KR20140094461A - 다층막을 에칭하는 방법 - Google Patents

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슈 쿠사노
히로아키 이시즈카
카즈야 나가세키
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Abstract

제 1 산화막과 제 2 산화막의 사이에 유기막이 형성된 다층막을 에칭하는 방법을 제공한다. 이 방법에서는, 유기막을 에칭하는 공정에서의 플라즈마 생성용의 고주파 전력은, 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력보다 크다. 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 이온 인입용의 고주파 바이어스 전력은, 유기막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력보다 크다. 또한 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 유기막을 에칭하는 공정, 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서는, 피처리체의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분이 당해 중심축선으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계를 형성하고, 유기막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치가, 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 중심축선에 가까워지도록 자계를 형성한다.

Description

다층막을 에칭하는 방법{ETCHING METHOD OF MULTILAYER FILM}
본 발명의 실시예는 다층막을 에칭하는 방법에 관한 것이다.
피처리체의 플라즈마 에칭은 디바이스의 제조에서의 중요한 기술이다. 플라즈마 에칭에서는, 피처리체의 에칭 속도의 분포를 제어하기 위하여, 처리 공간 내에서의 플라즈마의 밀도 분포를 제어하는 것이 필요하다. 플라즈마의 밀도 분포를 제어하는 기술로서는, 전계가 존재하는 처리 공간 내에서 자계를 발생시켜 플라즈마의 밀도 분포를 제어하는 것이 알려져 있다. 이러한 기술은, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치는, 상부 전극 및 하부 전극을 가지는 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치이다. 이 플라즈마 처리 장치는, 처리 공간 내에서 피처리체, 즉 웨이퍼의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따른 대칭인 자계를 발생시킨다. 구체적으로, 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 공간 내에 하부 전극을 구성하는 재치대(載置臺)가 설치되어 있고, 당해 재치대에 웨이퍼가 재치된다. 처리 공간을 구획 형성하는 처리 용기의 천장부는 상부 전극을 구성하고 있고, 당해 천장부의 상면에는 복수의 영구 자석이 설치되어 있다. 복수의 영구 자석은, 웨이퍼의 중심축선을 중심으로 하는 복수의 동심원 상에 배열되어 있고, 또한 당해 중심축선에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다. 이 플라즈마 처리 장치에서는, 처리 용기 내에서 수직 방향의 전계가 형성되어 있고, 또한 복수의 영구 자석의 처리 공간측의 자극의 방향을 설정함으로써, 방사 형상으로 분포하는 자계를 처리 공간 내에서 발생시키고 있다. 이에 의해, 플라즈마 중의 전자는 로런츠힘을 받아, 웨이퍼의 중심축선에 대하여 선회하도록 드리프트 운동을 행한다. 드리프트 운동의 속도는 웨이퍼의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분의 강도에 반비례하고, 따라서 드리프트 운동의 속도가 작은 영역에서는 전자의 체재 시간이 길어진다. 전자의 체재 시간이 긴 영역에서는 처리 가스의 해리가 촉진된다. 그 결과, 처리 공간 내에서의 플라즈마의 밀도 분포가 조정된다.
특허공보 4107518호
그런데, 막 종류 및 막 두께가 상이한 복수의 막으로 구성된 다층막을 에칭할 시에는, 상부 전극 또는 하부 전극에 부여하는 플라즈마 생성용의 고주파 전력, 및 하부 전극에 부여하는 이온 인입용의 고주파 바이어스 전력 중 적어도 하나가, 막 종류 및 막 두께에 따라 변경되는 경우가 있다. 고주파 전력 및 고주파 바이어스 전력 중 적어도 하나가 변경되면, 처리 공간 내에서의 플라즈마의 밀도 분포는 변동한다.
그러나 특허 문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 장치에서는, 복수의 영구 자석의 위치가 고정되어 있기 때문에, 수평 자계 성분의 강도 분포를 조정할 수 없다. 따라서, 막 종류 및 막 두께가 상이한 복수의 막으로 구성된 다층막의 각 막의 에칭에 따라, 플라즈마의 밀도 분포를 조정할 수 없다. 그 결과, 중심으로부터의 직경 방향의 위치에 따라 각 막의 에칭 속도에 불균일이 생길 수 있다.
이러한 배경하에, 본 기술 분야에서는, 다층막의 각 막의 에칭에서 위치에 따른 에칭 속도의 불균일을 억제하는 것이 요청되고 있다.
일측면에 있어서는, 다층막을 에칭하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 제 1 산화막, 제 2 산화막, 및 상기 제 1 산화막과 상기 제 2 산화막의 사이에 형성된 유기막을 가지는 다층막을, 플라즈마 처리 장치에서 에칭하는 방법이다. 이 방법에서는, 다층막과 제 1 산화막 상에 형성된 레지스트 마스크를 포함하는 피처리체가 플라즈마 처리 장치의 처리 공간에 수용된다. 이 방법은, 처리 공간에서 제 1 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 제 1 산화막을 에칭하는 공정과, 제 1 산화막을 에칭한 후, 처리 공간에서 제 2 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 유기막을 에칭하는 공정과, 유기막을 에칭한 후, 처리 공간에서 제 3 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 제 2 산화막을 에칭하는 공정을 포함한다. 제 1 처리 가스의 플라즈마, 제 2 처리 가스의 플라즈마 및 제 3 처리 가스의 플라즈마는, 피처리체를 재치하는 재치대를 구성하는 하부 전극과 상기 하부 전극의 상방에 설치된 상부 전극 중 일방에 고주파 전력을 부여함으로써 생성된다. 또한 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 유기막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서는, 하부 전극에 고주파 바이어스 전력이 부여된다.
유기막은 그 하지로서 제 2 산화막을 가지므로, 상기 유기막의 에칭이 제 2 산화막에 주는 데미지를 저감시킬 필요가 있다. 그러기 위해서는, 높은 에너지를 가진 이온을 주체로 하는 에칭이 아닌, 즉 피처리체에의 이온의 인입을 최대한 억제하면서, 다량의 활성종, 예를 들면 라디칼에 의해 유기막을 에칭하는 것이 필요하다. 한편, 제 1 산화막 및 제 2 산화막의 에칭 시에는, 이온의 인입 효과에 의해, 상기 제 1 산화막 및 제 2 산화막의 에칭을 촉진시키는 것이 바람직하다. 따라서 본 방법에서는, 유기막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력을, 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력보다 크게 설정한다. 또한 본 방법에서는, 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력을, 유기막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력보다 크게 설정한다. 이에 의해, 유기막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력을 크게 함으로써 다량의 라디칼을 발생시키고, 또한 고주파 바이어스 전력을 작게 함으로써, 낮은 에너지로 유기막을 에칭할 수 있어, 제 2 산화막에 대한 데미지를 억제할 수 있다. 또한 제 1 산화막 및 제 2 산화막의 에칭 시에, 비교적 큰 고주파 바이어스 전력을 이용함으로써, 이온의 인입 효과에 의해 제 1 산화막 및 제 2 산화막의 에칭을 촉진시킬 수 있다.
그런데 상부 전극과 하부 전극의 사이에 고주파 전계를 발생시킴으로써 생성되는 플라즈마 밀도는, 일반적으로, 피처리체의 중심축선에 가까운 영역에서 높아지는 경향을 가진다. 즉, 중심축선으로부터 멀어짐에 따라 밀도가 저하되는 구배를 가진 플라즈마 밀도의 분포가 형성된다. 이 구배는, 고주파 전력이 커질수록 급준한 것이 된다. 따라서 본 방법에서는, 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 유기막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서는, 피처리체의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분이 상기 중심축선으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계를 형성하고 있다. 또한 본 방법에서는, 유기막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치가, 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 상기 중심축선에 가까워지도록 자계를 형성한다. 이와 같이 본 방법에서는, 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 유기막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서, 수평 자계 성분이 상기 중심축선으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계가 형성되므로, 상술한 플라즈마 밀도의 분포의 구배를 저감시키는 것이 가능하다. 또한 유기막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치가 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 상기 중심축선에 가까우므로, 이러한 자계를 부여하지 않으면 유기막을 에칭하는 공정에서 생성될 수 있는 보다 급준한 플라즈마의 밀도 분포의 구배를, 저감시키는 것이 가능하다. 따라서 본 방법에 의하면, 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 유기막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서, 플라즈마의 밀도 분포의 불균일을 저감시켜, 다층막의 각 막의 에칭에서 위치에 따른 에칭 속도의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
일형태에 있어서는, 유기막을 에칭하는 공정에서 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 방사 방향에서 피처리체의 중심과 상기 피처리체의 엣지의 사이의 중간 위치일 수 있다. 또한 일형태에 있어서는, 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 방사 방향에서 피처리체의 엣지보다 외측의 위치일 수 있다.
또한 일형태에 있어서는, 제 2 산화막의 두께는 제 1 산화막의 두께보다 크고, 이 경우에, 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력을, 제 1 산화막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력보다 크게 되도록 설정해도 되고, 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 강도를, 제 1 산화막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 강도보다 커지도록 설정해도 된다. 이 형태에서는, 다층막의 각 막의 에칭에서 위치에 따른 에칭 속도의 불균일을 억제하는 것이 가능하고, 또한 보다 막 두께가 큰 제 2 산화막의 에칭 속도를, 이온의 인입 효과에 의해 높이는 것이 가능해진다.
또한 다른 일측면에 있어서도 다층막을 에칭하는 방법이 제공된다. 다른 일측면에 따른 방법에서는, 다층막은 적어도 제 1 막 및 제 2 막을 포함하고 있다. 이 방법은, 다층막을 가지는 피처리체가 수용된 플라즈마 처리 장치의 처리 공간에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 제 1 막을 에칭하는 공정과, 처리 공간에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 제 2 막을 에칭하는 공정을 포함한다. 제 1 막을 에칭하는 공정에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마 및 제 2 막을 에칭하는 공정에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마는, 피처리체를 재치하는 재치대를 구성하는 하부 전극과 상기 하부 전극의 상방에 설치된 상부 전극 중 일방에 고주파 전력을 부여함으로써 생성된다. 이 방법에서는, 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력을, 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력보다 크게 설정한다. 또한, 제 1 막을 에칭하는 공정 및 제 2 막을 에칭하는 공정에서는, 하부 전극에 고주파 바이어스 전력이 부여된다. 이 방법에서는, 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력을, 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 고주파 바이어스 전력보다 크게 설정한다. 또한, 제 1 막을 에칭하는 공정 및 제 2 막을 에칭하는 공정에서는, 피처리체의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분이 상기 중심축선으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계가 형성된다. 이 방법에서는, 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치가 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 상기 중심축선에 가까워지도록 자계를 형성한다.
다른 측면에 따른 방법에서는, 제 2 막을 에칭하는 공정에서 비교적 큰 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 생성하여, 다량의 활성종, 예를 들면 라디칼에 의해 상기 제 2 막을 에칭한다. 한편, 제 1 막을 에칭하는 공정에서는 비교적 작은 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 생성하고, 비교적 큰 고주파 바이어스 전력을 이용하여 이온을 피처리체로 인입함으로써, 상기 제 1 막의 에칭을 촉진시키고 있다. 제 1 막을 에칭하는 공정 및 제 2 막을 에칭하는 공정에서 생성되는 플라즈마의 밀도 분포는, 중심축선으로부터 멀어짐에 따라 밀도가 저하되는 구배를 가지지만, 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 고주파 전력이 비교적 크므로, 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 플라즈마의 밀도 분포의 구배는, 제 1 막을 에칭하는 공정에서 플라즈마의 밀도 분포의 구배보다 급준한 것이 된다. 이 때문에, 다른 측면에 따른 방법에서는, 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치가, 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 상기 중심축선에 가까워지도록 자계를 형성하고 있다. 이에 의해, 상술한 플라즈마의 밀도 분포의 구배를 저감시키는 것이 가능하다. 그 결과, 다층막의 각 막의 에칭에서 위치에 따른 에칭 속도의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
일형태에 있어서는, 제 2 막을 에칭하는 공정에서 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 방사 방향에서 피처리체의 중심과 상기 피처리체의 엣지의 사이의 중간 위치일 수 있다. 또한 일형태에 있어서는, 제 1 막을 에칭하는 공정에서 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 방사 방향에서 피처리체의 엣지보다 외측의 위치일 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상술한 측면 및 형태에 따르면, 다층막의 각 막의 에칭에서 위치에 따른 에칭 속도의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 공급계를 도시한 도이다.
도 3은 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치를 상방에서 본 상태를 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 발생하는 전계 및 자계에 기인하는 전자의 드리프트 운동을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 일실시예에 따른 다층막을 에칭하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 다층막을 가지는 웨이퍼의 일례를 도시한 단면도이다.
도 7은 다층막의 각각의 막의 에칭 시의 고주파 전력 및 고주파 바이어스 전력을 나타낸 도이다.
도 8은 고주파 전력과 플라즈마의 밀도 분포의 관계를 나타낸 도이다.
도 9a ~ 도 9c는 도 5에 나타낸 방법의 각 공정 후의 웨이퍼의 상태를 도시한 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 공정(S1) 및 공정(S3)에서 형성되는 자계를 도시한 도이다.
도 11a 및 도 11b는 공정(S2)에서 형성되는 자계를 도시한 도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 처리 공간측에서 본 전자석의 평면도이다.
도 14a ~ 도 14d는 전자석에 의해 형성되는 자계를 예시하는 도면이다.
도 15는 실험예 1 및 비교 실험예 1의 결과를 나타낸 도이다.
도 16은 실험예 2 및 비교 실험예 2의 결과를 나타낸 도이다.
도 17은 실험예 3 및 비교 실험예 3의 결과를 나타낸 도이다.
도 18a 및 도 18b는 처리 공간 내의 전계 강도 분포를 나타낸 도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하에, 도면을 참조하여 각종 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당의 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다.
우선, 일실시예에 따른 다층막을 에칭하는 방법의 실시에 이용할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 1은, 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(10)는 처리 용기(12), 재치대(14), 상부 전극(16), 제 1 고주파 전원(18) 및 제 2 고주파 전원(20)을 구비하고 있다.
처리 용기(12)는 대략 원통 형상의 용기이며, 그 내부에 처리 공간(S)을 구획 형성하고 있다. 이 처리 공간(S)은 배기 장치에 의해 감압 가능하게 되어 있다. 처리 공간(S) 내에는 재치대(14)가 설치되어 있다. 재치대(14)는 기대(14a) 및 정전 척(14b)을 포함하고 있다. 기대(14a)는 알루미늄과 같은 도전성의 부재로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다.
기대(14a)의 상면의 주연 영역에는, 웨이퍼(W)의 엣지를 둘러싸도록 포커스 링(26)이 설치되어 있다. 또한 기대(14a)의 상면의 중앙 영역에는, 정전 척(14b)이 설치되어 있다. 정전 척(14b)은, 예를 들면 절연막의 내층으로서 형성된 전극막을 가지고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 정전 척(14b)에는, 직류 전원으로부터 스위치를 개재하여 전극막으로 공급되는 직류 전압에 의해 정전력을 발생시켜, 피처리체(W)(이하, '웨이퍼(W)'라고 함)를 흡착한다. 정전 척(14b) 상에 웨이퍼(W)가 재치된 상태에서는, 웨이퍼(W)의 중심을 상하 방향으로 통과하는 중심축선(Z)은, 기대(14a) 및 정전 척(14b)의 중심축선에 대략 일치한다. 또한 웨이퍼(W)는, 예를 들면 300 mm와 같은 직경을 가질 수 있다.
기대(14a)는 하부 전극을 구성하고 있다. 이 기대(14a)에는, 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 발생시키는 고주파 전원(18)이 제 1 정합기(22)를 개재하여 접속되어 있다. 고주파 전원(18)은, 예를 들면 주파수 100 MHz의 고주파 전력을 발생시킨다. 또한 제 1 정합기(22)는, 당해 제 1 정합기(22)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 가지고 있다. 또한 고주파 전원(18)은, 상부 전극(16)에 접속되어 있어도 된다. 또한 기대(14a)에는, 이온 인입용의 고주파 바이어스 전력을 발생시키는 고주파 전원(20)이 제 2 정합기(24)를 개재하여 접속되어 있다. 고주파 전원(20)은, 예를 들면 주파수 3.2 MHz의 고주파 전력을 발생시킨다. 또한 제 2 정합기(24)는, 당해 제 2 정합기(24)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 가지고 있다.
기대(14a), 즉 하부 전극의 상방에는, 처리 공간(S)을 개재하여 당해 하부 전극과 대면하도록, 상부 전극(16)이 설치되어 있다. 상부 전극(16)은, 처리 공간(S)을 그 상방으로부터 구획 형성하고 있고, 대략 원반 형상을 가지고 있다. 상부 전극(16)은 그 중심축선이, 재치대(14)의 중심축선과 대략 일치하도록 설치되어 있다. 이 상부 전극(16)은 샤워 헤드의 기능을 겸하고 있다. 일실시예에서는, 상부 전극(16)에는 버퍼실(16a), 가스 라인(16b) 및 복수의 가스홀(16c)이 형성되어 있다. 버퍼실(16a)에는 가스 라인(16b)의 일단이 접속되어 있다. 또한, 버퍼실(16a)에는 복수의 가스홀(16c)이 접속되어 있고, 이들 가스홀(16c)은 하방으로 연장되어, 처리 공간(S)을 향해 개구되어 있다.
도 2는, 일실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 가스 공급계를 도시한 도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는, 도 2에 도시한 가스 공급계(GS)를 더 구비할 수 있다. 가스 공급계(GS)는 복수의 가스 소스(GS1, GS2, GS3, GS4, GS5, GS6)를 가지고 있다. 가스 소스(GS1)는 CHF3 가스의 소스이며, 가스 소스(GS2)는 O2 가스의 소스이며, 가스 소스(GS3)는 CH4 가스의 소스이며, 가스 소스(GS4)는 N2 가스의 소스이며, 가스 소스(GS5)는 C4F8 가스의 소스이며, 가스 소스(GS6)는 Ar 가스의 소스이다.
가스 공급계(GS)에서는, 가스 소스(GS1)는 밸브(V11), 유량 제어기(FC1), 밸브(V12)를 개재하여 가스 라인(CL)에 접속되어 있고, 가스 소스(GS2)는 밸브(V21), 유량 제어기(FC2), 밸브(V22)를 개재하여 가스 라인(CL)에 접속되어 있고, 가스 소스(GS3)는 밸브(V31), 유량 제어기(FC3), 밸브(V32)를 개재하여 가스 라인(CL)에 접속되어 있고, 가스 소스(GS4)는 밸브(V41), 유량 제어기(FC4), 밸브(V42)를 개재하여 가스 라인(CL)에 접속되어 있고, 가스 소스(GS5)는 밸브(V51), 유량 제어기(FC5), 밸브(V52)를 개재하여 가스 라인(CL)에 접속되어 있고, 가스 소스(GS6)는 밸브(V61), 유량 제어기(FC6), 밸브(V62)를 개재하여 가스 라인(CL)에 접속되어 있다. 가스 라인(CL)은 도 1에 도시한 가스 라인(16b)의 타단에 접속되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)에서는, 가스 공급계(GS)로부터의 처리 가스를, 샤워 헤드를 구성하는 상부 전극(16)으로부터 처리 공간(S)으로 공급하고, 고주파 전원(18)으로부터의 고주파 전력을 하부 전극에 부여하여 상부 전극(16)과 당해 하부 전극의 사이에 고주파 전계를 발생시킨다. 이에 의해, 처리 공간(S)에서 처리 가스의 플라즈마가 생성된다. 그리고, 플라즈마 중에서 해리된 처리 가스를 구성하는 분자 또는 원자의 활성종에 의해, 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 또한, 고주파 전원(20)으로부터 하부 전극에 부여하는 고주파 바이어스 전력을 조정함으로써, 이온의 인입의 정도를 조정하는 것이 가능하다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 복수의 전자석(30)을 가지고 있다. 복수의 전자석(30)은 상부 전극(16), 즉 처리 용기(12)의 천장부 상에 설치되어 있다. 복수의 전자석(30)의 각각은, 봉 형상의 자성 재료로 구성된 요크(30a)와 코일(30b)을 포함하고 있다. 코일(30b)은 요크(30a)의 외주면을 따라 권회되어 있다. 코일(30b)의 양단에는 전류원이 접속되어 있고, 코일(30b)로 공급하는 전류값 및 전류의 방향을 제어 가능하게 되어 있다.
도 3은, 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치를 상방에서 본 상태를 도시한 평면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 전자석(30)은, 웨이퍼(W)의 중심을 통과하여 상하 방향으로 연장되는 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향으로 배열되어 있다. 또한 복수의 전자석(30)은, 중심축선(Z)을 중심으로 하는 복수의 동심원 상에 배열되어 있다.
일실시예에 있어서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 전자석(30)은 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34), 제 5 군(35)으로 나눠져 있고, 각 군은 몇 개의 전자석(30)을 포함하고 있다. 제 1 군(31)은, 중심축선(Z) 상 및 그 근방에 설치된 1 이상의 전자석(30)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 예에서는, 제 1 군(31)은 하나의 전자석(30)을 포함하고 있고, 당해 전자석(30)의 요크(30a)가 중심축선(Z)을 따르도록 설치되어 있다.
또한 도 3에 도시한 예에서는, 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34), 제 5 군(35)의 각각은 24 개의 전자석(30)을 포함하고 있다. 도 3에서는, 참조 부호(30)에 이어지는 괄호 내에 기재된 부호가 군의 참조 부호를 나타내고 있다. 제 2 군(32)의 전자석(30)은, 요크(30a)가 중심축선(Z)과 대략 평행하게 연장되도록, 반경(L2)의 원(C2) 상에 배열되어 있다. 이 반경(L2)은, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 처리하는 플라즈마 처리 장치에서는 75 mm이다. 제 3 군(33)의 전자석(30)은, 요크(30a)가 중심축선(Z)과 대략 평행하게 연장되도록 반경(L3)의 원(C3) 상에 배열되어 있다. 이 반경(L3)은 반경(L2)보다 크고, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 처리하는 플라즈마 처리 장치에서는 125 mm이다. 제 4 군(34)의 전자석(30)은, 요크(30a)가 중심축선(Z)과 대략 평행하게 연장되도록 반경(L4)의 원(C4) 상에 배열되어 있다. 이 반경(L4)은 반경(L3)보다 크고, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 처리하는 플라즈마 처리 장치에서는 175 mm이다. 또한 제 5 군(35)의 전자석(30)은, 요크(30a)가 중심축선(Z)과 대략 평행하게 연장되도록 반경(L5)의 원(C5) 상에 배열되어 있다. 이 반경(L5)은 반경(L4)보다 크고, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)를 처리하는 플라즈마 처리 장치에서는 225 mm이다.
또한 도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 제어부(Cnt)는 프로그램 가능한 컴퓨터 장치일 수 있다. 제 1 고주파 전원(18)이 발생하는 고주파 전력의 크기, 제 2 고주파 전원(20)이 발생하는 고주파 전력의 크기, 배기 장치의 배기량, 가스 공급계(GS)로부터 공급하는 가스 및 당해 가스의 유량, 및 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34) 및 제 5 군(35)의 각각의 전자석(30)의 코일(30b)에 부여하는 전류의 값 및 전류의 방향을 설정한다. 이 때문에, 제어부(Cnt)는 그 메모리에 저장되거나, 또는 입력 장치에 의해 입력되는 레시피에 따라, 제 1 고주파 전원(18), 제 2 고주파 전원(20), 배기 장치, 가스 공급계(GS)의 각 구성 요소, 전자석(30)에 접속된 전류원에 대하여 제어 신호를 송출할 수 있다.
이러한 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34) 및 제 5 군(35)의 각각의 전자석(30)의 코일(30b)에 부여하는 전류의 방향을 설정함으로써, 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34) 및 제 5 군(35)의 각각의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극을, N극 또는 S극으로 설정할 수 있다. 이에 의해, 처리 공간(S) 내에서 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향을 따른 수평 자계 성분을 가지는 자계를 생성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는, 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치에서 발생하는 전계 및 자계에 기인하는 전자의 드리프트 운동을 설명하기 위한 도이다. 도 4a에는, 플라즈마 처리 장치(10)의 단면도가 도시되어 있고, 도 4b에는, 플라즈마 처리 장치(10)를 상방에서 본 상태의 평면도가 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 플라즈마 생성 중의 처리 공간(S) 내에서는, 상부 전극(16)으로부터 하부 전극(기대(14a))을 향하는 전계(E)가 발생한다. 또한 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 예를 들면 제 1 군(31)의 전자석(30)의 코일(30b)로 공급하는 전류의 방향을 조정하여, 당해 제 1 군(31)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극을 N극으로 설정하고, 제 5 군(35)의 전자석(30)의 코일(30b)로 공급하는 전류의 방향을 조정하여, 당해 제 5 군(31)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극을 S극으로 설정하면, 제 1 군(31)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극으로부터 제 5 군(35)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극을 향하는 자계(B)가 형성된다. 자계(B)는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 축선(Z)에 대하여 방사 방향을 따른 수평 자계 성분(BH)을 포함하고 있다.
이와 같이, 처리 공간(S) 중에서는 전계(E), 및 수평 자계 성분(BH)을 포함하는 자계(B)가 발생하고 있고, 처리 공간(S) 중의 전자는 전계 및 수평 자계 성분(BH)에 기인하는 로런츠힘을 받아 드리프트 운동을 행한다. 구체적으로, 전자는 플레밍의 왼손 법칙에 따라, 중심축선(Z)을 중심으로 하는 원주의 접선 방향으로 가속도를 받아 중심축선(Z)을 중심으로 하는 원 형상의 전자 궤적(D)을 따라 선회한다.
그런데, 전계(E) 및 수평 자계 성분(BH)에 의한 전자의 드리프트 운동의 속도(VgE)는 하기 식 (1)로 나타난다.
Figure pat00001
상기 식 (1)에 의하면, 전계(E)의 세기가 일정하다고 하면, 수평 자계 성분(BH)의 강도(자계 강도)가 클수록 전자의 드리프트 운동의 속도는 저하된다. 전자의 드리프트 운동의 속도가 저하되면, 전자가 어느 개소에 체재하는 시간이 길어지기 때문에, 당해 개소에서 전자 밀도가 상승한다. 그 결과, 전자와 처리 가스의 분자 또는 원자와의 충돌 기회가 증가하므로, 당해 개소에서 플라즈마의 밀도가 상승한다. 즉, 전자석(30)에 의해, 어느 개소의 수평 자계 성분(BH)의 강도를 크게 하면, 당해 개소의 플라즈마의 밀도를 높게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 플라즈마 처리 장치(10)는, 복수의 전자석(30)의 코일(30b)에 부여하는 전류의 방향 및 전류의 값을, 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34) 및 제 5 군(35)의 군마다 설정할 수 있다. 따라서 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34) 및 제 5 군(35)의 각각의 전자석(30)의 코일(30b)에 부여하는 전류의 방향을 조정함으로써, 수평 자계 성분(BH)의 축선(Z)에 대한 방사 방향의 강도의 분포를 조정할 수 있다. 또한 제 1 군(31), 제 2 군(32), 제 3 군(33), 제 4 군(34) 및 제 5 군(35)의 각각의 전자석(30)의 코일(30b)에 부여하는 전류의 크기(값)를 조정함으로써, 수평 자계 성분(BH)의 축선(Z)에 대한 방사 방향의 강도를 조정할 수 있다.
이하, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 실시할 수 있는 다층막을 에칭하는 방법의 일실시예에 대하여 설명한다. 도 5는, 일실시예에 따른 다층막을 에칭하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5에 나타낸 방법은, 도 6에 도시한 웨이퍼(W)의 다층막(ML)을 에칭하기 위하여 이용할 수 있다. 또한, 도 6에서는 웨이퍼(W)의 일부를 확대한 단면이 도시되어 있다.
도 6에 도시한 웨이퍼(W)는 레지스트 마스크(PRM), 제 1 산화막(OXF1), 유기막(OR), 제 2 산화막(OXF2) 및 피에칭층(EL)을 가지고 있다. 피에칭층(EL)은, 제 2 산화막(OXF2)이 에칭됨으로써 형성되는 마스크를 이용하여 에칭되는 층이며, 예를 들면 실리콘층이다. 피에칭층(EL) 상에는 제 2 산화막(OXF2)이 형성되어 있다. 제 2 산화막(OXF2)은 실리콘 산화층이며, 막 두께가 큰 피에칭층(EL)의 에칭에 견딜 수 있도록, 비교적 큰 막 두께를 가지고 있다. 제 2 산화막(OXF2)의 막 두께는 예를 들면 2000 nm이다.
제 2 산화막(OXF2) 상에는 유기막(OR)이 형성되어 있다. 이 유기막(OR)은 제 2 산화막(OXF2)을 에칭할 시 이용하는 마스크가 된다. 이 유기막(OR)의 막 두께는 예를 들면 300 nm이다.
유기막(OR) 상에는 제 1 산화막(OXF1)이 형성되어 있다. 제 1 산화막(OXF1)은 유기막(OR)을 에칭할 시 이용하는 마스크가 된다. 제 1 산화막(OXF1)은 예를 들면 실리콘 산화층이다. 이 제 1 산화막(OXF1)은 제 2 산화막(OXF2)의 막 두께보다 작은 막 두께를 가지고 있다. 제 1 산화막(OXF1)의 막 두께는 예를 들면 45 nm이다.
제 1 산화막(OXF1) 상에는 레지스트 마스크(PRM)가 형성되어 있다. 레지스트 마스크(PRM)는 제 1 산화막(OXF1) 상에 레지스트 재료를 도포하고, 당해 레지스트 재료를 노광·현상함으로써 작성할 수 있다.
이와 같이 웨이퍼(W)는, 상이한 막 종류 및 막 두께 중 적어도 하나를 가지는 복수의 막이 적층된 구조를 가지는 다층막(ML)을 구비하고 있다. 이러한 다층막(ML) 중의 각각의 막의 에칭 시의 플라즈마의 생성 조건에는, 막 종류 및 막 두께 중 적어도 하나에 따라 상이한 조건이 채용된다. 도 7은, 다층막의 각각의 막의 에칭 시의 고주파 전력 및 고주파 바이어스 전력을 나타낸 도이다. 도 7에서, 횡축은 이온 인입용의 고주파 바이어스 전력(LF)을 나타내고 있고, 종축은 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)을 나타내고 있다.
웨이퍼(W)에서는, 유기막(OR)의 하지로서 제 2 산화막(OXF2)이 형성되어 있다. 제 2 산화막(OXF2)은 피에칭층(EL)의 에칭을 위한 마스크가 되는 막이다. 따라서, 유기막(OR)의 에칭 시에는, 제 2 산화막(OXF2)에 대한 데미지를 저감시키는 것이 요구된다. 따라서 유기막(OR)의 에칭 시에는, 비교적 큰 고주파 전력(HF)(예를 들면, 2400 W)을 이용하여, 처리 가스 중의 분자 및 원자 중 적어도 하나가 해리됨으로써 발생하는 다량의 활성종, 예를 들면 라디칼에 의해 유기막(OR)을 에칭한다. 또한 유기막(OR)의 에칭 시에는, 비교적 작은 고주파 바이어스 전력(LF)(예를 들면, 200 W)을 이용함으로써, 낮은 에너지로 유기막(OR)를 에칭한다. 이에 의해, 제 2 산화막(OXF2)에 대한 데미지를 저감시킬 수 있다. 이하, 유기막(OR)의 에칭에서의 고주파 전력의 값 및 고주파 바이어스 전력의 값을 각각 HF3, LF3로 한다.
한편, 제 1 산화막(OXF1) 및 제 2 산화막(OXF2)의 에칭 시에는, 처리 가스 중의 분자 및 원자 중 적어도 하나가 해리됨으로써 발생하는 다량의 활성종, 예를 들면 이온을 웨이퍼(W)로 인입함으로써 이들 산화막을 에칭한다. 이 때문에, 제 1 산화막(OXF1) 및 제 2 산화막(OXF2)의 에칭 시에는, 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)을 낮은 값(예를 들면, 1000 W)으로 설정하고, 또한 이온 인입용의 고주파 바이어스 전력(LF)을 높은 값으로 설정한다. 여기서, 제 1 산화막(OXF1)의 에칭 시의 고주파 전력(HF)의 값을 HF1로 하고, 제 2 산화막(OXF2)의 에칭 시의 고주파 전력(HF)의 값을 HF2로 하고, 제 1 산화막(OXF1)의 에칭 시의 고주파 바이어스 전력(LF)의 값을 LF1로 하고, 제 2 산화막(OXF2)의 에칭 시의 고주파 바이어스 전력(LF)의 값을 LF2로 한다. 이 경우에는 HF3 > HF1, HF3 > HF2, LF1 > LF3, LF2 > LF3가 된다.
또한 일실시예에서, 제 2 산화막(OXF2)의 막 두께는 제 1 산화막(OXF1)의 막 두께보다 크다. 따라서, 제 2 산화막(OXF2)의 에칭 시에는, 보다 높은 에너지를 가진 이온을 웨이퍼(W)로 인입함으로써 당해 제 2 산화막(OXF2)의 에칭 속도를 높이는 것이 바람직하다. 따라서, 일실시예에서는 LF2 > LF1이 된다.
상술한 플라즈마 처리 장치(10)에서, 전자석(30)에 의해 자계를 형성하지 않고, 상술한 제 1 산화막(OXF1), 제 2 산화막(OXF2) 및 유기막(OR)의 각각의 에칭용의 고주파 전력의 설정하에서 플라즈마를 생성하면, 처리 공간(S) 내에서의 플라즈마의 밀도 분포는 축선(Z)에 대하여 방사 방향에서 불균일한 것이 된다. 도 8은, 고주파 전력과 플라즈마의 밀도 분포의 관계를 나타낸 도이다. 도 8에서, 횡축은 중심축선(Z)으로부터 방사 방향의 위치를 나타내고 있고, 중심축선(Z)의 위치를 0 mm로 하고 있다. 또한 도 8에서, 종축은 전자 밀도(Ne)를 전자 밀도의 최대값(NeMax)으로 규격화한 값을 나타내고 있고, 플라즈마의 밀도를 반영하는 값을 나타내고 있다. 또한 도 8에서는, 점선으로 나타낸 플라즈마의 밀도 분포가, 제 1 산화막(OXF1)의 에칭용의 값(HF1)의 고주파 전력 또는 제 2 산화막(OXF2)의 에칭용의 값(HF2)의 고주파 전력에 의해 발생하는 플라즈마의 밀도 분포를 나타내고 있고, 실선으로 나타낸 플라즈마의 밀도 분포가, 유기막(OR)의 에칭용의 값(HF3)의 고주파 전력에 의해 발생하는 플라즈마 밀도 분포를 나타내고 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 제 1 산화막(OXF1), 제 2 산화막(OXF2) 및 유기막(OR)의 에칭의 어느 하나를 위한 고주파 전력을 이용해도, 플라즈마의 밀도는, 중심축선(Z)의 근방에서 높고, 중심축선(Z)으로부터 멀어짐에 따라 낮아지는 구배를 가진다. 또한, 유기막(OR)의 에칭용의 값(HF3)의 고주파 전력하에서는, 상술한 구배가 현저해지는 경향을 가진다. 즉, 유기막(OR)의 에칭용의 플라즈마의 생성에서는 큰 값(HF3)의 고주파 전력이 이용되므로, 유기막(OR)의 에칭 시의 플라즈마의 밀도 분포는, 보다 낮은 값(HF1)의 고주파 전력을 이용할 경우의 플라즈마의 밀도 분포, 및 보다 낮은 값(HF2)의 고주파 전력 이용할 경우의 플라즈마 밀도 분포보다, 중심축선(Z)으로부터 보다 가까운 위치에서 플라즈마의 밀도가 크게 저하되는 구배를 가진다.
도 5에 나타낸 방법에서는, 상술한 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성을 전자석을 이용함으로써 해결할 수 있다. 이하, 도 5를 참조한다. 또한, 도 5와 함께 도 9a ~ 도 9c를 참조한다. 도 9a ~ 도 9c는, 도 5에 나타낸 방법의 각 공정 후의 웨이퍼(W)의 상태를 도시한 단면도이다. 도 5에 나타낸 방법에서는, 공정(S1)에 앞서 도 6에 도시한 웨이퍼(W)가, 처리 공간(S)에 수용되고 재치대(14)의 정전 척(14b) 상에 재치된다. 그리고 공정(S1)에서, 제 1 산화막(OXF1)이 에칭된다. 공정(S1)에서는, 제 1 처리 가스로서, 플루오르 카본 가스 및 플루오르 하이드로 카본 가스 중 적어도 하나를 포함하는 처리 가스가 처리 공간(S)으로 공급된다. 예를 들면 공정(S1)에서는, 가스 소스(GS1)인 CHF3 가스, 및 가스 소스(GS2)인 O2 가스를 포함하는 처리 가스가 처리 공간(S)으로 공급된다. 또한 공정(S1)에서는, 상술한 값(HF1)의 고주파 전력 및 값(LF1)의 고주파 바이어스 전력이 하부 전극에 부여된다. 또한, 고주파 전력은 상부 전극(16)에 부여되어도 된다.
상술한 바와 같이, 전자석에 의해 자계가 형성되어 있지 않을 경우에 값(HF1)의 고주파 전력이 전극에 부여됨으로써 생성되는 플라즈마의 밀도 분포는, 도 8에서 점선으로 나타낸 밀도 분포가 된다. 따라서 일실시예에서는, 공정(S1)에서, 후술하는 공정(S2)에서의 수평 자계 성분(BH)의 강도의 피크의 위치보다 중심축선(Z)으로부터 먼 위치에서 수평 자계 성분(BH)의 강도의 피크를 가지도록 자계(B)가 형성된다.
도 10a 및 도 10b는, 공정(S1) 및 공정(S3)에서 형성되는 자계를 도시한 도이다. 도 10a에는, 플라즈마 처리 장치(10)의 단면도가 도시되어 있고, 도 10a 및 도 10b에는, 수평 자계 성분(BH)의 강도 분포(자속 밀도의 분포)가 나타나 있다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 일실시예에서는 공정(S1)에서, 제 1 군(31) ~ 제 4 군(34)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극이 N극으로 설정되고, 제 5 군(35)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극이 S극으로 설정된다. 이에 의해, 처리 공간(S)에서는, 도 10a에 도시한 자계(B)가 형성된다. 이 자계(B)의 수평 자계 성분(BH)은, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)가 처리될 경우에는, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 방사 방향에서 웨이퍼(W)의 엣지보다 외측의 위치(예를 들면, 중심축선(Z)으로부터 225 mm의 위치)에서 강도의 피크를 가지는 것이 된다. 이러한 수평 자계 성분(BH)을 가지는 자계(B)를 형성함으로써, 웨이퍼(W)의 엣지의 외측 상방의 영역에서 플라즈마의 밀도가 상승한다. 그 결과, 비교적 완만한 구배를 가지는 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감된다. 따라서 공정(S1)에서는, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감된다.
이러한 공정(S1)에서는, 도 9a에 도시한 바와 같이 제 1 산화막(OXF1)이 에칭 되어, 레지스트 마스크(PRM)의 패턴이 제 1 산화막(OXF1)에 전사된다. 또한, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감되어 있으므로, 제 1 산화막(OXF1)의 직경 방향의 위치에 따른 에칭 속도의 불균일이 저감된다. 또한, 직경 방향이란 상술한 방사 방향과 평행한 방향이다.
이어서 도 5에 나타낸 방법에서는, 공정(S2)에서 유기막(OR)이 에칭된다. 공정(S2)에서는, 제 2 처리 가스로서 산소를 포함하는 처리 가스가 처리 공간(S)으로 공급된다. 예를 들면 공정(S2)에서는, 가스 소스(GS2)인 O2 가스, 가스 소스(GS3)인 CH4 가스 및 가스 소스(GS4)인 N2 가스를 포함하는 처리 가스가 처리 공간(S)으로 공급된다. 또한 공정(S2)에서는, 상술한 값(HF3)의 고주파 전력 및 값(LF3)의 고주파 바이어스 전력이 하부 전극에 부여된다. 또한, 고주파 전력은 상부 전극(16)에 부여되어도 된다.
상술한 바와 같이, 전자석에 의해 자계가 형성되어 있지 않을 경우, 값(HF3)의 고주파 전력이 전극에 부여됨으로써 생성되는 플라즈마의 밀도 분포는, 도 8에서 실선으로 나타낸 밀도 분포가 된다. 따라서 일실시예에서는, 공정(S2)에서, 공정(S1) 및 공정(S3)에서의 수평 자계 성분(BH)의 강도의 피크의 위치보다 중심축선(Z)에 가까운 위치에서 수평 자계 성분(BH)이 강도의 피크를 가지도록 자계(B)가 형성된다.
도 11a 및 도 11b는, 공정(S2)에서 형성되는 자계를 도시한 도이다. 도 11a에는, 플라즈마 처리 장치(10)의 단면도가 도시되어 있고, 도 11b에는, 수평 자계 성분(BH)의 강도 분포(자속 밀도의 분포)가 나타나 있다. 도 11a에 도시한 바와 같이 일실시예에서는, 공정(S2)에서, 제 1 군(31) 및 제 2 군(32)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극이 N극으로 설정되고, 제 3 군(33) ~ 제 5 군(35)의 전자석(30)의 처리 공간(S)측의 자극이 S극으로 설정된다. 이에 의해 처리 공간(S)에서는, 도 11a에 도시한 자계(B)가 형성된다. 이 자계(B)의 수평 자계 성분(BH)은, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)가 처리될 경우에는, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 방사 방향에서 웨이퍼(W)의 엣지와 중심의 중간의 위치(예를 들면, 중심축선(Z)으로부터 100 mm의 위치)에서 강도의 피크를 가지는 것이 된다. 이러한 수평 자계 성분(BH)을 가지는 자계(B)를 형성함으로써, 웨이퍼(W)의 엣지와 중심의 중간 위치의 상방의 영역에서 플라즈마의 밀도가 상승한다. 그 결과, 중심축선(Z)에 의해 가까운 위치에서 플라즈마의 밀도가 저하되는 급준한 구배를 가지는 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감된다. 따라서 공정(S2)에서는, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감된다.
이러한 공정(S2)에서는, 도 9b에 도시한 바와 같이 유기막(OR)이 에칭되어, 제 1 산화막(OXF1)의 패턴이 유기막(OR)에 전사된다. 또한 공정(S2)에서는, 산소계의 가스가 이용되고 있으므로, 유기막(OR)과 마찬가지로 유기 재료로 구성되어 있는 레지스트 마스크(PRM)는 제거된다. 또한 상술한 바와 같이, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감되어 있으므로, 공정(S2)에서는, 유기막(OR)의 직경 방향의 위치에 따른 에칭 속도의 불균일이 저감된다.
이어서 도 5에 나타낸 방법에서는, 공정(S3)에서 제 2 산화막(OXF2)이 에칭된다. 공정(S3)에서는, 제 3 처리 가스로서, 플루오르 카본 가스 및 플루오르 하이드로 카본 가스 중 적어도 하나를 포함하는 처리 가스가 처리 공간(S)으로 공급된다. 예를 들면 공정(S3)에서는, 가스 소스(GS5)인 C4F8 가스, 가스 소스(GS2)인 O2 가스 및 가스 소스(GS6)인 Ar 가스를 포함하는 처리 가스가 처리 공간(S)으로 공급된다. 또한 공정(S3)에서는, 상술한 값(HF2)의 고주파 전력 및 값(LF2)의 고주파 바이어스 전력이 하부 전극에 부여된다. 또한, 고주파 전력은 상부 전극(16)에 부여되어도 된다.
상술한 바와 같이, 전자석에 의해 자계가 형성되어 있지 않을 경우, 값(HF2)의 고주파 전력이 전극에 부여됨으로써 생성되는 플라즈마의 밀도 분포는, 도 8에서 점선으로 나타낸 밀도 분포가 된다. 즉, 공정(S3)용의 값(HF2)의 고주파 전력 및 값(LF2)의 고주파 바이어스 전력하에서 생성되는 플라즈마의 밀도 분포는, 공정(S1)용의 값(HF1)의 고주파 전력 및 값(LF1)의 고주파 바이어스 전력하에서 생성되는 플라즈마의 밀도 분포와 유사한 구배를 가진다. 따라서 일실시예에서는, 공정(S3)에서, 공정(S2)에서의 수평 자계 성분(BH)의 강도의 피크의 위치보다 중심축선(Z)으로부터 먼 위치에서 수평 자계 성분(BH)이 강도의 피크를 가지도록 자계(B)가 형성된다. 즉 공정(S3)에서도, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 공정(S1)과 동일한 수평 자계 성분(BH)의 강도 분포를 가지는 자계가 형성된다. 단 공정(S3)에서 형성되는 자계는, 수평 자계 성분(BH)의 강도값이, 공정(S1)의 수평 자계 성분(BH)의 강도값보다 커지도록 형성된다. 또한 수평 자계 성분(BH)의 강도값은, 제1 ~ 제 5 군(31 ~ 35)의 전자석(30)의 코일에 부여하는 전류의 값을 조정함으로써 조정하는 것이 가능하다. 이와 같이 공정(S3)에서도, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감된다.
이러한 공정(S3)에서는, 도 9c에 도시한 바와 같이 제 2 산화막(OXF2)이 에칭 되어, 유기막(OR)의 패턴이 제 2 산화막(OXF2)에 전사된다. 또한, 제 2 산화막과 유사한 재료로 구성되는 제 1 산화막(OXF1)은 공정(S3)에서 제거된다. 또한 공정(S3)에서도, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향의 플라즈마의 밀도 분포의 불균일성이 저감되어 있으므로, 제 2 산화막(OXF2)의 직경 방향의 위치에 따른 에칭 속도의 불균일이 저감된다.
이하, 도 5에 나타낸 방법의 실시에 이용할 수 있는 다른 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 12는, 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 12에 도시한 플라즈마 처리 장치(10A)는, 복수의 전자석(30)을 대신하는 전자석(30A)을 구비한다는 점에서 플라즈마 처리 장치(10)와는 상이하다. 이하, 도 12와 함께 도 13을 참조하여, 전자석(30A)에 대하여 설명한다. 도 13은, 처리 공간(S)측에서 본 전자석(30A)의 평면도이다.
도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 전자석(30A)은 코어 부재(50) 및 코일(61 ~ 64)을 구비하고 있다. 코어 부재(50)는 기둥 형상부(51), 복수의 원통부(52 ~ 55), 및 베이스부(56)가 일체로 형성된 구조를 가지고 있고, 자성 재료로 구성되어 있다. 베이스부(56)는 대략 원반 형상을 가지고 있고, 그 중심축선은 중심축선(Z)을 따르도록 설치되어 있다. 베이스부(56)의 하면으로부터는 기둥 형상부(51), 복수의 원통부(52 ~ 55)가 하방으로 연장되어 있다. 기둥 형상부(51)는 대략 원기둥 형상을 가지고 있고, 그 중심축선이 중심축선(Z)을 따르도록 설치되어 있다. 이 기둥 형상부(51)의 반경(L1)은 예를 들면 30 mm이다.
원통부(52 ~ 55)의 각각은 축선(Z) 방향으로 연장되는 원통 형상을 가지고 있다. 원통부(52 ~ 55)는 각각, 중심축선(Z)을 중심으로 하는 복수의 동심원(C2 ~ C5)을 따라 설치되어 있다. 구체적으로, 원통부(52)는 반경(L1)보다 큰 반경(L2)의 동심원(C2)을 따라 연장되어 있고, 원통부(53)는 반경(L2)보다 큰 반경(L3)의 동심원(C3)을 따라 연장되어 있고, 원통부(54)는 반경(L3)보다 큰 반경(L4)의 동심원(C4)을 따라 연장되어 있고, 원통부(55)는 반경(L4)보다 큰 반경(L5)의 동심원(C5)을 따라 연장되어 있다. 일례에서는 반경(L2, L3, L4, L5)은 각각, 76 mm, 127 mm, 178 mm, 229 mm이다.
기둥 형상부(51)와 원통부(52)의 사이에는 홈이 구획 형성되어 있다. 이 홈에는, 기둥 형상부(51)의 외주면을 따라 권회된 코일(61)이 수용되어 있다. 원통부(52)와 원통부(53)의 사이에도 홈이 구획 형성되어 있고, 당해 홈에는, 원통부(52)의 외주면을 따라 권회된 코일(62)이 수용되어 있다. 또한, 원통부(53)와 원통부(54)의 사이에도 홈이 구획 형성되어 있고, 당해 홈에는, 원통부(53)의 외주면을 따라 권회된 코일(63)이 수용되어 있다. 또한, 원통부(54)와 원통부(55)의 사이에도 홈이 구획 형성되어 있고, 당해 홈에는, 원통부(54)의 외주면을 따라 권회된 코일(64)이 수용되어 있다. 이들 코일(61 ~ 64)의 각각의 양단은 전류원에 접속되어 있다. 코일(61 ~ 64)의 각각에 대한 전류의 공급 및 공급 정지 그리고 전류의 값은, 제어부(Cnt)로부터의 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.
이러한 전자석(30A)에 의하면, 코일(61 ~ 64) 중 하나 이상의 코일로 전류를 공급함으로써, 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향을 따른 수평 자계 성분(BH)을 가지는 자계(B)를 처리 공간(S)에서 형성할 수 있다. 도 14a ~ 도 14d는, 전자석(30A)에 의해 형성되는 자계를 예시한 도면이다. 도 14a에는, 중심축선(Z)에 대하여 반평면 내에서의 전자석(30A)의 단면 및 코일(62)로 전류가 공급되었을 때의 자계(B)가 도시되어 있고, 도 14b에는, 코일(62)로 전류가 공급되었을 때의 수평 자계 성분(BH)의 강도 분포가 나타나 있다. 또한 도 14c에는, 중심축선(Z)에 대하여 반평면 내에서의 전자석(30A)의 단면 및 코일(64)로 전류가 공급되었을 때의 자계(B)가 도시되어 있고, 도 14d에는, 코일(64)로 전류가 공급되었을 때의 수평 자계 성분(BH)의 강도 분포가 나타나 있다. 도 14b 및 도 14d에 나타낸 그래프에서는, 횡축은 중심축선(Z)의 위치를 0 mm로 했을 때의 방사 방향의 위치를 나타내고 있고, 종축은 수평 자계 성분(BH)의 강도(자속 밀도)를 나타내고 있다.
전자석(30A)의 코일(62)로 전류를 공급하면, 도 14a에 도시한 바와 같은 자계(B)가 형성된다. 즉, 기둥 형상부(51) 및 원통부(52)의 처리 공간(S)측의 단부로부터 원통부(53 ~ 55)의 처리 공간(S)측의 단부를 향하는 자계(B)가 형성된다. 이러한 자계(B)의 수평 자계 성분(BH)의 방사 방향의 강도 분포는, 도 14b에 나타낸 바와 같이, 코일(62)의 중심의 하방에서 피크를 가지는 강도 분포가 된다. 일례에서는, 코일(62)의 중심의 위치는, 축선(Z)으로부터 약 100 mm의 위치이며, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)가 처리될 경우에는, 방사 방향에서 웨이퍼(W)의 중심과 엣지의 중간 위치이다. 따라서, 코일(62)에 전류를 흘림으로써 형성되는 자계(B)는, 공정(S2)에서 이용하는 것이 가능하다.
또한, 전자석(30A)의 코일(64)로 전류를 공급하면, 도 14c에 도시한 바와 같은 자계(B)가 형성된다. 즉, 기둥 형상부(51) 및 원통부(52 ~ 54)의 처리 공간(S)측의 단부로부터 원통부(55)의 처리 공간(S)측의 단부를 향하는 자계(B)가 형성된다. 이러한 자계(B)의 수평 자계 성분(BH)의 방사 방향의 강도 분포는, 도 14d에 나타낸 바와 같이, 코일(64)의 중심의 하방에서 피크를 가지는 강도 분포가 된다. 일례에서는, 코일(64)의 중심의 위치는 축선(Z)으로부터 약 200 mm의 위치이며, 직경 300 mm의 웨이퍼(W)가 처리될 경우에는, 방사 방향에서 웨이퍼(W)의 엣지의 외측의 위치이다. 따라서, 코일(64)에 전류를 흘림으로써 형성되는 자계(B)는, 공정(S1 및 S3)에서 이용하는 것이 가능하다.
(실험예 1 ~ 3 및 비교 실험예 1 ~ 3)
이하에, 플라즈마 처리 장치(10A)를 이용하여 행한 실험예 1 ~ 3 및 비교 실험예 1 ~ 3에 대하여 설명한다. 실험예 1에서는, 공정(S1)을 상정하여, 플라즈마 처리 장치(10A)를 이용하여 직경 300 mm의 기판 상에 균일하게 형성된 산화막의 에칭을 행했다. 실험예 1의 조건은 하기와 같다.
(실험예 1의 조건)
고주파 전력 : 100 MHz, 1000 W
고주파 바이어스 전력 : 3.2 MHz, 300 W
처리 공간의 압력 : 15 mTorr(2 Pa)
처리 가스 : CHF3(500 sccm), O2(10 sccm)
전류를 공급한 코일 : 코일(64)
또한 비교를 위하여, 전자석(30A)에 의해 자계를 형성하지 않은 점에서 실험예 1과는 상이한 비교 실험예 1을 실시했다.
또한 실험예 2에서는, 공정(S2)을 상정하여, 플라즈마 처리 장치(10A)를 이용하여 직경 300 mm의 기판 상에 균일하게 형성된 유기막의 에칭을 행했다. 실험예 2의 조건은 하기와 같다.
(실험예 2의 조건)
고주파 전력 : 100 MHz, 2400 W
고주파 바이어스 전력 : 3.2 MHz, 200 W
처리 공간의 압력 : 30 mTorr(4 Pa)
처리 가스 : N2(45 sccm), O2(22 sccm), CH4(180 sccm)
전류를 공급한 코일 : 코일(62)
또한 비교를 위하여, 전자석(30A)에 의해 자계를 형성하지 않은 점에서 실험예 2와는 상이한 비교 실험예 2를 실시했다.
또한 실험예 3에서는, 공정(S3)을 상정하여, 플라즈마 처리 장치(10A)를 이용하여 직경 300 mm의 기판 상에 균일하게 형성된 산화막의 에칭을 행했다. 실험예 3의 조건은 하기와 같다. 또한 실험예 3에서 코일(64)로 공급한 전류의 값은, 실험예 1에서 코일(64)로 공급한 전류의 값보다 크게 했다.
(실험예 3의 조건)
고주파 전력 : 100 MHz, 1000 W
고주파 바이어스 전력 : 3.2 MHz, 5800 W
처리 공간의 압력 : 15 mTorr(2 Pa)
처리 가스 : C4F8(130 sccm), Ar(100 sccm), O2(40 sccm)
전류를 공급한 코일 : 코일(64)
또한 비교를 위하여, 전자석(30A)에 의해 자계를 형성하지 않은 점에서 실험예 3과는 상이한 비교 실험예 3을 실시했다.
실험예 1 및 비교 실험예 1에서는, 처리 전후의 산화막의 막 두께를, 기판의 반경 상의 복수의 위치에서 측정하여, 당해 복수의 위치에서의 에칭 속도(에칭 레이트)를 구했다. 또한 실험예 2 및 비교 실험예 2에서는, 처리 전후의 유기막의 막 두께를, 기판의 반경 상의 복수의 위치에서 측정하여, 당해 복수의 위치에서의 에칭 속도를 구했다. 또한 실험예 3 및 비교 실험예 3에서는, 처리 전후의 산화막의 막 두께를, 기판의 반경 상의 복수의 위치에서 측정하여, 당해 복수의 위치에서의 에칭 속도를 구했다. 실험예 1 및 비교 실험예 1에서 구한 에칭 속도의 분포를 도 15에, 실험예 2 및 비교 실험예 2에서 구한 에칭 속도의 분포를 도 16에, 실험예 3 및 비교 실험예 3에서 구한 에칭 속도의 분포를 도 17에 각각 나타낸다. 또한 도 15 ~ 도 17에서는, 횡축은 기판의 중심 위치를 0 mm로 했을 때의 당해 기판의 반경 상의 위치를 나타내고 있고, 좌측의 종축은 에칭 속도를 나타내고 있다. 또한 도 15 ~ 도 17의 우측의 종축은, 수평 자계 성분(BH)의 강도(자속 밀도)를 나타내고 있고, 이들 도면에는, 실험예 1 ~ 3을 시뮬레이션하여 구한 수평 자계 성분(BH)의 강도 분포도 나타내고 있다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 비교 실험예 1에서는, 전자석(30A)에 의해 자계를 발생시키지 않았으므로, 플라즈마의 밀도 분포의 영향을 받아, 산화막의 에칭 속도가 기판의 엣지에 가까울수록 낮아지는 경향을 가지는 것이 관찰되었다. 즉 비교 실험예 1에서는, 산화막의 에칭 속도의 직경 방향 분포의 불균일이 관찰되었다. 한편 실험예 1, 즉 코일(64)에 전류를 흘려, 방사 방향에서 기판의 엣지의 외측에서 강도의 피크를 가지는 수평 자계 성분을 가지는 자계를 형성한 경우에는, 산화막의 에칭 속도의 직경 방향 분포의 불균일이 저감되어 있는 것이 확인되었다.
또한 도 16에 나타낸 바와 같이, 비교 실험예 2에서는, 전자석(30A)에 의해 자계를 발생시키지 않았으므로, 플라즈마의 밀도 분포의 영향을 받아, 유기막의 에칭 속도가 기판의 엣지에 가까울수록 낮아지는 경향을 가지는 것이 관찰되었다. 즉 비교 실험예 2에서는, 유기막의 에칭 속도의 직경 방향 분포의 불균일이 관찰되었다. 한편 실험예 2, 즉 코일(62)에 전류를 흘려, 방사 방향에서 기판의 중심과 엣지의 중간 위치에서 강도의 피크를 가지는 수평 자계 성분을 가지는 자계를 형성한 경우에는, 유기막의 에칭 속도의 직경 방향 분포의 불균일이 저감되어 있는 것이 확인되었다.
또한 도 17에 나타낸 바와 같이, 비교 실험예 3에서는, 전자석(30A)에 의해 자계를 발생시키지 않았으므로, 플라즈마의 밀도 분포의 영향을 받아, 산화막의 에칭 속도가 기판의 엣지에 가까울수록 낮아지는 경향을 가지는 것이 관찰되었다. 즉 비교 실험예 3에서는, 산화막의 에칭 속도의 직경 방향 분포의 불균일이 관찰되었다. 한편 실험예 3에서는, 즉, 실험예 1의 전류보다 큰 전류를 코일(64)에 전류를 흘려, 방사 방향에서 기판의 엣지의 외측에서 강도의 피크를 가지는 수평 자계 성분을 가지는 자계를 형성한 경우에는, 산화막의 에칭 속도의 직경 방향 분포의 불균일이 저감되어 있는 것이 확인되었다.
이상, 각종 실시예 및 그 실험예에 대하여 설명했지만, 상술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 변형 태양을 구성 가능하다. 예를 들면 상술한 실시예에 따른 방법은, 제 1 산화막, 유기막 및 제 2 산화막을 가지는 다층막을 에칭하는 방법이었지만, 본 발명의 사상은, 적어도 제 1 막 및 제 2 막을 가지는 다층막을 에칭하는 방법에 적용 가능하다. 제 1 막 및 제 2 막은 서로 연속하여 적층된 막이어도 되고, 서로 상이한 막 종류의 막이어도 된다. 또한, 제 1 막과 제 2 막은 어느 막이 상층이어도 된다. 즉, 제 1 막과 제 2 막 중 어느 하나가 먼저 에칭되어도 된다. 본 발명의 사상에 따르면, 제 1 막을 에칭하는 공정에서는 비교적 작은 값의 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 생성하고, 제 2 막을 에칭하는 공정에서는 비교적 큰 고주파 전력을 이용하여 플라즈마를 생성하고, 제 1 막을 에칭하는 공정 및 제 2 막을 에칭하는 공정에서 중심축선(Z)에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분이 중심축선(Z)으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계를 형성하고, 또한 제 2 막을 에칭하는 공정에서는 수평 자계 성분의 피크의 위치가 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 중심축선(Z)에 가까워지도록 자계를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 2 막을 에칭하는 공정에서는, 상기 방사 방향에서 웨이퍼(W)의 중심과 엣지와의 중간의 위치에서 수평 자계 성분의 강도의 피크를 가지는 자계를 형성하고, 제 1 막을 에칭하는 공정에서는, 상기 방사 방향에서 웨이퍼(W)의 엣지보다 외측의 위치에서 수평 자계 성분의 강도의 피크를 가지는 자계를 형성할 수 있다. 이에 의해, 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 플라즈마 밀도 분포의 구배를 저감시키고, 또한 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 플라즈마 밀도 분포의 구배를 저감시킬 수 있어, 각 막의 에칭에서 위치에 따른 에칭 속도의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다.
또한 상기 설명에서는, 고주파 전원(18)이 발생하는 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수의 일례로서 100 MHz의 주파수를 예시했지만, 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수는 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 40 MHz 이상의 주파수가 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수로 설정될 수 있다.
여기서, 전자석(30 또는 30A)에 의한 자계를 발생시키지 않고, 원반 형상의 상부 전극과 하부 전극 중 어느 일방에 고주파 전력을 부여한 경우의 처리 공간(S) 내의 전계 강도 분포는, 0 차의 베셀 함수(식 (3))를 이용한 하기의 식 (2)로 나타나고, 식 (2)에 나타낸 전계 강도 분포는, 플라즈마 밀도 분포를 반영하고 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, E는 전계 강도 분포이며, r은 중심축선(Z)으로부터의 방사 방향의 거리, c는 광속이며, ω는 고주파 전력의 각주파수이며, E0는 임의의 전계 강도의 값이다.
식 (2)로 나타나는 처리 공간(S) 내의 전계 강도 분포를 도 18a 및 도 18b에 나타낸다. 도 18a 및 도 18b에는, 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수가 3 MHz, 10 MHz, 30 MHz, 100 MHz, 300 MHz의 각각의 경우의 전계 강도 분포가, 중심축선(Z)으로부터의 방사 방향에서의 거리의 함수로서 나타나 있다. 도 18a 및 도 18b에서, 횡축은 중심축선(Z)의 위치를 0 mm로 했을 때의 거리를 나타내고 있고, 종축은 전계 강도를 나타내고 있다. 또한 도 18a에는, 중심축선(Z)으로부터 0.15 m의 범위 내의 전계 강도 분포가 나타나 있고, 도 18b에는, 중심축선(Z)으로부터 1.5 m의 범위 내의 전계 강도 분포가 나타나 있다.
도 18a 및 도 18b에 나타낸 바와 같이, 처리 공간(S) 내에서의 중심축선(Z)으로부터의 방사 방향에서의 전계 강도 분포는, 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수에 따른 정도의 차는 있지만, 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수가 어떤 주파수라도, 전계 강도가 중심축선(Z)에서 크고 중심축선(Z)으로부터 멀어짐에 따라 낮아지는 것과 같은 구배를 가진다. 따라서, 처리 공간(S) 내에서 수평 자계 성분을 가지는 자계를 발생시킴으로써 플라즈마의 밀도 분포의 불균일을 저감시킨다고 하는 상술한 실시예의 효과는, 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수에 관계없이 발휘된다. 환언하면, 상술한 실시예에서 이용되는 플라즈마 생성용의 고주파 전력의 주파수는 한정되지 않는다.
또한 상기 설명에서는, 웨이퍼(W)의 직경으로서 300 mm의 직경을 예시했지만, 웨이퍼(W)의 사이즈는 300 mm보다 작아도, 커도 된다. 예를 들면, 450 mm의 직경을 가지는 웨이퍼(W)에 대해서도 상술한 실시예는 적용 가능하다.
여기서, 도 18a 및 도 18b에 나타낸 전계 강도 분포로부터 명백한 바와 같이, 30 MHz와 같은 낮은 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 이용될 경우라도, 웨이퍼(W)가 450 mm와 같은 보다 큰 직경을 가질 경우에는, 플라즈마 밀도 분포의 불균일은 무시할 수 없는 것이 된다. 즉, 웨이퍼(W)의 직경이 커지면, 낮은 주파수의 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 이용해도, 웨이퍼(W)의 중심 직상(直上)의 플라즈마 밀도와 당해 웨이퍼(W)의 엣지 직상의 플라즈마 밀도의 차이는 무시할 수 없는 것이 된다. 따라서, 처리 공간 내에서 수평 자계 성분을 가지는 자계를 발생시킴으로써 플라즈마의 밀도 분포의 불균일을 저감시킨다고 하는 상술한 실시예의 효과는, 웨이퍼(W)의 사이즈에도 관계없이 발휘된다. 환언하면, 상술한 실시예를 적용 가능한 웨이퍼(W)의 사이즈는 한정되지 않는다.
또한 상술한 실시예에서는, 자계의 생성을 위하여 전자석이 이용되고 있지만, 전자석 대신에 영구 자석이 이용되어도 된다. 또한 상술한 실시예에서는, 상부 전극(16) 상에 전자석이 설치되어 있지만, 처리 공간(S) 내에서 상술한 수평 자계 성분을 가지는 자계를 형성할 수 있는 한, 전자석은 어떤 위치에 배치되어 있어도 된다.
예를 들면 도 12의 실시예에서는, 전자석(30A)이 상부 전극(16) 상에 설치되어 있지만, 도 19에 도시한 바와 같이, 전자석(30A)과 동일한 전자석(30B)이 기대(14a) 내에 설치되어 있어도 된다. 또한 도 19에 도시한 플라즈마 처리 장치(10B)에서는, 전자석(30B)의 통 형상부(51) 및 원통부(52 ~ 55)가 베이스부(56) 상에 위치하도록, 전자석(30B)의 방향은 전자석(30A)의 방향으로부터 상하 반전된다.
또한 예를 들면, 도 20에 도시한 바와 같이, 전자석(30A)과 동일한 전자석이 복수 설치되어 있어도 된다. 도 20에 도시한 플라즈마 처리 장치(10C)에서는, 전자석(30A)이 상부 전극(16) 상에 설치되고, 전자석(30B)이 기대(14a) 내에 설치되어 있다. 이와 같이, 전자석의 설치 위치, 전자석의 개수는 임의로 변경 가능하다. 또한, 상부 전극(16) 또는 기대(14a)는 모두 알루미늄으로 구성될 수 있는 것이다. 이러한 상부 전극(16) 또는 기대(14a)는, 전자석에 의해 생성되는 자장에 영향을 거의 주지 않는다.
10, 10A : 플라즈마 처리 장치
12 : 처리 용기
14 : 재치대
14a : 기대(하부 전극)
14b : 정전 척
16 : 상부 전극
16a : 버퍼실
16b : 가스 라인
16c : 가스홀
18 : 제 1 고주파 전원
20 : 제 2 고주파 전원
22 : 제 1 정합기
24 : 제 2 정합기
30 : 전자석
30a : 요크
30b : 코일
31 ~ 35 : 제 1 군 ~ 제 5 군
30A : 전자석
50 : 코어 부재
51 : 기둥 형상부
52 ~ 55 : 원통부
56 : 베이스부
61 ~ 64 : 코일
GS : 가스 공급계
GS1 ~ GS6 : 가스 소스
CL : 가스 라인
Cnt : 제어부
E : 전계
B : 자계
BH : 수평 자계 성분
D : 전자 궤적
W : 웨이퍼(피처리체)
PRM : 레지스트 마스크
ML : 다층막
OXF1 : 산화막
OR : 유기막
OXF2 : 산화막
EL : 피에칭층
Z : 중심축선

Claims (7)

  1. 제 1 산화막, 제 2 산화막, 및 상기 제 1 산화막과 상기 제 2 산화막의 사이에 형성된 유기막을 가지는 다층막을 플라즈마 처리 장치에서 에칭하는 방법으로서,
    상기 다층막과 상기 제 1 산화막 상에 형성된 레지스트 마스크를 포함하는 피처리체가 수용된 플라즈마 처리 장치의 처리 공간에서 제 1 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정과,
    상기 제 1 산화막을 에칭한 후, 상기 처리 공간에서 제 2 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 상기 유기막을 에칭하는 공정과,
    상기 유기막을 에칭한 후, 상기 처리 공간에서 제 3 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정을 포함하고,
    상기 제 1 처리 가스의 플라즈마, 상기 제 2 처리 가스의 플라즈마 및 상기 제 3 처리 가스의 플라즈마는, 상기 피처리체를 재치하는 재치대를 구성하는 하부 전극과 상기 하부 전극의 상방에 설치된 상부 전극 중 일방에 고주파 전력을 부여함으로써 생성되고,
    상기 유기막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 전력은, 상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 전력보다 크고,
    상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 상기 유기막을 에칭하는 공정 및 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서는, 상기 하부 전극에 고주파 바이어스 전력이 부여되고,
    상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 및 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 바이어스 전력은, 상기 유기막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 바이어스 전력보다 크고,
    상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정, 상기 유기막을 에칭하는 공정 및 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서는, 상기 피처리체의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분이 상기 중심축선으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계가 형성되고,
    상기 유기막을 에칭하는 공정에서의 상기 수평 자계 성분의 피크의 위치는, 상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 상기 중심축선에 가까운 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 산화막의 두께는, 상기 제 1 산화막의 두께보다 크고,
    상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 바이어스 전력은, 상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 바이어스 전력보다 크고,
    상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 수평 자계 성분의 강도는, 상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정에서의 상기 수평 자계 성분의 강도보다 큰 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기막을 에칭하는 공정에서 상기 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 상기 방사 방향에서 상기 피처리체의 중심과 상기 피처리체의 엣지의 사이의 중간 위치인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 산화막을 에칭하는 공정 및 상기 제 2 산화막을 에칭하는 공정에서 상기 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 상기 방사 방향에서 상기 피처리체의 엣지보다 외측의 위치인 방법.
  5. 제 1 막 및 제 2 막을 포함하는 다층막을 에칭하는 방법으로서,
    상기 다층막을 가지는 피처리체가 수용된 플라즈마 처리 장치의 처리 공간에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 상기 제 1 막을 에칭하는 공정과,
    상기 처리 공간에서 처리 가스의 플라즈마를 생성하여, 상기 제 2 막을 에칭하는 공정을 포함하고,
    상기 제 1 막을 에칭하는 공정에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마 및 상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서 생성되는 처리 가스의 플라즈마는, 상기 피처리체를 재치하는 재치대를 구성하는 하부 전극과 상기 하부 전극의 상방에 설치된 상부 전극 중 일방에 고주파 전력을 부여함으로써 생성되고,
    상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 전력은, 상기 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 전력보다 크고,
    상기 제 1 막을 에칭하는 공정 및 상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서는, 상기 하부 전극에 고주파 바이어스 전력이 부여되고,
    상기 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 바이어스 전력은, 상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 상기 고주파 바이어스 전력보다 크고,
    상기 제 1 막을 에칭하는 공정, 상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서는, 상기 피처리체의 중심축선에 대하여 방사 방향을 따르는 수평 자계 성분이 상기 중심축선으로부터 먼 위치에서 피크를 가지는 강도 분포를 가지도록 자계가 형성되고,
    상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서의 상기 수평 자계 성분의 피크의 위치는, 상기 제 1 막을 에칭하는 공정에서의 상기 수평 자계 성분의 피크의 위치보다 상기 중심축선에 가까운 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 막을 에칭하는 공정에서 상기 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 상기 방사 방향에서 상기 피처리체의 중심과 상기 피처리체의 엣지의 사이의 중간 위치인 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 막을 에칭하는 공정에서 상기 수평 자계 성분이 강도의 피크를 가지는 위치는, 상기 방사 방향에서 상기 피처리체의 엣지보다 외측의 위치인 방법.
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