KR101248625B1 - 실리콘 함유막의 에칭 방법 및 장치 - Google Patents

실리콘 함유막의 에칭 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

<과제>
본 발명은 바탕막의 에칭을 억제하면서, 실리콘 또는 산화규소의 실리콘 함유막을 잔사 없이, 또한 고속으로 에칭한다.
<해결 수단>
본 발명은 불소계 반응 성분과 산화성 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 피처리물 (90)에 접촉시켜, 바탕막 (92) 상의 실리콘 함유막 (93)을 에칭한다. 유속 조절 수단 (60)에 의해서, 처리 가스의 피처리물 (90) 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시킨다. 바람직하게는, 처리 가스의 유량을 조절하여, 가스 유속을 변화시킨다. 보다 바람직하게는, 유속 조절용 가스를 처리 가스 공급계 (10)에 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 처리 가스의 유량을 조절한다.

Description

실리콘 함유막의 에칭 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ETCHING SILICON-CONTAINING FILM}
본 발명은 비정질 실리콘이나 산화규소 등의 실리콘 원자를 함유하는 실리콘 함유막을 에칭하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
산화규소막은 불화수소 등의 불소계 반응 가스를 포함하는 처리 가스에 의해서 에칭할 수 있다. 비정질 실리콘 등 대부분 실리콘 원자로 이루어지는 실리콘막은 불화수소 등의 불소계 반응 가스와 오존 등의 산화성 반응 가스를 혼합한 처리 가스에 의해서 에칭할 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1, 2에는 웨이퍼 표면의 실리콘을 오존에 의해서 산화시켜 산화규소로 한 뒤에(반응식 1), 불산을 이용하여 에칭하는 것이 기재되어 있다. 불산은 불산 증기 발생기로 증발시키고, 이것을 웨이퍼 표면에 유도하고 있다.
특허문헌 3에는 CF4 등의 불소계 가스 중에 대기압 근방 방전을 일으키는 것에 의해 HF, COF2 등을 생성하고, 또한 COF2에 대해서는 CF4 등에 혼합시켜 놓은 물과 반응시켜 HF로 하고(반응식 2), 이와 같이 하여 얻은 HF에 의해서 산화규소를 에칭(반응식 3)하는 것이 기재되어 있다.
<반응식 1>
Figure 112011021822203-pct00001
<반응식 2>
Figure 112011021822203-pct00002
<반응식 3>
Figure 112011021822203-pct00003
특허문헌 4에는 가습한 CF4로부터 대기압 플라즈마 방전에 의해서 HF를 얻고(반응식 4), 이것에 O3을 첨가하여, 산화규소를 에칭하는 것이 기재되어 있다.
<반응식 4>
Figure 112011021822203-pct00004
특허문헌 5에는 CF4와 O2를 대기압 방전시켜 라디칼을 얻고, 이것을 플라즈마 공간에서 온도 20℃ 또는 100℃의 기판에 유도하여 단결정 실리콘을 에칭하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 6에는 가습 CF4 또는 건조 CF4를 대기압 방전시키고, 기판 온도 90℃에서 결정 실리콘을 에칭하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 7에는 저압 챔버 내에서의 실리콘의 에칭에 있어서, 바탕막이 노출됨과 동시 또는 직전에 에칭 가스의 성분을 바탕에 대한 선택비가 높은 가스종으로 치환한 후에 오버 에칭을 하는 방법이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2003-264160호 공보 일본 특허 공개 제2004-55753호 공보 일본 특허 공개 제2000-58508호 공보 일본 특허 공개 제2002-270575호 공보 일본 특허 공개 (평)04-358076호 공보 일본 특허 공개 제2000-164559호 공보 일본 특허 공개 제2002-343798호 공보
비정질 실리콘이나 산화규소 등의 실리콘 함유막의 에칭에서는 불소계 반응 성분을 생성하기 위한 불소계 원료에 첨가하는 물(반응식 4 참조)이나 에칭 반응에 의해서 생성되는 물(반응식 3 참조)이 실리콘 함유막의 표면에 부착되어 응축한다. 응축한 물의 층이 있는 개소에서는 에칭 반응이 저해된다. 따라서, 실리콘 함유막의 전체를 균일하게 에칭할 수 없어, 실리콘 함유막의 일부가 반점상으로 남기 쉽다.
실리콘 함유막의 표면에 수분이 부착할 때마다 건조 공정을 행하여 수분을 제거하는 것도 생각되지만, 처리 시간이 길어져서 실용적이지 않다.
오버 에칭을 충분히 행하면 반점상으로 남은 실리콘 함유막을 에칭하여 제거할 수 있지만, 바탕막이 필요 이상으로 에칭되어 버린다.
바탕막의 성분 등에 따라서는 수분이 많은 쪽이 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비가 커지는 것도 생각된다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 방법에 있어서,
불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 접촉시키고,
상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 것을 특징으로 한다.
에칭에 의해 물이 생성된다(반응식 3 참조). 또한, 처리 가스에 수분이 포함되어 있는 경우도 있다(반응식 4 참조). 여기서, 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 크게 하면, 상기한 수분이 처리 가스의 기세에 의해서 피처리물의 표면으로부터 비산하여 가기 쉽다. 따라서, 처리 가스의 유속을 조절함으로써 피처리물의 표면에 부착되는 수분의 양을 조절할 수 있다. 바탕막에 영향을 주지 않는 단계에서는 실리콘 함유막의 에칭 속도가 양호한 수분량이 되도록 처리 가스의 유속을 설정하면 좋다. 이에 따라, 처리 시간을 단축할 수 있다. 바탕막에 영향을 주는 단계에서는, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 에칭의 선택비가 큰 수분량이 되도록 처리 가스의 유속을 설정하면 좋다. 이에 따라, 바탕막의 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막이 반점상으로 남는 것을 방지할 수 있다.
상기 실리콘 함유막을 구성하는 실리콘 함유물로서, 실리콘(Si), 산화규소(SiO2), 탄화규소(SiC), 산화탄화규소(SiOC), 탄화질화규소(SiCN) 등을 들 수 있다. 실리콘(Si)은 비정질 실리콘일 수도 있고, 다결정 실리콘일 수도 있고, 단결정 실리콘일 수도 있다. 상기 실리콘 함유막이 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 탄화산화규소(SiOC), 탄화질화규소(SiCN) 등인 경우, 상기 처리 가스가 산화성 반응 성분을 더 포함하는 것이 바람직하다. 산화성 반응 성분은 실리콘 등의 물질에 대하여 산화 작용을 갖는 가스 성분이다. 이에 따라, 실리콘 함유막을 산화할 수 있고(반응식 1 참조), 그 후 산화규소와 동일하게 하여 에칭할 수 있다(반응식 3 참조). 탄화규소(SiC)나 산화탄화규소(SiOC)는 가열에 의해 실리콘(Si)으로 변환할 수 있고, 그 후 실리콘과 동일하게 하여 에칭할 수 있다(반응식 1, 반응식 3 참조). 산화성 반응 성분으로서는, O3, O 라디칼, H2O2, O2, NO2, N2O 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 O3을 들 수 있다.
바탕막은 에칭 대상인 실리콘 함유막과는 다른 성분으로 구성되어 있으면 되고, 실리콘 함유물일 수도 있다. 에칭 대상인 실리콘 함유막이 실리콘(Si)인 경우, 바탕막은 예를 들면 산화규소(SiO2), 질화규소(SiN) 등이다. 에칭 대상인 실리콘 함유막이 산화규소(SiO2)인 경우, 바탕막은 예를 들면 질화규소(SiN) 등이다. 에칭 대상인 실리콘 함유막이 탄화규소(SiC) 또는 산화탄화규소(SiOC)인 경우, 바탕막은 예를 들면 질화규소(SiN), 산화규소(SiO2) 등이다.
상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 단계적으로 변화시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유속의 제어를 용이화할 수 있다. 「단계적」이란 상기 유속의 변화가 불연속적 내지는 스텝상인 것을 말한다.
상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 연속적으로 변화시킬 수도 있다.
유속의 변화는 적어도 1회 있으면 된다. 변화시키는 타이밍은 미리 실험으로 결정하여 두는 것이 바람직하다.
상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 크게 하는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 바탕막에 영향을 주지 않는 단계에서는, 처리 가스의 유속을 상대적으로 작게 하여, 피처리물의 표면에 부착되는 수분량을 충분히 많게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막의 에칭 속도를 높게 할 수 있다. 에칭이 진행하여 바탕막에 영향을 주는 단계가 되면, 처리 가스의 유속을 상대적으로 크게 함으로써, 피처리물의 표면으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 감소시킬 수 있다. 바탕막이 질화규소 등으로 구성되어 있는 경우, 피처리물의 표면의 수분 부착량의 감소에 수반하는 바탕막의 에칭 속도의 저하의 정도는 실리콘 등으로 구성되는 실리콘 함유막보다 크다. 따라서, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 에칭의 선택비를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 바탕막의 오버 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 단계적으로 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유속의 제어를 용이화할 수 있다.
상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 연속적으로 점증시킬 수도 있다.
바탕막의 성분 등에 따라서는, 에칭이 진행함에 따라서 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 하기 위해서, 상기 유속을 단계적 또는 연속적으로 낮게 할 수도 있다.
상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분(또는 거의 전체)를 에칭하는 기간(이하 「제1 에칭 공정」이라고 칭함)의 상기 유속을 상대적으로 작게 하고, 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분 중 상기 제1 에칭 공정 후에 남은 부분을 에칭하는 기간(이하 「제2 에칭 공정」이라고 칭함)의 상기 유속을 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분을 에칭할 때는, 피처리물의 표면에 수분이 부착되기 쉬운 상태로 할 수 있어, 에칭 속도를 확실하게 높게 할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 확실하게 단축할 수 있다. 그 후, 남은 실리콘 함유막을 에칭할 때는, 피처리물의 표면으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바탕막이 질화규소 등으로 구성되어 있는 경우, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 바탕막의 오버 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
여기서, 「대부분」이란 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분 중 예를 들면 50 내지 99.9％를 말하고, 바람직하게는 70 내지 99.9％를 말하고, 보다 바람직하게는 80 내지 99.9％를 말하고, 한층 바람직하게는 90 내지 99.9％를 말한다. 「거의 전체」란 상기 「대부분」의 상한 부분이고, 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분 중 예를 들면 90 내지 99.9％를 말한다.
상기 제1 에칭 공정에서 상기 유속을 단계적으로 크게 하고, 상기 제2 에칭 공정에서의 상기 유속을 상기 제1 에칭 공정의 최종 단계보다 크게 할 수도 있다.
이것에 의해서, 바탕막의 오버 에칭을 한층 확실하게 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 처리 가스의 유량을 변화시킴으로써 상기 유속을 변화시키는 것이 바람직하다.
이에 따라, 간이하고 또한 확실하게 유속을 변화시킬 수 있다.
상기 처리 가스의 유량을 에칭이 진행함에 따라서 크게 하는 것이 바람직하다. 제1 에칭 공정에서는 처리 가스의 유량을 상대적으로 작게 하고, 제2 에칭 공정에서는 처리 가스의 유량을 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다.
상기 처리 가스에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지함으로써, 처리 가스의 유량을 변화시키는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 처리 가스의 유량 변화에 상관없이, 처리 가스 중의 반응 성분의 유량에 대해서는 그다지 변동하지 않도록 할 수 있고, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 억제할 수 있다.
상기 유속 조절용 가스의 유량을 에칭이 진행함에 따라서 크게 하는 것이 바람직하다. 제1 에칭 공정에서는 유속 조절용 가스의 유량을 상대적으로 작게 하고, 제2 에칭 공정에서는 유속 조절용 가스의 유량을 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다.
상기 혼합에 의해서, 상기 유속 조절용 가스가 상기 처리 가스의 일 성분이 된다.
상기 불소계 반응 성분이 불소계 원료를 포함하며 H2O가 첨가된 불소계 원료 가스를 대기압 근방의 플라즈마 공간에 통과시켜서 생성되도록 할 수도 있다.
상기 플라즈마 공간보다 상류측에서 상기 불소계 원료 가스에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것으로 할 수도 있다.
불소계 원료의 유량에 대해서는 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 불소계 반응 성분의 생성량의 변동을 억제할 수 있고, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 억제할 수 있다. 이 경우, 유속 조절용 가스는 불소계 원료를 위한 희석 가스일 수도 있고, 희석 가스와는 별도의 가스일 수도 있다.
상기 플라즈마 공간보다 하류측에서 상기 처리 가스에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 유속의 변화에 불구하고, 플라즈마 공간에 도입되는 가스의 각 성분의 유량비 및 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 이것에 의해서, 플라즈마 공간에서의 방전을 안정시킬 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 한층 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 제1 에칭 공정에서의 유속 조절용 가스의 유량은 0일 수도 있다.
본 발명은 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 공급하는 처리 가스 공급계와,
상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 유속 조절 수단
을 구비한 것을 다른 특징으로 한다.
이 특징에 따르면, 상기 유속의 조절에 의해서, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 조절할 수 있다. 이것에 의해서, 바탕막에 영향을 주지 않는 단계에서는 실리콘 함유막의 에칭 속도가 양호하게 되도록 조절할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 단축할 수 있다. 바탕막에 영향을 주는 단계에서는 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비가 양호하게 되도록 조절할 수 있다. 따라서, 바탕막의 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 단계적으로 변화시키는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 유속 조절 수단의 제어를 용이화할 수 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 연속적으로 변화시킬 수도 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 크게 하는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 바탕막에 영향을 주지 않는 단계에서는, 처리 가스의 유속을 상대적으로 작게 하고, 피처리물의 표면에 부착되는 수분량을 많게 하여, 실리콘 함유막의 에칭 속도를 높게 할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 확실하게 단축할 수 있다. 에칭이 진행하여 바탕막에 영향을 주는 단계가 되면, 처리 가스의 유속을 상대적으로 크게 함으로써, 피처리물의 표면으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바탕막이 질화규소 등으로 구성되어 있는 경우, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 바탕막의 오버 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 단계적으로 크게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 유속 조절 수단의 제어를 용이화할 수 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 연속적으로 점증시킬 수도 있다.
바탕막의 성분 등에 따라서는, 에칭이 진행함에 따라서 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 하기 위해서, 상기 유속 조절 수단이 상기 유속을 단계적 또는 연속적으로 작게 할 수도 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분이 에칭되기까지 상기 유속을 상대적으로 작게 하고, 나머지 실리콘 함유막을 에칭할 때 상기 유속을 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분을 에칭할 때는, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 크게 하여 에칭 속도를 확실하게 높게 할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 확실하게 단축할 수 있다. 그 후, 남은 실리콘 함유막을 에칭할 때는, 피처리물의 표면으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바탕막이 질화규소 등으로 구성되어 있는 경우, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 바탕막의 오버 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 처리 가스의 유량을 조절하는 유량 조절 수단인 것이 바람직하다.
이에 따라, 유속 조절 수단을 간이한 구조로 할 수 있고, 또한 유속을 확실하게 변화시킬 수 있다.
상기 유속 조절 수단(유량 조절 수단)이, 상기 처리 가스의 유량을 에칭이 진행함에 따라서 크게 하는 것이 바람직하다.
상기 유속 조절 수단(유량 조절 수단)이, 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분이 에칭되기까지 상기 처리 가스의 유량을 상대적으로 작게 하고, 나머지 실리콘 함유막을 에칭할 때 상기 처리 가스의 유량을 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다. 상기 유속 조절 수단이, 상기 처리 가스의 유량을 에칭이 진행함에 따라서 작게 할 수도 있다.
상기 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O가 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유속 조절 수단이, 상기 원료 공급 라인에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절할 수도 있다.
이에 따라, 불소계 원료의 유량에 대해서는 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 불소계 반응 성분의 생성량의 변동을 억제할 수 있고, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 억제할 수 있다.
상기 유속 조절용 가스는 상기 처리 가스의 일 성분을 구성한다.
상기 유속 조절부가, 상기 플라즈마 공간보다 하류측의 처리 가스 공급계에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 상기 유속의 변화에 불구하고, 플라즈마 공간에 도입되는 가스의 각 성분의 유량비 및 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 플라즈마 공간에서의 방전을 안정시킬 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 한층 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명은 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 분출하는 복수의 처리 가스 공급계와,
처리 가스가 상기 피처리물에 분무되는 처리 가스 공급계를 에칭의 진행에 따라서 선택적으로 전환하는 전환 수단
을 구비하며, 상기 복수의 처리 가스 공급계 중 적어도 2개의 처리 가스 공급계로부터의 처리 가스가 피처리물에 분무되었을 때의 피처리물 상에서의 유속이 서로 다른 것을 다른 특징으로 한다.
이 특징에 따르면, 상기 처리 가스 공급계의 선택에 의해서, 피처리물에 분무된 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 조절할 수 있다. 이 유속의 차이에 의해서 피처리물의 표면의 수분 부착량을 조절할 수 있다. 이것에 의해서, 바탕막에 영향을 주지 않는 단계에서는 실리콘 함유막의 에칭 속도가 양호하게 되도록 조절할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 단축할 수 있다. 바탕막에 영향을 주는 단계에서는 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비가 양호하게 되도록 조절할 수 있다. 따라서, 바탕막의 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 전환 수단이, 에칭이 진행함에 따라서 상기 유속이 상대적으로 큰 처리 가스 공급계를 선택하는 것이 바람직하다.
이것에 의해서, 바탕막에 영향을 주지 않는 단계에서는, 유속이 작은 공급처리 가스를 분출하는 복수의 처리 가스 공급 처리 가스를 피처리물에 분무함으로써, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 크게 할 수 있어, 실리콘 함유막의 에칭 속도를 확실하게 높게 할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 확실하게 단축할 수 있다. 에칭이 진행하여 바탕막에 영향을 주는 단계가 되면, 유속이 큰 공급계로부터의 처리 가스를 피처리물에 분무함으로써, 피처리물의 표면으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바탕막이 질화규소 등으로 구성되어 있는 경우, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 바탕막의 오버 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 전환 수단이, 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분이 에칭되기까지 상기 유속이 상대적으로 작은 처리 가스 공급계를 선택하고, 나머지 실리콘 함유막을 에칭할 때 상기 유속이 상대적으로 큰 처리 가스 공급계를 선택하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 대부분을 에칭할 때는, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 크게 하여 에칭 속도를 확실하게 높게 할 수 있다. 따라서, 처리 시간을 확실하게 단축할 수 있다. 그 후, 남은 실리콘 함유막을 에칭할 때는, 피처리물의 표면으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물의 표면의 수분 부착량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바탕막이 질화규소 등으로 구성되어 있는 경우, 실리콘 함유막의 바탕막에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 바탕막의 오버 에칭을 억제할 수 있고, 또한 실리콘 함유막의 반점상의 잔사가 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 복수의 처리 가스 공급계 중 적어도 2개의 처리 가스 공급계의 처리 가스의 유량이 서로 다른 것이 바람직하다.
이에 따라, 처리 가스 공급계를 전환하여, 피처리물에 분무하는 처리 가스의 유량을 바꿈으로써 피처리물 상에서의 처리 가스의 유속을 변화시킬 수 있다. 상기 전환 수단이, 에칭이 진행함에 따라서 처리 가스의 유량이 상대적으로 큰 처리 가스 공급계를 선택하는 것이 바람직하다. 상기 전환 수단이, 에칭이 진행함에 따라서 처리 가스의 유량이 상대적으로 작은 처리 가스 공급계를 선택하는 것으로 할 수도 있다.
각 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O가 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하며, 적어도 1개의 처리 가스 공급계의 원료 공급 라인에 유속 조절용 가스를 합류시키는 유속 조절용 가스 공급부가 접속되어 있을 수도 있다.
상기 유속 조절용 가스 공급부가 접속된 처리 가스 공급계에 대해서는, 유속 조절용 가스 공급부가 접속되어 있지 않은 처리 가스 공급계보다 처리 가스의 분출 유량을 용이하게 크게 할 수 있고, 나아가서는 피처리물 상에서의 가스 유속을 용이하게 크게 할 수 있다.
각 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O가 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하며, 적어도 1개의 처리 가스 공급계의 상기 플라즈마 공간보다 하류측의 처리 가스 공급계에 유속 조절용 가스를 합류시키는 유속 조절용 가스 공급부가 접속되어 있는 것이 바람직하다.
상기 유속 조절용 가스 공급부가 접속된 처리 가스 공급계에 대해서는, 유속 조절용 가스 공급부가 접속되어 있지 않은 처리 가스 공급계보다 처리 가스의 분출 유량을 용이하게 크게 할 수 있고, 나아가서는 피처리물 상에서의 가스 유속을 용이하게 크게 할 수 있다. 더구나, 상기 유속 조절용 가스 공급부가 접속된 처리 가스 공급계에서도 플라즈마 공간에는 유속 조절용 가스가 도입되는 경우가 없어, 방전을 안정시킬 수 있고, 반응 성분을 안정적으로 생성할 수 있다.
상기 유속 조절용 가스 공급부가 접속된 처리 가스 공급계가 2개 이상 있을 수도 있다. 그 경우, 이들 2개 이상의 처리 가스 공급계 중 적어도 2개의 처리 가스 공급계에 대해서 상기 유속 조절용 가스 공급부로부터의 유속 조절용 가스의 합류량을 서로 다르게 할 수도 있다.
상기 불소계 원료로서는, 퍼플루오로카본(PFC), 히드로플루오로카본(HFC), SF6, NF3, XeF2 등을 들 수 있다. PFC로서는, CF4, C2F6, C3F6, C3F8 등을 들 수 있다. HFC로서는, CHF3, C2H2F2, CH3F 등을 들 수 있다.
H2O 대신에 OH기 함유 화합물을 이용할 수도 있다. OH기 함유 화합물로서는, 과산화수소수, 알코올 등을 들 수 있다.
상기 불소계 원료의 희석 가스로서는, Ar, He 등의 희가스 외에, N2 등을 들 수 있다.
불소계 반응 성분으로서는, HF, COF2 등을 들 수 있다. 희석 가스를 상기 유속 조절용 가스로서 이용하여, 희석 가스의 유량을 변화시킬 수도 있다.
상기 실리콘 함유물이 실리콘, 탄화규소, 산화탄화규소, 탄화질화규소 등인 경우, 상기 처리 가스 공급계가 불소계 반응 성분과 산화성 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 공급하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 실리콘 함유물을 산화성 반응 성분으로 산화할 수 있고(반응식 1), 그 후 불소계 반응 성분으로써 에칭할 수 있다(반응식 3).
상기 실리콘 함유물이 탄화규소, 산화탄화규소 등인 경우, 가열 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 가열 수단으로 피처리물을 가열함으로써, 탄화규소, 산화탄화규소 등을 실리콘화할 수 있어, 그 후 실리콘 함유물이 실리콘인 경우와 동일하게 하여 에칭할 수 있다.
상기 실리콘 함유물이 실리콘, 탄화규소, 산화탄화규소 등인 경우, 상기 원료 공급 라인이, 상기 불소계 원료 가스와, 산화성 반응 성분(O3, O 라디칼 등)이 되는 산소계 원료 가스 중 적어도 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 것이 바람직하다.
상기 유속 조절용 가스는 불활성 가스 또는 산화성 반응 가스인 것이 바람직하다.
불활성 가스로서, Ar, He 등의 희가스 외에, 질소(N2)를 들 수 있다. 운전비용을 낮추는 관점에서는, 상기 유속 조절용 가스가 되는 불활성 가스로서, 질소를 이용하는 것이 바람직하다.
산화성 반응 가스는 상기 산화성 반응 성분(오존(O3), 과산화수소(H2O2), 산소(O2) 등)을 포함하며, 바람직하게는 오존(O3)을 포함한다. 산화성 반응 가스는 복수종의 산화성 반응 성분을 포함하고 있을 수도 있고, 산화성 반응 성분의 원료 성분을 포함하고 있을 수도 있다. 예를 들면, 산화성 반응 가스가 오존(O3)과 산소(O2)의 혼합 가스일 수도 있다. 또한, 산화성 반응 가스가 질소, Ar 등의 불활성 가스를 포함하고 있을 수도 있다.
상술한 바와 같이, 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 탄화산화규소(SiOC), 탄화질화규소(SiCN) 등의, 산화 반응을 거쳐서 에칭되는 실리콘 함유막에 있어서는, 처리 가스가 상기 산화 반응을 일으키기 위한 산화성 반응 가스를 포함한다. 이 경우, 산화성 반응 가스의 유량을 변화시킴으로써 상기 처리 가스의 유량을 변화시키고, 나아가서는 상기 유속을 변화시키는 것으로 할 수도 있다. 이것에 의해서, 산화성 반응 가스를 유속 조절용 가스로서도 대용할 수 있다. 따라서, 유속 조절 전용의 가스를 별도로 준비할 필요가 없고, 사용하는 가스종을 감소시킬 수 있다. 또한, 처리 가스 전체의 유량 변화에 상관없이, 불소계 원료 가스 또는 불소계 반응 가스에 대해서는 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 억제할 수 있다.
실리콘 함유막을 에칭하는 데 산화성 반응 성분을 필요로 하지 않는 경우에도, 유속 조절용 가스로서 산화성 반응 가스를 이용할 수도 있다.
상기 처리 가스 공급계가, 상기 불소계 반응 성분을 함유하는 불소계 반응 가스를 상기 피처리물에 공급하는 불소계 반응 가스 공급계와, 산화성 반응 성분을 함유하는 산화성 반응 가스를 상기 피처리물에 공급하는 산화성 반응 가스 공급계를 포함하며, 상기 유속 조절 수단이 상기 산화성 반응 가스 공급계의 공급 가스 유량을 조절하는 것으로 할 수도 있다.
이것에 의해서, 에칭의 진행에 따라서, 산화성 반응 가스의 공급 유량을 바꾸고, 나아가서는 처리 가스 전체의 공급 유량을 바꿀 수 있다. 이 결과, 처리 가스의 유속을 조절할 수 있다. 산화성 반응 가스를 실리콘 함유막의 에칭(산화 반응)에 이용함과 동시에 유속 조절용 가스로서도 사용할 수 있다. 따라서, 유속 조절 전용의 가스가 불필요하여, 소요의 가스종을 감소시킬 수 있다.
불소계 반응 가스 공급계와 산화성 반응 가스 공급계를 별개로 설치함으로써 산화성 반응 가스의 유량 조절에 상관없이, 불소계 반응 가스 공급계에 의한 불소계 반응 가스의 공급 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 이것에 의해서, 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 억제할 수 있다.
산화성 반응 가스는 산소계 원료 가스를 원료로 하고, 플라즈마 생성부나 오존 발생기 등의 가스 여기 장치에 의해서 생성할 수 있다. 플라즈마 생성부에 산소계 원료 가스로서 예를 들면 산소 가스(O2)를 도입하여 플라즈마화함으로써 산소라디칼 등의 산화성 반응 성분을 포함하는 산화성 반응 가스를 생성할 수 있다. 오존 발생기에 산소계 원료 가스로서 산소 가스(O2)를 도입함으로써 오존 함유 가스로 이루어지는 산화성 반응 가스를 생성할 수 있다.
산화성 반응 가스를 유속 조절용 가스로서 대용하는 경우, 플라즈마 방전부나 오존 발생기에의 산소계 원료 가스의 공급 유량을 조절하면 좋다. 이것에 의해서, 산화성 반응 가스의 유량을 조절할 수 있고, 나아가서는 처리 가스의 유량을 조절할 수 있다.
산소계 원료 가스는 산화성 반응 가스의 원료가 되는 가스이다. 산소계 원료 가스로서는, O2, NO, NO2, N2O 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 O2를 들 수 있다. 이들 산소계 원료 가스는 그것 자체가 다소의 산화 작용을 갖고 있어, 산화성 반응 가스로서도 기능한다.
상기 원료 공급 라인이, 상기 불소계 원료 가스와 상기 산소계 원료 가스를 혼합하여 상기 플라즈마 공간에 도입하도록 되어 있을 수도 있다.
산소계 원료 가스를 상기 원료 공급 라인과는 별도의 라인에서 플라즈마화, 여기 활성화 또는 오존화하여, 상기 산화성 반응 성분을 얻는 것으로 할 수도 있다. 그 경우, 상기 원료 공급 라인으로부터의 불소계 반응 성분과 상기 별도의 라인으로부터의 산화성 반응 성분은 혼합한 뒤에 피처리물에 공급할 수도 있고, 별개의 분출구로부터 피처리물에 공급하는 것으로 할 수도 있다.
산화성 반응 가스를 유속 조절용 가스로서 대용하는 경우, 산화성 반응 가스를 상기 별도의 라인에서 생성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 불소계 반응 가스의 생성 효율을 산화성 반응 가스의 유량 변화에 상관없이 확실하게 일정하게 유지할 수 있다. 나아가서는, 실리콘 함유막의 에칭 속도를 안정시킬 수 있다.
상기 처리 가스 공급계(또는 상기 산화성 반응 가스 공급계)가 산화성 반응 가스를 비축한 봄베 등의 용기를 포함하고 있을 수도 있다. 이 용기로부터 산화성 반응 가스를 그대로 피처리물에 공급할 수도 있다. 이것에 의해서, 산화성 반응 가스를 생성하기 위한 플라즈마 방전부나 오존 발생기를 생략할 수 있다.
산화성 반응 가스를 유속 조절용 가스로서 이용하는 경우에는 상기 용기로부터의 산화성 반응 가스의 공급 유량을 조절하면 좋다. 상기 용기로부터의 산화성 반응 가스 공급로는 불소계 반응 가스 생성용의 플라즈마 생성부보다 하류의 불소계 반응 가스 공급로에 합류시키는 것이 바람직하다.
대기압 근방이란 1.013×104 내지 50.663×104 Pa의 범위를 말하고, 압력 조정의 용이화나 장치 구성의 간편화를 고려하면, 1.333×104 내지 10.664×104 Pa가 바람직하고, 9.331×104 내지 10.397×104 Pa가 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 실리콘 함유막을 잔사 없고, 또한 고속으로 에칭할 수 있고, 더구나 바탕막의 에칭을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 2(a)는 에칭 전의 피처리물의 단면도이고, 도 2(b)는 제1 에칭 공정의 종료 시의 피처리물의 평면도이고, 도 2(c)는 도 2(b)의 단면도이고, 도 2(d)는 제2 에칭 공정의 종료 시의 피처리물의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시 형태의 개략 구성을 도시하는 해설도이다.
도 10은 실시예 2의 결과를 도시하는 그래프이다.
도 11은 실시예 3의 결과를 도시하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
제1 실시 형태
본 발명은 피처리물에 형성된 실리콘 함유막의 에칭에 적용된다.
도 2(a)는 에칭 전의 피처리물 (90)의 일례를 도시한 것이다. 피처리물 (90)은 예를 들면 평판 디스플레이용의 유리를 기판 (91)로 하고, 이 유리 기판 (91) 상에 바탕막 (92)가 형성되고, 이 바탕막 (92) 상에 에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)이 적층되어 있다. 바탕막 (92)는 예를 들면 질화규소(SiNx)으로 이루어진다. 에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)은 예를 들면 비정질 실리콘(a-Si)으로 이루어진다. 도시는 생략하지만, 피처리물 (90)의 실리콘 함유막 (93) 중 에칭해야 할 곳이 아닌 부분에는 레지스트 등의 마스크가 씌워져 있다. 실리콘 함유막 (93) 중 마스크되어 있지 않은 부분이 에칭되어야 할 부분이 된다.
도 1은 실리콘 함유막 (93)의 에칭에 이용하는 에칭 장치 (1)의 일례를 도시한 것이다. 에칭 장치 (1)은 처리 가스 공급계 (10)과, 지지부 (20)을 구비하고 있다. 지지부 (20)에 의해서 피처리물 (90)이 지지되어 있다. 지지부 (20)은 예를 들면 스테이지로 구성되어 있다. 지지부 (20)의 내부에 가열부 (21)이 설치되어 있다. 가열부 (21)에 의해서 피처리물 (90)을 가열할 수 있다.
처리 가스 공급계 (10)은 원료 공급 라인 (30)과, 플라즈마 생성부 (40)을 포함하고 있다. 원료 공급 라인 (30)의 상류단에는 불소계 원료 공급부 (31)이 설치되어 있다. 불소계 원료 공급부 (31)은 불소계 원료 가스를 원료 공급 라인 (30)에 송출한다. 불소계 원료로서, CF4, CHF3, C2F6, C3F8, SF6, NF3, XeF2 등을 들 수 있다. 여기서는, 불소계 원료로서 CF4가 이용되고 있다. 불소계 원료는 Ar, He, N2 등의 희석 가스로 희석되어 있을 수도 있고, 희석되어 있지 않을 수도 있다. 여기서는, 불소계 원료 가스로서 Ar로 희석된 CF4가 이용되고 있다. CF4와 Ar의 부피 혼합비는 CF4:Ar=5:95 내지 80:20이 바람직하고, CF4:Ar=10:90 내지 30:70이 보다 바람직하다.
원료 공급 라인 (30)에는 첨가부 (32)가 접속되어 있다. 첨가부 (32)는 액체인 물 (H2O)을 비축한 가습기로 구성되고, 액체의 물을 기화시켜, 원료 공급 라인 (30)의 불소계 원료 가스(CF4+Ar)에 첨가하도록 되어 있다. 첨가의 방법으로서, 원료 공급 라인 (30)을 흐르는 불소계 원료 가스의 일부를 첨가부 (32)에 분류(分流)시키고, 이 분류 가스를 첨가부 (32)의 액면에 접촉시켜 물을 분류 가스 중에 기화시킬 수도 있고, 분류 가스를 첨가부 (32)의 수중에서 버블링시켜 물을 기화시킬 수도 있다. 물을 히터로 가열하여 기화시켜 원료 공급 라인 (30)에 공급할 수도 있다.
원료 공급 라인 (30)의 첨가부 (32)보다 하류측에 산소계 원료 공급부 (34)가 연속해 있다. 원료 공급부 (34)는 산소계 원료 가스를 원료 공급 라인 (30)에 공급한다. 이에 따라, 원료 공급 라인 (30) 내에서 불소계 원료 가스와 산소계 원료 가스가 혼합된다. 산소계 원료로서, O2, NO, NO2, N2O 등을 들 수 있다. 여기서는, 산소계 원료 가스로서 O2 가스가 이용되고 있다. 산소계 원료 공급부 (34)의 원료 공급 라인 (30)에의 접속 개소는 첨가부 (32)보다 상류측일 수도 있다.
원료 공급 라인 (30)에는 유속 조절용 가스 공급부 (60)(유속 조절 수단)이 접속되어 있다. 유속 조절용 가스 공급부 (60)의 원료 공급 라인 (30)에의 접속 개소는 수소 첨가부 (32)보다 하류측이고, 또한 산소계 원료 공급부 (34)와의 접속부보다 하류측인데, 이것에 한정되는 것은 아니고, 산소계 원료 공급부 (34)보다 상류측일 수도 있고, 수소 첨가부 (32)보다 상류측일 수도 있다.
유속 조절용 가스 공급부 (60)은 유속 조절용 가스를 비축하고 있다. 유속 조절용 가스는 불활성 가스인 것이 바람직하다. 불활성 가스로서, Ar, He 등의 희가스 외에, N2를 들 수 있다. 여기서는, 유속 조절용 가스로서 N2가 이용되고 있다.
유속 조절용 가스 공급부 (60)은 원료 공급 라인 (30)에 유속 조절용 가스를 혼합하는 혼합 모드와, 혼합을 정지하는 정지 모드의 2가지의 상태를 취할 수 있다. 상세한 도시는 생략하지만, 유속 조절용 가스 공급부 (60)에는 개폐 밸브나 유량 제어 밸브가 설치되어 있다. 이들 밸브에 의해서, 혼합 모드와 정지 모드의 어느 하나를 선택하거나, 혼합 모드에 있어서의 유속 조절용 가스(N2)의 유량을 조절하거나 하도록 되어 있다. 불소계 원료 가스(CF4+Ar)와 유속 조절용 가스(N2)의 혼합비는 (CF4+Ar):N2=10:1 내지 2:1의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
원료 공급 라인 (30)의 하류단은, 플라즈마 생성부 (40)으로 연장되어 있다.
플라즈마 생성부 (40)은 서로 대향하는 한쌍의 전극 (41), (41)을 갖고 있다. 적어도 한쪽의 전극 (41)의 대향면에는 고체 유전체층(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이들 전극 (41), (41) 중 한쪽은 전원 (42)에 접속되고, 다른쪽은 전기적으로 접지되어 있다. 전원 (42)로부터의 전압 공급에 의해서 전극 (41), (41) 사이의 공간 (43)이 대기압 근방의 플라즈마 공간이 된다. 플라즈마 공간 (43)의 상류단에 원료 공급 라인 (30)이 연속해 있다. 플라즈마 공간 (43)의 하류단에는 노즐을 포함하는 분출부 (59)가 설치되어 있다. 분출부 (59)는 지지부 (20) 상의 피처리물 (90)에 면하고 있다. 분출부 (59)가 지지부 (20)의 양끝 사이를 왕복하도록 지지부 (20)에 대하여 상대 이동(스캔)되도록 되어 있을 수도 있다.
도시는 생략하지만, 분출부 (59)의 저면은 어느 정도의 면적을 갖고, 피처리물 (90)과의 사이에 가스로를 구획한다. 분출부 (59)의 개구로부터 분출되어진 처리 가스는 상기 가스로 내를 피처리물 (90)의 표면을 따라서 분출부 (59)의 개구로부터 멀어지는 방향으로 흐르게 되어 있다.
상기 구성의 에칭 장치 (1)을 이용하여 피처리물 (90)의 실리콘 함유막 (93)을 에칭하는 방법을 설명한다.
에칭의 공정은 에칭의 초기부터 중기(종기에 이르는 전)까지의 제1 에칭 공정과, 에칭 종기에 행하는 제2 에칭 공정으로 나누어진다.
[제1 에칭 공정]
제1 에칭 공정에서는, 불소계 원료 공급부 (31)로부터 불소계 원료 가스(CF4+Ar)를 원료 공급 라인 (30)에 송출한다. 이 불소계 원료 가스에 첨가부 (32)에 의해서 물 (H2O)을 첨가한다. 물의 첨가량을 첨가부 (32)에 의해서 조절한다. 물의 첨가량은 결로가 발생하지 않을 정도로 되도록이면 많게 한다. 바람직하게는, 불소계 원료 가스가 노점 온도 10 내지 50℃의 수분을 포함하도록 한다. 불소계 원료 가스의 노점 온도는 분위기 온도나 피처리물 (90)의 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 원료 공급 라인 (30)을 구성하는 배관 내나 피처리물 (90)의 표면 상에서의 결로를 방지할 수 있다. 피처리물 (90)을 가열부 (21)에 의해서 가열하지 않고, 실온으로 하는 경우, 불소계 원료 가스의 노점이 15 내지 20℃가 되도록 하는 것이 바람직하다.
물을 첨가한 후의 불소계 원료 가스(CF4+Ar+H2O)에 산소계 원료 공급부 (34)로부터의 산소계 원료 가스(O2)를 혼합하여 혼합 원료 가스를 생성한다. 불소계 원료 가스와 산소계 원료 가스의 부피 혼합비는 불소계 원료 가스:산소계 원료 가스=1:9 내지 9:1이 바람직하고, 불소계 원료 가스:산소계 원료 가스=1:2 내지 2:1이 보다 바람직하다. 물의 부피 비율은 불소계 원료 가스 및 산소계 원료 가스에 대하여 충분히 작기 때문에 물을 첨가하기 전의 불소계 원료 가스와 산소계 원료 가스의 부피비와, 물을 첨가한 후의 불소계 원료 가스와 산소계 원료 가스의 부피비는 거의 동일하다.
제1 에칭 공정에서는, 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 정지 모드로 하여, 유속 조절용 가스(N2)의 원료 공급 라인 (30)에의 혼합을 정지하여 둔다. 상기한 혼합 원료 가스(CF4+Ar+O2+H2O)는 유속 조절용 가스(N2)가 혼합되지 않고 그대로 원료 공급 라인 (30)의 하류단으로부터 전극 사이 공간 (43)에 도입된다.
병행하여, 전원 (42)로부터 전극 (41)에 전압을 공급하여, 전극 사이 공간 (43) 내에 대기압 근방 플라즈마를 생성한다. 이것에 의해서, 혼합 가스가 플라즈마화(분해, 여기, 활성화, 라디칼화, 이온화 등을 포함함)되어, 불소계 반응 성분과 산화성 반응 성분을 포함하는 처리 가스가 생성된다. 이하, 제1 에칭 공정의 처리 가스를 적절하게 「제1 처리 가스」라고 칭한다. 제1 처리 가스는 실리콘 (93)을 고속으로 에칭할 수 있는 레시피로 되어 있다. 불소계 반응 성분으로서는, HF, COF2 등을 들 수 있다. 이들 불소계 반응 성분은, 주로 CF4 및 H2O가 분해되어 생성된 것이다. 산화성 반응 성분으로서는, O3, O 라디칼 등을 들 수 있다. 이들 산화성 반응 성분은 주로 O2를 원료로 하여 생성된 것이다.
제1 처리 가스가 플라즈마 생성부 (40)으로부터 분출되어지고, 지지부 (20) 상의 피처리물 (90)에 분무된다. 제1 처리 가스는 피처리물 (90)의 표면 상에 흐른다. 피처리물 (90)의 표면 상에서의 가스 유속은 후술한 제2 에칭 공정보다 작다. 이 제1 처리 가스 중의 산화성 반응 성분이 비정질 실리콘으로 이루어지는 실리콘 함유막 (93)과 접촉하여, 실리콘의 산화 반응이 일어나, 산화규소가 생성된다(반응식 1). 이 산화규소에 불소계 반응 성분이 접촉하여(반응식 3), 휘발성의 SiF4가 생성된다. 이렇게 해서, 실리콘 함유막 (93)이 양호한 에칭 속도로 에칭되어 간다.
제1 처리 가스에는 플라즈마 공간 (43) 내에서 분해되지 않았던 혼합 원료 가스의 성분도 포함되어 있고, 따라서 물도 포함되어 있다. 이 물의 일부는 불소계 반응 성분의 COF2와 반응하여 HF를 생성하여(반응식 2), 실리콘의 에칭에 기여한다. 나머지 물의 일부는 피처리물 (90)의 표면에 부착되어 응축한다. 또한, HF에 의한 에칭 반응(반응식 3)에 의해서 물이 생성되고, 이 물의 일부도 피처리물 (90)의 표면에 부착되어 응축한다. 이것에 의해서, 피처리물 (90)의 표면에 물의 응축층이 형성된다. 제1 처리 가스의 피처리물 (90) 상에서의 유속은 피처리물 (90)의 표면 상의 수분을 그다지 비산시키지 않을 정도의 크기이다. 따라서, 응축층을 적절한 두께로 할 수 있고, 실리콘의 에칭 속도를 충분히 높게 할 수 있다.
한편, 피처리물 (90)의 표면의 여기저기에서 물의 응축층이 필요 이상으로 두껍게 되는 경우가 있다. 응축층이 두꺼운 개소에서는 에칭 반응이 저해된다. 그 때문에 도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 에칭이 종기에 이르기 직전의 피처리물 (90)의 표면에는 바탕막 (92)가 노출한 개소와, 에칭하여야 할 실리콘 함유막 (93)이 아직 남아 있는 개소가 생긴다. 남은 실리콘 함유막 (93)을 잔막 (93a)라 칭한다. 잔막 (93a)는 반점상으로 되어 있다.
[제2 에칭 공정]
도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 에칭이 진행하여 바탕막 (92)의 일부가 노출했을 때, 또는 노출하기 직전에 제1 에칭 공정으로부터 제2 에칭 공정으로 전환한다. 바탕막 (92)의 노출이나 바탕막 (92) 상에 남아 있는 실리콘 함유막 (93)의 두께를 검지하여 제2 에칭 공정으로 전환할 수도 있고, 미리 실험 등에 의해 전환하는 타이밍을 결정해 두고, 그 타이밍에 제2 에칭 공정으로 전환할 수도 있다.
제2 에칭 공정에서는, 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 혼합 모드로 한다. 그것 이외의 동작 및 처리 조건에 대해서는 제1 에칭 공정과 바람직하게는 동일하게 한다. 따라서, 제1 에칭 공정과 동일 성분 또한 동일 유량의 혼합 원료 가스(CF4+Ar+O2+H2O)에 유속 조절용 가스 공급부 (60)으로부터 유속 조절용 가스(N2)가 혼합된다. 이에 따라, 원료 가스의 유량이 증가한다.
혼합 후의 원료 가스(CF4+Ar+O2+H2O+N2)를 플라즈마 공간 (43)에 도입하여 플라즈마화한다. 이에 따라, HF, COF2 등의 불소계 반응 성분과, O3, O 라디칼 등의 산화성 반응 성분을 포함하는 처리 가스가 생성된다. 이하, 제2 에칭 공정의 처리 가스를 적절하게 「제2 처리 가스」라고 칭한다. 제2 처리 가스의 유량은 유속 조절용 가스(N2)의 혼합분만큼 제1 에칭 공정에서의 제1 처리 가스의 유량보다 크다. 제2 처리 가스 중의 불소계 반응 성분(HF 등) 및 산화성 반응 성분(O3 등)의 양은 제1 에칭 공정과 대략 같다.
이 제2 처리 가스를 분출부 (59)로부터 분출하여, 피처리물 (90)에 분무한다. 가스 유량이 증대한 데 비하여, 분출부 (59)의 개구도는 일정하기 때문에, 제2 처리 가스의 분출부 (59)로부터의 분출 속도는 제1 에칭 공정에서의 제1 처리 가스의 분출 속도보다 커진다. 또한, 제2 처리 가스는 피처리물 (90)의 표면 상에 흐른다. 가스 유량이 증대한 데 비하여, 분출부 (59)와 피처리물 (90) 사이의 거리(워킹 디스턴스)는 일정하기 때문에, 제2 처리 가스의 피처리물 (90)의 표면 상에서의 유속은 제1 에칭 공정에서의 제1 처리 가스의 유속보다 커진다.
가스 유속의 증대에 의해서, 피처리물 (90)의 표면 상의 수분이 비산되기 쉬워진다. 따라서, 피처리물 (90)의 표면의 수분 부착량이 제1 에칭 공정보다 작아지고, 응축층의 두께가 제1 에칭 공정보다 작아진다. 응축층이 감소하면, 바탕의 질화규소막 (92)의 에칭 속도가 저하된다. 이 질화규소의 에칭 속도의 저하 정도는 실리콘의 응축층 감소에 따르는 에칭 속도의 저하 정도보다 크다. 따라서, 에칭 대상막 (93)의 바탕막 (92)에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 또한, 제2 처리 가스 중의 불소계 반응 성분(HF 등) 및 산화성 반응 성분(O3 등)의 양은 제1 에칭 공정과 대략 같기 때문에 실리콘의 에칭 속도의 저하를 억제할 수 있다. 이에 따라, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 반점상의 잔막 (93a)를 양호한 에칭 속도로 선택적으로 에칭하여 제거할 수 있어, 바탕막 (92)의 오버 에칭량 d를 작게 할 수 있다.
제1 에칭 공정으로부터 제2 에칭 공정으로의 전환은, 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 정지 모드로부터 혼합 모드로 전환하는 것 만으로 용이하게 행할 수 있고, 예를 들면 첨가부 (32)에 의해서 물의 첨가율을 바꾸는 것보다도 응답성이 양호하다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 이하의 실시 형태에 있어서, 이미 상술한 실시 형태와 중복하는 구성에 대해서는 도면에 동일부호를 붙여 설명을 적절하게 생략한다.
제2 실시 형태
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태에서는 유속 조절용 가스의 처리 가스 공급계 (10)에의 혼합 개소가 제1 실시 형태(도 1)와 다르다. 유속 조절용 가스 공급부 (60)은 플라즈마 생성부 (40)보다 상류측의 원료 공급 라인 (30)에는 없고, 플라즈마 생성부 (40)보다 하류측의 분출 라인 (50)에 접속되어 있다.
분출 라인 (50)은 플라즈마 공간 (43)으로부터 연장되어 있다. 분출 라인 (50)의 하류단에 분출부 (59)가 설치되어 있다. 분출 라인 (50)의 중간부에 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 접속되어 있다.
유속 조절용 가스 공급부 (60)은 제1 에칭 공정에서는 정지 모드가 된다. 따라서, 제1 에칭 공정의 동작은 제1 실시 형태와 동일하다.
제2 에칭 공정에서는 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 혼합 모드가 된다. 원료 공급 라인 (30)에서는, 제1 에칭 공정과 동일 성분 또한 동일 유량의 혼합 원료 가스(CF4+Ar+O2+H2O)를 생성하여, 플라즈마 생성부 (40)에 도입한다. 플라즈마 생성부 (40)에의 도입 전의 혼합 원료 가스에 유속 조절용 가스가 혼합되는 경우는 없다. 따라서, 제1 에칭 공정으로부터 제2 에칭 공정으로 전환하더라도, 플라즈마 공간 (43)에서의 가스 상태가 변화하는 경우는 없고, 방전을 안정시킬 수 있다.
플라즈마 공간 (43)에서의 플라즈마화에 의해, 불소계 반응 성분(HF 등) 및 산화성 반응 성분(O3 등)을 포함하는 처리 가스를 얻는다. 이들 반응 성분의 생성량은 제1 에칭 공정과 동일하게 할 수 있다.
이 처리 가스를 분출 라인 (50)에 도출한다. 이 처리 가스에 공급부 (60)으로부터 유속 조절용 가스(N2)를 혼합한다. 이에 따라, 처리 가스의 유량이 증대한다. 따라서, 제1 실시 형태의 제2 에칭 공정과 같이, 피처리물 (90) 상에서의 가스 유속을 크게 할 수 있다.
제3 실시 형태
도 4에 도시된 바와 같이, 제3 실시 형태의 처리 가스 공급계 (10)은 불소계 반응 성분과 산화성 반응 성분을 별개로 생성하도록 되어 있다. 처리 가스 공급계 (10)은 불소계 반응 가스 공급계 (33)과, 산화성 반응 가스 공급계 (35)를 별개로 갖고 있다. 불소계 반응 가스 공급계 (33)은 원료 공급 라인 (30)과, 플라즈마 생성부 (40)과, 불소계 분출로 (51)을 포함한다. 원료 공급 라인 (30)은 산소계 원료 공급부 (34)가 접속되어 있지 않은 점을 제외하고, 제2 실시 형태(도 3)와 동일하게 되어 있다. 불소계 분출로 (51)에 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 접속되어 있다. 원료 공급 라인 (30)은 불소계 원료 가스(CF4+Ar+H2O)만을 플라즈마 생성부 (40)에 도입한다. 플라즈마 생성부 (40)에는 산소계 원료 가스는 도입되지 않는다. 플라즈마 생성부 (40)의 플라즈마 공간 (43)의 하류단으로부터 불소계 분출로 (51)이 연장되어 있다.
산화성 반응 가스 공급계 (35)는 산소계 원료 공급부 (34)와, 플라즈마 생성부 (40)은 별도의 플라즈마 생성부 (44)와, 산소계 분출로 (52)를 포함한다.
플라즈마 생성부 (44)는 서로 대향하는 한쌍의 전극 (45), (45)를 갖고 있다. 적어도 한쪽의 전극 (45)의 대향면에는 고체 유전체층(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 이들 전극 (45), (45) 중 한쪽은 전원 (46)에 접속되고, 다른쪽은 전기적으로 접지되어 있다. 전원 (46)으로부터의 전압 공급에 의해서 전극 (45), (45) 사이의 공간 (47)이 대기압 근방의 플라즈마 공간이 된다. 플라즈마 공간 (47)의 상류단에 산소계 원료 공급부 (34)가 연속해 있다. 플라즈마 생성부 (44)의 플라즈마 공간 (47)의 하류단으로부터 산소계 분출로 (52)가 연장되어 있다.
불소계 반응 가스 공급계 (33)의 분출로 (51)과 산화성 반응 가스 공급계 (35)의 분출로 (52)가 서로 합류하고 있다. 이 합류부에 공통 분출부 (53)이 연속해 있다. 공통 분출부 (53)이 지지부 (20) 상의 피처리물 (90)에 면하고 있다. 공통 분출부 (53)이 지지부 (20)의 양끝 사이를 왕복하도록 지지부 (20)에 대하여 상대 이동되도록 되어 있을 수도 있다.
제3 실시 형태에서는 불소계 반응 가스 공급계 (33)에서, 불소계 원료 가스(CF4+Ar+H2O)를 플라즈마 생성부 (40)에서 플라즈마화하고, 불소계 반응 성분(HF 등)을 포함하는 불소계 반응 가스를 생성하여, 분출로 (51)에 도출한다. 이것과 병행하여, 산화성 반응 가스 공급계 (35)에서, 산소계 원료 공급부 (34)로부터의 산소계 원료 가스(O2)를 플라즈마 생성부 (44)의 플라즈마 공간 (47)에 도입하여 플라즈마화하여, 산화성 반응 성분(O3 등)을 포함하는 산화성 반응 가스를 생성한다. 이 산화성 반응 가스를 플라즈마 생성부 (44)로부터 분출로 (52)에 도출하여, 분출로 (51)로부터의 불소계 반응 가스와 혼합한다. 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스의 부피 혼합비는 불소계 반응 가스:산화성 반응 가스=1:9 내지 9:1이 바람직하고, 불소계 반응 가스:산화성 반응 가스=1:2 내지 2:1이 보다 바람직하다. 혼합에 의해 불소계 반응 성분 및 산화성 반응 성분을 포함하는 처리 가스가 얻어진다. 이 처리 가스를 분출부 (53)으로부터 피처리물 (90)에 분무한다.
제3 실시 형태에서는 불소계 원료 가스와 산소계 원료 가스를 별개의 플라즈마 생성부 (40), (44)에서 플라즈마화하기 때문에, 불소계 반응 성분의 생성량과 산화성 반응 성분의 생성량을 각각 충분히 크게 할 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2 각 에칭 공정에서의 실리콘 함유막 (93)의 에칭 속도를 높일 수 있어, 처리 시간을 한층 단축할 수 있다.
제3 실시 형태에 있어서, 제1 에칭 공정에서는 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 정지 모드가 되고, 제2 에칭 공정에서는 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 혼합 모드가 되는 점은 이미 상술한 실시 형태와 마찬가지이다. 따라서, 제2 에칭 공정에서는, 공급부 (60)으로부터의 유속 조절용 가스(N2)가 분출로 (51)에 도입되어, 불소계 반응 가스와 혼합된다.
제4 실시 형태
도 5에 도시된 바와 같이, 제4 실시 형태에서는 산화성 반응 가스 공급계 (35)에 있어서의 산화성 반응 가스의 생성 장치로서 플라즈마 생성부 (44) 대신에 오존 발생기 (48)이 이용되고 있다. 산소계 원료 공급부 (34)로부터의 산소 가스(O2)가 오존 발생기 (48)에 도입되어, O3을 포함하는 산화성 반응 가스가 생성되고, 이 산화성 반응 가스가 분출로 (52)에 도출되도록 되어 있다.
그 밖의 구성 및 동작은 제3 실시 형태(도 4)와 동일하다.
제5 실시 형태
도 6에 도시된 바와 같이, 제5 실시 형태의 에칭 장치 (1)은 복수(2개)의 처리 가스 공급계 (10)을 구비하고 있다. 각 처리 가스 공급계 (10)은 제1, 제2 실시 형태(도 1, 도 3)의 처리 가스 공급계 (10)과 대략 동일 구성으로 되어 있다. 2개의 공급계 (10)을 구별할 때는, 제1 처리 가스 공급계 (10A)의 각 구성 요소에는 이미 상술한 실시 형태의 처리 가스 공급계 (10)에 있어서의 대응하는 구성 요소와 동일 부호에 A를 붙이고, 제2 처리 가스 공급계 (10B)의 각 구성 요소에는 이미 상술한 실시 형태의 처리 가스 공급계 (10)에 있어서의 대응하는 구성 요소와 동일 부호에 B를 붙인다.
제1 처리 가스 공급계 (10A)가 제1, 제2 실시 형태(도 1, 도 3)의 처리 가스 공급계 (10)과 다른 곳은, 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 접속되어 있지 않은 점이다. 따라서, 제1 처리 가스 공급계 (10A)에서는, 유속 조절용 가스(N2)를 포함하지 않는 제1 처리 가스가 항상 분출되어진다. 이 공급계 (10A)로부터의 제1 처리 가스의 성분 및 유량은 제1, 제2 실시 형태의 제1 에칭 공정에서의 제1 처리 가스와 동일하다.
제2 처리 가스 공급계 (10B)는 제2 실시 형태(도 3)의 처리 가스 공급계 (10)과 동일 구성으로 되어 있다. 다만, 제2 처리 가스 공급계 (10B)의 유속 조절용 가스 공급부 (60B)는 항상 혼합 모드로 운전되도록 되어 있다. 따라서, 제2 처리 가스 공급계 (10B)에서는, 유속 조절용 가스(N2)를 포함하는 제2 처리 가스가 항상 분출되어진다. 이 공급계 (10B)로부터의 제2 처리 가스의 성분 및 유량은 제1, 제2 실시 형태의 제2 에칭 공정에서의 제2 처리 가스와 동일하다.
제1 처리 가스 공급계 (10A)의 분출 유량은 유속 조절용 가스를 혼합하지 않은 분만큼 상대적으로 작고, 제2 처리 가스 공급계 (10B)의 분출 유량은 유속 조절용 가스의 혼합분만큼 상대적으로 크다. 한편, 제1 처리 가스 공급계 (10A)의 분출부 (59A)의 개구도와, 제2 처리 가스 공급계 (10B)의 분출부 (59A)의 개구도는 서로 같다. 따라서, 제1 처리 가스 공급계 (10A)로부터의 분출 유속은 상대적으로 작다. 제2 처리 가스 공급계 (10A)로부터의 분출 유속은 상대적으로 크다.
지지부 (20)에는 이동 수단 (22)가 접속되어 있다. 상세한 도시는 생략하지만, 이동 수단 (22)는 예를 들면 모터 등의 구동부와, 이 구동부에 의해서 진퇴되는 슬라이드부를 갖고, 슬라이드부에 지지부 (20)이 접속되어 있다. 이동 수단 (22)에 의해서, 지지부 (20)이 제1 처리 가스의 분출부 (59A)와 대향하는 제1 위치(도 6의 실선)와, 제2 처리 가스의 분출부 (59A)와 대향하는 제2 위치(도 6의 이점 쇄선) 사이에서 이동되도록 되어 있다.
제1 에칭 공정에서는, 이동 수단 (22)에 의해서 지지부 (20)을 제1 위치에 위치시킨다. 이것에 의해서, 제1 처리 가스 공급계 (10A)로부터 분출되어진 제1 처리 가스가 피처리물 (90)에 접촉한다. 이 제1 처리 가스의 분출 유속, 나아가서는 피처리물 (90) 상에서의 유속은 비교적 작다. 따라서, 피처리물 (90)의 표면에 적절한 두께의 물의 응축층이 형성되기 쉽고, 실리콘 함유막 (93)의 에칭 속도를 높게 할 수 있다.
실리콘 함유막 (93)의 대부분이 에칭된 시점에서 이동 수단 (22)에 의해서 지지부 (20)을 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시킨다. 이것에 의해서, 제1 에칭 공정으로부터 제2 에칭 공정으로 시간을 거의 두지 않고서 이행할 수 있다. 제2 에칭 공정에서는, 제2 처리 가스 공급계 (10B)로부터 분출되어진 제2 처리 가스가 피처리물 (90)에 접촉한다.
이 제2 처리 가스의 분출 유속 나아가서는 피처리물 (90) 상에서의 유속은 상기 제1 처리 가스 공급계 (10A)의 가스 유속보다 크다. 따라서, 피처리물 (90)의 표면으로부터 수분을 비산시킬 수 있어, 피처리물 (90)의 표면에 물의 응축층이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 실리콘의 질화규소에 대한 선택비를 크게 할 수 있고, 바탕막 (92)의 오버 에칭을 억제하면서, 잔막 (93a)를 선택적으로 에칭할 수 있다.
이동 수단 (22)는 처리 가스가 피처리물 (90)에 분무되는 처리 가스 공급계 (10A), (10B)를 선택적으로 전환하는 전환 수단을 구성한다.
지지부 (20)의 이동 속도나, 제1 에칭 공정에서 이용되는 처리 가스 공급계 (10)의 수는, 미리 실험에 의해 제1 에칭 공정에서 바탕막 (92)가 노출하기 시작하도록, 또는 바탕막 (92) 상에 남아 있는 실리콘 함유막 (93)의 두께가 극소하게 되도록 결정하여 둔다.
이동 수단 (22)이 지지부 (20) 대신에 분출부 (59A), (59B)에 접속되어 있을 수도 있고, 지지부 (20)을 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키는 대신에, 분출부 (59A), (59B)를 이동시킴으로써, 제1 에칭 공정에서는 분출부 (59A)를 지지부 (20)과 대향시키고, 제2 에칭 공정에서는 분출부 (59B)를 지지부 (20)과 대향시킬 수도 있다.
제6 실시 형태
도 7에 도시된 바와 같이, 제6 실시 형태에서는 피처리물 (94)가 연속 시트상으로 되어 있다. 연속 시트상의 피처리물 (94)는 조출롤 (23)으로부터 풀어 내어지고, 권취롤 (24)에 권취되게 되어 있다. 롤 (23), (24)의 사이의 피처리물 (94)의 이면에 가열부 (21)이 설치되어 있다.
롤 (23), (24)의 사이의 조출롤 (23)쪽의 위치에 제1 처리 가스 공급계 (10A)의 분출부 (59A)가 배치되어 있다. 롤 (23), (24)의 사이의 권취롤 (24)쪽의 위치에 제2 처리 가스 공급계 (10B)의 분출부 (59B)가 배치되어 있다.
조출롤 (23)으로부터 풀어 내어진 피처리물 (94)는 제1 처리 가스 공급계 (10A)로부터의 소유량, 저속의 제1 처리 가스와 접촉한다. 그 후, 제2 처리 가스 공급계 (10B)로부터의 대유량, 고속의 제2 처리 가스와 접촉한다. 이것에 의해서, 제1 에칭 공정으로부터 제2 에칭 공정으로 연속적으로 이행할 수 있다. 조출롤 (23) 및 권취롤 (24)는 스테이지상의 지지부 (20)에 대신하는 피처리물 지지부로서 기능한다. 또한, 조출롤 (23) 및 권취롤 (24)는 처리 가스가 피처리물 (90)에 분무되는 처리 가스 공급계 (10A), (10B)를 선택적으로 전환하는 전환 수단을 구성한다.
제7 실시 형태
처리 가스의 유량 나아가서는 유속의 변경은 2 단계에 한정되지 않고, 3 단계 이상 행하는 것으로 할 수도 있다. 제1 에칭 공정에서 가스 유량 나아가서는 유속을 2 단계 이상에 걸쳐서 변경할 수도 있다. 제2 에칭 공정에서 가스 유량 나아가서는 유속을 2 단계 이상에 걸쳐서 변경할 수도 있다.
도 8은 처리 가스의 유량 나아가서는 유속을, 제1 에칭 공정과 제2 에칭 공정의 전체에서 3 단계에 걸쳐 변경하는 실시 형태를 도시한 것이다.
에칭 장치 (1)은 3개의 처리 가스 공급계 (10)을 구비하고 있다. 이들 3개의 처리 가스 공급계 (10)을 서로 구별할 때는, 1단째(도 8에 있어서 좌측)의 처리 가스 공급계 (10) 및 그의 구성 요소의 부호에 X를 붙이고, 2단째(도 8에 있어서 중앙)의 처리 가스 공급계 (10) 및 그의 구성 요소의 부호에 Y를 붙이고, 3단째(도 8에 있어서 우측)의 처리 가스 공급계 (10) 및 그의 구성 요소의 부호에 Z를 붙인다. 1단째와 2단째의 처리 가스 공급계 (10X), (10Y)가 제1 에칭 공정을 실행하는 제1 처리 가스 공급계가 된다. 최종단(3단째)의 처리 가스 공급계 (10Z)가 제2 에칭 공정을 실행하는 제2 처리 가스 공급계가 된다.
1단째의 처리 가스 공급계 (10X)는 제5 실시 형태(도 6) 및 제6 실시 형태(도 7)의 제1 처리 가스 공급계 (10A)와 동일한 구성으로 되어 있다. 즉, 처리 가스 공급계 (10X)에는 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 접속되어 있지 않다. 제1 처리 가스 공급계 (10A)로부터 분출되어지는 처리 가스는 유속 조절용 가스(N2)를 포함하지 않고, 소유량이 된다.
2단째의 처리 가스 공급계 (10Y)는 제5, 제6 실시 형태(도 6, 도 7)의 제2 처리 가스 공급계 (10B)와 동일한 구성으로 되어 있고, 유속 조절용 가스 공급부 (60Y)가 항상 혼합 모드에서 운전된다. 다만, 유속 조절용 가스의 혼합 유량은 상기 제2 처리 가스 공급계 (10B)의 유속 조절용 가스의 혼합 유량보다 작다.
3단째(최종단)의 처리 가스 공급계 (10Z)는 제5, 제6 실시 형태(도 6, 도 7)의 제2 처리 가스 공급계 (10B)와 동일한 구성으로 되어 있고, 유속 조절용 가스 공급부 (60Y)가 항상 혼합 모드로 운전된다. 유속 조절용 가스의 혼합 유량에 대해서도, 상기 제2 처리 가스 공급계 (10B)와 동일하다.
3단째의 유속 조절용 가스 공급부 (60Z)에 의한 유속 조절용 가스의 혼합 유량은 2단째의 유속 조절용 가스 공급부 (60Y)에 의한 유속 조절용 가스의 혼합 유량의 바람직하게는 1배 내지 4배이고, 보다 바람직하게는 2배 내지 3배이다.
따라서, 후단의 처리 가스 공급계 (10)이 될수록 처리 가스의 분출 유량이 크다.
3개의 처리 가스 공급계 (10)의 분출부 (59)가 간격을 두고 일렬로 배열되어 있다. 이들 분출부 (59)의 아래쪽으로 롤러 컨베어(25)가 설치되어 있다. 롤러 컨베어(25)는 분출부 (59)의 배열 방향으로 연장하여 설치되어 있다. 롤러 컨베어(25)에 의해서 피처리물 (90)이 1단째의 분출부 (59X)의 하측, 2단째의 분출부 (59Y)의 하측, 3단째의 분출부 (59Z)의 하측의 순으로 반송된다.
롤러 컨베어(25)는 피처리물 (90)의 반송 수단 및 지지 수단을 구성한다. 또한, 롤러 컨베어(25)는 처리 가스가 피처리물 (90)에 분무되는 처리 가스 공급계 (10)을 선택적으로 전환하는 전환 수단을 구성한다.
롤러 컨베어(25)의 이동 속도나, 처리 가스 공급계 (10)의 수는, 미리 실험에 의해 결정하여 둔다.
[제1 에칭 공정]
피처리물 (90)은 롤러 컨베어(25)에 의한 반송에 수반하여, 우선 1단째의 처리 가스 공급계 (10X)로부터의 처리 가스와 접촉하여 에칭된다. 1단째의 처리 가스에는 유속 조절용 가스(N2)가 혼합되어 있지 않고, 피처리물 (90) 상에서의 가스 유속이 비교적 작다. 따라서, 피처리물 (90)의 표면 상에 필요충분한 두께의 응축층을 형성할 수 있고, 실리콘 (93)을 고에칭 속도로 에칭할 수 있다. 1단째의 에칭에서는, 실리콘 함유막 (93)의 표면이 거칠게 되어 요철의 상태가 된다. 바탕의 질화규소막 (92)는 아직 노출되지 않는다.
다음으로, 피처리물 (90)은 2단째의 처리 가스 공급계 (10Y)로부터의 처리 가스와 접촉하여, 에칭된다. 2단째의 처리 가스에는 유속 조절용 가스(N2)가 혼합된다. 따라서, 2단째의 처리 가스의 유량은 1단째보다 커서, 피처리물 (90) 상에서의 가스 유속이 1단째보다 크다. 이에 따라, 피처리물 (90)의 표면 상으로부터 수분을 비산시켜, 피처리물 (90)의 표면 상의 응축층의 두께를 1단째 때보다 작게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막 (93)의 바탕막 (92)에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막 (93)의 요철 형상의 표면의 오목한 부분이 바탕막 (92)와의 계면에 도달했을 때, 바탕막 (92)가 깎이는 것을 억제할 수 있다.
[제2 에칭 공정]
다음으로, 피처리물 (90)은 3단째(최종단)의 처리 가스 공급계 (10Z)로부터의 처리 가스와 접촉하여 에칭된다. 3단째의 처리 가스에는 2단째(제1 에칭 공정의 최종 단계)부터 다량의 유속 조절용 가스(N2)가 혼합된다. 따라서, 3단째의 처리 가스의 유량은 2단째보다 더 크고, 피처리물 (90) 상에서의 가스 유속이 2단째보다 더 크다. 이에 따라, 피처리물 (90)의 표면 상으로부터 수분을 충분히 비산시킬 수 있고, 피처리물 (90)의 표면 상의 응축층의 두께를 2단째 때보다 더 작게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 함유막 (93)의 바탕막 (92)에 대한 선택비를 더 크게 할 수 있다. 바탕막 (92)의 오버 에칭량 d(도 2(d))를 충분히 작게 하면서, 반점상의 잔막 (93a)를 확실하게 제거할 수 있다.
제8 실시 형태
도 9는 본 발명의 제8 실시 형태를 도시한 것이다. 제8 실시 형태에서는 산화성 반응 가스를 유속 조절용 가스로서 대용하고 있다.
상술하면, 제8 실시 형태의 처리 가스 공급계 (10)은 제4 실시 형태(도 5)와 같이, 불소계 반응 가스 공급계 (33)과, 오존 발생기 (48)을 갖는 산화성 반응 가스 공급계 (35)를 포함한다. 불소계 반응 가스 공급계 (33)에는 제4 실시 형태와 달리, 유속 조절 수단으로서의 유속 조절용 가스 공급부 (60)이 접속되어 있지 않다. 이것 대신에, 산화성 반응 가스 공급계 (35)의 산소계 원료 공급부 (34)와 오존 발생기 (48)을 연결하는 라인 상에 유속 조절 수단으로서 산화성 반응 가스 유량 조절부 (61)이 설치되어 있다. 유량 조절부 (61)은 유량 제어 밸브나 매스플로우 컨트롤러로 구성되어 있다. 유량 조절부 (61)이 산소계 원료 공급부 (34)로부터 오존 발생기 (48)에 공급되는 산소계 원료 가스(O2)의 유량을 조절하고, 나아가서는 오존 발생기 (48)로부터의 산화성 반응 가스(O2+O3)의 공급 가스 유량을 조절한다.
유량 조절부 (61)을 오존 발생기 (48)보다 하류의 분출로 (52)에 설치할 수도 있다.
[제1 에칭 공정]
제8 실시 형태의 제1 에칭 공정은 제3 및 제4 실시 형태의 제1 에칭 공정과 실질적으로 동일하다. 불소계 반응 가스 공급계 (33)에서, 가습 불소계 원료 가스(CF4+Ar+H2O)를 플라즈마화하여 불소계 반응 가스를 생성한다. 병행하여, 산화성 반응 가스 공급계 (35)의 산소계 원료 공급부 (34)로부터 산소계 원료 가스(O2)를 오존 발생기 (48)에 공급하고, 오존 발생기 (48)에 의해서 산화성 반응 가스(O2+O3)를 생성한다. 이들 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스를 혼합하여 처리 가스를 얻는다. 이 처리 가스를 분출부 (53)으로부터 분출하여, 피처리물 (90)에 접촉시킨다. 제1 에칭 공정에서의 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스의 부피 혼합비는 예를 들면 불소계 반응 가스:산화성 반응 가스=2:1 내지 1:2 정도가 바람직하다.
[제2 에칭 공정]
제8 실시 형태의 제2 에칭 공정에서는, 유량 조절부 (61)에 의해서 산소계 원료 가스(O2) 나아가서는 산화성 반응 가스(O2+O3)의 공급 유량을 제1 에칭 공정보다 크게 한다. 불소계 반응 가스의 공급 유량은 바람직하게는 제1 에칭 공정과 동일하게 한다. 제2 에칭 공정에서의 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스의 혼합비는 예를 들면 불소계 반응 가스:산화성 반응 가스=9:5 내지 1:3 정도가 바람직하고, 1:1 내지 1:2 정도가 보다 바람직하다.
산화성 반응 가스의 유량을 증대시킴으로써, 처리 가스 전체의 유량이 증대한다. 이에 따라, 피처리물 (90) 상에서의 처리 가스의 유속이 증대한다. 따라서, 피처리물 (90)의 표면 상의 수분이 비산되기 쉬워진다. 따라서, 제1 실시 형태와 같이, 실리콘막 (93)의 바탕막 (92)에 대한 선택비를 크게 할 수 있다. 불소계 반응 가스에 대해서는, 제1 에칭 공정과 동일 유량으로 함으로써 실리콘의 에칭 속도의 저하를 억제할 수 있다. 이 결과, 실리콘 잔막 (93a)를 양호한 에칭 속도로 선택적으로 에칭하여 제거할 수 있고, 또한 바탕막 (92)의 오버 에칭량 d를 작게 할 수 있다.
제8 실시 형태에서는 산화성 반응 가스가 유속 조절용 가스를 겸하기 때문에, 유속 조절 전용의 가스(예를 들면 N2)가 불필요하다. 따라서, 소요의 가스종을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 개변을 할 수 있다.
예를 들면, 에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)은 비정질 실리콘에 한정되지 않고, 폴리실리콘일 수도 있고, 단결정 실리콘일 수도 있다.
에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)은 실리콘에 한정되지 않고, 산화규소, 탄화규소, 산화탄화규소 등일 수도 있다.
에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)이 산화규소인 경우, 처리 가스가 산화성 반응 성분을 포함할 필요는 없다. 따라서, 산소계 원료 공급부 (34)를 생략할 수 있다.
에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)이 탄화규소 또는 산화탄화규소인 경우, 가열 조작에 의해 실리콘으로 변환할 수 있고, 그 후 상기 실시 형태와 동일하게 하여 에칭할 수 있다.
바탕막 (92)는 질화규소에 한정되지 않고, 에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)과는 다른 성분이면 된다.
비정질 실리콘 등의 실리콘으로 이루어지는 실리콘 함유막 (93)에 대하여, 바탕막 (92)가 산화규소일 수도 있다.
에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)이 산화규소인 경우, 바탕막은 예를 들면 질화규소일 수도 있다.
에칭 대상인 실리콘 함유막 (93)이 탄화규소이나 산화탄화규소인 경우, 바탕막 (92)는 예를 들면 질화규소 또는 산화규소일 수도 있다.
바탕막의 성분 등에 따라서는, 에칭이 진행함에 따라서 실리콘의 바탕막에 대한 선택비를 크게 하기 위해서, 피처리물 (90) 상에서의 처리 가스 유속을 작게 할 수도 있다. 제2 에칭 공정에서의 처리 가스 유속을 제1 에칭 공정보다 작게 할 수도 있다. 처리 가스 유속을 작게 한 후, 크게 할 수도 있다. 처리 가스 유속을 크게 한 후, 작게 할 수도 있다. 처리 가스 유속을 단계적으로 변화시키는 데 한정되지 않고, 연속적으로 변화(점감 또는 점증)시킬 수도 있다.
유속 조절용 가스 공급부 (60)이 혼합 모드인 때, 유속 조절용 가스(N2)의 혼합 유량을 단계적 또는 연속적으로 변화시킬 수도 있다.
유속 조절 수단이 처리 가스의 유속을 변화시키기 위해서, 처리 가스 공급계 (10)에 유속 조절용 가스(N2)를 혼합하는 대신에, 또는 유속 조절용 가스(N2)를 혼합하는 것에 추가로, 불소계 원료 가스(CF4+Ar)의 유량을 변화시킬 수도 있고, 불소계 원료 가스 중의 희석 가스(Ar)의 유량을 변화시킬 수도 있고, 산소계 원료(O2)의 유량을 변화시킬 수도 있다.
유속 조절 수단이 처리 가스의 유속을 변화시키기 위해서, 가스 유량을 조절하는 대신에, 또는 가스 유량을 조절하는 것에 추가로, 분출부 (59)의 개구도를 조절할 수도 있다. 분출부 (59)와 피처리물 (90) 사이에 구획된 가스로의 두께(분출부 (59)와 피처리물 (90) 사이의 거리)를 조절할 수도 있다.
불소계 원료로서, CF4 대신에, C2F6, C3F6, C3F8 등의 다른 PFC(퍼플루오로카본)를 이용할 수도 있고, CHF3, CH2F2, CH3F 등의 HFC(히드로플루오로카본)를 이용할 수도 있고, SF6, NF3, XeF2 등의 PFC 및 HFC 이외의 불소 함유 화합물을 이용할 수도 있다.
희석 가스로서, Ar 대신에, He, Ne, N2 등의 다른 불활성 가스를 이용할 수도 있다.
산소계 원료로서, O2 대신에, NO, NO2, N2O 등의 산소 함유 화합물을 이용할 수도 있다.
물 (H2O) 대신에, OH기 함유 화합물을 이용할 수도 있다. OH기 함유 화합물로서, 과산화수소수(H2O2)나 에탄올이나 메탄올 등의 알코올을 들 수 있다. 다만, 과산화수소수의 경우에는 반응성이 높아, 안정적으로 불소계 반응 성분의 가스에 첨가하는 것이 어렵다. 또한, 알코올의 경우에는 플라즈마 중에 도입되었을 때에 탄소 성분(C)이 반응하여, 유기 중합체가 생성되기 때문에, 그 분해·제거가 필요하게 된다. 그 때문에 간편하고 안정적으로 공급할 수 있는 H2O가 바람직하다.
산화성 반응 성분을 플라즈마 생성부 (44) 또는 오존 발생기 (48)을 이용하여 생성하는 대신에, O3 등의 산화성 반응 성분 그 자체를 탱크 등에 비축해두고, 이 탱크로부터 산화성 반응 성분을 취출하여 불소계 반응 성분과 혼합할 수도 있다.
제3 실시 형태(도 4) 및 제4 실시 형태(도 5)에 있어서, 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스를 혼합하지 않고서 서로 다른 분출부로부터 피처리물로 향하여 분출하도록 할 수도 있다.
제1 에칭 공정으로부터 제2 에칭 공정으로 전환하는 타이밍은 바탕막 (92)가 노출된 단계에 한정되지 않고, 바탕막 (92)가 노출하기 조금 전의 단계에 설정할 수도 있다.
처리 가스 공급계 (10)을 복수 설치하고, 피처리물 (90)에 대향하는 계 (10)을 전환 수단으로 선택적으로 전환하는 경우, 처리 가스 공급계 (10)은 2개(제5, 제6 실시 형태(도 6, 도 7)) 또는 3개(제7 실시 형태(도 8))에 한정되지 않고, 4개 이상 설치할 수도 있다.
복수의 처리 가스 공급계 (10) 중 적어도 2개의 처리 가스 공급계 (10)의 가스 유량 나아가서는 유속이 상이하면 되고, 복수의 처리 가스 공급계 (10)의 모든 가스 유량 나아가서는 유속이 1단씩 다른 데 한정되지 않고, 복수(3개 이상)의 처리 가스 공급계 (10) 중 일부 (2개 이상)의 처리 가스 공급계 (10)의 가스 유량 나아가서는 유속이 서로 동일할 수도 있다.
제7 실시 형태(도 8)에 있어서, 처리 가스 공급계 (10X)를 2개 병설하고, 장치 (1) 전체에서 처리 가스 공급계 (10)을 4개 설치할 수도 있다. 이 구조는 실리콘 함유막 (93)의 두께가 크고, 1개의 처리 가스 공급계 (10X)에서 에칭할 수 있는 양이 실리콘 함유막 (93)의 두께의 반 미만인 경우에 바람직하다. 즉, 처리 가스 공급계 (10X)를 2개 설치함으로써 실리콘 함유막 (93)의 반 이상 내지는 대부분을 양호한 에칭 속도로 에칭할 수 있다. 그 후, 처리 가스 공급계 (10Y)에서 실리콘의 선택비를 크게 하여 에칭하고, 계속해서 처리 가스 공급계 (10Z)에서 실리콘의 선택비를 더 크게 하여 에칭한다.
실리콘 함유막 (93)의 두께에 따라서는, 처리 가스 공급계 (10X)를 3개 이상 병설할 수도 있다.
제7 실시 형태(도 8)에 있어서, 1단째의 처리 가스 공급계 (10X)에도 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 설치할 수도 있다.
복수의 실시 형태를 서로 조합할 수도 있다. 예를 들면, 제3 내지 제7 실시 형태(도 4 내지 도 8)의 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 제1 실시 형태(도 1)와 같이 원료 공급 라인 (30)에 접속할 수도 있다.
제5 내지 제7 실시 형태(도 6 내지 도 8)의 각 처리 가스 공급계 (10)을 제3, 제4 실시 형태(도 4, 도 5)와 같이 불소계 반응 성분과 산화성 반응 성분이 서로 다른 루트에서 생성되는 구성으로 할 수도 있다.
제8 실시 형태(도 9)에 있어서, 오존 발생기 (48) 대신에, 제3 실시 형태(도 4)의 플라즈마 생성부 (44)를 이용할 수도 있다.
제1, 제2 실시 형태(도 1, 도 3)에 있어서, 제8 실시 형태와 같이, 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 생략하고, 이것 대신에, 산소계 원료 공급부 (34)의 원료 공급 라인 (30)에의 접속로 상에 유량 조절부 (61)을 설치하고, 산소계 원료 가스나아가서는 산화성 반응 성분을 유속 조절용 가스로서 대용할 수도 있다. 이 경우, 산소계 원료 가스의 유량 변화에 수반하는, 플라즈마 생성부 (40)에서의 방전의 안정성 및 불소계 반응 가스의 생성 효율에 대한 영향에 유의한다.
제5, 제6 실시 형태(도 6, 도 7)에 있어서, 제8 실시 형태와 같이, 처리 가스 공급계 (10B)의 유속 조절용 가스 공급부 (60B)를 생략하고, 이것 대신에, 산소계 원료 공급부 (34B)의 원료 공급 라인 (30B)에의 접속로 상에 유량 조절부 (61)을 설치하고, 산소계 원료 가스 나아가서는 산화성 반응 성분을 유속 조절용 가스로서 대용할 수도 있다. 이 경우, 산소계 원료 가스의 유량 변화에 수반하는, 플라즈마 생성부 (40B)에서의 방전의 안정성 및 불소계 반응 가스의 생성 효율에 대한 영향에 유의한다.
제7 실시 형태(도 8)에 있어서, 제8 실시 형태와 같이, 처리 가스 공급계 (10Y), (10Z)의 유속 조절용 가스 공급부 (60Y), (60Z)를 생략하고, 이것 대신에, 산소계 원료 공급부 (34Y), (34Z)의 원료 공급 라인 (30Y), (30Z)에의 각 접속로 상에 유량 조절부 (61)을 설치하고, 산소계 원료 가스 나아가서는 산화성 반응 성분을 유속 조절용 가스로서 대용할 수도 있다. 이 경우, 산소계 원료 가스의 유량 변화에 수반하는, 플라즈마 생성부 (40Y), (40Z)의 방전에 있어서의 안정성 및 불소계 반응 가스의 생성 효율에 대한 영향에 유의한다.
제5 내지 제7 실시 형태(도 6 내지 도 8)의 각 처리 가스 공급계 (10)을 제3, 제4 실시 형태(도 4, 도 5)와 같이 불소계 반응 성분과 산화성 반응 성분이 서로 다른 루트에서 생성되는 구성으로 하고, 또한 처리 가스 공급계 (10B), (10X), (10Y)에 대해서 제8 실시 형태(도 9)와 같이 산화성 반응 성분을 유속 조절용 가스로서 대용하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 산소계 원료 가스의 유량 변화에 상관없이, 플라즈마 생성부 (40B), (40X), (40Y)에서의 방전의 안정성을 확보할 수 있고, 불소계 반응 가스의 생성 효율을 안정시킬 수 있고, 나아가서는 실리콘 함유막의 에칭 속도의 변동을 억제할 수 있다.
본 발명의 에칭 방법 및 에칭 장치는 레지스트 등으로 패터닝된 피처리물의 패턴 에칭 외에, 피처리물의 표면에 부착된 실리콘을 포함하는 오염 물질의 제거, 실리콘 웨이퍼나 유리의 조화 부분의 평탄화, 실리콘 웨이퍼나 유리의 표면 또는 이면의 조화 등에도 응용할 수 있다.
<실시예 1>
실시예를 설명한다. 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않다.
도 5의 에칭 장치를 이용하여, 비정질 실리콘막을 제1 에칭 공정과 제2 에칭 공정의 2단계에서 에칭 처리를 행하였다. 바탕막은 질화규소이고, 이 바탕막에 비정질 실리콘이 적층된 샘플을 이용하였다.
우선, 제1 에칭 공정을 행하였다.
불소계 원료로서 CF4를 이용하였다. 희석 가스로서 Ar을 이용하였다. CF4를 Ar으로 희석하여 불소계 원료 가스(CF4+Ar)를 얻었다. 혼합비는 이하와 같다.
CF4:Ar=10:90
상기한 불소계 원료 가스(CF4+Ar)에 시판되고 있는 수분 첨가 장치로 수분을 첨가하였다. 수분량은 노점 온도가 18℃가 되도록 제어하였다.
유속 조절용 가스 공급부 (60)은 정지 모드로 하였다.
수소 첨가 후의 불소계 원료 가스(CF4+Ar+H2O)를 플라즈마 생성부 (40)에서 플라즈마화하여, 불소계 반응 가스를 얻었다. 플라즈마 방전 조건은 이하와 같다.
전극 사이 간격: 1 mm
전극 사이 전압: 12 kV
전원 주파수: 40 kHz(펄스파)
별도로, 산소계 원료 가스로서 O2 가스를 오존 발생기 (48)에 도입하여 산화성 반응 가스(O2+O3)를 얻었다. 산화성 반응 가스의 오존 농도는 약 8％였다.
플라즈마 생성부 (40)으로부터의 불소계 반응 가스와 플라즈마 생성부 (44)로부터의 산화성 반응 가스를 혼합하여 제1 처리 가스를 얻었다. 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스의 부피 혼합비는 1:1로 하였다.
피처리물 (90)을 스테이지(20)에 싣고, 그 상측에 분출부 (53)을 배치하였다. 분출부 (53)으로부터 제1 처리 가스를 분출하면서, 분출부 (53)을 피처리물 (90)의 일단으로부터 타단까지의 사이를 왕복하도록 이동(스캔)시켰다. 이동 속도는 4 m/분으로 하였다. 왕(往)방향 또는 복(復)방향의 편도 이동을 스캔 1회로 하여, 스캔을 18회 행하고, 제1 에칭 공정을 종료하였다. 이 때, 피처리물 (90)의 표면에는 0.1 내지 10 ㎛의 반점상의 비정질 실리콘 (93a)가 남아 있었다(도 2(b)(c) 참조).
제1 에칭 공정의 비정질 실리콘막의 에칭 속도는 10.1 nm/scan이고, 비정질 실리콘막의 질화규소막에 대한 선택비는 약 1.3이었다.
계속해서, 제2 에칭 공정을 행하였다. 제2 에칭 공정에서는, 유속 조절용 가스 공급부 (60)을 혼합 모드로 하였다. 불소계 반응 가스와 유속 조절용 가스(N2)의 혼합비는 불소계 반응 가스:유속 조절용 가스=2:3으로 하였다. 분출부 (53)의 스캔 횟수는 4회로 하였다. 제2 에칭 공정의 그 밖의 처리 조건은 제1 에칭 공정과 동일한 것으로 하였다.
제2 에칭 공정에 의해서 잔여 비정질 실리콘 (93a)를 완전히 제거할 수 있었다.
제2 에칭 공정의 비정질 실리콘막의 에칭 속도는 8.6 nm/scan으로서, 비정질 실리콘막의 질화규소막에 대한 선택비는 제1 에칭 공정보다 높아, 약 2.3이었다. 따라서, 바탕의 질화규소막(92)의 오버 에칭을 작게 할 수 있는 것이 확인되었다.
<실시예 2>
유속 조절용 가스의 처리 가스에의 혼합비와, 비정질 실리콘의 질화규소에 대한 선택비와의 관계를 조사하였다. 실시예 1과 동일하게, 도 5의 에칭 장치를 이용하였다. 처리 가스의 원료 성분 및 생성 조건은 실시예 1과 동일하였다. 이 처리 가스에 유속 조절용 가스로서 질소(N2)를 혼합하고, 또한 질소의 혼합 유량을 변화시켰다. 비정질 실리콘(a-Si)과 질화규소(SiNx)의 에칭 속도를 측정하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 질화규소(SiNx)에 대한 선택비를 산출하였다.
결과를 도 10에 도시하였다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 유속 조절용 가스(N2)의 혼합비가 증대함에 따라서, 비정질 실리콘(a-Si)의 에칭 속도도 질화규소(SiNx)의 에칭 속도도 함께 저하되었지만, 질화규소(SiNx) 쪽이 비정질 실리콘(a-Si)보다 에칭 속도의 저하 정도가 컸다. 그 때문에 유속 조절용 가스(N2)의 혼합비가 증대함에 따라서, 비정질 실리콘(a-Si)의 질화규소(SiNx)에 대한 선택비가 증대하였다. 이 결과로부터, 제2 에칭 공정에서, 적절한 양의 유속 조절용 가스를 처리 가스에 혼합하여 유속을 증대시킴으로써, 질화규소막 (92)의 오버 에칭을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
<실시예 3>
도 9의 에칭 장치를 이용하여, 유속 조절용 가스를 산화성 반응 가스로 대용한 경우의, 산화성 반응 가스의 불소계 반응 가스에 대한 혼합비와, 비정질 실리콘의 질화규소에 대한 선택비의 관계를 조사하였다.
불소계 반응 가스의 원료 성분 및 생성 조건은 실시예 1과 동일한 것으로 하였다. 다만, 실시예 3에서는 실시예 1과 달리, 유속 조절용 가스로서의 N2 가스를 사용하고 있지 않다. 별도로, 실시예 1과 동일하게, 오존 발생기 (48)에 의해서 오존 함유 가스(O2+O3)로 이루어지는 산화성 반응 가스를 생성하였다. 불소계 반응 가스와 산화성 반응 가스의 부피 혼합비를 2:1 내지 1:2이 되도록 산화성 반응 가스의 유량을 변화시켰다. 불소계 반응 가스의 유량은 일정으로 하였다. 비정질 실리콘(a-Si)과 질화규소(SiNx)의 에칭 속도를 측정하고, 비정질 실리콘(a-Si)의 질화규소(SiNx)에 대한 선택비를 산출하였다.
결과를 도 11에 도시하였다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 산화성 반응 가스의 혼합비가 증대함에 따라서, 비정질 실리콘(a-Si)의 에칭 속도도 질화규소(SiNx)의 에칭 속도도 함께 저하되었지만, 질화규소(SiNx) 쪽이 비정질 실리콘(a-Si)보다 에칭 속도의 저하 정도가 컸다. 그 때문에 산화성 반응 가스의 혼합비가 증대함에 따라서, 비정질 실리콘(a-Si)의 질화규소(SiNx)에 대한 선택비가 증대하였다. 이 결과로부터, 제2 에칭 공정에서, 산화성 반응 가스의 유량을 증가시켜 처리 가스의 유속을 증대시킴으로써, 질화규소막 (92)의 오버 에칭을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명은 예를 들면 평판 디스플레이(FPD)나 반도체 웨이퍼의 제조에 적용 가능하다.

Claims (27)

  1. 불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물에 접촉시키고,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 실리콘 함유막의 에칭 방법이며,
    상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 50 내지 99.9%를 에칭하는 기간(이하 「제1 에칭 공정」이라고 칭함)의 상기 유속을 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분 중 상기 제1 에칭 공정 후에 남은 부분을 에칭하는 기간(이하 「제2 에칭 공정」이라고 칭함)의 상기 유속보다 작게 하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 에칭 공정에서 상기 유속을 단계적으로 크게 하고, 상기 제2 에칭 공정에서의 상기 유속을 상기 제1 에칭 공정의 최종 단계보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리 가스의 유량을 변화시킴으로써 상기 유속을 변화시키는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  4. 불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물에 접촉시키고,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 실리콘 함유막의 에칭 방법이며,
    상기 불소계 반응 성분이, 불소계 원료를 포함하며 H2O 또는 OH기 함유 화합물이 첨가된 불소계 원료 가스를 대기압 근방의 플라즈마 공간에 통과시켜서 생성되고,
    상기 플라즈마 공간보다 상류측에서 상기 불소계 원료 가스에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 방법.
  5. 불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물에 접촉시키고,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 실리콘 함유막의 에칭 방법이며,
    상기 불소계 반응 성분이, 불소계 원료를 포함하며 H2O 또는 OH기 함유 화합물이 첨가된 불소계 원료 가스를 대기압 근방의 플라즈마 공간에 통과시켜서 생성되고,
    상기 플라즈마 공간보다 하류측에서 상기 처리 가스에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 유속 조절용 가스가 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 처리 가스가 산화성 반응 가스를 포함하며,
    상기 산화성 반응 가스의 유량을 변화시킴으로써 상기 처리 가스의 유량을 변화시키고, 나아가서는 상기 유속을 변화시키는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유속 조절용 가스가 산화성 반응 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  9. 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
    불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 유속 조절 수단을 구비하며,
    상기 유속 조절 수단이, 상기 유속을 에칭이 진행함에 따라서 단계적으로 크게 하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 장치.
  10. 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
    불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 유속 조절 수단을 구비하며,
    상기 유속 조절 수단이, 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 50 내지 99.9%가 에칭되기까지 상기 유속을 나머지 실리콘 함유막을 에칭할 때의 상기 유속보다 작게 하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 유속 조절 수단이 상기 처리 가스의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  12. 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
    불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 유속 조절 수단을 구비하며,
    상기 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O 또는 OH기 함유 화합물이 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하며,
    상기 유속 조절 수단이, 상기 원료 공급 라인에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 장치.
  13. 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
    불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 상기 피처리물에 공급하는 처리 가스 공급계와,
    상기 처리 가스의 피처리물 상에서의 유속을 에칭의 진행에 따라서 변화시키는 유속 조절 수단을 구비하며,
    상기 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O 또는 OH기 함유 화합물이 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하며,
    상기 유속 조절 수단이, 상기 플라즈마 공간보다 하류측의 처리 가스 공급계에 유속 조절용 가스를 혼합하거나 또는 혼합을 정지하여, 이 유속 조절용 가스의 유량에 의해서 상기 유속을 조절하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 함유막의 에칭 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 처리 가스 공급계가, 상기 불소계 반응 성분을 함유하는 불소계 반응 가스를 상기 피처리물에 공급하는 불소계 반응 가스 공급계와, 산화성 반응 성분을 함유하는 산화성 반응 가스를 상기 피처리물에 공급하는 산화성 반응 가스 공급계를 포함하며,
    상기 유속 조절 수단이 상기 산화성 반응 가스 공급계의 공급 가스 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  15. 실리콘 함유막이 바탕막에 적층된 피처리물을 에칭하는 장치에 있어서,
    불소계 반응 성분을 포함하는 처리 가스를 분출하는 복수의 처리 가스 공급계와,
    처리 가스가 상기 피처리물에 분무되는 처리 가스 공급계를 에칭의 진행에 따라서 선택적으로 전환하는 전환 수단
    을 구비하며, 상기 복수의 처리 가스 공급계 중 적어도 2개의 처리 가스 공급계로부터의 처리 가스가 피처리물에 분무되었을 때의 피처리물 상에서의 유속이 서로 다른 것을 특징으로 하는 실리콘 함유막의 에칭 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전환 수단이, 에칭이 진행함에 따라서 상기 유속이 전 단계보다 큰 처리 가스 공급계를 선택하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 전환 수단이, 상기 실리콘 함유막의 에칭하여야 할 부분의 50 내지 99.9%가 에칭되기까지 상기 유속이 나머지 실리콘 함유막을 에칭할 때의 상기 유속보다 작은 처리 가스 공급계를 선택하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 복수의 처리 가스 공급계 중 적어도 2개의 처리 가스 공급계의 처리 가스의 유량이 서로 다른 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  19. 제15항에 있어서, 각 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O 또는 OH기 함유 화합물이 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하며,
    적어도 1개의 처리 가스 공급계의 원료 공급 라인에 유속 조절용 가스를 합류시키는 유속 조절용 가스 공급부가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  20. 제15항에 있어서, 각 처리 가스 공급계가, 대기압 근방의 플라즈마 공간을 형성하는 플라즈마 생성부와, 상기 불소계 반응 성분이 되는 불소계 원료를 포함하며 H2O 또는 OH기 함유 화합물이 첨가된 불소계 원료 가스를 상기 플라즈마 공간에 도입하는 원료 공급 라인을 포함하며,
    적어도 1개의 처리 가스 공급계의 상기 플라즈마 공간보다 하류측의 처리 가스 공급계에 유속 조절용 가스를 합류시키는 유속 조절용 가스 공급부가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  21. 제12항, 제13항, 제19항 및 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유속 조절용 가스가 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
  22. 제12항, 제13항, 제19항 및 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유속 조절용 가스가 산화성 반응 가스인 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
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