으로부터 고주파 전력을 인가함과 아울러, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)을 접속하여 소정의 직류(DC) 전압을 인가한다. 이때, 제 2 고주파 전원(90)으로부터 이온 인입용의 고주파 전력은 인가하지 않는다. 또한, 플라즈마 에칭 장치는, 예컨대, C4F6/Ar/O2 가스 챔버(10) 내에 공급한다. 이 결과, CF계 퇴적물이 에칭 마스크의 상부에 퇴적된다.
그 후, 플라즈마 에칭 장치는, 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로 하여, 제 1 CF계 가스에 의한 플라즈마로 실리콘 산화막을 에칭하는 에칭 단계를 행한다(단계 S104). 예컨대, 플라즈마 에칭 장치는, 제 1 CF계 가스로서, 예컨대, C4F6/C4F8/Ar/O2 가스를 이용하는 것에 의해, 에칭을 행한다.
또, 도 3에 나타낸 처리 수순은, 상기의 순번으로 한정되는 것이 아니고, 처리 내용을 모순시키지 않는 범위에서 적당하게 변경하더라도 좋다. 예컨대, 도 3에 나타내는 예에서는, 퇴적 단계의 다음이고 에칭 단계의 앞에, 제 2 CF계 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 행하는 경우를 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것이 아니고, CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 행하지 않더라도 좋다.
(제 1 실시 형태에 있어서의 효과)
이와 같이, 제 1 실시 형태에 의하면, 처리 기판에 대하여, 실리콘으로 이루어지는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하면서 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 에칭 마스크 표면에 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키고, 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로 하여 제 1 CF계 가스에 의한 플라즈마로 실리콘 산화막을 에칭한다. 이 결과, 폴리실리콘 마스크를 마스크로서 이용하는 경우에 마스크 선택비를 향상 가능하게 된다. 즉, 이 결과, 에칭 마스크의 표면이 거친 것이 해소되어, 에칭 마스크의 선택비가 향상 가능하게 된다. 또한, 퇴적 단계를 행한 후에 에칭을 행하는 것에 의해, 소스 셀렉트 라인의 각도를 보다 수직으로 하는 것이 가능하게 되고, 에칭 후의 라인을 보다 깨끗이 작성 가능하게 된다. 즉, 에칭 마스크의 내플라즈마성을 높게 유지하여 고선택비로 에칭하는 것이 가능하게 된다.
또한, 예컨대, 제 1 실시 형태에 의하면, 에칭 전에 실리콘 퇴적물을 퇴적시키는 것에 의해, 통과성(permeability)을 유지한 채로 마스크 선택비를 향상 가능하게 된다. 또한, 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적되는 결과 마스크가 굵어져, 라인을 굵게 에칭 가능하게 되고, 위글링(wiggling)에 대한 내성을 향상 가능하다.
또한, 제 1 실시 형태에 의하면, 플라즈마가 형성될 때에, 상부 전극(34)에 가변 직류 전원(50)으로부터 소정의 극성 및 크기의 직류 전압이 인가된다. 이때, 인가 전극인 상부 전극(34)의 표면, 다시 말해 전극판(36)의 표면에 대한 소정의(적당한) 스퍼터 효과가 얻어질 정도로 그 표면의 자기 바이어스 전압 Vdc가 깊어지도록, 다시 말해 상부 전극(34) 표면에서의 Vdc의 절대값이 커지도록, 가변 직류 전원(50)으로부터의 인가 전압을 컨트롤러(51)에 의해 제어하는 것이 바람직하다. 제 1 고주파 전원(89)으로부터 고주파를 인가하여 플라즈마를 생성한 경우에, 상부 전극(34)에 폴리머가 부착되는 일이 있지만, 가변 직류 전원(50)으로부터 적절한 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 상부 전극(34)에 부착된 폴리머가 스퍼터되어, 상부 전극(34)의 표면을 청정화할 수 있다.
또한, 제 1 실시 형태에 의하면, 처리 가스는, H2/Ar 가스, CF4/H2/Ar 가스 및 CF4/COS/Ar 가스로부터 선택된다. 이 결과, 에칭 마스크에 실리콘 함유 퇴적물을 확실히 퇴적시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제 1 실시 형태에 의하면, 퇴적 단계의 다음이고 에칭 단계의 앞에, 제 2 CF계 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 CF계 퇴적물을 퇴적시킨다. 이 결과, CF계 퇴적물을 퇴적시키지 않는 경우와 비교하여, 마스크 선택비를 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 제 1 실시 형태에 의하면, 제 1 CF계 가스가 C4F6/C4F8/Ar/O2 가스이다. 이 결과, 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로서 이용하여 확실히 에칭 가능하게 된다.
또한, 제 1 실시 형태에 의하면, 제 2 CF계 가스가 C4F6/Ar/O2 가스이다. 이 결과, CF계 퇴적물을 확실히 퇴적시키는 것이 가능하게 된다.
(실시예)
이하에, 개시된 플라즈마 에칭 방법에 대하여, 실시예를 들어 더 상세하게 설명한다. 단, 개시된 플라즈마 에칭 방법은, 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(비교예 1)
비교예 1에서는, 처리 기판에 대하여, 하기의 조건으로 에칭 단계를 행했다.
(에칭 단계)
처리 가스 : C4F6/C4F8/Ar/Os(13/24/600/27sccm)
압력 : 2.7㎩(20mTorr)
제 1 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 750W
제 2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 500W
상부 전극으로의 직류 전압 : -150V
시간 : 16.5초
(실시예 1)
실시예 1에서는, 처리 기판에 대하여, 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계와, CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 차례로 행한 다음, 에칭 단계를 행했다. 또, 실시예 1에 있어서의 에칭 단계는, 비교예 1과 마찬가지로 행했다.
(실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계)
처리 가스 : H2/CF4/Ar(100/40/800sccm)
압력 : 6.6㎩(50mTorr)
제 1 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 300W
제 2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 0W
상부 전극으로의 직류 전압 : -900V
시간 : 10초
(CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계)
처리 가스 : C4F6/Ar/O2(40/800/30sccm)
압력 : 3.3㎩(25mTorr)
제 1 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 1250W
제 2 고주파 전원으로부터의 고주파 전력 : 0W
상부 전극으로의 직류 전압 : -300V
시간 : 13.7초
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 처리 기판의 구조의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5에서는, 처리 전에 있어서의 처리 기판, 비교예 1에 있어서의 에칭 후의 처리 기판, 실시예 1에 있어서의 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시킨 후의 처리 기판, 실시예 1에 있어서의 에칭 후의 처리 기판에 대하여, 각각, 단면(Cell), 단면(SSL, 소스 셀렉트 라인) 및 상면을 35만 배로 확대한 사진의 트레이스도이다. 또, 도 5에 있어서, 「initial」은, 처리 전에 있어서의 처리 기판을 나타낸다. 「퇴적 없음」은, 비교예에 있어서의 처리 기판을 나타낸다. 「퇴적 있음 퇴적 후」는, 실시예 1에 있어서의 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시킨 후의 처리 기판을 나타낸다. 「퇴적 있음 에칭 후」는, 실시예 1에 있어서의 에칭 후의 처리 기판을 나타낸다. 또, 단면(Cell)은, 처리 기판의 중심부를 나타내고, 단면(SSL, 소스 셀렉트 라인)은, 처리 기판의 단부를 나타낸다.
여기서, 비교예 1에서는, 에칭 후에 있어서의 에칭 마스크의 잔량이 「19.8㎚」이고, SSL에 있어서의 각도가 「83.7도」이고, LWR과 LER이, 「1.3㎚」와 「2.5㎚」였다. 이것에 비하여, 실시예 1에서는, 에칭 후에 있어서의 에칭 마스크의 잔량이 「24.4㎚」이고, SSL에 있어서의 각도가 「84.2도」이고, LWR과 LER이, 「1.2㎚」와 「2.4㎚」였다. 여기서 LWR(line width roughness), LER(line edge roughness)은, 반도체 분야에 있어서 게이트 전극이나 라인과 같은 미세 패턴의 벽면에 생긴 요철의 크기를 나타내는 값이다. 예컨대, LWR은 라인의 표면의 요철에 의해 생긴 패턴 폭의 편차를 나타내고 있다. 구체적으로는, 요철을 포함시킨 라인 폭의 치수를 상이한 장소에 있어서 복수 부분 측정하고, 그 표준 편차를 계산한다. 그 표준 편차의 3배의 값을 LWR로 하고 있다. LER은, 라인의 끝 부분에 있어서 어느 기준선을 결정하고, 그 기준선으로부터 라인의 끝 부분의 요철까지의 치수를 상이한 장소에 있어서 복수 부분 측정하고, 이후의 계산은 LWR과 동일하여 그 표준 편차를 계산하고 그 표준 편차의 3배 값이 LER이 된다.
이와 같이, 실시예 1과 비교예 1의 비교에 의해 나타나는 바와 같이, 실시예 1에서는, 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 것에 의해, 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키지 않는 경우와 비교하여 에칭 마스크를 보다 많이 남기는 것이 가능하게 되고, 마스크 선택비를 향상 가능했다. 또한, 실시예 1에 나타내는 경우에는, 또한, SSL에 있어서의 각도를 비교예 1과 비교하여 수직에 가깝게 하는 것이 가능했다.
(실시예 2~실시예 4)
실시예 2~실시예 4에서는, 실리콘 퇴적 단계에 있어서, 이하에 나타내는 처리 가스 및 처리 가스의 유량을 이용했다. 그 외의 점에 대해서는, 실시예 1과 같다.
실시예 2 : H2/Ar(100/800sccm)
실시예 3 : H2/CF4/Ar(100/40/800sccm)
실시예 4 : COS/CF4/Ar(20/40/800sccm)
도 6은 비교예 1에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다. 도 7은 실시예 2에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다. 도 8은 실시예 3에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다. 도 9는 실시예 4에 있어서의 처리 결과를 나타내는 도면이다. 또, 도 6~도 9에서는, 에칭을 행한 후에 있어서의 단면(Cell), 단면(SSL), 상면을 35만 배로 확대한 사진의 트레이스도와 함께, 에칭 후에 남은 에칭 마스크의 높이, LWR, SWR, LER 및 LWR과 SWR과 LER을 합계한 값을 함께 나타냈다. 또, 여기서 SWR(space width roughness)은 요철을 포함시킨 라인과 라인 사이의 스페이스의 치수를 측정하는 것으로, LWR 등과 같이 스페이스 폭의 편차 상태의 값으로 하고 있다. 에칭 마스크의 높이로서는, 평균값과, 최솟값을 나타냈다. 또한, LWR, SWR, LER 및 LWR과 SWR과 LER을 합계한 값은, 각각, 라인의 깨끗함을 나타낸다.
도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 실리콘 퇴적 단계에 있어서, H2/Ar을 이용하는 것에 의해, 실리콘 퇴적 단계를 행하지 않는 수법과 비교하여, 에칭 마스크를 보다 높게 남기는 것이 가능하게 되고, 마스크 선택비를 향상 가능하게 되었다. 또한, SSL에 있어서의 각도도 수직에 가깝게 하는 것이 가능하게 되었다.
도 6 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 실리콘 퇴적 단계에 있어서, H2/CF4/Ar을 이용하는 것에 의해, 실리콘 퇴적 단계를 행하지 않는 수법과 비교하여, 에칭 마스크를 보다 높게 남기는 것이 가능하게 되고, 마스크 선택비를 향상 가능하게 되었다. 또한, SSL에 있어서의 각도도 수직에 가깝게 하는 것이 가능하게 되었다. 또한, 실리콘 퇴적 단계에 있어서, H2/CF4/Ar을 이용하는 것에 의해, 라인의 깨끗함을 동일한 정도로 유지하는 것이 가능했다.
도 6 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 실리콘 퇴적 단계에 있어서, COS/CF4/Ar을 이용하는 것에 의해, 실리콘 퇴적 단계를 행하지 않는 수법과 비교하여, 에칭 마스크를 보다 높게 남기는 것이 가능하게 되고, 마스크 선택비를 향상 가능하게 되었다. 또한, SSL에 있어서의 각도는 악화되는 일 없이, 실리콘 퇴적 단계를 행하지 않는 수법과 비교하여 동등한 값으로 유지 가능했다. 또한, 실리콘 퇴적 단계에 있어서, COS/CF4/Ar을 이용하는 것에 의해, 라인의 깨끗함을 향상시키는 것이 가능했다.
10 : 챔버
32 : 가스 공급 라인
34 : 상부 전극 36 : 전극판
50 : 가변 직류 전원 51 : 컨트롤러
87 : 정합기 88 : 정합기
89 : 고주파 전원 90 : 고주파 전원
95 : 제어부 96 : 사용자 인터페이스
97 : 기억부 203 : 에칭 마스크
204 : 실리콘 함유 퇴적물
34 : 상부 전극 36 : 전극판
50 : 가변 직류 전원 51 : 컨트롤러
87 : 정합기 88 : 정합기
89 : 고주파 전원 90 : 고주파 전원
95 : 제어부 96 : 사용자 인터페이스
97 : 기억부 203 : 에칭 마스크
204 : 실리콘 함유 퇴적물
Claims (5)
- 베이스층과, 실리콘 산화막과, 에칭 패턴이 형성되어 있는 폴리실리콘으로 이루어지는 에칭 마스크가 차례로 적층되어 있는 처리 기판에 대하여, 실리콘으로 이루어지는 상부 전극에 음의 직류 전압을 인가하면서 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 에칭 마스크 표면에 실리콘 함유 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계와,
상기 실리콘 함유 퇴적물이 퇴적된 에칭 마스크를 마스크로 하여 제 1 CF계 가스에 의한 플라즈마로 상기 실리콘 산화막을 에칭하는 에칭 단계
를 포함하는 플라즈마 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 처리 가스는, H2/Ar 가스, CF4/H2/Ar 가스 및 CF4/COS/Ar 가스로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 퇴적 단계의 다음이고 상기 에칭 단계의 앞에, 제 2 CF계 처리 가스에 의한 플라즈마에 의해 CF계 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 CF계 가스가 C4F6/C4F8/Ar/O2 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 CF계 가스가 C4F6/Ar/O2 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
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