KR20130086177A - 에칭 방법 및 에칭 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

블록·코폴리머의 자기 조직화에 의해 형성된 주기 패턴의 에칭 조건을 적정화한다. 자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화함으로써 형성된 주기 패턴을 에칭하는 방법으로서, 처리실 내로 가스를 도입하는 공정과, 상기 제 1 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포보다 작고, 상기 제 2 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포 이상인 범위에, 이온 에너지가 많이 분포하도록 고주파 전원의 주파수를 설정하고, 고주파 전원으로부터 처리실 내로 고주파 전력을 공급하는 공정과, 상기 고주파 전력에 의해 상기 처리실 내로 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 이용하여 서셉터(16)에 재치된 피처리체 상에 상기 주기 패턴을 에칭하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법이 제공된다.

Description

에칭 방법 및 에칭 장치{ETCHING METHOD AND ETCHING APPARATUS}
본 발명은, 에칭 방법 및 에칭 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 진보된 미세화를 실현하기 위해서는, 지금까지의 포토리소그래피 기술을 이용한 미세 가공에 의해 얻어지는 한계 치수를 하회(下廻)할 필요가 있다. 이를 실현하기 위하여, 차세대 노광 기술인 EUV(extreme ultraviolet)의 개발이 진행되고 있다. EUV에서는, 예를 들면 13.5 nm로 매우 짧은 파장을 이용한다. 이 때문에, EUV에서는 광원 파장이 종래의 UV 광원 파장에 비해 현저히 짧아지기 때문에 양산화에 대한 기술 장벽이 있고, 예를 들면 노광 시간이 길다는 등의 과제를 가지고 있다. 이 때문에, EUV의 차세대 노광 기술의 개발의 진전을 기다리지 않고, 보다 미세화된 디바이스를 제공할 수 있는 제조 방법의 개발이 필요하다.
따라서 특허 문헌 1에서는, 질서 패턴을 자발적으로 조직화하는 자기 조직화(self-assembled) 재료의 하나인 자기 조직화 블록·코폴리머(BCP : block copolymer)에 착목하고 있다. 구체적으로, 서로 혼화(混和)하지 않는 둘 이상의 폴리머·블록 성분(A, B)을 함유한 블록·코폴리머를 포함하는 블록·코폴리머층을 하층막 상에 도포한다. 이 후 열처리(어닐링)를 행함으로써 폴리머·블록 성분(A, B) 간은 자발적으로 상분리한다. 이에 의해 얻어지는 나노 사이즈의 구조 단위로 이루어지는 질서 패턴은 보다 미세화된 디바이스를 제공하는데 유효하다.
특허 문헌 2에서는, 22 nm 이하의 미세화로서, 보다 좁은 피치로 적절한 균일의 한계 치수(CD : Critical Demension)를 얻기 위한 비아의 형성 방법으로서, 블록·코폴리머의 패턴화 가공을 제안한다.
상술한 바와 같이, 블록·코폴리머의 패턴화에 의해 형성된 구조 단위의 치수는, 통상, 종래의 포토리소그래피 기술에서는 실현이 매우 곤란한 10 나노미터의 범위 내이다.
또한 블록·코폴리머에 의해 형성되는 구조 단위는 종래의 반도체, 광학 및 자기(磁氣) 프로세스에 적합하기 때문에, 반도체, 광학 및 자기 디바이스에 용이하게 탑재할 수 있다.
일본특허공개공보 2007-208255호 일본특허공개공보 2010-269304호
이와 같이, 현재 사용되고 있는 포토리소그래피 기술에서는 실현 곤란한 한계 치수를 가지는 블록·코폴리머의 구조체를 에칭 마스크로서 에칭할 경우에는, 예를 들면 개구의 CD값의 자기 조직화 오차보다, 에칭에 의한 가공 정밀도 오차가 커질 경우가 있다. 이 때문에, 최종적으로 얻어지는 에칭 패턴의 치수의 불균일이 허용될 수 없게 된다.
그러나 특허 문헌 1, 2에는, 폴리머·블록 성분(A, B) 중 어느 일방을 에칭하여 주기 패턴을 형성할 시, 에칭에 의한 가공 정밀도 오차가 커지지 않도록, 에칭 시의 조건을 적정화하는 것은 개시되어 있지 않다. 즉 특허 문헌 1, 2에서는, 폴리머·블록의 구조체를 에칭할 시 에칭에 의한 가공 정밀도 오차를 저감시키기 위한 기술은 어떠한 것도 개시되어 있지 않고, 자기 조직화 오차보다 에칭에 의한 가공 정밀도 오차가 커지는 것에 대한 대책은 어떠한 것도 다뤄지지 않고 있다.
상기 과제에 대하여 본 발명의 목적으로 하는 점은, 블록·코폴리머의 자기 조직화에 의해 형성된 주기 패턴의 에칭 조건을 적정화하는 것이 가능한 에칭 방법 및 에칭 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따르면, 자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화함으로써 형성된 주기 패턴을 에칭하는 방법으로서, 처리실 내로 가스를 도입하는 공정과, 상기 제 1 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포보다 작고, 상기 제 2 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포 이상인 범위에, 이온 에너지가 많이 분포하도록 고주파 전원의 주파수를 설정하고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 처리실 내로 고주파 전력을 공급하는 공정과, 상기 고주파 전력에 의해 상기 처리실 내로 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 이용하여 재치대(載置臺)에 재치된 피처리체 상의 상기 주기 패턴을 에칭하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법이 제공된다.
상기 제 1 폴리머 및 상기 제 2 폴리머는 2 종류의 유기 폴리머이며, 상기 제 2 폴리머를 상기 에칭에 의해 제거함으로써 상기 제 1 폴리머에 의한 패턴을 형성해도 된다.
상기 제 1 폴리머는 폴리스티렌이며, 상기 제 2 폴리머는 메타크릴산메틸이어도 된다.
상기 고주파 전원으로부터 처리실 내로 공급하는 고주파 전력은, 상기 재치대인 하부 전극에 인가되어도 된다.
상기 에칭 방법은, 상기 하부 전극과 상부 전극이 이격된 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치의 상기 처리실 내에서 실행되어도 된다.
상기 고주파 전원의 주파수를 60 MHz 이상으로 하여 상기 처리실 내로 전력을 공급해도 된다.
이온 에너지가 15 eV 이상에 많이 분포하는 상기 고주파 전원의 주파수에 의해 상기 처리실 내로 전력을 공급해도 된다.
이온 에너지가 30 eV 이하에 많이 분포하는 상기 고주파 전원의 주파수에 의해 상기 처리실 내로 전력을 공급해도 된다.
상기 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파는 단일파여도 된다.
상기 에칭에 이용하는 가스는 산소 원자를 포함해도 된다.
또한 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화함으로써 형성된 주기 패턴을 에칭하는 에칭 장치로서, 가스가 도입되는 처리실과, 상기 제 1 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포보다 작고, 또한 상기 제 2 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포 이상인 범위에 이온 에너지가 많이 분포하도록 주파수를 설정하고, 상기 처리실 내로 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실 내로 가스를 공급하는 가스 공급원과, 상기 고주파 전원으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 상기 처리실 내로 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 이용하여 재치대에 재치된 피처리체 상의 상기 주기 패턴의 에칭을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치가 제공된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 블록·코폴리머의 자기 조직화에 의해 형성된 주기 패턴의 에칭 조건을 적정화할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 일실시예에서 이용하는 변환 함수를 나타낸 도이다.
도 3은 단주파 RF 바이어스법에서의 이온 에너지 분포 및 이온 응답 전압을 나타낸 도이다.
도 4는 유기막(A, B)의 에칭 일드의 이온 에너지 의존성을 나타낸 도이다.
도 5는 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)의 자기 조직화를 설명하기 위한 도이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)의 상분리 구조의 반도체 패턴에의 응용을 설명하기 위한 도이다.
도 7의 (a) ~ (g)는 블록·코폴리머의 일방의 폴리머를 선택적으로 에칭하는 공정을 설명하기 위한 도이다.
도 8은 상분리 구조의 주기를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 프리패턴과 자기 조직화 오차 저감 계수의 관계를 나타낸 도이다.
도 10의(a) ~ (c)는 CD 로스, 수직성, 선택비를 설명하기 위한 도이다.
도 11은 일실시예에 따른 각 장치에 의한 주파수 인가와 PS 형상의 검증 결과를 나타낸 도이다.
도 12는 일실시예에 따른 ICP 에칭 장치에 따른 이온 에너지 분포의 주파수 의존성을 나타낸 도이다.
도 13은 일실시예에 따른 CCP 에칭 장치에 따른 이온 에너지 분포의 주파수 의존성을 나타낸 도이다.
도 14의 (a) ~ 도 14의 (c)는 고주파 파워와 PS 형상의 관계를 나타낸 전자 현미경 사진이며, 도 14의 (d)는 일실시예에 따른 CCP 에칭 장치에 따른 이온 에너지 분포의 파워 의존성을 나타낸 도이다.
도 15는 일실시예에 따른 ICP 에칭 장치에 따른 이온 에너지 분포의 파워 의존성을 나타낸 도이다.
도 16의 (a)는 웨이퍼에 입사하는 이온 에너지 분포의 주파수 의존을 나타낸 도이며, 도 16의 (b)는 이온 종류에 따른 이온 에너지 분포의 상이를 나타낸 도이며, 도 16의 (c)는 산소 플라즈마의 이온 에너지 분포를 산출한 도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<플라즈마 처리 장치의 전체 구성>
우선, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 전체 구성에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에, 본 발명의 일실시예에서의 플라즈마 처리 장치의 구성을 도시한다. 플라즈마 처리 장치(1)는 하부 2 주파 및 상부 1 주파 인가 방식의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치로 구성되어 있고, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통 형상의 진공 챔버(처리 용기)(10)를 가지고 있다. 챔버(10)는 접지되어 있다.
챔버(10)의 저부(底部)에는 세라믹 등의 절연판(12)을 개재하여 원기둥 형상의 서셉터 지지대(14)가 배치되고, 이 서셉터 지지대(14) 상에 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 서셉터(16)가 설치되어 있다. 서셉터(16)는 하부 전극을 구성하고, 이 위에 피처리체로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)(이하, 웨이퍼(W)라 함)가 재치된다.
서셉터(16)의 상면에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 보지(保持)하기 위한 정전 척(18)이 설치되어 있다. 이 정전 척(18)은 도전막으로 이루어지는 척 전극(20)을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트의 사이에 개재한 것이며, 전극(20)에는 직류 전원(22)이 스위치(24)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해, 웨이퍼(W)를 정전기력으로 정전 척(18)에 흡착 보지할 수 있도록 되어 있다. 정전 척(18)의 주위로서 서셉터(16)의 상면에는, 에칭의 면내 균일성을 향상시키기 위한 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 포커스 링(26)이 배치되어 있다. 서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)의 측면에는 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 형상의 내벽 부재(28)가 부착되어 있다.
서셉터 지지대(14)의 내부에는, 예를 들면 원주 방향으로 연장되는 냉매실 또는 냉매 통로(30)가 형성되어 있다. 이 냉매 통로(30)에는, 외부 부착의 칠러 유닛(도시하지 않음)으로부터 배관(32a, 32b)을 거쳐 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수(cw)가 순환 공급된다. 냉매(cw)의 온도에 의해 서셉터(16) 상의 웨이퍼(W)의 처리 온도를 제어할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전열 가스 공급 기구(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급 라인(34)을 거쳐 정전 척(18)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면 사이로 공급된다.
서셉터(16)에는 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전원(36), 이온 인입용의 제 2 고주파 전원(38)이 각각 하부 정합기(40, 42) 및 하부 급전봉(44, 46)을 개재하여 서셉터(16)에 전기적으로 접속되어 있다.
제 1 고주파 전원(36)은 플라즈마 생성에 적합한 높은 주파수, 예를 들면 60 MHz, 100 MHz의 제 1 고주파를 출력한다. 한편, 제 2 고주파 전원(38)은 서셉터(16) 상의 웨이퍼(W)에 플라즈마의 이온을 인입하는데 적합한 낮은 주파수, 예를 들면 0.8 MHz의 제 2 고주파를 출력한다.
서셉터(16)의 상방에는 이 서셉터와 평행하게 대향하여 상부 전극(48)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(48)은, 다수의 가스홀(50a)을 가지는 예를 들면 Si, SiC 등의 반도체 재료로 이루어지는 전극판(50) 및 전극판(50)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(52)로 구성되고, 챔버(10)의 상부에 링 형상의 절연체(54)를 개재하여 장착되어 있다. 전극 지지체(52)는 도전 재료 예를 들면 표면이 알루마이트 처리된 알루미늄으로 형성되어 있다. 이 상부 전극(48)과 서셉터(16) 사이에 플라즈마 생성 공간 또는 처리 공간(PS)이 설정되어 있다. 링 형상 절연체(54)는 예를 들면 알루미나(Al2O3)로 이루어지고, 상부 전극(48)의 외주면과 챔버(10)의 측벽 간의 간극을 기밀하게 폐색하고 있고, 상부 전극(48)을 비접지로 물리적으로 지지하고 있다.
전극 지지체(52)는 그 내부에 가스 버퍼실(56)을 가지고, 또한 그 하면에 가스 버퍼실(56)로부터 전극판(50)의 가스홀(50a)에 연통하는 다수의 가스 환기홀(52a)을 가지고 있다. 가스 버퍼실(56)에는 가스 공급관(58)을 개재하여 처리 가스 공급원(60)이 접속되어 있고, 가스 공급관(58)에 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(62) 및 개폐 밸브(64)가 설치되어 있다. 처리 가스 공급원(60)으로부터 소정의 처리 가스가 가스 버퍼실(56)로 도입되면, 전극판(50)의 가스홀(50a)로부터 서셉터(16) 상의 웨이퍼(W)를 향해 처리 공간(PS)으로 처리 가스가 샤워 형상으로 분출되도록 되어 있다. 이와 같이, 상부 전극(48)은 처리 공간(PS)으로 처리 가스를 공급하기 위한 샤워 헤드를 겸하고 있다.
상부 전극(48)에는, 플라즈마 여기용의 제 3 고주파 전원(66)이 상부 정합기(68) 및 상부 급전도체 예를 들면 급전봉(70)을 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 제 3 고주파 전원(66)은 제 3 고주파를 출력한다. 또한, 플라즈마 생성용의 제 3 고주파의 주파수는 통상 27 MHz ~ 300 MHz의 범위 내에서 선택된다.
서셉터(16) 및 서셉터 지지대(14)와 챔버(10)의 측벽과의 사이에 형성되는 환상(環狀)의 공간은 배기 공간으로 되어 있고, 이 배기 공간의 바닥에는 챔버(10)의 배기구(72)가 형성되어 있다. 이 배기구(72)에 배기관(74)을 개재하여 배기 장치(76)가 접속되어 있다. 배기 장치(76)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있고, 챔버(10)의 실내, 특히 처리 공간(PS)을 원하는 진공도까지 감압할 수 있도록 되어 있다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(78)를 개폐하는 게이트 밸브(80)가 장착되어 있다.
챔버(10)의 밖에 설치되는 가변 직류 전원(82)의 일방의 단자 즉 출력 단자는, 스위치(84) 및 직류 급전 라인(85)을 개재하여 상부 전극(48)에 전기적으로 접속되어 있다. 가변 직류 전원(82)은 예를 들면 -2000 ~ ＋1000 V의 직류 전압(VDC)을 출력할 수 있도록 구성되어 있다. 가변 직류 전원(82)의 타방의 단자는 접지되어 있다. 가변 직류 전원(82)의 출력(전압, 전류)의 극성 및 절대값 및 스위치(84)의 온·오프 전환은, 후술하는 제어부(88)로부터의 지시 하에서 DC 컨트롤러(83)에 의해 제어되도록 되어 있다.
가변 직류 전원(82)으로부터의 직류 전압(VDC)을 직류 급전 라인(85)의 도중에 설치되는 필터 회로(86)를 통해 상부 전극(48)에 인가하는 한편, 서셉터(16)로부터 처리 공간(PS) 및 상부 전극(48)을 통하여 직류 급전 라인(85)에 들어온 고주파를 접지 라인으로 흘리고 가변 직류 전원(82)측으로는 흘리지 않도록 구성되어 있다.
또한, 챔버(10) 내에서 처리 공간(PS)에 접하는 적당한 개소에, 예를 들면 Si, SiC 등의 도전성 재료로 이루어지는 DC 접지 부재(도시하지 않음)가 장착되어 있다. 이 DC 접지 부재는 접지 라인(도시하지 않음)을 개재하여 상시 접지되어 있다.
제어부(88)는 도시하지 않은 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory)을 가지고, CPU는 예를 들면 RAM에 기억된 각종 레시피에 따라 프로세스를 실행한다.
이러한 구성의 플라즈마 처리 장치(1)에서 에칭을 행하기 위해서는, 우선 게이트 밸브(80)를 개구하여 도시하지 않은 반송 암 상에 보지된 웨이퍼(W)를 챔버(10) 내로 반입한다. 웨이퍼(W)는 도시하지 않은 푸셔 핀에 의해 보지되고, 푸셔 핀이 강하함으로써 정전 척(18) 상에 재치된다. 웨이퍼(W) 반입 후, 게이트 밸브(80)가 닫히고, 처리 가스 공급원(60)으로부터 에칭 가스를 소정의 유량 및 유량비로 챔버(10) 내로 도입하고, 배기 장치(76)에 의해 챔버(10) 내의 압력을 설정값으로 감압한다. 또한 제 1 고주파 전원(36), 제 2 고주파 전원(38) 및 제 3 고주파 전원(66)으로부터 소정의 파워의 고주파 전력을 서셉터(16)로 공급한다. 또한, 직류 전원(22)으로부터 직류 전압을 정전 척(18)의 척 전극(20)에 인가하여, 웨이퍼(W)를 정전 척(18) 상에 고정한다. 샤워 헤드로부터 샤워 형상으로 도입된 에칭 가스는 주로 제 1 고주파 전원(36)으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 플라즈마화되고, 이에 의해, 생성된 플라즈마 중의 라디칼 또는 이온에 의해 웨이퍼(W)의 주면(主面)이 에칭된다. 또한, 주로 제 2 고주파 전원(38)으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 이온이 웨이퍼(W)를 향해 인입 될 수 있다.
플라즈마 에칭 종료 후, 웨이퍼(W)가 푸셔 핀에 의해 인상되어 보지되고, 게이트 밸브(80)를 개구하여 반송 암이 챔버(10) 내로 반입된 후에, 푸셔 핀이 강하되고 웨이퍼(W)가 반송 암 상에 보지된다. 이이서, 그 반송 암이 챔버(10) 밖으로 나오고, 다음의 웨이퍼(W)가 반송 암에 의해 챔버(10)로 반입된다. 이 처리를 반복함으로써 연속하여 웨이퍼(W)가 처리된다.
<이온의 거동과 이온 에너지 분포>
여기서, 플라즈마 중의 이온의 거동에 대하여 설명한다. 플라즈마로부터의 이온은, 시스 영역에 걸리는 시스 전압(Vs(t))에 의해 가속되어 웨이퍼(W)의 표면에 입사된다. 이 때, 입사 이온의 가속도 또는 에너지는, 이 때의 시스 전압(Vs(t))의 순간값(절대값)에 의존한다. 즉, 시스 전압(Vs(t))의 순간값(절대값)이 클 때 이온 시스 내로 들어온 이온은 큰 가속도 또는 운동 에너지로 웨이퍼(W) 표면에 입사하고, 시스 전압(Vs(t))의 순간값(절대값)이 작을 때 이온 시스 내로 들어온 이온은 작은 가속도 또는 운동 에너지로 웨이퍼(W) 표면에 입사한다.
이온 시스 내에서 이온은 시스 전압(Vs(t))에 대하여 100% 이하의, 소정의 감도로 응답(가속 운동)한다. 이 응답 감도 또는 변수 함수(α(f))는, 도 2에 나타낸 바와 같이, RF 바이어스에 이용되는 고주파의 주파수(f)에 반비례하여 변화하고, 다음의 식(1)으로 나타난다.
α(f) = 1 / {(cfτi)p ＋ 1}1/p ···· (1)
단, c = 0.3 × 2π, p = 5, τi = 3s(M / 2 eVs), M은 이온의 질량수, s는 이온의 시스 통과 시간, Vs는 시스 전압이다.
따라서, 이온 시스 내의 이온의 가속에 기여하는 정미(正味)의 시스 전압, 즉 이온 응답 전압(Vi(t))은 다음 식(2)으로 나타난다.
Vi(t) = α(f)VS(t) ···· (2)
이상에 나타낸 이온 응답 전압(Vi(t))에 기초하여, 다음 식(3)으로부터 도 3에 나타낸 것처럼 이온 에너지 분포(IED(Ion Energy Distribution))를 계산으로 구할 수 있다.
IED(Ei) ∝ Σi(dVi / dti) ···· (3)
도 3은, 바이어스 전압으로서 비교적 낮은 주파수인 단일 고주파를 이용한 경우의 IED 및 이온 응답 전압(Vi(t))을 나타내고 있다. 도 3의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(에너지 밴드)은, 식(1) ~ 식(3)에서도 알 수 있는 바와 같이 주파수(f)가 낮을수록 넓고, 주파수(f)가 높을수록 좁아지는 것을 알 수 있다.
<에칭 일드>
에칭 일드란, 이온이 1 개 입사했을 때 그 1 개의 이온이 어느 정도 에칭에 기여하는지를 나타낸다. 에칭 일드가 클수록 1 개의 이온이 에칭에 기여하는 크기가 크고, 에칭 일드가 작을수록 이온이 에칭에 기여하는 크기가 작아진다. 에칭 일드가 0이 되면 이온은 전혀 에칭에 기여하지 않게 된다.
도 4는, 2 종류의 유기막(A, B)에 이온이 입사했을 때, 입사한 이온의 에너지에 대한 유기막(A, B)의 에칭 일드의 특성을 나타낸다.
예를 들면, 입사하는 단일 산소 이온의 에너지와, 유기막(A, B)의 에칭 일드의 관계는, 도 4와 같이 모식적으로 나타낼 수 있다. 이에 따르면, 이온 에너지의 저하와 함께 에칭 일드는 감소하고, 소정 이온 에너지 이하에서는 에칭 일드가 급격히 감소한다. 이 에칭 일드의 특성 곡선은 유기막 종류마다 상이하기 때문에, 동일한 에칭 조건으로 유기막(A, B)을 에칭해도 에칭 레이트가 상이하게 된다. 그 차가 가장 현저하게 나타나는 것은 유기막(A)의 에칭 일드가 급격히 0이 되는 이온 에너지값(E2)의 바로 아래의 에너지값(Et)이 된다. 따라서, 선택비를 높게 하기 위해서는, 임계치(Et) 부근의 이온 에너지 영역에 이온이 집중적으로 분포하는 것과 같은 이온 에너지 분포 특성이 얻어지도록 에칭 조건을 최적화하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 이온 에너지값(E1 ~ Et)의 범위의 이온 에너지 영역에 이온이 분포하는 것과 같은 이온 에너지 분포 특성이 얻어지도록 에칭 조건을 적정화하는 것이 바람직하다. 또한, 이온 에너지(E0 ~ E1)의 범위에서는 유기막(A, B) 모두 에칭되지 않는다. 또한, 이온 에너지(E2) 이상에서는 유기막(A, B) 모두 에칭되지만, 선택비가 충분하지 않다.
이하에서는, 유기막(A)으로 나타낸 제 1 폴리머로서 폴리스티렌(PS)을 이용하고, 유기막(B)으로 나타낸 제 2 폴리머로서 메타크릴산메틸(PMMA)을 이용하여 패턴을 형성할 시의 구체적인 에칭 프로세스에 대하여 설명한다.
<자기 조직화 블록·코폴리머>
지향성 자기 조직화 기술(DSA : directed self - assembly)은, 하층막 상에 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화하여 자기 조직화 주기 패턴을 형성한다. 이에 의하면, 현재의 포토리소그래피보다 미세한 패턴을 만들 수 있고, 이를 에칭 패턴으로서 사용함으로써 현재의 포토리소그래피를 이용한 미세 가공의 한계 치수를 하회하는 미세 가공이 가능해진다.
우선, 블록·코폴리머의 자기 조직화에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)은 모두 하나의 분자의 직경이 0.7 nm인 고분자이다.
서로 혼화하지 않는 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)을 함유한 블록·코폴리머층을 하층막에 도포한다. 이 상태에서, 상온(25℃)으로부터 300℃ 이하의 온도(저온)로 열처리(어닐)한다. 일반적으로는 200℃ ~ 250℃로 열처리하면 블록·코폴리머층은 상분리한다. 그러나, 300℃보다 고온으로 열처리하면 상분리하지 않고, 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)이 랜덤으로 배치된다. 또한, 상분리 후에 온도를 상온으로 되돌려도 블록·코폴리머층은 상분리 상태를 유지한다.
각 폴리머의 폴리머 길이이 짧으면 상호 작용(척력)은 약해지고, 또한 친수성이 강해진다. 폴리머 길이가 길면 상호 작용(척력)은 강해지고, 또한 소수성이 강해진다. 이러한 폴리머의 성질을 이용하여, 예를 들면 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)의 상분리 구조를 반도체 패턴에 응용할 수 있다. 도 6의 (a)는, 폴리머(A)와 폴리머(B)가 대략 동일한 폴리머 길이일 때(A = B)의 상분리 구조를 나타낸다. 이에 의하면, 각 폴리머의 상호 작용은 동일하므로, 블록·코폴리머층을 250℃ 정도로 열처리하면, 폴리머(A)와 폴리머(B)는 자기 조직화하여 라인 형상으로 상분리한다. 이 상분리 구조는, 라인 앤드 스페이스(L / S)의 주기 패턴으로서 반도체 제조 패턴에 응용할 수 있다.
또한 도 6의 (b)는, 폴리머(A)와 폴리머(B)의 폴리머 길이가 크게 상이할 때(A > B)의 상분리 구조를 나타낸다. 이에 의하면, 폴리머(A)의 상호 작용(척력)이 강하고, 폴리머(B)의 상호 작용(척력)이 약하다. 이러한 폴리머 간의 상호 작용의 강약으로부터, 블록·코폴리머층을 250℃ 정도로 열처리하면, 폴리머(A)가 외측, 폴리머(B)가 내측으로 자기 조직화하여 홀 형상으로 상분리한다. 이 상분리 구조는 홀의 주기 패턴으로서 반도체 제조 패턴에 응용할 수 있다.
이상과 같이, 블록·코폴리머의 자기 조직화 주기 패턴을 소정 방향으로 라인 형상으로 정렬시킬 경우에는 라인 앤드 스페이스 패턴이 형성되고, 일방의 폴리머 성분이 타방의 폴리머 성분을 둘러싸도록 정렬할 경우에는 홀 패턴이 형성된다. 블록·코폴리머의 상분리 구조에는 라인 형상 또는 홀 형상 이외에도 많은 구조가 있지만, 반도체 패턴으로서 이용하기 위해서는 이상의 2 개의 형상이 바람직하다.
<자기 조직화 블록·코폴리머에 의한 마스크 작성>
이어서, 이상에 설명한 자기 조직화 블록·코폴리머에 의해 마스크를 작성하는 공정에 대하여, 도 7의 (a) ~ 도 7의 (g)를 참조하여 설명한다.
우선, 도 7의 (a)의 초기 상태의 하층막(100) 상에, 도 7의 (b)에 도시한 유기막(105)을 도포한다. 하층막(100)은 실리콘(Si), 산화 실리콘막(SiO), 유기막(아몰퍼스 카본막, 유기 SOG막) 등으로 형성되어 있다.
도포 후, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이 열처리한다. 가열 온도의 적정값은 유기막의 종류에 의존하지만, 통상 200℃ ~ 300℃ 정도이다. 여기서는, 예를 들면 250℃로 열처리한다. 열처리 후, 유기막(105)은 전체적으로 줄어들고(105a 105b), 또한 그 표면은 카본 성분이 변질한 변질층(105b)이 된다.
그 상태에서, 도 7의 (d)에 도시한 바와 같이 변질층(105b)을 현상하여 화학적으로 제거함으로써, 표면을 소수도 친수도 아닌 중성으로 하는 중성막(105a)이 완성된다. 전술한 바와 같이, 폴리머 길이가 짧으면 친수성이 강해지고, 폴리머 길이가 길면 소수성이 강해진다. 이와 같이 폴리머에는 친수성이 강한 종류와 소수성이 강한 종류가 있기 때문에, 표면을 중성으로 하여 폴리머가 원하는 형상으로 상분리되도록 한다.
이어서 도 7의 (e)에 도시한 바와 같이, 중성막(105a) 상에 폴리머층(120)을 도포한다. 이 때, 도포하는 폴리머층(120)에는 제 1 폴리머로서 폴리스티렌(PS), 제 2 폴리머로서 메타크릴산메틸(PMMA)이 함유되어 있다. 가이드가 없어도 상분리는 가능하기 때문에, 가이드는 있어도 없어도 된다. 가이드 또는 하층막의 소수성 또는 친수성을 이용하여 도포하는 폴리머의 상분리 상태를 제어할 수도 있다. 도포 후, 도 7의 (f)에 도시한 바와 같이, 폴리머층(120)을 250℃로 열처리하면, 폴리머층(120)은 폴리스티렌(PS)과 메타크릴산메틸(PMMA)로 상분리한다. CD의 직경은 자기 조직화로 정해지는 치수이다.
마지막으로 도 7의 (g)에 도시한 바와 같이, 자기 조직화하여 상분리한 폴리스티렌(PS)과 메타크릴산메틸(PMMA)을 선택적으로 에칭하고, 메타크릴산메틸(PMMA)을 제거하여 폴리스티렌(PS)의 패턴을 형성한다.
<자기 조직화 블록·코폴리머의 패턴 주기와 오차>
블록·코폴리머의 자기 조직화의 패턴 주기(Lo)는 도 8의 식(4)으로 나타난다.
Lo = aχ1/6N2 /3 ···· (4)
여기서, a는 모노머의 평균 사이즈(직경), χ는 폴리머의 상호 작용의 크기, N은 폴리머의 중합도를 나타낸다.
이에 의하면, 자기 조직화의 패턴 주기(Lo)는 블록·코폴리머의 분자 사이즈가 관여한 값이며, 종래의 포토리소그래피 기술을 이용한 미세 가공에 의해 실현 가능한 한계 치수를 하회하는 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 자기 조직화 프로세스에 의해 형성된 패턴에 포함되는 오차에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는, 자기 조직화에 따른 개구 패턴의 CD값에 대하여 나타낸다. 이 그래프로부터, 형성되는 패턴의 CD값이 작아질수록 자기 조직화 오차 저감 계수의 오차가 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 형성되는 패턴의 CD값이 작아질수록 CD값의 불균일, 즉 CD값에 포함되는 오차가 작아지는 것을 알 수 있다. 즉 자기 조직화 프로세스에서는, 가공 치수를 작게 할수록 패턴에 포함되는 오차가 작아진다. 포토리소그래피의 경우, 통상, 가공 치수를 작게 할수록 패턴에 포함되는 오차는 커지는 것에 반해, 자기 조직화 프로세스에서는 가공 치수가 작아질수록 정밀한 패턴화를 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 블록·코폴리머의 자기 조직화의 패턴 주기(Lo)로부터, 구조 단위의 치수는, 통상, 종래의 포토리소그래피 기술에서는 실현이 매우 곤란한 10나노미터의 범위 내이다. 또한, 블록·코폴리머는 종래의 반도체, 광학 및 자기 프로세스에 적합한다. 따라서, 블록·코폴리머에 의해 형성되는 구조 단위를 반도체, 광학 및 자기 디바이스에 용이하게 탑재할 수 있다. 또한, 블록·코폴리머에 의해 자기 조직화된 패턴에 포함되는 오차는 가공 치수를 작게 할수록 작아진다.
이에 의하면, 포토리소그래피 기술에서는 실현 곤란한 치수를 가지는 구조체를 에칭 마스크로서 에칭을 할 경우에는, 자기 조직화 재료의 대표 치수, 예를 들면 개구의 CD값의 자기 조직화 오차보다, 에칭에 의한 가공 정밀도 오차가 커져, 최종적으로 얻어지는 패턴의 치수의 불균일이 허용될 수 없게 된다.
따라서 이하에서 설명하는 본 실시예에 따른 에칭 방법에서는, 블록·코폴리머의 자기 조직화에 의해 형성된 주기 패턴의 에칭 조건을 적정화하고, 최종적으로 얻어지는 패턴의 치수의 불균일을 최소한으로 억제한다. 즉, 제 1 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포보다 작고, 제 2 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포 이상인 범위에, 즉 이온 에너지값이 도 4의 에너지값(E1 ~ E2)에 들어가는 범위에 이온 에너지가 많이 분포하도록 고주파 전원의 주파수를 설정하고, 고주파 전원으로부터 처리실 내로 고주파 전력을 공급한다. 특히, 도 4에 나타낸 폴리스티렌(PS)의 에칭 일드가 0보다 작고, 메타크릴산메틸(PMMA)의 에칭 일드가 큰 값을 가지는 임계치(Et) 부근의 이온 에너지 영역에 이온이 집중적으로 분포하는 것과 같은 이온 에너지 분포 특성이 얻어지는 에칭 조건에 대하여 검토하고, 적정화를 도모한다.
<CD 로스, 수직성, 선택비>
블록·코폴리머에 의한 자기 조직화된 주기 패턴을 평가하는 평가 항목에는 수직성, 선택비, CD 로스가 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, CD 로스는 에칭에 의해 메타크릴산메틸(PMMA)뿐 아니라 폴리스티렌(PS)의 측벽이 절삭되어 패턴(폴리스티렌(PS)의 폭)이 좁아진 상태이며, 원하는 CD값이 얻어져 있지 않은 상태이다. 도 10의 (a)에서는 CD 로스가 발생하고 있고, 도 10의 (b) 및 도 10의 (c)에서는 CD 로스는 발생하지 않았다.
수직성은, 에칭에 의해 폴리스티렌(PS)의 상부가 라운드된 상태이다. 수직 방향으로부터 입사하는 이온뿐 아니라, 경사 방향으로부터 입사하는 이온을 허용하기 때문에 바람직하지 않다. 도 10의 (a)는 패턴의 두부가 완전히 라운드되어 있기 때문에 수직성이 없고, 도 10의 (b)는 패턴의 두부가 약간 라운드되어 있기 때문에 수직성이 약간 결여되어 있고, 도 10의 (c)는 두부가 라운드되어 있지 않기 때문에 수직성이 있다.
선택비는, 폴리스티렌(PS)에 대한 메타크릴산메틸(PMMA)의 에칭비이며, 폴리스티렌(PS)의 패턴의 높이로서 나타낼 수도 있다. 도 10의 (a)는 폴리스티렌(PS)의 높이가 낮고, 폴리스티렌(PS)에 대하여 메타크릴산메틸(PMMA)이 선택적으로 에칭되어 있지 않기 때문에 선택비가 결여되어 있고, 도 10의 (b)는 폴리스티렌(PS)의 높이가 불충분하기 때문에 선택비가 약간 결여되어 있고, 도 10의 (c)는 폴리스티렌(PS)의 높이가 높고, 충분히 선택비가 취해져 있다.
<자기 조직화된 주기 패턴의 에칭 결과>
이상에 설명한 평가 항목에 따라, 각 장치(S, T, U, R)를 이용하여 자기 조직화된 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)로 이루어지는 주기 패턴을 에칭한 결과를 도 11에 나타낸다.
장치(S)는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치(CCP)이며, 상부 전극(48)에는 고주파를 인가하지 않고, 하부 전극(서셉터(16))에 주파수가 100 MHz인 고주파를 인가한다. 장치(T)는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치(CCP)이며, 상부 전극(48)에 60 MHz의 고주파를 인가하고, 하부 전극에는 고주파를 인가하지 않는다. 장치(U)는 용량 결합형 플라즈마 처리 장치(CCP)이며, 상부 전극(48)에는 고주파는 인가하지 않고, 하부 전극에 40 MHz의 고주파를 인가한다. 장치(R)는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치(ICP)이며, 상부 전극(48)에 27.12 MHz의 고주파를 인가하고, 하부 전극에는 고주파를 인가하지 않는다.
장치(S), 장치(T) 및 장치(U)의 CCP 처리 장치에서 그 외의 에칭 조건을 이하에 나타낸다.
가스 종류 및 가스 유량 Ar / O2 = 850 / 50 sccm
고주파의 파워 100 W
압력 75 mT(9.99915 Pa)
장치(S)에서는, 하부 전극에 100 MHz의 고주파를 인가한 상태로 15 초간 플라즈마를 생성했다. 장치(T)에서는, 상부 전극에 60 MHz의 고주파를 인가한 상태로 90 초간 플라즈마를 생성했다. 장치(U)에서는, 하부 전극에 40 MHz의 고주파를 인가한 상태로 30 초간 플라즈마를 생성했다.
장치(R)의 ICP 처리 장치에서 그 외의 에칭 조건을 이하에 나타낸다.
가스 종류 및 가스 유량 O2 = 1600 sccm
고주파의 파워 100 W
압력 200 mT(26.6644 Pa)
장치(R)에서는, 상부 전극에 27.12 MHz의 고주파를 인가한 상태로 90 초간 플라즈마를 생성했다.
이상의 에칭 조건 하에서 자기 조직화된 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)의 주기 패턴의 에칭을 상기 플라즈마 생성 시간동안 행했다. 그 결과가 도 11의 전자 현미경의 사진으로 나타나 있다. 또한, 전자 현미경 사진의 일부를 확대한 단면도를 나타냈다. 에칭에 의해 메타크릴산메틸(PMMA)이 선택적으로 에칭되고, 폴리스티렌(PS)이 패턴으로서 형성된 상태이다.
이에 의하면, 장치(S)에서는 충분히 CD값이 취해진 원하는 패턴이 형성되어 있다. 한편, 장치(T), 장치(R)에서는 CD값이 충분하지 않고(CD 로스), 패턴이 좁아져 있다. 또한, 장치(U)에서는 패턴이 곳곳 끊어진 피팅이 발생되어 있고, 특히 피팅이 발생한 부분에서 에칭량이 많아져 패턴의 높이가 낮아져, 선택비가 충분히 취해져 있지 않다.
이 결과로부터, 장치(T) 및 장치(R)는 상부 전극에 고주파를 인가하여 플라즈마를 생성하고 있기 때문에, 이온 인입에 관하여 고주파의 주파수에 대한 의존성은 발견할 수 없었던 것을 알 수 있다. 그리고 장치(T) 및 장치(R)의 에칭에서는, 라디칼 주체의 에칭이 되었기 때문에, 이온의 입사가 등방적으로 되어, 지향성이 없어져 CD 로스가 발생되었다고 상정된다.
한편, 장치(S) 및 장치(U)의 에칭에서는 수직성, 선택비, CD 로스의 평가로부터, 100 MHz의 고주파를 하부 전극에 인가한 경우에는, 40 MHz의 고주파를 하부 전극에 인가한 경우보다 좋은 결과가 되었다. 이 결과로부터, 장치(S) 및 장치(U)는 하부 전극에 고주파를 인가하여 플라즈마를 생성하고 있지만, 주파수를 40 MHz로 설정하면, 주파수를 100 MHz로 설정할 경우와 비교하여 이온의 인입이 낮아지는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 하부 전극에 고주파를 인가할 경우, 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 공급이어도 플라즈마 생성용에만 기여하는 것이 아닌, 이온을 인입하는 힘으로서 어느 정도 기여하는 것을 알 수 있었다. 또한, 이온 인입에 관하여 고주파의 주파수에 대한 의존성이 있는 것을 알 수 있었다.
<이온 에너지의 주파수 의존성>
따라서, 이온 에너지의 주파수 의존성에 대하여 실험 결과에 기초하여, 보다 상세히 검토한다.
(ICP 에칭 장치 : 이온 에너지의 주파수 의존성)
도 12는, 본 실시예에 따른 ICP 에칭 장치에 따른 이온 에너지 분포의 주파수 의존성을 나타낸 도이다. 도 12의 횡축은 이온 에너지, 종축은 이온 에너지 분포(IED)를 나타낸다.
에칭 조건을 이하에 나타낸다.
가스 종류 및 가스 유량 Ar / O2 = 300 / 30 sccm
상부 전극에의 고주파의 파워 200 W
하부 전극에의 고주파의 파워 0 W 또는 200 W 또는 500 W
압력 10 mT(1.33322 Pa)
ICP 에칭 장치에서는, 상부 전극에 주파수 27.12 MHz의 플라즈마 생성용 고주파 전력의 인가에 더하여, 하부 전극에의 바이어스용 고주파 전력의 인가의 유무에 의해 이온 에너지 분포가 현저히 상이하다. 하부 전극에 바이어스용 고주파 전력을 인가할 경우에는, 인가하는 고주파의 주파수는 이온 에너지를 높게 유지하기 위하여 800 kHz ~ 13 MHz의 고주파 전력을 서셉터(16)에 인가하여 이온을 인입한다.
도 12에서는, ICP 에칭 장치에서, 바이어스용 고주파 전력을 인가하지 않은 경우(ICP 상부만, 바이어스 RF 없음)와 13 MHz의 고주파를 하부 전극에 인가한 경우로서, 고주파의 파워에 고저(200 W, 500 W)를 형성한 경우가 나타나 있다. 이 주파수대에서 바이어스용의 고주파 전력의 파워를 낮춰, 이온 에너지를 저하시키고자 할 때에는 이하의 곤란이 발생한다.
(1) 도 12의 (ICP ＋ 13 MHz, 200 W) 및 (ICP ＋ 13 MHz, 500 W)를 보면, 바이어스용의 고주파 전력의 파워를 낮출 경우, 이온 에너지가 단색이 아닌, 중심 에너지의 주위에 넓은 폭을 가지거나, 또는 2 개의 피크를 가진다. 이 때문에, 인입 효율이 나쁘고 동일한 밀도의 플라즈마를 생성해도, 바이어스용의 고주파 전력의 파워가 높을 경우에 비해 에칭 레이트가 오르지 않는다. 또한, 이온 에너지가 중심 에너지의 주위에 넓은 폭을 가지고 분포하고 있을 경우, 높은 에너지의 것과 낮은 에너지의 것이 혼재하므로, 에칭 레이트를 낮게 설정하여 긴 시간 에칭하지 않으면 원하는 형상으로 에칭되지 않는다. 그러나 이로써는, 이온보다 수명이 긴 라디칼이 에칭에 관여하여 폴리스티렌(PS)이 절삭되고, 선택성이 낮아진다. 또한, 유기막 간의 임계치의 에너지차, 즉 도 4의 에너지차(E2 － E1)가 감소하고 있을 경우에는, 고선택비가 얻어진다 하더라도 매우 마진이 좁고, 제어가 어렵다.
(2) 바이어스용의 고주파 전력의 파워만으로는 플라즈마를 유지할 수 없기 때문에, 상부 전극에 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 인가할 필요가 있다. 이 때, 플라즈마 밀도가 높은 부분이 대향 전극 부근에 위치하기 때문에, 웨이퍼(W)까지 확산할 때까지의 수명의 차로부터 웨이퍼 상에서는 상대적으로 라디칼이 증가하여, 라디칼이 에칭에 관여하여 폴리스티렌(PS)이 절삭되고, 선택비가 낮아진다.
(3) 도 12의 (ICP 상부만, 바이어스용의 고주파의 인가 없음)의 경우에는, 이온 에너지가 너무 낮기 때문에 에칭 레이트가 낮아진다.
(CCP 에칭 장치 : 이온 에너지의 주파수 의존성)
이어서, CCP 에칭 장치의 경우의 이온 에너지의 주파수 의존성에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은, CCP 에칭 장치에서 40 MHz 또는 100 MHz의 고주파 전력을 하부 전극에 인가한 경우가 나타나 있다. 또한, 비교예로서 도 12의 ICP 에칭 장치(ICP 상부만, 바이어스용의 고주파의 인가 없음)의 경우의 이온 에너지 분포를 나타냈다.
CCP 에칭 장치에서의 에칭 조건을 이하에 나타낸다.
가스 종류 및 가스 유량 Ar / O2 = 300 / 30 sccm
상부 전극에의 고주파의 파워 없음
하부 전극에의 고주파의 파워 200 W
압력 100 MHz일 때 20 mT(2.66644 Pa) 또는 50 mT(6.6661 Pa), 40 MHz일 때 10 mT(1.33322 Pa)
도 12의 ICP 에칭 장치에서 상부 전극에 고주파 전력을 인가하고, 또한 13 MHz 부근의 저주파수의 바이어스용 고주파 전력을 인가할 시 저파워로 조정하여 인가할 경우에 비해, 예를 들면 100 MHz의 주파수의 고주파 전력을 하부 전극에 인가할 경우(하부 단주파)에는 이온 에너지가 단색화되고, 도 4의 에너지차(E2 － E1) 내에 이온 에너지가 쉽게 수속되어, 이론 상의 선택비를 취하기 쉬워진다.
이 경향은 40 MHz보다 100 MHz의 경우에 현저히 나타나고 있다. 따라서, 이 경향은 주파수가 오름에 따라 현저해지는 것을 알 수 있다. 또한, 플라즈마 생성 효율이 오르기 때문에, 웨이퍼 상에 인가하는 바이어스용의 고주파 전력만으로 플라즈마를 유지할 수 있다. 이 때문에, ICP 처리 장치 등에 비해 동일한 이온수를 웨이퍼로 인입하기 위하여 생성해야 하는 플라즈마 밀도가 낮아도 되며, 라디칼이 본래 절삭하고자 하지 않은 폴리스티렌(PS) 등의 재료를 침식하는 것을 방지할 수 있다. 또한, ICP 처리 장치(ICP 상부만, 바이어스용의 고주파의 인가 없음)의 경우의 이온 에너지 분포와 비교하여, 극단적으로 이온 에너지가 너무 낮지 않기 때문에, 에칭 레이트를 높게 유지할 수 있다.
또한 도 13에서는, 40 MHz의 고주파 전력을 하부 전극에 인가할 경우(하부 단주파)에는, 100 MHz의 고주파 전력을 인가할 경우(하부 단주파)에 비해 이온 에너지가 중심 에너지의 주위에 약간 넓은 폭을 가지기 때문에, 인입 효율이 나빠 동일한 밀도의 플라즈마를 생성해도, 바이어스용의 고주파 전력의 파워가 높을 경우에 비해 에칭 레이트가 오르지 않는다. 이 경우, 에칭 레이트를 낮게 하여 장시간에 걸쳐 에칭하면, 전술한 바와 같이 라디칼은 이온보다 수명이 길기 때문에, 플라즈마 처리에 라디칼이 관여하여 폴리스티렌(PS)이 절삭되고, 선택비가 나빠진다. 도 11에 나타낸 결과에서도, 40 MHz의 주파수의 고주파 전력을 하부 전극에 인가할 경우에는, 100 MHz의 주파수의 고주파 전력을 하부 전극에 인가할 경우에 비해 폴리스티렌(PS)의 패턴 형상이 나쁘고, 곳곳에서 피팅이 발생하여, 선택비가 취해져 있지 않다.
또한 100 MHz의 고주파 전력을 인가할 경우, 압력이 20 mT(2.66644 Pa)일 때와 50 mT(6.6661 Pa)일 때에서는 그다지 파형이 다르지 않다. 따라서, 이온 에너지 분포에 관하여 주파수 의존성은 있지만, 압력 의존성은 거의 없는 것을 알 수 있다.
<주파수와 이온 에너지의 적정값>
이상으로부터, 이온 에너지 분포에 관하여 주파수 의존성이 있는 것을 알 수 있다. 또한 고주파의 인가 전극은, 이온의 인입에 관여하는 하부 전극이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 주파수와 이온 에너지의 적정값에 대하여 더 상세히 고찰한다. 구체적으로, 폴리스티렌(PS)과 메타크릴산메틸(PMMA)의 선택비를 높게 유지하고, 에칭 처리를 양호하게 하기 위해서는, 도 4의 이온 에너지값(E1 ~ E2)의 범위에 이온 에너지가 포함되는 주파수의 고주파 전력을 설정하고, 하부 전극에 인가하면 된다. 이온 에너지값(E1 ~ E2)의 범위의 구체적 수치를 예측할 수 있으면, 그 범위의 이온 에너지를 가지는 주파수의 고주파 전력을 설정하고, 하부 전극에 인가하면 된다.
(CCP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성)
주파수와 이온 에너지의 적정값을 구하기 위하여, 우선 CCP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성에 대하여, 도 14를 참조하여 검증한다. 도 14의 (a) ~ 도 14의 (c)는, 100 MHz의 고주파 전력을 CCP 처리 장치의 하부 전극에 인가한 경우로서 고주파의 파워가 50 W, 100 W, 150 W일 경우의 에칭 결과인, 폴리스티렌(PS)의 전자 현미경의 사진이다. 도 14의 (d)는, 100 MHz의 고주파 전력을 CCP 처리 장치의 하부 전극에 인가한 경우로서 고주파의 파워가 100 W, 300 W, 600 W일 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성을 나타낸다.
그 외의 프로세스 조건은 이하와 같다.
가스 종류 및 가스 유량 Ar / O2 = 850 / 50 sccm
압력 75 mT(9.99915 Pa)
도 14의 (a) ~ 도 14의 (c)에 의하면, 고주파의 파워가 도 14의 (a)의 50 W, 도 14의 (b)의 100 W일 경우에는 폴리스티렌(PS)의 형상은 양호했다. 그러나 도 14의 (c)의 150 W의 경우에는, 폴리스티렌(PS)은 곳곳이 좁아져 있고, 폴리스티렌(PS)이 절삭되기 시작하고 있어, 선택비가 취해져 있지 않은 것을 알 수 있다.
도 14의 (d)의 그래프를 참조하면, 고주파의 파워가 100 W, 300 W, 600 W로 증가하면, 이온 에너지가 높아지고 있다. 이상의 결과로부터, 이온 에너지가 30 eV 이상에서는, 도 4의 이온 에너지값이 E2 이상이 되고, 폴리스티렌(PS)이 절삭되기 시작하는 것으로 예측할 수 있다. 이상으로부터, 도 4의 이온 에너지값(E1 ~ E2)의 범위에 이온 에너지가 포함되는 주파수의 고주파 전력을 설정하기 위해서는, 30 eV 이하의 이온 에너지를 가지는 고주파를 인가하는 것이 타당하다고 하는 것을 알 수 있다.
(ICP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성)
이어서, ICP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성에 대하여, 도 15를 참조하여 검증한다. 도 15는, ICP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성을 나타낸다. 도 15는, ICP 처리 장치의 상부 전극에 인가되는 고주파의 파워가 1000 W, 800 W, 500 W, 200 W일 경우의 이온 에너지 분포를 나타낸다.
그 외의 프로세스 조건을 이하에 나타낸다.
가스 종류 및 가스 유량 Ar / O2 = 300 / 30 sccm
압력 10 mT(1.33322 Pa)
도 15의 결과로부터, 이온 에너지가 15 eV 미만에서는 메타크릴산메틸(PMMA)의 에칭 레이트가 느리고, 라디칼의 영향으로 폴리스티렌(PS)의 후퇴의 등방성이 증가하고, 폴리스티렌(PS)이 절삭되고, CD가 좁아지는 영향이 나타난다.
<실험 결과의 고찰 : 이온 에너지의 폭>
이상의 실험 결과를 고찰하면, 대략 ‘15 eV ~ 30 eV’의 이온 에너지를 가지고, 이온에 의한 침투가 샤프한 이온 에너지 분포(IED)를 가지는 고주파를 인가하는 것이 바람직한 것이 도출된다. 즉, 이온 에너지가 15 eV ~ 30 eV의 ‘15 eV’의 폭 내에 집약되어 있는 이온 에너지 분포(IED)를 가지는 고주파를 인가하는 것이 바람직하다. 15 eV ~ 30 eV의 이온 에너지를 가지는 고주파를 인가함으로써 플라즈마 중의 이온을 인입하여, 높은 선택비로 메타크릴산메틸(PMMA)을 에칭하고, 폴리스티렌(PS)의 양호한 패턴을 형성할 수 있다.
단, 이온 에너지의 폭의 최적값은, 도 4에 나타낸 유기막 종류의 조합이 상이하면 약간 차이가 발생하는 것이 예상된다. 유기막 종류의 조합에 의해 에칭 일드의 특성 곡선 또는 유기막 종류마다의 특성 곡선의 간격이 약간 차이가 발생하기 때문이다. 이는, 유기막 종류의 조합에 의해 이온 에너지의 폭의 최적값을 변경함으로써 에칭 처리에서 미묘한 컨트롤이 가능해진다는 점에서 중요하다.
(이온 에너지 분포(IED)와 이온 종류)
여기서, ‘플라즈마·프로세스의 원리 제 2 판 Michael A. Lieberman, Allan J. Lichtenberg저, Wiley’의 pp.351 ~ 356에는, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 하부 전극에 소정의 주파수의 고주파를 인가할 경우의, 헬륨(He) 방전에서의 이온 에너지 분포의 주파수 의존성이 개시되어 있다. 본서에는, 이온 에너지 분포(IED)의 확산을 나타내는 폭(ΔE)은 주파수가 낮아질수록 넓어지고, 주파수가 높아질수록 좁고 샤프한 형상이 되는 것이 나타나 있다.
또한, 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)은 이온 질량의 제곱근에 반비례하는 것이 개시되어 있다. 예를 들면, 도 16의 (b)에는 13.56 MHz의 고주파 전력을 인가할 경우의 이온 종류에 따른 이온 에너지 분포(IED)의 상이가 나타나 있다. 예를 들면, 헬륨(He)(질량수 4)과 산소(O)(질량수 16)에서는, 산소(O)의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)은 헬륨(He)의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)의 반이 된다. 폭(ΔE)은 고주파 전력에도 의존하지만, 주파수 간의 폭(ΔE)의 크기의 순서는 변하지 않는다. 구체적으로 도 16의 (a)를 참조하면, 100 MHz의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)이 가장 좁고 샤프하며, 주파수가 서서히 낮아지면 이에 수반하여 서서히 주파수 간의 폭(ΔE)의 크기가 넓어지는데, 낮은 주파수의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)이 높은 주파수의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)보다 좁아지지는 않는다.
재차, 도 16의 (a)의 헬륨(He) 방전에서의 이온 에너지 분포의 하부 주파수 의존을 참조하여 헬륨(He) 이온의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)(문헌값)을 구하면, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 30 MHz일 때 70(eV), 60 MHz일 때 35(eV), 100 MHz일 때 20(eV)와 같이, 주파수가 높아질수록 ΔE는 좁아져 샤프한 분포가 된다. 또한 전술한 바와 같이, 이온의 질량에 기초하여, 산소(O)의 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)은 헬륨(He)의 이온 에너지 분포(IED)의 ΔE의 반이 된다. 즉 도 16의 (c)와 같이, 산소(O) 이온의 ΔE(계산값)는, 30 MHz일 때 35(eV), 60 MHz일 때 17.5(eV), 100 MHz일 때 10의 (eV)와 같이, 산소(O) 이온의 이온 에너지 분포(IED)는 헬륨(He) 이온의 이온 에너지 분포(IED)보다 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)이 좁고 샤프한 분포가 된다. 고주파의 주파수가 높으면 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)의 폭이 좁아지는 점에서, 산소(O) 이온의 경우, 산소(O) 이온 에너지가 15 eV ~ 30 eV의 사이에 들어가는 이온 인입 주파수는, 60 MHz 이상이 바람직하다고 예상된다. 60 MHz보다 낮은 주파수에서는 이온 에너지 분포(IED)의 폭(ΔE)이 너무 넓어져 선택비가 얻어지지 않을 가능성이 있다.
예를 들면, 고주파의 파워 의존에 대하여 도 14의 (d) 및 도 15를 참조하여 고찰한다. 도 14의 (d)의 CCP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포(IED)의 파워 의존성에서는, 주파수 100 MHz의 고주파 전력을 하부 전극에 인가한다. 이 경우, 파워를 증가시킴으로써, 에너지의 분포를 그다지 넓히지 않고 평균 에너지를 변화시킬 수 있다.
한편, 도 15의 ICP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포(IED)의 파워 의존성에서는, 고주파 전력을 상부 전극에 인가한다. 이 경우, 아무리 파워를 증가시켜도 웨이퍼에 입사하는 에너지는 변하지 않고, 이온 에너지를 ‘15 eV ~ 30 eV’의 폭 내에 집약할 수 없다.
또한, 도 12의 ICP 에칭 장치의 경우의 이온 에너지 분포의 파워 의존성으로서, 고주파 전력을 상부 전극에 인가하고, 또한 바이어스용의 13 MHz의 주파수의 고주파 전력을 서셉터(16)에 인가할 경우, 바이어스용의 고주파 전력을 인가하지 않을 경우에 비해 이온 에너지 분포(IED)의 폭은 넓어진다. 특히, 파워가 높아질수록 이온 에너지 분포(IED)의 폭은 크게 넓어진다. 따라서, ICP 처리 장치의 경우, 바이어스용의 고주파 전력을 서셉터(16)에 인가해도, 이온 에너지를 ‘15 eV ~ 30 eV’의 폭 내에 집약할 수 없다.
또한, 도 13의 CCP 처리 장치의 경우의 이온 에너지 분포(IED)에서는, 100 MHz의 고주파를 하부 전극에 인가할 경우(하부 단주파)의 압력을 20 mT(2.66644 Pa)로 설정할 경우와, 50 mT(6.6661 Pa)로 설정할 경우가 나타나 있는데, 이온 에너지 분포(IED)의 형태에 큰 차이는 없다. 따라서, 이온 에너지를 ‘15 eV ~ 30 eV’의 폭 내에 집약하기 위하여, 압력의 영향은 거의 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 대략 ‘15 eV ~ 30 eV’의 이온 에너지를 가지고, 이온에 의한 침투가 샤프한 이온 에너지 분포(IED)를 가지는 고주파를 인가하는 것이 바람직한 것이 도출되었다. 그리고, 이온 에너지가 15 eV ~ 30 eV의 ‘15 eV’의 폭 내에 집약되는 이온 에너지 분포(IED)를 가지는 고주파는, 60 MHz 이상의 주파수를 가지는 고주파인 것이 도출되었다. 또한 60 MHz 이상의 주파수를 가지는 고주파는, CCP 처리 장치의 하부 전극에 인가하는 것이 바람직하다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 에칭 방법은, 자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화함으로써 형성된 주기 패턴을 에칭하는 방법으로서, 에칭 조건으로서 고주파 전원으로부터 전극에 인가하는 주파수를 적정화한다. 구체적으로, 도 4에 나타낸 제 1 폴리머의 일례인 폴리스티렌(PS)의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포(E2)보다 작고, 제 2 폴리머의 일례인 메타크릴산메틸(PMMA)의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포(E1) 이상인 범위에, 이온 에너지가 많이 분포하도록 고주파 전원의 주파수를 설정하고, 고주파 전원으로부터 처리실 내로 고주파 전력을 공급한다. 그리고, 고주파 전력에 의해 상기 처리실 내로 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 이용하여 재치대에 재치된 하층막 상의 주기 패턴을 에칭한다. 이에 의해, 15 eV ~ 30 eV의 이온 에너지를 가지는 고주파를 인가함으로써 플라즈마 중의 이온을 인입하여, 높은 선택비로 메타크릴산메틸(PMMA)을 에칭하고, 폴리스티렌(PS)의 양호한 패턴을 형성할 수 있다.
특히, 이상의 고찰로부터 60 MHz 이상의 주파수의 고주파 전력을 고주파 전원으로부터 처리실 내로 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 이온 에너지가 15 eV 이상 30 eV 이하에 분포하는 주파수의 고주파 전력을 고주파 전원으로부터 처리실 내로 공급하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 고주파 전력은 하부 전극에 인가되는 것이 바람직하다.
<유기막(A, B)의 재료>
자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머는 2 종류의 유기 폴리머이며, 제 2 폴리머를 에칭에 의해 제거함으로써 제 1 폴리머에 의한 패턴을 형성하도록 되어 있다. 본 실시예와 같이 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머는 폴리스티렌(PS) 및 메타크릴산메틸(PMMA)에 한정되지 않는다. 예를 들면 DSA에서, PS - b - PMMA는, 폴리스티렌(PS) 및 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 디블록·코폴리머이며, 그 외 쇄상(鎖狀) 블록·코폴리머 또는 다른 구조를 가지는 블록·코폴리머, 예를 들면 성형(星型) 코폴리머, 분기 코폴리머, 초분기 코폴리머 및 그라프트·코폴리머를 이용할 수도 있다.
블록은 각종 상이한 중합 가능한 모노머로부터 유도할 수 있고, 여기서 블록은 이들에 한정되지 않지만, 폴리디엔을 포함하는 폴리올레핀, 폴리(알킬렌 옥사이드)(예를 들면, 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(프로필렌 옥사이드), 폴리(부틸렌 옥사이드), 또는 이들의 랜덤 또는 블록·코폴리머 등)을 포함하는 폴리 에테르, 폴리((메타)아크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리오르가노 실로산, 폴리오르가노게르만 등을 포함할 수 있다.
블록·코폴리머의 블록은 모노머로서 C2 -30 올레핀모노머, C1 -30 알코올 유래의 (메타)아크릴레이트모노머, Fe, Si, Ge, Sn, Al, Ti를 베이스로 하는 것을 포함하는 무기 함유 모노머, 또는 전술한 모노머 중 적어도 1 개를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 블록 내에 이용하는 모노머는, C2 -30 올레핀모노머로서, 에틸렌, 프로필렌, 1 - 부텐, 1, 3 - 부타디엔, 이소프렌, 초산비닐, 디히드로피란, 노보넨, 무수 말레산, 스티렌, 4 - 히드록시스티렌, 4 - 아세톡시스티렌, 4 - 메틸스티렌, 또는 α - 메틸스티렌을 포함할 수 있다. 모노머는, (메타)아크릴레이트모노머로서, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n - 프로필(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, n - 부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, n - 펜틸(메타)아크릴레이트, 이소펜틸(메타)아크릴레이트, 네오펜틸(메타)아크릴레이트, n - 헥실(메타)아크릴레이트, 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보닐(메타)아크릴레이트, 또는 히드록시 에틸(메타)아크릴레이트를 포함할 수 있다. 이들 모노머의 2 개 또는 그 이상의 조합을 이용할 수 있다. 호모폴리머인 블록은, 스티렌(예를 들면, 폴리스티렌 블록), 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 (메타)아크릴레이트·호모 폴리머·블록을 이용하여 조제되는 블록을 포함할 수 있다. 랜덤·블록은, 예를 들면 랜덤으로 공중합된 스티렌 및 메틸 메타크릴레이트(예를 들면, 폴리(스티렌 - co - 메틸 메타크릴레이트))의 블록을 포함할 수 있다. 대체의 코폴리머·블록은 스티렌 및 말레인 산 무수물의 블록을 포함할 수 있고, 이는 대부분의 조건 하에서 말레인산 무수물이 호모폴리머화될 수 없기 때문에, 스티렌 말레인산 무수물 2 분자 반복 구조를 형성하는(예를 들면, 폴리(스티렌 - alt - 말레인산 무수물) 것으로 알려져 있다. 이러한 블록은 예시적인 것으로서, 한정되는 것이라 상정하지 않아야 할 것으로 이해되고자 한다.
또한 본 방법에서 이용하는데 적절할 수 있는 블록·코폴리머는, 예를 들면 폴리(스티렌 - b - 비닐피리딘), 폴리(스티렌 - b - 부타디엔), 폴리(스티렌 - b - 이소프렌), 폴리(스티렌 - b - 메틸 메타크릴레이트), 폴리(스티렌 - b - 알케닐 방향족), 폴리(이소프렌 - b - 에틸렌 옥사이드), 폴리(스티렌 - b - (에틸렌 - 프로필렌)), 폴리(에틸렌 옥사이드 - b - 카프로락톤), 폴리(부타디엔 - b - 에틸렌 옥사이드), 폴리(스티렌 - b - t - 부틸(메타) 아크릴레이트), 폴리(메틸 메타크릴레이트 - b - t - 부틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸렌 옥사이드 - b - 프로필렌 옥사이드), 폴리(스티렌 - b - 테트라히드로푸란), 폴리(스티렌 - b - 이소프렌 - b - 에틸렌 옥사이드), 폴리(스티렌 - b - 디메틸실록산), 폴리(메틸 메타크릴레이트 - b - 디메틸실록산), 또는 전술한 블록·코폴리머 중 적어도 1 개를 포함하는 조합 등의 디블록 또는 트리블록·코폴리머를 포함한다.
블록·코폴리머는, 진보된 처리를 행할 수 있는 전체적인 분자량 및 다분산성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 블록·코폴리머는 3,000 ~ 400,000 g/mol의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 마찬가지로 블록·코폴리머는, 1,000 ~ 200,000의 수평균 분자량(Mn)을 가질 수 있다. 블록·코폴리머는 또한, 1.01 ~ 6의 다분산성(Mw / Mn)을 가질 수 있는데, 이에 특별히 한정되지 않는다. Mw 및 Mn의 양방의 분자량은, 예를 들면 겔 침투 크로마토 그래프에 의해, 폴리스티렌 표준에 대하여 교정되는 유니버설 교정법을 이용하여 결정할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 가지는 자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주에서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
또한, 본 발명에 따른 에칭 방법을 실행 가능한 장치는, 하부 2 주파 및 상부 1 주파 인가 방식의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하부 1 주파 또는 하부 2 주파 또는 그 이상의 인가 방식의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치여도 된다.
또한, 본 발명에 따른 에칭에 이용하는 가스는, 반드시 산소 원자를 포함하는 가스일 필요는 없고, 다른 가스 종류를 이용해도 된다.
1 : 플라즈마 처리 장치
10 : 챔버
16 : 서셉터(하부 전극)
36 : 제 1 고주파 전원
38 : 제 2 고주파 전원
48 : 상부 전극
60 : 처리 가스 공급원
66 : 제 3 고주파 전원
88 : 제어부

Claims (11)

  1. 자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화함으로써 형성된 주기 패턴을 에칭하는 방법으로서,
    처리실 내로 가스를 도입하는 공정과,
    상기 제 1 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포보다 작고, 상기 제 2 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포 이상인 범위에, 이온 에너지가 많이 분포하도록 고주파 전원의 주파수를 설정하고, 상기 고주파 전원으로부터 상기 처리실 내로 고주파 전력을 공급하는 공정과,
    상기 고주파 전력에 의해 상기 처리실 내로 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 이용하여 재치대에 재치된 피처리체 상에 상기 주기 패턴을 에칭하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 폴리머 및 상기 제 2 폴리머는 2 종류의 유기 폴리머이며, 상기 제 2 폴리머를 상기 에칭에 의해 제거함으로써 상기 제 1 폴리머에 의한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 폴리머는 폴리스티렌이며, 상기 제 2 폴리머는 메타크릴산메틸인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 처리실 내로 공급하는 고주파 전력은, 상기 재치대인 하부 전극에 인가되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 방법은, 상기 하부 전극과 상부 전극이 이격된 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치의 상기 처리실 내에서 실행되는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원의 주파수를 60 MHz 이상으로 하여 상기 처리실 내로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    이온 에너지가 15 eV 이상에 많이 분포하는 상기 고주파 전원의 주파수에 의해 상기 처리실 내로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    이온 에너지가 30 eV 이하에 많이 분포하는 상기 고주파 전원의 주파수에 의해 상기 처리실 내로 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전원으로부터 공급되는 고주파는 단일파인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭에 이용하는 가스는 산소 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  11. 자기 조직화 가능한 블록·코폴리머의 제 1 폴리머 및 제 2 폴리머를 자기 조직화함으로써 형성된 주기 패턴을 에칭하는 에칭 장치로서,
    가스가 도입되는 처리실과,
    상기 제 1 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포보다 작고, 또한 상기 제 2 폴리머의 에칭 일드를 생성하는 이온 에너지 분포 이상인 범위에 이온 에너지가 많이 분포하도록 주파수를 설정하고, 상기 처리실 내로 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과,
    상기 처리실 내로 가스를 공급하는 가스 공급원과,
    상기 고주파 전원으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 상기 처리실 내로 도입된 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마를 이용하여 재치대에 재치된 피처리체 상의 상기 주기 패턴의 에칭을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 장치.
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