KR20210151699A - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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슈이치로 우다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 개시 내용에 의하면, 에칭 불량을 억제하도록, 에칭 대상막과 상기 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 구비한 기판을 에칭하는 기판 처리 방법으로서, 상기 마스크막은 상기 에칭 대상막의 일부를 노출시키는 개구를 포함하며, A) 상기 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과, B) 상기 개구를 통해, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과, C) 상기 개구를 통해 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시 내용은 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 기능성 유기질 마스크층의 개구에서, COS를 포함하는 개구 가스의 플라즈마를 발생시키는 것이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 무기막을 이용하여 피처리 기판의 유기막을 에칭할 때에, 에칭 도중에 음(-)의 직류 전압을 상부 전극에 인가함으로써, 상부 전극의 실리콘 함유물로 이루어지는 보호막을 에칭 부위의 측벽에 형성하는 것이 개시되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개2010-109373호 일본국 등록특허 제5642001호
본 개시 내용은 에칭 불량을 억제하는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 개시 내용의 일 양태에 의한 기판 처리 방법은, 에칭 대상막과 상기 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 구비한 기판을 에칭하는 기판 처리 방법으로서, 상기 마스크막은 상기 에칭 대상막의 일부를 노출시키는 개구를 포함하며, A) 상기 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과, B) 상기 개구를 통해, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과, C) 상기 개구를 통해 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하는 공정을 포함한다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 에칭 불량을 억제하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 플로우 챠트이다.
도 2는 에칭되기 전의 기판을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2에서 표면에 오목부가 형성된 기판의 모식도이다.
도 4는 도 3에서 전자 수용체를 포함하는 제1 가스가 공급된 기판의 모식도이다.
도 5는 도 4에서 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마가 공급되어 에칭된 기판의 모식도이다.
도 6은 도 5에서 제1 가스가 추가로 공급된 기판의 모식도이다.
도 7은 도 6에서 제2 가스의 플라즈마가 추가로 공급되어 추가로 에칭된 기판의 모식도이다.
도 8은 도 7에서 추가로 에칭되어 관통 홀이 형성된 기판의 모식도이다.
도 9는 전자 수용체의 산화물이 3차원적으로 네트워크화된 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 변형예를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 12는 도 3에서 제1 가스와 제2 가스의 플라즈마가 동시에 공급된 기판의 모식도이다.
도 13은 도 12에서 에칭된 기판의 모식도이다.
도 14는 도 13에서 제1 가스와 제2 가스의 플라즈마가 추가로 동시에 공급된 기판의 모식도이다.
도 15는 도 14에서 추가로 에칭된 기판의 모식도이다.
도 16은 실시형태에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 17은 실시예 1의 기판 단면을 촬상한 SEM 화상이다.
도 18은 도 17에서 기판의 개구를 촬상한 SEM 화상이다.
도 19는 실시예 2의 기판 단면을 촬상한 SEM 화상이다.
도 20은 도 19에서 기판의 개구를 촬상한 SEM 화상이다.
도 21은 참고예 1의 기판 단면을 촬상한 SEM 화상이다.
도 22는 도 21에서 기판의 개구를 촬상한 SEM 화상이다.
도 23은 비교예 1의 기판 단면을 촬상한 SEM 화상이다.
도 24는 도 23에서 기판의 개구를 촬상한 SEM 화상이다.
이하에서는, 본 개시 내용의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에 대해서는, 동일 또는 대응하는 부호를 붙이고 설명을 생략하는 경우가 있다.
<기판 처리 방법>
도 1은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 플로우 챠트이다. 도 2~도8은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 의해 기판이 처리되는 공정을 나타낸다.
제1 실시형태의 기판 처리 방법은, 에칭 대상막과 상기 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 구비한 기판을 에칭하는 기판 처리 방법으로서, 상기 마스크막은 상기 에칭 대상막의 일부를 노출시키는 개구를 가지며, A) 상기 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과, B) 상기 개구를 통해, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과, C) 상기 개구를 통해 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하는 공정을 포함한다.
본 개시 내용에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 단계 S11~S15가 실행되어, 에칭 대상막과 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 갖는 기판이 에칭된다. 본 명세서에서, 에칭이라 함은 반응성 기체(가스), 이온, 라디칼 등을 사용하는 드라이 에칭을 가리킨다.
단계 S11에서는, 에칭 대상막과 마스크막을 갖는 기판을 제공한다(도 1 참조). 본 명세서에서, 기판이라 함은, 베이스가 되는 반도체 웨이퍼(이하, "웨이퍼"라 함) 상에 각종 재료막이 적층된 회로 기판을 가리킨다. 본 개시 내용에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(110), 하층막(120), 에칭 대상막(130), 마스크막(140)의 순서로 적층된 회로 기판(100)을 나타내고 있다. 한편, 회로 기판(100)은, 본 개시 내용의 기판 처리 방법에서의 기판의 일 예이다.
회로 기판(100)에 있어 웨이퍼(110)는 실리콘(Si)으로 구성되어 있다. 하층막(120)은 질화실리콘(SiN)과 산화실리콘(SiO2)이 교대로 적층된 구조를 갖는 무기 절연막이다. 또한, 에칭 대상막(130)은, 비정질 카본막(ACL) 등과 같은 유기막으로 구성되며, 본 개시 내용에서 에칭의 대상이 된다. 마스크막(140)은 산질화실리콘(SiON) 등으로 구성되며 에칭 대상막(130)의 상면에 적층되어 에칭 대상막(130)을 보호하는 기능을 한다.
또한, 마스크막(140)에는, 에칭 대상막(130)의 일부를 노출시키는 개구(141)가 형성되어 있다. 마스크막(140)의 개구(141)에 노출되는 에칭 대상막(130)의 일부는, 에칭 대상막이 에칭되는 도입 부분이다.
또한, 에칭 대상막(130)은 비정질 카본막(ACL)으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 스핀 코팅막, 도핑된 카본막, BARC, 유기 저유전율(유기 Low-K)막 등과 같은 유기 재료일 수도 있다. 또한, 에칭 대상막(130)의 하층에 위치하는 하층막(120)은, 질화실리콘(SiN)과 산화실리콘(SiO2)이 교대로 적층된 구조를 갖는 무기 절연막으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiN), 저유전율(Low-K)막, 산질화실리콘(SiON), 탄화실리콘(SiC) 등 중의 어느 하나 또는 2 이상의 조합일 수 있다. 또한, 하층막(120)은 에칭 대상막(130)과는 다른 유기막일 수도 있다. 한편, 본 개시 내용에 있어, 에칭 대상막(130)이 에칭되어 후술하는 도 8에 나타내는 바와 같은 관통 홀(H)이 형성되면, 관통 홀(H)이 형성된 에칭 대상막(130)을 마스크막으로 하여 하층막(120)이 에칭된다.
한편, 본 개시 내용에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 개구(141)로 노출되는 에칭 대상막(130)의 일부에 미리 오목부(150)가 형성되어 있을 수도 있다. 이 경우, 오목부(150) 안에는 바닥면(151)과 측면(152)이 형성되어 있다. 에칭 대상막(130)에 형성된 오목부(150)는, 후술하는 바와 같이 본 실시형태에 따른 에칭에 의해 형성된 것일 수도 있고, 다른 에칭을 하는 등에 의해 형성된 것일 수도 있다.
단계 S12에서는, 마스크막(140)의 개구(141)를 통해, 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스를 에칭 대상막(130)에 공급한다(도1, 도3, 도4 참조). 여기에서 개구(141)를 통해 에칭 대상막(130)에 가스를 공급한다 함은, 마스크막(140)의 개구(141)로 노출되는 에칭 대상막(130)의 일부(본 실시형태에서는 오목부(150) 안)에 가스가 공급됨을 나타낸다.
또한, 전자 수용체라 함은, 전자 이동이 수반되는 경우에 있어 다른 것으로부터 전자를 자신에게 수용시키는 화합물을 나타낸다. 본 실시형태에서, 전자 수용체는 특별히 한정되지는 않으며, 예를 들어 루이스(Lewis)산 화합물을 사용할 수 있다. 여기에서, 루이스산 화합물이라 함은 전자쌍을 수용하는 성질을 갖는 화합물을 나타낸다.
또한, 전자 수용체로서 루이스산 화합물을 사용한 경우에는, 루이스산 화합물 중에서도 붕소 함유 화합물이 보다 바람직하다. 여기에서 붕소 함유 화합물이라 함은, 붕소를 포함하는 화합물을 나타낸다. 붕소 함유 화합물은, 예를 들어, 화학식이 BnXm으로 나타내어지는 화합물이다. 한편, 이 화학식에서, B는 붕소이고, X는 F, Cl, Br 등과 같은 할로겐, H, As 등에서 선택되는 원소이며, n, m은 양(+)의 정수이다. 한편, 붕소 함유 화합물은, 이들 중에서도 할로겐화 붕소가 바람직하며, 삼염화붕소이면 더욱 바람직하다.
단계 S12에서, 마스크막(140)의 개구(141)를 통해, 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스가 에칭 대상막(130)으로 공급되면, 전자 수용체(P1)가, 후술하는 보호막을 형성하기 위한 전구체로서, 에칭 대상막(130)의 일부(오목부(150) 안)에 흡착한다. 전자 수용체(P1)는 개구(141) 주변을 포함하는 마스크막(140)에도 부착한다.
한편, 단계 S12에서 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스를 공급하는 경우에는, 플라즈마를 생성하지 않는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 플라즈마라 함은, 분자가 양(+)의 전하를 갖는 입자(이온)와 음(-)의 전하를 갖는 전자로 전리된 상태를 나타낸다.
본 개시 내용에서는, 개구(141)를 통해 미리 에칭 대상막(130)에 오목부(150)가 형성되어 있으므로, 전자 수용체(P1)가 에칭 대상막(130)의 오목부(150) 안(바닥면(151) 및 측면(152))으로 공급된다. 에칭 대상막(130)의 오목부(150) 안으로 공급된 전자 수용체(P1)(도 4에서 흰색 동그라미로 나타내는 부분 참조)는 오목부(150)의 바닥면(151)과 측면(152)에 흡착한다.
단계 S13에서는, 마스크막(140)의 개구(141)를 통해, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 에칭 대상막(130)에 공급한다(도1, 도5). 본 개시 내용에서, 제2 가스의 플라즈마(P2)는 산소 플라즈마이며, 하나의 산소 분자로부터 해리되어 2개의 산소 라디칼이 된 상태로 되어 있다. 한편, 플라즈마를 공급한다 함은, 회로 기판(100)의 에칭 대상막(130)을 플라즈마에 접촉시킴을 나타낸다.
단계 S13에서는, 제1 가스가 공급된 후의 에칭 대상막(130)에, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 공급함으로써, 에칭 대상막(130)에 흡착된 전자 수용체(P1) 중 일부의 전자 수용체(P1)가 제2 가스의 플라즈마(P2) 중의 산소 라디칼과 반응하여 산화물(PF)로 되며, 그 밖의 전자 수용체(P1)는 스퍼터(S1)로서 제거된다.
본 개시 내용에서는, 개구(141)를 통해 미리 에칭 대상막(130)에 오목부(150)가 형성되어, 제2 가스의 플라즈마(P2)(도5에서 △로 나타내는 부분)가 에칭 대상막(130)의 오목부(150) 안으로 공급된다. 그리하면, 오목부(150)의 바닥면(151)에 흡착된 전자 수용체(P1)와, 마스크막(140)에 흡착된 전자 수용체(P1)(도5에서 파선의 ○로 나타내는 부분)가 스퍼터(S1)로서 제거된다. 그리고, 오목부(150)의 측면(152)에 흡착된 전자 수용체(P1)(도5에서 흰색 동그라미로 나타내는 부분)는 제2 가스의 플라즈마(P2)와 반응하여, 오목부(150)의 측면(152)에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)(도5에서 해칭된 동그라미로 나타내는 부분)을 형성한다(도 5 참조).
한편, 전자 수용체(P1)가 붕소 함유 화합물인 경우, 전자 수용체(P1)(붕소 함유 화합물)와 제2 가스의 플라즈마(P2) 중의 산소 라디칼의 반응은, 예를 들어, 하기의 반응식 (1)로 나타낼 수 있다. 한편, 반응식 (1)에서, B는 붕소이고, X는 염소 등의 할로겐이며, n은 정수이다.
2nBX3+3nO ⇒ n(B2O3)+3nX2 … (1)
반응식 (1)로 나타내는 반응에 의해, 전자 수용체(P1)의 산화물로서 삼산화붕소(B2O3)가 생성되며, 생성된 전자 수용체(P1)의 산화물은 3차원으로 네트워크화된 구조를 가진다고 생각된다(도9 참조).
단계 S14에서는, 마스크막(140)의 개구(141)를 통해, 에칭 대상막(130)을 플라즈마 에칭한다(도1, 도5 참조). 여기에서 플라즈마 에칭은, 제2 가스의 플라즈마(P2)에 의한 에칭과 겸할 수 있으며, 또한 제2 가스의 플라즈마와는 별개로 반응성 가스의 이온, 라디칼 등을 생성시켜 에칭할 수도 있다.
본 개시 내용에서는 상기 B) 공정과 상기 C) 공정을 동시에 행한다. 구체적으로는, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 에칭 대상막(130)에 공급하는 공정이 에칭 대상막(130)을 플라즈마 에칭하는 공정을 겸하고 있다. 즉, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 에칭 대상막(130)에 공급함으로써, 마스크막(140)의 개구(141)를 통해 에칭 대상막(130)을 플라즈마 에칭한다(도 5).
단계 S14에서, 에칭 대상막(130)을 플라즈마 에칭함으로써, 에칭 대상막(130)에 형성된 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이, 에칭 대상막(130)에 있어 산화물(PF)이 형성된 부분을 플라즈마로부터 보호할 수 있다. 또한, 전자 수용체(P1)가 제거된 에칭 대상막(130)의 부분(오목부(150)의 바닥면(151))은 플라즈마에 노출된다. 이렇게 하여, 회로 기판(100)의 에칭 대상막(130)에서는, 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성된 부분(오목부(150)의 측면(152))은 에칭되지 않고, 산화물(PF)이 형성되지 않은 부분(오목부(150)의 바닥면(151))만 에칭되어 오목부(150A)(바닥면(151A), 측면(152A))가 새롭게 형성된다.
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는 상기 A) 공정, 상기 B) 공정, 상기 C) 공정을 반복할 수도 있다. 본 개시 내용에서는, 단계 S14에서 플라즈마 에칭한 후에, 단계 S15에서 단계 S12~S14를 반복하기로 판정한 경우에는, 단계 S12~S14를 재차 실행하여 상기 A) 공정, 상기 B) 공정, 상기 C) 공정을 반복한다.
이와 같이 단계 S12~S14를 반복함으로써 에칭이 진행되어, 마스크막(140)의 개구(141)를 통해, 에칭 대상막(130)에 형성된 오목부(150A)가 형성되고, 제1 가스의 전자 수용체(P1)가 오목부(150A)의 바닥면(151A) 및 측면(152A)에도 흡착된다(도 6). 오목부(150A)의 바닥면(151A)과 마스크막(140)에 흡착된 전자 수용체(P1)(도 7에서 파선 동그라미로 나타낸 부분)는 뒤이어 공급되는 제2 가스의 플라즈마(P2)(도 7에서 △으로 나타낸 부분)에 의해 스퍼터(S1)로서 제거되고, 오목부(150B)의 측면(152A)에 흡착된 전자 수용체(P1)는 측면(152A)에 흡착된 상태에서 제2 가스의 플라즈마(P2)와 반응하여 오목부(150)의 측면(152A)에도 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)(도 7에서 해칭된 동그라미로 나타낸 부분)이 형성된다(도 7).
이와 같이 단계 S12~S14를 반복함으로써, 에칭 대상막(130)에는 오목부(150B,150C)가 추가로 형성되고, 오목부(150B)의 측면(152B) 및 오목부(150C)의 측면(152C)에도 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성되며, 오목부(150B)의 바닥면(151B) 및 오목부(150C)의 바닥면(151C)은 에칭된다(도7, 도8). S12~S14를 반복함으로써 오목부(150C)와 같은 관통 홀(H)이 형성된다(도 8).
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, 에칭 대상막(130)에 형성된 오목부(150) 내에서, 전자 수용체(P1)의 산화물(보호막)(PF)에 의해 오목부(150: 150A,150B,150C)의 측면(152: 152A,152B,152C)이 보호되는 상태에서, 바닥면(151: 151A,151B,151C)이 에칭된다. 따라서, 본 개시 내용의 기판 처리 방법에 의하면, 보잉(bowing) 등과 같은 에칭 불량을 억제할 수가 있다(도5~도8 참조).
또한, 제1 가스의 전자 수용체(P1)는 개구(141) 주변을 포함하는 마스크막(140)에도 흡착하지만, 마스크막(140)에 흡착된 전자 수용체(P1)는 제2 가스의 플라즈마에 의해 스퍼터(S1)로서 제거되므로, 마스크막(140) 상에는 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성되기 어렵다. 따라서, 본 개시 내용의 기판 처리 방법에 의하면, 마스크막(140)의 개구(141) 주변에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 잘 퇴적되지 않아서, 마스크막(140)의 개구(141)가 폐색되는 것을 방지할 수 있다(도5~도8 참조).
또한, 본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, 제1 가스에 포함되는 전자 수용체(P1)로서 루이스산 화합물을 사용하는 바, 루이스산 화합물이 보호막 형성의 전구체로서 에칭 대상막(130)에 흡착하기 쉽게 된다. 또한, 에칭 대상막(130)에 흡착된 루이스산 화합물은 제2 가스의 플라즈마 중의 산소 라디칼과 반응하여 산화물(PF)로 되는 바, 에칭 대상막(130)에 있어 산화물(PF)이 형성된 부분이 플라즈마로부터 보호되는 것을 강화할 수 있다(도4~도8 참조).
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, 제1 가스에 포함되는 전자 수용체로서 붕소 함유 화합물을 사용하는 바, 붕소 함유 화합물이 보호막 형성의 전구체로서 에칭 대상막(130)에 더 흡착하기 쉽게 된다. 또한, 에칭 대상막(130)에 흡착된 루이스산 화합물은 제2 가스의 플라즈마 중의 산소 라디칼과 추가로 반응하여 산화물(PF)로 되기 쉽다. 따라서, 에칭 대상막(130)에 있어 산화물(PF)이 형성된 부분이 플라즈마로부터 보호되는 것을 더욱 강화할 수 있다(도4~도8 참조).
본 개시 내용에서는, 전술한 바와 같이, 개구(141)를 통해 미리 에칭 대상막(130)에 오목부(150)가 형성되어 있으므로, 제2 가스의 플라즈마를 포함하는 에칭용 플라즈마가 공급되면, 에칭 대상막(130)에 형성된 오목부(150) 안에서는, 전자 수용체(P1)의 산화물(보호막)(PF)에 의해 오목부(150)의 측면이 보호되는 상태에서 오목부(150)의 바닥면(151)이 에칭된다. 따라서, 본 개시 내용의 기판 처리 방법에 의하면, 보잉 등과 같은 에칭 불량을 높은 정밀도로 억제할 수가 있다(도3~도8 참조).
또한, 제1 가스의 전자 수용체(P1)는 에칭 대상막(130)에 형성된 오목부(150)로 공급되고, 마스크막(140)로도 공급되어 에칭 대상막(130)의 개구(141) 주변을 포함한 마스크막(140)에도 흡착한다. 그러나, 마스크막(140)에 흡착된 전자 수용체(P1)는 제2 가스의 플라즈마(P2)에 의해 스퍼터(S1)로서 제거되므로, 마스크막(140) 상에는 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성되기 어렵다. 따라서, 본 개시 내용의 기판 처리 방법에 의하면, 마스크막(140)의 개구(141) 주변에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 퇴적되기 어려워서, 마스크막(140)의 개구(141)가 폐색되는 것을 방지할 수가 있다(도3~도8 참조).
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스를 에칭 대상막(130)에 공급하는 경우에 플라즈마를 생성하지 않음으로써, 제2 가스의 플라즈마를 공급하기 전에 제1 가스가 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)로 변화하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 제1 가스가 흡착된 에칭 대상막(130) 중에서, 제2 가스의 플라즈마(P2)와 반응하여 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성된 부분을 보호하면서, 제2 가스의 플라즈마(P2)에 의해 스퍼터(S1)로서 제거된 부분만을 에칭할 수가 있다(도4~도8 참조).
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, B) 공정과 C) 공정을 동시에 실행함으로써, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 에칭 대상막(130)에 공급하면, 에칭 대상막(130)에 있어 제1 가스가 흡착된 부분에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)을 형성하면서 에칭 대상막(130)에 있어 제1 가스가 흡착되지 않은 부분만 에칭할 수가 있다(도5, 도7 참조).
이로써, 제2 가스의 플라즈마(P2)를 공급할 때에 에칭 대상막(130)의 보호와 에칭을 동시에 행할 수 있으므로, 보잉 등과 같은 에칭 불량을 높은 정밀도로 억제할 수 있다. 또한, 제2 가스의 플라즈마(P2)를 공급하는 것만으로 에칭 대상막(130)을 에칭할 수 있으므로, 에칭 처리의 효율화를 도모할 수가 있다(도4~도8 참조).
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, A) 공정, B) 공정, C) 공정을 반복함으로써, 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성된 에칭 대상막(130)의 일부를 보호하면서, 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성되지 않은 에칭 대상막(130) 부분의 에칭을 진행시킬 수 있다. 또한, 새롭게 에칭된 에칭 대상막(130)의 일부(오목부(150A)의 측면(152A), 오목부(150B)의 측면(152B), 오목부(150C)의 측면(152C))에도 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성된다. 그리하여, 에칭이 진행되더라도, 에칭 대상막(130)의 일부(오목부(150A)의 측면(152A), 오목부(150B)의 측면(152B), 오목부(150C)의 측면(152C))를 보호하면서 에칭 대상막(130)(오목부(150A)의 바닥면(151A), 오목부(150B)의 바닥면(151B), 오목부(150C)의 바닥면(151C))을 에칭할 수가 있다(도4~도8 참조).
도 10은 제1 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 변형예를 나타내는 플로우 챠트이다. 한편, 도 10에서는, 도 1과 공통되는 단계에 대해, 도 1에서 붙인 부호의 숫자에 10을 더한 숫자의 부호를 붙이며 설명을 생략한다.
본 개시 내용의 변형예에서는, 상기의 A) 공정과 B) 공정 사이에, 상기 기판의 표면을 퍼지하는 공정이 포함된다. 구체적으로는, 단계 S23에서, 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스를 에칭 대상막(130)에 공급한 후이면서 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 공급하기 전에 회로 기판(100)을 퍼지한다(도 10).
본 명세서에서 퍼지(purge)라 함은, 기판의 표면에 불활성 가스를 공급하여 기판 표면을 정화시키는 것을 나타낸다. 퍼지에 사용되는 불활성 가스의 성분은 한정되지는 않으나, 바람직하게는, 화학 반응을 일으키지 않는 기체 또는 잘 일으키지 않는 기체이고, 보다 바람직하게는 희(稀)가스이며, 더 바람직하게는 아르곤(Ar) 가스이다.
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 전술한 바와 같이, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를, 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스가 흡착된 에칭 대상막(130)에 공급하기 전에, 기판 표면을 퍼지함으로써, 에칭 대상막(130), 마스크막(140) 등에 퇴적된 파티클 등과 같은 불순물, 잉여물의 제1 가스(전자 수용체(P1)의 산화물(PF) 형성에 기여하지 않는 제1 가스)를 제거할 수 있다. 이렇게 함으로써, 기판 표면에 제2 가스의 플라즈마(P2)가 공급된 경우에, 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)을 에칭 대상막(130)의 보호가 필요한 부분(오목부(150)의 측면)에만 형성할 수가 있다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 기판 처리 방법의 일 예를 나타내는 플로우 챠트이다. 도12~도15는 제2 실시형태에 따른 기판 처리 방법에 의해 기판이 처리되는 공정의 일부를 나타낸다. 한편, 도 11에서는, 도 1과 공통되는 단계에 대해, 도 1에서 붙인 부호의 숫자에 20을 더한 숫자의 부호를 붙이며 설명을 생략한다. 또한, 도12~도15에서는, 도2~도8과 공통되는 구성에 대해, 도2~도8에서 붙인 부호의 숫자에 100을 더한 숫자의 부호를 붙이며 설명을 생략한다.
본 개시 내용의 제2 실시형태에서는, 상기의 A) 공정과 B) 공정을 동시에 실행한다. 구체적으로, 단계 S32에서는, 마스크막(240)의 개구(241)를 통해, 에칭 대상막(230)에 대해, 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스와, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 동시에 공급한다(도11, 도12). 그 후, 단계 S33에서, 마스크막(240)의 개구(241)를 통해 에칭 대상막(230)을 플라즈마 에칭한다.
한편, 제1 가스와 제2 가스의 플라즈마를 동시에 공급하는 경우에는, 제1 가스와 제2 가스를 별도로 공급하면서 플라즈마를 발생시킬 수도 있고, 제1 가스와 제2 가스의 혼합 가스를 공급하면서 플라즈마를 발생시킬 수도 있다.
본 개시 내용의 기판 처리 방법에서는, 이와 같이 제1 가스의 공급과 제2 가스의 플라즈마(P2)의 공급을 동시에 함으로써, 제1 가스의 공급과 동시에 에칭 대상막(230)에 전자 수용체(P1)의 산화물(P3)(PF)을 형성할 수가 있다. 이렇게 하여 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성된 에칭 대상막(230)의 일부(오목부(250)의 측면(252))를 플라즈마로부터 충분히 보호하면서, 에칭 대상막(230)을 플라즈마 에칭할 수 있다(도13~도15).
한편, 전자 수용체(P1)의 산화막(PF)은 오목부(250)의 바닥면(251)과 마스크막(240)에 형성되지만, 나중에 에칭 대상막(230)을 플라즈마 에칭할 때에 공급되는 플라즈마(예를 들어, 제2 가스의 플라즈마(P2))에 의해 스퍼터(S2)로서 제거된다. 따라서, 본 개시 내용에서는, 마스크막(140)의 개구(141) 주변에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 퇴적하는 것을 억제할 수 있어서, 마스크막(140)의 개구(141)가 폐색되는 것을 방지할 수가 있다(도3~도8 참조).
<기판 처리 장치>
실시형태에 따른 기판 처리 장치에 대해, 도 16을 이용하여 설명한다. 도 16은 본 개시 내용에 따른 기판 처리 장치의 일 예를 나타내는 단면 모식도이다. 여기에서는, 기판 처리 장치(300)의 일 예로서, 플라즈마 처리 장치(예를 들어, 플라즈마 에칭 장치)를 들어 설명한다.
본 개시 내용의 기판 처리 장치는, 기판의 에칭이 이루어지는 챔버와, 제어부를 포함하며, 상기 기판은, 에칭 대상막과, 상기 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 포함하고, 상기 마스크막은 상기 에칭 대상막의 일부를 노출시키는 개구를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 기판을 상기 챔버에 제공하고, 상기 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 상기 에칭 대상막에 공급하고, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 상기 에칭 대상막에 공급하여, 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하도록 제어한다.
구체적으로는, 본 개시 내용의 기판 처리 장치는, 챔버(310), 가스 공급부(320), RF 전력 공급부(330), 배기 시스템(340), 제어부(350)를 포함하는 기판 처리 장치(300)로 구성되어 있다.
챔버(310)는, 처리 공간(310S) 내에 지지부(311) 및 상부 전극 샤워 헤드(312)를 포함하며, 기판이 에칭된다. 지지부(311)는 챔버(310) 내의 처리 공간(310S)의 하부 영역에 배치된다. 상부 전극 샤워 헤드(312)는 지지부(311)의 상방에 배치되며 챔버(310) 천정부(ceiling)의 일부로서 기능할 수 있다. 한편, 챔버(310)는, 본 개시 내용의 기판 처리 장치를 구성함에 있어 기판의 에칭이 이루어지는 챔버의 일 예이다.
지지부(311)는 처리 공간(310S)에서 기판을 지지하도록 구성된다. 본 개시 내용에서, 기판으로는 전술한 회로 기판(100)이 사용된다(도 2, 도 3, 도 16).
본 개시 내용에 있어, 지지부(311)는 하부 전극(3111), 정전 척(3112), 에지 링(3113)을 포함한다. 하부 전극(3111)은 후술하는 RF 전력을 공급받는다. 정전 척(3112)은 하부 전극(3111) 상에 배치되며, 정전 척(3112)의 상면에서 회로 기판(100)을 지지하도록 구성된다. 에지 링(3113)은 하부 전극(3111)의 둘레 가장자리부 상면에서 회로 기판(100)을 둘러싸도록 배치된다.
한편, 지지부(311)는, 정전 척(3112)과 회로 기판(100) 중 적어도 한쪽을 목표 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 온도 조절 모듈은 히터, 유로, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유로에는 냉매, 전열 가스와 같은 온도 조절 유체가 흐른다.
상부 전극 샤워 헤드(312)는 처리 가스를 가스 공급부(320)로부터 처리 공간(310S)으로 공급하도록 구성된다. 상부 전극 샤워 헤드(312)는 가스 입구(312A), 가스 확산실(312B), 복수 개의 가스 출구(312C)를 구비한다.
가스 입구(312A)는 가스 공급부(320) 및 가스 확산실(312B)에 연통되어 있다. 복수 개의 가스 출구(312C)는 가스 확산실(312B) 및 처리 공간(310S)에 연통되어 있다. 본 개시 내용에 있어, 상부 전극 샤워 헤드(312)는, 처리 가스를 가스 입구(312A)로부터 가스 확산실(312B) 및 복수 개의 가스 출구(312C)를 통해 처리 공간(310S)으로 공급하도록 구성된다.
가스 공급부(320)는 가스 소스(321)와 유량 제어부(322)를 포함할 수 있다. 본 개시 내용에 있어, 가스 공급부(320)는 처리 가스를 가스 소스(321)로부터 유량 제어기(322)를 통해 가스 입구(312A)로 공급하도록 구성된다. 유량 제어기(322)는, 예를 들어, 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식 유량 제어기를 포함할 수 있다. 또한, 가스 공급부(320)는 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 유량 변조 디바이스를 포함할 수도 있다.
본 개시 내용에 있어, 가스 공급부(320)에 의해 챔버(310)의 처리 공간(310S)으로 공급되는 처리 가스로는, 전술한 전자 수용체(P1)(삼염화붕소)를 포함하는 제1 가스와, 산소를 포함하는 제2 가스(P2)가 사용된다(도5, 도6).
한편, 제1 가스가 처리 공간(310S)으로 공급될 때에, 불활성 가스(아르곤 등)가 제1 가스의 캐리어 가스로서 제1 가스와 혼합되어 처리 공간(310S)으로 공급된다(도4, 도16).
또한, 불활성 가스(아르곤 등)는, 제1 가스가 처리 공간(310S)으로 공급된 후에, 제2 가스의 플라즈마(P2)를 회로 기판(100)으로 공급하기 전에 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스의 공급이 정지되고 회로 기판(100)의 표면을 퍼지하는 퍼지 가스로서 처리 공간(310S)에 공급된다(도10의 단계 S23).
또한, 불활성 가스(아르곤 등)는, 제2 가스의 플라즈마가 회로 기판(100)으로 공급될 때에, 플라즈마(플라즈마화된 이온)를 생성하는 단일 원료 가스로서 처리 공간(310S)에 공급된다(도1의 단계 S13, 도10의 단계 S24).
RF 전력 공급부(330)는, RF(Radio Frequency) 전력, 예를 들어, 1 또는 2 이상의 RF 신호를 하부 전극(3111), 상부 전극 샤워 헤드(312), 또는 하부 전극(3111)과 상부 전극 샤워 헤드(312) 양쪽으로 공급하도록 구성된다. 여기에서, RF 전력은 고주파(Radio Frequency) 전력을 나타낸다.
이로써, 처리 공간(310S)으로 공급된 처리 가스(제2 가스 및 불활성 가스)로부터 플라즈마가 생성된다. 따라서, RF 전력 공급부(330)는, 챔버(310)에서 처리 가스(제2 가스 및 불활성 가스)로부터 플라즈마를 생성하도록 구성되는 플라즈마 생성부 중 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 본 개시 내용에서, RF 전력 공급부(330)는 제1 RF 전력 공급부(330A)와 제2 RF 전력 공급부(330B)를 포함한다.
제1 RF 전력 공급부(330A)는 제1 RF 생성부(331A)와 제1 정합 회로(332A)를 포함한다. 본 개시 내용에 있어, 제1 RF 전력 공급부(330A)는 제1 RF 신호를 제1 RF 생성부(331A)로부터 제1 정합 회로(332A)를 통해 상부 전극 샤워 헤드(312)로 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 RF 신호는 27MHz~100MHz 범위 내의 주파수를 가질 수 있다.
제2 RF 전력 공급부(330B)는 제2 RF 생성부(331B)와 제2 정합 회로(332B)를 포함한다. 본 개시 내용에 있어, 제2 RF 전력 공급부(330B)는 제2 RF 신호를 제2 RF 생성부(331B)로부터 제2 정합 회로(332B)를 통해 하부 전극(3111)으로 공급하도록 구성된다. 예를 들어, 제2 RF 신호는 400kHz~13.56MHz 범위의 주파수를 가질 수 있다. 한편, 제2 RF 전력 공급부(330B)에서는, 제2 RF 생성부(331B) 대신에 DC(Direct Current) 펄스 생성부를 사용할 수도 있다.
한편, 본 개시 내용에 관해, 미도시의 다른 실시형태를 사용할 수도 있다. 예를 들어, RF 전력 공급부(330)는, 제1 RF 신호를 RF 생성부로부터 하부 전극(3111)으로 공급하고, 제2 RF 신호를 다른 RF 생성부로부터 하부 전극(3111)으로 공급하도록 구성될 수도 있다. 또한, RF 전력 공급부(330)는, 제1 RF 신호를 RF 생성부로부터 하부 전극(3111)으로 공급하고, 제2 RF 신호를 다른 RF 생성부로부터 하부 전극(3111)으로 공급하고, 제3 RF 신호를 또다른 RF 생성부로부터 상부 전극 샤워 헤드(312)로 공급하도록 구성될 수도 있다. 또한, RF 전력 공급부(330)는 DC 전압이 상부 전극 샤워 헤드(312)로 인가되도록 구성될 수도 있다.
또한, 여러 실시형태에 있어, 하나 또는 둘 이상의 RF 신호(예를 들어, 제1 RF 신호, 제2 RF 신호 등)의 진폭이 펄스화 또는 변조될 수도 있다. 진폭 변조는, ON 상태와 OFF 상태의 사이, 또는 2 이상의 서로 다른 ON 상태의 사이에 RF 신호 진폭을 펄스화하는 것을 포함할 수도 있다.
배기 시스템(340)은, 예를 들어, 챔버(310)의 바닥면에 구비된 배기구(310E)에 접속되어 있다. 배기 시스템(340)은 압력 밸브와 진공 펌프를 포함할 수 있다. 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 초벌 배기 펌프, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
*제어부(350)는, 본 개시 내용에 있어, 전술한 기판 처리 방법을 기판 처리 장치(300)로 하여금 실행시키는, 컴퓨터로 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(350)는 기판 처리 장치(300)의 각 요소를 제어하도록 구성되어 있다. 본 개시 내용에서는, 모든 제어부(350)가 기판 처리 장치(300)의 일부로서 구성되어 있으나, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 제어부(350)의 일부가 기판 처리 장치(300)의 일부로서 구성될 수도 있고, 제어부(350)의 일부 또는 전부가 기판 처리 장치(300)와는 별도로 구비될 수도 있다.
제어부(350)는, 예를 들어, 컴퓨터(351)를 포함할 수 있다. 컴퓨터(351)는, 예를 들어, 처리부(3511), 기억부(3512), 통신 인터페이스(3513)를 포함할 수 있다. 한편, 제어부(350)는 본 개시 내용에 따른 기판 처리 장치의 일부를 구성하는 제어부의 일 예이다.
처리부(3511)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit)이며, 기억부(3512)에 저장된 프로그램에 기초하여 여러 제어 동작을 하도록 구성될 수 있다. 기억부(3512)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(513)에 의해, LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 기판 처리 장치(300)의 각 요소 간에 통신할 수 있다.
본 개시 내용에서는, 제어부(350)에 의해 챔버(310)가 제어되어 전술한 단계 S11, 단계 S21, 단계 S31이 실행된다(도1, 도10, 도11).
또한, 제어부(350)에 의해 가스 공급부(320)와 배기 시스템(340)이 제어되어, 전술한 단계 S12, 단계 S22, 단계 S32가 실행된다(도1, 도10, 도11).
또한, 제어부(350)에 의해 가스 공급부(320)와 RF 전력 공급부(330)가 제어되어, 전술한 단계 S13, 단계 S23, 단계 S24, 단계 S32가 실행된다(도1, 도10, 도11)
본 개시 내용의 기판 처리 장치는, 상기 챔버 내에 설치되어 상기 기판을 탑재하는 탑재부를 구비하며, 상기 제어부는, 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하는 경우에, 상기 탑재부에 RF 전력을 공급하도록 제어한다. 구체적으로는, 제어부(350)에 의해 RF 전력 공급부(330)가 제어되어, 챔버(310) 내에 구비된 회로 기판(100)을 탑재하는 지지부(311)로 RF 전력이 공급된다(도 16). 한편, 지지부(311)는, 본 개시 내용에 따른 기판 처리 장치의 일부를 구성하는 탑재부의 일 예이다.
이로써, 처리 가스로서 처리 공간(310S)에 공급된 제2 가스(산소를 포함하는 가스)의 플라즈마(이온)가 생성되어, 전술한 단계 S13, S14, S15, S24, S25, S26, S32, S33, S34가 실행된다(도1, 도10, 도11)
본 개시 내용의 기판 처리 장치(300)에서는, 제어부(350)의 제어에 의해, 기판의 에칭이 이루어지는 챔버(310) 내에서 마스크막(140)의 개구(141)를 통해 전자 수용체(P1)를 포함하는 제1 가스가 에칭 대상막(130)으로 공급됨으로써, 전자 수용체(P1)를 보호막 형성의 전구체로 하여 에칭 대상막(130)의 일부(오목부(150))에 흡착시킬 수 있다. 또한, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마(P2)를 제1 가스가 공급된 후의 에칭 대상막(130)으로 공급함으로써, 에칭 대상막(130)에 흡착된 전자 수용체(P1) 중 오목부(150)의 측면(152)에 흡착된 일부의 전자 수용체(P1)가 제2 가스의 플라즈마(P2) 중의 산소 라디칼과 반응하여 산화물(PF)로 되고, 오목부(150) 바닥면(151) 및 마스크막(140)에 흡착된 그 밖의 전자 수용체(P1)는 스퍼터(S1)로서 제거된다(도1~도5 참조).
이어서, 에칭 대상막(130)을 플라즈마 에칭함으로써 에칭 대상막(130)에 형성된 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)은, 에칭 대상막(130)에 있어 산화물(PF)이 형성된 부분(오목부(150)의 측면(152))을 플라즈마로부터 보호할 수 있다. 또한, 전자 수용체(P1)가 제거된 에칭 대상막(130)의 부분(오목부(150)의 바닥면(151))은 플라즈마에 노출된다. 이렇게 하여, 기판의 에칭 대상막(130)에서는 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 형성된 부분(오목부(150)의 측면(152))은 에칭되지 않고, 산화물(PF)이 형성되지 않은 부분(오목부(150)의 바닥면(151))만 에칭된다(도5 참조).
또한, 에칭이 진행됨에 따라 마스크막(140)의 개구(141)를 통해 에칭 대상막(130)에는 오목부(150A)가 추가로 형성되며, 제1 가스는 오목부(150A)의 바닥면(151A) 및 측면(152A)에도 흡착한다. 오목부(150A)의 측면(151A)에 흡착된 전자 수용체(P1)는, 뒤이어 공급되는 제2 가스의 플라즈마(P2)에 의해 스퍼터(S1)로서 제거되는 한편, 오목부(150B)의 측면(152A)에 흡착된 전자 수용체(P1)는, 측면(152A)에 흡착된 상태에서 제2 가스의 플라즈마(P2)와 반응하여, 오목부(150B)의 측면(152A)에 전자 수용체(P1)의 산화물(보호막)(PF)이 형성된다(도5~도8 참조).
여기에서, 제2 가스의 플라즈마(P2)를 포함하는 에칭용 플라즈마가 공급되면, 에칭 대상막(130)에 형성된 오목부(150) 안에서는, 전자 수용체(P1)의 산화물(보호막)(PF)에 의해 오목부(150B)의 측면(152A)이 보호되는 상태에서, 오목부(150B)의 바닥면(151B)이 에칭되어 오목부(150C)와 같은 관통 홀(H)이 형성된다(도5~도8 참조). 그리하여, 본 개시 내용의 기판 처리 장치(300)에 의하면, 보잉(bowing) 등과 같은 에칭 불량을 억제할 수가 있다.
또한, 제1 가스는 개구(141) 주변을 포함하는 마스크막(140)에도 흡착하는데, 마스크막(140)에 흡착된 전자 수용체(P1)는 제2 가스의 플라즈마(P2)에 의해 스퍼터(S1)로서 제거되므로, 마스크막(140) 상에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)은 형성되기 어렵다. 그리하여, 본 개시 내용의 기판 처리 장치(300)에 의하면, 마스크막(140)의 개구(141) 주변에 전자 수용체(P1)의 산화물(PF)이 잘 퇴적하지 않아 마스크막(140)의 개구(141)가 폐색되는 것을 방지할 수 있다(도5~도8 참조).
본 실시형태의 기판 처리 장치(300)에서는, 기판(회로 기판(100))을 탑재하기 위해 챔버(310) 안에 구비된 탑재부(지지부(311))에 RF 전력이 공급되도록 제어부(350)가 제어됨으로써, RF 전력을 공급받은 탑재부(지지부(311))가 바이어스 전극을 구성할 수 있다. 이로써, 제2 가스의 플라즈마(P2)에 의해 생성된 산소 이온 또는 제2 가스의 플라즈마(P2)와는 별개의 에칭을 행하는 플라즈마가 탑재부(지지부(311))에 탑재된 기판의 표면으로 끌어당겨져 에칭 대상막(130)이 에칭된다. 이렇게 하여 에칭 대상막(130)의 에칭이 촉진되어 효율적인 에칭 처리를 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 기판 처리 장치(300)에서는, 챔버(310) 내 탑재부(지지부(311)) 이외의 부분(예를 들어, 챔버(310) 내 측벽(313) 등)에는 RF 전력이 공급되지 않으므로, 챔버(310) 안에서는 탑재부(지지부(311))에 탑재된 기판 이외의 부분은 잘 에칭되지 않는다. 그리하여, 챔버(310) 내의 침식이나 그에 수반되는 파티클의 발생을 억제할 수가 있다. 이로써, 안정적인 에칭 처리를 할 수 있으며, 또한 기판 처리 장치(300)의 유지보수가 용이해진다.
<실시예>
이하에서, 본 개시 내용의 실시형태에 대해 실시예를 이용하여 설명한다. 실시예, 비교예의 시험, 평가는 이하와 같이 실시한다.
[시험체(기판)]
시험체로서, 웨이퍼(110), 하층막(무기 절연막)(120), 에칭 대상막(130), 마스크막(140)의 순서로 적층된 회로 기판(100)을 사용하였다. 웨이퍼(110)는 실리콘(Si)으로 구성되고, 무기 절연막(120)은 질화실리콘(SiN)과 산화실리콘(SiO2)이 교대로 적층되며, 에칭 대상막(130)은 비정질 카본막(ACL)으로 구성되고, 마스크막(140)은 산질화실리콘(SiON)으로 구성되어 있다. 마스크막(140)에는 에칭 대상막(130)의 일부를 노출시키는 개구(141)가 형성되며, 개구(141)에서 노출되는 에칭 대상막(130)의 일부에는 오목부(150)가 형성되며, 오목부(150) 안에는 바닥면(151)과 측면(152)이 형성되어 있다(도3 참조).
[에칭]
도 16에 나타내는 기판 처리 장치(300)를 이용하여 기판(시험체)에 대해 플라즈마 에칭을 실시하였다.
[보잉]
에칭 종료 후의 기판(시험체)의 단면을 촬상한 SEM 화상으로부터, 보잉의 최대폭(nm)을 측정하였다(도17, 도19, 도21, 도23 참조). 보잉의 평가는, 보잉의 최대폭(nm)이 120nm 이하인 경우를 양호한 것으로 하고, 120nm을 초과하는 경우를 불량한 것으로 하였다.
[홀 폐색]
에칭 종료 후의 기판(시험체)의 개구를 촬상한 SEM 화상으로부터, 개구 부근의 퇴적물(폐색 상태)을 확인하였다(도18, 도20, 도22, 도24 참조). 홀 폐색의 평가를 이하의 기준에 따라 실시하여, 2 이상을 양호한 것으로 하고, 2 미만을 불량한 것으로 하였다.
3 : 퇴적물이 확인되지 않음
2 : 퇴적물이 조금 확인되지만, 개구의 폐색은 확인되지 않음
1 : 퇴적물에 의한 개구의 폐색이 확인됨
[실시예 1]
기판(시험체)의 개구에, 제1 가스로서 플라즈마 상태가 아닌 전자 수용체를 포함하는 가스를 공급하고, 그 후에 퍼지 가스로서 불활성 가스(아르곤(Ar) 가스)를 공급하며, 그 후에 제2 가스의 플라즈마로서 산소(O2)와 황화 카르보닐(COS)의 혼합 가스의 플라즈마를 공급하고, 그 후에 에칭 가스로서 제2 가스의 플라즈마를 그대로 공급함으로써 플라즈마 에칭을 실시하고서 보잉 및 홀 폐색을 평가하였다(도17, 도18 참조). 한편, 제1 가스에 포함되는 전자 수용체로는, 루이스산 화합물(삼염화붕소(BCl3))을 사용하였다. 실시예 1에 대한 에칭의 조건 및 결과를 표 1에 나타낸다.
[실시예 2]
제1 가스로서 전자 수용체를 포함하는 가스와, 제2 가스의 플라즈마로서 산소(O2)를 포함하는 가스의 플라즈마를 동시에 공급하고, 그 후에 에칭 가스로서 산소(O2)와 황화카르보닐(COS)의 혼합 가스의 플라즈마를 공급한 점 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 플라즈마 에칭을 실시하고서 평가하였다(도19, 도20 참조). 에칭의 조건 및 결과를 표 1에 나타낸다.
[참고예 1]
제1 가스와 제2 가스의 플라즈마를 공급하지 않고, 에칭 가스로서, 삼염화붕소(BCl3)를 포함하는 가스와, 산소(O2)와 황화카르보닐(COS)의 혼합 가스의 플라즈마를 동시에 공급한 점 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 플라즈마 에칭을 실시하고서 평가하였다(도21, 도22 참조). 에칭의 조건 및 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
제1 가스와 제2 가스의 플라즈마를 공급하지 않고, 에칭 가스로서, 산소(O2)와 황화카르보닐(COS)의 혼합 가스의 플라즈마를 공급한 점 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 플라즈마 에칭을 실시하고서 평가하였다(도23, 도24 참조). 에칭의 조건 및 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1로부터 알 수 있듯이, 제1 가스로서 전자 수용체를 포함하는 가스를, 제2 가스의 플라즈마로서 산소를 포함하는 가스의 플라즈마를 공급하여 플라즈마 에칭한 기판은, 보잉 및 홀 폐색의 평가에서 양호하였다.
이에 대해, 제1 가스, 제2 가스를 공급하지 않고서 플라즈마 에칭한 기판은, 보잉 및 홀 폐색의 평가에서 불량이었다.
이러한 결과로부터, 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 에칭 대상막에 공급하고, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 에칭 대상막에 공급하여 에칭 대상막을 플라즈마 에칭함으로써, 에칭 불량이 억제됨을 알 수 있다.
이상에서 본 개시 내용의 실시형태에 대해 설명하였으나, 본 개시 내용은 이들 실시형태에 한정되지 않으며, 청구범위에 기재된 개시 범위에서 다양한 변형, 변경 등이 가능하다.
*본원은 일본 특허청에 2020년 6월 5일에 출원된 특허출원 2020-098837호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체 내용을 참조로써 여기에 원용한다.

Claims (11)

  1. 에칭 대상막과 상기 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 구비한 기판을 에칭하는 기판 처리 방법으로서,
    상기 마스크막은 상기 에칭 대상막의 일부를 노출시키는 개구를 포함하며,
    A) 상기 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과,
    B) 상기 개구를 통해, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 상기 에칭 대상막에 공급하는 공정과,
    C) 상기 개구를 통해 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수용체는 루이스산 화합물인 기판 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자 수용체는 붕소 함유 화합물인 기판 처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구를 통해 상기 에칭 대상막에 오목부가 형성되는 것인 기판 처리 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 A) 공정에서 상기 제1 가스는 플라즈마 상태가 아닌 것인 기판 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 A) 공정과 상기 B) 공정의 사이에 상기 기판의 표면을 퍼지하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 B) 공정과 상기 C) 공정을 동시에 실행하는 기판 처리 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 A) 공정과 상기 B) 공정을 동시에 실행하는 기판 처리 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 A) 공정, 상기 B) 공정, 상기 C) 공정을 반복하는 기판 처리 방법.
  10. 기판의 에칭이 이루어지는 챔버와, 제어부를 포함하며,
    상기 기판은, 에칭 대상막과, 상기 에칭 대상막을 덮는 마스크막을 포함하며,
    상기 마스크막은 상기 에칭 대상막의 일부를 노출시키는 개구를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 기판을 상기 챔버에 제공하고,
    상기 개구를 통해, 전자 수용체를 포함하는 제1 가스를 상기 에칭 대상막에 공급하고,
    상기 개구를 통해, 산소를 포함하는 제2 가스의 플라즈마를 상기 에칭 대상막에 공급하고,
    상기 개구를 통해 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 챔버 내에 구비되며 상기 기판을 탑재하는 탑재부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 에칭 대상막을 플라즈마 에칭하는 경우에, RF 전력이 상기 탑재부로 공급되도록 제어하는 것인 기판 처리 장치.
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