KR20100110886A - 플라스마 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

에칭 조건을 최적화해 에칭 개시부터 종료에 걸쳐서 균일한 면내 분포를 유지할 수 있는 플라스마 처리 방법을 제공한다.
본 발명과 관련되는 플라스마 처리 방법에 있어서는, 진공조 21내에 형성한 플라스마를 이용해 표면에 마스크 패턴이 형성된 기판 W를 에칭하는 공정과, 진공조 21내에 설치된 타겟재 30을 플라스마로 스팩터 해 기판 W에 형성된 에칭 패턴의 측벽부에 보호막을 형성하는 공정이 교대로 반복해진다. 상기 플라스마 처리 방법은, 기판 W에 대한 에칭 처리 및 보호막의 형성 처리를 포함한 플라스마 처리의 진행에 따라 자기 중성선 25의 반경을 변화시키는 것에 의해, 플라스마 처리의 개시부터 종료 사이에 걸쳐서 균일한 면내 분포를 유지한다.

Description

플라스마 처리 방법{PLASMA PROCESSING METHOD}
본 발명은, 실리콘 기판의 표면에 고 어스펙트비의 구멍이나 딥 트렌치를 형성하기 위한 플라스마 처리 방법에 관한 것에 의해, 더욱 자세하게는 에칭 개시부터 종료에 걸쳐서 균일한 면내 분포를 유지할 수 있는 플라스마 처리 방법에 관한 것이다.
종래, 실리콘 기판의 표면의 가공에는, 플라스마 에칭(드라이 에칭) 방법이 넓게 이용되고 있다. 실온에 있어서의 원자장(래디칼) 불소와 실리콘의 반응은 자발적이며, 비교적 높은 에칭 레이트를 얻을 수 있기 때문에, 실리콘 기판의 에칭에서는, 에칭 가스로서 ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＯＦ２、ＸｅＦ２ 등의 불소를 포함한 가스가 널리 사용되고 있다.
한편, 불소를 포함한 에칭 가스를 이용한 실리콘 기판의 드라이 에칭은 등방적이기 때문에, 형성된 에칭 패턴(요부(凹部))의 측벽부(側壁部)에도 에칭이 진행된다. 이 때문에, 스루홀이나 딥 트렌치 등의 미세하고 어스펙트비가 높은 비아(via)를 고정밀도로 형성하는 것이 곤란했다.
따라서 최근, 에칭 패턴의 측벽부에 보호막을 형성하면서 기판을 에칭하는 것에 의해, 에칭의 횡방향의 확대를 억제해 패턴 측벽부의 수직성을 유지할 수 있는 실리콘 기판의 심굴(深掘) 가공 기술이 제안되고 있다.
예를 들면 특허 문헌 1에는, 에칭 공정과 보호막형성 공정을 교대로 반복하는 것에 의해, 에칭 패턴의 측벽부에 폴리머층으로 구성되는 보호막을 형성하면서 에칭하는 방법이 개시되고 있다. 특히, 보호막의 성막(成膜)으로서, 기판에 마주보도록 배치된 타겟재에 아르곤 가스를 이용한 스팩터법이 개시되고 있다.
보호막형성 공정으로 에칭 패턴의 측벽부에 형성된 폴리머층은, 에칭 패턴의 저부에 형성된 폴리머층에 비해, 에칭 공정에서 제거되는 양이 적기 때문에, 이 패턴 측벽부에 형성된 폴리머층이 보호막으로서 기능해, 에칭 방향을 패턴의 깊이 방향으로 제한하는 이방성 에칭이 실현 가능해진다.
WO2006/003962호 공보
최근, 전자 부품의 소형화, 정밀화에 따라, 실리콘 기판의 심굴 가공 기술의 고정밀화가 요구되고 있다. 심굴 가공 기술은 일반적으로, 에칭 패턴의 깊이에 따라 최적인 에칭 조건이 존재한다. 또, 기판 표면의 내주(內周)측과 외주(外周)측은 최적인 에칭 조건이 다르다. 따라서, 에칭 개시부터 종료까지의 사이에 있어 에칭 조건이 일정한 경우, 기판 표면을 면내에 있어 균일하게 에칭하는 것이 곤란하기 때문에, 정밀도가 높은 에칭 패턴을 얻기가 어렵다고 하는 문제가 있다.
이상과 같은 사정을 고려하여, 본 발명의 목적은, 에칭 조건을 최적화해 에칭 개시부터 종료에 걸쳐서 균일한 면내 분포를 유지할 수 있는 플라스마 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태와 관련되는 플라스마 처리 방법은,
진공조내에 형성된 고리형의 자기 중성선을 따라서 고주파 전기장을 형성하는 것에 의해, 상기 진공조내에 도입한 가스의 플라스마를 발생시키는 것을 포함한다. 상기 진공조내에서, 상기 플라스마를 이용해 표면에 마스크 패턴이 형성된 기판은, 에칭된다. 상기 진공조내에 설치된 타겟재를 상기 플라스마로 스팩터 하는 것에 의해, 상기 기판에 형성된 에칭 패턴의 측벽부에 보호막이 형성된다. 상기 기판에 대한 에칭 처리 및 상기 보호막의 형성 처리를 포함한 플라스마 처리의 진행에 따라, 상기 자기 중성선의 반경이 변화된다.
본 발명의 다른 형태와 관련되는 플라스마 에칭 방법은, 진공조내에 형성된 고리형의 자기 중성선을 따라서 고주파 전기장을 형성하는 것에 의해, 상기 진공조내에 도입한 가스의 플라스마를 발생시켜, 상기 진공조내에서, 상기 플라스마를 이용해 표면에 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭해, 상기 진공조내에 설치된 타겟재를 상기 플라스마로 스팩터 하고, 상기 기판에 형성된 에칭 패턴의 측벽부에 보호막을 형성해, 상기 기판에 대한 에칭의 진행에 따라 상기 자기 중성선의 반경을 변화시킨다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 이용되는 플라스마 에칭 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 플라스마 에칭 장치의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 3은 스팩터 조건 등에 대한 플라스마 형성 위치와 기판면내 균일성의 관계의 일례를 나타내는 도다.
도 4는 본 발명과 관련되는 플라스마 에칭 방법의 동작의 일례를 모식적으로 나타내는 주요부의 단면도이다.
본 발명의 일실시 형태와 관련되는 플라스마 처리 방법은, 진공조내에 형성된 고리형의 자기 중성선을 따라서 고주파 전기장을 형성하는 것에 의해, 상기 진공조내에 도입한 가스의 플라스마를 발생시키는 것을 포함한다. 상기 진공조내에서, 상기 플라스마를 이용해 표면에 마스크 패턴이 형성된 기판은, 에칭된다. 상기 진공조내에 설치된 타겟재를 상기 플라스마로 스팩터 하는 것에 의해, 상기 기판에 형성된 에칭 패턴의 측벽부에 보호막이 형성된다. 상기 기판에 대한 에칭 처리 및 상기 보호막의 형성 처리를 포함한 플라스마 처리의 진행에 따라, 상기 자기 중성선의 반경이 변화된다.
상기 플라스마 처리 방법은, 자기 중성선방전(NLD：magnetic Neutral Loop Discharge) 형태의 플라스마 에칭 방법에 적용된다. 자기 중성선방전은, 진공조내에 형성된 자장 제로의 고리형의 자기 중성선을 따라서 고주파 전기장을 인가하는 것에 의해 플라스마를 형성하는 기술이다. 자기 중성선은, 예를 들면, 진공조의 주위에 설치된 복수의 자기 코일에 의해서 형성할 수 있어 이들 자기 코일에 흘리는 전류의 크기에 의해서, 자기 중성선의 반경, 위치 등을 임의로 조정하는 것이 가능하다.
상기 플라스마 처리 방법에 있어서는, 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라, 자기 중성선의 반경을 조정하는 것에 의해, 진공조내에 발생하는 플라스마의 밀도 분포를 변화시키도록 하고 있다. 「플라스마 처리의 진행에 따라」에는, 「에칭 패턴의 깊이에 따라」, 「에칭 공정 또는 스팩터 공정에 따라」 등의 의미가 포함된다. 또, 「에칭의 진행에 따라」에는, 「에칭 패턴의 깊이에 따라」, 「에칭 공정 또는 스팩터 공정에 따라」 등의 의미가 포함된다.
이와 같이, 플라스마 처리의 진행에 따라 변화하는 에칭 레이트의 면내 분포에 대응한 최적의 에칭 환경을 얻기 위해, 에칭의 개시부터 종료에 걸쳐서 균일한 면내 분포를 유지하는 것이 가능해진다.
그리고, 상기 플라스마 처리 방법에서, 상기 기판을 에칭하는 공정과 상기 보호막을 형성하는 공정은, 교대로 반복해 실시되어도 괜찮다. 상기 자기 중성선의 반경을 조정하는 공정은, 상기 플라스마 처리의 개시부터 종료까지의 사이에서, 상기 자기 중성선의 반경을 단계적으로 변화시킨다.
이와 같이, 에칭 개시부터 종료까지의 사이를 복수의 단계로 구분해, 각 단계에 있어 미리 평가해 둔 최적인 프로세스 조건에 적합하도록 자기 중성선의 반경을 변화시키는 것에 의해, 에칭 개시부터 종료까지의 사이에 걸쳐, 면내 균일성이 뛰어난 에칭을 실시하는 것이 가능해진다. 구분할 단계수는 특히 한정되지 않지만, 단계수가 많을수록 고정밀의 에칭 가공을 실현할 수 있다.
상기 플라스마 처리 방법에 있어서, 상기 자기 중성선의 반경을 변화시키는 공정은, 상기 기판을 에칭하는 공정으로 실시할 수 있다. 이것에 의해, 기판에 대한 면내 균일성이 뛰어난 에칭 처리가 가능해진다.
또, 상기 플라스마 처리 방법에 있어서, 상기 자기 중성선의 반경을 변화시키는 공정은, 상기 보호막을 형성하는 공정으로 실시되어도 괜찮다. 이것에 의해, 면내 균일성이 뛰어난 에칭 보호막의 형성이 가능해진다.
또한, 상기 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라, 상기 진공조내에 도입하는 가스의 압력을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 에칭 패턴이 깊어짐에 따라 압력을 낮게 하는 것에 의해, 패턴 저부로의 에쳔트의 지향성을 높이고, 깊이 방향에의 적정한 에칭 처리를 실현하는 것이 가능해진다. 이 방법은, 보호막형성 공정에 대해서도 이와 같이 적용 가능하다.
또한, 상기 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라, 상기 진공조내에 도입하는 혼합 가스의 혼합비를 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 에칭 패턴의 깊이에 적절한 에칭 처리가 가능해진다. 이 방법은, 보호막형성 공정에 대해서도 이와 같이 적용 가능하다.
또한, 상기 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라, 상기 고주파 전기장의 세기를 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 플라스마 밀도의 제어가 가능해지므로, 자기 중성선의 반경 제어와 조합해 플라스마 형성 조건의 최적화를 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 근거해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 플라스마 처리 방법에 적용되는 플라스마 에칭 장치 20의 개략 구성도이다. 도시하는 플라스마 에칭 장치 20은, NLD(자기 중성선방전：magnetic Neutral Loop Discharge) 형태의 플라스마 에칭 장치로서 구성되어 있어 기판 표면의 에칭 기능과 기판 표면의 에칭 패턴의 측벽부에 보호막을 형성하는 기능을 겸비하고 있다.
도 1에 있어서, 21은 진공조이며, 내부에 플라스마 형성 공간 21a를 포함한 진공 챔버(플라스마 챔버)가 형성되고 있다. 진공조 21에는 터보 분자 펌프(TMP：Turbo Molecular Pump) 등의 진공 펌프가 접속되어 진공조 21의 내부가 소정의 진공도로 배기되고 있다.
플라스마 형성 공간 21a의 주위에는, 진공조 21의 일부를 구성하는 통모양 벽 22에 의해서 구획되고 있다. 통모양 벽 22는 석영 등의 투명 절연 재료로 구성되어 있다. 통모양 벽 22의 외주 측에는, 제1의 고주파 전원 RF1에 접속된 플라스마 발생용 고주파 코일(안테나) 23과 이 고주파 코일 23의 외주 측에 배치된 세 개의 자기 코일군 24(24A, 24B, 24C)가 각각 배치되어 있다.
자기 코일 24A와 자기 코일 24C에는 각각 동일 방향으로 전류가 공급되고, 자기 코일 24B에는 다른 자기 코일 24A, 24C와 역방향으로 전류가 공급된다. 그 결과, 플라스마 형성 공간 21a에 있어서, 자장 제로가 되는 자기 중성선 25가 고리형으로 연속해 형성된다. 그리고, 고주파 코일 23에 의해 자기 중성선 25에 따른 유도 전기장(고주파 전기장)이 형성되는 것에 의해, 방전 플라스마가 형성된다.
특히, NLD 방식의 플라스마 에칭 장치에 있어서는, 자기 코일 24A~24C에 흘리는 전류의 크기에 의해서, 자기 중성선 25의 형성 위치 및 크기(반경)를 조정할 수 있다. 즉, 자기 코일 24A, 24B, 24C에 흘리는 전류를 각각 IA, IB, IC로 했을 때, IA＞IC의 경우는 자기 중성선 25의 형성 위치는 자기 코일 24C측으로 내려가고, 반대로, IA＜IC의 경우는 자기 중성선 25의 형성 위치는 자기 코일 24A측으로 올라간다. 또, 중간의 자기 코일 24B에 흘리는 전류 IB를 크게 하면 자기 중성선 25의 링 지름은 작아지고, 전류 IB를 작게 하면 자기 중성선 25의 링 지름은 커진다. 또한, 전류 IB의 크기에 의해, 자기 중성선 25의 자장 제로의 위치에서의 자장 구배(勾配)를 제어하는 것이 가능하여, IB를 크게 할수록 자장 구배가 완만하게 되고, IB를 작게 할수록 자장 구배가 가파르게 된다. 이러한 특성을 이용하는 것에 의해, 플라스마 밀도 분포의 최적화를 도모할 수 있다.
한편, 진공조 21의 내부에는, 반도체 웨이퍼(실리콘(Si) 기판) W를 지지하는 스테이지 26이 설치되어 있다. 스테이지 26은, 도전체를 포함한 구성으로 되어 있고 콘덴서 27을 통해 제2의 고주파 전원 RF2에 접속되고 있다. 덧붙여 스테이지 26에는, 기판 W를 소정 온도에 가열하기 위한 히터 등의 가열원이 내장되고 있다.
플라스마 형성 공간 21a의 상부에는, 천판 29가 설치되어 있다. 천판 29는, 스테이지 26의 마주보는 전극으로서 구성되어 있고 콘덴서 28을 통해 제3의 고주파 전원 RF3에 접속되고 있다. 천판 29의 플라스마 형성 공간 21a측의 면에는, 스팩터에 의해 기판을 성막하기 위한 타겟재(스팩터링 타겟) 30이 장착되고 있다. 타겟재 32는, 본 실시 형태에서는, 폴리 테트라 플루오르 에틸렌(PTFE) 등의 불소 수지가 이용되고 있지만, 이외의 합성 수지 재료, 혹은 규소재, 탄소재, 탄화규소재, 산화 규소재, 질화 규소재 등이 적용 가능하다.
천판 29의 근방에는, 진공조 21의 내부에 프로세스 가스를 도입하기 위한 가스 도입관 31이 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 프로세스 가스는, 에칭 공정용의 가스, 스팩터 공정용의 가스가 포함된다.
에칭 가스로서는, ＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＸｅＦ２의 적어도 어느 쪽이나 일종 또는 불활성 가스와의 혼합 가스가 이용된다. 혼합 가스로서는, ＳＦ６／Ａｒ、ＨＢｒ／ＳＦ６／Ｏ２ 등의 2종 이상의 가스의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 에칭 가스로서 ＳＦ６／Ａｒ의 혼합 가스가 이용된다.
한편, 스팩터용의 프로세스 가스로서는, 예를 들면, Ar나 Ｎ２ 등의 희가스 혹은 불활성 가스를 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 스팩터용 프로세스 가스로서 Ar가 이용된다.
본 실시 형태의 플라스마 에칭 장치 20에 있어서는, 스테이지 26상에 재치(載置)된 기판 W에 대해서 에칭 공정과 보호막형성 공정을 교대로 반복해 실시하는 것에 의해, 기판 W의 표면에 고 어스펙트비의 구멍 또는 딥 트렌치 등으로 구성되는 비아를 형성한다.
도 2는, 본 실시 형태의 플라스마 에칭 장치 20의 일동작예를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 2A는 고주파 코일 23에 공급되는 제1의 고주파 전원 RF1의 전력 인가 타이밍, 도 2B는 스테이지 26에 공급되는 제2의 고주파 전원 RF2의 전력 인가 타이밍, 도 2C는 천판 29에 공급되는 제3의 고주파 전원 RF3의 전력 인가 타이밍, 도 2 D는 진공조 21의 내부에 있어서의 압력 변화를 각각 나타내 보이고 있다. 이 예에서는, 에칭 공정의 처리 압력(프로세스 가스 도입량)은, 보호막형성 공정의 그것보다 높게 설정되어 있다.
기판 W의 표면에는 미리, 마스크 패턴이 형성되어 있다. 이 마스크 패턴에는, 유기 레지스터나 메탈 마스크 등의 에칭 마스크가 포함된다. 에칭 공정 및 보호막형성 공정에서는, 플라스마 형성 공간 21a에 자기 코일군 24에 의한 고리형 자기 중성선 25가 형성되고, 또한 제1의 고주파 전원 RF1로부터 고주파 코일 23에의 전력 투입에 의해, 고리형 자기 중성선 25 따라서 유도 결합 플라스마가 형성된다.
에칭 공정에 있어서, 진공조 21의 내부에 도입된 에칭 가스(ＳＦ６와 Ar의 혼합 가스)는, 플라스마 형성 공간 21a에서 플라스마화해, 생성된 이온과 래디칼에 의해 스테이지 26상의 기판 W를 에칭 처리한다. 이 때, 제2의 고주파 전원 RF2로부터의 전력 투입으로 기판 바이어스가 ON 되어, 이온을 스테이지 26측에 가속시켜, 기판 W상의 래디칼 생성물을 스팩터 제거해 에칭성을 높인다. 즉, 불소 래디칼이 실리콘과 반응해 래디칼 생성물을 형성해, 이것을 플라스마중의 이온에 의한 스팩터 작용으로 제거하는 것에 의해, 실리콘 기판 W의 에칭 처리가 진행된다.
한편, 에칭 처리를 소정 시간 실시한 후, 진공조 21의 내부에 잔류하는 에칭 가스가 배기된다. 그리고, 보호막형성용 프로세스 가스(Ar)가 진공조 21의 내부에 도입되는 것에 의해 보호막형성 공정이 개시된다. 도입된 프로세스 가스는, 플라스마 형성 공간 21a에서 플라스마화 된다. 이 때, 기판 바이어스(RF2)는 OFF 되는 대신에, 제3의 고주파 전원(RF3)으로부터의 전력 투입으로 천판 바이어스가 ON 된다. 그 결과, 천판 29에 설치된 타겟재 30은 플라스마중의 이온에 의해 스팩터 되어 그 스팩터물이 기판 W의 표면 및 상술의 에칭 공정으로 형성된 에칭 패턴에 부착된다. 이상과 같이 하여, 에칭 패턴의 저부 및 측벽부에, 보호막으로서 기능하는 폴리머층이 형성된다.
여기서, 타겟재 30으로부터 나온 스팩터 입자는, 플라스마 형성 공간 21a에 형성되고 있는 NLD 플라스마를 통과해 기판에 도달한다. 이 때, 스팩터 입자는, 고리형 자기 중성선 25가 형성되는 고밀도 플라스마 영역에서 분해, 재여기되는 것에 의해, 화학적 증착법(CVD법)과 유사한 성막 형태로, 기판의 표면에 대해 등방적으로 입사한다. 따라서, 본 실시 형태에 의해서 얻을 수 있는 에칭 패턴의 단차 피복(보호막)은, 커버리지(coverage)성이 높고, 면내 균일성이 뛰어나다.
덧붙여, 보호막형성 공정의 프로세스 가스로서 예를 들면Ar과 플로로카본계 가스(Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３ 등)의 혼합 가스를 이용하는 것에 의해, 프로세스 가스중의 반응 가스가 플라스마 형성 공간 21a에서 플라스마화해, 그 래디칼 생성물이 기판 표면에 퇴적하는 것에 의해서, 보호막으로서 기능하는 폴리머층을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 프로세스 가스로서 상기 혼합 가스를 이용하는 것에 의해, Ar 가스만을 프로세스 가스로서 이용하는 경우에 비해 스팩터 레이트의 향상을 도모할 수 있다.
보호막형성 공정을 소정 시간 실시한 후, 다시 상술한 에칭 공정을 한다. 이 에칭 공정의 초기 단계는, 에칭 패턴의 저부를 피복하는 보호막의 제거 작용에 사용된다. 그 후, 보호막의 제거에 의해 노출된 에칭 패턴의 저부의 에칭 처리가 재개된다. 이 때, 플라스마중의 이온은, 기판 바이어스 작용에 의해서 기판에 대해 수직 방향으로 입사한다. 이 때문에, 에칭 패턴의 측벽부를 피복하는 보호막에 도달하는 이온은, 에칭 패턴의 저부에 도달하는 이온에 비해 적다. 따라서, 에칭 공정의 사이, 에칭 패턴의 측벽부를 피복하는 보호막은 완전하게 제거되는 일 없이 잔류한다. 이것에 의해, 에칭 패턴의 측벽부와 불소 래디칼과의 접촉이 회피되어 에칭 패턴의 측벽부의 에칭에 의한 침식이 회피된다.
이후, 상술의 에칭 공정과 보호막형성 공정이 교대로 반복해 행해지는 것에 의해, 기판 표면에 대해 수직 방향의 이방성 에칭이 실현된다. 이상과 같이 하여, 기판 W의 내부에 고 어스펙트비의 비아(컨택트홀, 트렌치)가 제작된다.
그런데, 기판의 표면을 에칭 또는 스팩터 성막할 때, 기판의 표면에 대한 이러한 플라스마 처리의 면내 균일성의 확보가 중요하다. 이것은, 기판의 사이즈가 대형화될 수록 현저해진다. 면내 균일성은, 진공조내에 형성되는 플라스마의 위치 즉 밀도 분포에 강하게 의존한다. 자기 중성선방전(NLD)은, 자기 중성선의 형성 위치에서 고밀도의 플라스마가 형성된다. 따라서, 자기 중성선의 반경을 변화시키는 것에 의해, 진공조내에 발생하는 플라스마의 밀도 분포가 가변된다. 본 실시 형태에 있어서, 자기 중성선 25의 반경은, 자기 코일군 24의 중앙의 자기 코일 24B에 공급하는 전류의 크기에 의해서 조정할 수 있다.
또, 플라스마의 형성 위치는, 스팩터 조건이나 에칭 조건 등에 의해서도 면내 균일성에 큰 영향을 준다. 그 일례로서 스팩터 조건, 도입 가스의 압력, 도입 가스의 혼합비, 안테나 파워(RF1)의 각각에 관한 플라스마 형성 위치와 기판의 면내 균일성의 관계를 도 3에 나타낸다.
도 3에 있어서, 가로축의「NL전류치」는, 자기 코일군 24(도 1)의 중앙의 자기 코일 24B에 공급하는 전류의 크기를 나타내고 있다. 이 전류치가 커질수록 자기 중성선 25의 반경은 작아지고, 전류치가 작아질수록 자기 중성선 25의 반경은 커진다. 도 3에서 「스팩터 조건」은, 가스압, 가스 혼합비, 안테나 파워(RF1), 천판 바이어스 파워(RF3) 등의 각종 파라미터가 포함되어 있다. 덧붙여 도 3에 있어서 「스팩터 조건」, 「가스압」, 「가스 혼합비」, 「안테나 파워」은 각각 고정치이며, 도 3은 이러한 고정치에 대한 NL전류치와 면내 균일성의 관계를 나타내고 있다.
도 3에 나타낸 것처럼, 스팩터 조건, 가스압, 가스 혼합비, 안테나 파워 등은, 면내 균일성에 큰 관련을 갖고 있다. 도시하지 않더라도, 에칭 조건에 관해서도 마찬가지이다. 따라서, 스팩터 처리 및 에칭 처리에 관해서는, 희망하는 면내 균일성을 확보하는 관점으로부터, 최적인 플라스마 분포 밀도를 설정할 필요가 있다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 기판 W에 대한 에칭(플라스마 처리)의 진행에 따라, 자기 중성선 25의 반경을 변화시키도록 하고 있다. 예를 들면, 기판 중앙부가 둘레 부분에 비해 에칭 레이트가 높은 경우, 고리형 자기 중성선의 반경을 크게 해 에칭 레이트의 면내 균일성을 향상시킨다.
예를 들면, 도 4(A)~(C)에 나타내듯이, 기판 W상의 일부의 에칭 패턴 P2, P3가 이들보다 외주측의 에칭 패턴 P1 또는 내주측의 에칭 패턴 P4보다 에칭 레이트가 빠른 경우, 적의(適宜)한 타이밍에 자기 중성선 25의 반경을 변화시킨다. 이 경우, 자기 중성선 25의 반경을 작게 하거나 크게 하거나 하는 것에 의해, 패턴 P1, P4의 에칭 레이트를 패턴 P2, P3의 에칭 레이트에 합치시킬 수 있다. 또한 도 4에 있어서, 참조 부호 M은, 기판 W의 표면에 형성된 에칭용 마스크 패턴이다.
상술한 방법은, 1개의 에칭 공정내에서 자기 중성선 25의 반경을 다단계로 변화시키는 제어를 채용해도 괜찮고, 스팩터 공정으로부터 에칭 공정으로 변환될 때마다 자기 중성선 25의 반경을 변화시키는 제어를 채용해도 괜찮다. 또, 자기 중성선 25의 반경의 변화는, 미리 설정한 반경의 크기로 다단계로 변화시키는 제어에만 한정되지 않고, 미리 설정한 반경의 크기의 범위내에서 연속적으로 변화시키는 제어도 포함된다.
기판 W에 대한 에칭(플라스마 처리)의 진행에 따라 자기 중성선 25의 반경을 변화시키는 다른 제어예로서는, 에칭 공정과 스팩터 공정에서 자기 중성선의 형성 위치를 변화시키는 제어를 들 수 있다. 에칭 공정과 스팩터 공정에서 희망하는 면내 균일성을 확보할 수 있는 플라스마 형성 위치가 각각 다른 경우가 있기 때문이다. 이 경우, 에칭 공정 및 스팩터 공정의 각각의 자기 중성선의 반경(NL전류치)의 최적치를 미리 취득해 두어, 에칭 처리와 스팩터 처리의 전환시에, 자기 중성선의 반경을 각각의 최적치로 변화시킨다. 이것에 의해, 에칭 처리시 및 스팩터 처리시의 각각에 있어서 희망하는 면내 균일성을 확보하는 것이 가능해진다.
한편, 에칭 패턴의 깊이에 따라 에칭 레이트의 면내 분포가 변화하기 때문에, 에칭 레이트의 면내 분포에 대응시켜 자기 중성선의 반경을 변화시킬 수 있다. 이것에 의해, 에칭 패턴의 깊이에 따라, 면내 균일성이 뛰어난 최적인 플라스마 분포 밀도를 제공하는 것이 가능해진다. 또 필요에 따라서, 자기 중성선의 높이 위치나 자장 구배를 변화시켜도 괜찮다.
이와 같이, 에칭 개시부터 종료까지의 사이를 복수의 단계로 구분해, 각 단계에 있어 미리 평가해 둔 최적의 프로세스 조건에 적합하도록 자기 중성선 25의 반경을 변화시키는 것에 의해, 에칭(플라스마 처리) 개시부터 종료까지의 사이에 걸쳐, 면내 균일성이 뛰어난 에칭을 실시하는 것이 가능해진다. 구분할 단계수는 특히 한정되지 않지만, 단계수가 많을수록 고정밀의 에칭 가공을 실현할 수 있다.
상술한 것 같은 자기 중성선 25의 반경 제어에 더하여, 또한 이하에 설명하는 파라미터에 대해서도 변화시키는 것에 의해서, 에칭면내 균일성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
(가스압)
에칭(플라스마 처리)의 개시부터 종료까지의 사이에 걸쳐서, 진공조 21내에 도입하는 가스의 압력을 단계적으로 변화시킨다. 예를 들면, 에칭 개시시는 가스압을 비교적 조금 높게 설정해, 에칭의 진행에 따라 가스압을 저하시키는 제어를 채용할 수 있다.
통상, 실리콘 기판의 심굴 에칭에서는, 에칭 패턴이 깊어짐에 따라 패턴의 개구부의 에칭도 진행하기 때문에, 패턴 개구부의 형상 정밀도를 유지하는 것이 곤란해진다. 따라서, 에칭의 진행에 따라 가스압을 저하시키는 것에 의해, 패턴의 저부로 향하는 이온의 지향성을 강하게 하고, 기판 수직 방향을 향하는 에칭 이방성을 높일 수 있다. 이것에 의해, 패턴 개구부의 형상 정밀도가 뛰어난 심굴 가공을 실현하는 것이 가능해진다.
덧붙여 이 가스압 제어는, 에칭 공정 및 스팩터 공정에 대해 각각 실시 가능하다.
(가스 혼합비)
에칭(플라스마 처리)의 개시부터 종료까지의 사이에 걸쳐서, 진공조 21내에 도입하는 에칭 가스(ＳＦ６／Ａｒ)의 혼합비를 변화시킨다. 예를 들면, 에칭의 진행에 따라 에칭 가스중의 Ar량을 증가시킨다.
실리콘 기판의 심굴 에칭에서는 비교적 높은 에칭 레이트를 얻을 수 있기 때문에, ＳＦ６ 등의 불소계 가스가 에칭 가스로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 불소계 가스에 의한 실리콘의 에칭은 등방성이 강하기 때문에, 패턴이 깊어짐에 따라서 패턴 개구부의 형상 정밀도의 열화나, 패턴 저부에 도달하는 이온량의 저하가 표면화한다. 따라서, 에칭의 진행에 따라 가스중의 Ar함유량을 증가시키는 것에 의해, 패턴의 저부로 향하는 이온의 양을 증가시켜 희망하는 에칭 레이트를 확보하는 것과 동시에, 패턴 개구부의 형상 정밀도의 열화를 효과적으로 방지하는 것이 가능해진다.
(안테나 파워)
에칭(플라스마 처리)의 개시부터 종료까지의 사이에 걸쳐서, 자기 중성선 25을 따라서 형성되는 플라스마의 강도를 안테나 파워의 제어에 의해 단계적으로 변화시킨다.
위에서 설명한 바와 같이, 플라스마의 분포 밀도는 기판의 면내 균일성에 큰 영향을 준다. 플라스마의 분포 밀도는, 자기 중성선 25의 반경의 크기뿐만이 아니라, 플라스마를 발생시키는 안테나 파워 즉 고주파 코일 23에 인가하는 고주파 전력(RF1)의 크기에도 크게 관련한다. 따라서, 자기 중성선 25의 반경 제어에 추가하여, 안테나 파워의 크기도 적의 조정하는 것에 의해서, 면내 분포의 균일성의 새로운 향상을 도모할 수 있는 것과 동시에, 면내 균일 제어를 용이하게 실현될 수 있다.
안테나 파워와 에칭종의 양은 거의 비례 관계에 있기 때문에, 안테나 파워를 고정했을 경우, 에칭의 진행에 따라 패턴 개구부의 침식도 표면화하는 경향이 있다. 따라서, 에칭의 진행에 따라 안테나 파워를 저하시키는 것에 의해, 패턴 개구부의 에칭 데미지의 저감을 도모하면서, 패턴 저부에 대한 소정의 에칭 효과를 유지하는 것이 가능해진다. 또, 에칭의 진행에 따라, 스테이지 26에 인가하는 바이어스 파워(RF2)를 상승시키도록 하면, 패턴의 저부에 도달하는 이온의 양이 높아지기 때문에, 에칭 레이트의 대폭적인 저하를 회피하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상술의 실시 형태에게만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위내에 있어 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
예를 들면, 에칭(플라스마 처리)의 진행에 따라 단계적으로 변화시키는 제어 파라미터는, 상술한 안테나 파워나 도입 가스압, 가스 혼합비뿐만이 아니라, 스테이지 26에 인가하는 바이어스 전력(RF2)이나 천판 29에 인가하는 바이어스 전력(RF3)에도 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 전자의 경우에는 에칭의 진행에 따라 바이어스 파워(RF2)를 증가시킨다. 이것에 의해, 패턴 저부로의 이온 끌어들임 작용을 높여 높은 에칭 레이트를 확보할 수 있다.
20 플라스마 에칭 장치
21 진공조
23 고주파 코일(안테나)
24 자기 코일군
25 자기 중성선
26 스테이지
29 천판
30 타겟재
31 가스 도입관
W기판

Claims (7)

  1. 진공조내에 형성된 고리형의 자기 중성선을 따라서 고주파 전기장을 형성하는 것에 의해, 상기 진공조내에 도입한 가스의 플라스마를 발생시키고,
    상기 진공조내에서, 상기 플라스마를 이용해 표면에 마스크 패턴이 형성된 기판을 에칭하고,
    상기 진공조내에 설치된 타겟재를 상기 플라스마로 스팩터 하는 것에 의해, 상기 기판에 형성된 에칭 패턴의 측벽부에 보호막을 형성하고,
    상기 기판에 대한 에칭 처리 및 상기 보호막의 형성 처리를 포함한 플라스마 처리의 진행에 따라 상기 자기 중성선의 반경을 변화시키는
    플라스마 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 에칭하는 공정과 상기 보호막을 형성하는 공정은, 교대로 반복해 실시되고,
    상기 자기 중성선의 반경을 변화시키는 공정은, 상기 플라스마 처리의 개시부터 종료까지의 사이에, 상기 자기 중성선의 반경을 단계적으로 변화시키는
    플라스마 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기 중성선의 반경을 변화시키는 공정은, 상기 기판을 에칭하는 공정으로 실시되는
    플라스마 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자기 중성선의 반경을 변화시키는 공정은, 상기 보호막을 형성하는 공정으로 실시되는
    플라스마 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    추가로, 상기 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라 상기 가스의 압력을 변화시키는
    플라스마 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스는, 2종 이상의 혼합 가스이며,
    상기 플라스마 처리 방법은, 추가로,
    상기 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라 상기 가스의 혼합비를 변화시키는
    플라스마 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    추가로, 상기 기판에 대한 플라스마 처리의 진행에 따라 상기 고주파 전기장의 세기를 변화시키는 플라스마 처리 방법.
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