KR100557843B1 - 드라이 현상 방법 - Google Patents
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Abstract
진공 처리용기(102)내에 설치한 평행평판 전극 사이에 처리 가스를 도입함과 동시에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스의 플라즈마를 형성하고, 피 처리체(150)상에 형성된 레지스트를 묘화하기 위한 드라이 현상을, 피 에칭층(152) 상부의 레지스트는 이미 현상된 실리콘을 함유하는 상층 레지스트(156)와, 상층 레지스트(1 56)의 하층에 접하여 설치되는 하층 레지스트(154)를 갖고, 하층 레지스트(154)는 일산화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리되는 제 1 공정과, 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리되는 제 2 공정에 의해서 실행됨으로써, 레지스트에 높은 정밀도의 묘화를 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은 드라이 현상 방법에 관한 것으로, 특히 2층으로 구성되는 레지스트층의 하층 부분의 레지스트를, 상층의 레지스트층을 파괴하지 않고, 또한 에칭되는 패턴측벽의 형상이 수직형상이 되도록 효율적으로 고안된 드라이 현상 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자에서는 고 집적화가 진행되어, 설계 규칙이 매우 엄격해지고 있다. 그것에 따라서, 제조과정에서 실시되는 리소그래피 공정에서도 정밀도 높은 현상이 요구되고 있다.
이 때문에, 리소그래피 공정에서 사용되는 레지스트는, 예컨대 건식(wet) 처리로 현상되는 레지스트층(이하, 상층 레지스트라고 칭함)의 하층에 드라이(dry) 현상되는 레지스트층(이하, 하층 레지스트라고 칭함)을 설치하고, 또한 하부의 피(被)에칭층에 단차(段差) 등이 있더라도 고밀도의 패터닝이 가능한 구조가 사용되고 있다.
그런데, 상기와 같은 2층 구조의 하층 레지스트를 드라이 현상할 때에는 정 밀도를 유지하기 위해서, 상층 레지스트를 에칭에 의해서 파괴하지 않고, 하층 레지스트를 충분히 에칭하는 것이 필요하다. 이 때, 하층 레지스트에 형성되는 패턴의 측벽은 수직형상이고, 또한 설계한대로의 치수를 유지하는 것이 또한 하층의 피 에칭막의 가공 정밀도를 향상시키기 위해서는 불가결하다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 방법에 의해서 현상을 했을 때의 피처리체(10)를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 4a는 예컨대 산소 가스 등에 의한 반응성 이온 에칭을 실행한 경우, 도 4b는 예컨대 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 이용하여 에칭을 실행한 경우이다. 여기서, 피처리체(10)는 표면에 상층 레지스트(16), 그 하층에 하층 레지스트(14), 또한 그 하층에 피(被)에칭층(12)을 구비하고 있다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 산소 가스에 의한 에칭에서는 에칭의 이방성이 작고 등방적으로 에칭되므로, 하층 레지스트(14)의 패턴측벽에 언더컷(undercut)이나 보잉(bowing)이라고 불리는 깎임 현상이 발생해 버린다고 하는 문제가 있었다.
이 때문에, 상술한 깎임 현상이 발생하지 않도록, 낮은 파워(power)로 에칭을 하는 방법이 있다. 그러나, 에칭시의 파워를 떨어뜨리므로 에칭 레이트(etching rate)가 저하되어, 효율이 나쁘다고 하는 결점이 있었다.
또한, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용한 에칭에서는 측벽의 언더컷 등은 방지되지만, 상층 레지스트(16)에 대한 하층 레지스트(14)의 에칭 선택성이 작아, 상층 레지스트(16)에 형성된 패턴이 파괴되어, 하층 레지스트(14)의 가공 정밀도가 저하하거나, 또한 그 하층의 피에칭층(12)의 에칭 정밀도를 저하시켜 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 종래의 드라이 현상 방법이 갖는 상기 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 가공 정밀도가 우수하고, 효율이 좋은 신규 또한 개량된 드라이 현상 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면 진공용기 내로 처리 가스를 도입함과 동시에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스의 플라즈마를 형성하고, 피처리체 상에 형성된 레지스트를 묘화(描畵)하기 위한 드라이 현상 방법에 있어서, 레지스트는 묘화 패턴이 형성된 실리콘을 함유하는 제 1 레지스트층과, 제 1 레지스트의 하층에 마련되는 제 2 레지스트층을 갖고, 제 2 레지스트층은 일산화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리되는 제 1 공정에 의해서 드라이 현상되는 드라이 현상 방법이 제공된다. 이러한 구성에 의하면, 실리콘 함유 제 1 레지스트층 표면에 함유된 실리콘을 산화하여, 현상시의 제 1 레지스트층의 파괴를 막을 수 있다.
제 1 공정 후에 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 이용하여 플라즈마 처리되는 제 2 공정에 의해서 추가로 드라이 현상되는 드라이 현상 방법이라도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 제 2 레지스트층의 언더컷 또는 보잉을 막고, 수직형상으로 높은 정밀도의 패턴 형성이 가능하다.
제 1 공정에 있어서, 제 1 레지스트층에 대한 제 2 레지스트층의 플라즈마 처리시의 에칭속도의 비는 10 이상인 것이 바람직하다. 이것은, 예컨대 제 1 공정 에서 일산화탄소 가스의 산소 가스에 대한 유량비를 0.2 이상 5 이하로 하고, 인가되는 고주파 전력밀도를 0.32 W/cm2 이상 3.18 W/cm2 이하로 하고, 고주파 전력이 인가되는 하부 전극의 피 처리체를 탑재하는 탑재대의 온도를 -30 ℃ 이상 20 ℃ 이하로 함으로써 달성할 수 있다.
상기 제 1 공정에서는 제 2 레지스트층의 상단부 근방에 언더컷을 형성하고, 제 2 공정에서는 제 2 레지스트층의 하단 부분에 제 1 레지스트의 묘화 패턴과 대략 같은 치수의 묘화 패턴을 형성한다. 이 언더컷은 제 1 공정의 처리 시간, 일산화탄소 가스와 산소 가스의 유량비, 하부 전극에 인가하는 고주파 전력으로 제어할 수 있다. 또한, 제 1 공정과 제 2 공정에 의해서 묘화 패턴의 트리밍(trimming)을 하도록 해도 좋다.
제 1 레지스트층의 두께는 제 1 및 제 2 공정에 의해서 제 1 레지스트층이 에칭되는 막 두께의 합계보다 두껍게 형성된다. 이러한 구성에 의해서, 제 2 공정 실시중에 제 1 레지스트층이 소실되는 부분이 발생할 위험성이 없어진다. 상기 드라이 현상 방법에 있어서의 플라즈마의 형성은 진공 처리용기내에 형성된 평행평판 전극사이에서 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 제 1 레지스트층의 파괴를 막고, 제 2 레지스트층의 에칭레이트를 향상시킨, 정밀도 및 효율이 더욱 좋은 드라이 현상이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 에칭 장치를 나타내는 단면 개략도이다.
도 2는 드라이 현상을 실행하기 전의 피처리체를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 드라이 현상을 실행한 후의 피처리체를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 종래의 방법에 의해서 현상을 한 후의 피처리체를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 드라이 현상 방법의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
우선, 도 1을 참조하면서 본 발명을 적용 가능한 에칭 장치(100)의 전체구성에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하는 에칭 장치(100)의 처리용기(102)는, 예컨대 표면에 양극 산화 처리를 실시하여 산화알루미늄막층이 형성된 알루미늄으로 이루어짐과 동시에, 접지되어 있다.
처리용기(102)내에는 피처리체, 예컨대 반도체 웨이퍼(이하, "웨이퍼"라고 칭함)(W)를 탑재하는 서셉터(susceptor)를 겸한 하부 전극(104)이 배치되어 있다. 또한, 도 1에 도시하는 예에서는 하부 전극(104)의 탑재면 이외의 부분은 예컨대 세라믹으로 이루어지는 절연부재(105)와, 예컨대 알루미늄으로 이루어지는 도전부 재(107)에 의해서 피복되어 있다.
하부 전극(104)은 승강축(106)의 구동에 의해서 상하 운동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 도전부재(107)와 처리용기(102)의 사이에는 예컨대 스테인레스로 이루어지는 벨로스(bellows)(109)가 설치되어 있다.
벨로스(109)와 전기적으로 접촉하는 도전부재(107) 및 처리용기(102)의 표면은 산화알루미늄막층이 제거되어 있기 때문에, 도전부재(107)는 벨로스(109)와 처리용기(102)를 거쳐서 접지되어 있다. 또한, 도전부재(107)의 측면 및 벨로스(109)를 둘러싸도록 벨로스 커버(111)가 설치되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 하부 전극(104)의 탑재면에는 고압 직류 전원(108)에 접속된 정전척(110)이 설치되어 있는 동시에, 정전척(110)을 둘러싸도록 하여, 절연성의 포커스 링(focus ring)(112)이 배치되어 있다.
하부 전극(104)에는 정합기(116)를 거쳐서 고주파 전력을 출력하는 고주파 전원(118)이 접속되어 있다. 하부 전극(104)의 측방에는 배기 링(120)이 배치되어 있고, 도시한 예에서는 배기 링(120)은 포커스 링(112)과 도전부재(107)에 의해서 협지(사이에 끼워짐)됨과 동시에, 도전성의 나사(도시하지 않음)로 도전부재(107)의 상부에 고정되어 있다.
배기 링(120)은 도전부재(107)와 벨로스(109)와 처리용기(102)를 거쳐서 접지되므로, 배기 링(120)과 처리용기(102) 내벽을 대략 동일한 전위(접지 전위)로 할 수 있다. 그 결과, 배기 링(120)과, 배기 링(120)보다 위쪽의 처리용기(102) 내벽이 하부 전극(104)의 대항 전극으로서 기능하므로, 플라즈마를 배기 링(120)의 상부, 즉 후술하는 처리공간(122) 내에 가둘 수 있다.
하부 전극(104)의 탑재면과 대향하는 처리용기(102) 내의 내벽면에는 상부 전극(126)이 설치되어 있다. 또한, 상부 전극(126)에는 다수의 가스 토출 구멍(126a)이 형성되어 있는 동시에, 가스 토출 구멍(126a)에는 처리 가스를 공급하는 도시하지 않은 가스 공급원이 접속되어 있다. 따라서, 처리 가스는 가스 토출 구멍(126a)을 거쳐서 처리공간(122)내로 공급된다.
처리용기(102)내의 아래쪽에는 도시하지 않은 진공 흡인 기구에 접속된 배기관(128)이 접속되어 있다. 따라서, 처리공간(112)내는 배기 링(120)의 슬릿(120a)과, 배기 경로(124)와, 배기관(128)을 거쳐서 진공 흡인된다. 처리용기(102)의 외부에는 하부 전극(104)과 상부 전극(126)과의 사이에 형성되는 플라즈마 영역을 둘러싸도록 하여, 자석(130)이 배치되어 있다.
다음에, 본 실시예에 따른 드라이 현상 방법을 실행하는 레지스트 및 그 에칭 조건에 대해서 설명한다. 도 2는 드라이 현상을 하기 전의 피 처리체(150)를 나타내는 단면 모식도이다. 피 처리체는, 예컨대 직경이 200 mm인 실리콘(Si)으로 이루어지는 웨이퍼(W)를 사용한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 표면에는 예컨대 웨트 처리에 의해서 패턴이 묘화된, 실리콘 함유 레지스트층(이하, 상층 레지스트라고 함)(156)이 형성되어 있다. 실리콘을 함유하는 상층 레지스트(156)를 형성하는 방법으로는, 예컨대 사전에 실리콘을 함유하는 레지스트막을 형성하여 이것을 패터닝하는 방법, 일반적으로 사용되고 있는 레지스트재에 의해서 레지스트막을 형성하여 이것을 패터닝한 후에 그 표면을 시릴화하는 방법이 있다.
전자의 방법, 즉 사전에 실리콘을 함유하는 레지스트막을 패터닝하는 방법에 있어서의 레지스트막의 재료로는, 예컨대 수성 염기 가용성 폴리실리세스키옥산(polysilsesquioxane)에 디마조 광활성화합물이 화학적으로 부착된 포지티브형 레지스트, 수성염기 가용성 폴리실리세스키옥산에 산(酸)감응성 t-부틸옥실카르보닐(butyloxylcarbonyl)이 화학적으로 부착된 포지티브형 레지스트, 수성염기 가용성 폴리실리세스키옥산에 아지드 작용기가 화학적으로 부착된 네거티브형 레지스트, 페놀기를 갖는 수성염기 가용성 실리콘 함유 폴리머와 가교재(架橋材)와 산(酸)발생제를 포함하는 네거티브형 레지스트 등을 적용할 수 있다.
후자의 방법, 즉 일반적인 레지스트막을 패터닝하고 나서 시릴화하는 방법에 있어서의 시릴화의 방법으로는, 예컨대 시릴화제로서 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane), 또는 테트라메틸디실라잔 (tetramethyldisilazane)을 포함하는 가스 분위기에 노출시키는 방법, 실란(silane), 디실란(disilane), 디클로로실란(dichlorosilane) 등의 실리콘 함유 가스의 플라즈마에 노출시키는 방법 등이 있다.
상층 레지스트(156)는 드라이 현상 종료후에 소실되는 부분이 없도록, 예컨대 250 nm의 두께로 형성된다. 여기서 형성된 패턴의 폭(R1)은 예컨대 150 nm이다.
그 하층에는 본 발명에 따른 드라이 현상 방법에 의해서 현상되는 하층 레지스트(154)가 형성되어 있다. 하층 레지스트(154)의 재료는 예컨대 페놀 노볼락(phenol novolak) 수지, 크레졸 노볼락(cresol novolak) 수지, 1-메틸-2-프로파놀(1-methoxy-2-propanol) 등을 주성분으로 하는 일반적인 레지스트 재료를 사용할 수 있다. 하층 레지스트(154)의 막 두께는 예컨대 820 nm의 두께로 형성된다.
또한 그 하층에는 예컨대 실리콘 산화막(SiO2) 등의 피에칭층(152)이 형성되어 있다. 피에칭층(152)은 예컨대 메탈 배선을 위한 Al막 등이어도 좋다.
본 발명에 따른 드라이 현상 방법은 두 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 제 1 공정은 일산화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용하여 실행한다. 이것은 상층 레지스트(156)의 표면을 산화하여 산화 실리콘막이 형성된 상태로 하여, 제 2 공정에서의 상층 레지스트(156)의 파괴를 방지하기 위해서이다.
제 1 공정의 에칭 조건은, 예컨대 처리실(102)내의 진공도 15 mT, 처리 가스는 유량이 모두 60 sccm인 CO 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 0 ℃로 조정했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 27 mm이다. 또한, 웨이퍼 센터(center) 이면(裏面) 냉각 가스 압력은 7 Torr, 웨이퍼 에지(edge) 이면(裏面) 냉각 가스 압력은 40 Torr로 했다. 또한, 하부 전극(104)에는 240 W(0.76 W/cm2)의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 30 초이다.
이 제 1 공정에서는 보잉이나 언더컷이 발생하기 쉽기 때문에 처리 시간을 짧게 하고, 상층 레지스트(156)의 표면을 산화하여 산화 실리콘막을 형성하고, 또한 하층 레지스트(154)에 적당한 언더컷이 발생하도록 하고 있다. 또한, 언더컷은 처리 시간에 비례하여 변화되기 때문에, 처리 시간 등을 조정하는 것에 의해서 제어할 수 있다. 또한, 상층 레지스트(156)와 하층 레지스트(154)의 에칭속도의 비(이하, 에칭 선택비라고 함)를 크게 잡을 수 있는 C0/O2 혼합비, 고주파 전력, 탑재면의 온도 조건을 설정함으로써 제 1 공정 및 제 2 공정에서 상층 레지스트(156)가 손상되는 것을 막고 있다. 여기서 언더컷이란 하층 레지스트(154)와 상층 레지스트(156)의 계면(界面) 근방의 하층 레지스트(154)의 가로 방향으로의 에칭을 말한다. 또한, 보잉이란 하층 레지스트(154)가 맥주 통 형상으로 에칭되는 것을 말한다.
제 2 공정은 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용하여 실시된다. 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용하면 이방성이 높은 에칭이 가능하지만, 패턴폭보다 약간 좁은 폭으로 에칭되는 경향이 있다. 또한, 종래 기술에서 말한 바와 같이 상층 레지스트(156)와 하층 레지스트(154)의 에칭 선택성이 나쁘고, 상층 레지스트(156)의 손상이 문제가 된다.
그러나, 본 실시예에 따른 드라이 현상 방법에 의하면, 제 1 공정에서 상층 레지스트(156) 표면에 함유되는 실리콘은 산화되어 있고, 이것에 의해서 에칭 선택비가 개선되어 있다. 또한, 제 1 공정에서 약간 언더컷을 발생시키고 있기 때문에, 제 2 공정에서 패턴폭이 좁게 에칭됨으로써, 정확하게 상층 레지스트(156)의 패턴대로의 에칭을 하는 것이 가능해진다.
제 2 공정의 에칭 조건은, 예컨대 처리실(102)내의 진공도 70 mT, 처리 가스는 유량이 모두 200 sccm인 N2 가스와 H2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 0 ℃로 조정했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 47 mm이다. 웨이퍼 센터 이면 냉각 가스 압력은 7 Torr, 웨이퍼 에지 이면 냉각 가스 압력은 40 Torr로 했다. 또한, 하부 전극(104)에는 1000 W(3.18 W/cm2)의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 90 초이다.
제 2 공정에서는 이방성이 좋고, 패턴폭보다 약간 좁은 폭으로 에칭되지만, 제 1 공정에서 약간 언더컷이 발생하고 있기 때문에, 상층 레지스트(156)의 패턴폭대로의 에칭이 가능해지고, 더구나 상층 레지스트(156) 표면에 함유된 실리콘을 산화함으로써 에칭 선택비가 개선되어 있기 때문에, 효율적으로 하층 레지스트(154)의 에칭을 할 수 있다.
표 1에는 일산화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용하여 하나의 공정으로 처리하는 상기 방법 1, 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용하여 하나의 공정으로 처리하는 상기 방법 2, 상기 제 1 공정 및 제 2 공정의 두개의 공정으로 처리하는 방법 3의 드라이 현상 방법에 따른 에칭 결과의 비교를 나타낸다.
| 방법 1 | 방법 2 | 방법 3 | ||
| CO2+O2 | N2+H2 | 제 1 공정 | 제 2 공정 | |
| 하층 E/R (nm/min) | 267 | 532 | 460 | 515 |
| 상층 E/R (nm/min) | 5 | 137 | 25 | 75 |
| 선택비 | 53.5 | 3.9 | 18.4 | 6.9 |
| CD 바이어스 (nm) | 50 | -75 | -32 | |
여기서, E/R이란 에칭레이트이고, 단위는 나노미터/분이다. 상층 E/R은 상층 레지스트(156)의 코너 부분이 가장 깎이기 때문에, 도 3에 도시한 두께(T1)의 단위 시간당 에칭량으로 나타내었다. 선택비란 상층 E/R에 대한 하층 E/R의 비이다. 모두, 웨이퍼 중앙부의 에칭된 패턴(타원형 홀)의 짧은 축 방향에서의 값을 나타내었다. CD 바이어스란 에칭 후의 하층 레지스트(154) 하단의 패턴폭(도 3의 R 2)으로부터 에칭 전의 상층 레지스트의 패턴폭(도 2의 R1)을 뺀 값으로, 패턴폭의 변화를 나타낸다. 본 발명의 경우 -32 nm이며, 약간 선폭이 가늘게 변화하고 있다.
또한, 상기 방법 1에 의한 에칭 조건은 다음과 같다. 우선, 플라즈마의 착화(着火)를 위해서 다음의 공정을 한다. 즉, 처리실(102)내의 진공도 30 mT, 처리 가스는 유량이 모두 60 sccm인 CO 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 -20 ℃로 조정했다. 하부 전극(104)에는 300 W(O.96 W/cm2)의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 3 초이다.
그후, 다음의 조건에 의한 에칭을 한다. 즉, 처리실(102)내의 진공도 15 mT, 처리 가스는 유량이 모두 60 sccm인 CO 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 -20 ℃로 조정했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 27 mm이다. 하부 전극(104)에는 120 W(0.38 W/cm2)의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 273 초이다. 선택비는 53.5로 크지만, CD 바이어스가 50 nm이고, 언더컷이 큰 것을 알 수 있다.
상기 방법 2에 의한 에칭 조건은 처리실(102)내의 진공도 70 mT, 처리 가스는 유량이 모두 200 sccm인 N2 가스와 H2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 -20 ℃로 조정했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 47 mm이다. 하부 전극(104)에는 1000 W의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 210 초이다. 선택비가 3.9로 작고, CD 바이어스는 -75 nm이며, 패턴폭이 좁게 에칭되어 있는 것을 알 수 있다.
상기 방법 3의 제 1 공정에서는 실리콘 함유의 상층 레지스트에 함유되는 실리콘을 산화하는 것 및 적절히 언더컷을 생기게 하는 것을 주목적으로 하고 있고, 단시간의 처리로 좋다. 상기 방법 3에서는 제 1 공정에 의해서 상층 레지스트(156)의 표면에 함유된 실리콘이 산화되어 있기 때문에, 상층 레지스트(156)의 표면에 형성된 SiO2막이 보호막으로서의 기능을 갖고, 제 2 공정에서의 에칭 선택비는 6.9로, 상기 방법 2에서의 에칭 선택비 3.9에 비교하여 개선되 어 있다. 또한, 상기 방법 3에서는 제 1 공정에서 적절하게 언더컷이 생기기 때문에, 제 2 공정에서 패턴폭이 좁게 에칭되더라도, 결과적으로는 레지스트의 패턴폭대로의 에칭이 가능하게 된다.
여기서, 상기 방법 1의 처리 조건 및 상기 방법 3의 제 1 공정에서의 처리 조건을 더욱 상세하게 검토한다. 표 2는 일산화탄소 가스와 산소 가스의 유량비를 변화시켜 에칭을 실행한 경우의 결과이다. 여기서는 상기 방법 1과 동일한 조건으로 플라즈마 착화를 위한 공정을 실행한 뒤, 다음과 같은 처리 조건으로 에칭을 실행했다. 즉, 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 -20 ℃로 조정했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 27 mm이다. 하부 전극(104)에는 120 W(0.38 W/cm2)의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 273 초이다. 이 때, 처리실(102)내의 진공도 15 mT에서, 처리 가스는 각각 60/60, 80/40, 100/20(sccm/sccm)인 CO 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다.
| CO/O2 유량비 (sccm/sccm) | 60/60 | 80/40 | 100/20 |
| 하층 E/R (nm/min) | 267 | 222 | 175 |
| 상층 E/R (nm/min) | 5 | 7 | 12 |
| 선택비 | 53.5 | 30.0 | 14.0 |
표 2에 나타낸 바와 같이, 상기의 조건에서는 모두 에칭 선택비 10 이상이며, 상기 혼합 가스 유량비의 조건은 상기 방법 1의 조건 및 상기 방법 3의 제 1 공정의 조건으로서 적용할 수 있다. 그러나, CO/O2 유량비가 커지면 선택비와 에칭레이트가 작아지기 때문에, CO/O2 유량비의 조건은 100/20 = 5 이하가 바람직하다. 한편, CO/O2 유량비가 작아지면 선택비와 에칭레이트가 커지지만, 언더컷이 커지는 경향이 있으므로 20/100 = 0.2 이상이 바람직하고, 60/60 = 1.0 이상이 더욱 바람직하다.
다음에, 고주파 전력의 조건에 대해서 검토한다. 여기서는, 상기 방법 1과 동일한 조건으로 플라즈마 착화를 위한 공정을 실행한 후, 다음과 같은 처리 조건으로 에칭을 실행했다. 즉, 처리실(102)내의 진공도 15 mT에서, 처리 가스는 60/60(sccm/sccm)인 CO 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 -20 ℃로 조정했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 27 mm이다. 이러한 조건에서, 하부 전극(104)에는 120 W, 240 W, 360 W의 고주파 전력을 인가하고, 처리 시간은 에칭속도를 고려하여 동일 에칭량(오버에칭율)이 되는 시간으로 설정했다. 이와 같이, 인가되는 고주파 전력을 변화시킨 경우의 결과를 표 3에 나타낸다.
| 고주파 전력 (W) | 120 | 240 | 360 |
| 하층 E/R (nm/min) | 267 | 480 | 625 |
| 상층 E/R (nm/min) | 5 | 25 | 32 |
| 선택비 | 53.5 | 19.2 | 19.2 |
표 3에 나타낸 바와 같이, 상기의 조건에서는 모두 에칭 선택비 10 이상이며, 상기 고주파 전력의 조건은 상기 방법 1의 조건 및 상기 방법 3의 제 1 공정의 조건으로서 적용할 수 있다. 그러나, 고주파 전력이 커지면 이온의 끌어 넣는 에너지가 커지기 때문에, 에칭레이트가 커져 에칭 형상의 이방성이 증가하지만, 선택비는 작아지는 경향이 있다. 따라서, 1000 W(3.18 W/cm2) 이하가 바람직하고, 400 W(1.27 W/cm2) 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 고주파 전력이 작아지면 에칭레이트가 작아지고 선택비가 커지지만, 이방성이 약간 저하되어 언더컷이 커지는 경향이 있으므로, 100 W(O.32 W/cm2) 이상이 바람직하다.
다음에, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도 조건에 대해서 검토한다. 여기서는 상기 방법 1과 같은 조건으로 플라즈마 착화를 위한 공정을 실행한 후, 다음과 같은 처리 조건으로 에칭을 실행했다. 즉, 처리실(102)내의 진공도 15 mT에서, 처리 가스는 80/40(sccm/sccm)인 CO 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 사용했다. 상부 전극(126)과 하부 전극(104)의 거리는 27 mm이다. 하부 전극(104)에는 120 W의 고주파 전력을 인가하고, 처리시간은 에칭속도를 고려하여 동일 에칭량(오버에칭율)이 되는 시간으로 설정했다. 이러한 조건에서, 상부 전극(126)을 포함하는 처리용기(102)의 내벽면의 온도는 60 ℃로 조정하고, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도는 0 ℃ 및 -20 ℃로 조정했다. 이와 같이, 하부 전극(104)의 탑재면의 온도를 변화시킨 경우의 결과를 표 4에 나타낸다.
| 하부전극온도 (℃) | 0 | -20 |
| 하층 E/R (nm/min) | 205 | 230 |
| 상층 E/R (nm/min) | 12 | 10 |
| 선택비 | 16.4 | 23.0 |
표 4에 나타낸 바와 같이, 상기의 조건에서는 모두 에칭 선택비 10 이상이며, 상기의 하부 전극 온도의 조건은 상기 방법 1 및 상기 방법 3의 제 1 공정의 조건으로서 적용할 수 있다. 그러나, 하부 전극의 탑재면의 온도가 높아지면 증착(deposition)이 적어져, 선택비가 작아지고, 또한 이방성이 약간 저하되어 언더컷이 커지는 경향이 있으므로, -30 ℃ 이상 20 ℃ 이하가 바람직하고, 0 ℃ 이하가 더욱 바람직하다.
상기 결과로부터, 상기 방법 1 및 상기 방법 3의 제 1 공정에서는 하층 레지스트(154)의 상단부 근방에 적절한 언더컷을 형성하고, 또한 상기 방법 3의 제 2 공정에서 상층 레지스트(156)의 패턴대로의 에칭이 가능해진다고 하는 관점에서 생각하여, 일산화탄소 가스의 산소 가스에 대한 유량비는 0.2 이상 5 이하, 인가되는 고주파 전력 밀도는 120 W(0.32 W/cm2) 이상 1000 W(3.18 W/cm2) 이하, 고주파 전력이 인가되는 하부 전극의 피 처리체를 탑재하는 탑재대의 온도는 -30 ℃ 이상 20 ℃ 이하가 적당하다고 판단된다.
이와 같이 본 발명에 따른 드라이 현상 방법에 의하면, 레지스트에 묘화되는 패턴측벽을 수직형상으로 유지하면서, 에칭 효율이 좋은 드라이 현상 방법이 가능 하다. 또한, 본 발명에서는 상기 방법 3에 있어서 제 1 공정의 CO/O2 유량비, 하부 전극에 인가하는 고주파 전력, 하부 전극 온도 및 처리 시간을 바꾸는 것에 의해서, 제 2 공정 후의 하층 레지스트(154) 하단 패턴폭(도 3의 R2)을 제어하는 트리밍(trimming)도 가능하다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 드라이 현상 방법의 바람직한 실시예에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해낼 수 있는 것은 분명하고, 그것에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양해된다.
예컨대, 에칭 조건 및 레지스트의 막 두께 등은 장치 의존성이 있는 것으로, 이러한 예에 한정되지 않는다. 동일한 효과를 얻을 수 있도록 사용하는 장치에 따라서 결정되어야 한다.
Claims (13)
- 진공용기내로 처리 가스를 도입함과 동시에 고주파 전력을 인가하여 상기 처리 가스의 플라즈마를 형성하고, 피처리체 상에 형성된 레지스트를 묘화하기 위한 드라이 현상 방법에 있어서,상기 레지스트는 묘화 패턴이 형성된 실리콘을 함유하는 제 1 레지스트층과, 상기 제 1 레지스트의 하층에 설치되는 제 2 레지스트층을 갖고,상기 제 2 레지스트층은 일산화탄소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리되는 제 1 공정에 의해서 드라이 현상되는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 레지스트는 상기 제 1 공정 후에 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리되는 제 2 공정에 의해서 더욱 드라이 현상되는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 공정에서 상기 제 1 레지스트층에 대한 상기 제 2 레지스트층의 플라즈마 처리시의 에칭속도의 비는 10 이상인 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 공정에 있어서의 일산화탄소 가스의 산소 가스에 대한 유량비는 0.2 이상 5 이하인 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 공정에서 인가되는 고주파 전력밀도는 0.32 W/cm2 이상 3.18 W/cm2 이하인 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 공정에 있어서의 상기 고주파 전력이 인가되는 하부 전극의 상기 피 처리체를 탑재하는 탑재대의 온도는 -30 ℃ 이상 20 ℃ 이하인 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 공정에서는 상기 제 2 레지스트층의 상단부 근방에 언더컷을 형성하고, 상기 제 2 공정에서는 상기 제 2 레지스트층의 하단 부분에 상기 제 1 레지스트의 묘화 패턴과 대략 동일한 치수의 묘화 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 공정의 언더컷은 처리 시간으로 제어하는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 공정의 언더컷은 상기 제 1 공정에 있어서의 일산화탄소 가스와 산소 가스의 유량비로 제어하는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 공정의 언더컷은 상기 하부 전극에 인가하는 고주파 전력으로 제어하는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정에 의해서 묘화 패턴의 트리밍을 하는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 레지스트층의 두께는 상기 제 1 및 제 2 공정에 의해서 제 1 레지스트층이 에칭되는 막 두께의 합계보다도 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 플라즈마의 형성은 진공 처리용기내에 설치한 평행평판 전극사이에서 실행되는 것을 특징으로 하는드라이 현상 방법.
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