KR100801768B1 - 에칭 방법 및 에칭 장치 - Google Patents

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KR100801768B1
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동경 엘렉트론 주식회사
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
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Abstract

탄소와 할로겐 원자를 포함하는 가스를 이용하여 에칭을 실행하는데 있어서, 에칭 처리의 기판면내의 균일성을 향상시킨다. 기판인 반도체 웨이퍼(W)의 중심 영역에 대향하는 제 1 가스실(45)과, 웨이퍼(W)의 주변 영역에 대향하는 제 2 가스실(46)로부터 독립하여 처리 가스를 웨이퍼(W)에 공급할 수 있는 가스 공급부(4)로부터, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 불소를 포함하는 제 1 가스를 포함하는 처리 가스를 웨이퍼(W)에 대하여 공급하여 에칭을 실행하는 경우에는, 제 2 가스실(46)보다도 제 1 가스실(45)로부터의 공급량이 많아지도록 처리 가스를 공급하고, 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 불소를 포함하는 제 2 가스를 포함하는 처리 가스를 웨이퍼(W)에 대하여 공급하여 에칭을 실행하는 경우에는, 제 1 가스실(45)보다도 제 2 가스실(46)로부터의 공급량이 많아지도록 처리 가스를 공급한다.

Description

에칭 방법 및 에칭 장치{ETCHING METHOD AND APPARATUS}
도 1은 본 발명에 관한 플라즈마 에칭 장치의 실시의 형태를 도시하는 단면도.
도 2는 상기 플라즈마 에칭 장치의 가스 공급계를 도시하는 구성도.
도 3은 상기 플라즈마 에칭 장치의 다른 예의 가스 공급계를 도시하는 구성도.
도 4는 가스 유속의 면내 균일성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 특성도.
도 5는 압력의 면내 균일성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 특성도.
도 6은 성막 속도의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 7a 및 도 7b는 실시예 1의 CF 밀도, CF2 밀도의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 8a 및 도 8b는 실시예 2의 레지스트잔막, 에칭 깊이, 상부 CD, 보잉 위치의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 9a 및 도 9b는 실시예 3의 상부 CD 차의 절대값의 면내 균일성과, 에칭 깊이 차의 절대값의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 10은 실시예 4의 레지스트잔막, 상부 CD, 바닥부 CD, Recess의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 11a 및 도 11b는 실시예 5의 테이퍼각(θ)의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 12는 실시예 6의 상부 CD 차의 절대값의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 13은 실시예 7의 상부 CD, 바닥부 CD의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 14a 및 도 14b는 실시예 8의 CD 시프트값의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 15는 실시예 9의 에칭 레이트, 레지스트 선택성, 레지스트잔막, 깊이의 균일성의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 16은 실시예 10의 CD 시프트값의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 17은 실시예 11의 CD의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
도 18은 실시예 12의 에칭 레이트의 면내 균일성을 도시하는 특성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
W 반도체 웨이퍼
1 챔버
2 탑재대
3 정전척
4 상부 전극
45 제 1 가스실
46 제 2 가스실
51 제 1 가스 도입로
52 제 2 가스 도입로
54, 61, 64 제 1 가스 공급원
55, 62, 65 제 2 가스 공급원
6 제어부
본 발명은 예컨대 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 형성된 피에칭막에 대하여, 탄소와 할로겐을 포함하는 가스를 이용하여 에칭을 실행하는 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 LCD 기판의 제조 프로세스에서는, 박막의 형상 가공을 실행하는 에칭 공정이 있고, 이 공정을 실행하는 장치로서는 여러 가지의 것이 이용된다. 그 하나로서 예컨대 평행 평판형의 플라즈마 에칭 장치가 있고, 이 장치에서는, 예컨대 챔버내에 한 쌍의 상부 전극 및 하부 전극으로 이루어지는 평행 평판 전극을 배치하여, 처리 가스를 챔버내에 도입함과 동시에, 전극의 한쪽에 고주파를 인가하여 전극간에 고주파 전기장을 형성하고, 이 고주파 전기장에 의해 처리 가스의 플라즈마를 형성하여, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)(이하「웨이퍼(W)」라고 함)에 대하여 에칭 처리가 실행된다.
여기서 예컨대 반도체 디바이스에서 층간 절연막이나 게이트 절연막 등으로서 검토 혹은 실용화되어 있는 저유전율막(이른바 Low-k 막)은, 실리콘(Si)과 산소(O)를 포함하고, 실리콘 산화막(SiO 막)을 베이스로서, 탄소를 첨가한 SiOC 막이나, 탄소, 수소를 첨가한 SiOCH 막 등이 있지만, 이들 막을 에칭하는 경우에는, 예컨대 탄소(C)와, 불소(F), 염소(Cl), 취소(Br) 등의 할로겐을 포함하는 가스가 처리 가스로서 이용되고 있다.
에칭에서는, 에천트(etchant)에 의한 에칭하고자 하는 홀(오목부)의 에칭 작용과, 상기 홀의 측벽에 폴리머를 형성하여 해당 측벽을 보호하는 폴리머화 작용의 양쪽을 실행하면서 진행해 간다. 예컨대 처리 가스로서 탄소와 불소를 포함하는 가스(이하 「CF계 가스」라고 함)를 이용하고, SiO을 베이스로한 막을 에칭하는 경우에는, CF계 가스의 플라즈마화에 의해 생성한 CF의 활성종이, 에칭 작용 및 폴리머화 작용의 양쪽의 역할을 다 하고 있다.
그런데 상기 CF계 가스의 일례로서는, CF4 가스, CHF3 가스, C2F6 가스, C3F8 가스, C4F8 가스, C4F6 가스, C5F8 가스 등을 들 수 있지만, 이들에는 에칭 작용이 큰 가스나 폴리머화 작용이 큰 가스가 있어, 에칭의 대상막이 동일한 막이더라도, 하지막이나 레지스트막에 대한 에칭 대상막의 막두께비 등의 변화에 따라서, 상기 CF계 가스 중에서 최적의 가스종이 선택된다.
그리고, 예컨대 기술한 평행 평판형의 플라즈마 에칭 장치에서는, 에칭 레이트나 에칭 후의 가공 치수 등의 에칭 특성의 웨이퍼면내 균일성을 높이기 위해서, 다수의 가스 분출 구멍을 가지는 샤워 헤드형으로 구성된 상부 전극으로부터, 예컨대 웨이퍼(W)의 중심 영역과 주변 영역에 대하여 유량을 바꾸어 처리 가스를 공급하고 있었다.
그러나, 상기 CF계 가스 각각의 가스에 대하여, 중심 영역이나 주변 영역으로의 통일적인 공급 유량비의 결정 방법이 없어, 상기 면내 균일성이 높은 에칭 처리를 실행하기 위해서는, 상기 중심 영역과 주변 영역의 공급 유량비를 결정할 때까지 시행착오가 필요하고, 이 유량비 조건의 결정에 노력과 시간이 필요했다.
그런데 특허문헌 1에는, C5F8 가스를 포함하는 혼합 가스로 레지스트와 TEOS의 에칭 처리를 실행하는데 있어서, 동심원 형상으로 형성된 샤워 헤드의 2개의 가스 토출구로부터 유량비가 다른 혼합 가스를 도입하여, 주변 영역만 도입 가스의 산소 유량을 적게 하는 것에 의해 주변 영역의, 에칭 속도 선택비(TEOS/레지스트)의 저하를 개선하는 기술이 기재되어 있다. 그러나 이 문헌 1의 기술에 있어서도, 상기 CF계 가스로 에칭 처리를 실행하는데 있어서, 웨이퍼(W) 중심 영역의 유량과 주변 영역의 유량의 통일적인 유량비의 결정 방법에 대해서는 아무런 개시도 되어 있지 않다.
[특허문헌 1]일본 특허 공개 제 2002-184764 호 공보
본 발명은, 이러한 사정하에 행해진 것으로, 그 목적은, 탄소와 할로겐을 포 함하는 가스를 이용하여 에칭을 실행하는데 있어서, 에칭 처리의 기판 면내의 균일성을 향상시키는 기술을 제공하는 것에 있다.
이 때문에 본 발명은, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스의 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
가스 공급부의 중심 영역과 주변 영역에서 제 1 가스에 대한 제 2 가스의 혼합비가 동일하고, 상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 것을 특징으로 한다. 여기서 제 1 가스 및 제 2 가스의 혼합 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록, 혹은 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하는 공정은, 처리 가스의 유량 및 희석 가스에 의한 처리 가스 희석율의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해 실행된다.
또한 본 발명은, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
가스 공급부의 중심 영역에는 제 1 가스와 제 2 가스를 제 1 혼합비로 혼합한 제 1 처리 가스를 공급하고, 가스 공급부의 주변 영역에는 제 1 가스와 제 2 가스를 제 2 혼합비로 혼합한 제 2 처리 가스를 공급하고,
상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 상기 제 1 처리 가스의 공급량이 상기 제 2 처리 가스의 공급량보다도 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 상기 제 1 처리 가스의 공급량이 상기 제 2 처리 가스의 공급량보다도 적어지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스의 공급량에 대해서는, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스의 공급량에 대해서는, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
가스 공급부의 중심 영역과 주변 영역에서 제 1 가스의 공급량이 동일한 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스의 공급량에 대해서는, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
가스 공급부의 중심 영역과 주변 영역에서 제 2 가스의 공급량이 동일한 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스의 공급량에 대해서는, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 제 1 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하는 공정은, 제 1 가스의 유량 및 희석 가스에 의한 제 1 가스 희석율의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해 실행된다. 또한 상기 제 2 가스의 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하는 공정은, 제 2 가스의 유량 및 희석 가스에 의한 제 2 가스 희석율의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해 실행된다.
또한 본 발명은, 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼 합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 할로겐 원자의 총수가, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록, 해당 가스 공급부로부터 공급되는 처리 가스의 조성 및 양을 설정하고,
상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 할로겐 원자의 총수가, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 해당 가스 공급부로부터 공급되는 처리 가스의 조성 및 양을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 가스로서는 적어도 CH2F2 가스, CHF3 가스, CF4 가스, C2F6 가스 중 어느 하나를 이용할 수 있고, 상기 제 2 가스로서는 적어도 C3 F8 가스, C4F8 가스, C4F6 가스, C5F8 가스 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
이러한 에칭 방법은, 예컨대 기판이 탑재되는 탑재대가 내부에 마련된 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 상기 탑재대와 대향하도록 마련되고, 상기 탑재대와 대향하는 면에 가스 공급면을 구비하고, 이 탑재대 상에 탑재된 기판에 대하여 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하고, 탄소와 할로겐을 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와, 상기 처리 용기 내부의 압력을 조정하기 위한 수단과, 상기 처리 용기의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 수단과, 상기 가스 공급부에 공급되는 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 수단과, 상기 각 수단을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 처리 가스를 플라즈마화하여, 이 플라즈마에 의해 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 장치에 의해서 실시된다.
우선 본 발명의 에칭 방법이 실시되는 플라즈마 에칭 장치의 일례에 대하여 도 1을 참조하면서 간단히 설명한다. 도면 중 1은, 예컨대 원통형 형상으로 구성된 처리 용기를 이루는 챔버이며, 이 챔버(1)는 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극산화 처리)된 알루미늄으로부터 형성되고, 접지되어 있다. 이 챔버(1)내의 바닥부에는, 기판 예컨대 반도체 웨이퍼(이하「웨이퍼」라고 함)를 탑재하기 위한, 하부 전극을 구성하는 대략 원주 형상의 탑재대(2)가 마련되어 있다. 도면 중 21은 세라믹 등의 절연판, 22는 탑재대 지지대이며, 상기 탑재대(2)에는 하이 패스 필터(HPF)(23)가 접속되어 있다. 도면 중 24는 냉매실이며, 여기에 예컨대 액체 질소 등의 냉매가 순환 공급되고, 탑재대(2)에 열전도되도록 되어 있다.
상기 탑재대(2)는, 상면의 중앙부가 볼록 형상의 원판 형상으로 성형되어, 그 위에 웨이퍼(W)와 대략 동일한 형태의 정전척(3)을 구비하고 있고, 정전척(3)은 내부에 전극(31)을 구비하고 있다. 또한, 전극(31)에 직류 전원(32)으로부터 예컨 대 1.5 kV의 직류 전압을 인가하는 것에 의해, 예컨대 쿨롱 힘에 의해서 웨이퍼(W)를 정전 흡착하도록 되어 있다. 도면 중 33은, 탑재대(2) 상에 지지된 웨이퍼(W)의 이면에, 열전도 매체 예컨대 헬륨(He) 가스 등을 공급하기 위한 가스 통로이며, 이 열전도 매체를 거쳐서 탑재대(2)의 냉열이 웨이퍼(W)에 열전도되어, 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 유지되도록 되어 있다. 도면 중 25은, 정전척(3) 상에 탑재된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 마련되고, 예컨대 실리콘 등의 도전성 재료에 의해 구성된 링 형상의 포커스 링이며, 이에 의해 에칭의 균일성이 향상된다.
상기 탑재대(2)의 상방에는, 이 탑재대(2)와 평행하게 대향하여 예컨대 대략 원통 형상의 상부 전극을 이루는 가스 공급부(4)가 마련되어 있다. 이 가스 공급부(4)는 탑재대(2)와의 대향면을 구성함과 동시에, 다수의 토출 구멍(41)을 가지는 전극판(42)과, 이 전극판(42)을 지지하여, 도전성 재료, 예컨대 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 이루어지는 수냉 구조의 전극 지지체(43)에 의해서 구성되어 있다.
상기 전극 지지체(43)는 내부에 가스 도입실이 형성되어 있고, 이 가스 도입실은 예컨대 링 형상의 칸막이벽(44)에 의해, 내측의 웨이퍼(W)의 중심 영역에 대향하는 제 1 가스실(45)과, 외측의 웨이퍼(W)의 주변 영역에 대향하는 제 2 가스실(46)로 2 분할되어 있다. 이렇게 해서 상기 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)의 하면은, 가스 공급면을 이루는 토출 구멍(41)을 가지는 전극판(42)에 의해 구성되게 된다.
그리고 예컨대 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 가스실(45)은, 유량 조정부 (F1)를 구비한 제 1 가스 도입로(51)를 거치고, 제 2 가스실(46)은, 유량 조정부(F2)를 구비한 제 2 가스 도입로(52)를 거쳐서 공통의 처리 가스 공급계(53)에 접속되어 있다. 도면 중 47은 절연재, 48은 고주파 흡수 부재, 49는 가스 공급부(4)를 챔버(1)에 지지시키기 위한 절연재이다. 또한 탑재대(2)와 가스 공급부(4)는, 예컨대 10 ~ 60 mm 정도 사이 간격을 띄어 마련되어 있다.
여기서 에칭의 대상막은, 기술한 저유전율막(이른바 Low-k 막), 예컨대 SiOC 막이나, SiOCH 막, SiO2 막, SiOF 막, Si-H 함유 SiO2 막, HydrogenSilses-Quioxane(HSQ) 막, 다공질 실리카 막, 메틸기 함유 SiO2 막, MethlSilses-Quioxane(MSQ) 막, 다공질 MSQ 막 등이며, 상기 처리 가스로서는, 주 에칭 가스로서 탄소와 예컨대 불소, 취소, 염소 등의 할로겐 원자를 포함하는 가스를 포함하는 가스가 이용된다. 여기서 주 에칭 가스로서 탄소와 불소를 포함하는 CF계 가스의 예를 들면, CF4 가스, CHF3 가스, C2H6 가스 등의 탄소수가 2 이하인 제 1 가스나, C3F8 가스, C4F6 가스, C4F8 가스, C5H8 가스 등의 탄소수가 3 이상인 제 2 가스가 있다. 또한 처리 가스로서, 상기 CF계 가스와, 희 가스나, N2 가스, H2 가스, O2 가스, CO 가스, CO2 가스 등의 할로겐 원자를 포함하지 않는 희석 가스와의 혼합 가스를 이용하도록 해도 좋고, 복수의 CF계 가스를 조합시키도록 해도 좋다.
상기 처리 가스 공급계(53)는, 예컨대 상기 제 1 가스 공급원(54)과, 상기 제 2 가스 공급원(55)과, 상기 희석 가스 공급원(56)을 구비하고, 이들은 각각 유 량 조정부(F3~F5)를 구비한 공급로(57)를 거쳐서 제 1 및 제 2 가스 도입로(51, 52)에 접속되어 있다. 상기 유량 조정부(F1~F5)는 처리 가스의 공급량을 조정하는 수단이며, 밸브와 매스플로우 컨트롤러를 구비하여, 제어부(6)에 의해 동작이 제어되어 있고, 이에 의해 소정의 유량의 제 1 가스, 제 2 가스, 희석 가스가 혼합되어 처리 가스가 조제되어, 이 혼합된 처리 가스가 각각 소정의 유량으로 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)에 의해 공급되도록 되어 있다.
상기 챔버(1)의 바닥부에는 배기관(11)을 거쳐서, 챔버(1)내의 압력을 조정하기 위한 수단인 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프(12)에 접속되어 있고, 이에 의해 챔버(1)내를 소정의 감압 분위기, 예컨대 1Pa 이하의 소정의 압력까지 진공 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 챔버(1)의 측벽에는, 게이트 밸브(13)가 마련되어 있고, 이 게이트 밸브(13)를 열어둔 상태로 웨이퍼(W)가 인접하는 로드록실(도시하지 않음)의 사이에서 반송되도록 되어 있다.
상기 상부 전극으로서의 가스 공급부(4)는, 플라즈마를 발생하는 수단을 하는 제 1 고주파 전원(61)과 정합기(62), 급전 막대(63)를 거쳐서 접속됨과 동시에, 로우패스 필터(LPF)(64)와 접속되어 있다. 이 제 1 고주파 전원(61)은 27 MHz 이상의 주파수를 가지고 있고, 이와 같이 높은 주파수를 인가하는 것에 의해 챔버(1)내에 바람직한 해리 상태로 또한 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있어, 저압 조건하의 플라즈마 처리가 가능해진다. 이 예로서는, 제 1 고주파 전원(61)으로서 60 MHz의 것을 이용하고 있다.
하부 전극으로서의 탑재대(2)에는, 정합기(66)를 거쳐서 급전선에 의해 제 2 고주파 전원(65)이 접속되어 있다. 이 제 2 고주파 전원(65)은 100 kHz ~ 10 MHz의 범위의 주파수를 가지고 있고, 이러한 범위의 주파수를 인가하는 것에 의해, 기판인 웨이퍼(W)에 대하여 대미지(damage)를 입히는 일없이, 적절한 이온 작용을 부여할 수 있다. 이 예에서는, 2 MHz의 것을 이용하고 있다.
계속해서 이 플라즈마 에칭 장치에 의하여 실행되는 본 발명의 에칭 방법에 대하여 설명한다. 우선 플라즈마 에칭 장치의 작용에 대하여 설명하면 기판인 웨이퍼(W)를, 게이트 밸브(13)를 열어 도시하지 않는 로드록실로부터 챔버(1)내로 반입하여, 정전척(3) 상에 탑재하고, 고압 직류 전원(32)으로부터 직류 전압을 인가하여, 웨이퍼(W)를 정전척(3) 상에 정전 흡착시킨다. 이어서 게이트 밸브(13)를 닫고, 진공 펌프(12)에 의해서 챔버(1)내를 소정의 진공도까지 진공 배기한다.
이어서, 처리 가스 공급계(53)로부터 유량 조정부(F1, F2)에 의해서 공급량이 조정된 처리 가스를, 제 1 가스 도입로(51) 및 제 2 가스 도입로(52)를 거쳐서 가스 공급부(4)의 제 1 가스실(45) 및 제 2 가스실(46)에 도입한다. 이렇게 해서 처리 가스를, 제 1 가스실(45)로부터 웨이퍼(W)의 중심 영역을 향해서 공급함과 동시에, 제 2 가스실(46)로부터 웨이퍼(W)의 주변 영역을 향해서 공급하여, 챔버(1)내의 압력을 소정의 값으로 유지한다.
그리고, 그 후 제 1 고주파 전원(61)으로부터 27 MHz 이상, 예컨대 60 MHz의 고주파를 가스 공급부(4)에 인가한다. 이에 의해 가스 공급부(4)와 탑재대(2)의 사이에 고주파 전기장이 발생하여, 처리 가스가 해리하여 플라즈마화되고, 이 플라즈마에 의해 웨이퍼(W)에 대하여 에칭 처리가 실시된다.
한편, 제 2 고주파 전원(65)으로부터는, 100 kHz ~ 10 MHz, 예컨대 2 MHz의 고주파를 탑재대(2)에 인가한다. 이에 의해 플라즈마 중의 이온이 탑재대(2)측에 인입되어, 이온 어시스트에 의해 에칭의 이방성이 높여진다. 이렇게 해서 소정의 에칭 처리가 행하여진 웨이퍼(W)는, 정전척(3)에 의한 정전 흡착을 해제하고, 게이트 밸브(13)를 열어, 챔버(1)로부터 외부에 반출되어, 다음 공정으로 반송된다.
여기서 본 발명의 에칭 방법에서는, SiO 막을 베이스로 한 예컨대 SiOC 막 등을, 주 에칭 가스로서 CF계 가스를 포함하는 가스에 의해 에칭할 경우에, 상기 CF계 가스의 탄소수에 따라서, 해당 CF계 가스를 웨이퍼(W)의 중심 영역에 주변 영역보다 많이 공급하는 제어나, 주변 영역에 중심 영역보다 많이 공급하는 제어를 실행하는 것이기 때문에, 이 점에 대하여 이하에 설명한다.
우선 플라즈마 에칭 장치에 공급되기 전에, CF계 가스와 상기 희석 가스가 미리 혼합되어 있는 경우에 대하여 설명하지만, 이 경우에는 장치에 공급되는 처리 가스의 조성이 동일하기 때문에, 처리 가스의 가스 공급부(4)의 제 1 가스실(45)로의 공급 유량과, 제 2 가스실(46)로의 공급 유량을 제어하는 것에 의해, 처리 가스중의 CF계 가스의 상기 중심 영역으로의 공급량과, 주변 영역으로의 공급량의 제어가 실행된다.
구체적으로, 우선 CF계 가스가 한 종류인 경우에 대하여 설명하면, 탄소수가 2 이하인 제 1 가스를 주 에칭 가스로서 이용하는 경우에는, 가스 공급부(4)의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록, 가스 공급부(4)로부터 처리 가스를 공급한다.
즉, 유량 조정부(F3, F5)에 의해 제 1 가스와 희석 가스의 유량을 소정의 유량으로 조정하여, 제 1 가스와 희석 가스가 소정의 혼합비로 혼합된 처리 가스를 조정한다. 그리고 유량 조정부(F1, F2)에 의해, 제 1 가스실(45)로의 처리 가스의 공급량이 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 공급량보다도 많아지도록, 제 1 가스 도입로(51) 및 제 2 가스 도입로(52)로부터 각각 처리 가스를 소정의 유량으로 도입한다. 이와 같이 하면 상기 가스 공급면의 중심 영역에는 주변 영역보다도 많은 제 1 가스가 공급되는 것이 된다.
여기서 본 발명에서 말하는 제 1 가스의 공급량은, 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 공급량을 의미하며, 상기 가스 공급면의 중심 영역에 주변 영역보다도 많은 제 1 가스가 공급된다는 것은, 중심 영역에 공급되는 제 1 가스의 몰수가, 주변 영역에 공급되는 제 1 가스의 몰수보다도 큰 것을 의미하고 있다.
또한 탄소수가 3 이상인 제 2 가스를 주 에칭 가스로서 이용하는 경우에는, 가스 공급부(4)의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스의 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 가스 공급부(4)로부터 처리 가스를 공급한다.
즉, 유량 조정부(F4, F5)에 의해 제 2 가스와 희석 가스의 유량을 소정의 유량으로 조정하고, 제 2 가스와 희석 가스가 소정의 혼합비로 혼합된 처리 가스를 조정한다. 그리고 유량 조정부(F1, F2)에 의해, 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 공급량이 제 1 가스실(45)로의 처리 가스의 공급량보다도 많아지도록, 제 1 가스 도입로(51) 및 제 2 가스 도입로(52)로부터 각각 처리 가스를 소정의 유량으로 도입한다. 이와 같이 하면 상기 가스 공급면의 주변 영역에는 중심 영역보다도 많은 제 2 가스가 공급되는 것이 된다.
여기서 상기 가스 공급면의 중심 영역이란 제 1 가스실(45)의 가스 공급면이며, 웨이퍼(W) 반경의 10분의 7(1/2의 평방근)정도에 대향하는 영역을 말하고, 상기 가스 공급면의 주변 영역이란 제 2 가스실(46)의 가스 공급면이며, 웨이퍼(W)의 상기 중심 영역의 외측 영역에 대향하는 영역을 말한다. 여기서 중심 영역과 주연 영역의 면적이란 대략 동일하게 설계되어 있다. 그리고 상기 플라즈마 에칭 장치에서는, 가스 공급부(4)의 가스 공급면과 웨이퍼(W)는 대향하고 있고, 처리 가스는, 가스 공급부(4)의 제 1 가스실(45)로부터는 웨이퍼(W)의 중심 영역을 향해서 공급되고, 제 2 가스실(46)로부터는 웨이퍼(W)의 주변 영역을 향해서 공급되도록 되어 있다. 이에 의해, 제 1 가스의 공급량을 상기 가스 공급면의 중심 영역에 주변 영역보다도 많게 하면, 웨이퍼 표면에서도, 제 1 가스의 공급량이 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 공급되고, 제 2 가스의 공급량을 상기 가스 공급면의 주변 영역에 중심 영역보다도 많게 하면, 웨이퍼 표면에서도, 제 2 가스의 공급량이 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 공급되게 된다.
이 경우 상술의 플라즈마 에칭 장치에서는, 제 1 가스실(45)의 하면에 형성된 토출 구멍(웨이퍼(W)의 중심 영역에 공급하는 토출 구멍)(41)의 수와, 제 2 가스실(46)의 하면에 형성된 토출 구멍(웨이퍼(W)의 주변 영역에 공급하는 토출 구 멍)(41)의 수가 동일한 수이며, 가스 공급면의 중심 영역/주변 영역의 가스 유량비를 5 : 5의 배분으로 설정하면, 모든 토출 구멍(41)으로부터 분출하는 가스 유량은 동일해지도록 설정되어 있지만, 상기 제 1 가스실(45)의 하면에 형성된 토출 구멍(41)의 수와, 제 2 가스실(46)의 하면에 형성된 토출 구멍(41)의 수가 다르거나, 상기 제 1 가스실(45)의 하면에 형성된 토출 구멍(41)과, 상기 제 2 가스실(46)의 하면에 형성된 토출 구멍(41)의 사이에서, 토출 구멍(41)까지의 컨덕턴스가 다른 경우에는, 그것에 따른 조정을 실행하는 것이 필요하다.
예컨대 제 1 가스실(45)의 하면에 형성된 토출 구멍(41)의 수와, 제 2 가스실(46)의 하면에 형성된 상기 주변 영역에 공급하는 토출 구멍(41)의 수의 비가 2 : 1인 경우, 처리 가스의 중심 영역으로의 공급 유량 : 주변 영역으로의 공급 유량 = 1 : 2의 유량비로 공급하면, 상술한 플라즈마 에칭 장치에 의하여 처리 가스의 중심 영역으로의 공급 유량 : 주변 영역으로의 공급 유량 = 5 : 5의 배분비로 공급하는 경우와 동등해진다. 따라서 예컨대 C4F8 가스를 주 처리 가스로 하는 경우에는, 주변 영역으로의 처리 가스의 배분비가 2/3 이상이라면 좋다.
계속해서 CF계 가스가 두 종류 이상인 경우에 대하여 설명한다. 예컨대 상기 제 1 가스와 제 2 가스를 조합시켜 이용하는 경우에는, 유량 조정부(F3~F5)에 의해, 제 1 가스와 제 2 가스와 희석 가스를 소정의 혼합비로 혼합한 처리 가스를 조정한다. 그리고 제 1 가스와 제 2 가스에 의한 할로겐 원자의 도입 총수를 계산하여, 총수가 많은 쪽의 CF계 가스에 맞춰 유량을 결정한다. 이것은 할로겐 원자 수가 에칭 효율을 지배하기 때문에, 할로겐 원자수가 많은 가스에 의해균일성이 지배되기 때문이다.
예컨대 제 1 가스로서 CF4 가스, 제 2 가스로서 C4F8 가스를 각각 이용하여, 이들 가스가 CF4 : C4F8 = 15 : 6의 혼합비로 혼합된 처리 가스를 이용하는 경우에는, CF4 가스의 F의 도입 총수는 4×15=60이고, C4F8 가스의 F의 도입 총수는 8×6=48이기 때문에, CF4 가스로부터의 F의 도입 총수 쪽이 많다. 이 때문에 유량은 CF4 가스에 맞추어 결정되고, 처리 가스의 공급량이, 상기 가스 공급면의 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록, 유량 조정부(F1, F2)를 제어하여, 처리 가스를 제 2 가스실(46)보다 제 1 가스실(45)에 많은 공급량으로 도입한다.
또한 동일하게, 상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 처리 가스의 공급량이, 상기 가스 공급면의 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 유량 조정부(F1, F2)를 제어하여, 처리 가스를 제 1 가스실(45)보다 제 2 가스실(46)에 많은 공급량으로 도입한다.
계속해서 본 발명의 제 2 실시의 형태에 대하여 설명한다. 이 실시의 형태는, 가스 공급부(4)의 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역에 공급하는 처리 가스의 조성을 독립으로 제어하는 것으로, 예컨대 도 3에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 의해서 실시된다. 이 장치에서는, 예컨대 제 1 가스 도입로(51)는, 각각 유량 조정부(F1, F6~F8)를 구비한 공급로를 거쳐서 제 1 가스 공급원(161), 제 2 가스 공급원(162), 희석 가스 공급원(163)에 접속되어 있다. 또한 제 2 가스 도입로(52)는, 각각 유량 조정부(F2, F9~F11)를 구비한 공급로를 거쳐서 제 1 가스 공급원(164), 제 2 가스 공급원(165), 희석 가스 공급원(166)에 접속되어 있다.
이들 유량 조정부(F1, F2, F6~F11)는 제어부(6)에 의해서 제어되도록 되어 있고, 이렇게 해서 제 1 가스 도입로(51)와 제 2 가스 도입로(52)를 거쳐서 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)에, 각각 제 1 가스, 제 2 가스, 희석 가스의 혼합비가 다른 처리 가스(희석률이 다른 처리 가스)를 공급할 수 있도록 되어 있다. 그 밖의 구성은 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치와 동일하다.
그리고 이 예에서는, 장치에 공급되는 처리 가스의 조성을 바꿀 수 있기 때문에, 상기 처리 가스의 조성이 동일한 경우나 CF계 가스만을 공급할 경우에는, 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 공급 유량을 제어하는 것에 의해, 상기 가스 공급면의 중심 영역으로 공급하는 불소 원자(할로겐 원자)의 총수와, 주변 영역으로 공급하는 불소 원자의 총수의 제어를 실행하도록 해도 좋고, 상기 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 공급 유량을 동일하게 하여, 처리 가스의 조성 즉 CF계 가스의 희석 가스에 의한 희석률을 바꾸는 것에 의해, 상기 가스 공급면의 중심 영역으로 공급하는 불소 원자의 총수와, 주변 영역으로 공급하는 불소 원자의 총수의 제어를 실행하도록 해도 좋다.
여기서 주 에칭 가스로서 탄소수 2 이하인 제 1 가스를 이용할 경우에는, 상기 가스 공급면의 중심 영역에 공급하는 불소 원자 총수가 가스 공급면의 주변 영 역에 공급하는 불소 원자 총수보다도 많아지도록, 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 제 1 가스의 공급량에 대하여 제어한다.
예컨대 제 1 가스로서 CF4 가스를 이용하고, 희석 가스를 이용하지 않는 경우에는, 유량 조정부(F1, F6)에 의해, 제 1 가스실(45)로의 CF4 가스의 공급 유량을 100sccm으로 하고, 유량 조정부(F2, F9)에 의해, 제 2 가스실(46)로의 CF4 가스의 공급 유량을 50 sccm으로 하여, 이렇게 해서 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급 유량을 100 sccm, 주변 영역으로의 공급 유량을 50 sccm으로 하여, 상기 불소 원자의 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급 총수를 주변 영역보다도 많게 하도록 제어한다. 이 경우에는, 제 1 가스 공급원(161), 제 2 가스 공급원(162)과 제 1 가스실(45)의 사이에 마련되는 유량 조정부나, 제 1 가스 공급원(164), 제 2 가스 공급원(165)과 제 2 가스실(46)의 사이에 마련되는 유량 조정부는 하나로 해도 좋다.
또한 예컨대 제 1 가스로서 CF4 가스를 이용하고, 희석 가스로서 Ar 가스를 이용하고, 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역에서 제 1 가스의 희석률을 바꾸어 공급하는 경우에는, 유량 조정부(F6, F8)에 의해, 제 1 가스 도입로(51)에 제 1 가스를 50 sccm, 희석 가스를 100 sccm의 유량으로 공급함과 동시에, 유량 조정부(F9, F11)에 의해, 제 2 가스 도입로(52)에 제 1 가스를 50 sccm, 희석 가스를 300 sccm의 유량으로 공급한다. 이어서 유량 조정부(F1, F2)에 의해 유량을 조정하고, 각각 제 1 가스실(45), 제 2 가스실(46)에, 제 1 가스 도입로(51)와 제 2 가스 도 입로(52)로부터 동일한 유량의 처리 가스를 공급한다.
이와 같이 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)에 공급하는 처리 가스의 유량을 동일하게 하고, 제 2 가스실(46)에 공급하는 처리 가스에서는 제 1 가스의 희석 가스에 의한 희석률을 제 1 가스실(45)에 공급하는 처리 가스보다도 크게 하는 것에 의해, 결과로써 상기 가스 공급면의 중심 영역에 공급하는 불소 원자의 총수를 주변 영역보다도 많게 하도록 제어할 수 있다.
동일하게 탄소수(3) 이상인 제 2 가스를 주 에칭 가스로 이용하는 경우에는, 가스 공급면의 중심 영역에 공급하는 제 2 가스로부터의 불소 원자 총수가 주변 영역에 공급하는 제 2 가스로부터의 불소 원자 총수보다도 적어지도록, 가스 공급면의 중심 영역으로 공급하는 제 2 가스의 양과, 주변 영역으로 공급하는 제 2 가스의 양에 대하여 제어한다.
그리고 이 경우, 제 1 가스와 동일하게, 상기 처리 가스의 조성이 동일한 경우나 CF계 가스만을 공급하는 경우에는, 제 1 가스실(45)보다도 제 2 가스실(46)에 제 2 가스를 많이 공급하는 것에 의해, 불소 원자의 상기 가스 공급면의 주변 영역으로의 공급 총수를 중심 영역보다도 많게 하도록 제어해도 좋고, 상기 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 공급량을 동일하게 하여, 처리 가스의 조성 즉 제 2 가스의 희석 가스에 의한 희석률을 바꾸는 것에 의해, 상기 가스 공급면의 주변 영역으로의 불소 원자의 공급 총수가 중심 영역보다도 많아지도록 제어를 실행하도록 해도 좋다.
또한 탄소(2) 이하인 제 1 가스와 탄소수(3) 이상인 제 2 가스를 혼합하는 경우에는, 각 CF계 가스에 의한 할로겐 원자의 도입 총수를 계산하여, 총수가 많은 쪽의 CF계 가스에 맞추어, 가스 공급면의 중심 영역, 주변 영역 중 어느 쪽에 불소 원자를 많이 도입할 것인지를 결정한다.
예컨대 제 1 가스실(45)과, 제 2 가스실(46)에, 각각 제 1 가스와 제 2 가스의 혼합비가 다른 처리 가스를 공급하는 경우, 예컨대 제 1 가스실(45)에는 제 1 가스와 제 2 가스가 제 1 혼합비로 혼합된 제 1 처리 가스를 공급하고, 제 2 가스실(46)에는 제 1 가스와 제 2 가스가 제 2 혼합비로 혼합된 제 2 처리 가스를 공급하는 경우에는, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스의 전체에서, 각 CF계 가스에 의한 할로겐 원자의 도입 총수를 계산하여, 총수가 많은 쪽의 CF계 가스에 맞추어, 제 1 가스실(45)로의 제 1 가스의 공급량과, 제 2 가스실(46)로의 제 2 가스의 공급량이 결정된다.
즉 제 1 가스로부터의 불소 원자의 도입수가 많은 경우에는, 제 1 가스실(45)로의 제 1 처리 가스의 공급량을, 제 2 가스실(46)로의 제 2 처리 가스의 공급량보다도 많게 하도록, 유량 조정부(F1, F2)에 의해 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스 유량의 제어를 실행한다.
또한 제 2 가스로부터의 불소 원자의 도입수가 많은 경우에는, 제 1 가스실(45)로의 제 1 처리 가스의 공급량을, 제 2 가스실(46)로의 제 2 처리 가스의 공급량보다도 적게 하도록, 유량 조정부(F1, F2)에 의해 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스 유량의 제어를 실행한다.
이 경우에는, 제 1 처리 가스의 제 1 가스와 제 2 가스의 혼합비는 유량 조 정부(F6, F7)에 의해, 제 2 처리 가스의 제 1 가스와 제 2 가스의 혼합비는 유량 조정부(F9, F10)에 의해 조정하고, 이렇게 해서 조정된 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스의 제 1 가스실(45), 제 2 가스실(46)로의 공급량에 대해서는, 각각 유량 조정부(F1, F2)에 의해서 제어가 실행된다.
또한, 탄소(2) 이하인 제 1 가스와 탄소수(3) 이상인 제 2 가스를 혼합하는 경우에는, 제 1 가스의 공급량에 대해서는, 상기 가스 공급면의 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지고, 제 2 가스의 공급량에 대해서는, 상기 가스 공급면의 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 제 1 가스와 제 2 가스의 공급량을 제어하도록 해도 좋다.
구체적으로, 예컨대 제 1 가스로서 CF4 가스, 제 2 가스로서 C4F8 가스를 이용하는 경우에는, 제 1 가스실(45)에는 C4F8 가스를 2 sccm, CF 가스를 10 sccm의 유량으로 공급하고, 제 2 가스실(46)에는 C4F8 가스를 4 sccm, CF4 가스를 5 sccm의 조성으로 공급한다. 이와 같이 하면, 상기 가스 공급면의 중심 영역에서는, 주변 영역보다도 처리 가스중의 제 1 가스의 비율이 크고, 제 1 가스에 대한 제 2 가스의 혼합비가 작고, 주변 영역에서는, 중심 영역보다도 처리 가스 중의 제 2 가스의 비율이 크고, 제 1 가스에 대한 제 2 가스의 혼합비가 커진다. 이 때문에 제 1 가스에 대해서는, 상기 가스 공급면의 중심 영역에서는, 주변 영역보다도 불소 원자의 공급량이 많아지도록 제어되고, 제 2 가스에 대해서는, 상기 가스 공급면의 주변 영역에서는, 중심 영역보다도 불소 원자의 공급량이 많아지도록 제어되게 된다.
이 경우에는, 제 1 가스의 제 1 가스실(45)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F1) 또는 유량 조정부(F6)에 의해 실행하고, 제 1 가스의 제 2 가스실(46)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F2) 또는 유량 조정부(F9)에 의해 실행한다. 또한 제 2 가스의 제 1 가스실(45)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F1) 또는 유량 조정부(F7)에 의해 실행하고, 제 2 가스의 제 2 가스실(46)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F2) 또는 유량 조정부(Fl0)에 의해 실행한다. 이 때문에 이 예에서는, 제 1 가스 공급원(61), 제 2 가스 공급원(62)과 제 1 가스실(45)의 사이에 마련되는 유량 조정부나, 제 1 가스 공급원(64), 제 2 가스 공급원(65)과 제 2 가스실(46)의 사이에 마련되는 유량 조정부는 각각 하나로 해도 좋다.
또한, 이와 같이 탄소(2) 이하인 제 1 가스와 탄소수(3) 이상인 제 2 가스를 혼합하는 경우에 있어서, 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)에 공급하는 처리 가스의 양이 동일한 경우에는, 처리 가스에 대한 제 1 가스의 비율을, 상기 가스 공급면의 중심 영역에서는 주변 영역보다도 크게 하고, 처리 가스에 대한 제 2 가스의 비율에 대해서는, 상기 가스 공급면의 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 설정해도 좋다.
또한, 탄소(2) 이하인 제 1 가스와 탄소수(3) 이상인 제 2 가스를 혼합하는 경우에는, 제 1 가스를 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)에 동일한 공급량으로 공급하고, 제 2 가스는, 상기 가스 공급면의 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 공급량이 많아지도록, 제 2 가스실(46)로의 공급량을 제 1 가스실(45)보다도 많게 하도 록 제어하도록 해도 좋다. 예컨대 제 1 가스실(45)에는, C4F8 가스를 2 sccm, CF4 가스를 10 sccm의 혼합비로 공급하고, 제 2 가스실(46)에는, C4F8 가스를 4 sccm, CF4 가스를 10 sccm의 혼합비로 공급하도록 처리 가스를 공급한다.
이 때, 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 유량을 동일하게 함과 동시에, 처리 가스에 대한 제 1 가스의 비율을 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)의 사이에서 동일하게 하여, 처리 가스에 대한 제 2 가스의 비율을 상기 가스 공급면의 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 커지도록 설정해도 좋다.
또한 제 2 가스를 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)에 동일한 공급량으로 공급하고, 제 1 가스는, 상기 가스 공급면의 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 공급량이 많아지도록, 제 1 가스실(45)로의 공급량을 제 2 가스실(46)보다도 많게 하도록 제어하도록 해도 좋다. 예컨대 제 1 가스실(45)에는, C4F8 가스를 2 sccm, CF4 가스를 10 sccm의 혼합비로 공급하고, 제 2 가스실(46)에는, C4F8 가스를 2 sccm, CF4 가스를 5 sccm의 혼합비로 공급한다.
이 때, 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)로의 처리 가스의 유량을 동일하게 함과 동시에, 처리 가스에 대한 제 2 가스의 비율을 제 1 가스실(45)과 제 2 가스실(46)의 사이에서 동일하게 하여, 처리 가스에 대한 제 1 가스의 비율을 상기 가스 공급면의 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 커지도록 설정해도 좋다.
이와 같이 하면, 상기 가스 공급면의 중심 영역에서는, 제 1 가스에 대한 제 2 가스의 혼합비가 작고, 주변 영역에서는 제 1 가스에 대한 제 2 가스의 혼합비가 커지기 때문에, 제 1 가스에 대해서는, 상기 가스 공급면의 중심 영역에서는, 주변 영역보다도 불소 원자의 공급량이 많아지도록 제어되고, 제 2 가스에 대해서는, 상기 가스 공급면의 주변 영역에서는, 중심 영역보다도 불소 원자의 공급량이 많아지도록 제어되게 된다.
이 경우에 있어서도, 제 1 가스의 제 1 가스실(45)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F1) 또는 유량 조정부(F6)에 의해서, 제 1 가스의 제 2 가스실(46)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F2) 또는 유량 조정부(F9)에 의해서 실행되고, 제 2 가스의 제 1 가스실(45)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F1) 또는 유량 조정부(F7)에 의해서, 제 2 가스의 제 2 가스실(46)로의 공급량에 대해서는, 유량 조정부(F2) 또는 유량 조정부(Fl0)에 의해서 실행되기 때문에, 제 1 가스 공급원(61), 제 2 가스 공급원(62)과 제 1 가스실(45)의 사이에 마련되는 유량 조정부나, 제 1 가스 공급원(64), 제 2 가스 공급원(65)과 제 2 가스실(46)의 사이에 마련되는 유량 조정부는 하나로 해도 좋다.
또한 본 발명에서는, 상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 불소 원자의 총수가, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 처리 가스의 조성이나 처리 가스의 공급량을 설정하도록 해도 좋고, 이 경우에는, 상기 가스 공급면의 중심 영역에서는 주변 영역보다도 제 1 가스와 제 2 가스로부터 공급되는 불소 원자의 수가 많아진다.
이 때, 상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 불소 원자의 총수가, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 처리 가스의 조성이나 처리 가스의 공급량을 설정하도록 해도 좋고, 이 경우에는, 상기 가스 공급면의 주변 영역에서는 중심 영역보다도 제 1 가스와 제 2 가스로부터 공급되는 불소 원자의 수가 많아진다.
이러한 방법으로는, CF계 가스의 탄소수에 따라서, 상기 CF계 가스의 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급량을 주변 영역보다 많게 하거나, 주변 영역으로의 공급량을 중심 영역보다 많게 하거나 하는 제어를 실행하고 있기 때문에, 후술하는 실시예에서도 분명한 것과 같이, 에칭 레이트나, 상부 CD나 바닥부 CD, 에칭 잔막, 에칭 깊이, 홀 형상 등의 에칭 후 가공 정밀도 등의 에칭 특성의 면내 균일성을 확보할 수 있다.
이 때, CF계 가스중의 탄소수에 의해, 상기 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역 중 어느 쪽에 대하여 할로겐 원자를 많이 공급하면 좋을지는 미리 결정되어 있기 때문에, 처리 가스의 상기 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역의 공급 유량이나, 상기 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역에 공급하는 처리 가스의 조성 등의, 최적 조건을 결정할 때의 파라미터의 범위가 미리 좁혀져 있어, 조건 방편을 쉽게 실행할 수 있다.
(실시예)
계속해서 본 발명의 평가 방법에 대하여 설명한다. 본 발명자들은, 여러가지 데이터의 취득을 실행한 바, 주 에칭 가스로서 CF계 가스를 이용하는 경우에는, 탄소수가 2 이하인 제 1 가스에 대해서는, 상기 가스 공급면의 중심 영역의 공급량을 주변 영역보다 많게 하는 쪽이, 에칭 레이트나 에칭 후 가공 치수 등의 에칭 특성의 면내 균일성이 높고, 한편 탄소수가 3 이상인 제 2 가스에 대해서는, 상기 가스 공급면의 주변 영역의 공급량을 중심 영역보다 많게 하는 쪽이, 상기 에칭 특성의 면내 균일성이 높은 것을 파악했다.
우선 본 발명의 메커니즘을 해명하기 위해서 실행한 실험예에 대하여 설명한다.
도 4에, CF계 가스로서 C4F8 가스를 상정하고, 기술한 플라즈마 에칭 장치에서, 제 1 가스실(45)(가스 공급면의 중심 영역)에 공급하는 처리 가스와, 제 2 가스실(46)(가스 공급면의 주변 영역)에 공급하는 처리 가스의 유량비를 바꾸는 것에 의해, 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역에 대하여 CF계 가스의 공급량을 바꾼 경우의 웨이퍼(W) 표면 근방의 가스 유속 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 4 중, 세로축은 가스 유속, 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 거리, 일점 쇄선이 상기 처리 가스의 가스 공급면의 중심 영역(C)과 주변 영역(E)의 유량비(C/E)가 3/7, 실선이 상기 유량비(C/E)가 5/5, 이점 쇄선이 상기 유량비(C/E)가 7/3인 경우를 각각 도시하고 있다. 또한 상기 유량비(C/E)가 3/7의 경우는, 가스 공급면의 중심 영역에는 전 처리 가스 유량의 3/10의 유량 처리 가스를 공급하고, 주변 영역에는 전체 처리 가스 유량의 7/10의 유량 처리 가스를 공급하는 경우를 의미하고 있다.
이 결과, 처리 가스를 가스 공급면의 중심 영역에 주변 영역보다도 많이 공급한 경우는 가장 가스 유속이 크고, 주변 영역에 중심 영역보다도 많이 공급한 경우에는 가장 가스 유속이 작은 것이 인정되었다. 여기서 중심 영역에 많이 공급한 경우에는 주변 영역에 많이 공급하는 경우와 비교해서 가스 유속의 가속의 정도가 크기 때문에, 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주변을 향해서 빠르게 가스가 흘러가는 것으로 짐작된다.
한편, 주변 영역에 많이 공급하는 경우에는, 웨이퍼(W)의 중심 영역에서는 가스 유속이 작고, 주변 근방 영역에서는 가스 유속이 갑자기 커지기 때문에, 중심 영역에서는 가스가 고인 상태가 되어, 해당 중심 영역에서는 체재 시간이 긴 분자가 많은 것으로 짐작된다.
여기서 탄소수가 2 이하인 분자의 작은 CF계 가스에 대하여 생각하면, F/C의 비율이 커지기 때문에 에칭 작용이 크고, 가스의 체재 시간에 의해 에칭의 진행 정도의 면내 균일성이 좌우된다. 이 때문에 주변 영역에 많이 공급하는 경우에는, 중심 영역에서의 가스의 체재 시간이 길어져 버리기 때문에, 주변 영역보다도 에칭의 진행이 지나치게 진행해 버려, 면내 균일성이 악화해 버린다. 이것에 대하여 중심 영역에 많이 공급하는 경우에는, 가스가 웨이퍼(W)의 중심으로부터 주변을 향해서 빠르게 흘러가기 때문에, 가스의 체재 시간이 웨이퍼(W)면내에서 균일하기 쉽고, 에칭의 진행 정도의 면내 균일성이 일치하기 쉽다고 짐작된다. 또한 탄소수 가 3 이상인 분자의 큰 CF계 가스에 대해서는, F/C의 비율이 작아지기 때문에 폴리머화 작용이 크고, 가스의 체재 시간보다도 활성종의 존재 분포가 에칭 특성의 면내 균일성에 효과가 있는 것으로 생각된다.
이 때문에 도 5에 도시하는 바와 같이, CF계 가스로서 C4F8 가스를 상정하고, 기술한 플라즈마 에칭 장치에서, 가스 공급면의 중심 영역에 공급하는 처리 가스와, 주변 영역에 공급하는 처리 가스의 유량비를 바꾼 경우의 웨이퍼(W) 표면 근방의 압력 분포의 시뮬레이션을 실행했다. 도 5 중, 세로축은 압력, 가로축은 웨이퍼 중심으로부터의 거리, 2점식 점쇄선이 상기 유량비 C/E가 3/7, 실선이 상기 유량비 C/E가 5/5, 일점 쇄선이 상기 유량비 C/E가 7/3의 경우를 각각 도시하고 있다.
이 결과, 처리 가스를 상기 가스 공급면의 주변 영역에 중심 영역보다도 많이 공급한 경우는, 압력 분포가 웨이퍼(W)의 면내에서 가장 균일하게 되는 것이 인정되었다. 여기서 압력 분포가 균일해지는 것은, 처리 가스의 분자 밀도가 균일해진다는 것이고, 활성종의 존재 밀도가 웨이퍼(W)의 면내에서 균일해지는 것을 의미하고 있다. 이와 같이, 탄소수가 3 이상인 CF계 가스에 대해서는, 주변 영역에 중심 영역보다 많이 공급한 경우에는, 활성종이 웨이퍼(W)면내에서 균일하게 존재하기 쉽고, 이에 의해 에칭의 면내 균일성이 높여지는 것으로 짐작된다.
또한 이것을 뒷받침하기 위해서, CF계 가스로서 C5F8 가스, 희석 가스로서 Ar 가스와 O2 가스를 각각 이용하여, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에서, 이 하의 처리 조건으로 처리 가스의 플라즈마에 의해 베어 실리콘 상에 대하여, 처리 가스의 가스 공급면의 중심 영역으로의 유량과 주변 영역으로의 유량을 바꾸어 성막 처리를 실행하고, 이 때의 성막 속도의 면내 균일성을 측정했다.
<처리 조건>
* C5F8 가스, Ar 가스, O2 가스의 유량비;
C5F8 : Ar : O2 = 15 : 380 : 19 sccm
* 프로세스 압력 ; 1.995 Pa (15 mTorr)
* 프로세스 온도 ; 20 ℃
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 2170 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 0 W
이 결과를 도 6에 도시한다. 도 6에서는 세로축이 성막 속도, 가로축이 웨이퍼의 중심으로부터의 거리를 도시하고 있고, □이 상기 처리 가스의 상기 유량비 C/E가 7/3, ○가 상기 유량비 C/E가 5/5, ■가 상기 유량비 C/E가 3/7의 경우를 각각 도시하고 있다. 이에 의해, 상기 유량비 C/E가 3/7의 경우에는, 성막 속도가 웨이퍼(W)의 면내에서 가장 균일하게 되는 것이 인정되어, 주변 영역으로의 공급량이 중심 영역보다도 많은 경우에는 압력 분포가 균일하게 되어, 활성종의 존재 밀도가 웨이퍼(W)의 면내에서 균일하게 되는 것이 뒷받침되었다.
계속해서 이하에 각 실시예에 대하여 열거한다.
(실시예 1)
CF계 가스로서 CHF3 가스, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하여, 이하의 처리 조건으로, 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급량과 주변 영역으로의 공급량을 바꾸어, 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트막(웨이퍼(W)의 전면에 형성되어, 패턴이 형성되어 있지 않은 것)의 에칭 처리를 실행하고, 이 때의 CF 밀도, CF2 밀도의 웨이퍼(W)의 면내 균일성을, LIF(레이저 유발 형광)계측을 실행하는 것에 의해 측정했다. 여기서 처리 가스의 상기 유량비 C/E는, 0/10, 3/7, 5/5, 7/3, 10/0으로 했다. 또한 상기 유량비 C/E가 0/10이란, 처리 가스를 가스 공급면의 주변 영역에만 공급하는 경우를 의미하고 있다.
<처리 조건>
* CHF3 가스, Ar 가스, N2 가스의 유량비;
CHF3 : Ar : N2 = 40 : 1000 : 80 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 1200 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1700 W
이 결과를 도 7a에 CF 밀도의 면내 균일성, 도 7b에 CF2 밀도의 면내 균일성을 각각 도시한다. 도 7a 및 도 7b에서는 세로축이 CF 밀도(CF2 밀도), 가로축이 웨이퍼의 중심으로부터의 거리를 도시하고 있고, ▲이 상기 유량비 C/E가 0/10, ■가 상기 유량비 C/E가 3/7, ○가 상기 유량비 C/E가 5/5, □가 상기 유량비 C/E가 7/3, △가 상기 유량비 C/E가 10/0의 경우를 각각 도시하고 있다.
이 결과로부터, CF 밀도 및 CF2 밀도 모두 제 1 가스실(45) 가스 공급면의 중심 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이 주변 영역의 유량을 많게 한 경우보다도, 웨이퍼의 면내에서 균일한 것이 인정되었다. 여기서 주변 영역의 유량을 많게 한 경우에는, 웨이퍼(W)의 중심 영역에서의 CF 밀도 등이 높지만, 주변 영역에서는 낮게 되어 있어, 기술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 중심 영역에는 가스 고임(체재)이 생겨져 있다고 짐작된다. 한편 중심 영역의 유량을 많게 한 경우에는, 웨이퍼(W)의 중심 영역에서의 밀도가 낮고, 웨이퍼(W)의 면내에 걸쳐서 거의 균일했던 것으로부터, 기술한 바와 같이 가스의 유속 분포의 면내 균일성이 높고, 이에 의해 CF 밀도 등이 웨이퍼(W)의 면내에 걸쳐 균일히 일치되어지는 것으로 짐작된다.
이와 같이 탄소수가 2 이하인 제 1 가스에서는, 중심 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, CF계 가스의 활성종인 CF나 CF2의 활성종의 양이 웨이퍼(W)의 면내에서 균일하게 되고, 이에 의해 에칭의 진행이 웨이퍼(W)면내에서 일치되어진다고 짐작된다. 또한 본 발명자들은 C4F8 가스에 대해서도 CHF3 가스와 동일한 실험을 시도했지만, LIF의 계측값이 작고, 신뢰성이 작다고 판단했기 때문에, 계측 데이터는 기재하지 않는 것으로 했다.
(실시예 2)
CF계 가스로서 CHF3 가스, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하고, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 가스 공급면의 중심 영역의 유량과 주변 영역의 유량을 바꾸어, 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiOC 막)의 에칭 처리를 실행하여, 이 때의 레지스트잔막, 에칭 깊이, 상부 CD, 보잉 위치의 면내 균일성에 대하여 평가했다. 이 때, 처리 가스의 상기 가스 공급면의 중심 영역과 주변 영역의 유량비는, 상기 유량비 C/E가 1/9, 5/5, 9/1의 경우로 했다.
여기서 도 8a 중, 71은 피에칭막인 SiOC 막, 72는 SiOC 막의 표면에 형성된 레지스트막이고, 상기 레지스트잔막은 거리(A), 에칭 깊이는 거리(B), 보잉 위치는 SiOC 막에 형성된 홀(오목부)(73)의 가장 부푼 부위까지의 거리(C)를 각각 도시하고 있고, 상부 CD란 SiOC 막에 형성된 홀(오목부)(73)의 상부측 구경(D)을 말한다.
그리고 이들 면내 균일성에 대해서는, 예컨대 에칭 후의 막을 단면 SEM에 의해 촬영하여, 이 사진에 근거하여, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부에 있어서, 상기 거리(A, B, C), 구경(D)의 각 크기를 구하여, 상기 중심부와 주변부의 차가 작을수록, 면내 균일성이 좋다고 하였다. 여기서 웨이퍼(W)의 중심부란, 웨이퍼(W)의 회전 중심이며, 웨이퍼(W)의 주변부란, 웨이퍼(W)의 바깥쪽 가장자리로부터 5 mm 내측의 위치를 말한다. 이들 레지스트잔막, 에칭 깊이, 보잉 위치, 상부 CD의 정의나 데이터의 취득 방법, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 데이터의 차에 의해 면내 균일성을 평가하는 방법은 이하의 실시예에 있어서도 동일하다.
<처리 조건>
* CHF3 가스, Ar 가스, N2 가스의 유량비;
CHF3 : Ar : N2 = 40 : 1000 : 80 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 1200 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1700 W
이 결과를 도 8b에 도시한다. CHF3 가스에서는, 레지스트잔막, 에칭 깊이, 상부 CD, 보잉 위치의, 웨이퍼의 중심부와 주변부의 차(절대값)는, 모두 중심 영역의 유량을 주변 영역보다도 많게 한 경우의 쪽이 작고, 이 실시예에 의해서도, 탄소수가 2 이하인 CF계 가스에서는, 중심 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 에칭의 진행이 웨이퍼(W)면내에서 균일하게 되어, 레지스트잔막, 에칭 깊이, 상부 CD, 보잉 위치의 에칭 특성의 면내 균일성이 양호한 것이 이해되어진다.
(실시예 3)
CF계 가스로서 CHF3 가스, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스와 O2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하고, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 상기 가스 공급면으로의 중심 영역의 유량과 주변 영역으로의 유량을 바꾸어, 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiOCH 막 )의 에칭 처리를 실행하여, 이 때의 에칭에 의해 형성된 상부 CD의 면내 균일성과, 에칭 깊이의 면내 균일성에 대하여 평가했다.
<처리 조건>
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 Hz, 1500 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 2800 W
이 결과를 상기 상부 CD의 면내 균일성에 대해서는 도 9a에, 에칭 깊이의 면내 균일성에 대해서는 도 9b에 각각 도시한다. 도 9a 중 세로축은 상부 CD의 중심부와 주변부의 데이터의 차의 절대값이며, 도 9b 중 세로축은 에칭 깊이의 중심부와 주변부의 데이터의 차의 절대값이다. 또한 도 9a 및 도 9b 중, 가로축은 처리 가스의 중심 영역과 주변 영역의 유량비 C/E를 도시하고 있으며, 예컨대 이 유량비가 50%의 때는, 상기 유량비 C/E가 5/5의 경우를 의미하고, 90%의 때는, 상기 유량비 C/E가 9/1의 경우를 의미하고 있다.
이들 결과로부터, 상기 가스 공급면의 중심 영역에 많이 공급하는 경우의 쪽이, 상부 CD, 에칭 깊이가 모두, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 데이터의 차가 작고, 면내 균일성이 양호한 것이 인정되어, 이 결과로부터도 탄소수가 2 이하인 제 1 가스에서는, 상기 중심 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 에칭 진행의 정도가 웨이퍼(W)면내에서 균일하게 되는 것이 이해된다.
(실시예 4)
CF계 가스로서 CH2F2 가스, 희석 가스로서 O2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하여, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 웨이퍼(W)로의 중심 영역의 유량과 주변 영역으로의 유량을 바꾸어, 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiO 막과 SiOCH 막의 적층막)의 에칭 처리를 하여, 이 때의 레지스트잔막, 상부 CD, 바닥부 CD, Recess의 면내 균일성에 대하여 평가했다. 이 때, 처리 가스의 중심 영역과 주변 영역의 유량비는, 상기 유량비C/E가 1/9, 5/5, 9/1의 경우로 했다.
<처리 조건>
* CH2F2 가스, O2 가스의 유량비 ;
CH2F2 : O2 = 40 : 20 sccm
* 프로세스 압력 ; 7.98 Pa (60 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 700 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 300 W
여기서 상기 바닥부 CD란 도 8a 중, 피에칭막(SiOC 막)(71)에 형성된 홀(73)의 바닥부측의 구경(E), Recess란, 피에칭막의 하지막의 에칭량을 말한다. 또한 이들 면내 균일성에 대해서는, 예컨대 에칭 후의 막을 단면 SEM에 의해 촬영하고, 이 사진에 근거하여, 각각의 항목에 대하여 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 데이터를 취득하고, 양자의 차이를 구하는 것에 의해 평가하여, 이 차이가 작을수록 면내 균일성이 양호한 것으로 했다. 바닥부 CD나 Recess의 정의나 데이터의 취득 방법, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 데이터의 차에 의해 면내 균일성을 평가하는 방법은 이하의 실시예에 있어서도 동일하다.
이 결과를 도 10에 도시하지만, 상기 유량비 C/E가 9/1인 경우가, 레지스트잔막, 상부 CD, 바닥부 CD, Recess가 모두, 중심부와 주변부의 데이터의 차이(해당 차이는 절대값임)가 작고, 가장 면내 균일성이 양호한 것이 인정되어, 이 결과로부터도 탄소수가 2 이하인 제 1 가스에서는, 중심 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 에칭의 진행의 정도가 웨이퍼(W)면내에서 균일하게 되는 것이 이해된다.
(실시예 5)
CF계 가스로서 C4F8 가스, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하여, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 상기 가스 공급면으로의 중심 영역의 유량과 주변 영역으로의 유량을 바꾸어, 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiOC 막 상에 두께 50 nm의 TEOS와 두께 100 nm의 반사 방지막(BARC)을 적층한 것)의 에칭 처리를 실행하여, 이 때에 형성된 홀의 형상에 대하여 평가했다. 여기서 처리 가스의 웨이퍼(W)로의 중심 영역의 유량과 주변 영역으로의 유량은, 상기 유량비 C/E가 1/9, 5/5, 9/1의 경우로 했다.
<처리 조건>
* C4F8 가스, Ar 가스, N2 가스의 유량비 ;
C4F8 : Ar : N2 = 5 : 1000 : 150 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa ( 50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 500 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 2000 W
여기서 상기 홀 형상은, 도 11a에 도시하는, 홀(73)의 측벽 외면(74)과 홀 바닥부를 구성하는 면의 연장선(75)의 사이를 이루는 테이퍼각(θ)을, 웨이퍼(W)의 중심부에 형성된 홀과 주변부에 형성된 홀에 대하여 측정하고, 양자의 차이를 구하는 것에 의해 평가했다. 이 차이가 작을수록 홀 형상의 면내 균일성이 양호한 것을 의미한다.
이 결과를 도 11b에 도시한다. 여기서 도 11b 중, 세로축은 테이퍼각(θ), 가로축은 웨이퍼 상의 위치, ◇는 상기 유량비 C/E가 1/9, □는 상기 유량비 C/E가 5/5, △는 상기 유량비 C/E가 9/1의 경우를 각각 도시하고 있다. 이에 의해, 테이퍼각(θ)의 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 차이는, 상기 유량비 C/E가 1/9인 경우가 가장 작고, 홀 형상의 면내 균일성이 양호한 것이 인정되었다. 이 결과로부터, 탄소수가 3 이상인 제 2 가스에서는, 주변 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 홀 형상이 웨이퍼(W) 면내에서 일치되는 것이 이해된다.
(실시예 6)
CF계 가스로서 C4F8 가스와 CF4 가스의 두 종류의 가스를 이용하여, 희석 가스는 이용하지 않는 처리 가스를 미리 혼합하고 나서, 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하고, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 상기 가스 공급면으로의 중심 영역의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸어, 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiOCH 막)의 에칭 처리를 실행하여, 이 때의 상부 CD의 면내 균일성에 대하여 기술한 바와 같이 평가했다.
* C4F8 가스, CF4 가스의 유량비 ;
C4F8 : CF4 가스 = 5 : 200 sccm
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수 ; 60 MHz
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수 ; 2 MHz
이 결과를 도 12에 도시한다. 여기서 도 12 중, 세로축은 상부 CD 차의 절대값, 가로축은 처리 가스의 중심 영역과 주변 영역의 유량비 C/E를 도시하고 있다. 이에 의해, 상부 CD의 중심부와 주변부의 데이터의 차는, 상기 유량비 C/E = 7/3일 때가 가장 작고, 상기 상부 CD의 면내 균일성이 양호한 것이 인정되었다.
이 예에서는, C4F8 가스와 CF4 가스의 유량비는, C4F8 : CF4 = 5 : 200 sccm로서, C4F8 가스로부터 공급되는 불소의 수보다도 CF4 가스에 의해 공급되는 불소의 수쪽이 많고, 이 경우에는, CF4 가스에 맞춰 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 상부 CD의 면내 균일성을 확보할 수 있는 것이 이해된다.
(실시예 7)
CF계 가스로서 C4F8 가스와 CF4 가스의 두 종류의 가스, 희석 가스로서 N2 가스와 O2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서 챔버내에 도입하여, 제 1 에칭 처리를 실행한 후, 이어서 CF계 가스로서 C4F8 가스, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서 챔버내에 도입하여 제 2 에칭 처리를 실행하는 경우에 대하여, 상부 CD와 바닥부 CD의 면내 균일성에 대하여 기술한 수법으로 평가했다. 이 때 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 웨이퍼(W)로의 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸어 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiOCH 막의 위에 두께 50 nm의 TEOS와 두께 65 nm의 반사 방지막(BARC)을 적층한 것)의 에칭 처리를 실행했다. 상기 유량비 C/E는, 제 1 에칭 처리 및 제 2 에칭 처리가 모두 상기 유량비 C/E가 5 : 5의 경우와, 제 1 에칭 처리에서는, 상기 유량비 C/E는 9 : 1, 제 2 에칭 처리에서는, 상기 유량비 C/E는 1 : 9의 경우에 대하여 평가를 실행했다.
<제 1 에칭 처리의 처리 조건>
* C4F8 가스, CF4 가스, N2 가스, O2 가스의 유량비 ;
C4F8 : CF4 : N2 : O2 = 6 : 15 : 120 : 10 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 800 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1400 W
<제 2 에칭 처리의 처리 조건>
* C4F8 가스, Ar 가스, N2 가스의 유량비 ;
C4F8 : Ar : N2 = 8 : 50 : 1000 sccm
* 프로세스 압력 ; 3.325 Pa (25 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 1000 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 3000 W
이 결과를 도 13에 도시한다. 이에 의해 상부 CD, 바닥부 CD의 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 데이터의 차(절대값)가 모두, 제 1 에칭 처리에서는 중심 영역에 많이 공급하고, 제 2 에칭 처리에서는 주변 영역에 많이 공급하는 경우의 쪽이 작고, 상기 CD의 면내 균일성이 양호한 것이 인정되었다.
이와 같이, CF계 가스의 종류를 바꾸어, 제 1 에칭 처리와 제 2 에칭 처리를 잇따라 실행할 경우에 있어서도, 각각의 CF계 가스의 탄소의 수에 따라 처리 가스의 상기 중심 영역으로의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 제어하는 것에 의해, 면내 균일성이 높은 에칭 처리를 실행할 수 있는 것이 인정된다.
이 때, 제 1 에칭 처리에서는, C4F8 가스와 CF4 가스의 유량비는, C4F8 : CF4= 6 : 15 sccm로서, C4F8 가스로부터 공급되는 불소의 수보다도 CF4 가스에 의해 공급되는 불소의 수쪽이 많기 때문에, 이 경우에는, CF4 가스에 맞춰 상기 중심 영역으로의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 상부 CD나 바닥부 CD가 웨이퍼(W) 면내에서 균일하게 되는 것이 이해된다. 또한 제 2 에칭 처리에서는, C4F8 가스를 이용하고 있기 때문에, 상기 주변 영역의 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 상부 CD나 바닥부 CD가 웨이퍼(W)면내에서 일치되는 것이 이해된다.
(실시예 8)
실시예 7과 동일한 에칭 조건으로 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막의 에칭 처리를 실행하여, CD-SEM(웨이퍼(W)를 파괴하지 않고(비파괴) 상면으로부터 관찰하는 전자 현미경)에 의해 면내 CD 분포에 대하여 평가를 실행했다. 이 결과를 도 14a에 제 1 에칭 처리에서는 상기 유량비 C/E는 9 : 1, 제 2 에칭 처리에서는 상기 유량비 C/E는 1 : 9인 경우, 도 14b에 제 1 및 제 2 에칭 처리에서 모두 상기 유량비 C/E가 5 : 5의 경우에 대하여 각각 도시한다. 또한 도 14a 및 도 14b 중 세로축은, CD 시프트값이며, 가로축은 웨이퍼 상의 위치, ◇는 X축의 데이터, ○는 Y축의 데이터를 각각 도시하고 있다. 이 예의 CD 시프트값은 마스크의 홀 구경과, 에칭 후의 홀 구경의 차를 의미하고 있다.
이 결과로부터도, 상기 CD 시프트값은, X축의 데이터, Y축의 데이터에서 모 두, 제 1 에칭 처리에서는 중심 영역에 많이 공급하고, 제 2 에칭 처리에서는 주변 영역에 많이 공급하는 경우의 쪽이 작고, 상기 면내 CD 분포의 균일성이 높은 것이 인정되었다.
(실시예 9)
CF계 가스로서 C5F8 가스를 이용하여, 희석 가스로서 Ar 가스와 O2 가스를 이용한 처리 가스를 미리 혼합하고 나서 챔버내에 도입하여 에칭 처리를 실행하는 경우에 대하여, 에칭 레이트, 레지스트 선택성, 레지스트잔막, 에칭 깊이의 균일성에 대하여 평가했다. 이 때 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 웨이퍼(W)로의 상기 가스 공급면의 중심 영역의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸어 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트의 에칭 처리를 실행했다. 이 때 처리 가스의 상기 중심 영역으로의 공급 유량을 208 sccm, 주변 영역으로의 공급 유량을 208 sccm로 하는 경우와, 상기 중심 영역으로의 공급 유량을 208 sccm, 주변 영역으로의 공급 유량을 312 sccm로 하는 경우에 대하여, 상기 에칭 레이트 등을 평가했다. 여기서 에칭 선택성이란 SiO2막 에칭량/레지스트 마스크막 두께 감소량에 의해 산출되는 것으로, 에칭 레이트, 레지스트 선택성의 면내 균일성에 대해서는, 예컨대 에칭 후의 막을 단면 SEM에 의해 촬영하여, 이 사진에 근거하여, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부에 있어서, 상기 에칭 레이트, 레지스트 선택성의 각 크기를 구하여, 상기 중심부와 주변부의 차가 작을수록, 면내 균일성이 좋다고 했다.
<처리 조건>
* C5F8 가스, Ar 가스, O2 가스의 유량비 ;
C5F8 : Ar : O2 = 16 : 380 : 20 sccm
* 프로세스 압력 ; 3.325 Pa (25 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 1000 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 3000 W
이 결과를 도 15에 도시한다. 이에 의해, 상기 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급 유량보다도 주변 영역으로의 공급 유량을 많게 한 경우의 쪽이, 에칭 레이트, 레지스트 선택성, 레지스트잔막, 에칭 깊이는, 웨이퍼(W)의 중심부와 주변부의 사이에서의 차가 작고, 이들 면내 균일성이 양호한 것이 인정되었다.
또한 이 예에서는, 상기 중심 영역의 공급 유량을 바꾸지 않고 주변 영역의 공급 유량만을 바꾸었지만, 이 경우 중심 영역으로의 공급 유량이 동일하면, 주변 영역으로의 공급 유량이 변화하더라도, 웨이퍼(W) 중심의 에칭 특성은 변화하지 않는 것이 확인되었다. 이 것으로부터, 처리 가스의 토탈 유량과, 중심 영역으로의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 설정하고, 중심 영역의 유량을 변화시키지 않고서, 주변 영역의 공급 유량을 늘리는 것에 의해, 중심 영역의 에칭 특성을 유지한 채로, 주변 영역의 에칭 특성을 변화시켜, 이에 의해 에칭 특성의 면내 균일성을 향상할 수 있는 것이 이해된다.
(실시예 10)
CF계 가스로서 C4F8 가스를 이용하고, 희석 가스로서 CO 가스와 N2 가스와 O2 가스를 이용하여 에칭 처리를 실행하는 경우에 대하여, 상기 CD 시프트값의 면내 균일성에 대하여 평가했다. 이 때 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 웨이퍼(W)로의 중심 영역의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸어 웨이퍼(W) 상에 형성된 피에칭막(SiOC 막)의 에칭 처리를 실행했다. 여기서 상기 유량비(C/E)는 2/4, 2/2, 2/6의 경우에 대하여 평가를 실행했다.
<처리 조건>
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa(50mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 800 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1400 W
이 결과를 도 16에 도시한다. 이에 의해, C4F8 가스의 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 주변 영역에서는 CD 시프트값이 크게 변화하여, C4F8 가스에서는 주변 영역으로의 공급 유량을 중심 영역보다 많게 하는 것에 의해, 상기 CD 시프트의 면내 균일성이 높여지는 것이 인정되었다.
이에 의해, 중심 영역과 주변 영역에 공급하는 처리 가스의, 제 1 가스와 제 2 가스의 혼합비를 바꾸는 것에 의해, 면내 균일성이 높은 에칭 처리를 실행할 수 있는 것이 이해된다.
(실시예 11)
CF계 가스로서 CHF3 가스와 CF4 가스의 두 종류의 가스를 이용하여, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스를 이용하여 제 1 에칭 처리를 실행한 후, 이어서 CF계 가스로서 C4F8 가스를 이용하고, 희석 가스로서 Ar 가스와 N2 가스를 이용하여 제 2 에칭 처리를 실행하는 경우에 대하여, 기술한 상부 CD의 면내 균일성에 대하여 평가했다. 이 때 처리 가스를 미리 소정의 유량으로 혼합한 것을 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치에 도입하고, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 웨이퍼(W)로의 중심 영역의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸어 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트의 에칭 처리를 실행한다.
<제 1 에칭 처리의 처리 조건>
* CHF3 가스, CF4 가스, Ar 가스, N2 가스의 유량비 ;
CHF3 : CF4 : Ar : N2 = 15 : 15 : 500 : 80 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 800 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1700 W
<제 2 에칭 처리의 처리 조건>
* C4F8 가스, Ar 가스, N2 가스의 유량비 ;
C4F8 : Ar : N2 = 7 : 950 : 120 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 1200 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1700 W
또한 중심 영역과 주변 영역의 공급 유량에 대해서는, 제 1 에칭 처리, 제 2 에칭 처리가 모두 상기 유량비 C/E = 50/50의 경우와, 제 1 에칭 처리에서는 상기 유량비 C/E는 95 : 5, 제 2 에칭 처리에서는 상기 유량비 C/E는 5 : 95의 경우에 대하여 평가를 실행했다.
이 결과를 도 17에 도시한다. 이에 의해 상부 CD에 대해서는, 제 1 에칭 처리에서는 중심 영역에 많이 공급하고, 제 2 에칭 처리에서는 주변 영역에 많이 공급하는 경우의 쪽이 중심부와 주변부와의 차가 작고, 상기 CD의 면내 균일성이 양호한 것이 인정되었다.
이와 같이, 제 1 에칭 처리에서는, CHF3 가스와 CF4 가스와 Ar 가스와 N2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하고 있기 때문에, 탄소수가 2 이하인 제 1 가스를 공급하는 경우에 따라서, 상기 중심 영역으로의 처리 가스의 공급량을 많게 하고, 제 2 에칭 처리에서는, C4F8 가스와 Ar 가스와 N2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하고 있기 때문에, 탄소수가 3 이상인 제 2 가스를 공급하는 경우에 따라서, 상기 주변 영역으로의 처리 가스의 공급량을 많게 하는 것에 의해, 양호한 에칭 특성을 확보할 수 있는 것이 인정되었다.
(실시예 12)
CF계 가스로서 C4F8 가스와 CF4 가스를 이용하고, 희석 가스로서 N2 가스와 O2 가스를 이용하여, 이들 가스를 미리 혼합해 두어, 이 혼합한 처리 가스를 이용하여 에칭 처리를 실행하는 경우에 대하여, 에칭 레이트의 면내 균일성에 대하여 평가했다. 이 때 도 1에 도시하는 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, 이하의 처리 조건으로, 처리 가스의 상기 가스 공급면으로의 중심 영역의 공급 유량과 주변 영역으로의 공급 유량을 바꾸어 웨이퍼(W) 상에 형성된 레지스트의 에칭 처리를 실행했다.
<처리 조건>
* C4F8 가스, CF4 가스, N2 가스, O2 가스의 유량비 ;
C4F8 : CF4 : N2 : O2 = 6 : 15 : 120 : 10 sccm
* 프로세스 압력 ; 6.65 Pa (50 mTorr)
* 제 1 고주파 전원(61)의 주파수와 전력 ; 60 MHz, 800 W
* 제 2 고주파 전원(65)의 주파수와 전력 ; 2 MHz, 1400 W
또한 중심 영역과 주변 영역의 공급 유량에 대해서는, 상기 유량비 C/E = 50/50의 경우와, 상기 유량비(C/E)는 90 : 10의 경우에 대하여 평가를 실행했다.
이 결과를 도 18에 도시한다. 이에 의해 에칭 레이트에 대해서는, 중심 영역에 많이 공급하는 경우의 쪽이 중심과 주변과의 차가 작고, 상기 에칭 레이트의 면내 균일성이 양호한 것이 인정되었다.
이 경우, 제 1 가스와 제 2 가스의 혼합 가스를 공급하는 경우에 있어서, C4F8 가스에 의해 공급되는 불소의 수보다도, CF4 가스에 의해 공급되는 불소의 수쪽이 많은 경우에는, CF4 가스를 공급하는 경우에 따라서, 처리 가스의 중심 영역과 주연 영역으로의 공급 유량을 제어하면 양호한 에칭 특성을 확보할 수 있는 것이 인정되었다.
이상으로 본 발명에서는, 기판으로서는 반도체 웨이퍼(W) 외, LCD 글라스 기판이나 PDP 기판과 같은 플랫 디스플레이 패널에 이용하는 글라스 기판 등이여도 좋다. 또한 본 발명에서 이용되는 플라즈마 에칭 장치로서는, 평행 평판형 플라즈마 에칭 장치 외, 자기장이 있는 RIE방식, ICP방식, ECR방식, 헬리콘파 플라즈마 방식 등을 이용할 수 있다.
이상으로 본 발명에서는, 탄소와 할로겐을 포함하는 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막의 에칭을 실행하는데 있어서, 상기 탄소와 할로겐을 포함하는 가스의 탄소수에 따라서, 이 탄소와 할로겐을 포함하는 가스의 가스 공급부의 가스 공급면의 중심 영역으로의 공급량을 주변 영역보다 많게 하거나, 주변 영역으로의 공급량을 중심 영역보다 많게 하거나 하는 제어를 실행하고 있기 때문에, 에칭 레이트나, 에칭 후의 가공 정밀도 등의 에칭 특성이 양호한 면내 균일성을 확보할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 방법.
  2. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 방법.
  3. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    가스 공급부의 중심 영역과 주변 영역에서 제 1 가스에 대한 제 2 가스의 혼합비가 동일하고,
    상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
    상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 가스 및 제 2 가스의 혼합 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록, 혹은 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하는 공정은, 처리 가스의 유량 및 희석 가스에 의한 처리 가스의 희석율의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해 실행되는 에칭 방법.
  5. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    가스 공급부의 중심 영역에는 제 1 가스와 제 2 가스를 제 1 혼합비로 혼합한 제 1 처리 가스를 공급하고,
    가스 공급부의 주변 영역에는 제 1 가스와 제 2 가스를 제 2 혼합비로 혼합한 제 2 처리 가스를 공급하고,
    상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면 의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 상기 제 1 처리 가스의 공급량이 상기 제 2 처리 가스의 공급량보다도 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
    상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 혼합 가스의 공급량에 대하여, 상기 제 1 처리 가스의 공급량이 상기 제 2 처리 가스의 공급량보다도 적어지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 방법.
  6. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스의 공급량에 대해서는, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
    상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스의 공급량에 대해서는, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 방법.
  7. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    가스 공급부의 중심 영역과 주변 영역에서 제 1 가스의 공급량이 동일한 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 2 가스의 공급량에 대해서는, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하고,
    가스 공급부의 중심 영역과 주변 영역에서 제 2 가스의 공급량이 동일한 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 제 1 가스의 공급량에 대해서는, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 해당 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하면서, 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 방법.
  8. 제 1 항, 제 6 항, 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 가스의 공급량에 대하여, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하는 공정은, 제 1 가스의 유량 및 희석 가스에 의한 제 1 가스 희석율의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해 실행되는 에칭 방법.
  9. 제 2 항, 제 6 항, 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 가스의 공급량에 대하여, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록 가스 공급부로부터 처리 가스를 공급하는 공정은, 제 2 가스의 유량 및 희석 가스에 의한 제 2 가스 희석율의 적어도 한쪽을 조정하는 것에 의해 실행되는 에칭 방법.
  10. 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여 처리 가스를 기판에 공급할 수 있는 가스 공급부와, 1 분자중의 탄소의 수가 2 이하인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 1 가스 및 1 분자중의 탄소의 수가 3 이상인 탄소와 할로겐을 포함하는 제 2 가스를 혼합한 처리 가스를 이용하여 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 많은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 할로겐 원자의 총수가, 주변 영역보다도 중심 영역 쪽이 많아지도록, 해당 가스 공급부로부터 공급되는 처리 가스의 조성 및 양을 설정하고,
    상기 제 1 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수가, 제 2 가스에 의해 공급되는 할로겐 원자의 총수보다 적은 경우에는, 상기 가스 공급부의 가스 공급면의 단위 면적당에 있어서의 단위 시간당 할로겐 원자의 총수가, 중심 영역보다도 주변 영역 쪽이 많아지도록, 해당 가스 공급부로부터 공급되는 처리 가스의 조성 및 양을 설정하는 에칭 방법.
  11. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항, 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 가스는 적어도 CH2F2 가스, CHF3 가스, CF4 가스, C2F6 가스 중 어느 하나인 에칭 방법.
  12. 제 2 항 내지 제 7 항, 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 가스는 적어도 C3F8 가스, C4F8 가스, C4F6 가스, C5F8 가스 중 어느 하나인 에칭 방법.
  13. 기판이 탑재되는 탑재대가 내부에 마련된 처리 용기와,
    상기 처리 용기의 내부에 상기 탑재대와 대향하도록 마련되고, 상기 탑재대와 대향하는 면에 가스 공급면을 구비하고, 이 탑재대 상에 탑재된 기판에 대하여 기판의 중심 영역에 대향하는 중심 영역과 기판의 주변 영역에 대향하는 주변 영역으로부터 독립하여, 탄소와 할로겐을 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 가스 공급부와,
    상기 처리 용기 내부의 압력을 조정하기 위한 수단과,
    상기 처리 용기 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 수단과,
    상기 가스 공급부에 공급되는 처리 가스의 유량을 조정하기 위한 수단과,
    상기 각 수단을, 제 1 항 내지 제 7 항, 제 10 항 중 어느 한 항의 공정을 실시하도록 제어하는 제어부를 구비하여, 상기 처리 가스를 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 의해 기판의 피에칭막에 대하여 에칭을 실행하는 에칭 장치.
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