KR102531961B1 - 다층막을 에칭하는 방법 - Google Patents

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Abstract

마스크의 복수의 개구의 형상을 균일성을 높이고, 또한 다층막에 형성되는 복수의 개구의 형상의 균일성 및 수직성을 높이는 방법을 제공한다. 일실시 형태의 방법에서는, 복수의 실리콘 산화막 및 복수의 실리콘 질화막을 포함하는 다층막이 에칭된다. 다층막 상에는 탄소를 함유하는 마스크가 마련된다. 방법은 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정과 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정을 포함한다. 이들 공정에서는, 피가공물이 그 위에 배치된 정전 척의 온도가-15 ℃ 이하의 온도로 설정된 상태에서, 챔버 내에서 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 처리 가스는 수소 원자, 불소 원자, 탄소 원자 및 산소 원자를 포함하고, 또한 유황 함유 가스를 포함한다. 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서의 챔버의 압력은 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서의 챔버의 압력보다 낮다.

Description

다층막을 에칭하는 방법 {METHOD OF ETCHING MULTILAYERED FILM}
본 개시된 실시 형태는, 다층막을 에칭하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 디바이스의 제조에 있어서는, 플라즈마 에칭에 의해 피가공물의 에칭 대상막의 에칭이 행해진다. 플라즈마 에칭에서는, 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 피가공물이 배치되고, 챔버로 처리 가스가 공급되어, 당해 처리 가스가 여기(勵起)됨으로써 플라즈마가 생성된다.
특허 문헌 1에는, 에칭 대상막으로서의 실리콘 산화막에 대하여 고애스펙트비의 개구를 형성하기 위하여, 플라즈마 에칭을 행하는 기술이 기재되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 마스크로서, 아몰퍼스 카본제의 마스크가 이용되고 있다. 또한 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 플루오르카본 가스, 하이드로 플루오르카본 가스와 같은 불소 함유 가스와 수소 가스를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 생성함으로써, 실리콘 산화막이 에칭되고 있다.
일본특허공개공보 2016-122774호
교호로 적층된 복수의 실리콘 산화막과 복수의 실리콘 질화막을 포함하는 다층막에 대하여 고애스펙트비의 개구를 형성하기 위하여 플라즈마 에칭을 행하는 경우에도, 아몰퍼스 카본제의 마스크와 같은 탄소를 함유하는 마스크를 이용할 수 있다. 이 다층막의 플라즈마 에칭에 있어서도, 상술한 처리 가스와 같이 탄소 원자, 불소 원자 및 수소 원자를 포함하는 처리 가스를 이용할 수 있다. 이 다층막의 플라즈마 에칭 중에는, 탄소를 함유하는 퇴적물이 마스크 상에 형성된다. 또한 이 플라즈마 에칭에서는, 퇴적물, 또는, 퇴적물 및 마스크가, 그들과 반응하는 활성종에 의해 에칭됨으로써, 마스크의 복수의 개구의 형상이 정해진다. 즉, 초기의 마스크의 잔부(殘部), 또는, 초기의 마스크의 잔부와 퇴적물에 의해, 플라즈마 에칭 중의 마스크의 복수의 개구의 형상이 정해진다.
복수의 개구가 형성되어 있는 마스크에는, 높은 밀도로 개구가 형성된 영역(이하, '빽빽한 영역'이라고 함)과 낮은 밀도로 개구가 형성된 영역(이하, '성긴 영역'이라고 함)이 존재한다. 탄소 원자, 불소 원자 및 수소 원자를 포함하는 상술한 처리 가스의 플라즈마를 이용한 다층막의 플라즈마 에칭에서는, 마스크의 몇 개의 개구의 형상이 변형되어, 마스크의 복수의 개구의 형상이 불균일해진다. 이는, 성긴 영역과 빽빽한 영역의 각각에 공급되는 활성종의 양에 차가 발생했기 때문이라고 추측된다.
마스크의 복수의 개구의 형상이 불균일해지면, 이들 복수의 개구의 하방에 있어서 다층막이 균일하게 에칭되지 않고, 다층막에 형성되는 복수의 개구의 형상이 불균일해져, 당해 복수의 개구의 수직성이 낮아진다. 또한 수직성은, 다층막에 형성되는 개구가 다층막의 적층 방향으로 평행하게 연장되어 있는 경우에 높다. 따라서, 다층막의 에칭 중에 마스크의 복수의 개구의 형상의 균일성을 높이고, 또한 다층막에 형성되는 복수의 개구의 형상의 균일성 및 수직성을 높일 필요가 있다.
일태양에 있어서는, 피가공물의 다층막을 에칭하는 방법이 제공된다. 다층막은, 교호로 적층된 복수의 실리콘 산화막 및 복수의 실리콘 질화막을 포함한다. 피가공물은, 다층막 상에 마련된 마스크를 가진다. 마스크는 탄소를 함유한다. 마스크에는 복수의 개구가 형성되어 있다. 일태양에 따른 방법은, 피가공물이 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서 정전 척 상에 배치된 상태로 실행된다. 이 방법은, 다층막을 에칭하기 위하여, 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정과, 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정 후에 다층막을 더 에칭하기 위하여, 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정을 포함한다. 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정 및 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서는, 다층막을 에칭하기 위하여, 정전 척의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정된 상태에서, 챔버 내에서 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 처리 가스는 수소 원자, 불소 원자 및 탄소 원자를 포함하고, 또한 유황 함유 가스를 포함한다. 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서의 챔버의 제 1 압력이, 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서의 챔버의 제 2 압력보다 낮은 압력으로 설정된다.
일태양에 따른 방법에서는, 유황 함유 가스 중의 유황을 포함하는 퇴적물이 마스크 상에 형성되고, 상기 마스크와 퇴적물에 의해, 플라즈마 에칭 중의 마스크의 복수의 개구의 형상이 정해진다. 유황을 포함하는 퇴적물의 막은, 비교적 균일한 막 두께로 마스크 상에 형성되므로, 플라즈마 에칭 중에 마스크의 복수의 개구의 변형이 억제되어, 상기 마스크의 복수의 개구의 형상의 균일성이 높아진다.
그러나, 유황 함유 가스가 처리 가스에 포함되면, 마스크가 비교적 크게 에칭 된다. 즉, 선택성이 낮아진다. 일태양에 따른 방법에서는, 마스크 선택성을 높이기 위하여, 정전 척의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정된다. 정전 척의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정되면, 다층막의 에칭 레이트가 높아진다. 따라서, 선택성이 높아진다.
단, 정전 척의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정되면, 다층막의 적층 방향에 대하여 다층막에 형성되는 개구에 굴곡이 생긴다. 다층막에 형성되는 개구의 굴곡을 억제하기 위하여, 일태양에 따른 방법에서는, 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서의 챔버의 제 1 압력이, 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정에 있어서의 챔버의 제 2 압력보다 낮은 압력으로 설정된다. 챔버의 압력이 낮은 경우에는, 적층 방향으로 연장되는 수직성이 높은 개구가 다층막에 형성되지만, 선택성이 낮아진다. 한편, 챔버의 압력이 높은 경우에는, 다층막의 에칭에 있어서 선택성을 높일 수 있다. 따라서 일태양에 따른 방법에 의하면, 선택성을 높이고, 또한 다층막에 형성되는 복수의 개구의 형상의 균일성 및 수직성을 높일 수 있다.
일실시 형태에 있어서, 방법의 실행 후에 다층막에 형성되어야 할 개구의 원하는 애스펙트비의 반 이상, 또한 상기 원하는 애스펙트비보다 작은 애스펙트비를 가지는 개구가 상기 다층막에 형성될 때까지 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정이 실행된다.
일실시 형태에 있어서, 제 1 압력은 2 파스칼(15 mTorr) 이하이며, 제 2 압력은 3.333 파스칼(25 mTorr) 이상이다.
일실시 형태에 있어서, 처리 가스는 수소 가스 및 하이드로 플루오르카본 가스, 산소 함유 가스를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 다층막의 에칭 중에 마스크의 복수의 개구의 형상을 균일성을 높이고, 또한 다층막에 형성되는 복수의 개구의 형상의 균일성 및 수직성을 높이는 것이 가능해진다.
도 1은 일실시 형태에 따른 다층막을 에칭하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 방법이 적용되는 피가공물을 예시하는 평면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 피가공물의 하나의 패턴 영역의 일부분을 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 4의 (a)는 도 3의 부분 A의 확대 평면도이며, 도 4의 (b)는, 도 3의 부분 A에 있어서의 피가공물의 확대 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 방법의 실행에 있어서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 6의 (a)는 유황 함유 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 마스크의 일부 영역의 평면도이며, 도 6의 (b)는 유황 함유 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 피가공물의 단면도이다.
도 7의 (a)는 유황 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 마스크의 일부 영역의 평면도이며, 도 7의 (b)는 유황 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 피가공물의 단면도이다.
도 8의 (a)는 제 1 실험에서 구한 애스펙트비와 면적비와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 8의 (b)는 제 1 실험에서 구한 애스펙트비와 편평률과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제 1 실험에서 구한 애스펙트비와 마스크의 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10의 (a)는 제 2 실험에서 구한 정전 척의 온도와 선택비와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 10의 (b)는 제 2 실험에서 구한 정전 척의 온도와 변화율의 3σ와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 제 3 실험에서 구한, 정전 척의 온도와 에칭 레이트의 평균치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12의 (a)는 제 4 실험에서 구한 SF6 가스의 유량비와 면적비와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 12의 (b)는 제 4 실험에서 구한 SF6 가스의 유량비와, 마스크의 패턴 영역의 중심부의 개구의 편평률 및 마스크의 패턴 영역의 단부(端部)의 개구의 편평률의 각각과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 제 4 실험에서 구한 SF6 가스의 유량비와, 변화율의 평균치 및 변화율의 3σ의 각각과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 제 5 실험에서 구한 애스펙트비와 변화율의 3σ와의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
도 1은 일실시 형태에 따른 다층막을 에칭하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1에 나타내는 방법(MT)은, 다층막을 에칭하기 위하여 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정(ST1) 및 다층막을 더 에칭하기 위하여 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정(ST2)을 포함한다. 도 2는 도 1에 나타내는 방법이 적용되는 피가공물을 예시하는 평면도이다. 도 3은 도 2에 나타내는 피가공물의 하나의 패턴 영역의 일부분을 확대하여 나타내는 평면도이다. 도 4의 (a)는 도 3의 부분 A의 확대 평면도이며, 도 4의 (b)는 도 3의 부분 A에 있어서의 피가공물의 확대 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 일례의 피가공물(W)은 웨이퍼와 같이 대략 원반 형상을 가질 수 있다. 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 피가공물(W)은 다층막(MF) 및 마스크(IM)를 가진다. 다층막(MF)은 하지층(UL) 상에 마련되어 있다. 다층막(MF)은 복수의 실리콘 산화막(F1)과 복수의 실리콘 질화막(F2)을 포함하고 있다. 복수의 실리콘 산화막(F1)과 복수의 실리콘 질화막(F2)은 교호로 적층되어 있다. 다층막(MF)에 있어서의 실리콘 산화막(F1)의 개수 및 실리콘 질화막(F2)의 개수의 각각은 임의의 개수일 수 있다. 다층막(MF)의 모든 막 중 최하층의 막은 실리콘 산화막(F1)이어도 되고, 실리콘 질화막(F2)이어도 된다. 또한, 다층막(MF)의 모든 막 중 최상층의 막은 실리콘 산화막(F1)이어도 되고, 실리콘 질화막(F2)이어도 된다. 마스크(IM)는 다층막(MF) 상에 마련되어 있다. 마스크(IM)는 탄소를 포함하고 있다. 마스크(IM)는, 예를 들면 아몰퍼스 카본제이다. 마스크(IM)에는 복수의 개구(IMO)가 형성되어 있다. 복수의 개구(IMO)의 각각은 예를 들면 원형의 평면 형상을 가질 수 있다. 또한 마스크(IM)는, 방법(MT)이 피가공물(W)에 적용되기 전의 상태의 초기의 마스크이다. 복수의 개구(IMO)의 각각은 당해 초기의 마스크에 있어서의 개구이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 피가공물(W)은 복수의 패턴 영역(PR)을 가질 수 있다. 도 2에서는, 파선에 의해 복수의 패턴 영역(PR)의 각각의 경계가 나타나 있다. 복수의 패턴 영역(PR)은 서로 떨어져 있다. 또한, 복수의 패턴 영역(PR)의 배치는 도 2에 나타나는 것에 한정되는 것은 아니다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 패턴 영역(PR)의 각각에는 복수의 개구(IMO)가 형성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 개구(IMO)가 형성되어 있는 마스크(IM)에는, 높은 밀도로 개구(IMO)가 형성되어 있는 영역(DR)과 낮은 밀도로 개구(IMO)가 되어 있는 영역(IR)이 존재한다.
방법(MT)에서는, 상술한 공정(ST1) 및 공정(ST2)이 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행된다. 도 5는 도 1에 나타내는 방법의 실행에서 이용하는 것이 가능한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 5에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치이다. 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버 본체(12)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12)는 대략 원통 형상을 가지고 있다. 챔버 본체(12)는 그 내부 공간을 챔버(12c)로서 제공하고 있다. 챔버 본체(12)는 예를 들면 알루미늄으로 형성되어 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면에는 내플라즈마성을 가지는 처리가 실시되어 있다. 예를 들면, 챔버 본체(12)의 내벽면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 챔버 본체(12)는 전기적으로 접지되어 있다.
또한, 챔버 본체(12)의 측벽에는 통로(12p)가 형성되어 있다. 피가공물(W)은 챔버(12c)로 반입될 때, 또한 챔버(12c)로부터 반출될 때, 통로(12p)를 통과한다. 이 통로(12p)는 게이트 밸브(12g)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
챔버 본체(12)의 저부(底部) 상에는 지지부(13)가 마련되어 있다. 지지부(13)는 절연 재료로 형성되어 있다. 지지부(13)는 대략 원통 형상을 가지고 있다. 지지부(13)는 챔버(12c) 내에서 챔버 본체(12)의 저부로부터 연직 방향으로 연장되어 있다. 지지부(13)는 스테이지(14)를 지지하고 있다. 스테이지(14)는 챔버(12c) 내에 마련되어 있다.
스테이지(14)는 하부 전극(18) 및 정전 척(20)을 가지고 있다. 스테이지(14)는 전극 플레이트(16)를 더 구비할 수 있다. 전극 플레이트(16)는 예를 들면 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(16) 상에 마련되어 있다. 하부 전극(18)은 예를 들면 알루미늄과 같은 도체로 형성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 하부 전극(18)은 전극 플레이트(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
정전 척(20)은 하부 전극(18) 상에 마련되어 있다. 정전 척(20)의 상면 위에는 피가공물(W)이 배치된다. 정전 척(20)은 유전체로 형성된 본체를 가진다. 정전 척(20)의 본체 내에는 막 형상의 전극이 마련되어 있다. 정전 척(20)의 전극은 스위치를 개재하여 직류 전원(22)에 접속되어 있다. 정전 척(20)의 전극에 직류 전원(22)으로부터의 전압이 인가되면, 정전 척(20)과 피가공물(W) 사이에서 정전 인력이 발생한다. 발생한 정전 인력에 의해, 피가공물(W)은 정전 척(20)으로 끌어당겨지고, 당해 정전 척(20)에 의해 유지된다.
하부 전극(18)의 주연부(周緣部) 상에는 피가공물(W)의 엣지를 둘러싸도록 포커스 링(FR)이 배치된다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은 한정되는 것은 아니지만, 실리콘, 탄화 실리콘 또는 석영으로 형성될 수 있다.
하부 전극(18)의 내부에는 유로(18f)가 마련되어 있다. 유로(18f)에는 챔버 본체(12)의 외부에 마련되어 있는 칠러 유닛(26)으로부터 배관(26a)을 거쳐 열 교환 매체(예를 들면 냉매)가 공급된다. 유로(18f)로 공급된 열 교환 매체는 배관(26b)을 거쳐 칠러 유닛(26)으로 되돌려진다. 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 정전 척(20) 상에 배치된 피가공물(W)의 온도가 열 교환 매체와 하부 전극(18)과의 열 교환에 의해 조정된다.
플라즈마 처리 장치(10)에는 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를 정전 척(20)의 상면과 피가공물(W)의 이면과의 사이로 공급한다.
플라즈마 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 스테이지(14)의 상방에 마련되어 있다. 상부 전극(30)은 부재(32)를 개재하여 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 부재(32)는 절연성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 상부 전극(30)은 천판(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천판(34)의 하면은 챔버(12c)측의 하면이며, 챔버(12c)를 구획 형성하고 있다. 천판(34)은 줄열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체로 형성될 수 있다. 천판(34)에는 복수의 가스 토출홀(34a)이 형성되어 있다. 복수의 가스 토출홀(34a)은 당해 천판(34)을 그 판 두께 방향으로 관통하고 있다.
지지체(36)는 천판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료로 형성될 수 있다. 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)로부터는, 복수의 가스 토출홀(34a)에 각각 연통하는 복수의 가스 통류홀(36b)이 하방으로 연장되어 있다. 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)로 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 밸브군(42) 및 유량 제어기군(44)을 개재하여 가스 소스군(40)이 접속되어 있다. 가스 소스군(40)은 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 복수의 가스 소스는 방법(MT)에서 이용되는 처리 가스를 구성하는 복수의 가스의 소스를 포함하고 있다. 밸브군(42)은 복수의 개폐 밸브를 포함하고 있다. 유량 제어기군(44)은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 복수의 유량 제어기의 각각은 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기이다. 가스 소스군(40)의 복수의 가스 소스는 밸브군(42)의 대응의 밸브, 및, 유량 제어기군(44)의 대응의 유량 제어기를 개재하여 가스 공급관(38)에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 챔버 본체(12)의 내벽을 따라, 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 실드(46)는 지지부(13)의 외주에도 마련되어 있다. 실드(46)는 챔버 본체(12)에 에칭 부생물이 부착하는 것을 방지한다. 실드(46)는 예를 들면 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.
지지부(13)와 챔버 본체(12)의 측벽과의 사이에는 배플 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배플 플레이트(48)는 예를 들면 알루미늄제의 모재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성된다. 배플 플레이트(48)에는 복수의 관통홀이 형성되어 있다. 배플 플레이트(48)의 하방, 또한 챔버 본체(12)의 저부에는 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는 배기관(52)을 개재하여 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는 압력 제어 밸브 및 터보 분자 펌프와 같은 진공 펌프를 가지고 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제 1 고주파 전원(62) 및 제 2 고주파 전원(64)을 더 구비하고 있다. 제 1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제 1 고주파를 발생시키는 전원이다. 제 1 고주파의 주파수는 예를 들면 27 MHz ~ 100 MHz의 범위 내의 주파수이다. 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66) 및 전극 플레이트(16)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 정합기(66)는 제 1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 가지고 있다. 또한, 제 1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 개재하여 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 된다.
제 2 고주파 전원(64)은 피가공물(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파를 발생시키는 전원이다. 제 2 고주파의 주파수는 제 1 고주파의 주파수보다 낮다. 제 2 고주파의 주파수는 예를 들면 400 kHz ~ 13. 56 MHz의 범위 내의 주파수이다. 제 2 고주파 전원(64)은 정합기(68) 및 전극 플레이트(16)를 개재하여 하부 전극(18)에 접속되어 있다. 정합기(68)는 제 2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(18)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 가지고 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 직류 전원부(70)를 더 구비할 수 있다. 직류 전원부(70)는 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 직류 전원부(70)는 음의 직류 전압을 발생시키고, 당해 직류 전압을 상부 전극(30)에 부여하는 것이 가능하다.
플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터일 수 있다. 제어부(Cnt)는 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다. 제어부(Cnt)에서는, 입력 장치를 이용하여 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 위하여 커멘드의 입력 조작 등을 행할 수 있다. 또한 제어부(Cnt)에서는, 표시 장치에 의해 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한 제어부(Cnt)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램 및 레시피 데이터가 저장되어 있다. 제어부(Cnt)의 프로세서가 제어 프로그램을 실행하여, 레시피 데이터에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어함으로써, 방법(MT)이 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행된다.
다시 도 1을 참조한다. 이하, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 도 2, 도 3, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타낸 피가공물(W)에 적용되는 경우를 예로 들어, 방법(MT)을 설명한다. 또한 방법(MT)이 적용되는 대상은 피가공물(W)에 한정되는 것은 아니다. 또한 방법(MT)은 플라즈마 처리 장치(10) 이외의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 실행되어도 된다.
방법(MT)은 피가공물(W)이 플라즈마 처리 장치(10)의 챔버(12c) 내에서 정전 척(20) 상에 배치된 상태로 실행된다. 방법(MT)에서는, 먼저, 공정(ST1)에서 제 1 플라즈마 처리가 실행된다. 방법(MT)에서는, 이어지는 공정(ST2)에서 제 2 플라즈마 처리가 실행된다.
공정(ST1)의 제 1 플라즈마 처리 및 공정(ST2)의 제 2 플라즈마 처리에 있어서, 챔버 내에서는 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 처리 가스는 수소 원자, 불소 원자 및 탄소 원자를 포함하고, 또한 유황 함유 가스를 포함한다. 처리 가스는 수소 원자를 포함하기 위하여, H2 가스, CxHy 가스(탄화수소 가스) 및 CxHyFz 가스(하이드로 플루오르카본 가스) 중 일종 이상의 가스를 포함한다. 처리 가스는 불소 원자를 포함하기 위하여, 불소 함유 가스를 포함하고 있다. 불소 함유 가스는 HF 가스, NF3 가스, SF6 가스, WF6 가스, CxFy 가스(플루오르카본 가스) 및 CxHyFz 가스 중 일종 이상의 가스를 포함한다. 처리 가스는 탄소 원자를 포함하기 위하여, CxHy 가스(탄화수소 가스) 및 CxHyFz 가스(하이드로 플루오르카본 가스) 중 일종 이상의 가스를 포함한다. 또한, x, y, z는 자연수이다. 또한, 처리 가스는 유황 함유 가스로서, H2S 가스, COS 가스, CH3SH 가스, SBr2 가스, S2Br2 가스, SF2 가스, S2F2 가스, SF4 가스, SF6 가스, S2F10 가스, SCl2 가스, S2Cl2 가스 및 S3Cl3 가스 중 일종 이상의 가스를 포함할 수 있다. 또한, 처리 가스는 HBr 가스와 같은 할로겐 함유 가스를 더 포함하고 있어도 된다. 또한, 처리 가스는 O2 가스, CO 가스, CO2 가스와 같은 산소 함유 가스를 포함하고 있어도 된다. 일례에 있어서는, 처리 가스는 수소 가스, 하이드로 플루오르카본 가스 및 불소 함유 가스를 포함하는 혼합 가스이다. 보다 구체적인 일례로는, 처리 가스는 H2 가스, CH2F2 가스, SF6 가스 및 HBr 가스를 포함하는 혼합 가스일 수 있다.
공정(ST1)의 제 1 플라즈마 처리 및 공정(ST2)의 제 2 플라즈마 처리에 있어서, 피가공물(W)의 온도는 -15 ℃ 이하의 온도로 설정된다. 피가공물(W)의 온도는 유로(18f)로 공급되는 열 교환 매체의 온도에 의해 조정된다.
공정(ST1)에서는 챔버(12c)의 압력이 제 1 압력으로 설정되고, 공정(ST2)에서는 챔버(12c)의 압력이 제 2 압력으로 설정된다. 제 1 압력은 제 2 압력보다 낮다. 예를 들면, 제 1 압력은 2 Pa(파스칼), 즉 15 mTorr 이하이며, 제 2 압력은 3.333 Pa(파스칼), 즉 25 mTorr 이상이다.
일실시 형태에서는, 방법(MT)의 실행 후에 다층막(MF)에 형성되어야 할 개구(OP)의 원하는 애스펙트비의 반 이상 또한 당해 원하는 애스펙트비보다 작은 애스펙트비를 가지는 개구가 다층막(MF)에 형성될 때까지 공정(ST1)이 실행된다. 이 후에, 원하는 애스펙트비의 개구(OP)가 형성될 때까지 공정(ST2)이 실행된다.
이하, 도 6의 (a), 도 6의 (b), 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)를 참조한다. 도 6의 (a)는 유황 함유 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 마스크의 일부 영역의 평면도이며, 도 6의 (b)는 유황 함유 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 피가공물의 단면도이다. 도 7의 (a)는 유황 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 마스크의 일부 영역의 평면도이며, 도 7의 (b)는 유황 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭 중의 피가공물의 단면도이다.
유황 함유 가스를 포함하지 않고, 탄소 원자, 불소 원자 및 수소 원자를 포함하는 처리 가스의 플라즈마를 이용한 다층막(MF)의 에칭에서는, 마스크 상에 탄소를 함유하는 퇴적물이 형성된다. 플라즈마 에칭 중에는 퇴적물, 또는, 퇴적물 및 마스크가, 그들과 반응하는 활성종에 의해 에칭됨으로써 마스크(MKC)의 복수의 개구(MO)의 형상이 정해진다. 즉, 초기의 마스크(IM)의 잔부, 또는, 초기의 마스크(IM)의 잔부와 퇴적물에 의해, 플라즈마 에칭 중의 마스크(MKC)의 복수의 개구(MO)의 형상이 정해진다. 또한, 활성종은 다층막(MF)의 에칭 중에 발생하는 산소를 포함한다.
다층막(MF)의 에칭 중에 발생하는 산소의 양은, 높은 밀도로 개구(MO)가 형성되어 있는 영역(DR)에서는 많고, 낮은 밀도로 개구(MO)가 형성되어 있는 영역(IR)에서는 적다. 따라서, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 마스크(MKC)의 몇 개의 개구(MO)가 변형된다. 예를 들면, 영역(IR)의 몇 개의 개구(MO)의 평면 형상이 원형으로부터 변형된다. 그 결과, 마스크(MKC)의 복수의 개구(MO)의 형상이 불균일해진다. 마스크(MKC)의 복수의 개구(MO)의 형상이 불균일해지면, 이들 복수의 개구(MO)의 하방에서 다층막(MF)이 균일하게 에칭되지 않고, 다층막(MF)에 형성되는 복수의 개구(OP)의 형상이 불균일해져, 당해 복수의 개구(OP)의 수직성이 낮아진다.
한편 방법(MT)에서는, 유황 함유 가스 중의 유황을 포함하는 퇴적물이 마스크 상에 형성되고, 당해 마스크와 퇴적물에 의해, 플라즈마 에칭 중의 마스크(MK)의 복수의 개구(MO)의 형상이 정해진다. 유황을 포함하는 퇴적물의 막은 비교적 균일한 막 두께로 마스크 상에 형성된다. 따라서, 방법(MT)에 의하면 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 에칭 중에 마스크(MK)의 복수의 개구(MO)의 변형이 억제되어, 마스크(MK)의 복수의 개구(MO)의 형상의 균일성이 높아진다.
그러나, 유황 함유 가스가 처리 가스에 포함되면, 마스크가 비교적 크게 에칭 된다. 즉, 선택성이 낮아진다. 방법(MT)에서는, 선택성을 높이기 위하여, 정전 척(20)의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정된다. 정전 척(20)의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정되면, 다층막(MF)의 에칭 레이트가 높아진다. 따라서, 선택성이 높아진다.
단, 정전 척(20)의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정되면, 다층막(MF)의 적층 방향에 대하여 다층막(MF)에 형성되는 개구에 굴곡이 생긴다. 다층막(MF)에 형성되는 개구의 굴곡을 억제하기 위하여, 방법(MT)에서는, 공정(ST1)에 있어서의 챔버(12c)의 제 1 압력이 공정(ST2)에 있어서의 챔버(12c)의 제 2 압력보다 낮은 압력으로 설정된다. 챔버(12c)의 압력이 낮은 경우에는, 적층 방향으로 연장되는 수직성이 높은 개구(OP)가 다층막(MF)에 형성되지만, 선택성이 낮아진다. 한편, 챔버(12c)의 압력이 높은 경우에는 다층막(MF)의 에칭에서 선택성을 높일 수 있다. 따라서, 방법(MT)에 의하면 선택성을 높이고, 또한 다층막(MF)에 형성되는 복수의 개구(OP)의 형상의 균일성 및 수직성을 높일 수 있다.
이상, 방법(MT)의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고 다양한 변형 태양을 구성 가능하다. 방법(MT)에는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치 이외의 플라즈마 처리 장치를 이용할 수 있다. 예를 들면, 방법(MT)에는 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치 또는 마이크로파와 같은 표면파를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치를 이용할 수 있다.
이하, 방법(MT)의 평가를 위하여 행한 각종 실험에 대하여 설명한다. 우선, 실험에서 구한 몇 개의 평가치에 대하여, 그들의 정의를 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 평가치의 취득을 위하여 행한 실험에서는 초기의 마스크, 즉 플라즈마 에칭 전의 마스크의 개구의 평면 형상은 원형이었다.
몇 개의 실험에서는, 평가치로서 면적비를 구했다. '면적비'는, 실험의 플라즈마 에칭 후의 마스크의 패턴 영역(PR)의 중심부의 개구(MO)의 면적에 의해, 당해 플라즈마 에칭 후의 마스크의 패턴 영역(PR)의 단부의 개구(MO)의 면적을 나눈 값이다. '면적비'는 그 값이 1에 가까울수록, 마스크의 복수의 개구(MO)의 형상이 균일한 것을 나타낸다.
또한, 몇 개의 실험에서는 편평률을 구했다. '편평률'은 실험의 플라즈마 에칭 후의 마스크의 패턴 영역(PR)의 단부의 개구(MO)의 긴 지름과 짧은 지름의 차를 당해 긴 지름에 의해 나눈 값이다. '편평률'은 그 값이 0에 가까울수록, 패턴 영역(PR)의 단부, 즉 성긴 영역에서의 마스크의 개구의 변형(일그러짐)이 적은 것을 나타낸다.
또한, 몇 개의 실험에서는 변화율을 구했다. 변화율은 이하의 식 (1)로 정의된다.
변화율(%) = (P - Q) / P × 100 ··· (1)
식 (1)에서, P는 초기의 마스크에 있어서의 두 개의 근방의 개구(IMO)의 중심 간의 거리이다. Q는 이들 두 개의 근방의 개구(IMO)의 하방에서 플라즈마 에칭에 의해 다층막(MF)에 형성된 두 개의 개구(OP)의 저부에 있어서의 중심 간의 거리이다. 변화율의 평균치, 및, 3 × (변화율의 표준 편차), 즉 변화율의 3σ가 작으면, 다층막(MF)에 형성된 복수의 개구(OP)의 형상이 균일하며, 또한 당해 복수의 개구(OP)의 수직성이 높다.
또한, 몇 개의 실험에서는 선택비를 구했다. 선택비는 다층막의 에칭 레이트를 마스크의 에칭 레이트로 나눈 값으로서 정의된다. 선택비는 그 값이 클수록, 마스크의 에칭을 억제하면서, 다층막을 에칭할 수 있는 것, 즉 선택성이 높은 것을 나타낸다.
(제 1 실험)
제 1 실험에서는, 도 2, 도 3, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타낸 피가공물(W)을 준비하고, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 다층막(MF)의 플라즈마 에칭을 행하고, 다층막(MF)에 형성된 복수의 개구(OP)의 애스펙트비와, 면적비, 편평률 및 마스크의 에칭 레이트의 각각과의 관계를 구했다. 제 1 실험에서는, 처리 가스가 3.5 %의 유량비로 H2S 가스를 포함하는 조건과 처리 가스가 H2S 가스를 포함하지 않은 조건의 각각으로, 다층막(MF)의 플라즈마 에칭을 행했다. 또한, H2S 가스의 유량비는 처리 가스의 전체 유량에 대한 H2S 가스의 유량의 비이다. 제 1 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 그 외의 조건을 이하에 나타낸다.
<제 1 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건>
· 처리 가스 : H2 가스, CH2F2 가스, H2S 가스 및 HBr 가스를 포함하는 혼합 가스
· 챔버(12c)의 압력 : 3.333 Pa(25 mTorr)
· 정전 척(20)의 온도 : 0 ℃
· 제 1 고주파 : 2.5 kW, 40 MHz, 연속파
· 제 2 고주파 : 7 kW, 0.4 MHz, 연속파
도 8의 (a)는 제 1 실험에서 구한 애스펙트비와 면적비와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 8의 (b)는 제 1 실험에서 구한 애스펙트비와 편평률과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9는, 제 1 실험에서 구한 애스펙트비와 마스크의 에칭 레이트와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, H2S 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에서는, H2S 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 비해 면적비가 1에 가깝고, 편평률이 작았다. 즉, 유황 함유 가스의 일종인 H2S 가스를 처리 가스에 포함함으로써, 패턴 영역(PR)의 단부에 있어서의 마스크의 개구의 변형이 억제되고, 또한 마스크의 복수의 개구의 형상이 균일해지는 것이 확인되었다. 단, 도 9에 나타내는 바와 같이, H2S 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에서는, H2S 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 비해 마스크의 에칭 레이트가 높았다. 즉, H2S 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에서는, H2S 가스를 포함하지 않은 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 비해 선택성이 낮아져 있었다.
(제 2 실험)
제 2 실험에서는, 제 1 실험에서 이용한 피가공물과 동일한 피가공물(W)을 준비하고, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여, 다층막(MF)의 플라즈마 에칭을 행하여, 정전 척(20)의 온도와, 선택비 및 변화율의 3σ의 각각과의 관계를 구했다. 이하에, 제 2 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건을 나타낸다. 또한, 제 2 조건에 있어서는 처리 가스는 SF6 가스를 3.5 %의 유량비로 포함하고 있었다.
<제 2 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건>
· 처리 가스 : H2 가스, CH2F2 가스, SF6 가스 및 HBr 가스를 포함하는 혼합 가스
· 챔버(12c)의 압력 : 3.333 Pa(25 mTorr)
· 제 1 고주파 : 2.5 kW, 40 MHz, 연속파
· 제 2 고주파 : 7 kW, 0. 4 MHz, 연속파
· 다층막(MF)에 형성한 개구(OP)의 애스펙트비 : 80
도 10의 (a)는 제 2 실험에서 구한 정전 척의 온도와 선택비와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 10의 (b)는 제 2 실험에서 구한 정전 척의 온도와 변화율의 3σ와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 정전 척의 온도가 저하되면, 선택비가 높아져 있었다. 따라서, 정전 척의 온도를 낮은 온도로 설정함으로써, 선택성을 개선할 수 있는 것이 확인되었다. 한편, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 정전 척의 온도가 저하되면, 변화율의 3σ가 커져 있었다. 따라서, 정전 척의 온도가 저하되면, 다층막(MF)에 형성된 복수의 개구(OP)의 형상이 불균일해지는 것이 확인되었다.
(제 3 실험)
제 3 실험에서는, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 제 2 실험과 동일한 조건으로, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 에칭을 행했다. 제 3 실험에서는, 정전 척(20)의 온도와 에칭 레이트의 평균치와의 관계를 구했다. 에칭 레이트의 평균치는, 실리콘 산화막의 에칭 레이트와 실리콘 질화막의 에칭 레이트와의 평균치이다. 도 11은 제 3 실험에서 구한 정전 척의 온도와 에칭 레이트의 평균치와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 정전 척의 온도가 -15 ℃ 이하인 경우에, 상당히 높은 에칭 레이트의 평균치가 얻어져 있었다. 따라서, 정전 척의 온도를 -15 ℃ 이하로 설정함으로써, 다층막(MF)의 에칭 레이트를 높여, 선택성을 높이는 것이 가능하다는 것이 확인되었다.
(제 4 실험)
제 4 실험에서는, 처리 가스에 포함하는 유황 함유 가스로서 SF6 가스를 이용했다. 제 4 실험에서는, 제 1 실험에서 이용한 피가공물과 동일한 피가공물(W)을 준비하고, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 다층막(MF)의 플라즈마 에칭을 행하고, SF6 가스의 유량비와, 면적비, 마스크의 패턴 영역(PR)의 중심부의 개구(MO)의 편평률, 마스크의 패턴 영역(PR)의 단부의 개구(MO)의 편평률, 변화율의 평균치 및 변화율의 3σ의 각각과의 관계를 구했다. 또한, SF6 가스의 유량비는 처리 가스의 전체 유량에 대한 SF6 가스의 유량의 비이다. 이하에, 제 4 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건을 나타낸다.
<제 4 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건>
· 처리 가스 : H2 가스, CH2F2 가스, HBr 가스 및 SF6 가스를 포함하는 혼합 가스
· 챔버(12c)의 압력 : 3.333 Pa(25 mTorr)
· 정전 척(20)의 온도 : -40 ℃
· 제 1 고주파 : 2.5 kW, 40 MHz, 연속파
· 제 2 고주파 : 7 kW, 0.4 MHz, 연속파
· 다층막(MF)에 형성한 개구(OP)의 애스펙트비 : 90
도 12의 (a)는 제 4 실험에서 구한 SF6 가스의 유량비와 면적비와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 12의 (b)는 제 4 실험에서 구한 SF6 가스의 유량비와, 마스크의 패턴 영역의 중심부의 개구의 편평률 및 마스크의 패턴 영역의 단부의 개구의 편평률의 각각과의 관계를 나타내는 그래프이다. 유황 함유 가스로서 H2S 가스 대신에 SF6 가스를 이용해도, 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 면적비가 1에 가깝고, 편평률이 작았다. 따라서, 임의의 유황 함유 가스를 이용함으로써, 마스크의 개구의 변형이 억제되고, 또한 마스크의 복수의 개구의 형상이 균일해지는 것이라고 추측된다. 또한, SF6 가스의 유량비가 10 % 이상인 경우에, 마스크의 개구의 변형이 더 억제되고, 또한 마스크의 복수의 개구의 형상이 더 균일해져 있었다.
도 13은 제 4 실험에서 구한 SF6 가스의 유량비와, 변화율의 평균치 및 변화율의 3σ의 각각과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 변화율의 평균치는 SF6 가스의 유량비에 의존하지 않고, 거의 제로였다. 또한, SF6 가스의 유량비에 의존하지 않고, 변화율의 3σ는 컸다. 따라서, 제 4 실험의 플라즈마 에칭의 조건에서는, SF6 가스의 유량비에 의존하지 않고, 다층막(MF)에 형성된 복수의 개구(OP)의 형상이 불균일한 것이 확인되었다. 또한, 변화율의 3σ가 큼에도 불구하고 변화율의 평균치가 작아져 있었던 것은, 다층막(MF)의 적층 방향에 대하여 개구(OP)가 연장되는 방향으로 불균형이 생겨, 양의 값을 가지는 변화율과 음의 값을 가지는 변화율이 존재하고 있었던 것이 원인이었다. 다층막(MF)에 형성되는 복수의 개구(OP)의 형상이 불균일하며, 또한 복수의 개구(OP)의 수직성이 낮으면 변화율의 3σ는 커지므로, 다층막(MF)에 형성되는 복수의 개구(OP)의 형상의 균일성 및 복수의 개구(OP)의 수직성의 쌍방은, 변화율의 3σ만을 평가 가능하다는 것이 제 4 실험의 결과로부터 이해할 수 있다.
(제 5 실험)
제 5 실험에서는, 제 1 실험에서 이용한 피가공물과 동일한 피가공물(W)을 준비하고, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 다층막(MF)의 플라즈마 에칭을 행하여, 다층막(MF)에 형성된 개구(OP)의 애스펙트비와 변화율의 3σ와의 관계를 구했다. 이하에, 제 5 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건을 나타낸다. 또한, 제 5 실험에서는 SF6 가스의 유량비는 14 %였다. 또한 이하에 나타내는 바와 같이, 제 5 실험에서는 챔버(12c)의 압력을 이하의 조건(5A, 5B, 5C, 5D)의 각각으로 설정했다.
<제 5 실험에 있어서의 플라즈마 에칭의 조건>
· 처리 가스 : H2 가스, CH2F2 가스, SF6 가스 및 HBr 가스를 포함하는 혼합 가스
· 챔버(12c)의 압력
조건(5A) : 15 mTorr(2 Pa)로 일정
조건(5B) : 25 mTorr(3.333 Pa)로 일정
조건(5C)
애스펙트비가 40이 될 때까지 : 15 mTorr(2 Pa)
애스펙트비가 40이 되고 나서 : 25 mTorr(3.333 Pa)
조건(5D) :
애스펙트비가 60이 될 때까지 : 15 mTorr(2 Pa)
애스펙트비가 60이 되고 나서 : 25 mTorr(3.333 Pa)
· 정전 척(20)의 온도 : -40 ℃
· 제 1 고주파 : 2.5 kW, 40 MHz, 연속파
· 제 2 고주파 : 7 kW, 0.4 MHz, 연속파
도 14는 제 5 실험에서 구한 애스펙트비와 변화율의 3σ와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 조건(5A)의 플라즈마 에칭, 즉 챔버(12c)의 압력을 15 mTorr(2 Pa)에서 변경하지 않았던 플라즈마 에칭에서는, 변화율의 3σ는 작았지만, 선택성이 낮고, 마스크(MK)를 유지하지 못하고 높은 애스펙트비의 복수의 개구를 다층막(MF)에 형성할 수 없었다. 조건(5B)의 플라즈마 에칭, 즉 챔버(12c)의 압력을 25 mTorr(3.333 Pa)에서 변경하지 않았던 플라즈마 에칭에서는, 다층막(MF)에 형성된 복수의 개구(OP)의 애스펙트비가 50보다 큰 경우에는, 변화율의 3σ가 상당히 커졌다.
한편, 조건(5C) 및 조건(5D)의 각각의 플라즈마 에칭, 즉 최초로 챔버(12c)의 압력을 비교적 낮은 압력으로 설정하여 제 1 플라즈마 처리를 행하고, 이어서 챔버(12c)의 압력을 비교적 높은 압력으로 설정하여 제 2 플라즈마 처리를 행하는 플라즈마 에칭에서는, 조건(5A)의 플라즈마 에칭보다 높은 애스펙트비의 개구를 다층막(MF)에 형성할 수 있었다. 또한, 조건(5C) 및 조건(5D)의 각각의 플라즈마 에칭에서는, 조건(5B)의 플라즈마 에칭보다 작은 변화율의 3σ를 가지는 복수의 개구(OP)를 다층막(MF)에 형성할 수 있었다. 또한, 조건(5C)의 경우의 플라즈마 에칭에 비해, 조건(5D)의 플라즈마 에칭에서는, 보다 높은 애스펙트비를 가지는 복수의 개구를 상당히 작은 변화율의 3σ로 형성 가능한 점에서, 다층막(MF)에 형성되어야 할 개구(OP)의 원하는 애스펙트비의 반 이상, 또한 원하는 애스펙트비보다 작은 애스펙트비를 가지는 개구가 다층막(MF)에 형성될 때까지, 저압에서의 플라즈마 처리(제 1 플라즈마 처리)를 실행하고, 이어서 고압에서의 플라즈마 처리(제 2 플라즈마 처리)를 행함으로써, 선택성을 높이고, 또한 다층막(MF)에 형성되는 복수의 개구(OP)의 형상의 균일성 및 수직성을 더 높이는 것이 가능할 것이라고 상정된다.
10 : 플라즈마 처리 장치
12 : 챔버 본체
12c : 챔버
14 : 스테이지
18 : 하부 전극
20 : 정전 척
50 : 배기 장치
62 : 제 1 고주파 전원
64 : 제 2 고주파 전원
W : 피가공물
MF : 다층막
F1 : 실리콘 산화막
F2 : 실리콘 질화막
IM, MK : 마스크
PR : 패턴 영역
IMO, MO : 개구
OP : 개구

Claims (4)

  1. 피가공물의 다층막을 에칭하는 방법으로서,
    상기 다층막은 교호로 적층된 복수의 실리콘 산화막 및 복수의 실리콘 질화막을 포함하고,
    상기 피가공물은 상기 다층막 상에 마련된 탄소를 함유하는 마스크를 가지고,
    상기 마스크에는 복수의 개구가 형성되어 있고,
    상기 방법은 상기 피가공물이 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에서 정전 척 상에 배치된 상태로 실행되고,
    상기 다층막을 에칭하기 위하여 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 공정과,
    제 1 플라즈마 처리를 실행하는 상기 공정 후에 상기 다층막을 더 에칭하기 위하여 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 공정
    을 포함하고,
    제 1 플라즈마 처리를 실행하는 상기 공정 및 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 상기 공정에 있어서, 상기 다층막을 에칭하기 위하여, 상기 정전 척의 온도가 -15 ℃ 이하의 온도로 설정된 상태에서 상기 챔버 내에서 처리 가스의 플라즈마가 생성되고,
    상기 처리 가스는 수소 원자, 불소 원자 및 탄소 원자를 포함하고, 또한 유황 함유 가스를 포함하고,
    제 1 플라즈마 처리를 실행하는 상기 공정에 있어서의 상기 챔버의 제 1 압력이, 제 2 플라즈마 처리를 실행하는 상기 공정에 있어서의 상기 챔버의 제 2 압력보다 낮은 압력으로 설정되는,
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법의 실행 후에 상기 다층막에 형성되어야 할 개구의 원하는 애스펙트비의 반 이상 또한 상기 원하는 애스펙트비보다 작은 애스펙트비를 가지는 개구가 상기 다층막에 형성될 때까지, 제 1 플라즈마 처리를 실행하는 상기 공정이 실행되는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 압력은 2 파스칼 이하이며, 상기 제 2 압력은 3.333 파스칼 이상인, 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 수소 가스 및 하이드로 플루오르카본 가스를 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7228413B2 (ja) * 2019-03-11 2023-02-24 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法、及び、プラズマ処理装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3347909B2 (ja) * 1994-06-13 2002-11-20 松下電器産業株式会社 プラズマ発生加工方法およびその装置
JPH0936103A (ja) * 1995-07-18 1997-02-07 Ulvac Japan Ltd 半導体ウェハのエッチング及びレジスト除去のための方法並びに装置
JP2001102362A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Advanced Display Inc コンタクトホールの形成方法およびその形成方法を用いて製造された液晶表示装置
JP2003229411A (ja) * 2002-02-01 2003-08-15 Toshiba Corp 薄膜トランジスタの製造方法
JP2005277375A (ja) * 2004-02-27 2005-10-06 Nec Electronics Corp 半導体装置の製造方法
JP2009105279A (ja) * 2007-10-24 2009-05-14 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置の製造方法及び半導体装置
WO2013118660A1 (ja) * 2012-02-09 2013-08-15 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置の製造方法及び半導体製造装置
JP5968130B2 (ja) * 2012-07-10 2016-08-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置
JP6207947B2 (ja) * 2013-09-24 2017-10-04 東京エレクトロン株式会社 被処理体をプラズマ処理する方法
JP2015079793A (ja) * 2013-10-15 2015-04-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法
JP6267953B2 (ja) * 2013-12-19 2018-01-24 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法
JP6230930B2 (ja) * 2014-02-17 2017-11-15 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法
JP6454492B2 (ja) * 2014-08-08 2019-01-16 東京エレクトロン株式会社 多層膜をエッチングする方法
JP6328524B2 (ja) * 2014-08-29 2018-05-23 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP6408903B2 (ja) 2014-12-25 2018-10-17 東京エレクトロン株式会社 エッチング処理方法及びエッチング処理装置
JP2016157793A (ja) * 2015-02-24 2016-09-01 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP6339961B2 (ja) * 2015-03-31 2018-06-06 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US9613824B2 (en) * 2015-05-14 2017-04-04 Tokyo Electron Limited Etching method
JP6494424B2 (ja) * 2015-05-29 2019-04-03 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP6541439B2 (ja) * 2015-05-29 2019-07-10 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP2017033982A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 東京エレクトロン株式会社 多層膜をエッチングする方法
JP6604833B2 (ja) * 2015-12-03 2019-11-13 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング方法
JP6498152B2 (ja) * 2015-12-18 2019-04-10 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US20180286707A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-04 Lam Research Corporation Gas additives for sidewall passivation during high aspect ratio cryogenic etch

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