KR20240004206A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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모토이 다카하시
류타로 스다
마주 도무라
요시히데 기하라
다카토시 오루이
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 기판 처리 방법이 제공된다. 기판 처리 방법은 챔버 내의 기판 지지기 상에 유전체막을 갖는 기판을 준비하는 공정과, HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 유전체막을 에칭하는 공정을 포함하고, 에칭하는 공정에 있어서, 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, HF 가스의 유량은 상기 CxHyFz 가스의 유량보다도 많다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
본 개시의 예시적 실시 형태는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는 실리콘 산화막을 에칭하는 기술이 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2016－122774호
본 개시는 마스크 에칭에 대한 유전체막의 에칭의 선택비를 향상시키는 기술을 제공한다.
본 개시의 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 챔버 내의 기판 지지기 상에 유전체막을 갖는 기판을 준비하는 공정과, HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 상기 유전체막을 에칭하는 공정을 포함하고, 상기 에칭하는 공정에 있어서, 상기 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, 상기 HF 가스의 유량은 상기 CxHyFz 가스의 유량보다도 많은, 기판 처리 방법이 제공된다.
본 개시의 하나의 예시적 실시 형태에 의하면, 마스크 에칭에 대한 유전체막의 에칭의 선택비를 향상시키는 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 기판 처리 장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3은 기판 처리 시스템(PS)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 기판(W)의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 에칭 후의 마스크막(MK)의 형상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 에칭의 온도 의존성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 스텝 ST22에 있어서의 기판(W)의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 실험 1의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 실험 2의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 실험 2의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 실험 3의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 실험 3의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 실험 4의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 각 실시 형태에 대해 설명한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 기판 처리 방법이 제공된다. 기판 처리 방법은 챔버 내의 기판 지지기 상에 유전체막을 갖는 기판을 준비하는 공정과, HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 유전체막을 에칭하는 공정을 포함하고, 에칭하는 공정에 있어서, 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, HF 가스의 유량은 상기 CxHyFz 가스의 유량보다도 많다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, CxHyFz 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, HF 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량에 대해서 70체적% 이상이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 반응 가스는 할로젠 함유 가스를 더 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 할로젠 함유 가스는 염소 함유 가스, 브로민 함유 가스 및 요오드 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 할로젠 함유 가스는 Cl2, SiCl2, SiCl4, CCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6, CHCl3, SO2Cl2, BCl3, PCl3, PCl5, POCl3, Br2, HBr, CBr2F2, C2F5Br, PBr3, PBr5, POBr3, BBr3, HI, CF3I, C2F5I, C3F7I, IF5, IF7, I2 및 PI3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 반응 가스는 인 함유 가스를 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 반응 가스는 산소 함유 가스를 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 반응 가스는 붕소 함유 가스 및 황 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 플라즈마는 반응 가스와 불활성 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성된다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 유전체막은 실리콘 함유막이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 실리콘 함유막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 폴리 실리콘막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 기판은 유전체막 상에 적어도 하나의 개구를 규정하는 유기막 또는 금속 함유막으로 이루어지는 마스크를 가진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭하는 공정은 기판 지지기에 전기 바이어스를 주는 것을 포함하고, 기판 지지기에 전기 바이어스가 주어지는 기간은, 제1 기간과, 상기 제1 기간과 교대하는 제2 기간을 포함하고, 제1 기간에 있어서의 전기 바이어스는 0 또는 제1 레벨이고, 제2 기간에 있어서의 전기 바이어스는 제1 레벨보다도 큰 제2 레벨이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭하는 공정은 기판 지지기 또는 기판 지지기에 대향하는 상부 전극에, 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 것을 포함하고, 고주파 전력이 공급되는 기간은 제3 기간과, 제3 기간과 교대하는 제4 기간을 포함하고, 제3 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨은 0 또는 제3 레벨이고, 제4 기간에 있어서의 고주파 전력의 레벨은 제3 레벨보다도 큰 제4 레벨이며, 제2 기간과 제4 기간은 적어도 일부가 중복되어 있다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 전기 바이어스는 펄스 전압이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭하는 공정은 기판 지지기에 대향하는 상부 전극에, 직류 전압 또는 저주파 전력을 공급하는 것을 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 에칭하는 공정은 챔버 내를 제1 압력으로 하고, 기판 지지기에 제1 전기 바이어스를 공급하여, 유전체막을 에칭하는 제1 공정과, 챔버 내를 제2 압력으로 하고, 기판 지지기에 제2 전기 바이어스를 공급하여, 유전체막을 에칭하는 제2 공정을 포함하고, 제1 압력은 제2 압력과 다르고, 및/또는 제1 전기 바이어스는 제2 전기 바이어스와 다르다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 제1 압력은 제2 압력보다도 크다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 제1 전기 바이어스의 크기의 절대값은, 제2 전기 바이어스의 크기의 절대값보다도 크다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 제1 공정과 제2 공정을 교대로 반복한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 기판 처리 방법이 제공된다. 기판 처리 방법은 챔버 내의 기판 지지기 상에, 실리콘 산화막을 포함하는 실리콘 함유막을 갖는 기판을 준비하는 공정과, 불소 함유 가스 및 CxHyFz(상기 불소 함유 가스와는 상이한 가스이며, x는 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임.)를 포함하는 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 실리콘 함유막을 에칭하는 공정을 포함하고, 에칭하는 공정에 있어서, 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, CxHyFz 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 불소 함유 가스는 상기 챔버 내에서 HF종을 생성 가능한 가스이다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, CxHyFz 가스는 1 이상의 CF3기를 가진다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, CxHyFz 가스는 C3H2F4 가스, C3H2F6 가스, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스 및 C5H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 반응 가스 중에서, 불소 함유 가스의 유량이 가장 많다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 기판 처리 방법이 제공된다. 기판 처리 방법은, 챔버 내의 기판 지지기 상에, 실리콘 산화막을 포함하는 실리콘 함유막을 갖는 기판을 준비하는 공정과, 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 공정과, 플라즈마에 포함되는 HF종과 CxHyFz(x는 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임.)종을 이용하여 실리콘 함유막을 에칭하는 공정을 포함하고, 플라즈마는 HF종의 양이 가장 많다.
하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 기판 처리 장치가 제공된다. 기판 처리 장치는 챔버, 챔버 내에 마련되고 온도 조정 가능하게 구성된 기판 지지기, 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키기 위한 전력을 공급하는 플라즈마 생성부, 및 제어부를 구비하고, 제어부는 기판 지지기 상에 지지된 기판의 유전체막을 에칭하기 위해서, 플라즈마 생성부로부터 공급하는 전력에 의해, HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스를 챔버 내에 도입하여 플라즈마를 생성하는 제어를 실행하고, 제어에 있어서, 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, HF 가스의 유량은 CxHyFz 가스의 유량보다도 많다.
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.
＜기판 처리 장치(1)의 구성＞
도 1은 하나의 예시적 실시 형태에 따른 기판 처리 장치(1)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 하나의 예시적 실시 형태에 따른 기판 처리 방법(이하 「본 처리 방법」이라고 함)은, 기판 처리 장치(1)를 이용하여 실행되어도 된다.
도 1에 나타내는 기판 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)으로 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. 기판 처리 장치(1)에서는, 정전 척(20) 상에 재치된 기판(W)의 온도가, 열교환 매체와 하부 전극(18)의 열교환에 의해, 조정된다.
기판 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.
기판 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 본 처리 방법에서 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.
기판 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.
기판 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, 기판 처리 장치(1)는 고주파 전원(62) 및 정합기(66)를 구비하지 않아도 된다. 이 경우에는, 바이어스 전원(64)은 일례의 플라즈마 생성부를 구성한다.
다른 실시 형태에 있어서, 전기 바이어스는 펄스 모양의 전압(펄스 전압)이어도 된다. 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 하부 전극(18)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 전극에 접속되어도 된다.
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. 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. 또한, 전기 바이어스가 공급되는 기간 중, L 기간이 상술한 제1 기간에, H 기간이 상술한 제2 기간에 상당한다. 또, L 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨이 상술한 0 또는 제1 레벨에, H 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨이 상술한 제2 레벨에 상당한다.
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)이 공급되는 기간 중, L 기간이 상술한 제3 기간에, H 기간이 상술한 제4 기간에 상당한다. 또, L 기간에 있어서의 고주파 전력(HF)의 레벨이 상술한 0 또는 제3 레벨에, H 기간에 있어서의 전기 바이어스의 레벨이 상술한 제4 레벨에 상당한다.
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. 고주파 전력(HF)의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간의 일부 또는 전부가, 전기 바이어스의 펄스파의 주기에 있어서의 H 기간과 중복되어도 된다.
도 2는 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 2는 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스로서 모두 펄스파를 이용하는 예이다. 도 2에 있어서, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 2에 있어서, 세로축은 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스의 전력 레벨을 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 전력 레벨보다도 낮은 것을 나타낸다. 전기 바이어스가 음극성의 직류 전압의 펄스파인 경우에는, 전기 바이어스의 레벨은 음극성의 직류 전압의 절대값의 실효값이다. 또한, 도 2의 고주파 전력(HF) 및 전기 바이어스의 전력 레벨의 크기는, 양자의 상대적인 관계를 나타내는 것이 아니라, 임의로 설정되어도 된다. 도 2는 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 동일한 예이다.
도 1로 돌아가서 설명을 계속한다. 기판 처리 장치(1)는 전원(70)을 더 구비하고 있다. 전원(70)은 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 일예에 있어서, 전원(70)은 플라즈마 처리 중, 상부 전극(30)에 직류 전압 또는 저주파 전력을 공급하도록 구성되어도 된다. 예를 들면, 전원(70)은 상부 전극(30)에 음극성의 직류 전압을 공급해도 되고, 저주파 전력을 주기적으로 공급해도 된다. 직류 전압 또는 저주파 전력은 펄스파로서 공급해도 되고, 연속파로서 공급해도 된다. 이 실시 형태에서는, 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 존재하는 양이온이 상부 전극(30)으로 끌여들여져 충돌한다. 이것에 의해, 상부 전극(30)으로부터 2차 전자가 방출된다. 방출된 2차 전자는 마스크막(MK)을 개질시켜, 마스크막(MK)의 에칭 내성을 향상시킨다. 또, 2차 전자는 플라즈마 밀도의 향상에 기여한다. 또, 2차 전자의 조사에 의해, 기판(W)의 대전 상태가 증화되기 때문에, 에칭에 의해 형성된 오목부 내로의 이온의 직진성이 높아진다. 또한, 상부 전극(30)이 실리콘 함유 재료에 의해 구성되어 있는 경우에는, 양이온의 충돌에 의해, 2차 전자와 함께 실리콘이 방출된다. 방출된 실리콘은, 플라즈마 중의 산소와 결합하여 산화 실리콘 화합물로서 마스크 상에 퇴적되어 보호막으로서 기능한다. 이상으로부터, 상부 전극(30)으로의 직류 전압 또는 저주파 전력의 공급에 의해, 선택비의 개선뿐만이 아니라, 에칭에 의해 형성되는 오목부에 있어서의 형상 이상의 억제, 에칭 레이트의 개선 등의 효과가 얻어진다.
기판 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.
기판 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 기판 처리 장치(1)의 각부를 제어한다. 제어부(80)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 기판 처리 장치(1)를 관리하기 위해서 커멘드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또, 제어부(80)에서는, 표시 장치에 의해, 기판 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 기억부에는, 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 격납되어 있다. 제어 프로그램은 기판 처리 장치(1)에서 각종 처리를 실행하기 위해서, 프로세서에 의해서 실행된다. 프로세서는 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라서 기판 처리 장치(1)의 각부를 제어한다. 하나의 예시적 실시 형태에 있어서, 제어부(80)의 일부 또는 모두가 기판 처리 장치(1)의 외부의 장치의 구성의 일부로서 마련되어도 된다.
＜기판 처리 시스템(PS)의 구성＞
도 3은 1개의 예시적 실시 형태에 따른 기판 처리 시스템(PS)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 처리 방법은 기판 처리 시스템(PS)을 이용하여 실행되어도 된다.
기판 처리 시스템(PS)은 기판 처리실(PM1~PM6)(이하, 총칭하여 「기판 처리 모듈(PM)」이라고도 함.)과, 반송 모듈(TM)과, 로드 락 모듈(LLM1 및 LLM2)(이하, 총칭하여 「로드 락 모듈(LLM)」이라고도 함.)과, 로더 모듈(LM), 로드 포트(LP1부터 LP3)(이하, 총칭하여 「로드 포트(LP)」라고도 함.)를 가진다. 제어부(CT)는 기판 처리 시스템(PS)의 각 구성을 제어하여, 기판(W)에 소정의 처리를 실행한다.
기판 처리 모듈(PM)은, 그 내부에 있어서, 기판(W)에 대해서, 에칭 처리, 트리밍 처리, 성막 처리, 어닐 처리, 도핑 처리, 리소그래피 처리, 클리닝 처리, 에싱 처리 등의 처리를 실행한다. 기판 처리 모듈(PM)의 일부는, 측정 모듈이어도 되고, 기판(W) 상에 형성된 막의 막두께나, 기판(W) 상에 형성된 패턴의 치수 등을 측정해도 된다. 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)는, 기판 처리 모듈(PM)의 일례이다.
반송 모듈(TM)은 기판(W)을 반송하는 반송 장치를 가지고, 기판 처리 모듈(PM) 사이 또는 기판 처리 모듈(PM)과 로드 락 모듈(LLM)의 사이에서, 기판(W)을 반송한다. 기판 처리 모듈(PM) 및 로드 락 모듈(LLM)은, 반송 모듈(TM)에 인접해서 배치되어 있다. 반송 모듈(TM)과 기판 처리 모듈(PM) 및 로드 락 모듈(LLM)은, 개폐 가능한 게이트 밸브에 의해서 공간적으로 격리 또는 연결된다.
로드 락 모듈(LLM1 및 LLM2)은 반송 모듈(TM)과 로더 모듈(LM)의 사이에 마련되어 있다. 로드 락 모듈(LLM)은 그 내부의 압력을, 대기압 또는 진공으로 전환할 수 있다. 로드 락 모듈(LLM)은 대기압인 로더 모듈(LM)로부터 진공인 반송 모듈(TM)로 기판(W)을 반송하고, 또, 진공인 반송 모듈(TM)로부터 대기압인 로더 모듈(LM)로 반송한다.
로더 모듈(LM)은 기판(W)을 반송하는 반송 장치를 가지고, 로드 락 모듈(LLM)과 로드 포트(LP)의 사이에서 기판(W)을 반송한다. 로드 포트(LP) 내의 내부에는, 예를 들면 25매의 기판(W)이 수납 가능한 FOUP(Front Opening Unified Pod) 또는 빈 FOUP를 재치할 수 있다. 로더 모듈(LM)은 로드 포트(LP) 내의 FOUP로부터 기판(W)을 취출하여, 로드 락 모듈(LLM)로 반송한다. 또, 로더 모듈(LM)은 로드 락 모듈(LLM)로부터 기판(W)을 취출하여, 로드 포트(LP) 내의 FOUP로 반송한다.
제어부(CT)는 기판 처리 시스템(PS)의 각 구성을 제어하여, 기판(W)에 소정의 처리를 실행한다. 제어부(CT)는 프로세스의 절차, 프로세스의 조건, 반송 조건 등이 설정된 레시피를 격납하고 있고, 해당 레시피에 따라서, 기판(W)에 소정의 처리를 실행하도록, 기판 처리 시스템(PS)의 각 구성을 제어한다. 제어부(CT)는 도 1에 나타내는 기판 처리 장치(1)의 제어부(80)의 일부 또는 전부의 기능을 겸해도 된다.
＜기판(W)의 일례＞
도 4는 기판(W)의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다. 기판(W)은 본 처리 방법이 적용될 수 있는 기판의 일례이다. 기판(W)은 유전체막(DF)을 가진다. 기판(W)은 하지(下地)막(UF) 및 마스크막(MK)을 가져도 된다. 도 4에 나타내는 것처럼, 기판(W)은 하지막(UF), 유전체막(DF) 및 마스크막(MK)이 이 순서로 적층되어 형성되어도 된다.
하지막(UF)은, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼나 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 유기막, 유전체막, 금속막, 반도체막 등이어도 된다. 하지막(UF)은 복수의 막이 적층되어 구성되어도 된다.
유전체막(DF)은 실리콘 함유막이어도 된다. 실리콘 함유막은, 예를 들면, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘산질화막(SiON막), Si－ARC막이다. 유전체막(DF)은 다결정 실리콘막을 포함해도 된다. 유전체막(DF)은 복수의 막이 적층되어 구성되어도 된다. 예를 들면, 유전체막(DF)은 실리콘 산화막과 다결정 실리콘막이 교대로 적층되어 구성되어도 된다. 일례에서는, 유전체막(DF)은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 교대로 적층된 적층막이다.
하지막(UF) 및/또는 유전체막(DF)은, CVD법, 스핀 코트법 등에 의해 형성되어도 된다. 하지막(UF) 및/또는 유전체막(DF)은 평탄한 막이어도 되고, 또, 요철을 갖는 막이어도 된다.
마스크막(MK)은 유전체막(DF) 상에 형성되어 있다. 마스크막(MK)은 유전체막(DF) 상에 있어서 적어도 1개의 개구(OP)를 규정한다. 개구(OP)는 유전체막(DF) 상의 공간으로서, 마스크막(MK)의 측벽(S1)에 둘러싸여 있다. 즉, 도 4에 있어서, 유전체막(DF)은 마스크막(MK)에 의해서 덮인 영역과, 개구(OP)의 바닥부에서 노출된 영역을 가진다.
개구(OP)는 기판(W)의 평면시(기판(W)을 도 4의 위에서 아래를 향하는 방향으로 보았을 경우)에 있어서, 임의의 형상을 가져도 된다. 해당 형상은, 예를 들면, 구멍 형상이나 선 형상, 구멍 형상과 선 형상의 조합이어도 된다. 마스크막(MK)은 복수의 측벽(S1)을 가지고, 복수의 측벽(S1)이 복수의 개구(OP)를 규정해도 된다. 복수의 개구(OP)는 각각 선 형상을 가지며, 일정한 간격으로 늘어서서 라인＆스페이스의 패턴을 구성해도 된다. 또, 복수의 개구(OP)는 각각 구멍 형상을 가지며, 어레이 패턴을 구성해도 된다.
마스크막(MK)은, 예를 들면, 유기막이나 금속 함유막이다. 유기막은, 예를 들면, 스핀 온 카본막(SOC), 어모퍼스 카본막, 포토레지스트막이어도 된다. 금속 함유막은, 예를 들면, 텅스텐, 탄화 텅스텐, 질화 티탄을 포함해도 된다. 마스크막(MK)은 CVD법, 스핀 코트법 등에 의해 형성되어도 된다. 개구(OP)는 마스크막(MK)을 에칭함으로써 형성되어도 된다. 마스크막(MK)은 리소그래피에 의해서 형성되어도 된다.
기판(W)은, 일례에서는, 유전체막(DF)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.
＜본 처리 방법의 일례＞
도 5는 본 처리 방법을 나타내는 순서도이다. 본 처리 방법은 기판을 준비하는 공정(스텝 ST1)과, 에칭 공정(스텝 ST2)을 포함한다. 이하에서는, 도 1에 나타내는 제어부(80)가 기판 처리 장치(1)의 각부를 제어하여, 도 4에 나타내는 기판(W)에 대해서 본 처리 방법을 실행하는 경우를 예로 설명한다.
(스텝 ST1：기판의 준비)
스텝 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 상면에 배치되고, 정전 척(20)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 기판 처리 장치(1)의 외부의 장치 또는 챔버에서 형성된 후, 기판(W)이 내부 공간(10s) 내로 반입되어, 기판 지지기(14)의 상면에 배치되어도 된다.
(스텝 ST2：에칭 공정)
스텝 ST2에 있어서, 기판(W)의 유전체막(DF)의 에칭을 실행한다. 스텝 ST2는 처리 가스를 공급하는 공정(스텝 ST21)과, 플라즈마를 생성하는 공정(스텝 ST22)을 포함한다. 처리 가스로부터 생성된 플라즈마의 활성종(이온, 래디컬)에 의해, 유전체막(DF)이 에칭된다.
스텝 ST21에 있어서, 가스 공급부로부터 내부 공간(10s) 내로 처리 가스를 공급한다. 처리 가스는 불소 함유 가스 및 CxHyFz(전술한 불소 함유 가스와 상이한 가스이며, x는 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임.) 가스를 포함하는(이하, 이 가스를 「CxHyFz 가스」라고도 함) 반응 가스를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 특별한 기재가 없는 한, 반응 가스에는 Ar 등의 희가스는 포함되지 않는다.
불소 함유 가스는 플라즈마 처리 중에, 챔버(10) 내에서 불화 수소(HF)종을 생성 가능한 가스여도 된다. HF종은 불화 수소의 가스, 래디컬 및 이온 중 적어도 어느 것을 포함한다. 일례에서는, 불소 함유 가스는 HF 가스 또는 하이드로플루오로카본 가스여도 된다. 또, 불소 함유 가스는 수소원 및 불소원을 포함하는 혼합 가스여도 된다. 수소원은, 예를 들면, H2, NH3, H2O, H2O2 또는 하이드로 카본(CH4, C3H6 등)이어도 된다. 불소원은 NF3, SF6, WF6, XeF2, 플루오로카본 또는 하이드로 플루오로카본이어도 된다. 이하, 이들 불소 함유 가스를 「HF계 가스」라고도 한다. HF계 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성되는 플라즈마는 HF종(에천트)을 많이 포함한다. HF계 가스의 유량은 CxHyFz 가스의 유량보다 많아도 된다. HF계 가스는, 주에천트 가스여도 된다. HF계 가스는 반응 가스의 총 유량에 차지하는 유량 비율이 가장 커도 되고, 예를 들면, 반응 가스의 총 유량에 대해서 70체적% 이상이어도 된다. 또, HF계 가스는 반응 가스의 총 유량에 대해서 96체적% 이하여도 된다.
CxHyFz 가스는, 예를 들면, CxHyFz(x가 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임) 가스를 이용할 수 있다. CxHyFz(x가 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임) 가스로서는, 구체적으로는, C2HF5 가스, C2H2F4 가스, C2H3F3 가스, C2H4F2 가스, C3HF7 가스, C3H2F2 가스, C3H2F4 가스, C3H2F6 가스, C3H3F5 가스, C4H2F6 가스, C4H5F5 가스, C4H2F8 가스, C5H2F6 가스, C5H2F10 가스 및 C5H3F7 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용해도 된다. 일례에서는, CxHyFz 가스로서, C3H2F4 가스, C3H2F6 가스, C4H2F6 가스 및 C4H2F8 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 이용한다. 다른 예에서는, CxHyFz 가스로서, C3H2F4 가스, C3H2F6 가스, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스 및 C5H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 이용한다. CxHyFz 가스로서, 예를 들면, C4H2F6 가스를 이용하는 경우, C4H2F6는 곧은 사슬(straight chain) 모양이어도 되고, 고리 모양이어도 된다.
CxHyFz 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성한 플라즈마에는, CxHyFz 가스로부터 해리되는 CxHyFz종이 포함된다. 이 CxHyFz종에는, 2 이상의 탄소 원자를 포함하는 CxHyFz 래디컬(예를 들면, C2H2F 래디컬, C2H2F2 래디컬, C3HF3 래디컬. 이하 「CxHyFz계 래디컬」이라고 함.)이 많이 포함된다. CxHyFz 래디컬은 마스크막(MK)의 표면에, 해당 표면을 보호하는 보호막을 형성한다. 해당 보호막은 유전체막(DF)의 에칭에 있어서의, 마스크막(MK)의 에칭을 억제할 수 있다. 따라서, CxHyFz계 래디컬은, 유전체막(DF)의 에칭에 있어서, 마스크막(MK)에 대한 유전체막(DF)의 선택비(유전체막(DF)의 에칭 레이트를 마스크막(MK)의 에칭 레이트로 나눈 값임)를 향상시킬 수 있다.
또, CxHyFz 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성하는 플라즈마에는, CxHyFz 가스로부터 해리된 및/또는 CxHyFz계 래디컬로부터 더 해리된 HF종이 많이 포함된다. HF종은 불화 수소의 가스, 래디컬 및 이온 중 적어도 어느 것을 포함한다. HF종은 유전체막(DF)의 에천트로서 기능한다. 플라즈마 중에 HF종을 많이 포함함으로써, 유전체막(DF)의 에칭 레이트가 향상될 수 있다.
CxHyFz 가스는 1 이상의 CF3기를 가져도 된다. CxHyFz 가스가 CF3기를 갖는 경우, 예를 들면 CF3기에 CH기가 단결합되어 있는 경우는, 그 분자 구조에 의해, HF로서 해리되기 쉬워, 플라즈마 중에 HF종을 증가시킬 수 있다.
또한, 처리 가스는 상술한 CxHyFz 가스의 일부 또는 전부를 대신하여, CxFz(x가 2 이상의 정수이고, z는 1 이상의 정수임) 가스를 포함해도 된다. 구체적으로는 C2F2, C2F4, C3F8, C4F6, C4F8 및 C5F8로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용해도 된다. 이것에 의해, 플라즈마 중의 수소의 양을 억제할 수 있어, 예를 들면, 과잉의 수소에 의한 모폴러지(morphology)의 악화나 챔버(10) 내의 수분의 증가 등을 억제할 수 있다. 여기서, 모폴러지란 마스크막(MK)의 표면 상태, 개구(OP)의 진원도(眞圓度) 등의 마스크의 형상에 관한 특성을 의미한다.
CxHyFz 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하이다. CxHyFz 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량에 대해서, 예를 들면, 15체적% 이하, 10체적% 이하, 5체적% 이하여도 된다.
반응 가스는 할로젠 함유 가스를 포함해도 된다. 할로젠 함유 가스는 에칭에 있어서의 마스크막(MK)이나 유전체막(DF)의 형상을 조정할 수 있다. 할로젠 함유 가스는 염소 함유 가스, 브로민 함유 가스 및/또는 요오드 함유 가스여도 된다. 염소 함유 가스로서는, Cl2, SiCl2, SiCl4, CCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6, CHCl3, SO2Cl2, BCl3, PCl3, PCl5, POCl3 등의 가스를 사용해도 된다. 브로민 함유 가스로서는, Br2, HBr, CBr2F2, C2F5Br, PBr3, PBr5, POBr3, BBr3 등의 가스를 사용해도 된다. 요오드 함유 가스로서는, HI, CF3I, C2F5I, C3F7I, IF5, IF7, I2, PI3 등의 가스를 사용해도 된다. 일례에서는, 할로젠 함유 가스로서, Cl2 가스, Br2 가스, HBr 가스, CF3I 가스, IF7 가스 및 C2F5Br로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 사용된다. 다른 예에서는, 할로젠 함유 가스로서, Cl2 가스 및 HBr 가스가 사용된다.
반응 가스는 질소 함유 가스를 포함해도 된다. 질소 함유 가스는, 에칭에 있어서의 마스크막(MK)의 개구(OP)의 폐색을 억제할 수 있다. 질소 함유 가스는, 예를 들면, NF3 가스, N2가스 및 NH3 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스여도 된다.
반응 가스는 산소 함유 가스를 포함해도 된다. 질소 함유 가스와 마찬가지로, 산소 함유 가스는 에칭에 있어서의 마스크막(MK)의 폐색을 억제할 수 있다. 산소 함유 가스로서는, 예를 들면, O2, CO, CO2, H2O 및 H2O2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스를 사용해도 된다. 일례에서는, 반응 가스는 H2O 이외의 산소 함유 가스, 즉, O2, CO, CO2 및 H2O2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스를 포함한다. 산소 함유 가스는 마스크막(MK)으로의 데미지가 적고, 모폴러지의 악화를 억제할 수 있다.
도 6은 에칭 후의 마스크막(MK)의 형상의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6은 기판(W)과 동일한 구조를 갖는 샘플 기판을 기판 처리 장치(1)에서 에칭했을 경우의 마스크막(MK)의 형상(평면시)의 일례이다. 도 6에 있어서, 「No.」는 에칭한 샘플 기판의 시료 번호를 나타낸다. 「처리 가스」는 에칭에 사용한 처리 가스를 나타내고, 「A」는 HF 가스, C4H2F6 가스, O2 가스, NF3 가스, HBr 가스 및 Cl2 가스를 포함하는 처리 가스(이하 「처리 가스 A」라고 함.)를 나타낸다. 처리 가스 A는 HF 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 80체적% 이상 포함하고, O2 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 4~5체적% 포함하고 있다. 「처리 가스」의 「B」는 NF3 가스를 포함하지 않고, 그 만큼 O2 가스의 유량을 증가시킨 점을 제외하고, 처리 가스 A와 동일한 처리 가스(이하 「처리 가스 B」라고 함.)를 나타낸다. 처리 가스 B는 O2 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 6~7체적% 포함한다. 「상부 전극 인가」의 「있음」은, 에칭 중에 기판 처리 장치(1)의 상부 전극(30)에 음극성의 직류 전압을 공급한 것을 나타내고, 「없음」은 상부 전극(30)에 음극성의 직류 전압을 공급하지 않았던 것을 나타낸다. 도 6의 「마스크 형상」으로부터는, 「상부 전극 인가」가 「있음」인 경우에도 「없음」인 경우에도, NF3를 포함하는 처리 가스 A를 이용했을 경우(시료 1 및 시료 3)는, 개구(OP)의 진원도의 악화나, 마스크막(MK)의 표면에 단차가 생긴 것을 알 수 있다. 한편, NF3 가스를 포함하지 않고, O2 가스의 유량을 증가시킨 처리 가스 B를 이용했을 경우(시료 2 및 시료 4)는, 개구(OP)의 진원도가 높고, 또 마스크막(MK)의 표면에 단차가 생기지 않아, 처리 가스 A를 이용했을 경우(시료 1 및 시료 3)에 비해, 마스크막(MK)의 모폴러지가 개선된 것을 알 수 있다.
반응 가스는 인 함유 가스를 포함해도 된다. 인 함유 가스로서는, 예를 들면, PF3, PF5, POF3, HPF6, PCl3, PCl5, POCl3, PBr3, PBr5, POBr3, PI3, P4O10, P4O8, P4O6, PH3, Ca3P2, H3PO4 및 Na3PO4로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스를 사용해도 된다. 이들 중에서, PF3, PF5, PCl3 등의 할로젠화 인 함유 가스를 사용해도 되고, 예를 들면, PF3, PF5 등의 불화 인 함유 가스를 사용해도 된다.
이 외, 처리 가스는 BF3, BCl3, BBr3, B2H6 등의 붕소 함유 가스를 포함해도 된다. 또, 처리 가스는 SF6 및 COS 등의 황 함유 가스를 포함해도 된다.
처리 가스는 상술한 반응 가스에 더하여 불활성 가스(Ar 등의 희가스)를 포함해도 된다.
내부 공간(10s) 내에 공급된 처리 가스의 압력은, 챔버 본체(12)에 접속된 배기 장치(50)의 압력 조정 밸브를 제어함으로써 조정된다. 처리 가스의 압력은, 예를 들면, 5mTorr(0.7Pa) 이상 100mTorr(13.3Pa) 이하, 10mTorr(1.3Pa) 이상 60mTorr(8.0Pa) 이하, 또는 20mTorr(2.7Pa) 이상 40mTorr(5.3Pa) 이하여도 된다.
다음으로, 스텝 ST22에 있어서, 플라즈마 생성부(고주파 전원(62) 및/또는 바이어스 전원(64))로부터 고주파 전력 및/또는 전기 바이어스를 공급한다. 이것에 의해, 상부 전극(30)과 기판 지지기(14)의 사이에서 고주파 전계가 생성되어, 내부 공간(10s) 내의 처리 가스로부터 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마 중의 이온, 래디컬과 같은 활성종이 기판(W)으로 끌어당겨져, 기판(W)이 에칭된다.
스텝 ST22에 있어서, 기판 지지기(14)의 온도는 0℃ 이하로 설정된다. 설정하는 기판 지지기(14)의 온도는, 예를 들면, 0℃ 이하여도 되고, －10℃ 이하, －20℃ 이하, －30℃ 이하 또는 -40℃ 이하, －60℃ 이하, －70℃ 이하여도 된다. 기판 지지기(14)의 온도는 칠러 유닛으로부터 공급하는 열교환 매체에 의해 조정될 수 있다.
도 7은 에칭의 온도 의존성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 7은 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 불화 수소 가스 및 아르곤 가스의 혼합 가스인 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 실리콘 산화막을 에칭한 실험 결과를 나타낸다. 이 실험에서는, 기판 지지기(14)의 온도를 변경하면서, 실리콘 산화막을 에칭하고, 사중극형 질량 분석계(quadrupole mass analyzer)를 이용하여, 실리콘 산화막의 에칭시의 기상 중의 불화 수소(HF)의 양과 SiF3의 양을 측정했다. 도 7의 가로축은 기판 지지기(14)의 온도 T(℃), 세로축은 불화 수소(HF) 및 SiF3의 양(헬륨을 기준으로 표준화한 강도)을 나타낸다.
도 7에 나타내는 것처럼, 기판 지지기(14)의 온도가 약 -60℃ 이하의 온도인 경우에, 에천트인 불화 수소(HF)의 양이 감소하여, 실리콘 산화막의 에칭에 의해 생성되는 반응 생성물인 SiF3의 양이 증가하고 있었다. 즉, 이 실험에서는, 기판 지지기(14)의 온도가 약 -60℃ 이하의 온도인 경우에, 실리콘 산화막의 에칭에서 이용되는 에천트의 양이 증가하고 있었다.
따라서, 이 실험으로부터, 기판 지지기(14)의 온도가 저온일수록, 실리콘 산화막의 에칭이 촉진되기 때문에, 마스크막(MK)에 대한 유전체막(DF)의 선택비를 개선할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 에천트의 양이 증가하는 온도는, 반응 가스 중의 불화 수소 가스의 유량비나 첨가 가스 등의 처리 조건과의 관계에서 변동한다. 이 때문에, 기판 지지기(14)의 온도는, 특정 조건하에서, 기판 지지기(14)의 온도와, 불화 수소의 양 및 SiF3의 양의 관계를 조사하고, 그 결과에 기초하여 설정해도 된다.
도 8은 스텝 ST22에 있어서의 기판(W)의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다. 스텝 ST22의 실행 중, 마스크막(MK)이 마스크로서 기능하여, 유전체막(DF) 중 마스크막(MK)의 개구(OP)에 대응하는 부분이 깊이 방향(도 8 중 위에서 아래를 향하는 방향)으로 에칭되어, 오목부(RC)가 형성된다. 오목부(RC)는 마스크막(MK)의 측벽(S1)과 유전체막(DF)의 측벽(S2)에 의해 둘러싸인 공간이다. 스텝 ST22에 있어서 형성되는 오목부(RC)의 애스펙트비는, 20 이상이어도 되고, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 또는 100 이상이어도 된다.
본 처리 방법에 있어서는, 반응 가스는 CxHyFz 가스를 포함한다. CxHyFz 가스는, 플라즈마 중에, CxHyFz계 래디컬이 고밀도로 생성된다. CxHyFz계 래디컬은 마스크막(MK)의 표면(상면(T1) 및 측벽(S1))이나 유전체막(DF)의 측벽(S2)에 흡착되어 보호막(PF)을 형성한다. 또한, 보호막(PF)은 깊이 방향(도 8 중 위에서 아래를 향하는 방향)을 향해 얇아질 수 있다. 보호막(PF)은 스텝 ST22의 실행 중에 마스크막(MK)의 표면이 에칭에 의해 제거되는 것(즉 마스크막(MK)의 에칭 레이트가 증가하는 것)을 억제한다. 이것에 의해, 마스크막(MK)에 대한 유전체막(DF)의 선택비가 향상된다.
보호막(PF)은 유전체막(DF)의 가로 방향(도 8의 좌우 방향)의 에칭을 억제할 수 있다. CxHyFz 가스의 유량이 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하인 경우, 탄소가 마스크막(MK)의 측벽(S1) 및/또는 유전체막(DF)에 과잉하게 퇴적되어, 마스크막(MK)의 개구(OP)가 폐색되는 것이 보다 억제될 수 있다. 반응 가스가 산소 함유 가스를 포함하고 있는 경우, 탄소가 마스크막(MK)의 측벽(S1) 및/또는 유전체막(DF)에 과잉하게 퇴적되어, 마스크막(MK)의 개구(OP)가 폐색되는 것이 보다 억제될 수 있다. 이상 중 적어도 하나의 요인에 의해, 유전체막(DF)에 형성되는 오목부(RC)의 형상 및/또는 치수가 적절히 유지될 수 있다.
CxHyFz 가스는 플라즈마 중에 HF종이 많이 생성된다. 그 때문에, 스텝 ST22의 실행 중, 유전체막(DF)에 형성되는 오목부(RC)의 바닥부(BT)에까지 HF계종(에천트)이 충분히 공급될 수 있다. 또, 스텝 ST22의 실행 중, 기판 지지기(14)의 온도는 0℃ 이하의 저온으로 제어된다. 기판(W)의 온도의 상승이 억제됨으로써, HF종(에천트)의 오목부(RC)의 바닥부(BT)에서의 흡착이 촉진될 수 있다(HF종은, 저온에서 흡착 계수가 보다 증가함). 이상 중 적어도 하나의 요인에 의해, 유전체막(DF)의 에칭 레이트가 향상될 수 있다.
또한, 스텝 ST22에 있어서, 내부 공간(10s) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때, 바이어스 전원(64)으로부터 기판 지지기(14)에 전기 바이어스의 펄스파를 주기적으로 주어도 된다. 전기 바이어스의 펄스파를 주기적으로 줌으로써, 에칭과 보호막(PF)의 형성을 교대로 진행시킬 수 있다.
또, 스텝 ST2의 실행 중, 내부 공간(10s)에 공급하는 CxHyFz 가스의 유량을 변화시켜도 된다. 예를 들면, 제1 분압의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로 제1 에칭을 행한 후, 제2 분압의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로 제2 에칭을 행해도 된다. 이것에 의해, 예를 들면, 유전체막(DF)이 상이한 재료의 적층막인 경우에, 에칭하는 막의 재료에 맞추어 CxHyFz 가스의 유량을 제어함으로써, 해당 적층막을 적절히 에칭할 수 있다.
또, 스텝 ST2의 실행 중, 내부 공간(10s)에 공급하는 CxHyFz 가스의 유량은, 기판(W)의 평면시에 있어서, 기판(W)의 중심부와 주변부에서 달라도 된다. 이것에 의해, 마스크막(MK)의 측벽(S1)에 둘러싸인 개구(OP)의 치수가, 기판(W)의 중심부와 주변부에서 다른 경우라도, CxHyFz 가스의 유량의 분포를 제어함으로써, 해당 치수의 편차를 보정할 수 있다.
또, 스텝 ST2의 실행 중, 챔버(10)(내부 공간(10s)) 내의 압력이나 바이어스 전원(64)으로부터 기판 지지기(14)에 공급하는 전기 바이어스를 변경해도 된다. 예를 들면, 스텝 ST2는 챔버(10) 내를 제1 압력으로 하고, 기판 지지기(14)에 제1 전기 바이어스를 공급하여, 유전체막(DF)을 에칭하는 제1 공정과, 챔버(10) 내를 제2 압력으로 하고, 기판 지지기(14)에 제2 전기 바이어스를 공급하여, 유전체막(DF)을 에칭하는 제2 공정을 포함해도 된다. 스텝 ST2는 제1 공정과 제2 공정을 교대로 반복해도 된다. 제1 압력은 제2 압력과 달라도 되고, 예를 들면, 제2 압력보다 커도 된다. 제1 전기 바이어스는 제2 전기 바이어스와 달라도 되고, 예를 들면, 제1 전기 바이어스의 절대값은, 제2 전기 바이어스의 절대값보다 커도 된다. 제1 압력, 제2 압력, 제1 전기 바이어스 및 제2 전기 바이어스를 적절히 조정함으로써, 예를 들면, 제1 공정에서 오목부(RC)가 하지막(UF)에 도달할 때까지 또는 도달하기 직전까지 유전체막(DF)을 이방성 에칭하고, 제2 공정에서 오목부(RC)의 바닥부를 가로 방향으로 확대하도록 등방성 에칭해도 된다.
이하, 본 처리 방법을 평가하기 위해서 행한 각종 실험에 대해 설명한다. 본 개시는 이하의 실험에 의해서 어떠한 한정이 되는 것은 아니다.
(실험 1)
도 9는 실험 1의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 실험 1에서는, 각종 반응 가스에 있어서의 HF종의 생성량을 측정했다. 실험 1에서는, 기판 처리 장치(1)의 내부 공간(10s)에, 반응 가스로서 C4H2F6 가스, C4F8 가스, C4F6 가스 및 CH2F2 가스 중 어느 하나와 Ar가스를 공급하여 10분간 플라즈마를 생성하고, 플라즈마 생성 전과 플라즈마 생성 후의 HF 강도를 사중극형 질량 분석기(quadrupole mass analyzer)로 측정했다. 기판 지지기(14)의 온도는 -40℃로 설정했다. 도 9의 세로축은 플라즈마 생성 전의 HF 강도와 플라즈마 생성 후의 HF 강도의 차를 나타낸다. 세로축의 값이 클수록 플라즈마 중의 HF종의 생성량이 많은 것을 의미한다.
도 9에 나타내는 것처럼, 본 처리 방법의 반응 가스의 일 실시예에 따른 C4H2F6 가스는 수소 원소를 포함하지 않는 C4F8 가스 및 C4F6 가스는 물론, 수소 원소를 포함하는 CH2F2 가스에 비해서도, 플라즈마 중의 HF종의 생성량이 많았다.
(실험 2)
도 10 및 도 11은 실험 2의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 실험 2에서는, 각종 처리 가스에 있어서의 에칭 레이트 및 선택비를 측정했다. 실험 2에서는, 기판(W)과 동일한 구조를 갖는 샘플 기판을 기판 지지기(14) 상에 준비했다. 샘플 기판은 실리콘막 상에 유전체막(DF)으로서 산화 실리콘, 마스크막(MK)으로서 유기막을 가지고 있었다. 기판 처리 장치(1)의 내부 공간(10s)에 처리 가스를 공급하여 플라즈마를 생성하여, 해당 샘플 기판의 유전체막(DF)을 에칭했다. 기판 지지기(14)의 온도는 -40℃로 설정했다. 도 10 및 도 11에 나타내는 것처럼, 처리 가스 중의 반응 가스가 C4F8 가스, CH2F2 가스 또는 C4H2F6 가스 중 어느 것을 포함하는 각각의 경우에 있어서, 유전체막(DF)의 에칭 레이트(E/R［nm/min］, 도 10)와, 유전체막(DF)의 마스크막(MK)에 대한 선택비(Sel., 도 11)를 측정했다. C4F8 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량의 5체적%였다. CH2F2 가스의 유량은, 반응 가스의 총 유량의 15체적%였다. C4H2F6 가스의 유량은 반응 가스의 총 유량의 5체적%였다. 반응 가스는 HF 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 70~90체적% 포함하고 있었다.
도 10 및 도 11에 나타내는 것처럼, 본 처리 방법의 반응 가스의 일 실시예에 따른 C4H2F6 가스를 포함하는 처리 가스는, C4F8 가스 또는 CH2F2 가스를 반응 가스로서 포함하는 처리 가스에 비해, 에칭 레이트 및 선택비가 모두 높았다.
(실험 3)
도 12 및 도 13은 실험 3의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 실험 3에서는, 오목부(RC)의 애스펙트비를 변경했을 경우의 각종 처리 가스에 있어서의 에칭 레이트 및 보잉(CD)을 측정했다. 실험 3에서는, 실험 2와 동일한 구조를 갖는 샘플 기판을 기판 지지기(14) 상에 준비했다. 기판 처리 장치(1)의 내부 공간(10s)에 처리 가스를 공급하여 플라즈마를 생성하여, 해당 샘플 기판의 유전체막(DF)을 에칭했다. 기판 지지기(14)의 온도는 -40℃로 설정했다. 도 12 및 도 13은, 처리 가스 중의 반응 가스가 C4F8 가스 또는 C4H2F6 가스를 포함하는 각각에 대해서, 오목부(RC)의 애스펙트비(AR)를 변경했을 경우의 마스크막(MK)에 대한 유전체막(DF)의 선택비(Sel., 도 12)와, 유전체막(DF)의 오목부(RC)의 최대폭(보잉(CD)：CDm［nm］, 도 13)의 관계를 나타낸다. 또한, 선택비는 유전체막(DF)의 에칭 레이트를 마스크막(MK)의 에칭 레이트로 나눔으로써 구할 수 있다. C4F8 가스 또는 C4H2F6 가스는, 반응 가스의 총 유량의 5체적%였다. 반응 가스는 HF 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 90체적% 이상 포함하고 있었다.
도 12 및 도 13에 나타내는 것처럼, 본 처리 방법의 처리 가스의 일 실시예에 따른 C4H2F6 가스를 포함하는 반응 가스를 이용했을 경우는, 유전체막(DF)에 형성되는 오목부(RC)의 애스펙트비가 높아져도, C4F8 가스를 포함하는 반응 가스를 이용했을 경우에 비해, 높은 선택비를 유지함과 아울러, 보잉(CD)의 증가가 억제되어 있었다.
(실험 4)
도 14는 실험 4의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 실험 4에서는, 기판 처리 장치(1)의 챔버(10)를 산소 가스에 의해 클리닝할 때 발생하는 CO의 발광 스펙트럼 강도(CO 강도)의 경시 변화를 측정했다. 도 14에 있어서, CH1는 C4H2F6 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 4체적% 포함하는 처리 가스를 이용하여 실험 2와 동일한 구조를 갖는 샘플 기판의 에칭을 행한 후의 챔버이다. CH2는 CH2F2 가스를 반응 가스의 총 유량에 대해서 16체적% 포함하는 처리 가스를 이용하여 실험 2와 동일한 구조를 갖는 샘플 기판의 에칭을 행한 후의 챔버이다. CO 강도는 클리닝 가스(산소 가스)가 챔버(10) 내의 탄소 함유 퇴적물과 반응함으로써 계측되는 것으로, 챔버 내의 클리닝 진척의 기준으로 할 수 있다.
도 14에 나타내는 것처럼, CH1에 있어서의 CO 강도는, 클리닝 개시 직후에 피크에 달하고, 그 후에 급격하게 감소하여, 클리닝 개시 후 20~30초에 0이 되었다. CH2에 있어서의 CO 강도는, CH1보다도 낮은 피크값을 가지며, 감소량도 완만하고, 클리닝 개시 후 200초에도 0이 되지 않았다. 즉, 본 처리 방법의 반응 가스의 일 실시예에 따른 C4H2F6 가스를 포함하는 처리 가스를 이용했을 경우는, CH2F2 가스를 포함하는 처리 가스를 이용했을 경우에 비해, 에칭 후의 챔버의 클리닝 시간을 단축할 수 있었다.
또, 개시하는 실시 형태는, 이하의 양태를 더 포함한다.
(부기 1)
HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로서, 상기 HF 가스의 유량은 상기 CxHyFz 가스의 유량보다도 많은, 에칭 가스 조성물.
(부기 2)
상기 CxHyFz 가스의 유량은 상기 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하인, 부기 1에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 3)
상기 HF 가스의 유량은 상기 반응 가스의 총 유량에 대해서 70체적% 이상인, 부기 1 또는 2에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 4)
상기 반응 가스는 할로젠 함유 가스를 더 포함하는, 부기 1 내지 부기 3 중 어느 한 항에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 5)
상기 할로젠 함유 가스는 염소 함유 가스, 브로민 함유 가스 및 요오드 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 부기 4에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 6)
상기 할로젠 함유 가스는 Cl2, SiCl2, SiCl4, CCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6, CHCl3, SO2Cl2, BCl3, PCl3, PCl5, POCl3, Br2, HBr, CBr2F2, C2F5Br, PBr3, PBr5, POBr3, BBr3, HI, CF3I, C2F5I, C3F7I, IF5, IF7, I2 및 PI3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 부기 4에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 7)
상기 반응 가스는 인 함유 가스를 포함하는, 부기 1 내지 부기 5 중 어느 한 항에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 8)
상기 반응 가스는 산소 함유 가스를 더 포함하는, 부기 1 내지 부기 7 중 어느 한 항에 기재된 에칭 가스 조성물.
(부기 9)
상기 반응 가스는 붕소 함유 가스 및 황 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 포함하는, 부기 1 내지 부기 8 중 어느 한 항에 기재된 에칭 가스 조성물.
본 처리 방법은 본 개시의 범위 및 취지로부터 일탈하는 일 없이 다양한 변형을 할 수 있다. 예를 들면, 본 처리 방법은 용량 결합형의 기판 처리 장치(1) 이외에도, 유도 결합형 플라즈마나 마이크로파 플라즈마 등, 임의의 플라즈마원을 이용한 기판 처리 장치를 이용하여 실행해도 된다.
1……기판 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 CT……제어부
DF……유전체막 MK……마스크막
OP……개구 PF……보호막
RC……오목부 UF……하지막
W……기판

Claims (28)

  1. 챔버 내의 기판 지지기 상에 유전체막을 갖는 기판을 준비하는 공정과,
    HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 상기 유전체막을 에칭하는 공정을 포함하고,
    상기 에칭하는 공정에 있어서, 상기 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, 상기 HF 가스의 유량은 상기 CxHyFz 가스의 유량보다도 많은, 기판 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 CxHyFz 가스의 유량은 상기 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하인, 기판 처리 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 HF 가스의 유량은 상기 반응 가스의 총 유량에 대해서 70체적% 이상인, 기판 처리 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 할로젠 함유 가스를 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 할로젠 함유 가스는 염소 함유 가스, 브로민 함유 가스 및 요오드 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 기판 처리 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 할로젠 함유 가스는 Cl2, SiCl2, SiCl4, CCl4, SiH2Cl2, Si2Cl6, CHCl3, SO2Cl2, BCl3, PCl3, PCl5, POCl3, Br2, HBr, CBr2F2, C2F5Br, PBr3, PBr5, POBr3, BBr3, HI, CF3I, C2F5I, C3F7I, IF5, IF7, I2 및 PI3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스인, 기판 처리 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 인 함유 가스를 포함하는, 기판 처리 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 산소 함유 가스를 포함하는, 기판 처리 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 가스는 붕소 함유 가스 및 황 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마는 상기 반응 가스와 불활성 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성되는, 기판 처리 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체막은 실리콘 함유막인, 기판 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 실리콘 함유막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 폴리 실리콘막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 기판 처리 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 유전체막 상에 적어도 하나의 개구를 규정하는 유기막 또는 금속 함유막으로 이루어지는 마스크를 갖는, 기판 처리 방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭하는 공정은 상기 기판 지지기에 전기 바이어스를 주는 것을 포함하고,
    상기 기판 지지기에 상기 전기 바이어스가 주어지는 기간은, 제1 기간과, 상기 제1 기간과 교대하는 제2 기간을 포함하고,
    상기 제1 기간에 있어서의 전기 바이어스는 0 또는 제1 레벨이고, 상기 제2 기간에 있어서의 전기 바이어스는 상기 제1 레벨보다도 큰 제2 레벨인, 기판 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 에칭하는 공정은 상기 기판 지지기 또는 상기 기판 지지기에 대향하는 상부 전극에, 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전력을 공급하는 것을 포함하고,
    상기 고주파 전력이 공급되는 기간은, 제3 기간과, 상기 제3 기간과 교대하는 제4 기간을 포함하고,
    상기 제3 기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 레벨은 0 또는 제3 레벨이고, 상기 제4 기간에 있어서의 상기 고주파 전력의 레벨은 상기 제3 레벨보다도 큰 제4 레벨이며,
    상기 제2 기간과 상기 제4 기간은 적어도 일부가 중복되어 있는, 기판 처리 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15 중 어느 것에 있어서,
    상기 전기 바이어스는 펄스 전압인, 기판 처리 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭하는 공정은 상기 기판 지지기에 대향하는 상부 전극에, 직류 전압 또는 저주파 전력을 공급하는 것을 포함하는, 기판 처리 방법.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭하는 공정은
    상기 챔버 내를 제1 압력으로 하고, 상기 기판 지지기에 제1 전기 바이어스를 공급하여, 상기 유전체막을 에칭하는 제1 공정과,
    상기 챔버 내를 제2 압력으로 하고, 상기 기판 지지기에 제2 전기 바이어스를 공급하여, 상기 유전체막을 에칭하는 제2 공정을 포함하고,
    상기 제1 압력은 상기 제2 압력과 다르고, 및/또는 상기 제1 전기 바이어스는 상기 제2 전기 바이어스와 다른, 기판 처리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다도 큰, 기판 처리 방법.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19 중 어느 것에 있어서,
    상기 제1 전기 바이어스의 크기의 절대값은, 상기 제2 전기 바이어스의 크기의 절대값보다도 큰, 기판 처리 방법.
  21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 공정과 상기 제2 공정을 교대로 반복하는, 기판 처리 방법.
  22. 챔버 내의 기판 지지기 상에, 실리콘 산화막을 포함하는 실리콘 함유막을 갖는 기판을 준비하는 공정과,
    불소 함유 가스 및 CxHyFz(상기 불소 함유 가스와 상이한 가스이며, x는 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임.)를 포함하는 반응 가스로부터 플라즈마를 생성하여, 상기 실리콘 함유막을 에칭하는 공정을 포함하고,
    상기 에칭하는 공정에 있어서, 상기 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, 상기 CxHyFz 가스의 유량은 상기 반응 가스의 총 유량에 대해서 20체적% 이하인, 기판 처리 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 불소 함유 가스는 상기 챔버 내에서 HF종을 생성 가능한 가스인, 기판 처리 방법.
  24. 청구항 22 또는 청구항 23에 있어서,
    상기 CxHyFz 가스는 1 이상의 CF3기를 갖는, 기판 처리 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 CxHyFz 가스는 C3H2F4 가스, C3H2F6 가스, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스 및 C5H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 기판 처리 방법.
  26. 청구항 22 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 가스 중에서, 상기 불소 함유 가스의 유량이 가장 많은, 기판 처리 방법.
  27. 챔버 내의 기판 지지기 상에, 실리콘 산화막을 포함하는 실리콘 함유막을 갖는 기판을 준비하는 공정과,
    상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 공정과,
    상기 플라즈마에 포함되는 HF종 및 CxHyFz(x는 2 이상의 정수이고, y 및 z는 1 이상의 정수임.)종을 이용하여 상기 실리콘 함유막을 에칭하는 공정을 포함하고,
    상기 플라즈마는 상기 HF종의 양이 가장 많은, 기판 처리 방법.
  28. 챔버, 상기 챔버 내에 마련되고 온도 조정 가능하게 구성된 기판 지지기, 상기 챔버 내에서 플라즈마를 생성시키기 위한 전력을 공급하는 플라즈마 생성부, 및 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 기판 지지기 상에 지지된 기판의 유전체막을 에칭하기 위해서, 상기 플라즈마 생성부로부터 공급하는 전력에 의해, HF 가스와, C4H2F6 가스, C4H2F8 가스, C3H2F4 가스 및 C3H2F6 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 CxHyFz 가스를 포함하는 반응 가스를 상기 챔버 내에 도입하여 플라즈마를 생성하는 제어를 실행하고, 상기 제어에 있어서, 상기 기판 지지기의 온도는 0℃ 이하로 설정되고, 상기 HF 가스의 유량은 상기 CxHyFz 가스의 유량보다도 많은, 기판 처리 장치.
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