KR20240003432A - 에칭 방법 및 에칭 장치 - Google Patents

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류타로 스다
다카토시 오루이
가에 구마가이
마주 도무라
요시히데 기하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

에칭에 있어서 수직성을 높이는 기술을 제공한다. 플라즈마 처리 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법으로서, 상기 플라즈마 처리 장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되고, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기를 구비하고, 상기 에칭 방법은 상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하는 공정과, HF 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 공정과, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함한다.

Description

에칭 방법 및 에칭 장치
본 개시의 예시적 실시 형태는, 에칭 방법 및 에칭 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 플라즈마 에칭에 이용되는 처리 가스로서 탄화 수소 가스 및 하이드로플루오로카본 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 에칭 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2016－39310호
본 개시는 에칭에 있어서 수직성을 높이는 기술을 제공한다.
본 개시의 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법이 제공된다. 상기 에칭 장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되고, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기를 구비하고, 상기 에칭 방법은 상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하는 공정과, HF 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 공정과, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함한다.
본 개시의 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법이 제공된다. 상기 플라즈마 처리 장치는 챔버와, 상기 챔버 내에 마련되고, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기를 구비하고, 상기 에칭 방법은 상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하는 공정과, 수소 및 불소를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 공정과, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 상기 챔버 내에 상기 처리 가스로부터 불화 수소의 화학종을 포함하는 플라즈마를 생성하는 공정과, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함한다.
본 개시의 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 피에칭막을 에칭하는 에칭 장치가 제공된다. 상기 에칭 장치는 챔버, 상기 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부, 및 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하고, HF 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하고, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는, 제어를 실행한다.
본 개시의 하나의 예시적 실시 형태에 의하면, 수직성이 높은 에칭 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되는 기판 지지기(14)의 부분 확대도이다.
도 3은 기판(W)의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 하나의 예시적 실시 형태에 따른 에칭 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 6은 전기 바이어스(펄스파)의 전기 펄스를 구성하는 펄스 전압의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은 실시예 1의 조건으로 실리콘 함유막(SF)을 에칭한 후의 기판(W)의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 참고예 1의 조건으로 실리콘 함유막(SF)을 에칭한 후의 기판(W)의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 오목부(RC)의 단면 형상의 평가 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시예 1 및 참고예 1에 대해서, 오목부(RC)의 단면 형상의 구부러짐의 정도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 1 및 참고예 1에 대해서, 오목부(RC)의 폭(CD)을 나타낸 표이다.
이하, 본 개시의 각 실시 형태에 대해 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법이 제공된다. 에칭 장치는 챔버와, 챔버 내에 마련되고, 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기를 구비하고, 에칭 방법은 피에칭막을 갖는 기판을 기판 지지기에 배치하는 공정과, HF 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하는 공정과, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 처리 가스는 인 함유 가스를 더 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 인 함유 가스는 PF3, PCl3, PF5, PCl5, POCl3, PH3, PBr3 및 PBr5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 처리 가스는 CxHyFz(x 및 z는 1 이상의 정수이며, y는 0 이상의 정수임.)를 더 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 처리 가스는 할로젠 원소 함유 가스를 더 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 펄스 전압은 음전압이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법이 제공된다. 에칭 장치는 챔버와, 챔버 내에 마련되고, 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기를 구비하고, 에칭 방법은 피에칭막을 갖는 기판을 기판 지지기에 배치하는 공정과, 수소 및 불소를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하는 공정과, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해, 챔버 내에 처리 가스로부터 불화 수소의 화학종을 포함하는 플라즈마를 생성하는 공정과, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 피에칭막을 에칭하는 에칭 장치가 제공된다. 에칭 장치는 챔버, 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부, 및 제어부를 구비하고, 제어부는 피에칭막을 갖는 기판을 기판 지지기에 배치하고, HF 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하고, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 챔버 내에 처리 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는, 제어를 실행한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 개시의 각 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다. 특별히 언급하지 않는 한, 도면에 나타내는 위치 관계에 기초하여 상하 좌우 등의 위치 관계를 설명한다. 도면의 치수 비율은 실제의 비율을 나타내는 것이 아니고, 또, 실제의 비율은 도시의 비율로 한정되는 것은 아니다.
＜플라즈마 처리 장치(1)의 구성＞
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 플라즈마 처리 장치(1)는, 예를 들면, 에칭 처리를 행할 수 있다. 또, 하나의 예시적 실시 형태에 따른 에칭 방법(이하 「본 처리 방법」이라고 함.)은 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 실행되어도 된다.
도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)는, 챔버(10)를 구비한다. 챔버(10)는 그 안에 내부 공간(10s)을 제공한다. 챔버(10)는 챔버 본체(12)를 포함한다. 챔버 본체(12)는 대략 원통 형상을 가진다. 챔버 본체(12)는, 예를 들면 알루미늄으로 형성된다. 챔버 본체(12)의 내벽면 상에는, 내부식성을 갖는 막이 마련되어 있다. 내부식성을 갖는 막은, 산화 알루미늄, 산화 이트륨 등의 세라믹으로 형성될 수 있다.
챔버 본체(12)의 측벽에는, 통로(12p)가 형성되어 있다. 기판(W)은 통로(12p)를 통하여 내부 공간(10s)과 챔버(10)의 외부의 사이에서 반송된다. 통로(12p)는 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐된다. 게이트 밸브(12g)는 챔버 본체(12)의 측벽을 따라서 마련된다.
챔버 본체(12)의 바닥부 상에는, 지지부(13)가 마련되어 있다. 지지부(13)는 절연 재료로 형성된다. 지지부(13)는 대략 원통 형상을 가진다. 지지부(13)는 내부 공간(10s) 안에서, 챔버 본체(12)의 바닥부로부터 상방으로 뻗어 있다. 지지부(13)는 기판 지지기(14)를 지지하고 있다. 기판 지지기(14)는 내부 공간(10s) 안에서 기판(W)을 지지하도록 구성되어 있다.
기판 지지기(14)는 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 가진다. 기판 지지기(14)는 전극 플레이트(16)를 더 가질 수 있다. 전극 플레이트(16)는 알루미늄 등의 도체로 형성되어 있고, 대략 원반(圓盤) 형상을 가진다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(16) 상에 마련되어 있다. 하부 전극(18)은 알루미늄 등의 도체로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가진다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
정전 척(20)은 하부 전극(18) 상에 마련되어 있다. 기판(W)은 정전 척(20)의 상면의 위에 재치된다. 정전 척(20)은 본체 및 전극을 가진다. 정전 척(20)의 본체는 대략 원반 형상을 가지며, 유전체로 형성된다. 정전 척(20)의 전극은, 막 모양의 전극이며, 정전 척(20)의 본체 내에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 전극은, 스위치(20s)를 통해서 직류 전원(20p)에 접속되어 있다. 정전 척(20)의 전극에 직류 전원(20p)으로부터의 전압이 인가되면, 정전 척(20)과 기판(W)의 사이에 정전 인력이 발생한다. 기판(W)은 그 정전 인력에 의해서 정전 척(20)에 끌어당겨져, 정전 척(20)에 의해서 유지된다.
기판 지지기(14) 상에는, 에지링(25)이 배치된다. 에지링(25)은 링 모양의 부재이다. 에지링(25)은 실리콘, 탄화 실리콘, 또는 석영 등으로 형성될 수 있다. 기판(W)은 정전 척(20) 상, 또한 에지링(25)에 의해서 둘러싸인 영역 내에 배치된다.
하부 전극(18)의 내부에는 유로(18f)가 마련되어 있다. 유로(18f)에는 챔버(10)의 외부에 마련되어 있는 칠러 유닛으로부터 배관(22a)을 통해서 열교환 매체(예를 들면 냉매)가 공급된다. 유로(18f)에 공급된 열교환 매체는, 배관(22b)을 통해서 칠러 유닛으로 되돌려진다. 플라즈마 처리 장치(1)에서는, 정전 척(20) 상에 재치된 기판(W)의 온도가, 열교환 매체와 하부 전극(18)의 열교환에 의해, 조정된다.
플라즈마 처리 장치(1)에는, 가스 공급 라인(24)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(24)은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스(예를 들면 He 가스)를, 정전 척(20)의 상면과 기판(W)의 이면 사이의 간극에 공급한다.
플라즈마 처리 장치(1)는 상부 전극(30)을 더 구비한다. 상부 전극(30)은 기판 지지기(14)의 상방에 마련되어 있다. 상부 전극(30)은 부재(32)를 통해서, 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 부재(32)는 절연성을 갖는 재료로 형성된다. 상부 전극(30)과 부재(32)는, 챔버 본체(12)의 상부 개구를 패쇄하고 있다.
상부 전극(30)은 천판(天板)(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천판(34)의 하면은 내부 공간(10s) 측의 하면이며, 내부 공간(10s)을 구획 형성한다. 천판(34)은 발생하는 줄(Joule)열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체로 형성될 수 있다. 천판(34)은 천판(34)을 그 판두께 방향으로 관통하는 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 가진다.
지지체(36)는 천판(34)을 착탈 가능하게 지지한다. 지지체(36)는 알루미늄 등의 도전성 재료로 형성된다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 지지체(36)는 가스 확산실(36a)로부터 하방으로 뻗은 복수의 가스 구멍(36b)을 가진다. 복수의 가스 구멍(36b)은 복수의 가스 토출 구멍(34a)에 각각 연통되어 있다. 지지체(36)에는, 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)는 가스 확산실(36a)에 접속되어 있다. 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 유량 제어기군(41) 및 밸브군(42)을 개재하여, 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 유량 제어기군(41) 및 밸브군(42)은, 가스 공급부를 구성하고 있다. 가스 공급부는 가스 소스군(40)을 더 포함하고 있어도 된다. 가스 소스군(40)은 복수의 가스 소스를 포함한다. 복수의 가스 소스는 방법 MT에서 이용되는 처리 가스의 소스를 포함한다. 유량 제어기군(41)은 복수의 유량 제어기를 포함한다. 유량 제어기군(41)의 복수의 유량 제어기의 각각은, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 밸브군(42)은 복수의 개폐 밸브를 포함한다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스의 각각은, 유량 제어기군(41)의 대응 유량 제어기 및 밸브군(42)의 대응 개폐 밸브를 통해서, 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(1)에서는, 챔버 본체(12)의 내벽면 및 지지부(13)의 외측 둘레를 따라서, 쉴드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 쉴드(46)는 챔버 본체(12)에 반응 부생물이 부착하는 것을 방지한다. 쉴드(46)는, 예를 들면, 알루미늄으로 형성된 모재의 표면에 내부식성을 갖는 막을 형성함으로써 구성된다. 내부식성을 갖는 막은, 산화 이트륨 등의 세라믹으로 형성될 수 있다.
지지부(13)와 챔버 본체(12)의 측벽의 사이에는, 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는, 예를 들면, 알루미늄으로 형성된 부재의 표면에 내부식성을 갖는 막(산화 이트륨 등의 막)을 형성함으로써 구성된다. 배플 플레이트(48)에는, 복수의 관통공이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방, 또한, 챔버 본체(12)의 바닥부에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)를 통해서 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는 압력 조정 밸브 및 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 포함한다.
플라즈마 처리 장치(1)는 고주파 전원(62) 및 바이어스 전원(64)을 구비하고 있다. 고주파 전원(62)은 고주파 전력(HF)을 발생시키는 전원이다. 고주파 전력(HF)은 플라즈마의 생성에 적절한 제1 주파수를 가진다. 제1 주파수는, 예를 들면 27MHz~100MHz의 범위 내의 주파수이다. 고주파 전원(62)은 정합기(66) 및 전극 플레이트(16)를 통해서 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 정합기(66)는 고주파 전원(62)의 부하측(하부 전극(18)측)의 임피던스를 고주파 전원(62)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 회로를 가진다. 또한, 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 통해서, 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 된다. 고주파 전원(62)은 일례의 플라즈마 생성부를 구성하고 있다.
바이어스 전원(64)은 전기 바이어스를 발생시키는 전원이다. 바이어스 전원(64)은 하부 전극(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 전기 바이어스는 제2 주파수를 가진다. 제2 주파수는 제1 주파수보다도 낮다. 제2 주파수는, 예를 들면 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수이다. 전기 바이어스는 고주파 전력(HF)과 함께 이용되는 경우에는, 기판(W)에 이온을 끌어들이기 위해서 기판 지지기(14)에 주어진다. 일례에서는, 전기 바이어스는 하부 전극(18)에 주어진다. 전기 바이어스가 하부 전극(18)에 주어지면, 기판 지지기(14) 상에 재치된 기판(W)의 전위는, 제2 주파수로 규정되는 주기 내에서 변동한다. 또한, 전기 바이어스는 정전 척(20) 내에 마련된 바이어스 전극에 주어져도 된다.
일 실시 형태에 있어서, 전기 바이어스는 제2 주파수를 갖는 고주파 전력(LF)이어도 된다. 고주파 전력(LF)은 고주파 전력(HF)과 함께 이용되는 경우에는, 기판(W)에 이온을 끌어들이기 위한 고주파 바이어스 전력으로서 이용된다. 고주파 전력(LF)을 발생시키도록 구성된 바이어스 전원(64)은, 정합기(68) 및 전극 플레이트(16)를 통해서 하부 전극(18)에 접속된다. 정합기(68)는 바이어스 전원(64)의 부하측(하부 전극(18)측)의 임피던스를 바이어스 전원(64)의 출력 임피던스에 정합시키기 위한 회로를 가진다.
또한, 고주파 전력(HF)을 이용하지 않고, 고주파 전력(LF)을 이용하여, 즉, 단일의 고주파 전력만을 이용하여 플라즈마를 생성해도 된다. 이 경우에는, 고주파 전력(LF)의 주파수는, 13.56MHz보다도 큰 주파수, 예를 들면 40MHz여도 된다. 또, 이 경우에는, 플라즈마 처리 장치(1)는 고주파 전원(62) 및 정합기(66)를 구비하지 않아도 된다. 이 경우에는, 바이어스 전원(64)은 일례의 플라즈마 생성부를 구성한다.
일 실시 형태에 있어서, 전기 바이어스는 펄스 모양의 전압(펄스 전압)이어도 된다(도 6 참조). 이 경우, 바이어스 전원은 직류 전원이어도 된다. 바이어스 전원은 전원 자체가 펄스 전압을 공급하도록 구성되어 있어도 되고, 바이어스 전원의 하류측에 전압을 펄스화하는 디바이스를 구비하도록 구성되어도 된다. 일례에서는, 펄스 전압은 기판(W)에 음의 전위가 생기도록 기판 지지기(14)(하부 전극(18) 또는 바이어스 전극(118))에 주어진다. 펄스 전압은 직사각형파여도 되고, 삼각파여도 되며, 임펄스여도 되고, 또는 그 외의 파형을 가지고 있어도 된다.
펄스 전압의 주기는, 제2 주파수로 규정된다. 펄스 전압의 주기는 두 개의 기간을 포함한다. 두 개의 기간 중 일방의 기간에 있어서의 펄스 전압은, 음극성의 전압이다. 두 개의 기간 중 일방의 기간에 있어서의 전압의 레벨(즉, 절대값)은, 두 개의 기간 중 타방의 기간에 있어서의 전압의 레벨(즉, 절대값)보다도 높다. 타방이 기간에 있어서의 전압은, 음극성, 양극성 중 어느 것이어도 된다. 타방이 기간에 있어서의 음극성의 전압의 레벨은, 제로보다도 커도 되고, 제로여도 된다. 이 실시 형태에 있어서, 바이어스 전원(64)은 로우패스 필터 및 전극 플레이트(16)를 통해서 하부 전극(18)에 접속된다. 또한, 바이어스 전원(64)은 하부 전극(18)을 대신하여, 정전 척(20) 내에 마련된 바이어스 전극(118)에 접속되어도 된다(도 2 참조).
일 실시 형태에 있어서, 바이어스 전원(64)은 전기 바이어스의 연속파를 하부 전극(18)에 주어도 된다. 즉, 바이어스 전원(64)은 전기 바이어스를 연속적으로 하부 전극(18)에 주어도 된다.
다른 실시 형태에 있어서, 바이어스 전원(64)은 전기 바이어스의 펄스파를 하부 전극(18)에 주어도 된다. 전기 바이어스의 펄스파는, 주기적으로 하부 전극(18)에 줄 수 있다. 전기 바이어스의 펄스파의 주기는, 제3 주파수로 규정된다. 제3 주파수는 제2 주파수보다도 낮다. 제3 주파수는, 예를 들면 1Hz 이상, 200kHz 이하이다. 다른 예에서는, 제3 주파수는 5Hz 이상, 100kHz 이하이어도 된다.
전기 바이어스의 펄스파의 주기는, 두 개의 기간, 즉 H 기간 및 L 기간을 포함한다(도 5 참조). H 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨(즉, 전기 바이어스의 펄스의 레벨)은, L 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨보다도 높다. 즉, 전기 바이어스의 레벨이 증감됨으로써, 전기 바이어스의 펄스파가 하부 전극(18)에 주어져도 된다. L 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨은, 제로보다도 커도 된다. 혹은, L 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨은 제로여도 된다. 즉, 전기 바이어스의 펄스파는, 전기 바이어스의 하부 전극(18)으로의 공급과 공급 정지를 교대로 전환함으로써, 하부 전극(18)에 주어져도 된다. 여기서, 전기 바이어스가 고주파 전력(LF)인 경우에는, 전기 바이어스의 레벨은, 고주파 전력(LF)의 전력 레벨이다. 전기 바이어스가 고주파 전력(LF)인 경우에는, 전기 바이어스의 펄스에 있어서의 고주파 전력(LF)의 레벨은, 2kW 이상이어도 된다. 전기 바이어스가 음극성의 직류 전압의 펄스파인 경우에는, 전기 바이어스의 레벨은 음극성의 직류 전압의 절대값의 실효값이다. 전기 바이어스의 펄스파의 듀티비, 즉, 전기 바이어스의 펄스파의 주기에 있어서 H 기간이 차지하는 비율은, 예를 들면 1% 이상, 80% 이하이다. 다른 예에서는, 전기 바이어스의 펄스파의 듀티비는 5% 이상 50% 이하여도 된다. 혹은, 전기 바이어스의 펄스파의 듀티비는, 50% 이상, 99% 이하여도 된다.
일 실시 형태에 있어서, 고주파 전원(62)은 고주파 전력(HF)의 연속파를 공급해도 된다. 즉, 고주파 전원(62)은 고주파 전력(HF)을 연속적으로 공급해도 된다.
다른 실시 형태에 있어서, 고주파 전원(62)은 고주파 전력(HF)의 펄스파를 공급해도 된다. 고주파 전력(HF)의 펄스파는 주기적으로 공급될 수 있다. 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기는, 제4 주파수로 규정된다. 제4 주파수는 제2 주파수보다도 낮다. 일 실시 형태에 있어서, 제4 주파수는 제3 주파수와 동일하다. 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기는, 두 개의 기간, 즉 H 기간 및 L 기간을 포함한다. H 기간에 있어서의 고주파 전력(HF)의 전력 레벨은, 두 개의 기간 중 L 기간에 있어서의 고주파 전력(HF)의 전력 레벨보다도 높다. L 기간에 있어서의 고주파 전력(HF)의 전력 레벨은, 제로보다도 커도 되고, 제로여도 된다.
또한, 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기는, 전기 바이어스의 펄스파의 주기와 동기하고 있어도 된다. 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간은, 전기 바이어스의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간과 동기하고 있어도 된다. 혹은, 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간은, 전기 바이어스의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간과 동기하고 있지 않아도 된다. 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간의 시간 길이는, 전기 바이어스의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간의 시간 길이와 동일해도 되고, 달라도 된다.
플라즈마 처리 장치(1)에 있어서 플라즈마 처리가 행해지는 경우에는, 가스가 가스 공급부로부터 내부 공간(10s)에 공급된다. 또, 고주파 전력(HF) 및/또는 전기 바이어스가 공급됨으로써, 상부 전극(30)과 하부 전극(18)의 사이에서 고주파 전계가 생성된다. 생성된 고주파 전계가 내부 공간(10s) 안의 가스로부터 플라즈마를 생성한다.
플라즈마 처리 장치(1)는 제어부(80)를 더 구비할 수 있다. 제어부(80)는 프로세서, 메모리 등의 기억부, 입력 장치, 표시 장치, 신호의 입출력 인터페이스 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(80)는 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 제어한다. 제어부(80)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(1)를 관리하기 위해서 커멘드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또, 제어부(80)에서는, 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 격납되어 있다. 제어 프로그램은 플라즈마 처리 장치(1)에서 각종 처리를 실행하기 위해서, 프로세서에 의해서 실행된다. 프로세서는 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라서 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 제어한다.
또한, 플라즈마 처리 공간에 있어서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP；Capacitively Coupled Plasma) 외에, 유도 결합 플라즈마(ICP；Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron－Cyclotron－resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP：Helicon Wave Plasma), 또는 표면파 플라즈마(SWP：Surface Wave Plasma) 등이어도 된다. 또, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 다양한 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 된다. 일 실시 형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는, 100kHz~10GHz의 범위 내의 주파수를 가진다. 따라서, AC 신호는 RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일 실시 형태에 있어서, RF신호는 200kHz~150MHz의 범위 내의 주파수를 가진다.
도 2는 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되는 기판 지지기(14)의 다른 예의 부분 확대도이다. 기판 지지기(14)는 전극 플레이트(16), 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 포함한다. 정전 척(20)의 상면은 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역인 기판 지지면(111a)과, 에지링(25)을 지지하기 위한 고리 모양 영역(111b)을 가진다. 고리 모양 영역(111b)은 기판 지지면(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 기판 지지면(111a)에 배치되고, 에지링(25)은 기판 지지면(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 고리 모양 영역(111b) 상에 배치된다. 정전 척(20)은 하부 전극(18) 상에 배치된다. 정전 척(20)의 상면은 기판(W)을 지지하는 기판 지지면을 가진다.
정전 척(20)은 그 내부에, 척 전극(120) 및 바이어스 전극(118)을 포함한다. 척 전극(120)은 기판 지지면(111a)과 하부 전극(18)의 사이에 마련된 전극(120a)을 가진다. 전극(120a)은 기판 지지면(111a)의 형상에 대응하는 평면 모양의 전극이어도 된다. 또, 척 전극(120)은 에지링(25)과 하부 전극(18)의 사이에 마련된 전극(120b 및 120c)을 가져도 된다. 전극(120b 및 120c)은 링 어셈블리(112)의 형상에 대응하는 고리 모양의 전극이어도 된다. 전극(120c)은 전극(120b)의 외측에 마련된다. 또한, 전극(120b 및 120c)은 쌍극형 정전 척을 구성해도 된다. 또, 전극(120a, 120b 및 120c)은 일체로 구성되어도 된다. 직류 전원(20p)은 전극(120a, 120b 및 120c)에 각각 상이한 직류 전압을 인가하도록 구성되어 되고, 또, 동일한 직류 전압을 인가하도록 구성되어도 된다.
바이어스 전극(118)은 전극(120a)(또는 기판 지지면(111a))과 하부 전극(18)의 사이에 마련된 전극(118a)을 가진다. 전극(118a)은 기판 지지면(111a) 및/또는 전극(120a)의 형상에 대응하는 평면 모양의 전극이어도 된다. 또, 바이어스 전극(118)은 에지링(25)과 하부 전극(18)의 사이에 마련되는 전극(118b)을 가져도 된다. 또, 도시는 생략하지만, 기판 지지기(14)는 정전 척(114), 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 1개를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온조 모듈을 포함해도 된다. 온조 모듈은 히터, 전열 매체, 유로, 또는 이들의 조합을 포함해도 된다. 유로에는 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 또, 기판 지지기(14)는 기판(W)의 이면과 기판 지지면(111a)의 사이 및/또는 에지링(25)과 고리 모양 영역(111b)의 사이에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함해도 된다.
＜기판(W)의 일례＞
도 3은 기판(W)의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다. 기판(W)은 본 처리 방법이 적용될 수 있는 기판의 일례이다. 기판(W)은, 본 처리 방법에 있어서의 피에칭막의 일례인 실리콘 함유막(SF)을 가진다. 기판(W)은 하지(下地)막(UF) 및 마스크막(MK)을 가져도 된다. 도 3에 나타내는 것처럼, 기판(W)은 하지막(UF), 실리콘 함유막(SF) 및 마스크막(MK)이 이 순서로 적층되어 형성되어도 된다.
하지막(UF)은 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 유기막, 유전체막, 금속막, 반도체막 등이어도 된다. 또, 하지막(UF)은 실리콘 웨이퍼여도 된다. 또, 하지막(UF)은 복수의 막이 적층되어 구성되어도 된다.
실리콘 함유막(SF)은 실리콘 함유 유전체막일 수 있다. 실리콘 함유 유전체막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 실리콘 함유 유전체막은 실리콘을 함유하는 막이면, 다른 막종을 갖는 막이어도 된다. 또, 실리콘 함유막(SF)은 실리콘막(예를 들면 다결정 실리콘막)을 포함하고 있어도 된다. 또, 실리콘 함유막(SF)은 실리콘 질화막, 다결정 실리콘막, 탄소 함유 실리콘막, 및 저유전율막 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다. 탄소 함유 실리콘막은 SiC막 및/또는 SiOC막을 포함할 수 있다. 저유전율막은 실리콘을 함유하며, 층간 절연막으로서 이용될 수 있다. 또, 실리콘 함유막(SF)은 서로 다른 두 개 이상의 실리콘 함유막을 포함하고 있어도 된다. 두 개 이상의 실리콘 함유막은, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 포함하고 있어도 된다. 실리콘 함유막(SF)은, 예를 들면, 교대로 적층된 하나 이상의 실리콘 산화막 및 하나 이상의 실리콘 질화막을 포함하는 다층막이어도 된다. 실리콘 함유막(SF)은 교대로 적층된 복수의 실리콘 산화막 및 복수의 실리콘 질화막을 포함하는 다층막이어도 된다. 혹은, 두 개 이상의 실리콘 함유막은, 실리콘 산화막 및 실리콘막을 포함하고 있어도 된다. 실리콘 함유막(SF)은, 예를 들면, 교대로 적층된 하나 이상의 실리콘 산화막 및 하나 이상의 실리콘막을 포함하는 다층막이어도 된다. 실리콘 함유막(SF)은 교대로 적층된 복수의 실리콘 산화막 및 복수의 다결정 실리콘막을 포함하는 다층막이어도 된다. 혹은, 두 개 이상의 실리콘 함유막은, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 실리콘막을 포함하고 있어도 된다.
마스크막(MK)은 실리콘 함유막(SF) 상에 마련되어 있다. 마스크막(MK)은 공정 ST2에 있어서 실리콘 함유막(SF)의 에칭 레이트보다도 낮은 에칭 레이트를 갖는 재료로 형성된다. 마스크막(MK)은 유기 재료로 형성될 수 있다. 즉, 마스크막(MK)은 탄소를 함유해도 된다. 마스크막(MK)은, 예를 들면, 어모퍼스 카본막, 포토레지스트막, 또는 스핀 온 카본막(SOC막)으로 형성될 수 있다. 혹은, 마스크막(MK)은 실리콘 함유 반사 방지막과 같은 실리콘 함유막으로 형성되어도 된다. 혹은, 마스크막(MK)은 질화 티탄, 텅스텐, 탄화 텅스텐과 같은 금속 함유 재료로 형성된 금속 함유 마스크여도 된다.
기판(W)은, 일례에서는, 실리콘 함유막(SF)으로서, 하지막(UF) 상에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 적층된 적층막을 가져도 된다. 또, 기판(W)은, 일례에서는, 해당 실리콘 질화막 상에, 마스크막(MK)으로서 다결정 실리콘막, 붕화 실리콘 또는 탄화 텅스텐을 가져도 된다. 또, 마스크막(MK)은 다결정 실리콘막, 붕화 실리콘 또는 탄화 텅스텐을 포함하는 다층 레지스트여도 된다. 해당 다층 레지스트는, 일례에서는, 다결정 실리콘막 상에, 하드 마스크를 포함하는 마스크를 가진다. 하드 마스크는, 일례에서는, 실리콘 산화막(TEOS막)을 가진다. 해당 적층막에 포함되는 실리콘 질화막은, 하드 마스크를 마스크로 하여 에칭되어도 되고, 또, 해당 적층막에 포함되는 실리콘 산화막은, 다결정 실리콘막을 마스크로 하여 에칭되어도 된다.
마스크막(MK)은 실리콘 함유막(SF) 상에 적어도 1개의 개구(OP)를 규정하도록 패터닝되어 있다. 즉, 마스크막(MK)은, 공정 ST2에 있어서 실리콘 함유막(SF)을 에칭하기 위한 패턴을 가지고 있다. 마스크막(MK)의 패턴에 의해 규정되는 개구(OP)의 형상에 기초하여, 실리콘 함유막(SF)에 홀 또는 트렌치 등의 오목부가 형성된다. 공정 ST2에 있어서 실리콘 함유막(SF)에 형성되는 오목부의 애스펙트비는 20 이상이어도 되고, 30 이상, 40 이상, 또는 50 이상이어도 된다. 또한, 마스크막(MK)은 라인 앤드 스페이스 패턴을 가지고 있어도 된다.
도 4는 하나의 예시적 실시 형태에 따른 에칭 방법(이하 「본 처리 방법」이라고도 함.)을 나타내는 순서도이다. 본 처리 방법은, 예를 들면, 도 1 및 도 2에 나타내는 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 기판(W)에 대해서 실행된다.
도 5는 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 5는 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스로서 모두 펄스파를 이용하는 예이다. 즉, 일례로서, 고주파 전력(HF)은 H 기간에 있어서 전기 펄스를 갖는 펄스파이다. 또, 전기 바이어스는 H 기간에 있어서 전기 펄스를 갖는 펄스파이다. 도 5에 있어서, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 5에 있어서, 세로축은 고주파 전력(HF)의 전력 레벨(일례로서, 고주파 전력(HF)의 전력의 실효값) 및 전기 바이어스의 전압 레벨(일례로서, 전기 바이어스의 전압의 절대값의 실효값)을 나타낸다. 고주파 전력(HF)의 「L1」은, 고주파 전력(HF)이 공급되고 있지 않거나, 또는 「H1」로 나타내는 전력 레벨보다도 낮은 것을 나타낸다. 전기 바이어스의 「L2」는, 전기 바이어스가 공급되고 있지 않거나, 또는 「H2」로 나타내는 전압 레벨보다도 낮은 것을 나타낸다.
도 6은 전기 바이어스(펄스파)의 전기 펄스를 구성하는 펄스 전압의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 6에 있어서, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 6에 있어서, 세로축은 전기 펄스를 구성하는 펄스 전압의 전압값을 나타낸다. 본 실시 형태에 있어서, H 기간에 있어서의 전기 바이어스의 전압(즉, 전기 바이어스를 구성하는 펄스 전압)은 음극성의 전압이다. 또한, 도 5의 고주파 전력(HF)의 전력 레벨 및 전기 바이어스의 전압 레벨의 크기는, 양자의 상대적인 관계를 나타내는 것이 아니라, 임의로 설정되어도 된다. 도 5는 일례로서, 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기가, 전기 바이어스의 펄스파의 주기와 동기하고, 또한 고주파 전력(HF)의 펄스파의 H 기간 및 L 기간의 시간 길이와, 전기 바이어스의 펄스파의 H 기간 및 L 기간의 시간 길이가 동일하다. 일례에 있어서, 고주파 전력(HF)의 펄스파의 H 기간 및 L 기간의 시간 길이와, 전기 바이어스의 펄스파의 H 기간 및 L 기간의 시간 길이가 오프셋되어도 된다. 일례에 있어서, 고주파 전력(HF)의 펄스파는, 전기 바이어스의 펄스파와 역위상이어도 된다.
이하, 도 4에 나타내는 본 처리 방법을 도 3에 나타내는 기판(W)에 대해서 실행하는 예를, 각 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 예에서는, 도 1에 나타내는 제어부(80)가, 플라즈마 처리 장치(1)의 각부를 제어하여, 본 처리 방법이 실행된다.
(공정 ST1：기판의 준비)
공정 ST1에 있어서, 기판(W)을 챔버(10)의 내부 공간(10s) 내에 준비한다. 내부 공간(10s) 내에 있어서, 기판(W)은 기판 지지기(14)의 기판 지지면(111a)에 배치되고, 정전 척(114)에 의해 유지된다. 기판(W)의 각 구성을 형성하는 프로세스의 적어도 일부는, 내부 공간(10s) 내에서 행해져도 된다. 또, 기판(W)의 각 구성의 전부 또는 일부가 플라즈마 처리 장치(1)의 외부의 장치 또는 챔버에서 형성된 후, 기판(W)이 내부 공간(10s) 내에 반입되어, 기판 지지면(111a)에 배치되어도 된다.
(공정 ST2：에칭의 실행)
공정 ST2에 있어서, 기판(W)의 실리콘 함유막(SF)을 에칭한다. 공정 ST2는 처리 가스를 공급하는 공정(공정 ST21)과, 고주파 전력을 공급하는 공정(공정 ST22)과, 전기 바이어스를 인가하는 공정을 포함한다. 공정 ST2에 있어서, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마 중의 화학종(이온, 래디칼 등)에 의해, 실리콘 함유막(SF)이 에칭된다. 일례로서, 해당 화학종은 불화 수소의 화학종(HF종)이다. 또한, 공정 ST21로부터 ST23가 실행되는 순서는, 이 순서로 한정되지 않는다. 또, 공정 ST21부터 ST23은, 동시에 또는 병행하여 실행되어도 된다.
공정 ST21에 있어서, 처리 가스가 챔버(10) 내에 공급된다. 처리 가스는 기판(W)에 형성된 피에칭막을 에칭하기 위해서 이용되는 가스이다. 처리 가스의 종류는 피에칭막의 재료, 마스크막의 재료, 하지막의 재료, 마스크막이 갖는 패턴, 에칭의 깊이 등에 기초하여 적절히 선택되어도 된다.
공정 ST21에 있어서 이용되는 처리 가스는, HF종을 생성하는 가스종을 포함한다. 처리 가스는 HF종을 생성하는 가스종의 일례로서, HF 가스(불화 수소 가스)를 포함할 수 있다. HF종을 생성하는 가스종은, 다른 예에서는, H2 및 CsHtFu(s 및 u는 양의 정수, t는 0 이상의 정수), 또는 CxHyFz(x, y 및 z는 양의 정수)여도 된다. 또, 처리 가스는 HF종을 생성하는 가스 외에, 불소 그 외의 할로젠 원소를 포함하는 가스를 포함해도 된다. 처리 가스는 적어도 하나의 할로젠 함유 분자를 포함할 수 있다. 처리 가스는 적어도 하나의 할로젠 함유 분자로서, 플루오로카본 또는 하이드로 플루오로카본 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 플루오로카본은, 예를 들면 CF4, C3F8, C4F6, 또는 C4F8 중 적어도 하나이다. 하이드로 플루오로카본은, 예를 들면 CH2F2, CHF3, 또는 CH3F 중 적어도 하나이다. 하이드로 플루오로카본은 두 개 이상의 탄소를 포함하고 있어도 된다. 또, 하이드로 플루오로카본은 세 개의 탄소, 또는 네 개의 탄소를 포함하고 있어도 된다. 하이드로 플루오로카본은, 예를 들면, C2HF5, C2H2F4, C2H3F3, C2H4F2, C3HF7, C3H2F2, C3H2F6, C3H2F4, C3H3F5, C4H5F5, C4H2F6, C5H2F10 및 c－C5H3F7로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이어도 된다. 일례에서는, 탄소 함유 가스는, C4F8, C3H2F4 및 C4H2F6로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다. 처리 가스가 플루오로카본 및/또는 하이드로 플루오로카본을 포함하면, 플라즈마 중에 있어서 불소의 화학종이 생성되어, 불화 수소의 화학종과 함께, 실리콘 함유막(SF)의 에칭을 촉진한다. 또, 플라즈마 중에 있어서, 플루오로카본 및/또는 하이드로 플루오로카본로부터 생성되는 탄소의 화학종은, 마스크막(MK)을 보호하는 효과를 가진다.
또, 할로젠 함유 분자는 탄소를 함유하지 않아도 된다. 할로젠 함유 분자는 예를 들면, 삼불화 질소 가스(NF3 가스) 또는 육불화 황 가스(SF6 가스)이다. 또, 처리 가스는 불소 이외의 할로젠 원소를 함유하는 할로젠 함유 가스를 더 포함하고 있어도 된다. 할로젠 함유 가스는, 예를 들면, Cl2, SiH2Cl2, SiCl4, Si2Cl6, CHCl3, CCl4 및 BCl3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 일종이다. 또, 일례로, 할로젠 함유 가스는 HBr, NF3이어도 된다.
공정 ST21에 있어서 이용되는 처리 가스는, 적어도 하나의 인 함유 분자를 더 포함할 수 있다. 인 함유 분자는 십산화 사인(P4O10), 팔산화 사인(P4O8), 육산화 사인(P4O6) 등의 산화물이어도 된다. 십산화 사인은 오산화 이인(P2O5)으로 불리는 경우가 있다. 인 함유 분자는 삼불화 인(PF3), 오불화 인(PF5), 삼염화 인(PCl3), 오염화 인(PCl5), 삼브로민화 인(PBr3), 오브로민화 인(PBr5), 아이오딘화 인(PI3)과 같은 할로젠화물(할로젠화 인)이어도 된다. 즉, 인을 포함하는 분자는 불화 인 등, 할로젠 원소로서 불소를 포함해도 된다. 혹은, 인을 포함하는 분자는, 할로젠 원소로서 불소 이외의 할로젠 원소를 포함해도 된다. 인 함유 분자는 불화 포스포릴(POF3), 염화 포스포릴(POCl3), 브로민화 포스포릴(POBr3)과 같은 할로젠화 포스포릴이어도 된다. 인 함유 분자는 포스핀(PH3), 인화 칼슘(Ca3P2 등), 인산(H3PO4), 인산 나트륨(Na3PO4), 헥사플루오로 인산(HPF6) 등이어도 된다. 인 함유 분자는 플루오로포스핀류(HxPFy)여도 된다. 여기서, x와 y의 합은, 3 또는 5이다. 플루오로포스핀류로서는, HPF2, H2PF3가 예시된다. 처리 가스는 적어도 하나의 인 함유 분자로서, 상기의 인 함유 분자 중 하나 이상의 인 함유 분자를 포함할 수 있다. 예를 들면, 처리 가스는 적어도 하나의 인 함유 분자로서, PF3, PCl3, PF5, PCl5, POCl3, PH3, PBr3, 또는 PBr5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 처리 가스에 포함되는 각 인 함유 분자가 액체 또는 고체인 경우, 각 인 함유 분자는 가열 등에 의해서 기화되어 챔버(10) 내에 공급될 수 있다.
공정 ST21에 있어서 이용되는 처리 가스는, 탄소 및 수소를 더 포함해도 된다. 처리 가스는 수소를 포함하는 분자로서, H2, 탄화 수소(CxHy), 하이드로 플루오로카본(CxHyFz), 또는 NH3 중 적어도 하나를 포함하고 있어도 된다. 탄화 수소는, 예를 들면 CH4 또는 C3H6이다. 여기서, x 및 y의 각각은 양의 정수이다. 처리 가스는 탄소를 포함하는 분자로서, 플루오로카본 또는 탄화 수소(예를 들면 CH4)를 포함하고 있어도 된다. 처리 가스는 산소를 더 포함하고 있어도 된다. 처리 가스는, 예를 들면 O2를 포함하고 있어도 된다. 혹은, 처리 가스는 산소를 포함하고 있지 않아도 된다.
공정 ST21에 있어서 이용되는 처리 가스는, 인 함유 가스, 불소 함유 가스, 및 불화 수소, 수소(H2), 암모니아, 및 탄화 수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 함유하는 수소 함유 가스를 포함해도 된다. 불소 함유 가스는 플루오로카본 및/또는 하이드로 플루오로카본이어도 된다. 또, 처리 가스는 인 함유 가스, 불소 함유 가스, 하이드로플루오로카본 가스, 및 불소 이외의 할로젠 원소를 함유하는 할로젠 함유 가스여도 된다. 불소 함유 가스는, 예를 들면 삼불화 질소 가스(NF3 가스) 또는 육불화 황 가스(SF6 가스)이다.
공정 ST22에 있어서, 하부 전극(18)에 고주파 전력(HF)이 공급된다. 고주파 전력(HF)은, 예를 들면, 도 5에 나타내는 것처럼, H 기간에 있어서 L 기간보다도 높은 전력 레벨을 가지며, H 기간에 있어서 전기 펄스를 갖는 펄스파이다. 또, 고주파 전력(HF)(펄스파)의 각 펄스를 구성하는 고주파는, 예를 들면, 27MHz에서 100MHz의 주파수를 가진다. 고주파 전력(HF)이 예를 들면, 하부 전극(18)에 공급되면, 챔버(10) 내에 공급된 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 다른 실시 형태에 있어서, 고주파 전력(HF)은 상부 전극(샤워 헤드)(30)에 공급되어도 된다.
공정 ST23에 있어서, 바이어스 전극(118)에 전기 바이어스가 공급된다. 전기 바이어스는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 것처럼, H 기간에 있어서, L 기간보다도 높은 전압 레벨을 가지며, H 기간에 있어서 전기 펄스를 갖는 펄스파이다. 일례에서는, 해당 펄스파의 주파수는 5kHz에서 100kHz이다. 또, 도 6에 나타내는 것처럼, 전기 펄스는 소정의 주파수로 반복되는 펄스 모양의 전압(펄스 전압)으로 이루어진다. 일례에서는, 해당 소정의 주파수는 400kHz이다. 펄스 전압은 직사각형파여도 되고, 삼각파여도 되며, 임펄스여도 되고, 또는 그 외의 파형을 가지고 있어도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 펄스 전압은, H 기간에 있어서 음전압을 가진다. 또, 펄스 전압은 L 기간에 있어서, H 기간보다도 높은 전압을 가진다. 해당 전압은 양전압, 음전압, 제로 전압 중 어느 것이어도 된다.
H 기간에 있어서, 하부 전극(18)에 고주파 전력(HF)이 공급되어 플라즈마가 생성되고, 그리고 바이어스 전극(118)에 전기 바이어스가 인가되면, 양이온 등의 플라즈마 중에서 양으로 대전된 활성종이, 기판 지지면(111a)에 배치된 기판(W)으로 끌여들여진다. 그리고, 해당 활성종은 마스크막(MK)에 형성된 개구(OP)를 통과하여, 실리콘 함유막(SF)에 충돌한다. 이것에 의해, 실리콘 함유막(SF) 중, 개구(OP)에 있어서 노출된 부분이 에칭되어 실리콘 함유막(SF)에 있어서 오목부 또는 개구가 형성된다.
이하, 본 처리 방법의 실시예에 대해 설명한다.
＜실시예 1＞
실시예 1에서는, 이하의 조건으로, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막을 10분간 에칭했다.
처리 가스：HF, PF3, Cl2, HBr, NF3, CH2F2
고주파 전력(HF)：40MHz, 3300W
전기 바이어스：400kHz, 6000V
＜참고예 1＞
또, 참고예로서, 실시예 1의 전기 바이어스를 대신하여 고주파 전력(LF)을 이용하여 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막을 10분간 에칭했다. 다른 조건은 실시예 1과 마찬가지이다.
처리 가스：HF, PF3, Cl2, HBr, NF3, CH2F2
고주파 전력(HF)：40MHz, 3300W
고주파 전력(LF)：400kHz, 14000W
도 7은 실시예 1의 조건으로 실리콘 함유막(SF)(실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막)을 에칭한 후의 기판(W)의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 또, 도 8은 참고예 1의 실리콘 함유막(SF)(실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막)을 에칭한 후의 기판(W)의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 7에 나타내는 것처럼, 실시예 1에서는, 오목부(RC)의 수직성이 양호하고(구부러짐이 적고), 오목부(RC)의 하단에 있어서도 충분한 폭을 갖는 오목부를 얻을 수 있었다. 다른 한편으로, 도 8에 나타내는 것처럼, 참고예 1에서는, 오목부(RC)의 구부러짐이 실시예 1에 비해 크고, 또, 하지막(UF)까지 도달하지 않는 오목부(RC)가 존재하는 등, 특히 오목부(RC)의 하단 부근에서 폭이 좁아지는 결과가 되었다. 이상의 결과를, 구체적인 수치로 설명한다.
도 9는 오목부(RC)의 단면 형상의 평가 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 있어서, 중심 기준선(CL)은 마스크막(MK)의 하면 또는 실리콘 함유막(SF)의 상면에 있어서의 오목부(RC)의 폭의 중점(MP)을 통과하는 선이다. 중심 기준선(CL)으로부터의 중점(MP)의 시프트양을 오목부(RC)의 깊이 방향을 따라서 측정함으로써, 오목부(RC)의 형상을 평가할 수 있다. 예를 들면, 해당 시프트양에 의해서, 실리콘 함유막(SF)에 형성된 오목부(RC)의 구부러짐이나 비틀림을 평가할 수 있다.
도 10은 실시예 1 및 참고예 1에 대해서, 오목부(RC)의 단면 형상의 구부러짐의 정도를 나타낸 그래프이다. 구체적으로는, 도 10은 실시예 1에 의해 실리콘 함유막(SF)(실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막)을 에칭하여 얻어진 오목부(RC)의 폭의 중점(MP)의 중심 기준선(CL)으로부터의 시프트양과, 참고예 1에 의해 실리콘 함유막(SF)(실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막)을 에칭하여 얻어진 오목부(RC)의 폭의 중점(MP)의 중심 기준선(CL)으로부터의 시프트양을 나타낸 그래프이다. 도 10에 있어서, 세로축은 실리콘 함유막(SF)의 오목부(RC)의 깊이를 나타낸다. 또, 가로축은 오목부(RC)의 폭의 중점(MP)의 중심 기준선(CL)으로부터의 시프트양을 나타낸다. 도 10에 나타내는 것처럼, 실시예 1에서는, 중심 기준선(CL)에 대한 중점(MP)의 시프트는, 최대 약 5nm정도이다. 다른 한편으로, 참고예 1에서는, 특히 깊이 약 3μm 이후에 있어서, 중점(MP)이 중심 기준선(CL)으로부터 크게 시프트하여, 오목부(RC)의 단면 형상이 크게 구부러지는 결과가 되었다.
도 11은 실시예 1 및 참고예 1에 대해서, 오목부(RC)의 폭(CD)을 나타낸 표이다. 도 11에 나타내는 것처럼, 실시예 1에서는, 마스크막(MK) 부근(즉, 오목부(RC)의 상단 부근)과 비교하면, 하지막(UF) 부근(즉, 오목부(RC)의 하단 부근)에 있어서, 오목부(RC)의 폭의 감소가 억제되어 있었다. 다른 한편으로, 참고예 1에서는, 마스크막(MK) 부근(즉, 오목부(RC)의 상단 부근)과 비교하여, 하지막(UF) 부근(즉, 오목부(RC)의 하단 부근)에 있어서, 오목부(RC)의 폭이 크게 감소했다.
＜실시예 2＞
실시예 2에서는, 이하의 조건으로, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막을 10분간 에칭했다.
처리 가스：HF, C4F8
고주파 전력(HF)：40MHz, 5500W
전기 바이어스：400kHz, 6000V
＜참고예 2＞
또, 참고예로서, 실시예 2의 전기 바이어스를 대신하여 고주파 전력(LF)을 이용하여 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막을 10분간 에칭했다. 다른 조건은 실시예 1과 같다.
처리 가스：HF, C4F8
고주파 전력(HF)：40MHz, 5500W
고주파 전력(LF)：400kHz, 10000W
실시예 2 및 참고예 2에서 에칭한 실리콘 함유막(SF)(실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막)의 단면을 확인했는데, 실시예 2에서는, 실시예 1(도 7)과 마찬가지로, 오목부(RC)의 수직성이 양호하고(구부러짐이 적고), 오목부(RC)의 하단에 있어서도 충분한 폭을 갖는 오목부를 얻을 수 있었다. 다른 한편으로, 참고예 2에서는, 참고예 1(도 8 및 도 10)과 마찬가지로, 오목부(RC)의 깊이가 깊어짐에 따라서, 오목부(RC)의 구부러짐이 커지는 결과가 되었다. 또, 참고예 1에서는, 하지막(UF)까지 도달하지 않은 오목부(RC)가 존재하는 등, 특히 오목부(RC)의 하단 부근에서 오목부(RC)의 폭이 좁아지는 결과가 되었다.
이상의 각 실시 형태는, 설명의 목적으로 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 취지로부터 일탈하는 일 없이 다양한 변형을 이룰 수 있다. 예를 들면, 본 처리 방법은 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치(1) 이외에도, 유도 결합형 플라즈마나 마이크로파 플라즈마 등, 임의의 플라즈마원을 이용한 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행할 수 있다.
1…플라즈마 처리 장치 10…챔버
10s…내부 공간 12…챔버 본체
14…기판 지지기 16…전극 플레이트
18…하부 전극 20…정전 척
30…상부 전극 50…배기 장치
62…고주파 전원 64…바이어스 전원
80…제어부 SF…실리콘 함유막
MK…마스크막 OP…개구
PF…보호막 RC…오목부
UF…하지막 W…기판

Claims (8)

  1. 플라즈마 처리 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는
    챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되고, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기,
    를 구비하고, 상기 에칭 방법은,
    상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하는 공정과,
    불화 수소 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 공정과,
    제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하는 공정과,
    상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함하는 에칭 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리 가스는 인 함유 가스를 더 포함하는, 에칭 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인 함유 가스는 PF3, PCl3, PF5, PCl5, POCl3, PH3, PBr3 및 PBr5로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 CxHyFz(x 및 z는 1 이상의 정수이며, y는 0 이상의 정수임.)를 더 포함하는, 에칭 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 할로젠 원소 함유 가스를 더 포함하는, 에칭 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 전압은 음전압인, 에칭 방법.
  7. 플라즈마 처리 장치에 있어서 피에칭막을 에칭하는 에칭 방법으로서,
    상기 플라즈마 처리 장치는,
    챔버와,
    상기 챔버 내에 마련되고, 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지기,
    를 구비하고, 상기 에칭 방법은
    상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하는 공정과,
    수소 및 불소를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하는 공정과,
    제1 주파수를 갖는 고주파에 의해, 상기 챔버 내에 상기 처리 가스로부터 불화 수소의 화학종을 포함하는 플라즈마를 생성하는 공정과,
    상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는 인가 공정을 포함하는 에칭 방법.
  8. 피에칭막을 에칭하는 에칭 장치로서,
    챔버, 상기 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부, 및 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는
    상기 피에칭막을 갖는 기판을 상기 기판 지지기에 배치하고,
    불화 수소 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
    상기 기판 지지기에, 제1 주파수를 갖는 고주파에 의해 상기 챔버 내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하고,
    상기 제1 주파수보다도 낮은 제2 주파수로, 펄스 전압을 주기적으로 상기 기판 지지기에 인가하는,
    제어를 실행하는, 에칭 장치.
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