KR101900136B1 - 플라즈마 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행할 때, 고주파의 반사파를 억제하여 플라즈마를 안정시키는 것을 목적으로 한다.
고주파 전력을 공급하고, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 제1 프로세스 조건에 기초하여 플라즈마 에칭을 행하는 제1 에칭 공정과, 제1 프로세스 조건과 상이한 제2 프로세스 조건에 기초하여 플라즈마 에칭을 행하는 제2 에칭 공정과, 상기 제1 및 제2 에칭 공정 사이에, 고주파 전력을 간헐적으로 공급하는 전환 공정을 가지며, 상기 전환 공정에 있어서의 상기 고주파 전력의 실효 전력은, 상기 제2 에칭 공정에 있어서의 고주파 전력의 실효 전력 이하인 플라즈마 에칭 방법이 제공된다.

Description

플라즈마 에칭 방법{PLASMA ETCHING METHOD}
본 발명은 플라즈마 에칭 방법에 관한 것이다.
예컨대 적층막을 에칭할 때, 플라즈마를 유지시키면서 하나의 에칭 공정에서 다른 에칭 공정으로 프로세스를 전환하는 에칭 방법(이하, 「컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭 방법」이라고도 함)이 알려져 있다.
컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭 방법에서는, 2개의 에칭 공정의 전환 공정시, 가스가 바뀔 뿐만 아니라 챔버 내의 컨디션이 바뀐다. 그 때문에, 플라즈마의 방전 조건이 변화되고, 고주파의 반사파가 발생하기 쉬워진다. 고주파의 반사파의 발생이 많아지면 플라즈마가 불안정해져서, 목적으로 하는 플라즈마 처리를 행하기 어렵게 된다. 이 때문에, 가스를 전환할 때에 고주파 전원의 주파수를 튜닝하여 RF 반사파를 억제하는 기술이 제안되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이것에 따르면, 플라즈마를 안정시키고, 또한 고주파의 반사파를 억제할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제5014435호 명세서
그러나, 컨티뉴어스 플라즈마를 사용하는 에칭 방법에서는, 2개의 에칭 공정에서 상이한 가스가 사용되는 경우, 이들 상이한 가스가 챔버 내에서 혼재되는 시간대가 생긴다. 가스가 혼재되어 있는 동안에 에칭이 촉진되면 프로세스 조건에 합치한 가스에 의한 에칭이 아니기 때문에, 전환 공정에서 의도하지 않은 에칭이 행해져 버리는 경우가 있다. 따라서, 전환 공정에서는, 고주파의 반사파를 억제함으로써 에칭의 균일성을 도모하고, 또한 저전력의 고주파를 공급함으로써 에칭이 촉진되는 것을 억제하는 것이 요구된다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행할 때, 고주파의 반사파를 억제하여 플라즈마를 안정시키는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 양태에 따르면, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 제1 프로세스 조건에 기초하여 플라즈마 에칭을 행하는 제1 에칭 공정과, 제1 프로세스 조건과 상이한 제2 프로세스 조건에 기초하여 플라즈마 에칭을 행하는 제2 에칭 공정과, 상기 제1 및 제2 에칭 공정 사이에, 고주파 전력을 간헐적으로 인가하는 전환 공정을 가지며, 상기 전환 공정은, 바이어스용 고주파 전력의 실효 전력을 상기 제2 에칭 공정에서 인가하는 바이어스용 고주파 전력의 실효 전력보다도 낮게 하는 플라즈마 에칭 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행할 때, 고주파의 반사파를 억제하여 플라즈마를 안정시킬 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 개략도와 RF 펄스파의 설명도.
도 2는 일 실시형태에 따른 에칭 대상막의 일례를 나타낸 도면.
도 3은 일 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리의 일례를 나타낸 도면.
도 4는 일 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리 결과의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 일 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리 결과의 다른 예를 나타낸 도면.
도 6은 일 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리 결과(Duty)의 다른 예를 나타낸 도면.
도 7은 일 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리 결과(Duty)의 다른 예를 나타낸 도면.
도 8은 일 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리 결과(주파수)의 다른 예를 나타낸 도면.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복된 설명을 생략한다.
[플라즈마 처리 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 전체 구성을 나타낸다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 예컨대 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어진 원통형 챔버(C)를 갖고 있다. 챔버(C)는, 접지되어 있다.
챔버(C)의 내부에는 배치대(21)가 마련되어 있다. 배치대(21)는, 예컨대 알루미늄(Al)이나 티탄(Ti), 탄화규소(SiC) 등의 재질로 이루어지고, 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼 W」라고도 함)를 배치한다.
가스는 가스 공급원(10)으로부터 출력되고, 챔버(C)의 천정부로부터 챔버(C)의 내부로 도입된다. 챔버(C)의 바닥부에는, 배기구를 형성하는 배기관이 마련되고, 배기관은 배기 장치(40)에 접속되어 있다. 배기 장치(40)는, 터보 분자 펌프나 드라이 펌프 등의 진공 펌프로 구성되며, 챔버(C) 내의 처리 공간을 소정의 진공도까지 감압하고, 챔버(C) 내의 가스를 배기로 및 배기구로 유도하여, 배기한다.
고주파 전원(31)은, 정합기(30)를 통해 배치대(21)에 접속되어 있다. 고주파 전원(31)은, 예컨대 수 ㎑~수십 ㎑의 고주파 전력을 공급하고, 배치대(21)에 인가한다. 이와 같이 하여, 배치대(21)는 하부 전극으로서도 기능한다. 또한, 고주파 전원(31) 외에, 플라즈마 생성용 고주파 전원이 설치되어도 좋다.
제어 장치(50)는, CPU(51), ROM(52)(Read Only Memory), RAM(53)(Random Access Memory) 및 HDD(54)(Hard Disk Drive)를 갖는다. RAM(53)이나 HDD(54)에 기억된 레시피로 설정된 가스종이나 고주파 전력이나 압력 등의 프로세스 조건 및 절차에 따라, 플라즈마 처리 장치(1)를 제어하여 소정의 플라즈마 에칭 처리를 실행시킨다. 또한, 제어 장치(50)의 기능은, 소프트웨어를 이용하여 실현되어도 좋고, 하드웨어를 이용하여 실현되어도 좋다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에서 플라즈마 에칭 처리를 행할 때에는, 우선 웨이퍼(W)가, 반송 아암 상에 유지된 상태에서 게이트 밸브로부터 챔버(C) 내로 반입된다. 웨이퍼(W)는, 배치대(21)의 위쪽에서 푸셔핀에 의해 유지되고, 푸셔핀이 강하함으로써 배치대(21) 상에 배치된다. 게이트 밸브는, 웨이퍼(W)를 반입한 후에 폐쇄된다. 챔버(C)의 내부는, 배기 장치(40)에 의해 소정의 압력치까지 감압되고, 유지된다. 가스가, 가스 공급원(10)으로부터 출력되어, 챔버(C)의 내부로 도입된다. 소정의 고주파 전력이, 고주파 전원(31)으로부터 출력되어, 배치대(21)에 인가된다.
도입된 가스가 고주파 전력에 의해 전리(電離)되는 등으로 플라즈마가 생성된다. 생성된 플라즈마의 작용에 의해 웨이퍼(W)에 에칭 가공이 행해진다. 에칭 가공이 끝나면, 웨이퍼(W)는, 반송 아암 상에 유지되고, 챔버(C)의 외부로 반출된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭 처리가 완료된다.
(정합기)
도 1에 도시된 정합기(30)는, 정합기(임피던스 회로)의 구체적인 구성의 일례이다. 정합기(30)는, 직렬로 접속된 가변 콘덴서(C1)와 인덕터(L)를 갖는다. 정합기(30)는, 인덕터(L)에 병렬로 접속된 가변 콘덴서(C2)를 더 갖는다.
정합기(30)는, 가변 콘덴서(C1) 및 가변 콘덴서(C2)의 각각의 트리머의 위치를 바꿈으로써, 가변 콘덴서(C1) 및 가변 콘덴서(C2)의 각각의 커패시턴스를 변화시킬 수 있다. 이와 같이 하여 정합기(30)의 임피던스치를 변화시킴으로써 정합기(30)는 고주파 전원(31)의 출력 임피던스와, 챔버(C) 내부의 플라즈마의 부하 임피던스를 일치시키도록 기능한다. 이 결과, 고주파 반사파의 발생을 저하시키고, 플라즈마의 안정성을 유지함으로써 플라즈마가 소멸되거나, 목적으로 하는 플라즈마 에칭 처리가 실행되는 것을 막을 수 있다. 또한, 이하에서는, 고주파 전원(31)의 출력 임피던스와, 챔버(C) 내부의 플라즈마의 부하 임피던스를 일치시키는 것을, 「임피던스 정합」이라고 한다.
(컨티뉴어스 플라즈마)
본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법에서는, 플라즈마를 유지시키면서 하나의 에칭 공정(이하, 「제1 에칭 공정」이라고도 함)에서 다른 에칭 공정(이하, 「제2 에칭 공정」이라고도 함)으로 프로세스를 전환한다.
이러한 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭 방법에서는, 2개의 에칭 공정을 전환할 때, 가스가 바뀔 뿐만 아니라 챔버(C) 내부의 컨디션이 바뀌기 때문에, 플라즈마의 방전 조건이 변화되고, 고주파의 반사파가 발생하기 쉬워진다.
구체적으로는, 챔버(C)의 내부에 있어서 플라즈마의 방전 조건이 변화함에 따라, 정합기(30)가, 고주파 전원(31)의 출력 임피던스와 플라즈마측의 부하 임피던스를 일치시키도록 기능한다. 그러나, 출력 임피던스와 부하 임피던스를 일치시키기 위한 가변 콘덴서(C1) 및 가변 콘덴서(C2)의 트리머 위치의 변동량이 큰 경우, 새로운 플라즈마의 방전 조건에 따른 정합 위치까지 트리머의 위치를 이동시키는 데 시간이 걸린다. 이에 따라, 출력 임피던스와 부하 임피던스가 일치하지 않는 시간이 길어지고, 고주파의 반사파가 발생한다고 고려된다. 즉, 출력 임피던스와 부하 임피던스와의 임피던스 정합에, 가변 콘덴서(C1) 및 가변 콘덴서(C2)가 조급하게 다 추종할 수 없기 때문에, 고주파의 반사파가 발생하여, 플라즈마가 불안정해진다고 고려된다.
고주파의 반사량이 많아져 플라즈마가 불안정해지면, 플라즈마 에칭 처리를 균일하게 행하기 어려워진다. 그래서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 제1 에칭 공정에서 제2 에칭 공정으로 프로세스를 전환할 때에 전환 공정을 마련하여, 전환 공정에서 고주파의 반사파를 억제한다.
본 실시형태에 따른 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭 방법에서는, 제1 에칭 공정은 제1 프로세스 조건에 기초하여 플라즈마 에칭을 행한다. 제2 에칭 공정은, 제1 프로세스 조건과 상이한 제2 프로세스 조건에 기초하여 플라즈마 에칭을 행한다.
프로세스 조건은, 전환 공정의 개시에 따라 제1 프로세스 조건에서 제2 프로세스 조건으로 전환된다. 단, 전환 공정에 있어서의 고주파 전력의 제어는, 제1 및 제2 에칭 공정에 있어서의 고주파 전력의 제어와는 상이하다. 또한, 가스는, 전환 공정의 개시 전에, 제1 프로세스 조건에서 제2 프로세스 조건으로 전환되는 것이 바람직하다.
가스가, 제1 프로세스 조건의 가스에서 제2 프로세스 조건의 가스로 교체될 때까지는 시간이 걸린다. 이 때문에, 전환 공정 동안, 챔버(C)의 내부는 제1 및 제2 프로세스 조건으로 설정되어 있지 않은 가스가 혼재된 상태가 된다. 따라서, 전환 공정에서 의도하지 않은 에칭이 행해져 버리는 경우가 있다. 따라서, 전환 공정에서는, 에칭이 극력 억제되는 것이 바람직하다.
그래서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 예컨대 100 W~200 W의 저전력의 고주파를 배치대(21)에 인가함으로써, 전환 공정에 있어서의 에칭을 억제한다. 그런데, 이러한 저전력의 고주파에서는 플라즈마의 제어가 어려워진다. 또한, 전술한 바와 같이, 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭 방법에서는, 전환시에 고주파의 반사파가 발생하기 쉬워진다.
이상의 과제를 감안하여, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행할 때, 전환 공정에서 저전력의 고주파를 간헐적으로 공급(펄스 제어)한다. 이에 따라, 전환 공정에서 에칭을 억제하면서, 고주파의 반사파를 억제하여 플라즈마를 안정시킬 수 있다.
고주파 전력의 제어는 제어 장치(50)에 의해 행해진다. 「고주파 전력이 간헐적으로 인가된다」란, 도 1에 도시된 바와 같이 고주파 전력이 배치대(21)에 인가되어 있는 시간을 Ton으로 하고, 인가되어 있지 않은 시간을 Toff로 하여, 1/(Ton+Toff)의 주파수의 펄스파의 고주파가 배치대(21)에 인가되는 상태를 말한다. 듀티(Duty)비는, 시간 Ton 및 시간 Toff의 총 시간에 대한 인가되어 있는 시간 Ton의 비율, 즉 Ton/(Ton+Toff)으로 표시된다.
[플라즈마 에칭 방법]
다음에, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법에 의해 에칭되는 대상막의 일례를 도 2에 나타낸다. 본 실시형태에서는, 에칭 대상막은, 하지막(100) 상에 실리콘 함유 반사 방지막(110)(Siarc), 카본 하드 마스크(120)(CHM: Carbon Hard Mask)가 적층된 구성을 갖는다. 단, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법이 적용되는 에칭 대상막에 한정은 없고, 유기막, 산화막, 질화막 등의 어느 막이어도 좋다.
또한, 제1 에칭 공정이 행해지는 제1 프로세스 조건 및 제2 에칭 공정이 행해지는 제2 프로세스 조건의 일례를 이하에 나타낸다. 단, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법이 적용되는 제1 및 제2 프로세스 조건의 가스종에 한정은 없고, 어떤 종류의 가스여도 좋다. 또한, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법이 적용되는 제1 및 제2 프로세스 조건의 고주파 전력에 한정은 없고, 연속파여도 좋고, 펄스파여도 좋다. 또한, 전환 공정에서 공급되는 고주파 전력은 펄스파로 한정된다.
(제1 에칭 공정(CHM 에칭)에 있어서의 제1 프로세스 조건)
가스종 N2/H2
고주파 전력 연속파 500 W
(제2 에칭 공정(Siarc 에칭)에 있어서의 제2 프로세스 조건)
가스종 CF4
고주파 전력 펄스파 500 W(10 ㎑) 듀티비 30%
(전환 공정에 있어서의 고주파 전력)
고주파 전력 펄스파 200 W(10 ㎑) 듀티비 50%
(컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭)
이상의 프로세스 조건에 기초하여, 도 3에 도시된 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 플라즈마 에칭 방법이 시작되면, 제어 장치(50)는, 레시피에 따라 제1 프로세스 조건에 기초하여 제1 에칭 공정을 실행한다(단계 S10: 제1 에칭 공정). 이에 따라, 제1 에칭 공정에서 카본 하드 마스크(120)가 플라즈마 에칭된다.
다음에, 제어 장치(50)는, 레시피에 따라, 제1 프로세스 조건의 가스에서 제2 프로세스 조건의 가스로 전환된다(단계 S12: 가스의 전환). 이에 따라, 챔버(C)에 공급되는 가스가, N2 가스와 H2 가스의 혼합 가스에서 CF4 가스로 전환된다.
다음에, 제어 장치(50)는 프로세스의 전환을 실행한다(단계 S14: 전환 공정). 전환 공정에서는, 가스를 제외한 프로세스 조건이, 제1 프로세스 조건에서 제2 프로세스 조건으로 전환된다. 또한, 전환 공정에서는, 고주파 전력이 간헐적, 즉 펄스형으로 인가된다. 그 때, 제어 장치(50)는, 전환 공정에 있어서의 실효 전력을 제2 에칭 공정에 있어서의 실효 전력보다도 낮게 제어한다.
실효 전력은, 고주파 전력과 듀티비의 승산에 의해 산출된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 전환 공정에 있어서의 실효 전력은, 100 W(=200 W×0.5)가 되어, 제2 에칭 공정시의 실효 전력 150 W(=500 W×0.3)보다도 낮게 제어되고 있다.
다음에, 제어 장치(50)는, 레시피에 따라 제2 프로세스 조건에 기초하여 제2 에칭 공정을 실행한다(단계 S16: 제2 에칭 공정). 이에 따라, 제2 에칭 공정에서 실리콘 함유 반사 방지막(110)이 플라즈마 에칭된다.
상기에 설명한 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 처리를 실행한 결과의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4의 좌측에 나타낸 비교예에서는, 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭에 있어서, 제1 에칭 공정에서는 연속파의 고주파→전환 공정에서는 연속파의 고주파→제2 에칭 공정에서는 펄스파의 고주파가 인가되어 있다.
이에 비하여, 도 4의 우측에 나타낸 본 실시형태의 일례에서는, 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭에 있어서, 제1 에칭 공정에서는 연속파의 고주파→전환 공정에서는 펄스파의 고주파→제2 에칭 공정에서는 펄스파의 고주파가 인가되어 있다. 또한, 비교예 및 본 실시형태 모두 전환 공정에 있어서의 실효 전력은 100 W이다.
도 4의 결과에 따르면, 비교예의 경우, 전환 공정에서 제2 에칭 공정으로 천이했을 때의 고주파의 반사량(RF Reflect)은 30 W이다. 이에 비하여, 본 실시형태의 경우, 전환 공정에서 제2 에칭 공정으로 천이했을 때의 고주파의 반사량은 15 W로 반감하고 있다.
도 4의 비교예의 가변 콘덴서(C1, C2)를 보면, 플라즈마의 방전 조건이 변화함에 따라 고주파 전원(31)의 출력 임피던스와 플라즈마측의 부하 임피던스를 일치시키기 위한 가변 콘덴서(C1, C2)의 정합 위치의 변동량이 크다. 이에 비하여, 도 4의 본 실시형태의 가변 콘덴서(C1, C2)를 보면, 가변 콘덴서(C1, C2)의 정합 위치의 변동량이 비교예의 경우보다도 작다. 이 때문에, 본 실시형태의 경우, 가변 콘덴서(C1, C2)의 트리머의 위치를 정합 위치에 맞출 때까지의 시간이 비교예의 경우보다도 짧아진다. 이 결과, 본 실시형태에서는, 고주파의 반사량이 비교예의 경우보다도 작아진다고 고려된다.
이상의 결과로부터, 펄스파의 고주파 전력을 인가하는 경우, 실효 전력이 동일한 연속파의 고주파 전력을 인가하는 경우보다도 가변 콘덴서(C1, C1)의 이동량이 감소하는 것을 알 수 있다. 그 이유의 하나로서는, 정합기(30)에서는, 펄스가 온일 때의 고주파 전력에 기초하여 상기한 임피던스 정합이 행해지기 때문에, 펄스가 온일 때의 고주파 전력을 높일수록 가변 콘덴서(C1, C1)의 이동량은 감소한다. 이 결과, 가변 콘덴서(C1, C2)의 트리머의 위치를 정합 위치에 맞출 때까지의 시간이 짧아지고, 고주파의 반사량이 감소한다고 고려된다. 고주파의 반사량이 감소하면, 플라즈마의 안정성이 향상되어, 웨이퍼(W)의 플라즈마 에칭 처리를 균일하게 행할 수 있다. 이 결과, 웨이퍼(W)의 가공 정밀도가 향상되어, 수율을 높일 수 있다.
고주파의 반사파를 저감하기 위해서, 전환 공정에서, 예컨대 100 W 정도의 낮은 고주파 전력의 연속파를 인가하는 것도 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 저전력의 고주파를 사용하여 전환 공정을 행하면, 플라즈마가 챔버(C)의 내부에 확산되기 어렵다. 이 결과, 낮은 전력의 연속파의 고주파를 인가한 경우에는, 에칭의 균일성이 나빠진다.
이에 비하여, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법에서는, 전환 공정에서 고주파 전력의 펄스파를 사용한다. 이에 따라, 연속파의 고주파와 동일한 실효 전력이어도, 펄스가 온일 때의 파워를 높게 할 수 있기 때문에, 플라즈마가 챔버(C) 내로 확산되어, 웨이퍼(W)에 균일하게 에칭 처리를 행하는 것이 가능해지고, 그 결과 웨이퍼(W)의 가공 정밀도가 향상된다.
예컨대, 전력이 200 W인 연속파의 고주파와, 주파수가 10 ㎑, 전력이 400 W, 듀티비가 50%인 펄스파의 고주파는, 200 W의 동일 실효 전력을 갖는다. 그러나, 펄스파의 고주파를 이용한 쪽이 반사파는 억제되는 결과가 된다.
이상, 전환 공정에서 펄스파의 고주파 전력을 인가함으로써, 전환 공정에서 제2 에칭 공정으로 천이했을 때에 발생하는 고주파의 반사량을 작게 할 수 있다는 설명을 행하였다. 이에 덧붙여서, 본 실시형태의 효과로는, 제1 에칭 공정에서 전환 공정으로 천이했을 때에 발생하는 고주파의 반사량도 작게 할 수 있다.
또한, 도 4의 고주파의 전압 진폭(Vpp)을 참조하면, 본 실시형태의 경우, 비교예의 경우에 비해 실효 전력이 동일하여도 전압 진폭(Vpp)은 높게 유지되어 있다. 전압 진폭(Vpp)이 높은 쪽이 플라즈마 유지에 대하여 안정되고 있는 것을 나타내기 때문에, 이것에 의해서도, 전환 공정에서 펄스파의 고주파 전력을 인가하면, 플라즈마의 안정성이 향상되고 있는 것을 알 수 있다.
[플라즈마 에칭 방법(다른 예)]
다음에, 상기 제1 및 제2 프로세스와는 상이한 프로세스 조건에 있어서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법을 행한 경우에 대해서, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는, 상기 다른 프로세스 조건에 있어서 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법을 행한 경우의 결과의 일례를 나타낸다.
이 예에서는, 제1 에칭 공정이 행해지는 제1 프로세스 조건, 제2 에칭 공정이 행해지는 제2 프로세스 조건 및 전환 공정에 있어서의 고주파 전력의 조건은 이하이다. 전환 공정에 있어서의 고주파 전력 이외의 프로세스 조건은, 전환 공정을 개시할 때에 제1 프로세스에서 제2 프로세스로 전환된다.
(제1 프로세스 조건: CHM 에칭)
가스종 N2/O2
고주파 전력 연속파 1000 W
(제2 프로세스 조건: Siarc 에칭)
가스종 NF3/N2
고주파 전력 연속파 400 W
(전환 공정에서의 고주파 전력)
(a) 연속파 100 W
(b) 연속파 300 W
(c) 연속파 400 W
(d) 펄스파 400 W(10 ㎑) 듀티비 50%
상기한 프로세스 조건에서 컨티뉴어스 플라즈마를 사용한 에칭 처리를 실행한 결과, (a) 및 (b)에서는 고주파의 반사량이 크고, (c) 및 (d)에서는 고주파의 반사량이 작은 결과가 되고 있다. (c)의 전환 공정과 같이 제2 에칭 공정과 동일한 400 W의 연속파의 고주파 전력을 사용하면 고주파의 반사가 적은 것을 알 수 있다.
그러나, 400 W의 연속파의 고주파 전력을 사용하면, 전환 공정에서 에칭이 촉진된다. 이 결과, 제1 에칭 공정의 가스의 영향을 받아 예상 밖의 에칭 처리가 진행되어, 웨이퍼(W)의 가공에 변동이 발생하기 쉬워지고, 에칭의 균일성이 저하된다.
그래서, 전환 공정에서 에칭을 억제하기 위해서, (b)의 전환 공정에서는 고주파의 전력치를 300 W로 낮추고, (a)의 전환 공정에서는 고주파의 전력치를 100 W로 낮춘다. 이 결과, (b)의 전환 공정에서는 51 W의 고주파의 반사가 검지되고, (a)의 전환 공정에서는 38 W~65 W의 고주파의 반사가 검지되며, 양쪽 경우 모두 플라즈마가 불안정하게 되어 있다.
한편, (d)의 전환 공정에서는, 듀티비가 50%인 펄스파의 고주파가 공급된다. 이 결과, (d)의 전환 공정에서는 19 W의 고주파의 반사가 검지되어, 플라즈마가 안정되는 것을 알 수 있다. 이에 더하여, (d)의 전환 공정에서는 실효 전력이 200 W이기 때문에, (b)~(c)의 전환 공정보다도 전환 공정에서의 에칭이 억제되는 것을 알 수 있다.
구체적으로는, (d)의 전환 공정에서는 실효 전력이 200 W로서, (b)의 고주파의 실효 전력(300 W)보다도 작음에도 불구하고 고주파의 반사량은 저감되고 있다. 이것은, 펄스파의 고주파를 인가하면, 실효 전력이 동일 또는 근사한 연속파의 고주파를 인가하는 것보다도, 정합기(30)의 가변 콘덴서(C1, C2)의 정합 위치의 이동량을 작게 할 수 있는 것을 나타내고 있다.
[듀티비의 의존성]
다음에, 전환 공정에서 인가하는 펄스파의 고주파의 듀티비의 의존성에 대해 실험한 결과에 관해서, 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다. 여기서는, 도 6의 상단(上段), 중단(中段), 하단(下段) 및 도 7의 상단, 중단, 하단에 표시되는 모든 결과에 있어서, 전환 공정에서 펄스파의 고주파가 인가되는 것이 조건이 된다. 또한, 인가되는 고주파의 주파수는, 좌측에서부터 0.5 ㎑, 10 ㎑, 20 ㎑이다. 그 밖의 각 프로세스 조건은 다음과 같다.
·도 6의 상단
Siarc의 에칭
가스종 CF4
고주파 펄스파 600 W
·도 6의 중단
Siarc의 에칭
가스종 CF4/O2
고주파 펄스파 800 W
·도 6의 하단 CHM의 에칭
가스종 N2/O2
고주파 펄스파 500 W
·도 7의 상단
C(카본)를 제외한 HM(하드마스크)의 에칭
가스종 CHF3/Ar/O2
고주파 펄스파 800 W
·도 7의 중단
Ox(산화막)의 에칭
가스종 C4F8/Ar/O2
고주파 펄스파 1000 W
·도 7의 하단
SiN(질화막)에 있어서의 에칭
가스종 CHF3/Ar/O2/CF4
고주파 펄스파 800 W
이것에 따르면, 0.5 ㎑, 10 ㎑, 20 ㎑의 주파수의 경우 모두 듀티비를 최대 10%~90%로 변화시켜도, 가변 콘덴서(C1, C2)의 위치는 거의 일치하고, 변화하지 않는 것을 알 수 있다.
예컨대, 펄스파의 고주파의 전력이 400 W인 경우로서 듀티비가 10%인 경우, 실효 전력은 40 W이며, 듀티비가 90%인 경우, 실효 전력은 360 W이다. 이와 같이, 실효 전력에 9배의 차이가 있어도, 가변 콘덴서(C1, C2)의 위치는 거의 일치하고 있다. 이에 따라, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법에 의하면, 전환 공정에 있어서의 고주파의 실효 전력을 제2 에칭 공정에 있어서의 고주파의 실효 전력 이하로 함으로써 고주파의 반사를 낮추고, 또한 전환 공정에 있어서의 에칭을 억제할 수 있다. 그 때, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 인가하는 펄스파의 고주파의 듀티비에 의존하지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6의 상단, 중단, 하단 및 도 7의 상단, 중단, 하단의 결과를 얻기 위해서 사용한 가스종은 전부 상이하다. 따라서, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 가스종에 의존하지 않는 것을 알 수 있다.
[주파수의 의존성]
마지막으로, 주파수의 의존성에 대해 실험한 결과에 관해서, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 8의 상단, 중단, 하단에 표시되는 모든 결과에 있어서, 전환 공정에서는 펄스파의 고주파가 인가된다. 또한, 듀티비는, 좌측에서부터 10%, 50%, 90%이다. 각 프로세스 조건은 다음과 같다.
·도 8의 상단
Siarc의 에칭
가스종 CF4
고주파 펄스파 600 W
·도 8의 중단
Siarc의 에칭
가스종 CF4/O2
고주파 펄스파 800 W
·도 8의 하단
CHM의 에칭
가스종 N2/O2
고주파 펄스파 500 W
이것에 따르면, 0.5 ㎑, 10 ㎑, 20 ㎑의 주파수의 경우 모두 듀티비를 10%~90%로 변화시켜도, 가변 콘덴서(C1, C2)의 위치는 거의 일치하고, 변화하지 않는 것이 표시되어 있다. 이상으로부터, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 펄스파의 고주파의 주파수에 의존하지 않는 것을 알 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 플라즈마 에칭 방법에 의하면, 전환 공정에 있어서의 펄스파의 고주파의 실효 전력을 제2 에칭 공정에 있어서의 실효 전력 이하로 함으로써 고주파의 반사파를 저감할 수 있어, 플라즈마를 안정시킬 수 있다. 또한, 전환 공정에서 에칭을 억제시킬 수 있다.
이상, 플라즈마 에칭 방법을 상기 실시형태에 의해 설명하였으나, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 방법은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 장치, 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma), 레이디얼 라인 슬롯 안테나를 이용한 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma) 장치, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR: Electron Cyclotron Resonance Plasma) 장치 등에서 사용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치에 의해 처리되는 기판은, 웨이퍼에 한정되지 않고, 예컨대 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display)용 대형 기판, EL 소자 또는 태양 전지용 기판이어도 좋다.
1 : 플라즈마 처리 장치 10 : 가스 공급원
21 : 배치대 30 : 정합기
40 : 배기 장치 50 : 제어 장치
C : 챔버 C1, C2 : 가변 콘덴서
L : 인덕터

Claims (5)

  1. 고주파 전력을 공급하고, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 방법으로서,
    제1 프로세스 조건에 기초하여, 제1 실효 전력을 갖는 제1 고주파 전력을 공급하면서 제1 플라즈마 에칭을 행하는 제1 에칭 공정과,
    제1 프로세스 조건과 상이한 제2 프로세스 조건에 기초하여, 제2 실효 전력을 갖는 제2 고주파 전력을 공급하면서 제2 플라즈마 에칭을 행하는 제2 에칭 공정과,
    상기 제1 및 제2 에칭 공정 사이에, 제3 실효 전력을 갖는 제3 고주파 전력을 간헐적으로 공급하는 전환 공정
    을 포함하고,
    상기 전환 공정의 개시 전에, 가스의 프로세스 조건을 상기 제1 프로세스 조건에서 상기 제2 프로세스 조건으로 전환하며,
    상기 전환 공정에 있어서의 제3 고주파 전력의 상기 제3 실효 전력은, 상기 제1 에칭 공정에 있어서의 상기 제1 고주파 전력의 상기 제1 실효 전력 및 상기 제2 에칭 공정에 있어서의 상기 제2 고주파 전력의 상기 제2 실효 전력 이하이고, 상기 제3 고주파 전력은 상기 제3 고주파 전력을 간헐적으로 공급하고 있는 동안에, 일정한 듀티비를 갖는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전환 공정의 개시에 따라, 상기 제3 고주파 전력 이외의 프로세스 조건을 상기 제1 프로세스 조건에서 상기 제2 프로세스 조건으로 전환하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  3. 고주파 전력을 공급하고, 플라즈마를 유지시키면서 프로세스 조건을 전환하여 원하는 에칭을 행하는 플라즈마 에칭 방법으로서,
    제1 프로세스 조건에 기초하여, 연속파인 제1 고주파 전력을 공급하면서 제1 플라즈마 에칭을 행하는 제1 에칭 공정과,
    제1 프로세스 조건과 상이한 제2 프로세스 조건에 기초하여, 제2 실효 전력을 갖는 제2 고주파 전력을 공급하면서 제2 플라즈마 에칭을 행하는 제2 에칭 공정과,
    상기 제1 및 제2 에칭 공정 사이에, 제3 실효 전력을 갖는 제3 고주파 전력을 간헐적으로 공급하는 전환 공정
    을 포함하고,
    상기 전환 공정의 개시 전에, 가스의 프로세스 조건을 상기 제1 프로세스 조건에서 상기 제2 프로세스 조건으로 전환하며,
    상기 전환 공정에 있어서의 제3 고주파 전력의 상기 제3 실효 전력은, 상기 제2 에칭 공정에 있어서의 상기 제2 고주파 전력의 상기 제2 실효 전력 이하이고, 상기 제3 고주파 전력은 상기 제3 고주파 전력을 간헐적으로 공급하고 있는 동안에, 일정한 듀티비를 갖는 것인 플라즈마 에칭 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제2 플라즈마 에칭을 행하는 제2 에칭 공정은, 연속파이며 제2 실효 전력을 갖는 제2 고주파 전력을 공급하면서 제2 플라즈마 에칭을 행하는 것을 포함하는 것인 플라즈마 에칭 방법.
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