KR102099408B1 - 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

플라즈마 에칭 방법은 제 1 공정과 제 2 공정을 포함한다. 제 1 공정은, 처리 챔버의 내부에 수용된 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써 피처리막에 홀을 형성한다. 제 2 공정은, 제거 공정과 퇴적 공정과 깊게 에칭하는 연장 공정을 반복 실행한다. 제거 공정은, 에칭 처리를 실행함으로써 형성된 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거한다. 퇴적 공정은, 제거 공정에 의해 반응 생성물이 제거된 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시킨다. 연장 공정은, 퇴적 공정에 의해 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 홀을, 에칭 처리를 진행시킴으로써 깊게 에칭한다.

Description

플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치{PLASMA ETCHING METHOD AND PLASMA ETCHING DEVICE}
본 발명의 다양한 측면 및 실시예는 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치에 관한 것이다.
종래, 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써 피처리막에 홀을 형성하는 기술이 알려져 있다. 이 기술에서는, 에칭 처리를 진행시킴으로써 홀을 연장한다. 단, 에칭 처리의 진행에 수반하여, 홀의 입구부에 대하여 반응 생성물이 누적적으로 부착된다. 이 때문에, 홀의 입구부가 반응 생성물에 의해 폐색되는 네킹이 발생할 우려가 있다.
이에 대하여, 에칭 처리의 진행 중에 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 기술이 제안되고 있다. 예를 들면 특허 문헌 1에는, 에칭 처리를 일시적으로 정지하고, 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 선택적으로 제거하고, 에칭 처리를 재개하는 일련의 처리를 반복 실행하는 것이 개시되어 있다.
미국 특허 제7547636호
그러나, 종래 기술과 같이, 에칭 처리의 진행 중에 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 것 만으로는, 에칭 처리의 진행에 수반하여 홀의 측벽부가 잘록해지는 보잉이 발생하기 때문에, 홀의 형상이 열화된다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 일측면에 따른 플라즈마 에칭 방법은 홀 형성 공정과 제거 공정과 퇴적 공정과 연장 공정을 포함한다. 홀 형성 공정은, 처리 챔버의 내부에 수용된 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써 상기 피처리막에 홀을 형성한다. 제거 공정은, 상기 에칭 처리를 실행함으로써 형성된 상기 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거한다. 퇴적 공정은, 상기 제거 공정에 의해 반응 생성물이 제거된 상기 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시킨다. 연장 공정은, 상기 퇴적 공정에 의해 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 상기 홀을 상기 에칭 처리를 진행시킴으로써 연장한다. 제거 공정과 퇴적 공정과 연장 공정을 반복 실행한다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시예에 의하면, 홀의 형상을 개선할 수 있는 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치가 실현된다.
도 1은 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 구성의 개략을 도시한 설명도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭 방법에서의 각 조건의 타임 차트 및 각 타이밍의 에칭 상태를 나타낸 도이다.
도 3은 본 실시예에서의 퇴적물의 각 부의 명칭을 정의하기 위한 도이다.
도 4는 본 실시예에서의 퇴적 가스의 종류의 차이에 따른 퇴적물의 퇴적 태양의 변화를 나타낸 도이다.
도 5는 퇴적 가스로서 첨가되는 COS의 유량과 보잉과의 대응 관계를 나타낸 도이다.
도 6은 퇴적 가스로서 첨가되는 CHF3의 유량과 보잉과의 대응 관계를 나타낸 도이다.
도 7은 본 실시예에서의 퇴적 공정의 처리 시간의 최적치에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 8은 실험예의 플라즈마 에칭 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 9는 실험예의 플라즈마 에칭 방법의 효과에 대하여 설명하기 위한 도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
플라즈마 에칭 방법은, 처리 챔버의 내부에 수용된 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써 피처리막에 홀을 형성하는 홀 형성 공정과, 에칭 처리를 실행함으로써 형성된 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 제거 공정과, 제거 공정에 의해 반응 생성물이 제거된 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 퇴적 공정에 의해 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 홀을, 에칭 처리를 진행시킴으로써 연장하는 연장 공정을 포함하고, 제거 공정과 퇴적 공정과 연장 공정을 복수 회 반복 실행한다.
플라즈마 에칭 방법은, 일실시예에서, 제거 공정은, CF계 가스를 처리 챔버로 공급하고, CF계 가스를 플라즈마화시킴으로써 반응 생성물을 제거하고, 퇴적 공정은, 제거 공정에 의해 공급된 CF계 가스가 처리 챔버에 잔존하고 있는 기간인 CF계 가스 잔존 기간에서 퇴적 가스를 처리 챔버로 공급하고, 퇴적 가스를 플라즈마화시킴으로써 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키고, 연장 공정은, CF계 가스 잔존 기간에서 에칭 처리를 진행시킴으로써 홀을 연장한다.
플라즈마 에칭 방법은, 일실시예에서, 퇴적 가스는 CHF3 및 Ar을 포함한다.
플라즈마 에칭 방법은, 일실시예에서, 퇴적 가스는 COS를 더 포함한다.
플라즈마 에칭 방법은, 일실시예에서, 퇴적 공정의 처리 시간은 10 초 이내이다.
플라즈마 에칭 방법은, 일실시예에서, 제거 공정과 퇴적 공정과 연장 공정을 적어도 8 회 이상 반복 실행한다.
플라즈마 에칭 장치는, 일실시예에서, 내부에 기판을 수용하는 처리 챔버와, 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 처리 챔버의 내부에 수용된 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써 피처리막에 홀을 형성하고, 에칭 처리를 실행함으로써 형성된 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 제거 공정과, 제거 공정에 의해 반응 생성물이 제거된 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 퇴적 공정에 의해 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 홀을, 에칭 처리를 진행시킴으로써 연장하는 연장 공정을 복수 회 반복 실행하는 제어부를 구비한다.
플라즈마 에칭 장치는, 일 실시예에서, CF계 가스를 처리 챔버로 공급하고, CF계 가스를 플라즈마화시킴으로써 반응 생성물을 제거하고, 퇴적 공정은, 제거 공정에 의해 공급된 CF계 가스가 처리 챔버에 잔존하고 있는 기간인 CF계 가스 잔존 기간에서 퇴적 가스를 처리 챔버로 공급하고, 퇴적 가스를 플라즈마화시킴으로써 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키고, 연장 공정은, CF계 가스 잔존 기간에서 에칭 처리를 진행시킴으로써 홀을 연장(깊게 에칭)한다.
도 1은 실시예에 따른 플라즈마 에칭 장치의 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 플라즈마 에칭 장치(200)는, 기밀하게 구성되고, 전기적으로 접지 전위가 된 처리 챔버(1)를 가지고 있다. 이 처리 챔버(1)는, 원통 형상이 되고, 예를 들면 표면을 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 구성되어 있다.
처리 챔버(1) 내에는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하는 재치대(載置臺)(2)가 설치되어 있다. 재치대(2)는 예를 들면 표면을 양극 산화 처리된 알루미늄 등으로 구성되어 있으며, 하부 전극으로서의 기능을 가진다. 이 재치대(2)는 절연판(3)을 개재하여 도체의 지지대(4)에 지지되어 있다. 또한, 재치대(2)의 상방의 외주에는, 예를 들면 단결정 실리콘으로 형성된 포커스 링(5)이 설치되어 있다. 또한, 재치대(2) 및 지지대(4)의 주위를 둘러싸도록, 예를 들면 석영 등으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(3a)가 설치되어 있다.
재치대(2)에는 제 1 정합기(11a)를 개재하여 제 1 고주파 전원(10a)이 접속되고, 또한 제 2 정합기(11b)를 개재하여 제 2 고주파 전원(10b)이 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(10a)은 플라즈마 발생용의 것이며, 이 제 1 고주파 전원(10a)으로부터는 소정 주파수(27 MHz 이상 예를 들면 40 MHz)의 고주파 전력이 재치대(2)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 제 2 고주파 전원(10b)은 인입용(바이어스용)의 것이며, 이 제 2 고주파 전원(10b)으로부터는 제 1 고주파 전원(10a)보다 낮은 소정 주파수(13.56 MHz 이하, 예를 들면 2 MHz)의 고주파 전력이 재치대(2)에 공급되도록 되어 있다. 한편, 재치대(2)의 상방에는, 재치대(2)와 평행하게 대향하도록, 상부 전극으로서의 기능을 가지는 샤워 헤드(16)가 설치되어 있으며, 샤워 헤드(16)와 재치대(2)는 한 쌍의 전극(상부 전극과 하부 전극)으로서 기능하도록 되어 있다.
재치대(2)의 상면에는 반도체 웨이퍼(W)를 정전 흡착하기 위한 정적 척(6)이 설치되어 있다. 이 정적 척(6)은 절연체(6b)의 사이에 전극(6a)을 개재시켜 구성되어 있고, 전극(6a)에는 직류 전원(12)이 접속되어 있다. 그리고, 전극(6a)에 직류 전원(12)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱력 등에 의해 반도체 웨이퍼(W)가 흡착되도록 구성되어 있다.
지지대(4)의 내부에는 냉매 유로(4a)가 형성되어 있고, 냉매 유로(4a)에는 냉매 입구 배관(4b), 냉매 출구 배관(4c)이 접속되어 있다. 그리고, 냉매 유로(4a) 내에 적절한 냉매, 예를 들면 냉각수 등을 순환시킴으로써, 지지대(4) 및 재치대(2)를 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다. 또한, 재치대(2) 등을 관통하도록, 반도체 웨이퍼(W)의 이면측으로 헬륨 가스 등의 냉열 전달용 가스(백 사이드 가스)를 공급하기 위한 백 사이드 가스 공급 배관(30)이 설치되어 있고, 이 백 사이드 가스 공급 배관(30)은, 도시하지 않은 백 사이드 가스 공급원에 접속되어 있다. 이들 구성에 의해, 재치대(2)의 상면에 정적 척(6)에 의해 흡착 보지(保持)된 반도체 웨이퍼(W)를, 소정의 온도로 제어 가능하게 되어 있다.
상기한 샤워 헤드(16)는 처리 챔버(1)의 천장 부분에 설치되어 있다. 샤워 헤드(16)는 본체부(16a)와 전극판을 이루는 상부 천판(16b)을 구비하고 있고, 절연성 부재(45)를 개재하여 처리 챔버(1)의 상부에 지지되어 있다. 본체부(16a)는 도전성 재료, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지고, 그 하부에 상부 천판(16b)을 착탈 가능하게 지지할 수 있도록 구성되어 있다.
본체부(16a)의 내부에는 가스 확산실(16c)이 설치되고, 이 가스 확산실(16c)의 하부에 위치하도록, 본체부(16a)의 저부(底部)에는 다수의 가스 통류 홀(16d)이 형성되어 있다. 또한 상부 천판(16b)에는, 당해 상부 천판(16b)을 두께 방향으로 관통하도록 가스 도입 홀(16e)이, 상기한 가스 통류 홀(16d)과 중첩되도록 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 가스 확산실(16c)로 공급된 처리 가스는, 가스 통류 홀(16d) 및 가스 도입 홀(16e)을 통하여 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급되도록 되어 있다. 또한, 본체부(16a) 등에는, 냉매를 순환시키기 위한 도시하지 않은 배관이 설치되어 있고, 플라즈마 에칭 처리 중에 샤워 헤드(16)를 원하는 온도로 냉각할 수 있도록 되어 있다.
상기한 본체부(16a)에는 가스 확산실(16c)로 처리 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(16g)가 형성되어 있다. 이 가스 도입구(16g)에는 가스 공급 배관(15a)이 접속되어 있고, 이 가스 공급 배관(15a)의 타단에는, 플라즈마 에칭용의 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급원(15)이 접속되어 있다.
가스 공급 배관(15a)에는 상류측으로부터 차례로 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(15b) 및 개폐 밸브(V1)가 설치되어 있다. 그리고, 처리 가스 공급원(15)으로부터 플라즈마 에칭을 위한 처리 가스로서, 예를 들면 Ar, O2, C4F8, HBr, NF3, C4F6, CF4 등의 가스가, 가스 공급 배관(15a)을 통하여 가스 확산실(16c)로 공급되고, 이 가스 확산실(16c)로부터, 가스 통류 홀(16d) 및 가스 도입 홀(16e)을 통하여 처리 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 분산되어 공급된다.
본 실시예에서의 처리 가스 공급원(15)은, 에칭 처리용의 에칭 가스로서 CF계 가스를 공급한다. CF계 가스는, 예를 들면 C4F6 및 C4F8 중 적어도 어느 하나의 가스이다. 또한 처리 가스 공급원(15)은, 퇴적물 제거 처리용의 가스로서 CF계 가스를 공급한다. CF계 가스는, 예를 들면 C4F6 및 C4F8 중 적어도 어느 하나의 가스이다. 또한 처리 가스 공급원(15)은, 퇴적물 퇴적 처리용의 가스로서 퇴적 가스를 공급한다. 퇴적 가스는, 예를 들면 CHF3 및 Ar, 또는, CHF3, Ar 및 COS이다. 또한 처리 가스 공급원(15)은, 그 외에, 플라즈마 에칭 장치(200)의 각종 처리에 이용되는 가스(예를 들면 O2 가스 등)를 공급한다. 처리 가스 공급원(15)은 가스 공급부의 일례이다.
상기한 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에는, 로우 패스 필터(LPF)(51)를 개재하여 가변 직류 전원(52)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 가변 직류 전원(52)은 온·오프 스위치(53)에 의해 급전의 온·오프가 가능하게 되어 있다. 가변 직류 전원(52)의 전류·전압 및 온·오프 스위치(53)의 온·오프는, 후술하는 제어부(60)에 의해 제어되도록 되어 있다. 또한 후술하는 바와 같이, 제 1 고주파 전원(10a), 제 2 고주파 전원(10b)으로부터 고주파가 재치대(2)에 인가되어 처리 공간에 플라즈마가 발생할 시에는, 필요에 따라서 제어부(60)에 의해 온·오프 스위치(53)가 온이 되고, 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
처리 챔버(1)의 측벽으로부터 샤워 헤드(16)의 높이 위치보다 상방으로 연장되도록 원통 형상의 접지 도체(1a)가 설치되어 있다. 이 원통 형상의 접지 도체(1a)는 그 상부에 천판을 가지고 있다.
처리 챔버(1)의 저부에는 배기구(71)가 형성되어 있고, 이 배기구(71)에는 배기관(72)을 개재하여 배기 장치(73)가 접속되어 있다. 배기 장치(73)는 진공 펌프를 가지고 있고, 이 진공 펌프를 작동시킴으로써 처리 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 한편, 처리 챔버(1)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(74)가 형성되어 있고, 이 반입출구(74)에는 당해 반입출구(74)를 개폐하는 게이트 밸브(75)가 설치되어 있다.
도면 중 76, 77은, 착탈 가능하게 이루어진 퇴적물 실드이다. 퇴적물 실드(76)는 처리 챔버(1)의 내벽면을 덮도록 내벽면을 따라 설치되고, 퇴적물 실드(77)는 지지대(4) 및 재치대(2)의 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다. 이들 퇴적물 실드(76, 77)는, 처리 챔버(1)의 내벽 등에 에칭 부생물(퇴적물)이 부착되는 것을 방지하는 역할을 가지고 있다.
또한, 플라즈마 에칭 장치(200)에는 제어부(60)가 설치되어 있다. 상기 구성의 플라즈마 에칭 장치(200)는, 제어부(60)에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 이 제어부(60)에는, CPU를 구비하고 플라즈마 에칭 장치의 각 부를 제어하는 프로세스 컨트롤러(61)와, 유저 인터페이스(62)와, 기억부(63)가 설치되어 있다.
유저 인터페이스(62)는, 공정 관리자가 플라즈마 에칭 장치(200)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작을 행하는 키보드 및 플라즈마 에칭 장치(200)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 구성되어 있다.
기억부(63)에는, 플라즈마 에칭 장치(200)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(61)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어) 또는 처리 조건 데이터 등이 기억된 레시피가 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(62)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(63)로부터 호출하여 프로세스 컨트롤러(61)에 실행시킴으로써, 프로세스 컨트롤러(61)의 제어하에서, 플라즈마 에칭 장치(200)에서의 원하는 처리가 행해진다. 또한, 제어 프로그램 또는 처리 조건 데이터 등의 레시피는, 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 기억 매체(예를 들면, 하드 디스크, CD, 플렉시블 디스크, 반도체 메모리 등) 등에 저장된 상태의 것을 이용하거나, 혹은 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 통하여 수시 전송시켜 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
예를 들면, 제어부(60)는, 후술하는 플라즈마 에칭 방법을 행하도록 플라즈마 에칭 장치(200)의 각 부를 제어한다. 보다 상세한 일례를 들어 설명하면, 제어부(60)는, 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써 피처리막에 홀을 형성한다. 그 후, 제어부(60)는, 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 공정과, 반응 생성물이 제거된 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키는 공정과, 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 홀을 에칭 처리를 진행시킴으로써 연장(깊게 에칭)하는 공정을 복수 회 반복 실행한다. 여기서 기판이란, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)이다. 또한 피처리막이란, 예를 들면 TEOS막 등의 산화막이다.
이어서, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭 방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 도 1에 도시한 플라즈마 에칭 장치(200)에서, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 산화막을 플라즈마 에칭하는 순서에 대하여 설명한다. 먼저, 게이트 밸브(75)가 개방되고, 반도체 웨이퍼(W)가 도시하지 않은 반송 로봇 등에 의해, 도시하지 않은 로드록실을 통하여 반입출구(74)로부터 처리 챔버(1) 내로 반입되고, 재치대(2) 상에 재치된다. 이 후, 반송 로봇을 처리 챔버(1) 밖으로 퇴피시키고, 게이트 밸브(75)를 폐쇄한다. 그리고, 배기 장치(73)의 진공 펌프에 의해 배기구(71)를 통하여 처리 챔버(1) 내가 배기된다.
처리 챔버(1) 내가 소정의 진공도가 된 후, 처리 챔버(1) 내로는 처리 가스 공급원(15)으로부터 소정의 처리 가스(에칭 가스)가 도입되고, 처리 챔버(1) 내가 소정의 압력, 예를 들면 15 mTorr로 보지되고, 이 상태에서 제 1 고주파 전원(10a)으로부터 재치대(2)에, 주파수가 예를 들면 40 MHz의 고주파 전력이 공급된다. 또한 제 2 고주파 전원(10b)로부터는, 이온 인입을 위하여, 재치대(2)에 주파수가 예를 들면 2.0 MHz의 고주파 전력(바이어스용)이 공급된다. 이 때, 직류 전원(12)으로부터 정적 척(6)의 전극(6a)에 소정의 직류 전압이 인가되고, 반도체 웨이퍼(W)는 쿨롱력에 의해 흡착된다.
이 경우에, 상술한 바와 같이 하여 하부 전극인 재치대(2)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 상부 전극인 샤워 헤드(16)와 하부 전극인 재치대(2) 사이에는 전계가 형성된다. 반도체 웨이퍼(W)가 존재하는 처리 공간에는 방전이 발생하고, 그에 따라 형성된 처리 가스의 플라즈마에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 상에 형성된 산화막이 플라즈마 에칭된다. 이 때, 필요에 따라 온·오프 스위치(53)가 온이 되고, 가변 직류 전원(52)으로부터 상부 전극으로서의 샤워 헤드(16)에 소정의 직류 전압이 인가된다.
그리고, 상기한 플라즈마 에칭이 종료되면, 고주파 전력의 공급, 직류 전압의 공급 및 처리 가스의 공급이 정지되고, 상기한 순서와는 반대의 순서로, 반도체 웨이퍼(W)가 처리 챔버(1) 내로부터 반출된다.
이어서, 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭 방법에 대하여 더 상세하게 설명한다. 도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 에칭 방법에서의 각 조건의 타임 차트 및 각 타이밍의 에칭 상태를 나타낸 도이다. 도 2에 나타낸 예에서는, 반도체 웨이퍼(W) 상에 산화막인 TEOS막(101)이 형성되어 있고, TEOS막(101) 상에 소정의 패턴의 마스크막(102)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)를 준비하고, TEOS막(101)을 플라즈마 에칭하는 예에 대하여 설명한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 에칭 방법은, 도 2 상부의 타임 차트에 따라, 에칭 가스 및 퇴적물 제거 처리용 가스로서의 CF계 가스의 공급, 및 퇴적물 퇴적 처리용 가스로서의 퇴적 가스의 공급 등을 제어한다. 도 2 상부의 타임 차트에서, 횡축은 경과 시간을 나타내고, 종축은 처리 챔버(1) 내의 가스의 플라즈마의 발광 강도를 나타내고 있다.
먼저, 플라즈마 에칭 방법은, 반도체 웨이퍼(W)에 형성된 TEOS막(101)을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써, TEOS막(101)에 홀을 형성하는 홀 형성 공정을 실행한다. 구체적으로, 제어부(60)는, 도 2 상부에 나타낸 바와 같이, 소정 시각(0)에서, 에칭 가스로서의 CF계 가스의 공급을 개시하고, CF계 가스를 플라즈마화한다. 예를 들면 제어부(60)는, CF계 가스로서, C4F6 / C4F8의 혼합 가스를 공급할 수 있다. 홀 형성 공정은 제 1 공정의 일례이다.
시각(0)으로부터 소정 시간 경과 후의 시각(t1)에는, 도 2 하부에 나타낸 바와 같이, TEOS막(101)이 에칭되어 홀(제 1 홀)(103)이 형성된다. 또한, 홀(103)의 입구부(101a)에는, 에칭 처리의 실행에 의해 생성된 반응 생성물(퇴적물)(104)이 부착된다. 동시에 홀(103)의 개구 부근에 홀(103)의 입구부(101a)가 퇴적물(104)에 의해 폐색되는 네킹부(105a)가 형성된다. 이대로 에칭하면 홀 내의 형상이 잘록해져, 보잉이 형성되어 양호한 형상이 되지 않는다.
이어서, 플라즈마 에칭 방법은, 홀(103)의 입구부에 부착된 퇴적물(104)을 제거하는 제거 공정을 실행한다. 구체적으로, 제어부(60)는, 도 2 상부에 나타낸 바와 같이, 시각(t1) ~ 시각(t2)의 기간, 퇴적물 제거용 가스로서의 CF계 가스를 계속적으로 공급하고, CF계 가스를 플라즈마화시킨다. 예를 들면, 제어부(60)는, CF계 가스로서 C4F6 / C4F8의 혼합 가스를 공급할 수 있다. 또한 제어부(60)는, CF계 가스로서 C4F8을 공급할 수도 있다. 또한 제어부(60)는, 에칭 가스로서의 CF계 가스를 플라즈마화시키는 고주파 전력보다 낮은 고주파 전력을 이용하여, 퇴적물 제거용 가스로서의 CF계 가스를 플라즈마화시킨다.
이와 같이, 퇴적물 제거용 가스로서의 CF계 가스를 플라즈마화 시키면, 도 2 하부에 나타낸 바와 같이, 홀(103)의 입구부(101a)에 부착된 퇴적물(104)이 제거된다. 그 결과, 홀(103)의 입구부가 퇴적물(104)에 의해 폐색되는 네킹이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 플라즈마 에칭 방법은, 퇴적물(104)이 제거된 홀(103)의 측벽부에 퇴적물(105)을 퇴적시키는 퇴적 공정을 실행한다. 구체적으로, 제어부(60)는 도 2 상부에 나타낸 바와 같이, 시각(t2 ~ t3)의 기간, 퇴적물 제거용 가스로서의 CF계 가스의 공급을 정지하고, 퇴적물 퇴적용 가스로서의 퇴적 가스를 공급하여, 퇴적 가스를 플라즈마화시킨다. 예를 들면, 제어부(60)는 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar의 혼합 가스를 공급할 수 있다. 또한 제어부(60)는, 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS의 혼합 가스를 공급할 수도 있다.
이와 같이, 퇴적 가스를 플라즈마화시키면, 도 2 하부에 나타낸 바와 같이, 마스크막(102)의 표면부 및 홀(103)의 측벽부에 퇴적물(105)이 퇴적된다. 홀(103)의 측벽부에 퇴적된 퇴적물(105)은, 플라즈마 내성을 구비한 보호막이 된다. 그 결과, 홀(103)의 측벽부가 잘록해지는 보잉이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar 또는 CHF3 / Ar / COS가 이용되면, 홀(103)의 측벽부에 퇴적물(105)이 균일하게 퇴적된다. 퇴적 가스의 종류의 차이에 따른 퇴적물(105)의 퇴적 태양의 변화에 대해서는 이후에 상술한다.
또한 제어부(60)는, 제거 공정에 의해 공급된 CF계 가스가 처리 챔버(1)에 잔존하고 있는 기간인 CF계 가스 잔존 기간에서 퇴적 가스를 공급하고, 퇴적 가스를 플라즈마화시킨다. 환언하면, 제어부(60)는, 처리 챔버(1) 내의 CF계 가스가 퇴적 가스에 의해 완전히 치환되어 있지 않은 CF계 가스 잔존 기간에 포함되는 시각(t2 ~ t3)의 기간, 퇴적 가스를 공급하고, 퇴적 가스를 플라즈마화시킨다. CF계 가스 잔존 기간에 포함되는 시각(t2 ~ t3)의 기간, 즉 퇴적 공정의 처리 시간은, 예를 들면 10 sec 이내로 설정할 수 있다. 퇴적 공정의 처리 시간의 최적치에 대해서는 이후에 상술한다.
이어서, 플라즈마 에칭 방법은, 퇴적 공정에 의해 퇴적물(105)이 측벽부에 퇴적된 홀(103)을, 에칭 처리를 진행시킴으로써 연장하는 연장 공정을 실행한다. 구체적으로, 제어부(60)는, 도 2 상부에 나타낸 바와 같이, 시각(t3 ~ t4)의 기간, 퇴적 가스의 공급을 정지하고, 에칭 가스로서의 CF계 가스의 공급을 재개하여, CF계 가스를 플라즈마화한다.
시각(t4)에는, 도 2 하부에 나타낸 바와 같이, 홀(103)이 연장(깊게 에칭)되고, 제 2 홀이 형성된다. 홀(제 2 홀)(103)의 측벽부는, 보호막으로서의 퇴적물(105)을 개재하여 플라즈마 중의 이온으로부터 보호된다. 이에 의해, 보잉의 발생이 억제된다.
또한 제어부(60)는, CF계 가스 잔존 기간에서 에칭 가스로서의 CF계 가스를 공급하고, CF계 가스를 플라즈마화시킨다. 환언하면, 제어부(60)는, 처리 챔버(1) 내의 CF계 가스가 퇴적 가스에 의해 완전히 치환되어 있지 않은 CF계 가스 잔존 기간에 포함되는 시각(t3 ~ t4)의 기간에, 에칭 가스로서의 CF계 가스를 공급하고, CF계 가스를 플라즈마화시킨다. 여기서, 에칭 가스로서의 CF계 가스를 플라즈마화시키는 고주파 전력은, 퇴적 가스를 플라즈마화시키는 고주파 전력보다 크다. 제어부(60)는, 처리 챔버(1) 내의 CF계 가스가 퇴적 가스에 의해 완전히 치환되어 있지 않은 CF계 가스 잔존 기간에서 CF계 가스를 플라즈마화시키므로, 과잉인 고주파 전력에 의한 퇴적 가스의 플라즈마화를 억제할 수 있다. 결과적으로, 퇴적 가스의 플라즈마 중의 이온이 홀(103)의 측벽부에 충돌하여 보잉이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
그 후, 플라즈마 에칭 방법은, 제거 공정과 퇴적 공정과 연장(깊게 에칭) 공정을 복수 회 반복 실행한다. 제거 공정과 퇴적 공정과 연장(깊게 에칭) 공정은 제 2 공정의 일례이다.
이와 같이, 본 실시예의 플라즈마 에칭 방법은, 홀 형성 공정 후에 제거 공정과 퇴적 공정과 연장(깊게 에칭) 공정을 반복 실행함으로써, 에칭 처리 중에 홀의 입구부에 부착된 퇴적물을 제거하면서, 플라즈마 내성을 구비한 퇴적물을 홀의 측벽부에 퇴적시킨다. 이 때문에, 본 실시예의 플라즈마 에칭 방법은, 홀에 따른 네킹 및 보잉의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 본 실시예의 플라즈마 에칭 방법은, 에칭 처리 중에 홀의 입구부에 부착된 퇴적물을 제거하는 종래 기술과 비교하여, 홀의 형상을 개선할 수 있다.
또한, 본 실시예의 플라즈마 에칭 방법은, CF계 가스 잔존 기간에서 퇴적 가스를 처리 챔버(1)로 공급하고, 퇴적 가스를 플라즈마화시킴으로써 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시킨다. 그리고, 본 실시예의 플라즈마 에칭 방법은, CF계 가스 잔존 기간에서 에칭 처리를 진행시킴으로써 홀을 연장(깊게 에칭)한다. 이 때문에, 본 실시예의 플라즈마 에칭 방법은, 처리 챔버(1) 내의 CF계 가스가 퇴적 가스에 의해 완전히 치환되어 있지 않은 CF계 가스 잔존 기간에서 CF계 가스를 플라즈마화시킬 수 있어, 과잉인 고주파 전력에 의한 퇴적 가스의 플라즈마화를 억제할 수 있다. 결과적으로, 퇴적 가스의 플라즈마 중의 이온이 홀의 측벽부에 충돌하여 보잉이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능해진다.
이어서, 본 실시예에서의 퇴적 가스의 종류의 차이에 따른 퇴적물(105)의 퇴적 태양의 변화에 대하여 설명한다. 여기서는, 퇴적물(105)의 퇴적 태양의 변화를 설명하기 전에, 퇴적물의 각 부의 명칭을 정의한다. 도 3은 본 실시예에서의 퇴적물의 각 부의 명칭을 정의하기 위한 도이다. 예를 들면, 퇴적물(105)의 Flat부는, 도 3에 도시한 바와 같이, TEOS막(101)(또는 마스크막(102))의 표면부로부터 퇴적물(105)의 수직 방향의 정부(頂部)까지의 부위를 가리킨다. 또한 예를 들면, 퇴적물(105)의 Neck부는, 홀(103)의 측면부로부터 퇴적물(105)의 수평 방향의 정부까지의 부위를 가리킨다. 또한 예를 들면, 퇴적물(105)의 Btm부는, 홀(103)의 저부로부터 퇴적물(105)의 수직 방향의 정부까지의 부위를 가리킨다.
도 4는 본 실시예에서의 퇴적 가스의 종류의 차이에 따른 퇴적물의 퇴적 태양의 변화를 나타낸 도이다. 도 4의 좌부(左部)의 퇴적 태양은, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 C4F6 / Ar을 이용한 경우의 퇴적물(105)의 퇴적 태양(홀(103)의 입구부 부근 및 홀(103)의 저부 부근의 퇴적 태양)을 나타내고 있다. 또한 도 4의 중앙부의 예는, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar을 이용한 경우의 퇴적물(105)의 퇴적 태양(홀(103)의 입구부 부근 및 홀(103)의 저부 부근의 퇴적 태양)을 나타내고 있다. 또한 도 4의 우부(右部)의 예는, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS를 이용한 경우의 퇴적물(105)의 퇴적 태양(홀(103)의 입구부 부근 및 홀(103)의 저부 부근의 퇴적 태양)을 나타내고 있다. 또한, 퇴적 공정의 그 외의 조건으로서 15 mT, 300 - 0 W, 60 sec 또는 120 sec가 이용되었다.
또한, 도 4에서 'Depo Rate flat'은 퇴적물(105)의 Flat부의 퇴적 레이트(nm/sec)를 나타낸다. 또한, 'Depo Rate neck'은 퇴적물(105)의 Neck부의 퇴적 레이트(nm/sec)를 나타낸다. 또한, 'Depo(neck / flat)'은 'Depo Rate neck' / 'Depo Rate flat'을 나타내고, 1에 가까울수록 퇴적물(105)의 균일성이 양호한 것을 나타낸다. 또한, 'Neck position'은 퇴적물(105)의 Flat부 중 가장 수직 방향으로 돌출된 부분의 위치로부터 퇴적물(105)의 Neck부 중 가장 수평 방향으로 돌출된 부분의 위치까지의 거리(nm)를 나타내고, 값이 클수록 퇴적물(105)의 균일성이 양호한 것을 나타낸다. 또한, 'Depo Rate Btm'은 퇴적물(105)의 Btm부의 퇴적 레이트(nm/sec)를 나타낸다.
도 4에 나타낸 바와 같이 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar, 또는, CHF3 / Ar / COS를 이용함으로써, C4F6 / Ar와 비교하여, 'Depo Rate flat' 및 'Depo Rate neck'을 낮은 값으로 유지하면서 양호한 'Depo(neck / flat)'와 'Neck position'을 얻는 것이 가능하다. 또한, CHF3 / Ar / COS를 이용함으로써, CHF3 / Ar와 비교하여 'Depo Rate flat', 'Depo Rate neck' 및 'Depo Rate Btm'을 높은 값으로 유지하는 것이 가능하다.
이와 같이, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar 또는 CHF3 / Ar / COS를 이용함으로써, 홀의 형상을 더 개선하는 것이 가능해진다. 환언하면, 퇴적 공정에서 홀의 입구 부근에 여분의 퇴적물을 퇴적시키지 않고, 홀의 측벽부에 퇴적물을 균일하게 퇴적시킬 수 있으므로, 보잉의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar 또는 CHF3 / Ar / COS를 이용하는 경우에는, C4F6 / Ar을 이용하는 경우와 비교하여, 홀의 형상을 더 개선할 수 있다. 또한, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS를 이용하는 경우에는, 퇴적 레이트를 양호하게 유지하면서, 보잉의 발생을 억제할 수 있다.
여기서, 퇴적 공정의 퇴적 가스로서 이용되는 CHF3 및 COS에 대하여 더 상세하게 설명한다. 도 5는 퇴적 가스로서 첨가되는 COS의 유량과 보잉과의 대응 관계를 나타낸 도이다. 도 5에서, 횡축은 퇴적 가스로서 첨가되는 COS의 유량(sccm)을 나타내고 있고, 종축은 보잉 CD(Critical Dimension)(nm)를 나타내고 있다. 또한 보잉 CD란, 홀(103) 중 측벽부가 가장 잘록해진 부분의 직경이다. 보잉 CD의 값이 작을수록, 보잉의 발생이 억제되고 있는 것을 의미한다.
또한 도 5에 나타낸 예에서는, 퇴적 공정에서 C4F6 / Ar = 15 / 300 sccm인 퇴적 가스에 COS를 첨가한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다. 또한 도 5에 도시한 예에서는, 퇴적 공정에서 C4F8 / Ar = 15 / 300 sccm인 퇴적 가스에 COS를 첨가한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다. 또한 도 5에 나타낸 예에서는, 퇴적 공정에서 CHF3 / Ar = 100 / 300 sccm인 퇴적 가스에 COS를 첨가한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 퇴적 가스로서 C4F6 / Ar / COS를 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, COS의 유량이 12 sccm가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, COS의 유량이 12 sccm 이상이 되면, 네킹이 발생했다. 또한, 퇴적 가스로서 C4F8 / Ar / COS를 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, COS의 유량이 12 sccm가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, COS의 유량이 12 sccm 이상이 되면, 네킹이 발생했다. 이에 대하여, 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS를 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, COS의 유량이 12 sccm가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, COS의 유량이 12 sccm 이상이어도, 네킹이 발생하지 않고 보잉 CD가 포화되었다. 또한, 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS를 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, 퇴적 가스로서 C4F6 / Ar / COS를 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우와 비교하여, 보잉 CD가 작아졌다. 도 5의 예에서는, 보잉 CD가 6.4 nm만큼 감소했다. 따라서, 바람직한 COS 가스 유량은 9 sccm 이상이며, 보다 바락직하게는 10 sccm 이상이다.
도 6은 퇴적 가스로서 첨가되는 CHF3의 유량과 보잉과의 대응 관계를 나타낸 도이다. 도 6에서, 횡축은 퇴적 가스로서 첨가되는 CHF3의 유량(sccm)을 나타내고 있고, 종축은 보잉 CD(nm)를 나타내고 있다.
또한, 도 6에 나타낸 예에서는, 퇴적 공정에서 Ar / COS = 300 / 12 sccm인 퇴적 가스에 CHF3를 첨가한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 퇴적 가스에 첨가되는 CHF3가 100 sccm가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, 퇴적 가스에 첨가되는 CHF3가 100 sccm 이상이 되면, 보잉 CD가 포화되었다. 따라서, 바람직한 CHF3 가스 유량은 100 sccm 이상이다.
이와 같이, CHF3 및 COS를 포함하는 퇴적 가스를 이용하여 퇴적 공정을 실행함으로써, 홀에 따른 네킹 및 보잉의 발생을 효율 좋게 억제할 수 있다. 그 결과, 홀의 형상을 더 개선할 수 있다.
이어서, 본 실시예에서의 퇴적 공정의 처리 시간의 최적치에 대하여 상세하게 설명한다. 도 7은 본 실시예에서의 퇴적 공정의 처리 시간의 최적치에 대하여 설명하기 위한 도이다. 도 7에서는 퇴적 공정의 처리 시간과 보잉과의 대응 관계를 나타내고 있다. 도 7에서, 횡축은 퇴적 공정의 처리 시간(sec)을 나타내고 있고, 종축은 보잉 CD를 나타내고 있다.
또한, 도 7에 나타낸 예에서는, C4F6 / Ar = 15 / 300 sccm인 퇴적 가스를 이용하여 퇴적 공정을 실행한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다. 또한 도 7에 나타낸 예에서는, C4F8 / Ar = 15 / 300 sccm인 퇴적 가스를 이용하여 퇴적 공정을 실행한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다. 또한 도 7에 나타낸 예에서는, CHF3 / Ar = 100 / 300 sccm인 퇴적 가스를 이용하여 퇴적 공정을 실행한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다. 또한 도 7에 나타낸 예에서는, CHF3 / Ar / COS = 100 / 300 / 12 sccm인 퇴적 가스를 이용하여 퇴적 공정을 실행한 경우에 얻어지는 결과를 나타냈다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 퇴적 가스로서 C4F6 / Ar을 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec 이상이 되면, 클로깅이 발생했다. 또한, 퇴적 가스로서 C4F8 / Ar을 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec 이상이 되면, 클로깅이 발생했다.
이에 대하여, 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar을 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec보다 길어지면, 네킹이 발생하지 않고 보잉 CD가 증대했다. 이는, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec보다 길어지면, 처리 챔버(1) 내의 CF계 가스가 퇴적 가스로서의 CHF3에 의해 대략 완전히 치환되고, 퇴적 공정 후의 연장 공정에서 CHF3의 플라즈마 중의 이온이 홀의 측벽부에 충돌하기 때문이라고 생각된다. 또한, 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS를 이용한 퇴적 공정을 실행한 경우에는, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec가 될 때까지 보잉 CD가 계속 감소하고, 퇴적 공정의 처리 시간이 10 sec보다 길어지면, 클로깅이 발생하지 않고 보잉 CD의 증대가 억제되었다. 이는, 퇴적 가스에 COS를 첨가함으로써, COS 기인의 퇴적막이 홀 측벽에 부착되고, 이 막이 연장 공정에서의 CHF3 기인의 홀 측벽으로의 이온 충돌을 어느 정도 완화시키기 때문이라고 생각된다.
이와 같이, 퇴적 공정의 처리 시간은 8 sec 이상 15 sec 이내가 바람직하고, 9 sec 이상 12 sec 이내가 보다 바람직하다. 10 sec 이내로 설정되는 것이 더 바람직하다. 퇴적 공정의 처리 시간을 상기의 범위로 설정함으로써, 퇴적 공정의 이후의 연장 공정에서 CHF3의 플라즈마 중의 이온이 홀의 측벽부에 충돌하는 것을 회피할 수 있다. 그 결과, 보잉의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다.
이어서, 플라즈마 에칭 방법의 실험예에 대하여 설명한다. 도 8은 실험예의 플라즈마 에칭 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다. 도 8에 나타낸 예에서는, 반도체 웨이퍼(W) 상에 산화막인 TEOS막(101)이 형성되어 있고, TEOS막(101) 상에 소정 패턴의 마스크막(102)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(W)를 준비하고, TEOS막(101)을 플라즈마 에칭하는 예에 대하여 설명한다.
먼저, 실험예의 플라즈마 에칭 방법에서는, 홀 형성 공정을 실행한다(단계 S101). 구체적으로, 제어부(60)는, CF계 가스로서 C4F6 / C4F8 / Ar / O2 = 70 / 10 / 300 / 78 sccm를 처리 챔버(1)로 공급한다. 그리고 제어부(60)는, 예를 들면 180 sec 동안, 고주파 전력 2025 / 7800 W를 이용하여 C4F6 / C4F8 / Ar / O2를 플라즈마화시킨다. 이에 의해, TEOS막(101)에 홀(103)이 형성된다.
이어서, 실험예의 플라즈마 에칭 방법에서는, 제거 공정을 실행한다(단계 S102). 구체적으로, 제어부(60)는 CF계 가스로서 C4F8 / Ar / O2 = 60 / 300 / 20 sccm를 처리 챔버(1)로 공급한다. 그리고 제어부(60)는, 예를 들면 10 sec 동안, 고주파 전력 500 / 1500 W를 이용하여 C4F8 / Ar / O2를 플라즈마화시킨다. 이에 의해, 홀(103)의 입구부에 부착된 퇴적물(104)이 제거된다.
이어서, 실험예의 플라즈마 에칭 방법에서는, 퇴적 공정을 실행한다(단계 S103). 구체적으로, 제어부(60)는 퇴적 가스로서 CHF3 / Ar / COS = 100 / 300 / 12 sccm를 처리 챔버(1)로 공급한다. 그리고 제어부(60)는, 예를 들면 10 sec 동안, 고주파 전력 300 / 0 W를 이용하여 CHF3 / Ar / COS를 플라즈마화시킨다. 이에 의해, 마스크막(102)의 표면부 및 홀(103)의 측벽부에 퇴적물(105)이 퇴적된다.
이어서, 실험예의 플라즈마 에칭 방법에서는, 연장(깊게 에칭) 공정을 실행한다(단계 S104). 구체적으로, 제어부(60)는 CF계 가스로서 C4F6 / C4F8 / Ar / O2 = 70 / 10 / 300 / 78 sccm를 처리 챔버(1)로 공급한다. 그리고 제어부(60)는, 예를 들면 30 sec 동안, 고주파 전력 2025 / 7800 W를 이용하여 C4F6 / C4F8 / Ar / O2를 플라즈마화시킨다. 이에 의해, 홀(103)이 연장(깊게 에칭)된다.
이어서, 실험예의 플라즈마 에칭 방법에서는, 단계(S102 ~ S104)의 반복 횟수가 8 회에 도달했는지 여부를 판정한다(단계(S105)). 반복 횟수가 8 회에 도달하고 있지 않은 경우에는(단계(S105) ; No), 처리가 단계(S102)로 되돌아간다. 한편, 반복 횟수가 8 회에 도달한 경우에는(단계(S105) ; Yes), 처리가 종료된다.
이상, 실험예의 플라즈마 에칭 방법에 의하면, 홀 형성 공정 후에 제거 공정과 퇴적 공정과 연장(깊게 에칭) 공정을 8 회 반복 실행함으로써, 에칭 처리 중에 홀의 입구부에 부착된 퇴적물을 제거하면서, 플라즈마 내성을 구비한 퇴적물을 홀의 측벽부에 퇴적시킨다. 이 때문에, 실험예의 플라즈마 에칭 방법은, 홀에 따른 네킹 및 보잉의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 실험예의 플라즈마 에칭 방법은, 에칭 처리 중에 홀의 입구부에 부착된 퇴적물을 제거하는 종래 기술과 비교하여, 홀의 형상을 개선할 수 있다.
이어서, 실험예의 플라즈마 에칭 방법의 효과에 대하여 설명한다. 도 9는 실험예의 플라즈마 에칭 방법의 효과에 대하여 설명하기 위한 도이다. 도 9의 우측의 예는, 실험예의 플라즈마 에칭 방법을 실행한 경우에 얻어진 홀의 형상을 나타내고 있다. 또한 도 9의 좌측의 예는, 비교예의 플라즈마 에칭 방법을 실행한 경우에 얻어진 홀의 형상을 나타내고 있다. 비교예의 플라즈마 에칭 방법에서는 C4F6 / C4F8 / Ar / O2 = 70 / 10 / 300 / 78 sccm를 처리 챔버(1)로 공급하고, 이 후 예를 들면 450 sec 동안, 고주파 전력 2025 / 7800 W를 이용하여 C4F6 / C4F8 / Ar / O2를 플라즈마화했다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 실험예의 플라즈마 에칭 방법을 실행한 경우에는, 비교예의 플라즈마 에칭 방법을 실행한 경우와 비교하여, 보잉 CD가 작아진다. 또한, 실험예의 플라즈마 에칭 방법을 실행한 경우에는, 비교예의 플라즈마 에칭 방법을 실행한 경우와 비교하여, 보텀 CD가 커진다. 즉, 실험예의 플라즈마 에칭 방법은, 홀 형성 공정의 이후에 제거 공정과 퇴적 공정과 연장(깊게 에칭) 공정을 8 회 반복 실행함으로써 홀의 형상을 개선하는 것이 가능해진다.
1 : 처리 챔버
2 : 재치대
15 : 처리 가스 공급원
16 : 샤워 헤드
10a : 제 1 고주파 전원
10b : 제 2 고주파 전원
60 : 제어부
200 : 플라즈마 에칭 장치
W : 반도체 웨이퍼

Claims (12)

  1. 처리 챔버의 내부에 수용된 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써, 상기 피처리막에 홀을 형성하는 홀 형성 공정과,
    상기 에칭 처리를 실행함으로써 형성된 상기 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 제거 공정과,
    상기 제거 공정에 의해 반응 생성물이 제거된 상기 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 공정과,
    상기 퇴적 공정에 의해 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 상기 홀을, 상기 에칭 처리를 진행시킴으로써 깊게 에칭하는 연장 공정을 포함하고,
    상기 제거 공정과 퇴적 공정과 연장 공정을 복수 회 반복 실행하고,
    상기 제거 공정은, CF계 가스를 상기 처리 챔버로 공급하고, 상기 CF계 가스를 플라즈마화시킴으로써, 상기 반응 생성물을 제거하고,
    상기 퇴적 공정은, 상기 제거 공정에 의해 공급된 상기 CF계 가스가 상기 처리 챔버에 잔존하고 있는 기간인 CF계 가스 잔존 기간에서 퇴적 가스를 상기 처리 챔버로 공급하고, 상기 퇴적 가스를 플라즈마화시킴으로써, 상기 홀의 측벽부에 상기 퇴적물을 퇴적시키고,
    상기 연장 공정은, 상기 CF계 가스 잔존 기간에서 상기 에칭 처리를 진행시킴으로써, 상기 홀을 연장하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 퇴적 가스는 CHF3 및 Ar을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 퇴적 가스는 COS를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 퇴적 공정의 처리 시간은 8 초 이상 15 초 이내인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 공정과 상기 퇴적 공정과 상기 연장 공정을 적어도 8 회 이상 반복 실행하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  7. 내부에 기판을 수용하는 처리 챔버와,
    상기 처리 챔버의 내부로 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 처리 챔버의 내부에 수용된 기판에 형성된 피처리막을 에칭하는 에칭 처리를 실행함으로써, 상기 피처리막에 홀을 형성하고, 상기 에칭 처리를 실행함으로써 형성된 상기 홀의 입구부에 부착된 반응 생성물을 제거하는 제거 공정과, 상기 제거 공정에 의해 반응 생성물이 제거된 상기 홀의 측벽부에 퇴적물을 퇴적시키는 퇴적 공정과, 상기 퇴적 공정에 의해 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 상기 홀을, 상기 에칭 처리를 진행시킴으로써 깊게 에칭하는 연장 공정을 복수 회 반복 실행하는 제어부를 구비하고,
    상기 제거 공정은, CF계 가스를 상기 처리 챔버로 공급하고, 상기 CF계 가스를 플라즈마화시킴으로써 상기 반응 생성물을 제거하고,
    상기 퇴적 공정은, 상기 제거 공정에 의해 공급된 상기 CF계 가스가 상기 처리 챔버에 잔존하고 있는 기간인 CF계 가스 잔존 기간에서 퇴적 가스를 상기 처리 챔버로 공급하고, 상기 퇴적 가스를 플라즈마화시킴으로써 상기 홀의 측벽부에 상기 퇴적물을 퇴적시키고,
    상기 연장 공정은, 상기 CF계 가스 잔존 기간에서 상기 에칭 처리를 진행시킴으로써 상기 홀을 연장하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치.
  8. 삭제
  9. 처리실 내에 수용된 제 1 막과 제 1 막의 아래에 형성하는 제 2 막을 가지는 기판을 에칭 가스로 에칭함으로써, 상기 제 2 막에 홀을 형성하는 플라즈마 에칭 방법에 있어서,
    상기 처리실 내에 상기 제 1 막과 상기 제 1 막의 아래에 형성하는 상기 제 2 막을 가지는 상기 기판을 준비하는 공정과,
    상기 제 1 막을 마스크로서 상기 제 2 막을 제 1 에칭 가스로 에칭하는 제 1 에칭 처리를 실행함으로써 제 1 홀을 형성하는 공정과,
    상기 제 1 홀의 상방의 상기 제 1 막의 개구부 부근에 반응 생성물을 형성하는 공정과,
    상기 반응 생성물을 제 2 에칭 가스로 에칭하여 제거하는 공정과,
    상기 제 1 홀 내의 측벽부에 제 3 에칭 가스에 의해 퇴적물을 형성하는 공정과,
    상기 퇴적물이 측벽부에 퇴적된 상기 제 1 홀을, 상기 제 1 에칭 가스로 상기 제 1 에칭 처리를 진행시킴으로써 깊게 에칭하는 공정을 가지고,
    상기 반응 생성물을 제거하는 공정과 상기 퇴적물을 형성하는 공정과 상기 제 1 홀을 깊게 에칭하는 공정을 복수 회 반복하고,
    상기 제 3 에칭 가스는, CHF3 및 COS를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 에칭 가스는 CF계의 가스를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
  11. 삭제
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 퇴적물을 형성하는 공정의 처리 시간은 8 초 이상 15 초 이내인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법.
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