KR0157536B1 - 드라이 에칭 방법 - Google Patents

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겐지 하라후지
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모리시다 요이치
마쯔시다 덴키 산교 가부시키가이샤
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Abstract

라인 패턴의 수직인 에칭 형상의 형성과, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차를 축소하는 드라이 에칭 방법이다. 내부 라인 패턴의 라인폭이 고립 라인 패턴의 라인폭보다 작아지고, 라인 패턴폭이 레지스트 패턴의 폭보다 커지는 경우, 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 고주파 전력의 주파수, 고주파 전력의 전력, 원료 가스에 차지하는 측벽 보호용 가스의 비율 및 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키고, 라인 패턴에 대한 에칭량을 증가시키는 동시에 내부 라인 패턴에 대한 에칭량을 고립 라인 패턴에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소시킨다.

Description

드라이 에칭 방법
제1도는 본 발명의 각 실시형태에 관한 드라이 에칭 방법에 이용하는 드라이 에칭 장치의 개략도.
제2도는 벌크 플라즈마(bulk plasma) 영역과 시스(sheath) 영역의 경계에서 출발한 이온이 시스영역을 중성입자와 충돌하면서 시료대를 향해 수송되는 모양을 나타내는 모식도.
제3도 (a), (b)는 가스 압력이 0.1Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제4도 (a), (b)는 가스 압력이 0.2Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제5도 (a), (b)는 가스 압력이 0.5Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제6도 (a), (b)는 가스 압력이 1.0Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제7도 (a), (b)는 가스 압력이 2.0Pa일 때 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제8도 (a), (b)는 가스 압력이 3.0Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제9도 (a), (b)는 가스 압력이 5.0Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제10도 (a), (b)는 가스 압력이 10Pa일 때의 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 분포 특성을 나타내고, (a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타낸다.
제11도 (a), (b)는 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 입사 각도 분포의 산란각 확대를 나타내는 표준 편차σ 및 이온 평균 자유행정λ의 가스 압력 의존성을 나타내는 도면.
제12도 (a), (b)는 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온의 각속도 분포에서 유한 산란각 ±△°내에서 입사하는 이온의 전입사 이온수에 대한 비율의 가스 압력 의존성을 나타내는 도면.
제13도는 라인·앤드·스페이스·패턴의 상방에서 거의 동방적으로 입사하는 측벽 보호 래디컬의 거동을 나타내는 도면.
제14도는 라인·앤드·스페이스·패턴의 내부 라인 패턴 및 고립 라인 패턴의 프로필 및 크기 변화 차이의 메카니즘을 나타내는 도면.
제15도는 가스 압력 및 배기량으로 이루어지는 외부 운전 파라미터를 변화시켰을 때 진공 챔버의 내부 파라미터의 변화모양을 설명하는 도면.
제16도는 바이어스·파워로 이루어지는 외부 운전 파라미터를 변화시켰을 때 진공 챔버의 내부 파라미터의 변화모양을 설명하는 도면.
제17도는 중진공의 경우에서 내부 라인 패턴과 고립 라인 패턴 사이의 크기차를 감소시키는 방법을 설명하는 도면.
제18도는 고진공의 경우에서 내부 라인 패턴과 고립 라인 패턴 사이의 크기차를 감소시키는 방법을 설명하는 도면.
제19도는 중진공 및 고진공의 경우에서 내부 라인 패턴과 고립 라인 패턴의 크기차를 감소시키기 위해 최초로 취해야 할 수단을 설명하는 도면.
제20도는 제19도에 나타난 (E)-(H)의 각 경우에 대해 내부 라인 패턴과 고립 라인 패턴의 크기차를 감소시키기 위해 그 후에 어떤 처리를 행하는 지를 설명하는 도면.
제21도는 드라이 에친 전의 라인 패턴을 나타내는 단면도.
제22도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼이고 크기가 큰 상태를 나타내고, 제22도 (b)는 가스 압력을 10Pa에서 일정하게 유지한 상태에서 배기량을 2000리터/초로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제23도 (a)는 Cl2를 40sccm, 측벽 보호 래디컬인 SiCl4를 20sccm 도입하고 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1500리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼이로 되고 크기가 큰 상태를 나타내고, 제23도 (b)는 가스 압력을 10Pa, 배기량을 1500리터/초로 일정하게 유지한 상태에서 SiCl4를 10sccm으로 감소시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제24도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하고, 가스 압력을 8Pa의 중진공 조건에서, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제24도 (b)는 가스 압력을 8Pa에서 일정하게 유지한 상태에서 배기량을 500리터/초로 감소시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제25도 (a)는 Cl2를 40sccm, SiCl4을 15sccm 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼이고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제25도 (b)는 가스 압력을 10Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서, SiCl4를 25sccm으로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제26도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 큰 상태를 나타내고, 제26도 (b)는 가스 압력을 4Pa로 일정하게 유지한 상태에서, 배기량을 2000리터/초로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제27도 (a)는 Cl2를 40sccm, SiCl4을 20sccm 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 큰 상태를 나타내고, 제27도 (b)는 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서, SiCl4를 10sccm으로 감소시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제28도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제28도 (b)는 가스 압력을 4Pa로 일정하게 유지한 상태에서, 배기량을 500리터/초로 감소시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제29도 (a)는 Cl2를 40sccm, SiCl4를 15sccm 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼이고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제29도 (b)는 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서, SiCl4를 25sccm으로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제30도 (a)는 Cl2를 40sccm을 도입하여 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1000리터/초, 바이어스·파워를 300W로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제30도 (b)는 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서, 가스 압력을 15Pa로 증가시키는 동시에 바이어스·파워를 400W로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제31도 (a)는 Cl2를 40sccm을 도입하여 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1000리터/초, 바이어스·파워를 300W로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제31도 (b)는 바이어스·파워를 300W로 일정하게 유지한 상태에서, 가스 압력을 15Pa로 증가시키는 동시에 배기량을 200리터/초로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제32도 (a)는 Cl2를 40sccm을 도입하여 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서 배기량을 1000리터/초, 고주파 전력의 주파수르 13.56MHz로 하여 에칭을 행했을 때 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제32도 (b)는 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서 고주파 전력의 주파수를 50MHz로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제33도 (a)는 Cl2를 40sccm을 도입하여 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서 배기량을 800리터/초, 고주파 전력의 주파수르 50MHz로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제33도 (b)는 배기량을 800리터/초로 일정하게 유지한 상태에서 고주파 전력의 주파수를 100MHz로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제34도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하여 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건에서 배기량을 1000리터/초, 시료대 온도를 30도로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 큰 상태를 나타내고, 제34도 (b)는 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서, 시료대 온도를 80도로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제35도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하여 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1000리터/초, 시료대 온도를 30도로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작은 상태를 나타내고, 제35도 (b)는 가스 압력을 10Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서, 시료대 온도를 0도로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
제36도 (a)~(c)는 평행평판형 반응성 이온 드라이 에칭 장치를 이용하여 린도프한 다결정 실리콘 게이트 형성을 할 때, 주에칭 운전 모드와 오버 에칭 운전 모드의 전환을 하여 에칭을 행한 상태를 나타내고, (a)는 주에칭 조건의 에칭 상태를 나타내고, (b)는 오버 에칭 조건의 에칭 상태를 나타내고, (c)는 개선한 오버 에칭 조건의 에칭 상태를 나타내는 도면.
제37도는 본 발명에 관한 플라즈마 발생방법에 채용하는 다른 드라이 에칭 장치의 개략도.
제38도 (a), (b)는 제37도에 나타나는 드라이 에칭 장치를 이용하여 린도프한 다결정 실리콘 게이트를 형성했을 때의 상태를 나타내고, 제38도 (a)는 Cl2를 40sccm 도입하고, 플라즈마 발생용 나선형 코일에 대해 300W, 바이어스 파워 1000W, 가스 압력을 3Pa의 고진공 조건에서 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행했을 때, 에칭후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 큰 상태를 나타내고, 제38도 (b)는 가스 압력을 3Pa로 일정하게 유지한 상태에서, 바이어스 파워를 150W, 배기량을 2000리터/초로 증가시켜 패턴·프로필을 개선한 상태를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 금속성 챔버 12 : 가스 컨트롤러
13 : 배기계 14 : 애노드(음극)
15 : 시료대(캐소드) 17 : 고주파 전력
20 : 에칭 종점 검출기 21 : 주파수 제어회로
[발명의 배경]
본 발명은 플라즈마를 이용한 드라이 에칭 방법에 관한 것이다.
드라이 에칭 가공 방법으로는 플라즈마 발생장치의 챔버내부에 음극(cathode) 전극인 시료대를 설치하고, 이 시료대에 고주파 전력을 인가하여 자기 DC바이어스를 형성하고, 이것으로써 이온을 시료대로 향하도록 가속 유도시키는 것을 주로 또는 보조적으로 이용하여 기판이나 기판상에 형성된 막등으로 이루어지는 피에칭 시료를 드라이 에칭 가공하는 것이 알려져 있다. 이처럼 고주파 방전을 이용한 플라즈마는 미세 가공의 드라이 에칭 가공에 적용되고 있다.
현대의 고밀도 반도체 집적회로의 진보는 산업혁명에도 비교할만한 변혁을 가져오고 있다. 고밀도화는 소자 크기의 미세화, 디바이스의 개량, 칩크기의 대면적화등으로 실현되어 왔다. 소자 크기의 미세화는 광의 파장 정도까지 발전해 왔고, 리소그라피에는 엑시머 레이저나 소프트액스선 사용을 검토하고 있다. 미세 패턴을 실현하기 위해서는 리소그라피와 나란히 드라이 에칭이나 박막형성이 중요한 역할을 하고 있다.
이하, 미세 가공에 적용되는 드라이 에칭에 대해 설명한다. 드라이 에칭은 플라즈마에 의해 생성된 래디컬이나 이온등과 피에칭 시료 고상표면과이 화학적 또는 물리적 반응을 이용하고, 피에칭 시료의 불필요한 부분을 제거하는 기술이다. 드라이 에칭 기술로 가장 널리 이용되고 있는 반응성 이온 에칭(RIE)은 적당한 가스의 고주파 방전 플라즈마 중에 피에칭 시료를 노출시키면, 에칭 반응으로 피에칭 시료의 불필요한 부분이 제거되는 것이다. 필요한 부분은 보통 마스크로 이용한 포토 레지스트 패턴에 의해 보호되고 있다.
또, 이하의 설명에서는 레지스트 패턴을 마스크로 피에칭 시료에 대해 드라이 에칭했을 때 피에칭 시료에 형성되는 패턴을 특히 라인 패턴이라 한다.
드라이 에칭 기술에서는 미세한 크기의 마스크 패턴대로 거의 수직인 에칭 형상의 형성을 서로 근접하여 형성되는 복수의 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 라인 패턴(이후, 내부 라인 패턴이라 한다), 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 라인 패턴(이후, 외부 라인 패턴이라 한다) 및 라인 패턴군에서 독립하여 형성되는 고립 라인 패턴에 대해서도 실현하는 동시에, 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴)과 내부 라인 패턴 사이의 크기차를 할 수 있는 한 감소시키고자 한다.
이 요구에 대한 대책으로 종래의 챔버 내부의 가스 압력을 낮게 하여 진공도를 올림으로써, 이온이 시료 근방에 형성된 시스 영역에서 가속되면서 시료대에 수송되는 동안, 이온과 중성입자의 충돌로 인한 산란을 할 수 있는 한 적게 하는 한편, 어떤 비율에서 반드시 존재하는 경사 입사 이온에 의한 라인 패턴 측벽에 대한 에칭을 막기 위해, 측벽 보호를 맡는 래디컬을 발생시키는 측벽 보호용 가스를 첨가하는 방법을 채용해 왔다.
상기와 같이, 저진공도화나 측벽 보호용 가스의 첨가를 채용한 에칭 방법은 ① 이온의 입사각도 분포 시료면에 대한 더 높은 수직성을 얻는 것, ② 사선 입사 이온에 의한 라인 패턴 측벽의 에칭 방어를 어느 정도 제어할 수 있고, 마스크 패턴 크기대로 거의 수직인 에칭 형상의 형성을 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴) 및 내부 라인 패턴에 대해(각각 따로따로는 실현할 수 있지만) 동시에 실현하는 것, 및 ③ 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴)과 내부 라인 패턴 사이의 크기차를 충분히 작게 하는 것은 곤란하였다.
[발명의 개요]
상기에 감안하여 본 발명은 플라즈마에 의한 드라이 에칭 가공에서 챔버 내부의 가스 압력, 가스비, 가스 배기량, 시료대의 온도 및 바이어스·파워의 조합을 최적화함으로써, 시료대 표면 근방의 이온 에너지 및 각도 분포, 측벽보호를 담당하는 래디컬의 비율을 제어하고, 이로써 고립 라인 패턴, 외부 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 모두에 대해 수직인 에칭 형상의 형성과, 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴)과 내부 라인 패턴 사이의 크기차의 충분한 축소를 실현하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 진공 챔버내에 자기 바이어스 형성을 위해 인가하는 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스내 측벽 보호용 가스의 비율 및 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키면, 라인 패턴 측벽의 측벽 보호 래디컬 퇴적량 및 퇴적한 측벽 보호막의 이온에 의한 에칭량이 고립 라인 패턴, 외부 라인 패턴 및 내부의 라인 패턴에서 독립하여 변화하는 것을 발견하여, 이 발견에 대해 이루어진 것이다.
이하, 드라이 에칭 방법에서 ① 가스 압력, 가스비, 가스 배기량, 바이어스·파워, 고주파 전력의 주파수 및 시료대 온도라는 외부운전 파라미터군의 값과, 시료대상 피에칭 시료의 고립 라인 패턴, 내부 라인 패턴 측벽 및 외부 라인 패턴의 각 측벽에 날아오는 측벽 보호 래디컬의 비율, 측벽 보호 래디컬 흡착율, 이온 플럭스, 이온의 각도 분포, 이온의 에너지 분포라는 플라즈마 내부 파라미터 값의 관계, 또 ② 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴) 및 내부 라인 패턴의 각 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 퇴적량과 에칭량의 관계에 대해 설명한다.
또, 이하의 설명에서 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴을 비교하는 내용은 외부 라인 패턴의 외면과 내부 라인 패턴의 비교도 적합한 것이다.
(A) 우선, 가스 압력이라는 외부 운전 파라미터의 값을 중심으로 하는 상기 관계에 대해 설명한다.
(1) 챔버내에 존재하는 반응 생성물 래디컬이나 측벽 보호용 첨가 가스로 생성되는 래디컬 등과 같이 측벽 보호의 역할을 담당하는 측벽 보호 래디컬에 의해, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양은 챔버내의 가스 압력에 관계없이, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 많다. 그 이유는 피에칭 시료의 상방에서 거의 등방적으로 입사하는 측벽 보호 래디컬 플럭스의 예상 입체각의 고립 라인 패턴 측벽의 경우에는 거의 π/2인데 비해, 내부 라인 패턴 측벽의 경우에는 π/2보다 작고, 특히 패턴 어스펙트비(라인·앤드·스페이스·패턴의 라인 높이를 스페이스 폭으로 나눈 값)가 큰 경우에는 π/2보다 매우 작아지기 때문이다.
측벽 보호 래디컬의 비율을 줄여 가면, 고립 라인 패턴 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양 및 내부 라인 패턴 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양은 일정한 비를 유지한 상태에서 감소한다. 그러나, 측벽 보호 래디컬의 비율 감소양에 대한 측벽 보호막의 감소량은 고립 라인 패턴 측벽쪽이 내부 라인 패턴 측벽보다 크다. 즉, 고립 라인 패턴 측벽의 측벽 보호막의 막두께 변화량은 내부 라인 패턴 측벽의 측벽 보호막의 막두께 변화량보다 크다.
(2) 다음에, 입사 이온의 거동에 대해 설명한다.
입사 이온은 시스 영역에 설치되어 있는 시료대의 표면에 대해 수직인 방향의 전계에 의해, 시료대 표면에 대해 거의 수직인 방향으로 가속되면서, 시료 표면에 입사하고 있지만, 시스 영역의 중서입자와 충돌함으로써, 어느 정도 산란된 각도 성분을 갖고 시료의 표면에 입사해 온다.
시료의 표면에 대해 사선으로 입사하는 이온은 시료 표면에 대해 수직으로 서 있는 라인 패턴의 측벽에 대해서는 라인 패턴 측벽의 측벽 보호막을 잘라 내고, 에칭 후의 패턴·프로필을 순테이퍼에서 수직으로 하거나, 수직에서 역테이퍼로 하는 효과가 있다. 이온의 입사 각도가 라인 패턴 측벽에 대해 수직일수록, 즉 이온의 산란각이 클수록, 측벽 보호막에 대한 에칭 능력은 크다. 반대로, 시료 표면에 대해 수직으로 입사하는 이온은 입사각이 라인 패턴의 측벽에 대해서는 거의 평행해지기 때문에, 측벽 보호막에 대한 에칭 능력은 작다.
이상의 현상은 고립 라인 패턴 측벽에서는 사선 입사 이온의 예상 입체각이 크기 때문에, 입사 이온이 측벽에 직접 충돌하여 매우 현저하다. 한편, 내부 라인 패턴 측벽에서는 사선 입사 이온의 예상 입체각이 작고, 특히 라인 패턴의 어스팩트비가 큰 경우에 상당히 작아진다. 이 때문에, 어떤 크기 이상의 산란각을 갖는 입사 이온은 라인·앤드·스페이스·패턴의 스페이스부로 들어가지 않고 반사되어 버린다. 다시 말하면, 큰 산란각을 갖는 입사 이온의 이온 각도 분포 성분은 내부 라인 패턴 측벽의 하부에는 직접 날아올 수 없고, 시료 표면에 대해 더 수직인 비교적 작은 산란각을 갖는 입사 이온의 이온 각도 분포 성분만이 선택적으로 날아올 수 있다. 즉, 넓은 이온 각도 분포 성분을 갖는 이온 플럭스 중, 어느 산란각도 이하의 성분만을 콜리메이트하여 내부 라인 패턴 측벽 하부로 날아오는 것을 허용하는 효과가 있다. 이후, 이 효과를 「이온 콜리메이션 효과」라 하기로 한다.
내부 라인 패턴 측벽의 상부 부근에 겨우 입사한 큰 산란각을 갖는 입사 이온은 라인 패턴군의 내부 라인 패턴 측벽과 대향하는 라인 패턴 측벽 사이에서 몇번인가 반사되지 않으면, 내부 라인 패턴 측벽의 하부에 침입할 수 없다. 이 동안에 입사 이온의 에너지는 감소하고, 퇴적 보호막을 에칭하는 능력은 줄어간다. 또, 고급 라인 패턴에 비해 입사 이온 플럭스도 감소한다.
(3) 이상의 현상을 정리하여 설명하면 다음과 같다. 즉, ① 고립 라인 패턴 측벽은 내부 라인 패턴 측벽보다, 챔버내의 측벽 보호 래디컬의 비율 변화에 대한 측벽 보호막 퇴적량의 변화량은 크다. ② 이온 콜리메이션 효과 때문에 고립 라인 패턴에서는 내부 라인 패턴 측벽보다도, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막을 잘라내는 효과가 크다. ③ 이온 입사각의 변화는 고립 라인 패턴 측벽에서 큰 측벽 보호막 에칭량 변화로 나타난다.
이상 설명한 바와 같이, 고립 라인 패턴은 측벽 보호 래디컬의 비율 변화 및 이온 입사각의 변화에 대해 비교적 민감하고, 내부 라인 패턴은 비교적 둔감하다.
(4) 이온은 상술한 바와 같이, 시스 영역의 중성입자와 충돌하여 어느 정도 산란된 각도 성분을 갖고 시료 표면에 입사해 오지만, 가스 압력이 충분히 낮은 고진공 영역에서는 입사 이온은 시스 영역의 중성입자와 충돌이 적고, 비교적 수직으로 입사해 오는 성분이 많고, 전체적으로 비교적 산란 각도가 작은 상태에서 시료 표면으로 입사해 온다. 즉, 고진공 영역의 경우에는 입사 이온은 라인 패턴 측벽에 따라 거의 가지런한 형태로 입사해 오는 성분이 많다. 이 효과를 「모의 병령빔 효과」라 부르기로 한다.
이와 같은 입사 이온 각도 분포의 경우에서는 고립 라인 패턴 측벽에 입사하는 이온 플럭스는 내부 라인 패턴 측벽에 입사하는 이온 플럭스보다 많지만, 그 차는 중진공 영역의 경우만큼 크지는 않다. 즉, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴에 대한 퇴적 보호막의 에칭 능력의 차는 중진공 영역의 경우만큼 큰 차이는 없다. 또, 입사하는 이온의 측벽에 대한 각도가 비교적 작고, 라인 패턴 측벽에 큰 각도로 입사하는 이온의 비율은 작다. 이 때문에, 퇴적 보호막을 에칭하는 능력은 중진공 영역의 경우에 비해 작고, 고립 라인 패턴 측벽에서 특히 작아진다.
(5) 이상 설명에서는 측벽 보호막의 퇴적량과 이 퇴적 보호막의 사선 입사 이온에 의한 에칭량의 관련에 대해 설명하였지만, 퇴적 보호막의 양이 적고, 사선 입사 이온에 의한 보호막의 에칭량이 보호막의 퇴적량보다 많은 경우에는 피에칭 시료의 라인 패턴의 프로필이 역테이퍼로 되고, 라인 패턴의 크기가 레지스트 마스크 크기보다 작아진다. 이 경우에는 가스 압력을 감소시켜 사선 입사 이온의 비율을 감소시키면, 역테이퍼에서 수직으로 되고, 피에칭 시료의 라인 패턴 크기의 감소량도 완화된다.
(B) 다음에, 가스 압력 P와 배기량 Q라 하는 2개의 외부 운전 파라미터의 조합을 중심으로 한 상기의 관계에 대해 설명한다.
가스 압력 P를 증가시키면, 이하와 같은 플라즈마 내부 파라미터의 변화가 생긴다. 상술한 바와 같이 입사 이온 각도분포의 확대를 나타내는 이온 산란각의 표준 편차σ가 증가하고, 시료 표면에 입사하는 이온의 이온 에너지Ei는 감소한다. 가스 압력P의 증가는 원료 가스의 증가를 의미하므로, 입력 파워가 원료 가스를 충분히 전리여기하는 능력이 있는 한도에서 반응성 래디컬 플럭스 FR및 이온 플럭스 Fi의 증가를 가져온다. 그 결과로 챔버내의 반응생성물이나 스퍼터된 레지스트 등의 측벽 보호 래디컬의 비율이 늘어나고, 측벽 보호 래디컬 플러그 FRP의 증가를 가져온다.
이온 에너지 Ei및 정규분포를 가정한 경우 이온 산란각의 표준 편차σ는 측벽 보호막 퇴적량의 에칭 능력에 관련한 내부 파라미터이고, 이온 에너지Ei의 감소는 에칭 능력의 저하를 가져오고, 이온 산란각의 표준 편차σ의 증가는 에칭 능력의 향상을 가져오므로, 가스 압력P의 증가가 에칭 능력을 향상시키는 지 저하시키는 지는 단순하게 판정할 수 없다. 한편, 측벽보호 래디컬 플럭스FRP의 증가는 분명히 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져온다. 따라서, 가스 압력P의 증가가 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져오는 지 감소를 가져오는 지도 단순하게 판정할 수 없다.
그러나, 가스 압력P를 일정하게 유지한 상태에서, 배기량을 증가시켜 챔버안의 측벽 보호 래디컬의 비율 감소를 도모할 수 있으면, 측벽 보호막의 에칭이 막퇴적량의 증가에 뛰어나게 된다. 즉, 배기량의 제어에 따라 측벽 보호막 두께의 제어를 행할 수 있다.
(C) 다음에, 바이어스 파워WB와 배기량Q라 하는 2개의 외부 운전 파라미터 조합을 중심으로 한 상기 관계에 대해 설명한다.
바이어스 파워WB를 증가시키면, 이하와 같은 플라즈마 내부 파라미터의 변화를 고려할 수 있다. 우선, 시료 표면에 입사하는 이온의 에너지Ei는 증가한다. 이온 산란각 표준 편차σ는 감소한다. 또, 바이어스 파워WB의 증가는 시료 표면 근방 원료 가스의 전리 여기의 증가를 의미하므로, 이온 플럭스Fi및 반응성 래디컬 플럭스FR의 증가를 가져온다. 그 결과로 챔버내의 반응생성물이나 스퍼터된 레지스트 등의 측벽 보호 래디컬 비율이 증가하고, 측벽 보호 래디컬 플럭스 FRP의 증가를 가져온다.
이온의 에너지Ei, 이온 플럭스 Fi 및 이온 산란각 표준 편차σ는 측벽 보호 퇴적막의 에칭 능력에 관련한 내부 파라미터이다. 이온 에너지Ei 및 이온 플럭스Fi의 증가는 에칭 능력의 향상을 가져온다. 한편, 이온 산란각 표준 편차σ의 감소 및 측벽 보호 래디컬 플럭스FRP의 증가는 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져온다. 따라서, 바이어스 파워WB의 증가가 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져오는 지 감소를 가져오는 지는 단순하게 판정할 수 없다.
그러나, 바이어스 파워WB를 일정하게 유지한 상태에서, 배기량을 증가시켜 측벽 보호 래디컬의 비율 감소를 도모하며, 측벽 보호막의 에칭이 측벽 보호막의 퇴적량 증가에 뛰어나게 된다. 즉, 배기량의 제어로 측벽 보호막의 막두께 제어를 행할 수 있다.
(D) 다음에, 고주파 전력의 주파수f와 가스 압력P라는 2개의 외부 운전 파라미터 조합을 중심으로 한 상기의 관계에 대해 설명한다.
즉, 시료대 근방에 형성되는 캐소드측의 시스폭d는 다음과 같아진다.
d = K1/ (Pm·fn) …(1)
단, P는 가스 압력, f는 주파수, m은 양의 실수이고 대략 1/3보다 크고 대략 1/2보다 작다. n은 양의 실수이고 대략 1/2보다 크고 대략 1 보다 작다. 이것은 K. Harafuji, A. Yamano and M. Kubota: Jpn. J. Appl, Phys. Vol. 33(1994) p2212, 및 N. Mutsukura, K. Kobayashi and Y. Machi: J. Appl. Phys. Vol. 68(1990) p. 2657에서 이미 설명되어 있다.
또, 이온과 중성입자 사이의 탄성 충돌 산란 및 하전 교환 산란에 주로 유래하는 이온의 평균 자유행정λ은 가스 압력P에 역비례하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
λ = K2/ P …(2)
벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계를 출발한 이온이 시료대의 어느 캐소드 상으로 수용되는 동안 시스 영역의 중성 입자의 충돌로 산란되는 확률에 비례하는 양 η은 다음 식과 같아진다.
η = d / λ …(3)
(1)식 및 (2) 식을 (3)식에 대입함으로써,
η = d / λ = (K1/ (Pm·fn)) × (P / K2)
= (K1/ K2) × (P1-m/ fn)
~ (K1/ K2) × (P / F)1/2
의 관계식을 얻을 수 있다. 여기서, K1, K2는 각각 정수이고, ~는 거의 같은 것을 의미한다. 이상의 각 식에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
가스 압력P 및 주파수f를 높게 하면, (1)식에서 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계를 출발한 이온이 시료대상으로 수송되는 동안 주행하는 거리인 시스폭d는 짧아지므로, 이 관점에서는 이온이 중성 입자와 충돌하여 산란할 확률은 작아진다.
가스 압력P를 높게 하면, (2)식에서 이온의 평균 자유행정λ가 짧아지기 때문에, 이 관점에서는 이온이 중성 입자와 충돌하여 산란할 확률은 커진다.
가스 압력P를 낮고 하고, 주파수f를 높게 하여 P/f를 작게 하면, (3)식보다 이온이 시스 영역 중성 입자와 충돌하여 산란할 확률을 줄일 수 있다. 이 때문에, 가스 압력P를 낮게 하고 주파수f를 높게 하면, 이온의 에너지 감쇠를 억제하고, 이온의 방향성을 고르게 하여 시료에 대해서는 거의 수직으로 입사하도록 하고, 다시 시료에 도달하는 이온 플럭스 밀도의 감쇠를 억누르고, 에칭 시스템 효율(throughput)의 향상과 충분한 에칭 이방성을 실현할 수 있다.
가스 압력P 및 주파수f를 낮게 하면, (1)식에서 시스폭d는 길어지므로, 이 관점에서는 이온이 중성 입자와 충돌하여 산란할 확률은 커진다.
가스 압력P를 낮게 하면, (2)식에서 이온의 평균 자유행정λ이 길어지므로, 이 관점에서는 이온이 중성입자와 충돌하여 산란할 확률은 커진다.
가스 압력P를 높게 하고 주파수f를 낮게 하여 P/f를 크게 하면, (3)식에서 이온이 시스 영역의 중성 입자와 충돌하여 산란할 확률을 증가시킬 수 있다. 이 때문에 가스 압력P를 높게 하고 주파수f를 낮게 하면, 이온의 에너지를 감쇠시킬 수 있고, 이온의 방향성을 약간 난잡하게 하여 시료에 입사시키도록 하고, 다시 시료에 도달하는 이온 플럭스 밀도를 감쇠시켜, 이로써 에칭 능력을 완화할 수 있다. (E) 다음에, 시료대 온도라는 외부 운전 파라미터를 중심으로 하는 상기의 관계에 대해 설명한다.
챔버내에 존재하는 반응생성물 래디컬이나 측벽 보호용 첨가 가스에서 생성되는 측벽 보호 래디컬이 라인 패턴 측벽에 흡착하는 비율은 일반적으로 라인 패턴 측벽의 온도(즉, 시료 온도)가 증가할수록 작아진다.
고립 라인 패턴 측벽에서는 시료 상방에서 거의 동방적으로 입사해 가는 측벽 보호 래디컬 플럭스에 대한 예상 입체각이 거의 π/2로서 충분히 크므로, 측벽 보호 래디컬은 고립 라인 패턴 하부의 측벽에 충분히 도달한다.
그러나, 내부 라인 패턴 측벽에서는 예상 입체각이 작고, 특히 패턴 어스펙트비가 큰 경우에는 예상 입체각이 매우 작으므로, 측벽 보호 래디컬이 내부 라인 패턴 하부의 측벽에 도달하기 위해서는 내부 라인 패턴 측벽에서 흡착 및 재방출을 몇번 반복해야 한다. 이 경우, 라인 패턴 측벽의 온도(즉, 시료 온도)가 낮으면, 흡착율이 커지고, 측벽 보호 래디컬의 대부분은 내부 라인 패턴의 상측 레지스트·마스크 측벽에 부착하고, 내부 라인 패턴 하부의 측벽에 측벽 보호 래디컬이 충분히 도달하지 않는다. 한편, 라인 패턴 측벽의 온도가 높으면, 흡착율이 작아지고, 측벽 보호 래디컬은 내부 라인 패턴 하부의 측벽에도 충분히 도달한다.
플라즈마 중 측벽 보호의 역할을 담당하는 측벽 보호 래디컬의 비율을 평가하는 검출기, 퇴적한 측벽 보호막의 에칭 역할을 담당하는 이온의 이온 플럭스 및 에너지 분포를 평가하는 검출기, 및 이온의 각도 분포를 평가하는 시스폭 검출기등에서 출력되는 신호를 이용하여, 상술한 복수의 외부 제어 파라미터를 최적화 할 수 있다.
게다가, 플라즈마 발생 챔버에 설치되어 있는 에칭 종점 검출기의 신호를 이용하여 주에칭의 완료를 판단하고, 주에칭을 완료할 때까지는 주에칭 조건으로 에칭을 행하고, 그 이후는 오버 에칭 조건에서 에칭을 행하도록 자동적인 2단계 에칭을 행할 수 있도록 프로그램되어 있다.
이하, 본 발명이 구체적으로 강구한 해결수단에 대해 설명한다.
본 발명에 관한 제1드라이 에칭 방법은 하부에 시료대를 갖는 진공 챔버내에 상기 시료대상에 얹혀 설치되고 표면에 레지스트 패턴이 형성되어 있는 피에칭 시료를 에칭하는 에칭용 가스와 상기 피에칭 시료가 에칭됨으로써 형성되는 라인 패턴의 측벽을 보호하는 측벽 보호용 래디컬을 생성하는 측벽 보호용 가스인 원료 가스를 도입하여 이 원료 가스로 이루어지는 이온을 발생시키는 동시에, 상기 시료대에 고주파 전력을 인가하여 자기 DC 바이어스를 형성함으로써 상기 이온을 상기 시료대에 유도하고, 이로써, 상기 피에칭 시료에 대해 에칭을 행하는 드라이 에칭 방법을 대상으로 하고, 서로 접근하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 작아지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 커지는 경우, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 증가하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소하도록, 상기 진공 챔퍼내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스내 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하고 있다.
제1드라이 에칭 방법에 의하면, 파라미터 제어공정에서 제1 및 제2라인 패턴에 대한 에칭량이 증가하는 동시에 제1라인 패턴에 대한 에칭량이 제2라인 패턴에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소하도록 제어하기 때문에, 제1라인 패턴의 라인폭이 제2라인 패턴의 라인폭에 가까워지는 동시에, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 레지스트 패턴의 라인폭에 가까워지므로, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 최적화된다.
제1드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하고, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증대하는 동시에, 특히 제2라인 패턴에서는 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 상대적으로 증대하므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
제1드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 원료 가스내 상기 측벽 보호용 가스의 비율을 감소시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하고, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증대하는 동시에, 특히 제2라인 패턴에서는 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 상대적으로 증대하므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
제1드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 증대시키는 공정과, 상기 고주파 전력의 전력을 증대시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 가스 압력의 증가에 따르는 이온 에너지의 감소가 고주파 전력의 전력 증가로 보충되어 경사 입사이온에 의한 측벽 보호막에 대항 에칭 효과가 증대하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증대하는 동시에 입사 이온의 각도 분포 확대가 커져 제2라인 패턴에 비해 제1라인 패턴의 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 상대적으로 감소하므로, 제1라인 패턴의 크기 감소량이 제2라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제1드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 증대시키는 공정과, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하여 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증대하는 동시에, 입사 이온의 각도 분포 확대가 커져 제2라인 패턴에 비해 제2라인 패턴의 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 상대적으로 감소하므로, 제1라인 패턴의 크기 감소량이 제2라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제1드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 높이는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호 래디컬이 감소하므로, 제1 및 제2 라인 패턴의 크기 감소량이 증가하는 동시에, 특히 제2라인 패턴에서 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 증대하므로 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
본 발명에 관한 제2드라이 에칭 방법은 제1방법과 같은 드라이 에칭 방법을 대상으로 하고, 서로 접근하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 작아지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 작아지는 경우 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭이 감소하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소하도록, 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력 상기 원료 가스내 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하고 있다.
제2드라이 에칭 방법에 의하면, 파라미터 제어공정에서 제1 및 제2라인 패턴에 대한 에칭량이 감소하는 동시에 제1라인 패턴에 대한 에칭량이 제2라인 패턴에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소하도록 제어하기 때문에, 제1라인 패턴의 라인폭이 제2라인 패턴의 라인폭에 가까워지는 동시에, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 레지스트 패턴의 라인폭에 가까워지므로, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 최적화된다.
제2드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 사선 입사 이온이 감소하여 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소한다.
제2드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 감소시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 증가하여 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 증가하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소하는 동시에, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과 감소는 제2라인 패턴에서 현저하게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제2드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 높이는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호 래디컬이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증가하는 동시에, 사선 입사 이온의 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 증대하므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
본 발명에 관한 제3드라이 에칭 방법은 제1방법과 같은 드라이 에칭 방법을 대상으로 하고, 서로 접근하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 커지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 커지는 경우, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 증가하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 증가하도록 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스내 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하고 있다.
제3드라이 에칭 방법에 의하면, 파라미터 제어공정에서 제1 및 제2라인 패턴에 대한 에칭량이 증가하는 동시에 제1라인 패턴에 대한 에칭량이 제2라인 패턴에 대한 에칭량보다 상대적으로 증가하도록 제어하기 때문에, 제1라인 패턴의 라인폭이, 제2라인 패턴의 라인폭에 가까워지는 동시에, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 레지스트 패턴의 라인폭에 가까워지므로 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 최적화된다.
제3드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 고주파 전력의 전력을 증대시키는 공정과, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하여 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는측벽 보호막의 양이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증대하는 동시에, 입사 이온의 각도 분포 확대가 적어져 제1라인 패턴의 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 상대적으로 증대하므로, 제1라인 패턴의 크기 감소량이 제2라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
제3드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 사선 입사 이온이 감소하고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭효과의 감소는 제2라인 패턴에서 현저하게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 상대적으로 감소한다.
이 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 동시에 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하여 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증대하는 동시에, 입사 이온의 각도 분포 확대가 작아져 제1라인 패턴의 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 상대적으로 증대하므로, 제1라인 패턴의 크기 감소량이 제2라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
제3드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 고주파 전력의 주파수를 높이는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 시스폭이 감소하여 사선입사이온의 비율이 감소하고, 사선입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과의 감소가 제2라인 패턴에서 눈에 띄게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 상대적으로 감소한다.
제3드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 높이는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호 래디컬이 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 증가하는 동시에 특히 제2라인 패턴에서 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 증대하므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 증대한다.
본 발명에 관한 제4드라이 에칭 방법은 제1방법과 같은 드라이 에칭 방법을 대상으로 하고, 서로 근접하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 커지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 작아지는 경우, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 감소하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 증가하도록, 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스내 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하고 있다.
제4드라이 에칭 방법에 의하면, 파라미터 제어공정에서 제1 및 제2라인 패턴에 대한 에칭량이 감소하는 동시에 제1라인 패턴에 대한 에칭량이 제2라인 패턴에 대한 에칭량보다 상대적으로 증가하도록 제어하기 때문에, 제1라인 패턴의 라인폭이 제2라인 패턴의 라인폭에 가까워지는 동시에, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 레지스트 패턴의 라인폭에 가까워지므로, 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 최적화된다.
제4드라이 에칭 방법의 파라미터 체어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 감소시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 진공 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 증가하여 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 증가하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소하는 동시에, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과의 감소는 제2라인 패턴에서 눈에 띄게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제4드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 원료 가스내 상기 측벽 보호용 가스의 비율을 증가시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소하는 동시에, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과의 감소는 제2라인 패턴에서 눈에 띄게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제4드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 고주파 전력의 주파수를 높이는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 시스폭이 감소하여 사선 입사 이온의 비율이 감소하고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과의 감소가 제2라인 패턴에서 눈에 띄게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 상대적으로 감소한다.
이 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이처럼, 고주파 전력의 주파수를 높이는 동시에 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소하면, 사선 입사 이온이 크게 감소하여 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소하는 동시에, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과의 감소는 제2라인 패턴에서 눈에 띄게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제4드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 낮게 하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양이 증가하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소하는 동시에, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 감소하여 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
제4드라이 에칭 방법의 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 사선 입사 이온이 감소하여 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막에 대한 에칭 효과가 감소하므로, 제1 및 제2라인 패턴의 크기 감소량이 감소하는 동시에, 사선 입사 이온의 측벽 보호막에 대한 에칭 효과의 감소는 제2라인 패턴에서 눈에 띄게 나타나므로, 제2라인 패턴의 크기 감소량이 제1라인 패턴의 크기 감소량보다 감소한다.
[발명의 바람직한 실시예]
이하, 본 발명에 dldydg는 드라이 에칭 장치의 일례인 평행평판형 반응성 이온 드라이 에칭 장치에 대핸 설명한다.
제1도는 평행평판형 반응성 이온 드라이 에칭 장치의 개략 구성을 나타내고 있고, 제1도에 나타나는 바와 같이 금속제의 챔버(11) 내에는 가스 컨트롤러(12)를 통해 반응성 가스가 도입되고, 이 챔버(11)의 내부는 배기계(13)에 의해 적절한 압력으로 제어된다.
챔버(11)의 상부에는 애노드(양극)(14)가 설치되고, 하부에는 캐소드(음극)인 시료대(15)가 설치되어 있다. 시료대(15)에는 임피던스 정합회로(16)를 통해 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급원(17)이 접속되어 있고, 시료대(15)와 애노드 전극(14) 사이에서 고주파 방전을 일으킬 수 있다. 고주파 전력 공급원(17)에서 공급되는 고주파 주파수는 주파수 제어회로(21)에 의해 변화시킬 수 있다.
이온의 에너지 분포 및 시료대(15) 근방의 시스 영역폭은 플라즈마 파라미터 검출기(26)에 의해 판단할 수 있고, 에칭의 종점은 스펙트럼법을 이용한 에칭 종점 검출기(20)로 판단할 수 있다. 또, 에칭 종점 검출기(20)의 신호에 의해 가스 컨트롤러(12) 및 배기계(13)가 제어되고, 챔버(11) 내의 가스 압력 및 배기량이 적절하게 제어된다. 게다가, 에칭 종점 검출기(20)의 신호에 의해, 주파수 제어회로(21)를 통해 고주파 전력원(17)의 주파수가 제어된다.
온도 제어회로(24)를 통해 히터(23)를 억제함으로써 시료대(15)의 온도를 조정할 수 있다. 또, 외부 파라미터 제어장치(22)는 플라즈마 파라미터 검출기(26)의 신호 및 에칭 종점 검출기(20)의 신호, 또는 이 신호와 주파수, 가스 압력, 고주파 전력 파워 및 시료대 온도 등의 외부 파라미터의 값과의 조합, 또한 이 신호와 미리 프로그램된 처리 흐름과의 조합에 기초하여, 가스 컨트롤러(12), 배기계(13), 주파수 제어회로(21) 및 온도 제어회로(24)를 제어할 수 있다.
또, 애노드 전극(14)과 시료대(15)에 의해 둘러싸인 플라즈마 발생영역중 애노드 전극(14) 및 시료대(15) 근방의 시스 영역을 뺀 영역은 일반적으로 벌크 플라즈마 영역이라 한다.
제2도는 제1도에 나타낸 평행평판형 반응성 이온 에칭 장치에서, 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발한 이온이 시스폭d 사이를 시료대(15)를 향해 가속되면서 시료대(15) 상에 수송되는 동안, 이온이 중성입자와 충돌하여 산란되고, 이온의 방향성이 난잡해지는 동시에 이온의 에너지가 감쇠하는 모양을 나타낸 것이다.
동일 주파수에 대해서는 가스 압력이 높은 저진공의 경우보다 가스 압력이 낮은 고진공의 경우 쪽이 이온과 중성입자의 충돌 산란이 적어지므로, 높은 이온 플럭스가 높은 에너지에 의해 시료대(15)에 대해 더 수직으로 입사한다. 한편, 가스 압력이 낮은 고진공이 경우보다 가스 압력이 높은 저진공의 경우 쪽이, 이온과 중성입자의 충돌 산란이 자주 일어나기 때문에, 이온 플럭스 밀도가 작아지는 동시에 이온의 에너지가 감소하고, 시료대(15)에 대한 이온의 입사 각도 분포는 넓어진다.
동일 가스 압력에 대해서는 시스폭d가 길어지는 비교적 낮은 주파주의 경우보다 시스폭d이 짧아지는 비교적 높은 주파수의 경우 쪽이, 이온파 중성 입자의 충돌 산란이 적어지기 때문에, 높은 이온 플럭스가 높은 에너지에 의해 시료대(15)에 대해 더 수직으로 입사한다. 한편, 시스폭d가 짧아지는 비교적 높은 주파수의 경우보다 시스폭d가 길어지는 비교적 낮은 주파수의 경우 쪽이 이온과 중성 입자의 충돌 산란이 자주 일어나기 때문에, 이온 플럭스 밀도가 작아지는 동시에 이온의 에너지가 감소하고, 시료대(15)에 대한 이온의 입사각도 분포는 넓어진다.
제3도~제10도는 제1도에 나타난 평행평판형 반응성 이온 에칭 장치에서 벌크 플라즈마 영역과 시스 영역의 경계에서 출발하고, 시스 영역의 전계에 의해 가속되고 중성 입자와 충돌하면서, 시료대(15) 상의 웨이퍼면에 도달한 염소이온Cl+의 에너지Ei및 각도θ의 함수인 이온의 각도 에너지 분포f(θ, Ei)를 에너지 방향에 대해 적분한 이온각도 분포g(θ), 및 이온의 각도 에너지 분포f를 각도 방향에 대해 적분한 이온 에너지 분포h(Ei)를 실선으로 나타내고 있다. 또, 이온의 각도θ는 웨이퍼 면에 수직인 방향에서 측정한 각도이다. 제3도~제10도에서(a)는 이온 각도 분포를 나타내고, (b)는 이온 에너지 분포를 나타내고 있다. 단, 시스폭Lsh=1cm, 시스간 전압=200V, 가스 압력P=0.1~10Pa이다.
제3도~제10도에서 알 수 있듯이, 가스 압력이 0.1Pa 또는 0.2Pa의 경우에는 각도 분포는 거의 0도 부근 즉, 수직 입사 상태에서 집중되어 있고, 0도 이외의 산란 성분은 매우 작고, 에너지 분포는 거의 시스간 전압인 200V 부근에 집중해 있고, 산란하여 감속한 저에너지 성분은 매우 작다.
가스 압력은 0.5Pa에서 2Pa로 올리면, 산란 성분이 급격하게 증가한다. 시스간 전압에 상당하는 200V 부근의 피크가 점점 감소해 가고, 반대로 산란하여 감속한 저에너지 성분이 상대적으로 증가한다.
가스 압력을 5Pa에서 10Pa로 올리면 이온각도 분포에서 산란 성분은 확실히 커지지만, 이 산란성분은 가스 압력이 2Pa의 경우와 비교하여 그렇게 큰 차이는 없다. 한편, 이온 에너지 분포에서는 200V 부근의 피크가 사라져 에너지 분포의 중심이 저에너지측으로 이동한다.
제3도~제10도에서 파선으로 나타내는 각도 분포 곡선g*(θ)는 에너지에 의존한 Cl+빔에 의한 반응수율 y(스퍼터되는 Si원자 개수/입사이온수)의 가중치를 이온 각도 에너지 분포f에 곱해 에너지 방향에 대해 적분한 것이다. 즉, 각도 분포 곡선은 같은 각도θ에서 웨이퍼에 입사한 이온이라도 50eV의 에너지를 갖는 이온과 100eV의 에너지를 갖는 이온와는 에칭에 미치는 영향은 달라지므로, 그 영향을 받아 들인 실효적인 각도분포 곡선을 그리려고 하는 것이다. 여기서, 빔의 입사 에너지 Ei는 eV단위이다. 구체적으로 이 입사 에너지Ei(eV)는 시스간 전압Vs(V)에 상당한다.
제3도~제10도에서 알 수 있는 바와 같이 일반적으로 큰 산란 각도 성분을 갖는 이온은 에너지Ei가 감쇠하고 있기 때문에, 반응수율의 가중치y(Ei)도 작아진다. 이 결과, 반응수율y의 가중치를 고려한 파선으로 나타내는 이온 각도 분포는 단순히 에너지에 대해 적분만 한 이온각도 분포g보다 각도분포의 확대는 작다.
제11도는 제3도~제10도에 나타난 이온 각도 분포의 산란각 확대를 나타내는 정규 분포를 가정한 경우의 표준편차σ를 가스 압력을 가로축으로 정리한 것이다. 이온각도 분포의 표준편차σ는 가스압력의 증가와 함께 증가한다. 즉, 이온각도 분포는 가스 압력의 증가와 함께 수직 방향의 입사에 차례로 확대를 갖게 된다. 가스 압력이 2Pa이하로 되면, 가스 압력의 감소와 함께 표준편차σ는 거의 대수적으로 급격하게 감소한다. 한편, 가스 압력이 2Pa 이상일 경우에는 가스 압력이 증가해도 표준편차σ는 거의 포화하고, 그 증가 비율은 완만하다. 이 변화는 동시에 나타나는 이온의 평균 자유 행정λ의 변화와 대응한다. 표준편차σ는 가스 압력이 0.1Pa일 때 대략 10도이고, 가스 압력이 1Pa일 때 대략 24도이고, 가스 압력이 10Pa일 때 대략 27도인 것을 이해할 수 있다.
가스압력 이외의 플라즈마 내부 파라미터를 일정하게 한 경우에는 1Pa 전후에서 가스 압력을 변화시킴으로써, 이온각도 분포의 확대를 어느 정도까지 제어할 수 있는 것을 이해할 수 있다.
이온 각도 분포의 표준편차σ를 평가했지만, 제3~제10도에서도 이해할 수 있는 바와 같이, 이온 각도 분포는 소위 정규분포 곡선과 다른 분포로 되어 있다. 이 의미에서 좀더 직관적으로 이온 각도 분포의 특징을 파악하기 위해, 어떤 유한한 산란각폭 △(도)을 고려하고, 이 산란각폭△보다 작은 산란각인 이온 개수의 전이온 개수에 대한 비율인 피킹비R(△)를 평가해 본다.
제12도는 제3~제10도에 나타난 이온각도 분포의 피킹비R(△)를 가스 압력을 가로축에 정리한 것이다. 가스 압력이 저하와 함께 이온의 산란이 감소하는 결과, 피킹비R(△)는 증가한다. 표준편차σ의 변화와 같이, 특히 가스 압력이 2Pa 이하인 경우에는 가스 압력의 저하에 따르는 피킹비R(△)의 증가는 두드러진다.
한편, 가스 압력이 2Pa 이상인 경우에는 피킹비R(△)는 거의 포화하고, 가스 압력의 증가에 따르는 피킹비R(△)의 감소는 완만하다. 제12도에서 검은 기호는 반응수율y의 가중치를 고려한 경우이고, 흰 기호는 반응수율y의 가중치를 고려하지 않은 경우이다. 이하, 반응수율y의 가중치를 고려하지 않은 경우이다. 이하, 반응수율y의 가중치를 고려한 경우에 대해 검토한다.
가스 압력이 1Pa인 경우를 고려한다. 예를 들어, 산란각 폭△=±1도의 범위에 들어 있는 이온의 상대적인 비율, 즉 이온이 중성입자와 거의 충돌하지 않고, 웨이퍼에 도달하는 피킹비R(△=1°)는 약 17%이고, 산란각 폭△=±도의 범위에 들어 있는 이온의 상대적인 피킹비R(△=5°)는 약 30%이다. 이것이, 가스 압력이 0.1Pa인 경우에는 산란각폭△=±1도의 범위에 들어 있는 이온의 상대적인 피킹비R(1°)는 약82%이고, 산란각폭△=±5도의 범위에 들어 있는 이온의 상대적인 피킹비R(5°)는 약 85%로 급격하게 증가한다.
가스 압력P가 0.2Pa 이하의 경우에는 이온각도 분포는 거의 수직입사 상태이고, 0도 이외의 산란성분은 매우 적다. 가스압력을 0.5Pa에서 2Pa로 올리면, 산란성분이 매우 증가한다. 가스 압력P를 5Pa에서 10Pa로 올리면, 산란성분은 확실히 증가하지만, P=2Pa의 경우와 비교하여 그렇게 큰 차이는 없다.
가스압력P가 0.2Pa 이하인 경우에는 이온 에너지 분포는 시스간 전압에 상당하는 200V 부근에 거의 집중해 있고, 산란으로 감속한 저에너지 성분은 매우 적다. 가스 압력을 0.5Pa에서 2Pa로 올리면, 시스간 전압에 상당하는 200V 부근의 피크가 점점 감소하고, 반대로 산란하여 감속한 저에너지 성분이 상대적으로 증가한다. 가스 압력을 5Pa에서 10Pa로 올리면 200V 부근의 피크가 사라지고, 에너지 분포의 중심이 저에너지 측으로 점점 이동해 간다.
일반적으로 큰 산란각도 성분을 갖는 입사이온은 에너지Ei도 감쇠하고 있으므로, 반응수율y도 작아진다. 이 결과, 반응수율y의 가중치를 고려한 이온 각도 분포는 단순히 에너지 방향에 대해 적분한 만큼의 이온 각도 분포보다 각도 분포의 확대는 작다. 에칭에 주는 영향을 생각했을 때, 반응수율y의 가중치를 고려한 이온 각도 분포 쪽이 의미를 갖고 있다.
각도 분포의 표준편차σ는 가스 압력의 증가와 함께 증가한다. 즉, 각도 분포는 가스 압력의 증가와 함께 수직입사 상태에서 점차 확대된다. 가스 압력이 2Pa 이하의 경우에는 가스 압력의 증가와 함께 표준편차σ는 거의 대수적으로 증가한다. 한편, 가스 압력이 2Pa 이상인 경우에는 표준편차σ는 거의 포화하고, 그 증가 비율은 완만하다. 이 변화는 이온의 평균 자유 행정λ의 변화와 대응한다. 표준편차σ는 가스 압력이 0.1Pa의 경우에서 대략 10도이고, 가스 압력이 1Pa인 경우에서 대략 24도이고, 가스 압력이 10Pa인 경우에 대략 27도인 것을 이해할 수 있다.
이상의 결과를 정리하면, 시스폭을 1cm로 한 경우, 가스 압력이 2Pa인 점을 거의 경계선으로 하여, 그 이하에서는 이온의 중성입자와 충돌하는 빈도가 급격하게 감소하기 때문에, 이온 에너지 분포h는 시스간 전압에 상당하는 값에 집중하고, 이온각도 분포g는 0도 이외의 산란성분이 매우 적은 거의 수직 입사 상태로 된다. 한편, 가스압력이 2Pa 이상인 경우에는 감속한 저에너지 성분이 상대적으로 증가하고, 수직입사 성분이 상대적으로 감소한다.
가스 압력 이외 플라즈마 내부의 파라미터를 일정하게 한 조건 아래서, 1Pa의 전후에서 가스 압력을 변화시킴으로써, 이온각도 분포의 확대를 어느 정도 제어할 수 있는 것에 주목해야 한다. 이것은 이 가스 압력 영역의 유연한 에칭 형상 제어에 대한 가능성을 시사하는 것이다.
이상 나타낸 제3도~제12도의 결과는 전극에 인가하는 전압, 벽 등의 경계조건 및 이용하는 가스종류 등을 변경하면, 정량적으로는 다른 갓이 된다. 그러나, 정규적으로는 이상 나타낸 경향은 거의 재현된다.
다음에, 고주파 전력의 주파수f와 가스 압력P라 하는 2개의 외부운전 파라미터의 조합을 중심으로 한 상기 관계에 대해 설명한다.
즉, 시료대(15)의 근방에 형성되는 캐소드측 시스폭d는, d=K1/(pm·fn) (단, K1은 정수이다.)
단, m은 양의 실수이고 거의 1/3보다 크고 거의 1/2보다 작고, n은 양의 실수이고 거의 1/2보다 크고 거의 1보다 작다. 이것은 K. Harafuji, A. Yamano and M. Kubota: Jpn. J. Appl, Phys. Vol. 33(1994) p2212, 및 N. Mutsukura, K. Kobayashi and Y. Machi : J. Appl. Phys. Vol. 68(1990) p. 2657에서 이미 설명되어 있다.
또, 이온파 중성입자 사이에서 주로 탄성충돌산란 및 하전교환산란으로 유래하는 이온의 평균자유행정λ는 가스 압력P에 역비례하므로, 이하와 같이 표현할 수 있다. 즉, λ=K2/P (단, K2는 정수이다.)
게다가, 벌크 플라즈마 영역과 시스영역의 경계를 출발한 이온이 캐소드 전극인 시료대(15) 상으로 수송되는 동안, 시스 영역의 중성입자와 충돌하여 산란되는 확률에 비례하는 양η=d/λ이다. 따라서, d 및 λ의 표식을 η의 식에 대입함으로써,
η = d / λ = (K1/ (Pm·fn)) × (P / K2)
= (K1/ K2) × (P1-m / fn)
~ (K1/ K2) × (P / F)1/2
의 관계식을 얻을 수 있다.
즉, 가스압력P 및 주파수f를 높이면, 벌크 플라즈마 영역과 시스영역의 경계를 출발한 이온이 시료대(15) 상에 수송되는 동안 주행하는 거리인 시스폭d은 짧아진다. 이 관점에서는 이온 중성입자와 충돌하여 생기는 산란 확률은 작아진다.
가스압력P를 높이면, 이온의 평균 자유행정λ이 짧아지기 때문에, 이온 중성입자와 충돌하여 생기는 산란 확률은 커진다. 따라서, 가스압력P를 낮게 하고 주파수f를 높게 하여 P/f를 작게 함으로써, 시스영역의 이온 중성입자와 충돌하여 생기는 산란확률을 줄일 수 있다. 이로써, 이온의 에너지 감쇠를 억제하는 동시에, 이온의 방향성을 가지런히 하여 시료대(15)에 대해 거의 수직으로 입사시킴으로써, 시료대(15)에 도달하는 이온 플럭스 밀도의 감쇠를 억제할 수 있으므로, 에칭 시스템 효율의 향상과 충분한 에칭 이방성을 실현할 수 있다.
가스입력P 및 주파수f를 낮게 하면, 시스폭d은 길어지므로, 이온 중성입자와 충돌하여 생기는 산란확률은 커진다. 또, 가스압력P를 낮게 하면 이온의 평균자유행정λ은 길어진다. 이 때문에, 이온 중성입자와 충돌하여 생기는 산란확률은 적어진다. 따라서, 가스압력P를 높이고 주파수f를 낮게 하여 P/f를 크게 함으로써, 시스영역의 이온 중성입자와의 충돌에 의한 산란확률을 증가시킬 수 있다. 이로써, 이온 에너지를 감쇠시키는 동시에, 이온의 방향성을 약간 난잡하게 하여 시료대(15)에 입사시킴으로써, 시료대(15)에 도달하는 이온 플럭스 밀도를 감쇠시킬 수 있으므로, 에칭 능력을 완화할 수 있다.
챔버내의 반응 생성을 래디컬에 의해, 패턴 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막의 양은 챔버내의 가스압력에 구애되지 않고, 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴) 쪽이 내부 라인 패턴보다 많다. 또, 챔버내의 반응 생성물 래디컬 비율 변화에 대한 측벽 보호막 퇴적량의 변화량은 고립 라인 패턴의 측벽 쪽이 내부 라인 패턴의 측벽보다 크다.
중진공 영역의 경우에는 이온 콜리메이션 효과에 의해 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 잘라내는 효과는 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴 측벽보다 크다. 이온 입사각의 변화는 고립 라인 패턴에서 측벽 보호막의 에칭량이 더 크게 변화하여 나타난다. 즉, 반응 생성물 래디컬의 비율이나 이온 입사각의 변화에 대해 고립 라인 패턴은 비교적 민감하고, 내부 라인 패턴은 비교적 둔감하다.
고진공 영역의 경우에는 이온은 비교적 산란 각도가 작은 상태에서 웨이퍼 표면에 입사한다. 이 「모의 병렬빔 효과」에 의해, 고립 라인 패턴 측벽에 입사하는 이온 플럭스는 내부 라인 패턴 측벽에 입사하는 이온 플럭스보다 많지만, 그 차는 중진공 영역의 경우만큼 눈에 띄지는 않는다. 특히 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴에 대한 퇴적 보호막의 에칭 능력 차이는 중진공 영역의 경우만큼 큰 차이는 없다. 또, 고진공 영역의 경우에는 입사하는 이온의 패턴 측벽에 대한 각도가 비교적 작고, 패턴 측벽에 큰 각도로 입사하는 이온의 비율도 작아진다. 이 때문에, 고립 라인 패턴 측벽에서는 퇴적 보호막을 에칭하는 능력은 고진공의 경우는 중진공의 경우에 비해 작아진다.
이상의 설명으로 중진공이든 고진공이든 그 메타니즘은 다르지만, 패턴의 프로필을 수직으로 하고, 라인 앤드 스페이스 내부의 라인 패턴과 고립 라인 패턴의 크기 변화 차이를 작게 하기 위해서는 배기량을 제어하여 챔버내의 반응생성물 래디컬의 비율을 제어하고, 측벽 보호막의 퇴적량의 크기를 제어하는 것이, 하나의 유효한 방책인 것을 이해할 수 있다.
다음에 시료대(15)의 온도라 하는 외부 운전 파라미터를 중심으로 한 상술한 관계에 대해 설명한다.
챔버(11)내에 존재하는 반응 생성물 래디컬이나 측벽보호용 첨가 가스에서 생성되는 래디컬등과 같이 측벽 보호 역할을 담당하는 래디컬의 패턴 측벽 흡착율은 일반적으로 패턴 측벽의 온도(즉, 시료 온도)가 커질수록 작아진다. 고립 라인 패턴 측벽의 경우에는, 웨이퍼 상방에서 거의 동방적으로 입사하는 측벽 보호 래디컬 플럭스에 대한 예상 입체각은 거의 π/2이고, 충분히 크므로 고립 라인 패턴 하측의 피에칭 시료 측벽에 측벽 보호 래디컬이 충분히 도달한다. 그러나, 내부 라인 패턴 측벽의 경우에는 예상 입체각이 상당히 작아지고, 특히 패턴 어스펙트비(라인·앤드·스페이스·패턴의 라인 높이를 스페이스폭으로 나눈 값)가 큰 경우에는 예상 입체각은 상당히 작아진다. 이 결과, 내부 라인 패턴 하측의 피에칭 시료의 측벽에 측벽보호 래디컬이 도달하기 위해서는 내부 라인 패턴 측벽에서 흡착과 제방출을 여러번 반복해야 한다. 이 때, 패턴 측벽의 온도(즉, 시료 온도)가 낮으면, 흡착율이 커지기 때문에, 측벽 보호의 역할을 담당하는 래디컬의 대부분이 내부 라인 패턴 상측의 레지스트 마스크의 측벽에 부착하고, 측벽 보호 래디컬은 내부 라인 패턴 하측의 레지스트 마스크의 측벽에 부착하고, 측벽 보호 래디컬은 내부 라인 패턴 하측의 피에칭 시료 측벽에 충분히 도달하지 않는다. 한편, 패턴 측벽의 온도(즉, 시료 온도)가 높으면, 흡착율이 작아지기 때문에, 측벽 보호 래디컬은 내부 라인 패턴 하측 피에칭 시료의 측벽에도 충분히 도달한다.
제13도는 라인·앤드·스페이스·패턴 상방에서 거의 등방적으로 입사하는 측벽 보호 래디컬(40)의 움직임을 고립 라인 패턴과 같은 환경이 성립하는 외부 라인 패턴과 내부 라인 패턴을 비교하는 형태로 설명한 것이다. 또, 제13도에서 30은 포토 레지스트 패턴, 31은 린도프한 다결정 실리콘막, 32는 열산화막, 33은 실리콘 기판이다.
주에칭시에는 이온 또는 래디컬과 피에칭 재료가 반응하여 반응 생성물이 생성되고, 반응 생성물의 비율이 증가한다. 오버 에칭시에는 반응 생성물의 비율이 감소한다. 즉, 챔버내의 측벽 보호 래디컬의 비율이 변화하므로, 크기 및 프로필의 제어 방법이 다르다.
본 실시예에서는 플라즈마 중의 측벽 보호 역할을 담당하는 래디컬의 비율을 평가하는 검출기, 퇴적한 측벽 보호막의 에칭 역할을 담당하는 이온의 이온 플럭스 및 이온 에너지 분포를 평가하는 검출기, 및 이온의 각도 분포 평가수단인 시스폭 검출기의 신호를 이용하여, 상술한 복수의 외부 제어 파라미터를 최적화할 수 있다.
또, 플라즈마를 발생시키는 챔버(11)에 부설되어 있는 에칭 종점 검출기(20)의 신호를 이용하여 주에칭 종료를 판단하고, 주에칭 종료까지는 상술한 주에칭 조건으로 에칭을 행하고, 주에칭 종료후는 상술한 오버 에칭 조건에서 에칭을 행하도록, 자동적으로 2단계 에칭을 행할 수 있는 프로그램되어 있다.
다음에, 고립 라인 패턴도 내부 라인 패턴도 수직 프로필이고, 레지스트 마스크에 대한 양자의 크기 시프트가 작아지고, 이로써 양자의 크기 시프트차가 작아지는 방법에 대해 설명한다.
제14도는 제1도에 나타난 평행평판형 반응성 이온 에칭 장치에서, 라인·앤드·스페이스·패턴의 내부 라인 패턴과 고립 라인 패턴의 프로필 및 크기 변화 차이의 메카니즘 개념을 중진공 영역과 공진공 영역으로 나눠 설명하고 있다. 제14도에서 34는 반응생성물 등의 측벽 보호 퇴적막이고, 35는 이온이고, 36은 이온(35)에 의해 에칭된 반응생성물 등의 측벽 보호퇴적막의 막두께 감소량을 나타낸 것이다.
결론부터 우선 설명하면, 프로필을 수직이고 라인·앤드·스페이스·패턴의 내부 라인 패턴과 고립 라인 패턴의 크기 변화 차이를 작게 하기 위해서는 배기량을 제어하고, 챔버내의 반응생성물 래디컬 비율을 제어하는 것이 하나의 유효한 방법이다. 또, 이하에서는 중진공 및 고진공은 구체적인 압력을 나타내지는 않고, 상술한 이온 각도 분포의 차이를 나타내는 표현으로 이용한다.
그리고, 챔버내의 반응 생성물 래디컬등의 측벽 보호 래디컬에 의해, 패턴 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막량은 챔버내의 가스 압력에 구애되지 않고, 고립 라인 패턴(혹은 외부 라인 패턴) 쪽이 내부 라인 패턴보다 많다. 그 이유는 상술한 바와 같이 고립 라인 패턴 측벽의 경우에는 웨이퍼 상방에서 거의 동방적으로 입사해 오는 측벽 보호 래디컬 플럭스에 대한 예상 입체각이 거의 π/2인 데 대해, 내부 라인 패턴 측벽의 경우에는 예상 입체각이 상당히 작아지기 때문이다.
챔버내의 반응생성물 래디컬의 비율을 줄이면, 고립 라인 패턴 측벽에 퇴적하는 측벽 보호막량과 내부 라인 패턴 측벽의 측벽 보호막량은 일정한 비를 유지한 채 감소한다. 그러나, 측벽 보호 래디컬 비율의 감소에 대한 측벽 보호막의 감소 비율은 고립 라인 패턴 측벽 쪽이 내부 라인 패턴 측벽보다 크다. 즉, 고립 라인 패턴 측벽의 측벽 보호막의 변화량은 내부 라인 패턴 측벽의 보호막의 변화량보다 크다.
이하, 중진공 영역의 경우에는 입사 이온의 움직임에 대해 검토한다. 중진공 영역에서는 이온은 시스 영역의 중성 입자와 충돌하여 비교적 큰 산란각 성분을 많이 갖는 상태에서 웨이퍼 표면에 입사한다. 이와 같은 사선 입사 이온은 보호막의 퇴적량이 많은 패턴 측벽에 대해서는 측벽 보호막을 잘라내고, 프로필을 순테이퍼에서 수직으로 하는 효과가 있다. 이온의 입사각도가 패턴 측벽에 대해 더 수직으로 되면 될수록 측벽 보호막의 에칭 능력은 크다. 반대로 웨이퍼 표면에 대해 수직으로 입사하는 이온은 패턴 측벽에 대해 입사각이 거의 평행으로 되기 때문에, 측벽 보호막 에칭 능력은 작다. 한편, 사선 입사 이온은 보호막의 퇴적량이 적은 패턴 측벽에 대해서는 측벽 보호막을 잘라내 보호효과가 없어지는 결과, 프로필을 수직에서 역테이퍼로 한다.
이상의 현상은 고립 라인 패턴 측벽에서는 사선 입사 이온에 대한 입사 예상 입체각이 크기 때문에, 이온이 측벽에 직접 충돌하는 결과, 특히 두드러진다. 한편, 내부 라인 패턴 측벽에서는 사선 입사 이온에 대한 입사 예상 입체각이 상당히 작아지기 때문에 어떤 크기 이상의 산란각을 갖는 입사 이온은 라인·앤드·스페이스·패턴의 내부 스페이스에 들어가지 않고 반사되어 버린다. 즉, 큰 산란각을 갖는 이온 각도 분포 성분은 직접 내부 라인 패턴 측벽의 하부로 날아올 수 없고, 웨이퍼 표면에 대해 더 수직인 비교적 작은 산란각을 갖는 이온 각도 분포 성분만이 선택적으로 날아 들어와 입사할 수 있다. 즉, 넓은 이온 각도 분포 성분을 갖는 이온 플럭스중 어떤 각도 이하의 성분만을 콜리메이트하여 라인·앤드·스페이스·패턴의 내부 패턴 측벽 하부로 날아들어 오는 것을 허락하는 효과가 있다. 이 효과가 상술한 「이온 콜리메이션 효과」이다.
내부 라인 패턴 측벽의 상부 부근에 간신히 입사한 큰 산란각을 갖는 이온은 그 후, 측벽과 여러번 반사를 하지 않으면, 내부 라인 패턴 측벽의 하부에 침입할 수 없다. 이 사이에 이온의 에너지는 감소하고, 퇴적 보호막을 에칭하는 능력은 줄어들 것이다. 또, 당연히 고립 라인 패턴에 비해 입사 이온 플럭스도 감소한다.
이하, 상술한 내용을 정리하여 설명한다.
우선, 챔버내의 측벽 보호 래디컬의 비율 변화에 대한 측벽 보호막 퇴적량의 변화량은 내부 라인 패턴 측벽보다 고립 라인 패턴 측벽 쪽이 크다. 또, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막을 잘라내는 효과는 이온 콜리메이션 효과로 내부 패턴 측벽보다 고립 라인 패턴 측벽 쪽이 크다. 그리고, 이온 입사각의 변화는 고립 라인 패턴 측벽에서 더 큰 측벽 보호막 에칭량의 변화로 나타난다. 즉, 고립 라인 패턴에서는 반응 생성을 래디컬의 비율이나 이온 입사각의 변화에 대해 비교적 민감하고, 내부 라인 패턴에서는 반응 생성물 래디컬의 비율이나 이온 입사각의 변화에 대해 비교적 둔감하다.
다음에, 고진공 영역의 경우에 입사 이온의 동작에 대해 설명한다. 고진공인 가스 압력 영역에서는 이온은 시스 영역의 중성 입자와 충돌이 적고, 비교적 수직으로 입사하는 성분이 많고 전체적으로 비교적 산란각도가 작은 상태에서 웨이퍼 표면으로 입사한다. 즉, 고진공 영역의 경우에는 이온은 패턴 측벽에 따라 거의 가지런한 형태로 입사하는 성분이 많다.
이와 같은 입사 이온 각도 분포의 경우에는 고립 라인 패턴 측벽에 입사하는 이온 플럭스는 내부 라인 패턴 측벽에 입사하는 이온 플럭스보다 많지만, 그 차는 중진공 영역의 경우만큼 뚜렷하지는 않다. 즉, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴에 대한 퇴적 보호막의 에칭능력 차는 중진공 영역의 경우 만큼 큰 차이는 없다. 또, 입사하는 이온의 측벽에 대한 각도는 비교적 작고, 측벽에 큰 각도로 입사하는 이온의 비율도 적다. 이 때문에, 퇴적 보호막을 에칭하는 능력은 중진공 영역의 경우에 비해 작고, 고립 라인 패턴 측벽에서는 매우 작아진다. 한편, 측벽 보호막 퇴적량의 크기는 고립 라인 패턴 측벽에서는 내부 라인 패턴 측벽보다 크다. 이것은 상술한 「모의 병렬빔 효과」이다.
이상 설명에 의해 프로필을 수직으로 하고 내부 패턴과 고립 라인 패턴 사이의 크기차를 작게 하기 위해서는 배기량은 크게 하고, 챔버내의 반응 생성물 래디컬 비율을 줄이고, 측벽 보호막 퇴적량의 크기를 줄이는 것이 하나의 유효한 방책인 것을 이해할 수 있다. 이것은 사선 입사 이온의 성분이 적고, 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭을 그다지 기대할 수 없기 때문이다.
제15도는 가스 압력P와 배기량Q라고 하는 외부 제어 파라미터를 변화시켰을 때, 각종 내부 파라미터가 어떻게 변화하는가를 나타낸 것이다.
가스 압력P를 증가시키면, 이하의 내부 파라미터 변화가 생긴다. 우선, 웨이퍼 표면에 입사하는 이온의 에너지Ei는 감소한다. 입사하는 이온의 이온각도 분포g의 확대를 나타내는 이온 산란각의 표준편차σ는 증가한다. 가스 압력P의 증가는 원료 가스의 증가를 의미하므로, 입력 파워가 그 원료 가스를 충분히 전리 여기하는 능력이 있는 한도에서 반응성 래디컬 플럭스FR및 이온 플럭스Fi의 증가를 가져온다. 그 결과로 챔버내의 반응 생성물이나 스퍼터된 레지스트 등의 측벽 보호 레디컬의 비율이 늘고, 측벽 보호 래디컬 플럭스FRP의 증가를 가져온다.
이온 에너지Ei및 이온 산란각의 표준편차σ는 측벽 보호막 퇴적량의 에칭 능력에 관련하는 내부 파라미터이고, 이온 에너지Ei의 감소는 에칭 능력 저하를 가져오고, 이온 산란각의 표준편차σ의 증가는 에칭 능력의 향상을 가져오므로, 가스압력P의 증가가 에칭 능력의 향상을 가져오는 지 또는 저하를 가져오는 지는 단순히 판정할 수 없다. 한편, 측벽보호 래디컬 플럭스FRP의 증가는 분명히 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져온다. 따라서, 가스 압력P의 증가가 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져오는 지 또는 감소를 가져오는 지도 단순하게 판정할 수 없다. 그러나, 가스 압력P를 일정하게 유지한 상태에서 배기량을 증가시키고, 챔버내의 측벽 보호 래디컬의 비율 감소를 도모하면, 측벽 보호막의 에칭이 막퇴적량의 증가가 우수해진다. 즉, 배기량의 제어로 측벽 보호막 두께의 제어를 행할 수 있다.
고립 라인 패턴의 프로필도 내부 라인 패턴의 프로필도, 어떤 프로세스 조건에 대해 모두 순테이퍼인 경우를 생각해보자. 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 많은 경우, 일반적으로 고립 라인 패턴 쪽이 라인 패턴보다 강한 순테이퍼가 된다. 이와 같은 상태일 때, 양자의 프로필을 더 수직으로 하고 양자의 크기차를 작게 하기 위한 방책을 설명한다.
배기량Q를 증가시키고, 측벽 보호막의 에칭이 막퇴적량의 증가에 뛰어난 조건을 만든다. 이 조건에서 측벽 보호막 퇴적량이 비교적 큰 경우를 고려한다. 고립 라인 패턴에서는 배기량이 작을 때 강한 순테이퍼였던 프로필은 수직 프로필로 비교적 크게 변화하고, 또 내부 라인 패턴에서는 배기량이 작을 때 순테이퍼였던 프로필은 비교적 천천히 약한 순테이퍼에서 수직 프로필로 변화한다.
한편, 측벽 보호막의 에칭이 막퇴적량의 증가에 우수한 조건에서 측벽 보호막 퇴적량이 비교적 작은 경우를 고려한다. 고립 라인 패턴에서는 배기량이 적을 때 순테이퍼였던 프로필은 역테이퍼로 변화하고, 내부 라인 패턴에서는 배기량이 작을 때 순테이퍼였던 프로필은 약한 순테이퍼에서 수직 프로필로 비교적 천천히 변화한다.
즉, 상술한 바와 같이 고립 라인 패턴 측벽에서는 내부 라인 패턴 측벽보다 배기량의 증가에 따른 챔버내의 측벽보호 래디컬의 비율 감소에 대한 측벽 보호막 퇴적량의 감소량이 크기 때문에, 유한 표준편차σ의 증가에 의한 측벽 보호막 에칭 효과가 크게 나타난다. 이 효과에 의해, 배기량이 작을 때 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이에 있는 크기차를 작게 할 수 있다.
이하, 챔버내의 가스 압력을 일정하게 하여 배기량Q를 증가시킨 경우의 효과를 정리한다. 우선, 배기량Q를 증가시켜도, 이온 에너지Ei및 이온 산란각의 표준편차σ는 변화하지 않으므로, 측벽 보호막을 에칭하는 능력은 변화하지 않는다. 한편, 측벽 보호 래디컬은 감소하기 때문에, 막퇴적량이 감소하므로, 유한한 이온 산란각의 표준편차σ의 증가에 의한 측벽 보호막 에칭 효과가 크게 나타난다.
제16도는 바이어스 파워WB라고 하는 외부 운전 파라미터를 변화시켰을 때 각종 내부 파라미터가 어떻게 변화하는가를 나타낸 것이다.
바이어스 파워WB를 증가시키면, 이하와 같은 내부 파라미터의 변화를 고려할 수 있다. 우선, 웨이퍼 표면에 입사하는 이온의 에너지Ei는 증가할 것이다. 게다가, 바이어스 파워WB의 증가는 웨이퍼 표면 근방 원료 가스의 전리 여기 증가를 의미하므로, 이온 플럭스Fi및 반응성 래디컬 프럭스FR의 증가를 가져올 것이다. 그 결과로 챔버내의 반응생성물이나 스퍼터된 레지스트등의 측벽보호 래디컬의 비율이 늘고, 측벽 보호 래디컬 플럭스FRP의 증가를 가져온다.
이온의 에너지 Ei, 이온 플럭스Fi및 이온 산란각의 표준편차σ는 측벽보호막 퇴적량의 에칭능력에 관련한 내부 파라미터이다. 이온 에너지Ei및 이온 플럭스Fi의 증가는 에칭 능력의 향상을 가져온다. 한편, 이온 산란각의 표준편차σ의 감소 및 측벽보호 래디컬 플럭스FRP의 증가는 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져온다. 따라서, 바이어스 파워WB의 증가가 측벽 보호막 퇴적량의 증가를 가져오는 지 또는 감소를 가져오는 지는 단순하게 판정할 수 없다. 그러나, 바이어스 파워WB를 일정하게 유지한 상태에서 배기량을 증가시키고, 측벽 보호 래디컬의 비율 감소를 도모하면, 측벽 보호막의 에칭이 막퇴적량의 증가에 우수해진다. 즉, 배기량의 제어로 측벽 보호막 두께의 제어를 행할 수 있다.
어떤 프로세스 조건에서 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 많고, 고립 라인 패턴의 프로필도 내부 라인 패턴의 프로필도 모두 순테이퍼인 경우를 생각한다. 일반적으로 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 강한 순테이퍼가 된다. 이와 같은 상태일 때, 양자의 프로필을 더 수직이고 양자의 크기차를 작게 하기 위한 방책을 생각해 보자.
제16도의 표에 나타나는 바와 같은 저배기량의 경우와 고배기량의 경우 및 중진공의 경우와 고진공의 경우라는 2×2의 매트릭스를 생각하고, 각각의 경우에 바이어스 파워WB를 증가시켰을 때, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 어떻게 변화하는가를 생각해 본다.
중진공에서 저배기량의 경우에는 고립 라인 패턴의 프로필이 순테이퍼인지 역테이퍼인지는 서로 경합관계에 있어 분명하지 않다. 즉, 바이어스 파워WB가 증가하면, 측벽 보호막 에칭의 증가를 가져오는 이온 에너지Ei및 이온 플럭스Fi는 증가하지만, 측벽 보호막 퇴적량의 증가도 크다고 증가할 수 있다. 내부 라인 패턴의 프로필은 고립 라인 패턴에 비해 에칭능력이 적으므로, 순테이퍼에서 약한 순테이퍼가 될 정도이다.
중진공에서 고배기량의 경우에는 소위 「이온 콜리메이션 효과」가 작용한다. 고립 라인 패턴에서는 측벽 보호막이 더 많이 에칭되는 결과, 순테이퍼에서 역테이퍼로 변화한다. 한편, 내부 라인 패턴에서는 측벽 보호막의 에칭량은 그만큼 크지않고, 예를 들어 순테이퍼에서 약한 순테이퍼가 되는 정도이다. 즉, 바이어스 파워 WB의 증가로 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커서 패턴은 작아진다.
고진공이고 저배기량인 경우에는 소위 「모의 병렬빔 효과」가 작용하고, 측벽 보호막의 에칭능력은 작아지고, 또 고립 라인 패턴과 내부 패턴 사이의 에칭 능력차도 작아진다. 그러나, 측벽 보호막 퇴적량 그 자체는 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크다. 따라서, 고립 라인 패턴이 순테이퍼라고 하면, 내부 라인 패턴은 약한 순테이퍼가 된다. 즉, 바이어스 파워WB의 증가로 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 증가하고, 고립 라인 패턴 쪽이 내린 라인 패턴보다 커진다.
고진공이고 고배기량의 경우에도 「모의 병렬빔 효과」가 작용한다. 측벽 보호막의 에칭 능력은 저배기량의 경우보다 커진다. 고립 라인 패턴과 내부 패턴 사이의 에칭 능력차는 작다. 측벽 보호막 퇴적량 그 자체는 고배기량 때문에 얇고, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 퇴적량이 크다. 따라서, 바이어스 파워WB의 증가로 고립 라인 패턴이 순테이퍼에서 약한 순테이퍼로 된다고 하면, 내부 라인 패턴은 약한 순테이퍼에서 역테이퍼로 변화한다. 바이어스 파워WB의 증가로 내부 라인 패턴 쪽이 고립 라인 패턴보다 작아진다.
제17도는 중진공의 경우에 대해 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차를 감소시키는 방법, 즉 크기의 개구율 의존성을 감소시키는 방법에 대해 정리한 것이다.
이 경우에는 이온 각도 분포의 표준편차σ의 유한 효과에 의한 측벽 보호막의 에칭능력은 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크고, 「이온 콜리메이션 효과」를 적극적으로 이용한다. 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 강한 순테이퍼 프로필이고, 크기가 큰 경우에는 배기량을 증가시키든 지 또는 측벽 보호 래디컬을 생성하는 가스의 비율을 감소시킨다. 이로써, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하고, 측벽 보호막량이 감소한다. 그리고, 이온 각도 분포의 표준편차σ의 유한 효과에 의한 측벽 보호막의 에칭효과를 상대적으로 크게 한다. 이렇게 하여 고립라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커져, 소기의 목적을 이룰 수 있다.
다음에, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기가 작은 경우에는 배기량을 감소시키든 지 또는 측벽 보호 래디컬을 생성하는 가스의 비율을 증가시킨다. 이로써, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 증가하고, 측벽 보호막량이 증가한다. 측벽 보호 래디컬 비율의 증가에 따라 「측벽 보호막의 증가량이 이온 각도 분포의 표준편차σ의 유한효과에 의해 측벽보호막을 에칭하는 양을 능가한다」고 하는 현상은 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 때문에, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 증가량이 커져, 소기의 목적을 이룰 수 있다.
이온 각도 분포의 표준편차σ의 유한효과를 더 크게 하기 위해서는 가스 압력을 약간 크게 하면서, 바이어스 파워WB를 약간 크게 하면 된다. 이것은 가스 압력을 늘리면 이온의 에너지Ei가 감소하기 때문에 이것을 보상하기 위한 것이다.
제18도는 고진공의 경우에 대해 크기의 개구율 의존성을 감소시키는 방법에 대해 정리한 것이다. 이 경우에는 약간 사선 입사하는 이온 각플럭스는 고립 라인 패턴에 대해서도 내부 라인 패턴에 대해서도 측벽 보호막의 에칭 능력에 그다지 차이가 없는 것, 및 측벽 보호막의 퇴적량은 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크다고 하는 「모의 병렬빔 효과」를 적극적으로 이용한다.
우선 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 강한 순테이퍼 프로필이 되고 크기가 큰 경우에는 배기량을 증가시키든 지 또는 측벽 보호 래디컬을 생성하는 가스의 비율을 감소시킨다. 이로써, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하고, 측벽 보호막량이 감소한다. 측벽 보호막의 감소 비율은 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 큰 것을 이용하여 소기의 목적을 이룰 수 있다. 반대로, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 작은 경우에는 배기량을 감소시키든 지 또는 측벽 보호 래디컬을 생성하는 가스의 비율을 감소시킨다.
제19도는 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴에 대해 중진공 및 고진공의 경우를 고려하여 이 2×2의 매트릭스중 각각의 경우에서 크기의 개구율 의존성을 감소시키는 방법에 대해 제일 먼저 취할 수단을 정리한 것이다. 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴이 어떤 프로세스 조건에 대해 순테이퍼가 되는 경우 및 역테이퍼가 되는 경우에 대해 (A)-(H)의 8종류로 나눠 나타내고 있다.
제20도는 제19도의 (E)-(H) 각각의 경우에 대해, 그 후 어떠한 처리를 행하면, 고립 라인 패턴과 내부 패턴 크기차가 조건을 만족하게 되는 지를 사례연구라는 형태로 나타낸 것이다.
예를 들어, 케이스(H)의 고진공 조건에서 내부 라인 패턴이 어떤 프로세스 조건에서 역테이퍼로 되는 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 고립 라인 패턴은 수직 프로필이라고 가정한다. 케이스(H)에 나타나는 처리를 행한 결과, 내부 라인 패턴은 수직으로 되고, 고립 라인 패턴은 약간 순테이퍼로 될지도 모른다((H-1)에서 나타나는 상태). 이 상태가 크기차 요구기준을 만족하면, OK 판단을 하여 처리를 종료한다. 만약, 순테이퍼의 정도, 즉 고립 라인 패턴의 크기가 너무 크면, 배기량Q를 약간 증가시켜 본다((H-2)에서 나타나는 바업). 그렇게 하면, 내부 라인 패턴은 약간 역테이퍼로 되고, 고립 라인 패턴의 순테이퍼 정도는 감소하고, 크기차 요구기준을 만족할 지도 모른다((H-3)에서 나타나는 상태). 이렇게 해도 크기차 요구기준을 만족하지 않는 경우, 이번에는 가스 압력P를 약간 증가시키면서 배기량을 증가시키고, 이로써 고립 라인 패턴의 순테이퍼를 가져오는 측벽 보호막 에칭 효과를 높인다((H-4)에서 나타나는 방법). 이와 같은 처리를 반복하는 동안, 크기차 요구기준을 채운 프로세스 조건이 결정된다.
이하, 상기의 방법에 의해 평행평판형 반응성 이온 에칭장치를 이용하여 주에칭 운전모드에서 에칭·프로세스 조건의 개선을 실시한 경우의 예를 린도프한 다결정 실리콘 게이트 형성에 대해 모식적으로 나타낸다.
제21도는 에칭전의 패턴 구성도이고, 제21도에서 30은 포토 레지스트 패턴, 31은 린도프한 다결정 실리콘막, 32는 열산화막, 33은 실리콘 기판이다. 제21도에 나타나는 바와 같이 0.4㎛의 라인·앤드·스페이스·패턴이고, 그 단면은 「1.0㎛두께의 레지스트 마스크+0.3㎛두께 폴리 실리콘막+하층 산화막」의 구조이고, 레지스트 마스크·프로필은 약간 순테이퍼를 갖고 있다. 여기서는 레지스트 자신의 에칭은 생각하지 않는다. 편의적으로 레지스트 도프 표면은 y=0면으로 하고 있다.
특히 거절하지 않는 한, 이하의 조건에서 에칭을 행하였다. 플라즈마 발생장치 챔버내에 도입하는 가스로서 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 에칭 가공장치 내의 가스 압력P는 10Pa, 고주파 전력의 주파수f는 13.56MHz, 가스 배기량은 1000리터/초에서 행하였다. 이하에 나타나는 각 예에서는, 바이어스·파워 즉 고주파 전력의 파워는 적당하게 변경하여 운용하고 있다. HBr, SF6등의 다른 할로겐계 가스를 베이스로 한 가스를 이용하는 것도 충분히 효과가 있다.
제22도~제35도는 구체적인 실시예를 나타내고 있다. 제22도~제35도에서 30은 포토 레지스트 패턴, 31은 린도프한 다결정 실리콘막, 34는 스퍼터된 포토 레지스트 또는 실리콘과 할로겐계 가스의 반응 생성물의 퇴적막이다.
제22도~제35도는 조건을 여러 가지로 바꾸고, 2초 스탭에서 15회분, 합계 30초분의 에칭을 행한 다결정 실리콘막(31)의 표면 구조를 나타내고 있다. 즉, 제22도~제35도에서는 하나의 표면 스트링은 어떤 시간의 표면 형상을 나타낸다. 표면 스트링은 15층이고, 각층은 시간의 경과에 따른 표면 형상의 변화를 나타내고 있다. 또, 포토 레지스트 패턴의 표면 높이를 0으로 하여 표시하고 있고, 단위는 ㎛이다. 제22도~제35도에서 (a)는 개선전의 상태를 나타내고, (b)는 개선 후의 상태를 나타내고 있다.
제22도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력이 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제22도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되어 크기가 커진다. 제22도 (b)는 가스 압력을 10Pa로 일정하게 유지한 채, 배기량을 2000리터/초로 증가시킨 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하여 패턴 측벽의 보호막량이 줄고, 사선 입사 이온에 의한 측벽보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 제22도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소하고 있다.
제23도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하는 동시에 측벽 보호 래디컬인 SiCl4를 20sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 1500리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제23도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제23도 (b)는 가스 압력을 10Pa, 배기량을 1500리터/초로 일정하게 유지한 채, SiCl4를 10sccm으로 감소시킨 결과를 타나내고, 챔버내의 측벽보호 래디컬이 감소하고, 패턴 측벽의 보호막량이 줄어들고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 제23도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제24도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 8Pa의 중진공 조건으로하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제24도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제24도 (b)는 가스 압력을 8Pa로 일정하게 유지한 채, 배기량을 500리터/초로 감소시킨 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽보호 래디컬이 증가하고, 패턴 측벽의 보호막량이 늘어나고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 작아짐으로써, 제24도 (b)에 나타나는 바와 같이 내부 라인 패턴보다 고립 라인 패턴 쪽이 크기 증가량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제25도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하는 동시에 SiCl4를 15sccm 정도 도입하여 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제25도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제25도 (b)는 가스 압력을 10Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 상태에서 SiCl4를 25sccm으로 증가시킨 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽보호 래디컬이 증가하고, 패턴 측벽의 보호막량이 늘어나고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 작아짐으로써, 제25도 (b)에 나타나는 바와 같이, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 증가량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제26도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공의 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제26도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제26도 (b)는 가스 압력을 4Pa에서 일정하게 유지한 채, 배기량을 2000리터/초로 증가시킬 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽보호 래디컬이 감소하고, 패턴 측벽의 보호막량이 줄어들고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 제26도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 증가량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제27도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하는 동시에 SiCl4를 20sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제27도 (b)는 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, SiCl4를 10sccm으로 감소시킨 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 감소하고, 패턴 측벽의 보호막량이 줄어들고 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 제27도 (b)에 나타나는 바와 같이, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제28도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제28도 (a)에서 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 치수가 작아진다. 제28도 (b)는 가스 압력을 4Pa에서 일정하게 유지한 채, 배기량을 500리터/초로 감소시킨 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 증가하고, 패턴 측벽의 보호막량이 증가하고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 작아짐으로써, 제28도 (b)에 나타나는 바와 같이, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제29도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하는 동시에 SiCl4를 15sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제29도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제29도 (b)는 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, SiCl4를 25sccm으로 증가시킨 결과를 나타내고, 챔버내의 측벽 보호 래디컬이 증가하고, 패턴 측벽의 보호막량이 늘어나고 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 작아짐으로써, 제29도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제30도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공의 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초, 바이어스·파워를 300W로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제30도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제30도 (b)는 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, 가스 압력을 15Pa로 증가시키는 동시에 바이어스·파워를 400W로 증가시킨 결과를 나타내고, 제30도 (b)에 나타나는 바와 같이 이온의 각도 분포 확대가 커지고, 가스 압력 증가에 따르는 이온·에너지의 감소가 바이어스·파워의 증가로 보완되고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차를 감소시킨다.
제31도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초, 바이어스·파워를 300W로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제31도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제31도 (b)는 바이어스·파워를 300W로 일정하게 유지한 채, 가스 압력을 15Pa에 증가시키는 동시에 배기량을 2000리터/초로 증가시킨 결과를 나타내고 이온의 각도 분포 확대가 커지고, 측벽 보호막의 퇴적량이 작아지고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 제31도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제32도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초, 고주파 전력의 주파수를 13.56MHz로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제32도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제32도 (b)는 가스 압력을 4Pa 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, 고주파 전력의 주파수를 50MHz로 증가시킨 결과를 나타내고, 시스폭이 감소하고, 사선 입사 이온의 비율이 적어짐으로써, 특히 고립 라인 패턴 측벽의 보호막 에칭량이 적어지는 결과, 제32도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 증가량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소하고 있다.
제33도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 800리터/초, 고주파 전력의 주파수를 50MHz로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제33도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제33도 (b)는 배기량을 800리터/초로 일정하게 유지한 채, 고주파 전력의 주파수를 100MHz로 증가시킨 결과를 나타내고, 안정하게 플라즈마가 가스 압력을 0.5Pa까지 내릴 수 있고, 이로써 사선 입사 이온의 비율이 적어짐으로써, 특히 고립 라인 패턴 측벽의 보호막 에칭량이 적어지는 결과, 제33도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 증가량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다. 또, 주파수를 50MHz로 일정하게 유지한 채, 가스 압력을 2Pa로 내려도 충분한 효과를 얻을 수 있었다.
제34도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초, 시료대 온도를 30도로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제34도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제34도 (b)는 가스 압력을 4Pa 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, 시료대 온도를 80도로 증가시킨 결과를 나타내고, 고립 라인 패턴의 측벽에 퇴적하는 측벽보호 래디컬이 감소하고, 패턴 측벽의 보호막량이 줄어들고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 커짐으로써, 제34도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴보다 고립 라인 패턴 쪽이 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
제35도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초, 시료대 온도를 30도로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제35도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 작아지고, 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제35도 (b)는 가스 압력을 10Pa 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, 시료대 온도 래디컬이 증가하고, 패턴 측벽의 보호막량이 늘어나고, 사선 입사 이온에 의한 측벽 보호막의 에칭 효과가 상대적으로 작아짐으로써, 제35도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 크기 증가량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다
또, 다른 실시예로 Cl2를 40sccm 도입하고, 가스 압력을 10Pa의 중진공 조건에서 배기량을 200리터/초, 시료대 온도를 0도로 하여 에칭을 행했을 때, 내부 라인 패턴 쪽이 고립 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 적어지고, 에칭 후으 패턴 프로필이 역테이퍼로 되어 크기가 작지만, 가스 압력을 3Pa로 한 결과, 사선 입사 이온의 성분이 작아지고, 고릅 라인 패턴과 내부라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고 고립 라인 패턴과 라인 패턴 크기차를 감소시킬 수 있었다.
제22도~제35도에 나타나는 실시예에서는 어떤 프로세스 조건에서 행했을 때의 문제점을 해결하기 위해 그 프로세스 조건을 개선하는 방식을 실시한 예이다. 그러나, 에칭·프로세스 중에서는 내부 플라즈마 상태는 항상 일정하지 않고, 시간적으로 어느 정도 변화한다. 이 때문에, 시료대 근방의 이온 플럭스 밀도, 이온의 에너지, 이온의 입사각 분포, 측벽 보호 레디컬 플럭스도 시간적으로 어느 정도 변화하고 있다. 이와 같은 시간적인 변화를 보상하도록 외부 파라미터를 외부 파라미터 제어장치에 의해 변화시킴으로써, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴 프로필을 더 수직으로 하는 동시에, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차를 감소시킬 수 있었다.
또, 제22도~제35도에 나타나는 실시예는 주에칭 운전 모드에 대한 실시한 것이지만, 하층의 산화막이 나타나기 시작하는 오버 에칭 운전 모드에서는 반응 생성물의 비율이 감소하기 때문에, 측벽 보호 래디컬의 비율도 감소한다.
제36도는 평행평판형 반응성 이온 드라이 에칭 장치를 이용하여 주에칭 운전 모드와 오버 에칭 운전 모드의 전환을 행하고, 에칭을 실시한 경우의 모습을 상기 마찬가지로 린도프한 다결정 실리콘막에 대해 행한 에칭의 상태를 나타내고 있다.
제36도 (a)는 주에칭 운전 모드에서 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 가스 압력을 4Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초, 고주파 전력의 주파수를 13.56MHz로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제36도 (a)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 거의 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 작아진다. 제36도 (b)는 상기의 조건에서 오버 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제36도 (b)에서 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 쪽이 내부 라인 패턴보다 에칭 후의 패턴·프로필이 역테이퍼로 되고 크기가 작아진다. 제36도 (c)는 제36도 (b)의 상태를 개선하기 위해, 가스 압력을 4Pa, 배기량을 1000리터/초로 일정하게 유지한 채, 고주파 전력의 주파수를 50MHz로 증가시킨 결과를 나타내고, 시스폭이 감소하여 사선 입사 이온의 비율이 작아지고, 제36도 (b)에 나타나는 바와 같이 고립 라인 패턴 측벽의 보호막 에칭량이 작아지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소하고 있다. 또, 이 경우 실리콘 산화막에 대한 에칭 선택비를 크게 하기 위해 고주파 전력의 파워를 200W로 내리고, 이로써 시스간 전압을 작게 하여 이온의 에너지를 낮게 하고 있다.
에칭 프로세스에서는 상기와 같은 운전 모드의 전환을 다음과 같이 행한다. 즉, 플라즈마를 발생시키는 챔버(11)에 에칭 종점 검출기(20)을 부설하여 이 에칭 종점 검출기(20)의 신호를 이용하거나, 또는 시간의 경과에 따른 운전 모드의 전환을 미리 프로그램할 수 있는 제어 장치를 설치하고, 이 제어 장치의 신호를 이용하여 주에칭 시의 종료를 판단하고, 주에칭 종료까지는 상술한 주에칭 조건에서 에칭을 행하고, 주에칭 종료후는 상술한 오버 에칭 조건에서 에칭을 행하도록 한다.
또, 상기 각 실시예에서는 다결정 실리콘막에 대한 에칭의 경우였지만, 산화막, Si화합물, 알루미늄 등의 메탈 또는 다층 레지스트에서 레지스트에 대한 에칭등에 본 발명을 이용해도 높은 효과를 얻을 수 있다. 알루미늄에 대한 에칭에 본 발명을 적용하는 경우에는 BCl3+Cl2, 또는 SiCl4+Cl2+CHCl3등과 같이 염소를 베이스로 한 가스를 이용하여 가스 압력은 0.1Pa~20Pa로 하는 것이 바람직하다. 실험에 따르면, 이 경우의 에칭 속도로는 400~90nm/min을 얻을 수 있었다.
또, 상기 실시예에서는 플라즈마를 발생시키는 장치로 평행평판형 반응성 이온 에칭 장치를 이용하였지만, 이에 대신하여 전자 사이클로트론 플라즈마 발생장치나 전자 유도형 플라즈마 발생장치 등과 같이 플라즈마 발생 파워와 바이어스의 파워가 독립하여 제어할 수 있는 플라즈마 발생장치에서도 만족할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예인 전자 유도형 플라즈마·에칭 장치, 및 이 장치를 이용하여 행하는 드라이 에칭 방법에 대한 도면을 참조하면서 설명한다.
제37도는 본 발명에 관한 플라즈마 발생방법으로 이용하는 전자 유도형 플라즈마·에칭 장치의 개략 구성을 나타내고 있다. 제37도에 나타나는 바와 같이 금속제의 챔버(11) 내에는 가스 컨트롤러(12)를 통해 반응성 가스가 도입되고, 이 챔버(11)의 내부는 배기계(13)에 의해 적절한 압력으로 제어되고 있다.
챔버(11)의 상부에는 나선모양 코일(25)이 설치되고, 하부에는 캐소드(음극)가 되는 시료대(15)가 설치되어 있다. 시료대(15)에는 자기DC 바이어스를 형성하기 위해, 임피던스 정합 회로(16)을 통해 제1고주파 전력원(17)이 접속되어 있다. 나선모양 코일(25)에는 플라즈마를 발생시키기 위해 임피던스 정합회로(27)를 통해 제2고주파 전력원(28)이 접속되어 있다. 제1고주파 전력원(17)의 주파수는 주파수 제어회로(21)에 변화시킬 수 있고, 제2고주파 전력원(28)의 주파수는 주파수 제어회로(29)에 의해 변화시킬 수 있다.
이온의 에너지 분포 및 시료대(15) 근방의 시스 영역 폭은 플라즈마 파라미터 검출기(26)로 판단할 수 있고, 에칭 종점은 스펙트럼법을 이용한 에칭 종점 검출기(20)로 판단할 수 있다. 또, 에칭 종점 검출기(20)의 신호에 의해 가스 컨트롤러(12) 및 배기계(13)가 제어되고, 챔버(11) 내의 가스 압력 및 배기량이 적절하게 제어된다. 게다가, 에칭 종점 검출기(20)의 신호에 의해 주파수 제어회로(21)를 통해 제1주파수 전력원(17)의 주파수를 제어할 수 있다.
온도 제어회로(24)를 통해 히터(23)을 제어하여 시료대(15)의 온도를 조정할 수 있다. 또, 외부 파라미터 제어장치(22)는 플라즈마 파라미터 검출기(26)의 신호 및 에칭 종점 검출기(20)의 신호, 또는 이 신호와 주파수, 가스 압력, 고주파 전력 파원 및 시료대 온도 등의 외부 파라미터값의 조합, 또는 이 신호와 미리 프로그램된 처리 흐름의 조합에 기초하여 가스 컨트롤러(12), 배기계(13), 주파수 제어회로(21) 및 온도 제어회로(24)를 제어할 수 있다.
이하, 제38도에 기초하여 상기의 전자 유도형 플라즈마·에칭 장치를 이용하여 행하는 드라이 에칭 방법의 구체적인 실시예에 대해 설명한다. 즉, 제38도 (a)는 Cl2를 40sccm 정도 도입하고, 플라즈마 발생용 나선 모양 코일(26)에 대해 300W를 인가하고, 바이어스 파워를 100W로 하고, 가스 압력을 3Pa의 고진공 조건으로 하고, 배기량을 1000리터/초로 하여 에칭을 행한 결과를 나타내고, 제38도 (a)에 나타나는 바와 같이 내부 라인 패턴 쪽이 고립 라인 패턴보다 측벽 보호막 퇴적량이 많아지고, 에칭후의 패턴·프로필이 순테이퍼로 되고 크기가 커진다. 제38도 (b)는 가스 압력을 3Pa로 일정하게 유지한 채, 바이어스 파워를 150W, 배기량을 2000리터/초로 증가시킨 결과를 나타내고, 이온의 입사 분포가 더 수직으로 되고, 패턴의 측벽에 도달하는 측벽 보호 래디컬이 감소한 결과, 제38도 (b)에 나타나는 바와 같이 패턴 측벽의 보호막량이 감소하고, 내부 라인 패턴 쪽이 고립 라인 패턴보다 크기 감소량이 커지고, 고립 라인 패턴 및 내부 라인 패턴의 프로필이 더 수직으로 되고, 고립 라인 패턴과 내부 라인 패턴 사이의 크기차가 감소한다.
게다가, 가스 압력을 0.5Pa로 내려도 파워의 고주파 전력을 13.56MHz에서 50MHz로 증가시켜도, 또는 가스 압력을 3Pa에서 1Pa로 내리는 동시에 배기량을 200리터/초로 증가시켜도 같은 효과가 인정된다.

Claims (23)

  1. 하부에 시료대를 갖는 진공 챔버내에 상기 시료대 위에 얹어 설치되고 표면에 레지스트 패턴이 형성되어 있는 피에칭 시료를 에칭하는 에칭용 가스와 상기 피에칭 시료가 에칭됨으로써 형성되는 라인 패턴의 측벽을 보호하는 측벽 보호용 래디컬을 생성하는 측벽 보호용 가스로 이루어지는 원료 가스를 도입하여 이 원료 가스로 이루어지는 이온을 발생시키는 동시에, 상기 시료대에 고주파 전력을 인가하여 자기 DC 바이어스를 형성함으로써 상기 이온을 상기 시료대에 유도하고, 이로써, 상기 피에칭 시료에 대해 에칭을 행하는 드라이 에칭 방법에서, 서로 접근하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이, 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 작아지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 커지는 경우에 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 증가하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소하도록, 상기 진공 에칭내로 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스에 점유하는 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 원료가스에 점유하는 상기 측벽보호용 가스의 비율을 감소시키는 공정으로 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 증대시키는 공정과, 상기 고주파 전력의 전력을 증대시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 증대시키는 공정과, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 높이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  7. 하부에 시료대를 갖는 진공 챔버내에, 상기 시료대 상에 얹혀 설치되고 표면에 레지스트 패턴이 형성되어 있는 피에칭 시료를 에칭하는 에칭용 가스와 상기 피에칭 시료가 에칭됨으로써 형성되는 라인 패턴의 측벽을 보호하는 측벽 보호용 래디컬을 생성하는 측벽 보호용 가스로 된 원료 가스를 도입하여 이 원료 가스로 이루어지는 이온을 발생시키는 동시에, 상기 시료대에 고주파 전력을 인가하여 자기 DC 바이어스를 형성함으로써 상기 이온을 상기 시료대에 유도하고, 이로써, 상기 피에칭 시료에 대해 에칭을 행하는 드라이 에칭 방법에서, 서로 접근하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 작아지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 커지는 경우에 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 감소하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 감소하도록, 상기 진공 챔퍼내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스에 차지하는 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 높이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  11. 하부에 시료대를 갖는 진공 챔버내에 상기 시료대 위에 얹어 설치되고 표면에 레지스트 패턴이 형성되어 있는 피에칭 시료를 에칭하는 에칭용 가스와 상기 피에칭 시료가 에칭됨으로써 형성되는 라인 패턴의 측벽을 보호하는 측벽 보호용 래디컬을 생성하는 측벽 보호용 가스로 이루어지는 원료 가스를 도입하여 이 원료 가스로 이루어지는 이온을 발생시키는 동시에, 상기 시료대에 고주파 전력을 인가하여 자기 DC 바이어스를 형성함으로써 상기 이온을 상기 시료대에 유도하고, 이로써, 상기 피에칭 시료에 대해 에칭을 행하는 드라이 에칭 방법에서, 서로 접근하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이, 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 커지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 커지는 경우에, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 증가하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 증가하도록 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스에 차지하는 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법
  12. 제11항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 고주파 전력의 전력을 증대시키는 공정과, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 도입하는 원료 가스의 압력을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 증가시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 고주파 전력의 주파수를 높이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 높이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  17. 하부에 시료대를 갖는 진공 챔버내에, 상기 시료대 위에 얹어 설치되고 표면에 레지스트 패턴이 형성되어 있는 피에칭 시료를 에칭하는 에칭용 가스와 상기 피에칭 시료가 에칭됨으로써 형성되는 라인 패턴의 측벽을 보호하는 측벽 보호용 래디컬을 생성하는 측벽 보호용 가스로 된 원료 가스를 도입하여 이 원료 가스로 이루어지는 이온을 발생시키는 동시에, 상기 시료대에 고주파 전력을 인가하여 자기 DC 바이어스를 형성함으로써 상기 이온을 상기 시료대에 유도하고, 이로써, 상기 피에칭 시료에 대해 에칭을 행하는 드라이 에칭 방법에서, 서로 접근하여 형성되는 복수의 상기 라인 패턴으로 이루어지는 라인 패턴군의 내측에 위치하는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제1라인 패턴의 라인폭이, 상기 라인 패턴군의 가장 외측에 위치하는 상기 라인 패턴 또는 상기 라인 패턴군에서 고립하여 형성되는 상기 라인 패턴으로 이루어지는 제2라인 패턴의 라인폭보다 커지고, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 라인폭이 상기 레지스트 패턴의 라인폭보다 작아지는 경우에, 상기 제1 및 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 감소하는 동시에 상기 제1라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량이 상기 제2라인 패턴의 측벽에 대한 에칭량보다 상대적으로 증가하도록 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력, 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량, 상기 고주파 전력의 주파수, 상기 고주파 전력의 전력, 상기 원료 가스에 차지하는 상기 측벽 보호용 가스의 비율 및 상기 시료대의 온도로 이루어지는 파라미터군 중 적어도 하나의 파라미터를 변화시키는 파라미터 제어공정으로 구비하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법
  18. 제17항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버에서 배출하는 가스의 배출량을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 원료 가스에 차지하는 상기 측벽 보호용 가스의 비율을 감소시키는 공정으로 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 고주파 전력의 주파수를 높이는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 시료대의 온도를 낮추는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 파라미터 제어공정은 상기 진공 챔버내에 도입하는 원료 가스의 가스 압력을 감소시키는 공정을 포함시키는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
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