KR20220009897A - 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 에칭양의 제어성을 높이는 기술을 제공한다. (a) 기판에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 기판의 표면에 노출된 제1막의 표면의 적어도 일부에 제1 개질층을 형성하는 공정과, (b) 기판에 대하여 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급함으로써, 제2 가스와 제1 개질층을 반응시키는 것, 및 제2 가스에 의해 제1 개질층을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 상기 제1막의 적어도 일부를 에칭하는 공정을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 제1막을 에칭한다.
Description
본 개시는, 반도체 장치의 제조 방법, 기판 처리 방법, 기판 처리 장치, 및 프로그램에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판의 표면에 노출된 막을 에칭하는 처리가 행하여지는 경우가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
반도체 장치의 스케일링에 수반하여, 가공 치수의 미세화나 복잡화가 진행되고 있으며, 그에 수반하여, 상술한 에칭 처리를 포함하는 고정밀도의 패터닝 공정을 몇 번이나 반복할 필요가 생겨, 비용 증가의 한 요인으로 되고 있다. 이에 반해, 상술한 에칭 처리를 원자층 레벨에서 행하는 기술(이하, 원자층 에칭이라고도 함)이 있어, 이러한, 높은 제어성을 갖는 프로세스는, 공정수 삭감에 있어서 유용한 기술로서 관심이 모아지고 있다. 종래, 원자층 에칭에 관한 기술은, 플라스마를 사용한 방법이 주된 것이었다.
종래의 에칭 가스에 의한 막의 에칭에서는, 에칭양이 에칭 가스의 분압(≒공급량)에 의존한다. 따라서, 반응계 중에 가스의 압력 분포가 생김으로써 에칭양에 차가 생긴다. 예를 들어, 홈의 내부에 형성된 막을 에칭할 경우, 동일한 프로세스 시간이어도, 가스가 공급되기 어려운 깊은 홈의 저부에 형성된 막은, 가스가 공급되기 쉬운 홈의 개구부 부근에 형성된 막에 비하여 에칭양이 적어져버린다. 이와 같이, 종래의 에칭 가스에 의한 막의 에칭 처리에서는, 에칭양의 제어성에 과제가 생겼다.
그래서, 본 개시의 목적은, 에칭양의 제어성을 높이는 기술을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 양태에 의하면,
(a) 기판에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 표면에 노출된 제1막의 표면의 적어도 일부에 제1 개질층을 형성하는 공정과,
(b) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급함으로써, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층을 반응시키는 것, 및 상기 제2 가스에 의해 상기 제1 개질층을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 상기 제1막의 적어도 일부를 에칭하는 공정
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1막을 에칭하는 기술이 제공된다.
본 개시에 의하면, 에칭양의 제어성을 높이는 기술을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 종단면도로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러(121)의 개략 구성도이며, 컨트롤러(121)의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 양태에서의 에칭 처리의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 표면에 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스(10)가 공급되어, 하지(200a)의 표면에 제1 가스(10)가 흡착해서 제1 개질층(200b)이 형성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (b)는 제1 개질층(200b)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스(20)가 공급된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (c)는 제2 가스(20)에 의해 제1 개질층(200b)이 활성화되고, 에칭종(200c)이 생성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (d)는 에칭종(200c)에 의해 하지(200a)의 표면의 일부가 에칭되어, 에칭 시에 제1 생성물(12)과 제2 생성물(14)이 생성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (e)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에서의 제1 생성물(12) 및 제2 생성물(14)의 거동을 나타내는 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (f)는 제2 생성물(14)이 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 잔류 및/또는 흡착된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5 (g)는 제2 생성물(14)과, 제2 가스(20)와, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a) 중 적어도 어느 것이 반응하여, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (h)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스(10)가 공급되어, 제2 개질층(200d)의 표면에 제1 가스가 흡착된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (i)는 제1 가스(10)와 제2 개질층(200d)이 반응하여, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 생성물(30)이 생성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (j)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에서 생성된 생성물(30)이 하지(200a)의 표면으로부터 탈리한 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (k)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면의 생성물(30)이 탈리한 후, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면이 다시 노출된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다.
도 6은 참고예 1에서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 7은 참고예 2에서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예에서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a)는 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 처리를 행하기 전의 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 9의 (b)는 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 처리를 행한 경우의 에칭 처리의 도중 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 9의 (c)는 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 처리를 행한 후의 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다.
도 2는 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 종형 처리로의 개략 구성도이며, 처리로(202) 부분을 도 1의 A-A선 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 양태에서 적합하게 사용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러(121)의 개략 구성도이며, 컨트롤러(121)의 제어계를 블록도로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 양태에서의 에칭 처리의 가스 공급 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 5의 (a)는 표면에 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스(10)가 공급되어, 하지(200a)의 표면에 제1 가스(10)가 흡착해서 제1 개질층(200b)이 형성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (b)는 제1 개질층(200b)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스(20)가 공급된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (c)는 제2 가스(20)에 의해 제1 개질층(200b)이 활성화되고, 에칭종(200c)이 생성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (d)는 에칭종(200c)에 의해 하지(200a)의 표면의 일부가 에칭되어, 에칭 시에 제1 생성물(12)과 제2 생성물(14)이 생성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (e)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에서의 제1 생성물(12) 및 제2 생성물(14)의 거동을 나타내는 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (f)는 제2 생성물(14)이 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 잔류 및/또는 흡착된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5 (g)는 제2 생성물(14)과, 제2 가스(20)와, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a) 중 적어도 어느 것이 반응하여, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (h)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스(10)가 공급되어, 제2 개질층(200d)의 표면에 제1 가스가 흡착된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (i)는 제1 가스(10)와 제2 개질층(200d)이 반응하여, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 생성물(30)이 생성된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (j)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에서 생성된 생성물(30)이 하지(200a)의 표면으로부터 탈리한 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 5의 (k)는 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면의 생성물(30)이 탈리한 후, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면이 다시 노출된 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다.
도 6은 참고예 1에서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 7은 참고예 2에서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예에서의 에칭 레이트의 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a)는 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 처리를 행하기 전의 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 9의 (b)는 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 처리를 행한 경우의 에칭 처리의 도중 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다. 도 9의 (c)는 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 에칭 처리를 행한 후의 상태의 웨이퍼(200)에서의 단면 부분 확대도이다.
<본 개시의 일 양태>
이하, 본 개시의 일 양태에 대해서, 주로 도 1 내지 도 4, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (k)를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 도면은, 모두 모식적인 것이며, 도면 상의 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과 반드시 일치하고 있는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면의 상호간에 있어서도, 각 요소의 치수 관계, 각 요소의 비율 등은 반드시 일치하고 있는 것은 아니다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
도 1에 도시한 바와 같이, 처리로(202)는, 가열 기구(온도 조정기, 온도 조정부)로서의 히터(207)를 갖는다. 히터(207)는 원통 형상이며, 보유 지지판에 지지됨으로써 수직으로 거치되어 있다. 히터(207)는 가스를 열로 활성화(여기)시키는 활성화 기구(여기부)로서도 기능한다.
히터(207)의 내측에는, 히터(207)와 동심원형으로 반응관(203)이 배치되어 있다. 반응관(203)은, 예를 들어 석영(SiO2) 또는 탄화 실리콘(SiC) 등의 내열성 재료에 의해 구성되고, 상단이 폐색되고 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 반응관(203)의 하방에는, 반응관(203)과 동심원형으로, 매니폴드(209)가 배치되어 있다. 매니폴드(209)는, 예를 들어 스테인리스강(SUS) 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 상단 및 하단이 개구된 원통 형상으로 형성되어 있다. 매니폴드(209)의 상단부는, 반응관(203)의 하단부에 걸림 결합하고 있어, 반응관(203)을 지지하도록 구성되어 있다. 매니폴드(209)와 반응관(203)의 사이에는, 시일 부재로서의 O링(220a)이 마련되어 있다. 반응관(203)은, 히터(207)와 마찬가지로 수직으로 거치되어 있다. 주로, 반응관(203)과 매니폴드(209)에 의해 처리 용기(반응 용기)가 구성된다. 처리 용기의 통 중공부에는 처리실(201)이 형성된다. 처리실(201)은, 기판으로서의 웨이퍼(200)를 수용 가능하게 구성되어 있다. 이 처리실(201) 내에서 웨이퍼(200)에 대한 처리가 행하여진다.
처리실(201) 내에는, 제1 내지 제3 공급부로서의 노즐(249a 내지 249c)이, 매니폴드(209)의 측벽을 관통하도록 각각 마련되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)을 각각 제1 내지 제3 노즐이라고도 칭한다. 노즐(249a 내지 249c)은, 예를 들어 석영 또는 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)에는 가스 공급관(232a 내지 232c)이 각각 접속되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)은 각각 다른 노즐이며, 노즐(249a, 249c) 각각은, 노즐(249b)에 인접해서 마련되어 있다.
가스 공급관(232a 내지 232c)에는, 가스류의 상류측으로부터 차례로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241a 내지 241c) 및 개폐 밸브인 밸브(243a 내지 243c)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232c)의 밸브(243a 내지 243c)보다도 하류측에는, 가스 공급관(232d 내지 232f)이 각각 접속되어 있다. 가스 공급관(232d 내지 232f)에는, 가스류의 상류측으로부터 차례로 MFC(241d 내지 241f) 및 밸브(243d 내지 243f)가 각각 마련되어 있다. 가스 공급관(232a 내지 232f)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(249a 내지 249c)은, 반응관(203)의 내벽과 웨이퍼(200)의 사이에서의 평면으로 보아 원환형의 공간에, 반응관(203)의 내벽 하부로부터 상부를 따라, 웨이퍼(200)의 배열 방향 상방을 향해서 직립되도록 각각 마련되어 있다. 즉, 노즐(249a 내지 249c)은, 웨이퍼(200)가 배열되는 웨이퍼 배열 영역의 측방의, 웨이퍼 배열 영역을 수평하게 둘러싸는 영역에, 웨이퍼 배열 영역을 따르도록 각각 마련되어 있다. 평면으로 보아, 노즐(249b)은, 처리실(201) 내에 반입되는 웨이퍼(200)의 중심을 사이에 두고 후술하는 배기구(231a)와 일직선 상으로 대향하도록 배치되어 있다. 노즐(249a, 249c)은, 노즐(249b)과 배기구(231a)의 중심을 통과하는 직선 L을, 반응관(203)의 내벽(웨이퍼(200)의 외주부)을 따라 양측 사이에 두도록 배치되어 있다. 직선 L은, 노즐(249b)과 웨이퍼(200)의 중심을 통과하는 직선이기도 하다. 즉, 노즐(249c)은, 직선 L을 사이에 두고 노즐(249a)과 반대측에 마련되어 있다고 할 수도 있다. 노즐(249a, 249c)은, 직선 L을 대칭 축으로 해서 선 대칭으로 배치되어 있다. 노즐(249a 내지 249c)의 측면에는, 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)이 각각 마련되어 있다. 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)은, 각각이, 평면으로 보아 배기구(231a)와 대향(대면)하도록 개구되어 있어, 웨이퍼(200)를 향해서 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다. 가스 공급 구멍(250a 내지 250c)은, 반응관(203)의 하부로부터 상부에 걸쳐 복수 마련되어 있다.
가스 공급관(232a)으로부터는, 제1 가스가, MFC(241a), 밸브(243a), 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 제1 가스는, 개질제, 개질 가스로서 작용한다.
가스 공급관(232b)으로부터는, 제2 가스가, MFC(241b), 밸브(243b), 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 제2 가스는, 제1 가스와는 분자 구조가 다른 가스이다. 제2 가스는, 활성화 가스, 반응 가스로서 작용한다.
가스 공급관(232c)으로부터는, 제3 가스가, MFC(241c), 밸브(243c), 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 제3 가스는, 전처리 가스로서 작용한다.
가스 공급관(232d 내지 232f)으로부터는, 불활성 가스가, 각각 MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f), 가스 공급관(232a 내지 232c), 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급된다. 불활성 가스는, 퍼지 가스, 캐리어 가스, 희석 가스 등으로서 작용한다.
주로, 가스 공급관(232a), MFC(241a), 밸브(243a)에 의해, 제1 가스 공급계(개질제 공급계, 개질 가스 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232b), MFC(241b), 밸브(243b)에 의해, 제2 가스 공급계(활성화 가스 공급계, 반응 가스 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232c), MFC(241c), 밸브(243c)에 의해, 제3 가스 공급계(전처리 가스 공급계)가 구성된다. 주로, 가스 공급관(232d 내지 232f), MFC(241d 내지 241f), 밸브(243d 내지 243f)에 의해, 불활성 가스 공급계가 구성된다.
상술한 각종 가스 공급계 중, 어느 것, 혹은 모든 가스 공급계는, 밸브(243a 내지 243f)나 MFC(241a 내지 241f) 등이 집적되어 이루어지는 집적형 가스 공급 시스템(248)으로서 구성되어 있어도 된다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 가스 공급관(232a 내지 232f) 각각에 대하여 접속되어, 가스 공급관(232a 내지 232f) 내에의 각종 가스의 공급 동작, 즉, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작이나 MFC(241a 내지 241f)에 의한 유량 조정 동작 등이, 후술하는 컨트롤러(121)에 의해 제어되도록 구성되어 있다. 집적형 가스 공급 시스템(248)은, 일체형, 혹은 분할형의 집적 유닛으로서 구성되어 있고, 가스 공급관(232a 내지 232f) 등에 대하여 집적 유닛 단위로 착탈을 행할 수 있어, 집적형 가스 공급 시스템(248)의 메인터넌스, 교환, 증설 등을, 집적 유닛 단위로 행하는 것이 가능하게 구성되어 있다.
반응관(203)의 측벽 하방에는, 처리실(201) 내의 분위기를 배기하는 배기구(231a)가 마련되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 배기구(231a)는, 평면으로 보아, 웨이퍼(200)를 사이에 두고 노즐(249a 내지 249c)(가스 공급 구멍(250a 내지 250c))과 대향(대면)하는 위치에 마련되어 있다. 배기구(231a)는, 반응관(203)의 측벽 하부로부터 상부를 따라, 즉, 웨이퍼 배열 영역을 따라서 마련되어 있어도 된다. 배기구(231a)에는 배기관(231)이 접속되어 있다.
배기관(231)에는, 처리실(201) 내의 압력을 검출하는 압력 검출기(압력 검출부)로서의 압력 센서(245) 및 압력 조정기(압력 조정부)로서의 APC(Auto Pressure Controller) 밸브(244)를 통해서, 진공 배기 장치로서의 진공 펌프(246)가 접속되어 있다. APC 밸브(244)는, 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서 밸브를 개폐함으로써, 처리실(201) 내의 진공 배기 및 진공 배기 정지를 행할 수 있고, 또한 진공 펌프(246)를 작동시킨 상태에서, 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 밸브 개방도를 조절함으로써, 처리실(201) 내의 압력을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 주로, 배기관(231), APC 밸브(244), 압력 센서(245)에 의해 배기계가 구성된다. 진공 펌프(246)를 배기계에 포함해서 생각해도 된다.
매니폴드(209)의 하방에는, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 시일 캡(219)이 마련되어 있다. 시일 캡(219)은, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반형으로 형성되어 있다. 시일 캡(219)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220b)이 마련되어 있다.
시일 캡(219)의 하방에는, 후술하는 보트(217)를 회전시키는 회전 기구(267)가 설치되어 있다. 회전 기구(267)의 회전축(255)은, 시일 캡(219)을 관통해서 보트(217)에 접속되어 있다. 회전 기구(267)는, 보트(217)를 회전시킴으로써 웨이퍼(200)를 회전시키도록 구성되어 있다. 시일 캡(219)은, 반응관(203)의 외부에 설치된 승강 기구로서의 보트 엘리베이터(115)에 의해 수직 방향으로 승강되도록 구성되어 있다. 보트 엘리베이터(115)는, 시일 캡(219)을 승강시킴으로써, 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내외로 반입 및 반출(반송)하는 반송 장치(반송 기구)로서 구성되어 있다.
매니폴드(209)의 하방에는, 시일 캡(219)을 강하시켜 보트(217)를 처리실(201) 내로부터 반출한 상태에서, 매니폴드(209)의 하단 개구를 기밀하게 폐색 가능한 노구 덮개로서의 셔터(219s)가 마련되어 있다. 셔터(219s)는, 예를 들어 SUS 등의 금속 재료에 의해 구성되고, 원반형으로 형성되어 있다. 셔터(219s)의 상면에는, 매니폴드(209)의 하단과 맞닿는 시일 부재로서의 O링(220c)이 마련되어 있다. 셔터(219s)의 개폐 동작(승강 동작이나 회동 동작 등)은, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 제어된다.
기판 지지구로서의 보트(217)는, 복수매, 예를 들어 25 내지 200매의 웨이퍼(200)를 수평 자세이면서 또한 서로 중심을 맞춘 상태에서 수직 방향으로 정렬시켜 다단으로 지지하도록, 즉, 간격을 두고 배열시키도록 구성되어 있다. 보트(217)는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성된다. 보트(217)의 하부에는, 예를 들어 석영이나 SiC 등의 내열성 재료에 의해 구성되는 단열판(218)이 다단으로 지지되어 있다.
반응관(203) 내에는, 온도 검출기로서의 온도 센서(263)가 설치되어 있다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 정도를 조정함으로써, 처리실(201) 내의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는 반응관(203)의 내벽을 따라 마련되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(제어 수단)인 컨트롤러(121)는, CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성되어 있다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는, 내부 버스(121e)를 통해서, CPU(121a)와 데이터 교환 가능하게 구성되어 있다. 컨트롤러(121)에는, 예를 들어 터치 패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속되어 있다.
기억 장치(121c)는, 예를 들어 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 등으로 구성되어 있다. 기억 장치(121c) 내에는, 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 후술하는 기판 처리의 수순이나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이, 판독 가능하게 저장되어 있다. 프로세스 레시피는, 후술하는 기판 처리에서의 각 수순을 컨트롤러(121)에 실행시켜, 소정의 결과를 얻을 수 있게 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여, 단순히 프로그램이라고도 한다. 또한, 프로세스 레시피를, 단순히 레시피라고도 한다. 본 명세서에서 프로그램이라는 말을 사용한 경우에는, 레시피 단체만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은, CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보유되는 메모리 영역(워크 에어리어)으로서 구성되어 있다.
I/O 포트(121d)는, 상술한 MFC(241a 내지 241f), 밸브(243a 내지 243f), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 히터(207), 회전 기구(267), 보트 엘리베이터(115), 셔터 개폐 기구(115s) 등에 접속되어 있다.
CPU(121a)는, 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독해서 실행함과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라서 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성되어 있다. CPU(121a)는, 판독한 레시피의 내용을 따르도록, MFC(241a 내지 241f)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243a 내지 243f)의 개폐 동작, APC 밸브(244)의 개폐 동작 및 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 히터(207)의 온도 조정 동작, 회전 기구(267)에 의한 보트(217)의 회전 및 회전 속도 조절 동작, 보트 엘리베이터(115)에 의한 보트(217)의 승강 동작, 셔터 개폐 기구(115s)에 의한 셔터(219s)의 개폐 동작 등을 제어하도록 구성되어 있다.
컨트롤러(121)는, 외부 기억 장치(123)에 저장된 상술한 프로그램을, 컴퓨터에 인스톨함으로써 구성할 수 있다. 외부 기억 장치(123)는, 예를 들어 HDD 등의 자기 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB 메모리, SSD 등의 반도체 메모리 등을 포함한다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성되어 있다. 이하, 이들을 총칭하여, 단순히 기록 매체라고도 한다. 본 명세서에서 기록 매체라는 말을 사용한 경우에는, 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우, 또는 그들 양쪽을 포함하는 경우가 있다. 또한, 컴퓨터에의 프로그램의 제공은, 외부 기억 장치(123)를 사용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 사용해서 행해도 된다.
(2) 기판 처리 공정
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정으로서, 기판으로서의 웨이퍼(200)의 표면에 노출된 제1막으로서의 하지(200a)를 에칭하기 위한 에칭 처리 시퀀스 예, 즉, 에칭 처리에서의 가스 공급 시퀀스 예에 대해서, 주로 도 4, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (k)를 사용해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 기판 처리 장치를 구성하는 각 부의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다.
도 4에 도시하는 가스 공급 시퀀스에서는,
웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 노출된 제1막인 하지(200a)의 적어도 일부에 제1 개질층(200b)을 형성하는 스텝 A와, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급함으로써, 제2 가스와 제1 개질층(200b)을 반응시키는 것, 및 제2 가스에 의해 제1 개질층(200b)을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 하지(200a)의 적어도 일부를 에칭하는 스텝 B
를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 하지(200a)를 에칭한다.
도 4에 도시하는 가스 공급 시퀀스에서는, 각 스텝(즉, 스텝 A 및 스텝 B)을 논 플라스마의 분위기 하에서 행한다.
본 명세서에서는, 상술한 처리 시퀀스를, 편의상, 이하와 같이 나타내는 경우도 있다. 이하의 변형예 등의 설명에서도 마찬가지의 표기를 사용한다.
(제1 가스→제2 가스)×n
본 명세서에서 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 층이나 막의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 층 등의 위에 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 말을 사용한 경우도, 「웨이퍼」라는 말을 사용한 경우와 동의이다.
또한, 본 명세서에서 「하지」라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼의 표면에 형성된 층이나 막을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「하지의 표면」이라는 말을 사용한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼의 표면에 형성된 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「하지의 표면에 층을 형성한다」라고 기재한 경우에는, 웨이퍼 그 자체의 표면에 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼의 표면에 형성된 층 등의 표면에 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다.
(웨이퍼 차지 및 보트 로드)
복수매의 웨이퍼(200)가 보트(217)에 장전(웨이퍼 차지)되면, 셔터 개폐 기구(115s)에 의해 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 개방된다(셔터 오픈). 그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 복수매의 웨이퍼(200)를 지지한 보트(217)는, 보트 엘리베이터(115)에 의해 들어 올려져서 처리실(201) 내에 반입(보트 로드)된다. 이 상태에서, 시일 캡(219)은 O링(220b)을 통해서 매니폴드(209)의 하단을 시일한 상태로 된다. 또한, 웨이퍼(200)의 표면에는, 에칭 처리의 대상인, 제1막으로서의 하지(200a)가 노출된 상태로 되어 있다. 하지(200a)는, 예를 들어 실리콘 질화막(SiN막) 등의 실리콘계 질소 함유막을 포함한다.
(압력 조정 및 온도 조정)
처리실(201) 내, 즉, 웨이퍼(200)가 존재하는 공간이 원하는 압력(진공도)으로 되도록, 진공 펌프(246)에 의해 진공 배기(감압 배기)된다. 이때, 처리실(201) 내의 압력은 압력 센서(245)로 측정되고, 이 측정된 압력 정보에 기초하여 APC 밸브(244)가 피드백 제어된다. 또한, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)가 원하는 처리 온도로 되도록 히터(207)에 의해 가열된다. 이때, 처리실(201) 내가 원하는 온도 분포로 되도록, 온도 센서(263)가 검출한 온도 정보에 기초하여 히터(207)에 대한 통전 정도가 피드백 제어된다. 또한, 회전 기구(267)에 의한 웨이퍼(200)의 회전을 개시한다. 처리실(201) 내의 배기, 웨이퍼(200)의 가열 및 회전은, 모두 적어도 웨이퍼(200)에 대한 처리가 종료될 때까지의 동안에는 계속해서 행하여진다.
(에칭 처리)
그 후, 다음 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 실행한다.
[스텝 A]
스텝 A에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 즉, 표면에 제1막으로서의 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243a)를 개방하여, 가스 공급관(232a) 내에 제1 가스를 흘린다. 제1 가스는, MFC(241a)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249a)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면을 흘러 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스가 공급된다. 또한, 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급하도록 해도 된다.
후술하는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 하지(200a)의 표면을 균일하게 개질시키는 것이 가능하게 된다. 구체적으로는, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 표면에 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스(10)가 공급되면, 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 제1 가스(10)가 흡착해서 제1 개질층(200b)이 형성된다.
또한, 제1 개질층(200b)은, 제1 가스(10)의 분자의 적어도 일부를 하지(200a)의 표면의 적어도 일부에 물리 흡착 또는 화학 흡착시키는 것(이하, 흡착에 의한 개질이라고도 함) 및 제1 가스(10)의 분자의 적어도 일부와 하지(200a)의 표면의 적어도 일부의 원자 또는 분자의 화학 반응에 의해 화합물을 생성시키는 것(이하, 화합물 생성에 의한 개질이라고도 함) 중 적어도 한쪽에 의해 형성된다. 즉, 본 스텝에서는, 제1 가스(10)를 사용한, 흡착에 의한 개질 및/또는 화합물 생성에 의한 개질에 의해, 하지(200a)의 표면을 개질시키는 것이 가능하게 된다. 도 5의 (a)에서는, 예로서, 제1 가스(10)의 분자의 적어도 일부를 하지(200a)의 표면의 적어도 일부에 흡착시킴으로써 형성된 제1 개질층(200b)을 도시하고 있다.
흡착에 의한 개질에 있어서는, 하지(200a) 중 개질 부분(즉, 제1 개질층(200b)이 형성된 부분)이 후술하는 스텝 B에서 생성시키는 에칭종의 베이스가 된다. 그 때문에, 스텝 B에서 생성시키는 에칭종의 양을, 하지(200a)의 표면에의 제1 가스의 흡착량에 의해 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 마찬가지로, 화합물 생성에 의한 개질에 있어서도, 하지(200a) 중 개질 부분(즉, 제1 개질층(200b)이 형성된 부분)이 후술하는 스텝 B에서 생성시키는 에칭종의 베이스가 된다. 그 때문에, 스텝 B에서 생성시키는 에칭종의 양을, 하지(200a)의 표면에 생성시키는 화합물의 양에 의해 제어하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 후술하는 조건 하라면, 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 제1 개질층(200b)을 형성할 수 있고, 이에 의해, 후술하는 스텝 B에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 에칭종을 생성시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 처리 조건에 따라서는, 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응에 셀프 리미트를 생기게 할 수도 있다. 즉, 처리 조건에 따라서는, 흡착에 의한 개질 반응을 포화시킬 수도 있고, 또한 화합물 생성에 의한 개질 반응을 포화시킬 수도 있다. 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응을 포화시킴으로써, 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 제1 개질층(200b)을 형성하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이에 의해, 후술하는 스텝 B에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 에칭종을 생성시키는 것이 가능하게 된다.
하지(200a)의 표면에의 제1 개질층(200b)의 형성이 완료된 후, 밸브(243a)를 닫아, 처리실(201) 내에의 제1 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급해도 된다. 노즐(249a 내지 249c)로부터 공급되는 불활성 가스는, 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해 처리실(201) 내가 퍼지된다(퍼지). 불활성 가스에 의한 퍼지는, 실시하지 않아도 된다. 상기 퍼지에 의해, 하지(200a)의 표면에 제1 개질층(200b)을 남기고, 웨이퍼(200)에 흡착되지 않은 제1 가스(10) 등이 제거된다.
스텝 A에서 제1 가스를 공급할 때의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 25 내지 400℃, 바람직하게는 50 내지 250℃
처리 압력: 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 50 내지 2660Pa
제1 가스 공급 유량: 1 내지 5000sccm, 바람직하게는 50 내지 2000sccm
제1 가스 공급 시간: 1 내지 3000sec, 바람직하게는 10 내지 1200sec
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 100 내지 5000sccm, 바람직하게는 100 내지 3000sccm
이 예시된다.
여기서, 본 명세서에서의 「25 내지 400℃」와 같은 수치 범위의 표기는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함됨을 의미한다. 따라서, 예를 들어 「25 내지 400℃」란, 「25℃ 이상 400℃ 이하」를 의미한다. 다른 수치 범위에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 처리 온도란 웨이퍼(200)의 온도를 의미하고, 처리 압력이란 처리실(201) 내의 압력을 의미한다. 이하의 설명에서도 마찬가지이다.
상기 처리 조건에 있어서, 처리 온도를 25℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상으로 함으로써, 제1 개질층(200b)을 실용적인 형성 레이트로 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 처리 조건에 있어서, 처리 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하로 함으로써, 제1 가스에 의해 제1막(하지(200a))이 직접적으로 에칭되는 것을 억제하면서, 제1 개질층(200b)을 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 스텝에서는, 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응을 포화시키는 것이 가능하게 되는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급할 수 있다. 이에 의해, 제1 개질층(200b)을 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 형성하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 처리 온도를 250℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 150℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응을 포화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이러한 처리 온도로 한 경우에도, 처리 온도 이외의 조건을 조정(예를 들어, 제1 가스 공급 시간을 짧게 하거나, 처리 압력을 낮게 하는 등)함으로써, 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응을 불포화로 할 수도 있다.
또한, 상기 처리 조건은, 제1 가스가 단독으로 존재한 경우(즉, 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스가 단독으로 공급된 경우, 이하, 마찬가지임)에, 하지(200a)의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건이라고 할 수도 있다. 또한, 상기 처리 조건은, 제2 가스가 단독으로 존재한 경우(즉, 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스가 단독으로 공급된 경우, 이하, 마찬가지임)에, 하지(200a)의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건이기도 하다.
스텝 A에서의 불활성 가스에 의한 퍼지의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 25 내지 400℃, 바람직하게는 50 내지 250℃
처리 압력: 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 50 내지 1330Pa
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 100 내지 5000sccm, 바람직하게는 500 내지 3000sccm
불활성 가스 공급 시간: 1 내지 600sec, 바람직하게는 10 내지 120sec
이 예시된다.
스텝 A에서 사용하는 제1 가스로서는, 제1막인 하지(200a)의 표면을 개질 가능한 가스라면 특별히 제한은 없다.
제1 가스로서는, 예를 들어 실리콘(Si) 함유 가스, 금속 함유 가스, 산소(O) 함유 가스, 질소(N) 및 수소(H) 함유 가스, 보론(B) 함유 가스, 인(P) 함유 가스, 할로겐 함유 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 Si 함유 가스로서는, 예를 들어 Si와 아미노기를 포함하는 가스인 아미노실란계 가스를 사용할 수 있다.
여기서, 아미노기란, 1개의 질소(N) 원자에, 1개 이상의 탄소(C) 원자를 포함하는 탄화수소기가 1개 또는 2개 배위한 관능기(NH2로 표현되는 아미노기의 H의 한쪽 또는 양쪽을 1개 이상의 C 원자를 포함하는 탄화수소기로 치환한 관능기)이다. 아미노기의 일부를 구성하는 탄화수소기가 1개의 N에 2개 배위하고 있을 경우에는, 그 2개가 동일한 탄화수소기이어도 되고, 다른 탄화수소기이어도 된다. 탄화수소기는, 알킬기와 같이 단결합을 포함하고 있어도 되고, 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 포함하고 있어도 된다. 아미노기는 환형 구조를 갖고 있어도 된다. 아미노기는, 아미노실란 분자의 중심 원자인 Si에 결합하고 있으므로, 아미노실란에서의 아미노기를, 리간드(배위자) 또는 아미노 리간드라고 칭할 수도 있다. 아미노실란계 가스는, Si와 아미노기를 포함하는 것 외에, 추가로 탄화수소기를 포함하고 있어도 된다. 탄화수소기는, 알킬기와 같이 단결합을 포함하고 있어도 되고, 이중 결합이나 삼중 결합 등의 불포화 결합을 포함하고 있어도 된다. 탄화수소기는 환형 구조를 갖고 있어도 된다. 탄화수소기는, 아미노실란 분자의 중심 원자인 Si에 결합하고 있어도 되고, 그 경우, 아미노실란에서의 탄화수소기를, 리간드 또는 탄화수소 리간드라고 칭할 수도 있다. 그 탄화수소기가 알킬기일 경우에는, 이 탄화수소기를 알킬 리간드라고 칭할 수도 있다. 이하, 알킬기를 R로 나타내는 경우도 있다.
아미노실란계 가스로서는, 예를 들어 디메틸아미노트리메틸실란((CH3)2NSi(CH3)3, 약칭: DMATMS) 가스, 디에틸아미노트리메틸실란((C2H5)2NSi(CH3)3, 약칭: DEATMS) 가스, 디에틸아미노트리에틸실란((C2H5)2NSi(C2H5)3, 약칭: DEATES) 가스, 디메틸아미노트리에틸실란((CH3)2NSi(C2H5)3, 약칭: DMATES) 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, DMATMS, DEATMS, DEATES, DMATES 등의 중심 원자인 Si에는, 1개의 아미노기(디메틸아미노기나 디에틸아미노기)가 결합하고 있는 것 외에, 3개의 알킬기(메틸기나 에틸기)가 결합하고 있다. 즉, DMATMS, DEATMS, DEATES, DMATES 등은, 1개의 아미노 리간드와, 3개의 알킬 리간드를 포함하고 있다.
아미노실란계 가스로서는, 이들 외에, 하기 식 [1]로 표현되는 아미노실란 화합물의 가스를 사용할 수 있다.
SiAx[(NB2)(4-x)]
[1]
식 [1] 중, A는, H 원자, 알킬기 또는 알콕시기를 나타내고, B는, H 원자 또는 알킬기를 나타내고, x는 1 내지 3의 정수를 나타낸다. A로 표현되는 알킬기는, 탄소수 1 내지 5의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 내지 4의 알킬기가 보다 바람직하다. A로 표현되는 알킬기는, 직쇄상이어도 되고, 분지상이어도 된다. A로 표현되는 알킬기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다. A로 표현되는 알콕시기는, 탄소수 1 내지 5의 알콕시기가 바람직하고, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기가 보다 바람직하다. A로 표현되는 알콕시기 중의 알킬기는, 상기 A로 표현되는 알킬기와 마찬가지이다. x가 2 또는 3인 경우, 2개 또는 3개의 A는, 동일하여도 되고 달라도 된다. B로 표현되는 알킬기는, 상기 A로 표현되는 알킬기와 마찬가지이다. 또한, 2개의 B는 동일하여도 되고 달라도 되며, x가 1 또는 2인 경우, 복수의 (NB2)는 동일하여도 되고 달라도 된다. 또한, 2개의 B가 결합해서 환 구조를 형성하고 있어도 되고, 형성된 환 구조는 또한 알킬기 등의 치환기를 갖고 있어도 된다.
식 [1]로 표현되는 아미노실란계 가스로서는, 예를 들어 식 [1] 중의 A가 H 원자이며, B가 알킬기이며, x가 3인(즉, 1분자 중에 1개의 아미노기를 포함하는 아미노실란 화합물임) 모노아미노실란(SiH3(NR2), 약칭: MAS) 가스, 식 [1] 중의 A가 H 원자이며, B가 알킬기이며, x가 2인(즉, 1분자 중에 아미노기를 2개 포함하는 아미노실란 화합물임) 비스아미노실란(SiH2(NR2)2, 약칭: BAS) 가스, 식 [1] 중의 A가 H 원자이며, B가 알킬기이며, x가 1인(1분자 중에 아미노기를 3개 포함하는 아미노실란 화합물임) 트리스아미노실란(SiH(NR2)3, 약칭: TAS) 가스를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 아미노실란계 가스로서는 MAS 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 제1 가스로서 MAS 가스를 사용함으로써, 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면을 보다 균일하면서 또한 충분히 개질시키는 것이 가능하게 된다.
상기 MAS 가스로서는, 예를 들어 에틸메틸아미노실란(SiH3[N(CH3)(C2H5)]) 가스, 디메틸아미노실란(SiH3[N(CH3)2]) 가스, 디이소프로필아미노실란(SiH3[N(C3H7)2]) 가스, 디세컨더리부틸아미노실란(SiH3[H(C4H9)2]) 가스, 디메틸피페리디노실란(SiH3[NC5H8(CH3)2]) 가스, 디에틸피페리디노실란(SiH3[NC5H8(C2H5)2]) 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다. 본 명세서에서, MAS 가스는, 1분자 중에 1개의 아미노기를 갖는 아미노실란 화합물의 가스이면 되고, 상기 SiH3(NR2)로 표현되는 구조 이외의 구조를 갖는 것도 포함한다. 예를 들어, 상술한 DMATMS, DEATMS, DEATES, DMATES도, 1분자 중에 1개의 아미노기를 포함하는 아미노실란 화합물이므로, 이것들도 MAS 가스에 포함할 수 있다. 또한, 상술한 DMATMS, DEATMS, DEATES, DMATES는, 식 [1] 중의 A가 알킬기이며, B가 알킬기이며, x가 3인 아미노실란 화합물이다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 Si 함유 가스로서는, 예를 들어 Si와 할로게노기를 포함하는 가스인 할로실란계 가스를 사용할 수 있다. 할로게노기로서는, 플루오로기, 클로로기, 브로모기, 요오드기 중 적어도 어느 것을 포함하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 클로로기를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 할로실란계 가스는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 중 적어도 어느 것을 포함하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 Cl을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 할로실란계 가스로서는, 예를 들어 헥사클로로디실란(Si2Cl6) 가스, 테트라클로로실란(SiCl4) 가스, 트리클로로실란(SiHCl3) 가스, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스, 모노클로로실란(SiH3Cl) 가스 등의 클로로실란계 가스, 테트라플루오로실란(SiF4) 가스, 디플루오로실란(SiH2F2) 가스 등의 플루오로실란계 가스, 테트라브로모실란(SiBr4) 가스, 디브로모실란(SiH2Br2) 가스 등의 브로모실란계 가스, 테트라요오도실란(SiI4) 가스, 디요오드 실란(SiH2I2) 가스 등의 요오도실란계 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
또한, 할로실란계 가스로서는, 알킬할로실란계 가스를 사용할 수도 있다. 알킬할로실란계 가스로서는, 예를 들어 디메틸디클로로실란((CH3)2SiCl2) 가스, 트리메틸클로로실란((CH3)3SiCl) 가스 등의 알킬클로로실란계 가스, 디메틸디플루오로실란((CH3)2SiF2) 가스, 트리메틸플루오로실란((CH3)3SiF) 가스 등의 알킬플루오로실란계 가스, 디메틸디브로모실란((CH3)2SiBr2) 가스, 트리메틸브로모실란((CH3)3SiBr) 가스 등의 알킬브로모실란계 가스, 디메틸디요오도실란((CH3)2SiI2) 가스, 트리메틸요오도실란((CH3)3SiI) 가스 등의 알킬요오도실란계 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 Si 함유 가스로서는, 예를 들어 Si와 H를 포함하는 가스, 즉, 수소화규소 가스를 사용할 수 있다. 수소화규소 가스로서는, 예를 들어 모노실란(SiH4) 가스, 디실란(Si2H6) 가스, 트리실란(Si3H8) 가스, 테트라실란(Si4H10) 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 금속 함유 가스로서는, 예를 들어 금속과 아미노기를 포함하는 가스나, 금속과 할로게노기를 포함하는 가스 등을 사용할 수 있다. 할로게노기로서는, 플루오로기, 클로로기, 브로모기, 요오드기 중 적어도 어느 것을 포함하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 클로로기를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 금속과 할로게노기를 포함하는 가스는, F, Cl, Br, I 중 적어도 어느 것을 포함하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 Cl을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이들 가스로서는, 예를 들어 테트라키스(디메틸아미노)티타늄(Ti[N(CH3)2]4) 가스, 테트라키스(디에틸아미노)티타늄(Ti[N(C2H5)2]4) 가스, 테트라플루오로티타늄(TiF4) 가스, 테트라클로로티타늄(TiCl4) 가스, 테트라브로모티타늄(TiBr4) 가스, 테트라요오도티타늄(TiI4) 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 O 함유 가스로서는, 예를 들어 산소(O2) 가스, 일산화질소(NO) 가스, 이산화질소(NO2) 가스, 아산화질소(N2O) 가스, 오존(O3) 가스, 수증기(H2O 가스), 과산화수소(H2O2) 가스, O2 가스+H2 가스, O3 가스+H2 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 N 및 H 함유 가스로서는, 예를 들어 암모니아(NH3) 가스, 히드라진(N2H4) 가스, 디아젠(N2H2) 가스, 모노메틸히드라진(CH3HN2H2) 가스, 디메틸히드라진((CH3)2N2(CH3)H) 가스, 트리메틸히드라진((CH3)3N2H2) 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 B 함유 가스, P 함유 가스로서는, 예를 들어 B 및 H 함유 가스, P 및 H 함유 가스 등을 사용할 수 있다. 이들 가스로서는, 디보란(B2H6) 가스, 포스핀(PH3) 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
제1 가스의 예로서 예시되어 있는 할로겐 함유 가스로서는, 예를 들어 C 및 F 함유 가스, Cl 및 F 함유 가스, F 함유 가스, N 및 F 함유 가스, N, F 및 O 함유 가스, N, Cl 및 O 함유 가스 등을 사용할 수 있다. 이들 가스로서는, 예를 들어 테트라플루오로 메탄(CF4) 가스, 헥사플루오로에탄(C2F6) 가스, 옥타플루오로프로판(C3F8) 가스, 일불화염소(ClF) 가스, 삼불화염소(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스, 삼불화질소(NF3) 가스, 불화니트로실(FNO) 가스, 삼불화니트로실(F3NO) 가스, 불화니트로일(FNO2) 가스, 염화니트로실(ClNO) 가스, NF3 가스+NO 가스, F2 가스+NO 가스, ClF 가스+NO 가스, ClF3 가스+NO 가스 등을 들 수 있고, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 「NF3 가스+NO 가스」와 같은 2개의 가스의 병기 기재는, NF3 가스와 NO 가스의 혼합 가스를 의미하고 있다. 혼합 가스를 공급하는 경우에는, 2개의 가스를 공급관 내에서 혼합(프리믹스)시킨 후, 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 되고, 2개의 가스를 다른 공급관으로부터 따로따로 처리실(201) 내에 공급하여, 처리실(201) 내에서 혼합(포스트 믹스)시키도록 해도 된다.
또한, FNO 가스 등과 같이 보관이 어려운 가스는, 예를 들어 F2 가스와 NO 가스를, 기판 처리 장치에 설치된 공급관 내나 노즐 내에서 혼합시킴으로써 생성시켜, 공급관 내나 노즐 내에서 생성시킨 FNO 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 기판 처리 장치에 가스 혼합실을 설치하여, 가스 혼합실 내에서 F2 가스와 NO 가스를 혼합시킴으로써 FNO 가스를 생성시켜, 가스 혼합실 내에서 생성시킨 FNO 가스를, 공급관이나 노즐을 통해서 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 된다.
스텝 A에서 사용하는 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소(N2) 가스 외에, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스, 네온(Ne) 가스, 크세논(Xe) 가스 등의 희가스를 사용할 수 있다. 불활성 가스로서는, 후술하는 각 스텝에서도 마찬가지의 것을 사용할 수 있다.
[스텝 B]
스텝 B에서는, 스텝 A가 종료된 후, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 즉, 하지(200a)의 표면에 제1 개질층(200b)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급한다. 상술한 바와 같이, 제2 가스는, 제1 가스와는 분자 구조가 다른 가스이다.
구체적으로는, 밸브(243b)를 개방하여, 가스 공급관(232b) 내에 제2 가스를 흘린다. 제2 가스는, MFC(241b)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249b)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면을 흘러 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스가 공급된다. 또한, 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급하도록 해도 된다.
후술하는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급함으로써, 하지(200a)의 표면에 형성된 제1 개질층(200b)으로부터 에칭종이 생성된다. 구체적으로는, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 하지(200a)의 표면에 제1 개질층(200b)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스(20)가 공급되면, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제2 가스(20)에 의해 제1 개질층(200b)(여기에서는 하지(200a)의 표면에 흡착된 제1 가스(10))이 활성화되어, 에칭종(200c)이 생성된다.
또한, 에칭종(200c)은, 제2 가스와 제1 개질층(200b)을 반응시키는 것, 및 제2 가스에 의해 제1 개질층(200b)을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 생성된다. 전자와 같이 에칭종(200c)을 생성시키는 것을, 이하, 반응에 의한 에칭종 생성이라고도 한다. 후자와 같이 에칭종(200c)을 생성시키는 것을, 이하, 활성화에 의한 에칭종 생성이라고도 한다. 즉, 본 스텝에서는, 반응에 의한 에칭종 생성 및/또는 활성화에 의한 에칭종 생성에 의해, 하지(200a)의 표면에 에칭종(200c)이 생성되게 된다. 또한, 에칭종(200c)은, 층형으로 형성되는 제1 개질층(200b)을 베이스로 해서 생성되어, 층형으로 존재하게 되므로, 에칭종(200c)을, 에칭종을 포함하는 층(200c), 에칭종 함유층(200c), 혹은 단순히 에칭종층(200c)이라고 칭할 수도 있다. 도 5의 (c)는, 예로서, 하지(200a)의 표면에 흡착된 제1 가스(10)를 제2 가스(20)에 의해 활성화시킴으로써 생성시킨 에칭종(200c), 즉, 에칭종을 포함하는 층(200c)을 도시하고 있다.
하지(200a)의 표면에 에칭종(200c)이 생성되면, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 하지(200a)의 표면의 일부가 에칭종(200c)에 의해 에칭된다. 하지(200a)의 표면의 일부가 에칭종(200c)에 의해 에칭될 때는, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 그 에칭 반응의 과정에서, 예를 들어 부생성물인 제1 생성물(12)이 생성된다. 이때, 부생성물로서, 제1 생성물(12) 이외에, 제2 생성물(14)도 생성되는 경우가 있다. 이하, 부생성물로서, 제1 생성물(12)과 제2 생성물(14)이 생성되는 경우에 대해서 설명한다.
하지(200a)의 표면의 일부가 에칭종(200c)에 의해 에칭될 때, 부생성물인 제1 생성물(12)과 제2 생성물(14)이 생성되면, 예를 들어 도 5의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제1 생성물(12)은 하지(200a)의 표면으로부터 탈리한다. 이때, 제2 생성물(14)은 하지(200a)의 표면에 잔류한다. 또한, 이때, 제2 생성물(14)의 일부가 하지(200a)의 표면으로부터 탈리하기도 한다. 또한, 이때, 제2 생성물(14)은, 하지(200a)의 표면으로부터의 탈리와 하지(200a)의 표면에의 흡착을 반복하는 거동을 나타내기도 한다. 도 5의 (e)는, 일례로서, 제2 생성물(14)의 하지(200a)의 표면으로부터의 탈리와 하지(200a)의 표면에의 흡착을 도시하고 있다. 그 후, 제2 생성물(14)은, 도 5의 (f)에 도시하는 바와 같이, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 잔류 및/또는 흡착된 상태로 된다.
이와 같이, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게, 제2 생성물(14)이 잔류 및/또는 흡착되면, 도 5 (g)에 도시하는 바와 같이, 제2 생성물(14)과, 제2 가스(20)와, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a) 중 적어도 어느 것이 반응하여, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된다. 예를 들어, 제2 개질층(200d)은, 제2 생성물(14) 및 제2 가스(20)와, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)가 반응함으로써 형성되는 경우가 있다. 또한, 예를 들어 제2 개질층(200d)은, 제2 생성물(14)과, 제2 가스(20)와, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)가 반응함으로써 형성되는 경우가 있다.
하지(200a)가 예를 들어 SiN막 등의 실리콘계 질소 함유막이며, 제1 가스 및 제2 가스 중 적어도 어느 것이 상술한 할로겐 함유 가스일 경우, 제1 개질층(200b)은 할로겐 함유 가스의 흡착층으로 되는 경우가 있다. 이 경우, 제1 생성물(12)로서, 예를 들어 질소, 할로겐, 실리콘 중 적어도 어느 것을 포함하는 물질이 생성되는 경우가 있고, 제2 생성물(14)로서, 예를 들어 질소, 산소, 실리콘, 할로겐 중 적어도 어느 것을 포함하는 물질이 생성되는 경우가 있다. 또한, 이 경우, 제2 개질층(200d)은, 실리콘과 산소와 할로겐을 포함하는 물질로 되는 경우가 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 스텝에서는, 부생성물로서, 제2 생성물(14)이 생성되지 않는 경우도 있으며, 이 경우에는, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성되지 않는다.
상기한 바와 같이 본 스텝에서는, 제2 가스에 의해, 제1 개질층(200b)을 베이스로 해서 에칭종(200c)을 생성하고, 생성된 에칭종(200c)으로 하지(200a)의 표면의 일부를 에칭한다. 이러한 처리를 거침으로써, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 높이는 것이 가능하게 된다.
이것은, 본 방법이, 에칭 가스에 의해 에칭 대상의 막(여기서는, 하지(200a))을 직접 에칭하는 방법이 아니어서, 에칭 대상의 막의 형상에 기인한 가스 분압(≒공급량)의 분포에 의한 영향을 받기 어렵기 때문이다.
본 방법에서는, 스텝 B에서 생성시키는 에칭종(200c)의 양을 제어함으로써, 하지(200a)의 에칭양을 제어할 수 있다. 또한, 에칭종(200c)의 양은, 스텝 A에서의 제1 가스의 하지(200a)의 표면에의 흡착량이나, 스텝 A에서 하지(200a)의 표면에 생성하는 화합물의 양에 의해 제어할 수 있다. 즉, 에칭종(200c)의 양은, 스텝 A에서 형성하는 제1 개질층(200b)의 양, 즉 제1 개질층(200b)의 두께, 즉, 스텝 A에서의 하지(200a)의 개질량에 의해 제어할 수 있다. 그리고, 스텝 A에서는, 제1 개질층(200b)이 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 형성됨으로써, 스텝 B에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에 균일하게 에칭종을 생성시킬 수 있어, 하지(200a)의 에칭양의 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이에 의해, 컨포멀한 에칭 처리가 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 스텝 A에서는, 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응에 셀프 리미트를 생기게 할 수도 있다. 즉, 스텝 A에서는, 흡착에 의한 개질 반응을 포화시킬 수도 있고, 또한 화합물 생성에 의한 개질 반응을 포화시킬 수도 있다. 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응을 포화시킴으로써, 제1 개질층(200b)이 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 형성되도록 할 수 있다. 이에 의해, 스텝 B에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 에칭종을 생성시킬 수 있어, 하지(200a)의 에칭양의 균일성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이에 의해 더욱 컨포멀한 에칭 처리가 가능하게 된다. 또한, 이 개질 반응을 포화시키는 방법으로서는, 화합물 생성에 의한 개질 반응을 포화시키는 방법보다도, 흡착에 의한 개질 반응을 포화시키는 방법쪽이, 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 스텝 B에서 생성시키는 에칭종(200c)의 양은, 스텝 A에서 형성하는 제1 개질층(200b)의 양에 의존한다. 즉, 스텝 B에서, 제1 개질층(200b)을 베이스로 한 에칭종(200c)의 생성 반응이 완료된 후에는, 더 이상 제2 가스를 공급해도 에칭종(200c)이 생성되지 않는다. 즉, 스텝 B에서, 제1 개질층(200b) 모두를 에칭종으로 변환시킨 후, 혹은, 제1 개질층(200b)에 에칭종으로 변환시키는 성분이 소실된 후에는, 더 이상 제2 가스를 공급해도 에칭종(200c)이 생성되지 않는다. 이와 같이, 본 방법에서는, 스텝 A에서의 개질 반응을 포화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스텝 B에서의 에칭종(200c)의 생성 반응도 포화시킬 수 있다. 또한, 스텝 A에서의 개질 반응 및/또는 스텝 B에서의 에칭종(200c)의 생성 반응을 불포화로 할 수도 있고, 이에 의해, 에칭양을 보다 치밀하면서 또한 미세하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
에칭종(200c)에 의한 하지(200a)의 표면의 일부의 에칭이 종료되고, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 후, 밸브(243b)를 닫아, 처리실(201) 내에의 제2 가스(20)의 공급을 정지한다. 그리고, 스텝 A에서의 퍼지와 마찬가지의 처리 수순에 의해, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 스텝 A와 마찬가지로, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급하여, 불활성 가스에 의한 퍼지를 실시해도 된다. 상기 퍼지에 의해, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)을 남기고, 처리실(201) 내에 잔류하는 제2 가스 등이 제거된다.
스텝 B에서 제2 가스를 공급할 때의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 25 내지 400℃, 바람직하게는 50 내지 250℃
처리 압력: 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 50 내지 2660Pa
제2 가스 공급 유량: 1 내지 5000sccm, 바람직하게는 50 내지 2000sccm
제2 가스 공급 시간: 1 내지 3000sec, 바람직하게는 10 내지 1200sec
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 100 내지 5000sccm, 바람직하게는 100 내지 3000sccm
이 예시된다.
상기 처리 조건에 있어서, 처리 온도를 25℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상으로 함으로써, 반응에 의한 에칭종 생성 및/또는 활성화에 의한 에칭종 생성이 가능하게 된다. 또한, 상기 처리 조건에 있어서, 처리 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하로 함으로써, 제2 가스(20)에 의해 제1막(하지(200a))이 직접적으로 에칭되는 것을 억제하면서, 에칭종(200c)에 의한 제1막(하지(200a))의 에칭을 촉진시킬 수 있다.
또한, 상기 처리 조건은, 제2 가스가 단독으로 존재한 경우에, 하지(200a)의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건이라고 할 수도 있다. 또한, 상기 처리 조건은, 제1 가스가 단독으로 존재한 경우에, 하지(200a)의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건이기도 하다.
또한, 본 스텝에서는, 제2 가스와 제1 개질층(200b)의 반응이, 제2 가스와 하지(200a)의 반응보다도 지배적으로 생기는(우세한) 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급한다. 이에 의해, 제2 가스로 하지(200a)를 직접 에칭하는 것을 억제하면서, 하지(200a)의 에칭에 기여시킬 에칭종의 생성을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 처리 조건에 있어서, 예를 들어 처리 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 제2 가스와 제1 개질층(200b)의 반응이, 제2 가스와 하지(200a)의 반응보다도 지배적으로 발생하는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 스텝에서는, 제2 가스와 제1 개질층(200b)의 반응이 진행되고, 제2 가스와 하지(200a)의 반응이 진행되지 않는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급할 수도 있다. 이에 의해, 제2 가스로 하지(200a)를 직접 에칭하는 것을 확실하게 억제하면서, 하지(200a)의 에칭에 기여시킬 에칭종의 생성을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 처리 조건에 있어서, 예를 들어 처리 온도를 250℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 150℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 제2 가스와 제1 개질층(200b)의 반응이 진행되고, 제2 가스와 하지(200a)의 반응이 진행되지 않는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 스텝에서는, 제2 가스에 의한 제1 개질층(200b)의 활성화가, 제2 가스에 의한 하지(200a)의 활성화보다도 지배적으로 발생하는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급한다. 이에 의해, 제2 가스로 하지(200a)를 직접 에칭하는 것을 억제하면서, 하지(200a)의 에칭에 기여시킬 에칭종의 생성을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 처리 조건에 있어서, 예를 들어 처리 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 제2 가스에 의한 제1 개질층(200b)의 활성화가, 제2 가스에 의한 하지(200a)의 활성화보다도 지배적으로 발생하는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 스텝에서는, 제2 가스에 의한 제1 개질층(200b)의 활성화가 진행되고, 제2 가스에 의한 하지(200a)의 활성화가 진행되지 않는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급할 수도 있다. 이에 의해, 제2 가스로 하지(200a)를 직접 에칭하는 것을 확실하게 억제하면서, 하지(200a)의 에칭에 기여시킬 에칭종의 생성을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 처리 조건에 있어서, 예를 들어 처리 온도를 250℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 150℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 제2 가스에 의한 제1 개질층(200b)의 활성화가 진행되고, 제2 가스에 의한 하지(200a)의 활성화가 진행되지 않는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 스텝에서는, 에칭종에 의한 하지(200a)의 에칭이, 제2 가스와 하지(200a)의 반응보다도 진행되는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급한다. 이에 의해, 제2 가스로 하지(200a)를 직접 에칭하는 것을 억제하여, 에칭종에 의한 하지(200a)의 에칭 반응이 지배적으로 생기도록 하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 처리 조건에 있어서, 예를 들어 처리 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 에칭종에 의한 하지(200a)의 에칭이, 제2 가스와 하지(200a)의 반응보다도 진행되는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 스텝에서의 처리 조건은, 에칭종에 의한 하지(200a)의 에칭이 진행되고, 제2 가스와 하지(200a)의 반응이 진행되지 않는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급할 수도 있다. 이에 의해, 제2 가스로 하지(200a)를 직접 에칭하는 것을 확실하게 억제하여, 에칭종에 의한 하지(200a)의 에칭 반응이 보다 지배적으로 생기도록 하는 것이 가능하게 된다. 결과로서, 하지(200a)를 에칭할 때의 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 상기 처리 조건에 있어서, 예를 들어 처리 온도를 250℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이하, 보다 바람직하게는 150℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 에칭종에 의한 하지(200a)의 에칭이 진행되고, 제2 가스와 하지(200a)의 반응이 진행되지 않는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 스텝에서는, 에칭종(200c)의 생성 반응을 포화시키는 것이 가능하게 되는 조건 하에서, 웨이퍼(200)에 대하여 제2 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 처리 온도를 400℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하의 소정의 온도로 함으로써, 에칭종(200c)의 생성 반응을 포화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 처리 온도를 200℃ 이하, 150℃ 이하의 소정의 온도로 한 경우에도, 에칭종(200c)의 생성 반응을 포화시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 스텝에서, 제1 개질층(200b) 모두를 에칭종으로 변환시킨 후, 혹은, 제1 개질층(200b)에 에칭종으로 변환시키는 성분이 소실된 후에는, 에칭종(200c)이 생성되지 않게 되므로, 에칭종(200c)의 생성 반응은 비교적 포화시키기 쉽다. 단, 이러한 처리 온도로 한 경우에도, 처리 온도 이외의 조건을 조정(예를 들어, 제2 가스 공급 시간을 짧게 하거나, 처리 압력을 낮게 하는 등)함으로써, 에칭종(200c)의 생성 반응을 불포화로 할 수도 있다.
스텝 B에서의 불활성 가스에 의한 퍼지의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 25 내지 400℃, 바람직하게는 50 내지 250℃
처리 압력: 1 내지 13300Pa, 바람직하게는 50 내지 1330Pa
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 100 내지 5000sccm, 바람직하게는 500 내지 3000sccm
불활성 가스 공급 시간: 1 내지 600sec, 바람직하게는 10 내지 120sec
이 예시된다.
스텝 B에서 사용하는 제2 가스로서는, 제1 개질층(200b)과 반응해서, 및/또는, 제1 개질층(200b)을 활성화시켜서, 에칭종을 생성시키는 것이 가능한 가스라면 특별히 제한은 없다.
제2 가스로서는, 예를 들어 할로겐 함유 가스나 아세틸아세톤계 가스 등을 사용할 수 있다. 할로겐 함유 가스나 아세틸아세톤계 가스로서는, 예를 들어 I 및 F 함유 가스, B 및 Cl 함유 가스, Cl 함유 가스, H 및 Cl 함유 가스, S, O 및 Cl 함유 가스, H 및 F 함유 가스, 금속 및 F 함유 가스, 금속 및 Cl 함유 가스, Cl 및 F 함유 가스, F 함유 가스, N 및 F 함유 가스, N, F 및 O 함유 가스, N, Cl 및 O 함유 가스, C, H 및 O 함유 가스, C, H, F 및 O 함유 가스 등을 사용할 수 있다.
이러한 가스로서는, 예를 들어 칠불화요오드(IF7) 가스, 오불화요오드(IF5) 가스, 삼염화붕소(BCl3) 가스, 염소(Cl2) 가스, 염화수소(HCl) 가스, 염화티오닐(SOCl2) 가스, 불화수소(HF) 가스, 육불화텅스텐(WF6) 가스, 육염화텅스텐(WCl6) 가스, 오염화텅스텐(WCl5) 가스, 일불화염소(ClF) 가스, 삼불화염소(ClF3) 가스, 불소(F2) 가스, 삼불화질소(NF3) 가스, 불화니트로실(FNO) 가스, 삼불화니트로실(F3NO) 가스, 불화니트로일(FNO2) 가스, 염화니트로실(ClNO) 가스, 아세틸아세톤(C5H8O2) 가스, 헥사플루오로아세틸아세톤(C5H2F6O2) 가스 등을 들 수 있으며, 이들 중 1개 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, FNO 가스 등과 같이 보관이 어려운 가스는, 예를 들어 F2 가스와 NO 가스를, 기판 처리 장치에 설치된 공급관 내나 노즐 내에서 혼합시킴으로써 생성시켜, 공급관 내나 노즐 내에서 생성시킨 FNO 가스를 처리실(201) 내에 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 예를 들어 기판 처리 장치에 가스 혼합실을 설치하고, 가스 혼합실 내에서 F2 가스와 NO 가스를 혼합시킴으로써 FNO 가스를 생성시켜, 가스 혼합실 내에서 생성시킨 FNO 가스를, 공급관이나 노즐을 통해서 처리실(201) 내에 공급하도록 해도 된다.
[제2 사이클 이후의 스텝 A]
이미 설명한 바와 같이, 스텝 B에서는, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 제2 사이클 이후의 스텝 A에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 즉, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급한다. 제1 가스의 공급 방법 및 공급 조건은, 상술한 스텝 A와 마찬가지로 할 수 있다.
상술한 조건 하에서, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성된 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 도 5의 (h)에 도시하는 바와 같이, 제2 개질층(200d)의 표면에 제1 가스(10)가 흡착된다. 제2 개질층(200d)의 표면에 제1 가스(10)가 흡착되면, 제1 가스(10)와 제2 개질층(200d)이 반응하여, 도 5의 (i)에 도시하는 바와 같이 제2 개질층(200d)이 제거된다. 제1 가스(10)와 제2 개질층(200d)의 반응의 과정에서 부생성물인 생성물(30)이 생성되어, 제2 개질층(200d)이 제거된 후의 하지(200a)의 표면에 흡착된다. 생성물(30)은, 예를 들어 제1 생성물(12)과 동일한 물질로 되는 경우가 있다.
하지(200a)의 표면에 생성물(30)이 흡착된 후에도, 웨이퍼(200)에 대한 제1 가스(10)의 공급을 계속함으로써, 생성물(30)은, 도 5의 (j)에 도시하는 바와 같이, 하지(200a)의 표면으로부터 탈리한다. 그리고, 하지(200a)의 표면으로부터 생성물(30)이 탈리한 후, 도 5의 (k)에 도시하는 바와 같이, 하지(200a)의 표면이 다시 노출된다.
그리고, 하지(200a)가 다시 노출된 후에도, 웨이퍼(200)에 대한 제1 가스(10)의 공급을 계속함으로써, 도 5의 (a)에 도시하는 상태와 마찬가지로, 하지(200a)의 표면에 제1 가스(10)가 흡착되어 제1 개질층(200b)이 형성된다. 그 후의 처리는, 제1 사이클과 마찬가지로 행하여져서, 제1 사이클과 마찬가지의 반응이 생기게 된다.
또한, 스텝 B에서, 부생성물로서, 제2 생성물(14)이 생성되지 않는 경우에는, 표면의 일부가 에칭된 하지(200a)의 표면에 제2 개질층(200d)이 형성되지 않는다. 이 경우, 제2 사이클 이후의 스텝 A에서도, 제1 사이클에서의 스텝 A와 마찬가지의 반응이 생기게 된다.
[소정 횟수 실시]
상술한 스텝 A 및 스텝 B를 비동시에, 즉, 동기시키지 않고 행하는 사이클을 소정 횟수(n회, n은 1 이상의 정수) 행함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 노출된 하지(200a)를 원하는 깊이로 에칭하는 것이 가능하게 된다. 상술한 사이클은, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 즉, 1사이클당 에칭되는 층의 두께를 원하는 두께보다도 얇게 하여, 에칭에 의해 제거되는 층의 두께가 원하는 두께로 될 때까지, 상술한 사이클을 복수회 반복하는 것이 바람직하다.
(애프터 퍼지 및 대기압 복귀)
하지(200a)의 에칭 처리가 완료된 후, 노즐(249a 내지 249c) 각각으로부터 퍼지 가스로서의 불활성 가스를 처리실(201) 내에 공급하여, 배기구(231a)로부터 배기한다. 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지되어, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스나 반응 부생성물이 처리실(201) 내로부터 제거된다(애프터 퍼지). 그 후, 처리실(201) 내의 분위기가 불활성 가스로 치환되고(불활성 가스 치환), 처리실(201) 내의 압력이 상압으로 복귀된다(대기압 복귀).
(보트 언로드 및 웨이퍼 디스차지)
보트 엘리베이터(115)에 의해 시일 캡(219)이 하강되어, 매니폴드(209)의 하단이 개구된다. 그리고, 처리가 끝난 웨이퍼(200)가 보트(217)에 지지된 상태에서 매니폴드(209)의 하단으로부터 반응관(203)의 외부로 반출(보트 언로드)된다. 보트 언로드 후에는 셔터(219s)가 이동되어, 매니폴드(209)의 하단 개구가 O링(220c)을 통해서 셔터(219s)에 의해 시일된다(셔터 클로즈). 처리가 끝난 웨이퍼(200)는 반응관(203)의 외부로 반출된 후, 보트(217)로부터 취출된다(웨이퍼 디스차지).
(3) 본 양태에 의한 효과
본 양태에 의하면, 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과가 얻어진다.
스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 하지(200a)를 에칭함으로써, 하지(200a)의 에칭양의 제어성을 높일 수 있다. 즉, 제1 가스나 제2 가스에 의해 하지(200a)를 직접 에칭하는 것이 아니라, 스텝 B에서 하지(200a)의 표면에 생성시킨 에칭종(200c)으로 하지(200a)를 에칭한다. 이에 의해, 하지(200a)의 형상에 기인한 가스 분압(≒공급량)의 분포에 의한 영향을 받기 어렵게 할 수 있어, 하지(200a)의 에칭양의 제어성을 높일 수 있다. 이 경우에, 스텝 B에서 하지(200a)의 표면에 발생시키는 에칭종(200c)의 양을 제어함으로써, 하지(200a)의 에칭양을 자유롭게 제어하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 하지(200a)의 에칭양을, 1원자층(1분자층) 이하의 레벨로 제어하는 것도 가능하게 되고, 1원자층(1분자층)을 초과하는 레벨, 예를 들어 수 원자층(수 분자층)의 레벨로 제어하는 것도 가능하게 된다. 또한, 에칭양이 1원자층(1분자층) 이하의 레벨이란, 에칭 두께가 1원자층(1분자층) 또는 1원자층(1분자층) 미만의 레벨임을 의미한다. 에칭양이, 1원자층(1분자층) 미만의 레벨이란, 에칭 두께가 1원자층(1분자층)에 미치지 않는 레벨임을 의미하며, 예를 들어 에칭양이, 반원자층(반분자층)일 경우 등이 이 레벨에 상당한다. 또한, 본 방법에 의하면, 에칭양을 반원자층(반분자층) 이하, 즉, 반원자층(반분자층) 또는 반원자층(반분자층) 미만의 레벨로 제어하는 것도 가능하게 된다.
예를 들어, 웨이퍼(200)의 표면에 트렌치나 홀 등의 3D 구조가 형성되어 있고, 하지(200a)가 그 표면 형상을 따라서 마련되어 있을 경우 등, 가스의 폭로량이 국소적으로 저하되기 쉬운 상황 하에서나, 처리실(201) 내에서의 가스 분압이 장소에 따라서 일정하지 않은 상황 하에서도, 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 하지(200a)를 에칭함으로써, 하지(200a)의 에칭양이 웨이퍼(200)의 면 내에 걸쳐 균일해지도록 미세하게 제어하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이에 의해, 컨포멀한 에칭 처리가 가능하게 된다.
또한, 이러한 효과를 실현하기 위해서도, 제1 가스 및 제2 가스 중 적어도 어느 것이 단독으로 존재한 경우에, 하지(200a)의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건 하에서, 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 가스 및 제2 가스 각각이 단독으로 존재한 경우에, 하지(200a)의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건 하에서, 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하는 것이 보다 바람직하다.
스텝 A에서, 제1 개질층(200b)이 형성된 부분이, 스텝 B에서 하지(200a)의 표면에 생성시키는 에칭종(200c)의 베이스가 되기 때문에, 스텝 B에서 생성시키는 에칭종(200c)의 양, 즉, 에칭양을, 스텝 A에서의 제1 가스의 하지(200a)의 표면에의 흡착량에 의해 제어하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 형성되는 제1 가스의 흡착층(즉, 제1 개질층(200b), 이하, 마찬가지임)의 두께를 1원자층(1분자층) 이하로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양(에칭 두께)을 예를 들어 1원자층(1분자층) 이하의 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 형성되는 제1 가스의 흡착층의 두께를 1원자층(1분자층) 미만으로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양을, 예를 들어 1원자층(1분자층) 미만의 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 형성되는 제1 가스의 흡착층의 두께를, 1원자층(1분자층)을 초과하는 두께로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양을, 예를 들어 1원자층(1분자층)을 초과하는 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 형성되는 제1 가스의 흡착층의 두께를 수 원자층(수 분자층)으로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양을, 예를 들어 수 원자층(수 분자층)의 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다.
스텝 A에서 제1 개질층(200b)이 형성된 부분이, 스텝 B에서 하지(200a)의 표면에 생성시키는 에칭종(200c)의 베이스가 되기 때문에, 스텝 B에서 생성시키는 에칭종(200c)의 양, 즉, 에칭양을, 스텝 A에서 하지(200a)의 표면에 생성시키는 화합물의 양에 의해 제어하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어, 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 생성시키는 화합물의 두께를 1원자층(1분자층) 이하로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양(에칭 두께)을 예를 들어 1원자층(1분자층) 이하의 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 생성시키는 화합물의 두께를 1원자층(1분자층) 미만으로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양을, 예를 들어 1원자층(1분자층) 미만의 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 생성시키는 화합물의 두께를, 1원자층(1분자층)을 초과하는 두께로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양을, 예를 들어 1원자층(1분자층)을 초과하는 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면에 생성시키는 화합물의 두께를 수 원자층(수 분자층)으로 함으로써, 스텝 B에서의 하지(200a)의 에칭양을, 예를 들어 수 원자층(수 분자층)의 레벨로 제어하는 것이 가능하게 된다.
스텝 A에서는, 제1 개질층(200b)을 형성하는 반응, 즉, 개질 반응을 포화시킬 수 있다. 이에 의해, 스텝 A에서, 제1 개질층(200b)이 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 형성되도록 할 수 있다. 그 결과, 스텝 B에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 에칭종을 생성시킬 수 있어, 하지(200a)의 에칭양의 균일성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 그리고 이에 의해 더욱 컨포멀한 에칭 처리가 가능하게 된다. 또한, 이 개질 반응을 포화시키는 방법으로서는, 화합물 생성에 의한 개질 반응을 포화시키는 방법보다도, 흡착에 의한 개질 반응을 포화시키는 방법쪽이, 에칭양의 제어성을 보다 높이는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 스텝 A에서, 흡착에 의한 개질 반응을 포화시킴으로써, 하지(200a)의 표면에 형성되는 제1 가스의 흡착층의 두께를 1원자층(1분자층) 이하로 하는 것이 용이하게 된다.
스텝 B에서는, 하지(200a)의 표면의 일부를 에칭할 뿐만 아니라, 표면의 일부를 에칭한 후의 하지(200a)의 표면에, 제1 가스에 의해 제거 가능한 제2 개질층(200d)을 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 사이클 이후의 스텝 A에서는, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급함으로써 제2 개질층(200d)을 제거하고, 제2 개질층(200d)이 제거됨으로써 노출된 하지(200a)의 표면에 제1 개질층(200b)을 형성할 수 있다. 즉, 제2 사이클 이후의 스텝 A에서는, 스텝 B에서 형성된 제2 개질층(200d)을 제거함과 함께, 하지(200a)의 표면에 제1 개질층(200b)을 형성할 수 있다. 이에 의해, 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 반복하는 경우에 있어서의 전체적인 하지(200a)의 에칭 레이트를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
제1 가스로서는, 제1 가스로서 예시한 상술한 가스 중 1개 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 제2 가스로서는, 제2 가스로서 예시한 상술한 가스 중 1개 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 단, 제1 가스와 제2 가스는 분자 구조가 다른 가스일 필요가 있다. 제1 가스 및 제2 가스가 이러한 조합인 경우에 있어서, 상술한 효과가 특히 현저하게 생기게 된다.
스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써 하지(200a)를 에칭하는 처리를, 논 플라스마의 분위기 하에서 행함으로써, 에칭양의 제어성을 보다 높일 수 있다. 또한, 이 에칭 처리를, 논 플라스마의 분위기 하에서 행함으로써, 웨이퍼(200)나 웨이퍼(200)의 표면 상에 형성되는 막에 대한 플라스마에 의한 대미지를 방지할 수 있다.
<본 개시의 다른 양태>
이상, 본 개시의 양태를 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 개시는 상술한 양태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
예를 들어, 에칭 대상막인 제1막으로서의 하지(200a)는, 실리콘 질화막(SiN막), 실리콘 탄질화막(SiCN막), 질소 풍부한 실리콘 산질화막(SiON막), 질소 풍부한 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 실리콘 붕질화막(SiBN막), 실리콘 붕탄질화막(SiBCN막), 보론 질화막(BN막), 티타늄 질화막(TiN막), 텅스텐 질화막(WN막), 텅스텐막(W막), 몰리브덴막(Mo막), 실리콘막(Si막), 게르마늄막(Ge막), 실리콘 게르마늄막(SiGe막) 중 적어도 어느 것이어도 된다.
또한, 제1막으로서의 SiON막이나 SiOCN막 등의 O 함유막은, N 풍부한 막, 즉, 막 중 O 농도보다도 막 중 N 농도쪽이 높은 막인 것이 바람직하다. 즉, SiON막, SiOCN막은, N 풍부한 SiON막, N 풍부한 SiOCN막인 것이 바람직하다. 제1막이 N 외에, O를 포함하고 있었다고 해도, O 농도보다도 N 농도쪽이 높으면, 상술한 양태의 방법에 의해 제1막을 충분히 에칭하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 제1막으로서의 하지(200a)는, SiN막, SiCN막, N 풍부한 SiON막, N 풍부한 SiOCN막, SiBN막, SiBCN막 등의 실리콘계 질화막(실리콘계 질소 함유막), BN막 등의 보론계 질화막(보론계 질소 함유막), TiN막, WN막 등의 금속계 질화막(금속계 질소 함유막) 등의 질소 함유막 외에, W막, Mo막 등의 금속막(전이 금속막, 전이 금속 단체막)이나, Si막, Ge막, SiGe막 등의 반도체막이어도 된다.
제1막으로서의 하지(200a)가 이들 중 적어도 어느 것의 막이어도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 예를 들어 이하에 나타내는 처리 시퀀스와 같이, 웨이퍼(200)에 대하여 제1 가스를 공급하기 전에, 웨이퍼(200)에 대하여 제3 가스를 공급하는 전처리(스텝 C)를 행하도록 해도 된다. 이에 의해, 예를 들어 웨이퍼(200)의 표면에 노출된 하지(200a)의 표면에의 제1 개질층(200b)의 형성을 촉진시키는 것이 가능하게 된다.
(제3 가스→제1 가스→제2 가스)×n
이하, 스텝 C에서의 처리 수순, 처리 조건에 대해서 설명한다. 또한, 스텝 C 이외의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 양태와 마찬가지로 할 수 있다.
[스텝 C]
스텝 C에서는, 처리실(201) 내의 웨이퍼(200)에 대하여, 즉, 표면에 제1막으로서의 하지(200a)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 제3 가스를 공급한다.
구체적으로는, 밸브(243c)를 개방하여, 가스 공급관(232c) 내에 제3 가스를 흘린다. 제3 가스는, MFC(241c)에 의해 유량 조정되어, 노즐(249c)을 통해서 처리실(201) 내에 공급되고, 웨이퍼(200)의 표면을 흘러 배기구(231a)로부터 배기된다. 이때, 웨이퍼(200)에 대하여 제3 가스가 공급된다. 또한, 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c) 각각을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급하도록 해도 된다.
후술하는 조건 하에서 웨이퍼(200)에 대하여 제3 가스를 공급함으로써, 웨이퍼(200)의 표면에 노출된 하지(200a)의 표면을 전처리하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 하지(200a)의 표면이, 제1 가스의 흡착 사이트로서 기능하도록, 하지(200a)의 표면을 전처리하는 것이 가능하게 된다.
하지(200a)의 표면을 전처리한 후, 밸브(243c)를 닫아, 처리실(201) 내에의 제3 가스의 공급을 정지한다. 그리고, 처리실(201) 내를 진공 배기하여, 처리실(201) 내에 잔류하는 가스 등을 처리실(201) 내로부터 배제한다. 이때, 밸브(243d 내지 243f)를 개방하여, 노즐(249a 내지 249c)을 통해서 처리실(201) 내에 불활성 가스를 공급한다. 노즐(249a 내지 249c)로부터 공급되는 불활성 가스는, 퍼지 가스로서 작용하여, 이에 의해, 처리실(201) 내가 퍼지된다(퍼지). 불활성 가스에 의한 퍼지는 불실시로 해도 된다.
스텝 C에서 제3 가스를 공급할 때의 처리 조건으로서는,
처리 온도: 30 내지 300℃
처리 압력: 5 내지 1000Pa
제3 가스 공급 유량: 10 내지 2000sccm
제3 가스 공급 시간: 5 내지 1800sec
불활성 가스 공급 유량(가스 공급관마다): 0 내지 10000sccm
이 예시된다.
제3 가스로서는, 상술한 전처리가 가능한 가스, 즉, 하지(200a)의 표면에 제1 가스의 흡착 사이트를 형성할 수 있는 가스라면, 특별히 제한은 없다.
제3 가스로서는, 예를 들어 O 및 H 함유 가스를 사용할 수 있다. O 및 H 함유 가스로서는, 예를 들어 H2O 가스나 H2O2 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, O 및 H 함유 가스로서는, O2 가스+H2 가스 등의 O 함유 가스 및 H 함유 가스를 사용할 수 있다. 제3 가스로서 이들 가스를 사용하는 경우, 스텝 C에서는, 하지(200a)의 표면이 수산기(OH)로 종단(終端)된다. 즉, 이 경우, 하지(200a)의 표면에는, 흡착 사이트로서 OH 종단이 형성되게 된다. 하지(200a)의 표면에 흡착 사이트로서 OH 종단이 형성되는 경우, 제1 가스로서는, OH 종단과 반응하는 가스를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 상술한 아미노실란계 가스 등을 사용할 수 있다.
또한, 제3 가스로서는, 예를 들어 N 및 H 함유 가스를 사용할 수 있다. N 및 H 함유 가스로서는, 예를 들어 NH3 가스나 N2H4 가스나 N2H2 가스 등을 사용할 수 있다. 제3 가스로서 이들 가스를 사용하는 경우, 스텝 C에서는, 하지(200a)의 표면이 NH기로 종단된다. 즉, 이 경우, 하지(200a)의 표면에는, 흡착 사이트로서 NH 종단이 형성되게 된다. 하지(200a)의 표면에 흡착 사이트로서 NH 종단이 형성되는 경우, 제1 가스로서는, NH 종단과 반응하는 가스를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 상술한 할로실란계 가스나 알킬할로실란계 가스 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 할로실란계 가스나 알킬할로실란계 가스로서는, 상술한 클로로실란계 가스나 알킬클로로실란계 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 제3 가스로서는, 예를 들어 N 및 H 함유 가스나 N 함유 가스를 플라스마 여기시켜서 사용할 수 있다. 예를 들어, 제3 가스로서, NH3 가스, N2H4 가스, N2H2 가스, N2 가스 등을 플라스마 여기시켜서 사용할 수 있다. 제3 가스로서, N 및 H 함유 가스를 플라스마 여기시켜서 사용하는 경우, 하지(200a)의 표면에 대하여 NH3 *, NH2 *, NH* 등의 활성종(예를 들어 라디칼)을 포함하는 가스가 공급되게 된다. 이 경우, 스텝 C에서는, 하지(200a)의 표면이 NH기로 종단되어, 하지(200a)의 표면에, 흡착 사이트로서 NH 종단이 형성되게 된다. 또한, 제3 가스로서, N 함유 가스를 플라스마 여기시켜서 사용하는 경우, 하지(200a)의 표면에 대하여 N2 *, N* 등의 활성종(예를 들어 라디칼)을 포함하는 가스가 공급되게 된다. 이 경우, 스텝 C에서는, 하지(200a)의 표면이 N으로 종단되어, 하지(200a)의 표면에, 흡착 사이트로서 N 종단이 형성되게 된다. 하지(200a)의 표면에 흡착 사이트로서 NH 종단이 형성되는 경우, 제1 가스로서는, NH 종단과 반응하는 가스를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 상술한 할로실란계 가스나 알킬할로실란계 가스 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 할로실란계 가스나 알킬할로실란계 가스로서는, 상술한 클로로실란계 가스나 알킬클로로실란계 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 하지(200a)의 표면에 흡착 사이트로서 N 종단이 형성되는 경우, 제1 가스로서는, N 종단과 반응하는 가스를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 상술한 아미노실란계 가스 등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 양태에 의하면, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 본 양태에 의하면, 제1 가스의 하지(200a)의 표면에의 흡착을 촉진시킬 수 있고, 이에 의해, 스텝 A에서의 처리 시간을 단축시키는 것도 가능하게 된다. 또한, 스텝 A에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 제1 가스의 흡착층을 형성할 수 있고, 나아가 하지(200a)의 표면에 형성되는 제1 가스의 흡착층의 밀도를 높게 할 수도 있어, 이들에 의해, 스텝 B에서, 하지(200a)의 표면의 면 내에, 보다 균일하게 에칭종을 생성시키는 것이 가능하게 된다. 그리고, 이에 의해 더욱 컨포멀한 에칭 처리가 가능하게 된다.
또한, 본 양태는, 스텝 A에서, 흡착에 의한 개질 반응을 생기게 하는 경우에 특히 유효해진다.
또한, 예를 들어 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 표면에, 제1막으로서의 하지(200a) 외에, 추가로 하지(200a)와는 재질이 다른 제2막으로서의 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여, 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행하도록 해도 된다. 제1막으로서의 하지(200a)는, 예를 들어 실리콘 질화막(SiN막) 등의 실리콘계 질소 함유막을 포함한다. 또한, 제2막으로서의 하지(200e)는, 예를 들어 실리콘 산화막(SiO막) 등의 실리콘계 산소 함유막을 포함한다.
본 양태가 상술한 양태와 다른 점은, 본 양태에서는, 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)를 사용하는 점이며, 본 양태에서의 에칭 처리는, 상술한 양태에서의 에칭 처리와 마찬가지로 행할 수 있다. 즉, 본 양태에서의 에칭 처리의 처리 수순, 처리 조건은, 상술한 양태에서의 에칭 처리의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 도 9의 (b) 및 도 9의 (c)에 도시하는 바와 같이, 하지(200e)에 대하여 하지(200a)를 선택적으로 에칭하는 것이 가능하게 된다. 즉, 표면에 하지(200a) 및 하지(200e)가 노출된 웨이퍼(200)에 대하여 스텝 A와 스텝 B를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 하지(200e)의 에칭을 억제하면서, 하지(200a)의 에칭을 촉진시키는 것이 가능하게 된다. 이것은, 상술한 양태에서의 에칭 처리에서는, 하지(200a)의 표면에서는, 상술한 각종 반응이 생기기는 하지만, 하지(200e)의 표면에서는, 상술한 각종 반응이 생기기 어려운 것이 원인이라고 생각된다. 또한, 도 9의 (b)는 에칭 처리 도중의 웨이퍼(200)의 표면의 상태를 도시하고 있고, 도 9의 (c)는 에칭 처리가 완료된 후의 웨이퍼(200)의 표면의 상태를 도시하고 있다.
본 양태에 의하면, 하지(200a)를 하지(200e)에 대하여 5:1 이상의 선택성으로, 또한 10:1 이상의 선택성으로, 또한 20:1 이상의 선택성으로 에칭할 수 있다. 또한, 본 양태에 의하면, 하지(200a)를 하지(200e)에 대하여 30:1 이상의 선택성으로, 또한 40:1 이상의 선택성으로, 또한 50:1 이상의 선택성으로, 나아가 그것을 초과하는 선택성으로 에칭할 수도 있다. 또한, 본 양태에 의하면, 조건에 따라서는, 하지(200e)를 실질적으로 에칭하지 않고, 하지(200a)를 에칭할 수도 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「하지(200a)를 하지(200e)에 대하여 5:1 이상의 선택성으로 에칭하는」이란, 하지(200e)의 에칭양을 「1」로 했을 때, 하지(200a)의 에칭양이 「5」 이상임을 의미한다.
이와 같이, 본 양태에 의하면, 하지(200e)의 에칭을 억제하면서, 하지(200a)의 에칭을 촉진시킬 수 있어, 하지(200e)에 대하여 하지(200a)를 높은 선택성을 갖고 에칭하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 양태에 의하면, 특정 막을 선택적으로 에칭하는, 소위, 선택 에칭이 가능하게 된다. 또한, 본 양태에 의하면, 선택 에칭에서의 에칭양의 제어성도 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 양태에서는, 하지(200a)는 질화막을 포함하고, 하지(200e)는 질화막 이외의 막(예를 들어 산화막)을 포함하는 것이 바람직하다. 하지(200a)는 실리콘 질화막을 포함하고, 하지(200e)는 실리콘 질화막 이외의 막(예를 들어 실리콘 산화막)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 하지(200a)는 질소 함유막을 포함하고, 하지(200e)는 질소 함유막 이외의 막(예를 들어 산소 함유막)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 하지(200a)는 실리콘 및 질소 함유막을 포함하고, 하지(200e)는 실리콘 및 질소 함유막 이외의 막(예를 들어 실리콘 및 산소 함유막)을 포함하는 것이 바람직하다. 하지(200a) 및 하지(200e)가 이러한 조합인 경우에 있어서, 상술한 효과가 특히 현저하게 생기게 된다. 단, 하지(200a)는, 질화막(실리콘 질화막, 질소 함유막, 실리콘 및 질소 함유막) 이외의 막이어도 된다. 또한, 하지(200e)는, 산화막(실리콘 산화막, 산소 함유막, 실리콘 및 산소 함유막) 이외의 막이어도 된다.
예를 들어, 제1막으로서의 하지(200a)는, 상술한 양태와 마찬가지로, SiN막, SiCN막, N 풍부한 SiON막, N 풍부한 SiOCN막, SiBN막, SiBCN막, BN막, TiN막, WN막, W막, Mo막, Si막, Ge막, SiGe막 중 적어도 어느 것이어도 된다. 또한, 상술한 양태와 마찬가지로, 제1막으로서의 SiON막이나 SiOCN막 등의 O 함유막은, N 풍부한 막, 즉, 막 중 O 농도보다도 막 중 N 농도쪽이 높은 막인 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1막으로서의 하지(200a)는, SiN막, SiCN막, N 풍부한 SiON막, N 풍부한 SiOCN막, SiBN막, SiBCN막 등의 실리콘계 질화막(실리콘계 질소 함유막), BN막 등의 보론계 질화막(보론계 질소 함유막), TiN막, WN막 등의 금속계 질화막(금속계 질소 함유막) 등의 질소 함유막 외에, W막, Mo막 등의 금속막(전이 금속막, 전이 금속 단체막)이나, Si막, Ge막, SiGe막 등의 반도체막이어도 된다.
또한, 제2막으로서의 하지(200e)는, 실리콘 산화막(SiO막), 실리콘 산탄화 막(SiOC막), 산소 풍부한 실리콘 산질화막(SiON막), 산소 풍부한 실리콘 산탄질화막(SiOCN막), 티타늄 산화막(TiO막), 하프늄 산화막(HfO막), 지르코늄 산화막(ZrO막), 알루미늄 산화막(AlO막), 알루미늄막(Al막) 중 적어도 어느 것이어도 된다.
또한, 제2막으로서의 SiON막이나 SiOCN막 등의 O 함유막은, O 풍부한 막, 즉, 막 중 N 농도보다도 막 중 O 농도쪽이 높은 막인 것이 바람직하다. 즉, SiON막, SiOCN막은, O 풍부한 SiON막, O 풍부한 SiOCN막인 것이 바람직하다. 제2막이 O 외에 N을 포함하고 있었다고 해도, N 농도보다도 O 농도쪽이 높으면, 상술한 양태의 방법에 의한 제2막의 에칭을 억제하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 제2막으로서의 하지(200e)는, SiO막, SiOC막, O 풍부한 SiON막, O 풍부한 SiOCN막 등의 실리콘계 산화막(실리콘계 산소 함유막), TiO막, HfO막, ZrO막, AlO막 등의 금속계 산화막(금속계 산소 함유막) 등의 산소 함유막 외에, Al막 등의 금속막(비전이 금속막, 비전이 금속 단체막)이어도 된다.
또한, 예를 들어 웨이퍼(200)의 표면에는, 제1막(하지(200a)) 외에, 제2막(하지(200e)), 제3막 등, 복수의 막이 노출되어 있어도 된다. 웨이퍼(200)의 표면에 노출되는 막(구체적으로는, 제1막, 제2막, 제3막 등)으로서는, 제1막으로서 예시한 막, 제2막으로서 예시한 막 중 어느 것이어도 된다.
예를 들어, 웨이퍼(200)의 표면에 제1막, 제2막, 제3막으로서, 각각 SiN막, SiO막, Si막이 노출되어 있어도 된다. 이 경우, SiO막에 대하여 SiN막, Si막을 선택적으로 에칭하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 웨이퍼(200)의 표면에 제1막, 제2막, 제3막으로서, 각각 SiCN막, SiOC막, AlO막이 노출되어 있어도 된다. 이 경우, SiOC막, AlO막에 대하여 SiCN막을 선택적으로 에칭하는 것이 가능하게 된다. 또한, 예를 들어 웨이퍼(200)의 표면에 제1막, 제2막, 제3막, 제4막으로서, 각각 N 풍부한 SiOCN막, O 풍부한 SiOCN막, N 풍부한 SiON막, O 풍부한 SiON막이 노출되어 있어도 된다. 이 경우, O 풍부한 SiOCN막, O 풍부한 SiON막에 대하여 N 풍부한 SiOCN막, N 풍부한 SiON막을 선택적으로 에칭하는 것이 가능하게 된다. 이러한 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
각 처리에 사용되는 레시피는, 처리 내용에 따라 개별로 준비하여, 전기 통신 회선이나 외부 기억 장치(123)를 통해서 기억 장치(121c) 내에 저장해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 각 처리를 개시할 때, CPU(121a)가, 기억 장치(121c) 내에 저장된 복수의 레시피 중에서 처리 내용에 따라 적정한 레시피를 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1대의 기판 처리 장치로 다양한 에칭 처리를, 재현성 좋게 실현할 수 있게 된다. 또한, 오퍼레이터의 부담을 저감할 수 있어, 조작 미스를 회피하면서, 각 처리를 신속하게 개시할 수 있게 된다.
상술한 레시피는, 새롭게 작성하는 경우에 한하지 않고, 예를 들어 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 변경함으로써 준비해도 된다. 레시피를 변경하는 경우에는, 변경 후의 레시피를, 전기 통신 회선이나 당해 레시피를 기록한 기록 매체를 통해서 기판 처리 장치에 인스톨해도 된다. 또한, 기존의 기판 처리 장치가 구비하는 입출력 장치(122)를 조작하여, 기판 처리 장치에 이미 인스톨되어 있던 기존의 레시피를 직접 변경해도 된다.
상술한 양태에서는, 한번에 복수매의 기판을 처리하는 뱃치식 기판 처리 장치를 사용해서 에칭 처리를 행하는 예에 대해서 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 예를 들어 한번에 1매 또는 수매의 기판을 처리하는 매엽식 기판 처리 장치를 사용해서 에칭 처리를 행하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 상술한 양태에서는, 핫월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 에칭 처리를 행하는 예에 대해서 설명하였다. 본 개시는 상술한 양태에 한정되지 않고, 콜드월형의 처리로를 갖는 기판 처리 장치를 사용해서 에칭 처리를 행하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다.
이러한 기판 처리 장치를 사용하는 경우에도, 상술한 양태와 마찬가지의 처리 수순, 처리 조건에서 각 처리를 행할 수 있고, 상술한 양태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상술한 양태는 적절히 조합해서 사용할 수 있다. 이때의 처리 수순, 처리 조건은, 예를 들어 상술한 양태의 처리 수순, 처리 조건과 마찬가지로 할 수 있다.
[실시예]
(참고예 1)
상술한 기판 처리 장치를 사용하고, 제1 가스를 단독으로 사용하여, 웨이퍼의 표면에 노출된 SiN막 및 SiO막에 대하여 에칭 처리를 행하고, 그것들의 에칭양을 측정하였다. 제1 가스로서는, 상술한 양태에서 제1 가스로서 예시한 불소계 가스의 하나를 사용하였다. 처리 조건은, 처리 온도를 100℃, 250℃, 350℃, 또는 400℃로 한 것 이외에는, 상술한 스텝 A에서의 처리 조건의 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
도 6에, 참고예 1에서의 에칭양의 측정 결과를 나타낸다. 도 6의 횡축은 처리 온도(℃)를 나타내고, 도 6의 종축은 SiN막 및 SiO막의 에칭양(Å)을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 6 중, ■ 표시는 SiO막의 에칭양의 측정 결과를, ● 표시는 SiN막의 에칭양의 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
도 6으로부터, 제1 가스 단독으로의 처리의 경우에는, 처리 온도가 100 내지 250℃에서는 SiN막 및 SiO막의 어느 것에 대해서도 에칭이 진행되지 않는 것을 알 수 있다. 한편, 처리 온도가 250℃를 초과하면, 제1 가스 단독으로의 처리이어도, SiN막에 대해서는 에칭이 진행되고, SiO막에 대해서는 약간 에칭이 진행되는 것을 알 수 있다.
(참고예 2)
상술한 기판 처리 장치를 사용하고, 제2 가스를 단독으로 사용하여, 웨이퍼의 표면에 노출된 SiN막 및 SiO막에 대하여 에칭 처리를 행하고, 그것들의 에칭양을 측정하였다. 제2 가스로서는, 참고예 1에서의 제1 가스와는 분자 구조가 다른 가스이며, 상술한 양태에서 제2 가스로서 예시한 불소계 가스의 하나를 사용하였다. 처리 조건은, 처리 온도를 35℃ 또는 100℃로 한 것 이외에는, 상술한 스텝 B에서의 처리 조건의 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
도 7에, 참고예 2에서의 에칭양의 측정 결과를 나타낸다. 도 7의 횡축은 처리 온도(℃)를 나타내고, 도 7의 종축은 SiN막 및 SiO막의 에칭양(Å)을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 7 중, ■ 표시는 SiO막의 에칭양의 측정 결과를, ● 표시는 SiN막의 에칭양의 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
도 7로부터, 제2 가스 단독으로의 처리의 경우에는, 처리 온도가 35 내지 100℃에서는 SiN막 및 SiO막의 어느 것에 대해서도 에칭이 진행되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 제2 가스 단독으로의 처리의 경우에는, 처리 온도가 100 내지 250℃에서는 SiN막 및 SiO막의 어느 것에 대해서도 에칭이 진행되지 않는 경향이 있는 것을 확인하였다. 또한, 처리 온도가 250℃를 초과하면, 제2 가스 단독으로의 처리이어도, SiN막 및 SiO막의 어느 것에 대해서도 에칭이 약간 진행되고, 처리 온도가 400℃ 이상으로 되면, 제2 가스 단독으로의 처리이어도, SiN막 및 SiO막의 어느 것에 대해서도 에칭이 진행되는 경향이 있는 것을 확인하였다.
(실시예)
상술한 기판 처리 장치를 사용하여, 도 4에 도시하는 처리 시퀀스에 의해, 웨이퍼의 표면에 노출된 SiN막 및 SiO막에 대하여 에칭 처리를 행하고, 그것들의 에칭양을 측정하였다. 제1 가스로서는, 참고예 1에서의 제1 가스와 마찬가지의 가스를 사용하고, 제2 가스로서는, 참고예 2에서의 제2 가스와 마찬가지의 가스를 사용하였다. 처리 조건은, 처리 온도를 100℃로 한 것 이외에는, 상술한 스텝 A, B에서의 처리 조건의 범위 내의 소정의 조건으로 하였다.
도 8에, 실시예에서의 에칭양의 측정 결과를 나타낸다. 비교를 위하여, 참고예 1 및 참고예 2에서의 처리 온도를 100℃로 한 경우의 에칭양도 도 8에 기재하였다. 도 8의 종축은 SiN막 및 SiO막의 에칭양(Å)을 각각 나타내고 있다. 도 8 중, ■ 표시는 SiO막의 측정 결과를, ● 표시는 SiN막의 측정 결과를 각각 나타내고 있다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 처리 온도 100℃에서, 제1 가스 단독으로의 처리(참고예 1)이어도, 제2 가스 단독으로의 처리(참고예 2)이어도, SiN막 및 SiO막의 어느 것에 대해서도 에칭이 진행되지 않는 것을 알 수 있다. 한편, 실시예에서는, 처리 온도 100℃에서, 도 4에 도시하는 처리 시퀀스에 따라서 에칭 처리를 행함으로써, SiO막에 대해서는 에칭이 거의 진행되지 않기는 하지만, SiN막에 대해서는 80Å에 가까운 에칭양이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8에 도시하는 실시예에서는, SiN막을 SiO막에 대하여 35:1 내지 45:1의 선택성으로 에칭할 수 있었음을 알 수 있다.
이러한 에칭양의 차, 즉, 참고예 1, 참고예 2, 및 실시예에서의 SiO막의 에칭양과, 실시예에서의 SiN막의 에칭양의 차는, 적어도 처리 온도 25 내지 250℃의 범위 내에서 마찬가지의 경향이 보인다. 또한, 이러한 에칭양의 차는, 250 내지 400℃의 범위 내에서도 유사한 경향이 보인다. 그 때문에, 도 4에 도시하는 처리 시퀀스에 따라서 에칭 처리를 행할 때는, 처리 온도를 25 내지 400℃의 범위 내에서 행하는 것이 바람직하고, 25 내지 250℃의 범위에서 행하는 것이 보다 바람직하다.
Claims (23)
- (a) 기판에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 표면에 노출된 제1막의 표면의 적어도 일부에 제1 개질층을 형성하는 공정과,
(b) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급함으로써, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층을 반응시키는 것, 및 상기 제2 가스에 의해 상기 제1 개질층을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 상기 제1막의 적어도 일부를 에칭하는 공정
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1막을 에칭하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제1 가스의 분자의 적어도 일부를, 상기 제1막의 표면의 적어도 일부에 물리 흡착 또는 화학 흡착시켜서 상기 제1 개질층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (a)에서는, 상기 제1 가스의 분자의 적어도 일부와, 상기 제1막의 표면의 적어도 일부의 원자 또는 분자의 화학 반응에 의해 화합물을 생성시켜서 상기 제1 개질층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층의 반응이, 상기 제2 가스와 상기 제1막의 반응보다도 지배적으로 발생하는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층의 반응이 진행되고, 상기 제2 가스와 상기 제1막의 반응이 진행되지 않는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 제2 가스에 의한 상기 제1 개질층의 활성화가, 상기 제2 가스에 의한 상기 제1막의 활성화보다도 지배적으로 되는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 제2 가스에 의한 상기 제1 개질층의 활성화가 진행되고, 상기 제2 가스에 의한 상기 제1막의 활성화가 진행되지 않는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 에칭종에 의한 상기 제1막의 적어도 일부의 에칭이, 상기 제2 가스와 상기 제1막의 반응보다도 지배적으로 발생하는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는, 상기 에칭종에 의한 상기 제1막의 적어도 일부의 에칭이 진행되고, 상기 제2 가스와 상기 제1막의 반응이 진행되지 않는 조건 하에서, 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, (b)에서는 추가로, 적어도 일부가 에칭된 상기 제1막의 표면의 적어도 일부에 제2 개질층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 제2 사이클 이후에 있어서의 (a)에서는, 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급함으로써, 상기 제1 가스와 상기 제2 개질층을 반응시켜서 상기 제2 개질층을 제거하고, 상기 제2 개질층이 제거된 상기 제1막의 표면의 적어도 일부에 상기 제1 개질층을 형성하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1막은, 질소 함유막, 전이 금속막 또는 반도체막을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 표면에는 추가로, 제2막이 노출되어 있고,
상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제2막에 대하여 상기 제1막을 선택적으로 에칭하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제13항에 있어서, 상기 제1막은, 질소 함유막, 전이 금속막 또는 반도체막을 포함하고, 상기 제2막은, 산소 함유막 또는 비전이 금속막을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 질소 함유막은, 실리콘계 질소 함유막, 보론계 질소 함유막 또는 금속계 질소 함유막을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 산소 함유막은, 실리콘계 산소 함유막 또는 금속계 산소 함유막을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1막을 상기 제2막에 대하여 5:1 이상의 선택성으로 에칭하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가스는, 실리콘 함유 가스, 금속 함유 가스, 산소 함유 가스, 질소 및 수소 함유 가스, 보론 함유 가스, 인 함유 가스, 할로겐 함유 가스 중 1개 이상을 포함하고,
상기 제2 가스는, 할로겐 함유 가스, 아세틸아세톤계 가스 중 1개 이상을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 논 플라스마의 분위기 하에서 상기 사이클을 소정 횟수 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 가스 및 상기 제2 가스 중 적어도 어느 것이 단독으로 존재한 경우에, 상기 제1막의 에칭 반응이 계속적으로 진행되기 어려운 조건 하에서, 상기 사이클을 소정 횟수 행하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- (a) 기판에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 표면에 노출된 제1막의 표면의 적어도 일부에 제1 개질층을 형성하는 공정과,
(b) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급함으로써, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층을 반응시키는 것, 및 상기 제2 가스에 의해 상기 제1 개질층을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 상기 제1막의 적어도 일부를 에칭하는 공정
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1막을 에칭하는 기판 처리 방법. - 기판이 처리되는 처리실과,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 제1 가스를 공급하는 제1 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판에 대하여 상기 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급하는 제2 가스 공급계와,
상기 처리실 내의 기판의 온도를 조정하는 온도 조정기와,
상기 처리실 내에서, (a) 기판에 대하여 상기 제1 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 표면에 노출된 제1막의 표면의 적어도 일부에 제1 개질층을 형성하는 처리와, (b) 상기 기판에 대하여 상기 제2 가스를 공급함으로써, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층을 반응시키는 것, 및 상기 제2 가스에 의해 상기 제1 개질층을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 상기 제1막의 적어도 일부를 에칭하는 처리를 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1막을 에칭하는 처리를 행하게 하도록, 상기 제1 가스 공급계, 상기 제2 가스 공급계 및 상기 온도 조정기를 제어하는 것이 가능하게 구성되는 제어부
를 갖는 기판 처리 장치. - 기판 처리 장치의 처리실 내에 있어서,
(a) 기판에 대하여 제1 가스를 공급함으로써, 상기 기판의 표면에 노출된 제1막의 표면의 적어도 일부에 제1 개질층을 형성하는 수순과,
(b) 상기 기판에 대하여 상기 제1 가스와는 분자 구조가 다른 제2 가스를 공급함으로써, 상기 제2 가스와 상기 제1 개질층을 반응시키는 것, 및 상기 제2 가스에 의해 상기 제1 개질층을 활성화시키는 것 중 적어도 한쪽에서 에칭종을 생성하여, 이 에칭종에 의해 상기 제1막의 적어도 일부를 에칭하는 수순
을 비동시에 행하는 사이클을 소정 횟수 행함으로써, 상기 제1막을 에칭하는 수순을 컴퓨터에 의해 상기 기판 처리 장치에 실행시키는, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록된 프로그램.
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