KR20240014442A - 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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고키 무카이야마
마주 도무라
요시히데 기하라
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 기판에 부착된 퇴적물을 제거할 수 있는 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
[해결수단] 하나의 예시적 실시형태에서, 에칭 방법은, (a) 하지막과 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 구비하는 기판을 제공하는 공정과, (b) 플라즈마를 이용하여 하지막을 에칭하는 공정과, (c) 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 포함한다.

Description

에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치{ETCHING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 개시의 예시적 실시형태는 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 불소를 함유한 박리액을 이용하여 반도체 기판 상에 부착되어 있는 에칭 잔사물을 제거하는 방법을 개시한다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2003-188139호 공보
본 개시는 기판에 부착된 퇴적물을 제거할 수 있는 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
하나의 예시적 실시형태에서, 에칭 방법은, (a) 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 구비하는 기판을 제공하는 공정과, (b) 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정과, (c) 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 포함한다.
하나의 예시적 실시형태에 의하면, 기판에 부착된 퇴적물을 제거할 수 있는 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치가 제공된다.
도 1은 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 하나의 예시적 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 4는 도 3의 방법이 적용될 수 있는 일례의 기판을 도시하는 단면도이다.
도 5는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 6은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 7은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 8은 하나의 예시적 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 어느 압력 조건 하에서의 기판 지지부의 온도와 퇴적물의 제거량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10의 (a)∼(c)는, 멀티존 온도 제어 기구를 이용하여 온도 제어하면서 퇴적물을 제거하고, 그 후에 에칭한 경우의 기판의 센터 부분과 엣지 부분의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 11은 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다.
도 12는 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다.
도 13은 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다.
도 14는 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다.
도 15는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 16은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 17은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 18은 아미노실란의 구조식의 예를 도시하는 도면이다.
도 19는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 20은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 21은 오목부 깊이와 오목부 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다.
도 22는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 23은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 24는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 25는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 26은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 27은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 28은 불화수소를 공급하는 공정에서의 압력과 온도 관계의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 29는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다.
도 30은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 31은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 32는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시형태에 관해서 상세히 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일하거나 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하기로 한다.
도 1은 플라즈마 처리 시스템의 구성예를 설명하기 위한 도면이다. 일 실시형태에서, 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 시스템은 기판 처리 시스템의 일례이고, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 처리 장치의 일례이다. 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 플라즈마 처리 공간을 갖는다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는, 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 갖는다. 가스 공급구는 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 공간 내에 배치되고, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 갖는다.
플라즈마 생성부(12)는 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에서 형성되는 플라즈마는 용량 결합 플라즈마(CCP; Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron-Cyclotron-resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma) 또는 표면파 플라즈마(SWP: Surface Wave Plasma) 등이라도 좋다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 다양한 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 좋다. 일 실시형태에서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는 100 kHz∼10 GHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 따라서, AC 신호는 RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일 실시형태에서, RF 신호는 100 kHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다.
제어부(2)는 본 개시에서 설명하는 다양한 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기서 설명되는 다양한 공정을 실행하기 위해 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시형태에서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는 처리부(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함하여도 좋다. 제어부(2)는 예컨대 컴퓨터(2a)에 의해 실현된다. 처리부(2a1)는, 기억부(2a2)로부터 프로그램을 독출하고, 독출된 프로그램을 실행함으로써 다양한 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 이 프로그램은, 미리 기억부(2a2)에 저장되어 있어도 좋고, 필요할 때에 매체를 통해 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은 기억부(2a2)에 저장되고, 처리부(2a1)에 의해서 기억부(2a2)로부터 독출되어 실행된다. 매체는 컴퓨터(2a)에 읽어 들일 수 있는 다양한 기억 매체라도 좋고, 통신 인터페이스(2a3)에 접속되어 있는 통신 회선이라도 좋다. 처리부(2a1)는 CPU(Central ProcessingUnit)라도 좋다. 기억부(2a2)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive) 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는 LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통해 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신하여도 좋다.
이하에 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성예에 관해서 설명한다. 도 2는 유도 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성예를 설명하기 위한 도면이다.
유도 결합형 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 유전체창(101)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 지지부(11), 가스 도입부 및 안테나(14)를 포함한다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 안테나(14)는 플라즈마 처리 챔버(10) 위 또는 그 위쪽(즉, 유전체창(101) 위 또는 그 위쪽)에 배치된다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 유전체창(101), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(102) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 갖는다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 접지된다.
기판 지지부(11)는 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(111a)과 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환상 영역(111b)을 갖는다. 웨이퍼는 기판(W)의 일례이다. 본체부(111)의 환상 영역(111b)은 평면에서 볼 때 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환상 영역(111b) 상에 배치된다. 따라서, 중앙 영역(111a)은 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지면이라고도 불리고, 환상 영역(111b)은 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 링 지지면이라고도 불린다.
일 실시형태에서, 본체부(111)는 베이스(1110) 및 정전 척(1111)을 포함한다. 베이스(1110)는 도전성 부재를 포함한다. 베이스(1110)의 도전성 부재는 바이어스 전극으로서 기능할 수 있다. 정전 척(1111)은 베이스(1110) 상에 배치된다. 정전 척(1111)은 세라믹 부재(1111a)와 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되는 정전 전극(1111b)을 포함한다. 세라믹 부재(1111a)는 중앙 영역(111a)을 갖는다. 일 실시형태에서, 세라믹 부재(1111a)는 환상 영역(111b)도 갖는다. 또한, 환상 정전 척이나 환상 절연 부재와 같은, 정전 척(1111)을 둘러싸는 다른 부재가 환상 영역(111b)을 갖더라도 좋다. 이 경우, 링 어셈블리(112)는 환상 정 전척 또는 환상 절연 부재 위에 배치되어도 좋고, 정전 척(1111)과 환상 절연 부재 양쪽 위에 배치되어도 좋다. 또한, 후술하는 RF 전원(31) 및/또는 DC 전원(32)에 결합되는 적어도 하나의 RF/DC 전극이 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되어도 좋다. 이 경우, 적어도 하나의 RF/DC 전극이 바이어스 전극으로서 기능한다. 또한, 베이스(1110)의 도전성 부재와 적어도 하나의 RF/DC 전극이 복수의 바이어스 전극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 정전 전극(1111b)이 바이어스 전극으로서 기능하여도 좋다. 따라서, 기판 지지부(11)는 적어도 하나의 바이어스 전극을 포함한다.
링 어셈블리(112)는 하나 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 일 실시형태에서, 하나 또는 복수의 환상 부재는 하나 또는 복수의 엣지 링과 적어도 하나의 커버 링을 포함한다. 엣지 링은 도전성 재료 또는 절연 재료로 형성되고, 커버 링은 절연 재료로 형성된다.
또한, 기판 지지부(11)는, 정전 척(1111), 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함하여도 좋다. 온도 조절 모듈은 히터, 전열 매체, 유로(1110a) 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다. 유로(1110a)에는 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 일 실시형태에서, 유로(1110a)가 베이스(1110) 내에 형성되고, 하나 또는 복수의 히터가 정전 척(1111)의 세라믹 부재(1111a) 내에 배치된다. 또한, 기판 지지부(11)는, 기판(W)의 이면과 중앙 영역(111a) 사이의 간극에 전열 가스를 공급하도록 구성된 전열 가스 공급부를 포함하여도 좋다.
가스 도입부는, 가스 공급부(20)로부터의 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 가스 도입부는 중앙 가스 주입부(CGI: Center Gas Injector)(13)를 포함한다. 중앙 가스 주입부(13)는 기판 지지부(11) 위쪽에 배치되어, 유전체창(101)에 형성된 중앙 개구부에 부착된다. 중앙 가스 주입부(13)는 적어도 하나의 가스 공급구(13a), 적어도 하나의 가스 유로(13b) 및 적어도 하나의 가스 도입구(13c)를 갖는다. 가스 공급구(13a)에 공급된 처리 가스는 가스 유로(13b)를 통과하여 가스 도입구(13c)로부터 플라즈마 처리 공간(10s) 내에 도입된다. 또한, 가스 도입부는, 중앙 가스 주입부(13)에 더하여 또는 그 대신에, 측벽(102)에 형성된 하나 또는 복수의 개구부에 부착되는 하나 또는 복수의 사이드 가스 주입부(SGI: Side Gas Injector)를 포함하여도 좋다.
가스 공급부(20)는 적어도 하나의 가스 소스(21) 및 적어도 하나의 유량 제어기(22)를 포함하여도 좋다. 일 실시형태에서, 가스 공급부(20)는, 적어도 하나의 처리 가스를, 각각에 대응하는 가스 소스(21)로부터 각각에 대응하는 유량 제어기(22)를 통해 가스 도입부에 공급하도록 구성된다. 각 유량 제어기(22)는 예컨대 매스 플로우 컨트롤러 또는 압력 제어식의 유량 제어기를 포함하여도 좋다. 또한, 가스 공급부(20)는 적어도 하나의 처리 가스의 유량을 변조 또는 펄스화하는 적어도 하나의 유량 변조 디바이스를 포함하여도 좋다.
전원(30)은 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 RF 전원(31)을 포함한다. RF 전원(31)은 적어도 하나의 RF 신호(RF 전력)를 적어도 하나의 바이어스 전극 및 안테나(14)에 공급하도록 구성된다. 이에 따라, 플라즈마 처리 공간(10s)에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마가 형성된다. 따라서, RF 전원(31)은 플라즈마 생성부(12)의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 또한, 바이어스 RF 신호를 적어도 하나의 바이어스 전극에 공급함으로써, 기판(W)에 바이어스 전위가 발생하여, 형성된 플라즈마 내의 이온을 기판(W)으로 끌어 들일 수 있다.
일 실시형태에서, RF 전원(31)은 제1 RF 생성부(31a) 및 제2 RF 생성부(31b)를 포함한다. 제1 RF 생성부(31a)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 안테나(14)에 결합되어, 플라즈마 생성용의 소스 RF 신호(소스 RF 전력)를 생성하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 소스 RF 신호는 10 MHz∼150 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에서, 제1 RF 생성부(31a)는 다른 주파수를 갖는 복수의 소스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 하나 또는 복수의 소스 RF 신호는 안테나(14)에 공급된다.
제2 RF 생성부(31b)는, 적어도 하나의 임피던스 정합 회로를 통해 적어도 하나의 바이어스 전극에 결합되어, 바이어스 RF 신호(바이어스 RF 전력)을 생성하도록 구성된다. 바이어스 RF 신호의 주파수는 소스 RF 신호의 주파수와 동일하더라도 다르더라도 좋다. 일 실시형태에서, 바이어스 RF 신호는 소스 RF 신호의 주파수보다 낮은 주파수를 갖는다. 일 실시형태에서, 바이어스 RF 신호는 100 kHz∼60 MHz 범위 내의 주파수를 갖는다. 일 실시형태에서, 제2 RF 생성부(31b)는 다른 주파수를 갖는 복수의 바이어스 RF 신호를 생성하도록 구성되어도 좋다. 생성된 하나 또는 복수의 바이어스 RF 신호는 적어도 하나의 바이어스 전극에 공급된다. 또한, 다양한 실시형태에서, 소스 RF 신호 및 바이어스 RF 신호 중 적어도 하나가 펄스화되어도 좋다.
또한, 전원(30)은 플라즈마 처리 챔버(10)에 결합되는 DC 전원(32)을 포함하여도 좋다. DC 전원(32)은 바이어스 DC 생성부(32a)를 포함한다. 일 실시형태에서, 바이어스 DC 생성부(32a)는 적어도 하나의 바이어스 전극에 접속되어 바이어스 DC 신호를 생성하도록 구성된다. 생성된 바이어스 DC 신호는 적어도 하나의 바이어스 전극에 인가된다.
다양한 실시형태에서, 바이어스 DC 신호는 펄스화되어도 좋다. 이 경우, 전압 펄스의 시퀀스가 적어도 하나의 바이어스 전극에 인가된다. 전압 펄스는 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 또는 이들의 조합으로 된 펄스 파형을 갖더라도 좋다. 일 실시형태에서, DC 신호로부터 전압 펄스의 시퀀스를 생성하기 위한 파형 생성부가 바이어스 DC 생성부(32a)와 적어도 하나의 바이어스 전극 사이에 접속된다. 따라서, 바이어스 DC 생성부(32a) 및 파형 생성부는 전압 펄스 생성부를 구성한다. 전압 펄스는 양의 극성을 갖더라도 음의 극성을 갖더라도 좋다. 또한, 전압펄스의 시퀀스는 1 주기 내에 하나 또는 복수의 양극성 전압 펄스와 하나 또는 복수의 음극성 전압 펄스를 포함하여도 좋다. 또한, 바이어스 DC 생성부(32a)는, RF 전원(31)에 더하여 설치되어도 좋고, 제2 RF 생성부(31b) 대신에 설치되어도 좋다.
안테나(14)는 하나 또는 복수의 코일을 포함한다. 일 실시형태에서, 안테나(14)는 동축 상에 배치된 외측 코일 및 내측 코일을 포함하여도 좋다. 이 경우, RF 전원(31)은, 외측 코일 및 내측 코일 양쪽에 접속되어도 좋고, 외측 코일 및 내측 코일 중 어느 한쪽에 접속되어도 좋다. 전자의 경우, 동일한 RF 생성부가 외측 코일 및 내측 코일 양쪽에 접속되어도 좋고, 별개의 RF 생성부가 외측 코일 및 내측 코일에 따로따로 접속되어도 좋다.
배기 시스템(40)은 예컨대 플라즈마 처리 챔버(10)의 바닥부에 형성된 가스 배출구(10e)에 접속될 수 있다. 배기 시스템(40)은 압력 조정 밸브 및 진공 펌프를 포함하여도 좋다. 압력 조정 밸브에 의해서, 플라즈마 처리 공간(10s) 내부의 압력이 조정된다. 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 드라이 펌프 또는 이들의 조합을 포함하여도 좋다.
도 3은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 3에 도시하는 에칭 방법 MT1(이하, 「방법 MT1」이라고 한다)은 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT1은 기판(W)에 적용될 수 있다.
도 4는 도 3의 방법이 적용될 수 있는 일례의 기판을 도시하는 단면도이다. 도 4에 도시하는 것과 같이, 일 실시형태에서, 기판(W)은 하지막(AC)과 하지막(AC) 상에 마련된 마스크(MS)를 구비한다. 마스크(MS)는 개구(MSa)를 갖는다. 개구(MSa)는 홀 패턴 및 라인 패턴 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다. 개구(MSa)의 치수(Critical Dimension)는 100 nm 이하라도 좋다. 개구(MSa)의 치수는 기판(W) 표면을 따라 개구(MSa)를 가로지르는 길이의 최소치이다. 기판(W)은 하지막(AC) 아래에 하지 영역을 갖추더라도 좋다.
마스크(MS)는 실리콘, 금속 및 탄소 중 적어도 하나를 함유하여도 좋다. 마스크(MS)는 실리콘 함유막, 금속 함유막 및 탄소 함유막 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다. 실리콘 함유막의 예는 실리콘산화막, 실리콘질화막 및 실리콘산질화막을 포함한다. 탄소 함유막의 예는 스핀온 카본(SOC)막, 아모르퍼스 카본막 및 레지스트막을 포함한다. 레지스트막의 예는 ArF용 레지스트막, KrF용 레지스트막 및 EUV용 레지스트막을 포함한다. 마스크(MS)는 인 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하여도 좋다.
하지막(AC)은 마스크(MS) 재료와는 다른 재료를 포함하여도 좋다. 하지막(AC)은 실리콘, 금속 및 탄소 중 적어도 하나를 함유하여도 좋다. 하지막(AC)은 실리콘 함유막, 금속 함유막 및 탄소 함유막 중 적어도 하나를 포함하여도 좋다. 실리콘 함유막의 예는 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화막과 실리콘질화막의 적층 구조를 포함하는 막(ON막), 다결정 실리콘막, 아모르퍼스 실리콘막, 실리콘게르마늄(SiGe)막, 실리콘막과 게르마늄막의 적층 구조를 포함하는 막 및 붕소 함유 실리콘막을 포함한다. 실리콘 함유막은 인, 붕소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하여도 좋다. 금속 함유막의 예는 텅스텐 함유막 및 몰리브덴 함유막을 포함한다. 텅스텐 함유막의 예는 텅스텐카바이드(WC)막, WSiN막, 텅스텐실리사이드(WSi)막 및 텅스텐막을 포함한다. 몰리브덴 함유막의 예는 몰리브덴막을 포함한다. 탄소 함유막의 예는 스핀온 카본(SOC)막, 아모르퍼스 카본막 및 레지스트막을 포함한다. 레지스트막의 예는 ArF용 레지스트막, KrF용 레지스트막 및 EUV용 레지스트막을 포함한다. 하지막(AC)은 산소막을 포함하지 않아도 좋다.
이하, 방법 MT1에 관해서, 방법 MT1이 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 기판(W)에 적용되는 경우를 예로 들어, 도 3∼도 7을 참조하면서 설명한다. 도 5∼도 7 각각은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(1)가 이용되는 경우에는, 제어부(2)에 의한 플라즈마 처리 장치(1)의 각 부의 제어에 의해, 플라즈마 처리 장치(1)에서 방법 MT1이 실행될 수 있다. 방법 MT1에서는, 도 2에 도시하는 것과 같이, 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된 기판 지지부(11) 상의 기판(W)을 처리한다.
도 3에 도시하는 것과 같이, 방법 MT1은 공정 ST1∼공정 ST5를 포함할 수 있다. 공정 ST1∼공정 ST5는 순차 실행될 수 있다. 공정 ST1∼공정 ST5는 in-situ로 실시되어도 좋고, 다른 챔버 내에서 실시되어도 좋다. 예컨대 공정 ST1, 공정 ST2 및 공정 ST4가 플라즈마 처리 챔버(10) 내에서 실시되는 한편, 공정 ST3 및 공정 ST5가 플라즈마 처리 챔버(10)와는 다른 챔버 내에서 실시되어도 좋다. 공정 ST3 및 공정 ST5는 배치(batch) 처리 또는 매엽 처리될 수 있다. 방법 MT1은 공정 ST4 및 공정 ST5 중 적어도 하나를 포함하지 않아도 좋다.
(공정 ST1)
공정 ST1에서는 도 4의 기판(W)을 제공한다. 기판(W)은, 도 2에 도시하는 것과 같이 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된 기판 지지부(11) 상에 배치될 수 있다.
(공정 ST2)
공정 ST2에서는, 도 5에 도시하는 것과 같이 플라즈마를 이용하여 하지막(AC)을 에칭한다. 플라즈마는 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 공급되는 제1 처리 가스로부터 생성될 수 있다. 제1 처리 가스는 불소 함유 가스를 포함하여도 좋다. 에칭에 의해, 개구(MSa)에 대응하는 오목부(RS)가 하지막(AC)에 형성되며 또한 마스크(MS)의 개구(MSa)에 퇴적물(DP)이 부착되는 경우가 있다. 퇴적물(DP)은 실리콘 및 산소를 함유하여도 좋다. 퇴적물(DP)은 마스크(MS)의 개구(MSa)를 획정하는 측벽 상에 형성될 수 있다. 퇴적물(DP)에 의해 마스크(MS)의 개구(MSa) 치수(CD)가 감소할 수 있다.
(공정 ST3)
공정 ST3에서는, 도 6 및 도 7에 도시하는 것과 같이 퇴적물(DP)을 제거하도록 마스크(MS)에 불화수소를 공급한다. 하나의 예시적 실시형태에서, 불화수소 가스를 포함하는 제2 처리 가스가 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 공급된다. 불화수소 가스 중의 불화수소 분자(HF1)가 퇴적물(DP)과 반응함으로써, 불화규소 등의 반응 생성물(HF3)이 생성될 수 있다. 반응 생성물(HF3)이 휘발함으로써 퇴적물(DP)이 제거될 수 있다. 하나의 예시적 실시형태에서, 플라즈마를 생성하지 않고서 불화수소 가스를 포함하는 제2 처리 가스가 공급된다. 이 경우, 플라즈마에 의한 마스크(MS)의 에칭을 억제할 수 있다. 그 결과, 마스크(MS)의 변형을 억제할 수 있다. 다른 하나의 예시적 실시형태에서, 불화수소 가스를 포함하는 제2 처리 가스로부터 플라즈마가 생성되어도 좋다. 플라즈마가 생성되는 경우, 소스 고주파 전력은 1000 W 이하라도 좋고, 기판 지지부(11)에 공급되는 바이어스 전력은 0 W라도 좋다.
제2 처리 가스는 수소 함유 가스를 더 포함하여도 좋다. 이에 따라, 마스크(MS)에 수소 함유 가스가 공급될 수 있다. 수소 함유 가스는 산소를 함유하여도 좋다. 수소 함유 가스의 예는 물 또는 수증기(H2O), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 아세트산(CH3COOH) 등의 CxHyOz 가스(x≥0, y, z≥1), 인산(H3PO4), 황산(H2SO4), 과산화수소(H2O2), 질산(HNO3) 및 암모니아(NH3)를 포함한다. 제2 처리 가스는 노블 가스를 더 포함하여도 좋다. 제2 처리 가스에 포함되는 가스 중 불화수소 가스의 유량이 가장 많아도 좋다.
공정 ST3에서의 압력은 13.3 Pa(100 mTorr) 이상이라도 좋고, 40 Pa(300 mTorr) 이상이라도 좋다. 공정 ST3에서의 압력은 불화수소의 포화 증기압 이하라도 좋다. 공정 ST3에서의 압력은 1.33×105 Pa(1000 Torr) 이하라도 좋고, 133 Pa(1 Torr) 이하라도 좋고, 120 Pa(900 mTorr) 이하라도 좋고, 107 Pa(800 mTorr) 이하라도 좋다. 공정 ST3에서의 압력은 13.3 Pa(100 mTorr)∼133 Pa(1 Torr)라도 좋고, 40 Pa(300 mTorr)∼107 Pa(800 mTorr)라도 좋다.
공정 ST3에서, 기판 지지부(11)의 온도는 -80℃ 이상이라도 좋고, -60℃ 이상이라도 좋다. 공정 ST3에서, 기판 지지부(11)의 온도는 100℃ 이하라도 좋고, 50℃ 이하라도 좋고, 40℃ 이하라도 좋고, 30℃ 이하라도 좋고, 20℃ 이하라도 좋다. 공정 ST3에서, 기판 지지부(11)의 온도는 -80℃∼50℃라도 좋고, -60℃∼20℃라도 좋고, 0℃∼40℃라도 좋다.
공정 ST3의 지속 시간은 1초 이상이라도 좋고, 10초 이상이라도 좋고, 1분 이상이라도 좋다. 공정 ST3의 지속 시간은 10분 이하라도 좋고, 5분 이하라도 좋고, 3분 이하라도 좋다.
(공정 ST4)
공정 ST4에서는, 공정 ST2와 마찬가지로 플라즈마를 이용하여 하지막(AC)을 에칭한다.
(공정 ST5)
공정 ST5에서는, 공정 ST3과 마찬가지로 공정 ST4에 의해 형성된 퇴적물(DP)을 제거하도록 마스크(MS)에 불화수소를 공급한다.
공정 ST5 후, 공정 ST2 및 공정 ST3을 더 반복하여도 좋다. 이에 따라, 오목부(RS)를 깊게 할 수 있다.
상기 방법 MT1에 의하면, 공정 ST3 및 공정 ST5에서 불화수소에 의해 퇴적물(DP)을 제거할 수 있다. 퇴적물(DP)은 불화수소와의 화학 반응에 의해서 제거될 수 있다. 퇴적물(DP)을 제거하는 메카니즘은 이하와 같이 생각되지만, 이것에 한정되지 않는다. 공정 ST3 및 공정 ST5에서의 압력이 13.3 Pa(100 mTorr) 이상인 경우, 퇴적물(DP)에 대한 불화수소 분자의 흡착량이 많아지기 때문에 보다 많은 퇴적물(DP)이 제거된다. 혹은 공정 ST3 및 공정 ST5에서 기판 지지부(11)의 온도가 높으면, 불화수소와 퇴적물(DP)의 반응이 촉진되기 때문에, 보다 많은 퇴적물(DP)이 제거된다. 퇴적물(DP)을 제거함으로써 마스크(MS)의 개구(MSa)의 폐색(클로깅)을 억제할 수 있다. 이로써, 공정 ST3 및 공정 ST5에 의해, 도 7에 도시하는 것과 같이 개구(MSa)의 치수(CD)가 커진다.
또한, 불화수소에 의해 마스크(MS)에 대하여 퇴적물(DP)을 선택적으로 제거할 수 있다. 이로써 마스크(MS)의 변형이 억제된다. 그 결과, 도 7에 도시하는 마스크(MS)의 두께(TH) 감소를 억제할 수 있다.
공정 ST3 및 공정 ST5에서, 마스크(MS)에 수소 함유 가스가 공급되는 경우, 수소 함유 가스가 퇴적물(DP)에 대한 불화수소 분자의 흡착을 촉진한다. 이로써 보다 많은 퇴적물(DP)이 제거된다.
도 8은 하나의 예시적 실시형태에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 기판 처리 장치를 이용하여 방법 MT1을 기판(W)에 적용하여도 좋다.
도 8의 기판 처리 장치는 플라즈마 처리 장치(1)와 제어부(2)와 웨트 처리 장치(200)를 구비한다. 기판 처리 장치는 플라즈마 처리 장치(1)와 웨트 처리 장치(200) 사이에서 기판(W)을 반송하는 반송 로봇을 구비하여도 좋다. 제어부(2)는 플라즈마 처리 장치(1) 및 웨트 처리 장치(200)의 각 부를 제어하도록 구성된다. 제어부(2)의 제어에 의해, 도 8의 기판 처리 장치에서 방법 MT1이 실행될 수 있다.
웨트 처리 장치(200)는, 불화수소산을 수용하기 위한 용기(210)와, 린스액을 수용하기 위한 용기(212)와, 순수를 수용하기 위한 용기(214)를 구비할 수 있다. 웨트 처리 장치(200)는 기판(W)을 건조시키기 위한 건조기를 구비하여도 좋다.
웨트 처리 장치(200)는, 플라즈마 처리 장치(1)로부터 반출된 기판(W)을 받아들이기 위한 반입구(216)와, 기판(W)을 플라즈마 처리 장치(1)에 반출하기 위한 반출구(218)와, 기판(W)을 반송하기 위한 반송 로봇(220)을 구비할 수 있다. 반송 로봇(220)은 기판(W)을 반입구(216)로부터 용기(210)에 반송한다. 반송 로봇(220)은 기판(W)을 용기(210)로부터 용기(212)에 반송한다. 반송 로봇(220)은 기판(W)을 용기(212)로부터 용기(214)에 반송한다. 반송 로봇(220)은 기판(W)을 용기(214)로부터 반출구(218)에 반송한다.
도 8의 기판 처리 장치에서 방법 MT1이 실행되는 경우, 공정 ST1, 공정 ST2 및 공정 ST4는 플라즈마 처리 장치(1)에서 실시될 수 있다. 공정 ST3 및 공정 ST5는 웨트 처리 장치(200)에서 실시될 수 있다. 공정 ST3 및 공정 ST5에서, 기판(W)에 불화수소산이 공급된다. 그 결과, 퇴적물(DP)은 불화수소산에 의해 제거된다. 기판(W)은 용기(210) 내에서 불화수소산 중에 침지될 수 있다. 그 후, 기판(W)은 용기(212) 내에서 린스액 중에 침지될 수 있다. 그 후, 기판(W)은 용기(214) 내에서 순수 중에 침지될 수 있다. 그 후, 기판(W)은 웨트 처리 장치(200)의 건조기에서 건조될 수 있다. 혹은 기판(W)은 플라즈마 처리 장치(1)의 플라즈마 처리 챔버(10) 내부의 감압에 의해 건조될 수 있다.
본 실시형태는 기판(W)의 부위와 상관없이 퇴적물(DP)을 균일하게 제거할 수 있다. 이 특성을 응용하여, 퇴적물(DP)의 제거량을 기판(W)의 부위에 따라서 바꿀 수 있다. 예컨대 기판 지지부(11)가 멀티존 온도 제어 기구를 구비하는 경우, 기판(W)의 센터 부분과 엣지 부분에 다른 온도를 부여할 수 있다. 멀티존 온도 제어 기구의 예로서는 US2007/0235134A1의 FIG. 9, WO01/24581A1의 FIG. 6B, FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 7C, FIG. 7D 및 FIG. 7E, 그리고 US2014/0263274A1의 FIG. 2, US2022/0205105A1의 FIG. 18, FIG. 19, FIG. 20 및 FIG. 21 등을 들 수 있다.
도 9는 어떤 압력 조건 하에서의 기판 지지부(11)의 온도와 퇴적물(DP)의 제거량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9로부터 알 수 있는 것과 같이, 기판 지지부(11)의 온도가 높을수록 퇴적물(DP)의 제거량은 적고, 이 온도가 낮을수록 퇴적물(DP)의 제거량은 많은 경향이 있다. 따라서, 멀티존 온도 제어 기구에 의해서, 마스크(MS)의 개구(MSa)의 퇴적물(DP)의 양이 보다 적은 기판(W)의 부위(예컨대 기판(W)의 센터 부분)는 비교적 높은 온도로, 퇴적물(DP)의 양이 보다 많은 기판(W)의 부위(예컨대 기판(W)의 엣지 부분)는 비교적 낮은 온도로 제어하면서 불화수소를 공급함으로써, 퇴적물(DP)의 제거량을 기판(W)의 부위에 따라서 바꿀 수 있다.
또한, 기판(W)에서의 에칭 형상의 면내 균일성을 향상시킬 수도 있다. 도 10의 (a), (b) 및 (c)는, 멀티존 온도 제어 기구를 이용하여 온도를 제어하면서 퇴적물(DP)을 제거하고, 그 후에 에칭한 경우의 기판(W)의 센터 부분과 엣지 부분의 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 10의 (a), (b) 및 (c) 각각에서, 좌측 부분이 기판(W)의 센터 부분의 단면을 나타내고, 우측 부분이 기판(W)의 엣지 부분의 단면을 나타낸다. 기판(W)의 센터 부분은 기판 지지부(11)의 제1 영역(11R1) 상에 위치한다. 기판(W)의 엣지 부분은 기판 지지부(11)의 제2 영역(11R2) 상에 위치한다. 제2 영역(11R2)은 제1 영역(11R1)과 다르다. 불화수소의 공급 시에서, 제1 영역(11R1)은 제1 온도로 제어되고, 제2 영역(11R2)은 제2 온도로 제어된다. 제2 온도는 제1 온도와 다르다. 도 10의 (a)는 불화수소 공급 전의 모식도이다. 도 10의 (b)는 불화수소 공급 후의 모식도이다. 도 10의 (c)는 에칭 후의 모식도이다.
도 10의 (a)에 도시하는 것과 같이, 예컨대 기판(W)의 엣지 부분의 마스크(MS)의 개구(MSa)의 퇴적물(DP)의 양이 기판(W)의 센터 부분의 퇴적물(DP)의 양보다 많다고 하자. 이 경우, 기판(W)의 엣지 부분에서의 마스크(MS)의 개구(MSa) 치수가 기판(W)의 센터 부분에서의 마스크(MS)의 개구(MSa) 치수보다 작아진다. 이로써, 오목부(RS)에 들어가는 에천트의 양에 차이가 생기기 때문에, 기판(W)의 엣지 부분의 에칭 깊이가 기판(W)의 센터 부분의 에칭 깊이보다 얕아진다. 도 10의 (a)에서 에칭 깊이의 차(DD)가 도시된다. 이때, 기판(W)의 엣지 부분의 온도를 기판(W)의 센터 부분의 온도보다 낮게 제어하면서 불화수소를 공급함으로써, 기판(W)의 엣지 부분의 퇴적물(DP)의 양을 기판(W)의 센터 부분의 퇴적물(DP)의 양보다 줄일 수 있다(도 10의 (b)). 이에 따라, 기판(W)의 엣지 부분에서의 마스크(MS)의 개구(MSa) 치수가 기판(W)의 센터 부분에서의 마스크(MS)의 개구(MSa) 치수보다 커진다. 따라서, 그 후의 에칭에 의해, 기판(W)의 엣지 부분의 오목부(RS)에 에천트를 보다 많이 공급할 수 있다. 그 결과, 기판(W)의 엣지 부분에서의 에칭량이 기판(W)의 센터 부분에서의 에칭량보다 커진다. 이로써, 에칭 깊이의 차(DD)를 작게 할 수 있기 때문에, 도 10의 (c)에 도시하는 것과 같이 에칭 후의 에칭 깊이를 가지런하게 할 수 있다. 에칭에 의해, 한층 더 퇴적물(DP1)이 마스크(MS)의 개구(MSa)에 부착된다.
이상, 마스크(MS)의 개구(MSa)에 부착된 퇴적물(DP)을 제거하는 예에 관해서 설명했지만, 본 개시는 반드시 이 예만에 한정되지 않는다. 다른 실시형태로서는, 하지막(AC)의 에칭에 의해 생긴 부생성물이, 에칭에 의해 형성된 오목부(RS)의 측벽 또는 바닥부에 부착된 경우, 불화수소를 기판(W)에 공급함으로써 그 부생성물을 제거하는 것을 생각할 수 있다. 상기 다른 실시형태에서는, 설령 상기 부생성물이 측벽 또는 바닥부의 일부분에 부착된 경우라도, 불화수소에 의해 상기 부생성물을 우선적으로 제거할 수 있기 때문에, 오목부(RS)의 형상을 손상시킬 우려가 적다. 또한, 또 다른 실시형태로서는, 하지막(AC)의 에칭에 의해 생긴 부생성물이 기판(W) 상에 파티클로 되어 비산한 경우, 불화수소를 기판(W)에 공급함으로써 그 파티클을 제거하는 것을 생각할 수 있다. 이들 실시형태에 의하면, 기판(W)에 불화수소를 공급함으로써 기판(W)에 부착된 퇴적물을 제거할 수 있다.
이하, 방법 MT1의 평가를 위해서 실시한 다양한 실험에 관해서 설명한다. 이하에 설명하는 실험은 본 개시를 한정하는 것은 아니다.
(제1 실험)
제1 실험에서는, 아모르퍼스 카본막과 아모르퍼스 카본막 상에 형성된 마스크를 구비하는 기판을 준비했다. 마스크는 실리콘산질화막이다. 그 후, 기판에 대하여, 상기 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 상기 방법 MT1의 공정 ST1∼공정 ST3을 실행했다. 공정 ST1에서는, 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치했다. 공정 ST2에서는, 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 아모르퍼스 카본막을 에칭했다. 공정 ST3에서는, 불화수소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급했다. 공정 ST3에서, 챔버 내부 압력은 40 Pa(300 mTorr), 기판 지지부의 온도는 -60℃, 공정 ST3의 지속 시간은 10초였다. 공정 ST3에서 플라즈마는 생성되지 않았다. 공정 ST3에 의해 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거했다.
(제2 실험)
제2 실험에서는, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 -40℃로 한 것 이외에는 제1 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다.
(제1 실험 결과)
제1 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 두께 및 개구의 치수(CD)를 측정했다. 제1 실험 및 제2 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 두께 및 개구의 치수(CD)를 측정했다.
제1 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 마스크 두께는 301.6 nm이며, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 294.3 nm였다. 제2 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 298.3 nm였다. 이들 결과로부터 제1 실험 및 제2 실험에서는 마스크의 두께 감소를 작게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
제1 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 개구 치수는 45.5 nm이며, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 80.6 nm였다. 제2 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 80.7 nm였다. 이들 결과로부터 제1 실험 및 제2 실험에서는 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 기판의 단면 화상으로부터 마스크 개구의 깊이 및 치수를 측정했다. 결과를 도 11에 도시한다.
도 11은 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다. 종축은 마스크의 개구 깊이(㎛)를 나타낸다. 종축의 값이 0 ㎛가 되는 위치는 마스크와 아모르퍼스 카본막의 경계 위치이다. 종축의 값이 양이 되는 영역이 마스크에 대응한다. 횡축은 마스크의 개구 치수(nm)를 나타낸다. 그래프 중, E0은 제1 실험에서 공정 ST3을 행하기 전의 결과를 나타내고, E1은 제1 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타내고, E2는 제2 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타낸다. 도 11에 도시하는 것과 같이, 제1 실험 및 제2 실험에서는, 마스크의 두께 감소를 억제하면서 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
(제3 실험)
제3 실험에서는, 공정 ST3의 지속 시간을 3분으로 한 것 이외에는 제1 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다. 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도는 -60℃이다.
(제4 실험)
제4 실험에서는, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 -20℃로 한 것 이외에는 제3 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다.
(제5 실험)
제5 실험에서는, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 0℃로 한 것 이외에는 제3 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다.
(제2 실험 결과)
제1 실험 결과와 동일하게 제3 실험∼제5 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 두께 및 개구의 치수(CD)를 측정했다.
제3 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 297.7 nm였다. 제4 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 304.3 nm였다. 제5 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 308.2 nm였다. 이들 결과로부터 제3 실험∼제5 실험에서는 마스크 두께의 감소를 작게 할 수 있거나 또는 마스크의 두께를 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
제3 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 79.9 nm였다. 제4 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 81.5 nm였다. 제5 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 62.1 nm였다. 이들 결과로부터 제3 실험∼제5 실험에서는 마스크 개구의 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 실험 결과와 동일하게 제3 실험∼제5 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 개구 깊이 및 치수를 측정했다. 결과를 도 12에 도시한다.
도 12는, 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다. 종축 및 횡축은 도 11의 종축 및 횡축과 동일하다. 그래프 중, E3은 제3 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타내고, E4는 제4 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타내고, E5는 제5 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타낸다. 도 12에 도시하는 것과 같이, 제3 실험∼제5 실험에서는, 마스크의 두께 감소를 억제하거나 또는 마스크의 두께를 증가시키면서 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 낮추면 마스크의 개구 치수가 보다 커지는 것을 알 수 있다.
(제6 실험)
제6 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 53.3 Pa(400 mTorr)로 한 것 이외에는 제5 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다. 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도는 0℃이다.
(제3 실험 결과)
제1 실험 결과와 동일하게 제6 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 두께 및 개구의 치수(CD)를 측정했다.
제6 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 304.3 nm였다. 이 결과로부터 제6 실험에서는 마스크의 두께를 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
제6 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 75.8 nm였다. 이 결과로부터 제6 실험에서는 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 실험 결과와 동일하게 제6 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크 개구의 깊이 및 치수를 측정했다. 결과를 도 13에 도시한다.
도 13은 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다. 종축 및 횡축은 도 11의 종축 및 횡축과 동일하다. 그래프 중, E6은 제6 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타낸다. 도 13에 도시하는 것과 같이, 제6 실험에서는, 마스크의 두께를 증가시키면서 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 높이면 마스크의 개구 치수가 보다 커지는 것을 알 수 있다.
(제7 실험)
제7 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 66.7 Pa(500 mTorr)로 하고, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 20℃로 한 것 이외에는 제5 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다.
(제8 실험)
제8 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 107 Pa(800 mTorr)로 하고, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 20℃로 한 것 이외에는 제5 실험과 동일하게 방법 MT1을 실행했다.
(제4 실험 결과)
제1 실험 결과와 동일하게 제7 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 두께 및 개구의 치수(CD)를 측정했다.
제7 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 마스크 두께는 302.9 nm였다. 이 결과로부터 제7 실험에서는 마스크의 두께를 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
제7 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 70.1 nm였다. 이 결과로부터 제7 실험에서는 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
제8 실험에서, 방법 MT1을 행한 후의 개구 치수는 78.8 nm였다. 이 결과로부터 제8 실험에서는 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 실험 결과와 동일하게 제7 실험 및 제8 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크 개구의 깊이 및 치수를 측정했다. 결과를 도 14에 도시한다.
도 14는 개구 깊이와 개구 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다. 종축 및 횡축은 도 11의 종축 및 횡축과 동일하다. 그래프 중, E7은 제7 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타내고, E8은 제8 실험에서 방법 MT1을 행한 후의 결과를 나타낸다. 도 14에 도시하는 것과 같이, 제7 실험 및 제8 실험에서는, 마스크의 두께를 증가시키면서 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 높이면, 공정 ST3에서의 기판 지지부의 온도를 높이라도 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 15는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 15에 도시하는 에칭 방법 MT2(이하, 「방법 MT2」라고 한다)는 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT2는 도 4의 기판(W)에 적용될 수 있다. 방법 MT2는 이하의 점을 제외하고 방법 MT1과 동일하게 실행될 수 있다. 도 16 및 도 17 각각은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 15에 도시하는 것과 같이, 방법 MT2는 공정 ST1∼공정 ST4에 더하여 공정 ST11을 포함한다. 공정 ST11은 공정 ST3과 공정 ST4 사이에 실시될 수 있다. 공정 ST11은 다른 공정 ST1∼공정 ST4과 동일한 챔버 내에서 실시되어도 좋고, 다른 공정 ST1∼공정 ST4와 상이한 챔버 내에서 실시되어도 좋다.
(공정 ST11)
공정 ST11에서는, 도 16 및 도 17에 도시하는 것과 같이 기판(W)에 실리콘 함유 가스를 공급한다. 공정 ST11은 불화수소 분자(HF1)가 기판(W)에 흡착한 상태에서 실시될 수 있다. 하나의 예시적 실시형태에서, 실리콘 함유 가스를 포함하는 제3 처리 가스가 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 공급된다. 제3 처리 가스는 불화수소를 포함하지 않아도 좋다. 즉, 공정 ST3의 종료 시에 불화수소의 공급이 정지되어도 좋다. 일례에서, 실리콘 함유 가스 중의 아미노실란 분자(AS)가 기판(W) 상의 불화수소 분자(HF1)와 반응함으로써, 도 17에 도시하는 것과 같이 기판(W) 상에 퇴적물(DP1)이 형성된다. 하나의 예시적 실시형태에서, 플라즈마를 생성하는 일 없이 실리콘 함유 가스를 포함하는 제3 처리 가스가 공급된다. 이 경우, 플라즈마에 의한 기판(W)의 손상을 억제할 수 있다. 다른 하나의 예시적 실시형태에서, 실리콘 함유 가스를 포함하는 제3 처리 가스로부터 플라즈마가 생성되어도 좋다. 플라즈마가 생성되는 경우, 소스 고주파 전력은 2000 W 이하라도 좋고, 기판 지지부(11)에 공급되는 바이어스 전력은 0 W라도 좋다.
도 6에 도시하는 공정 ST3에서, 불화수소 분자(HF1)는 마스크(MS)의 표면(마스크(MS)의 상면 및 마스크(MS)의 개구(MSa)를 획정하는 측벽)에 더하여, 오목부(RS)의 바닥부 및 측벽(하지막(AC)의 표면)에 흡착되어도 좋다. 이 경우, 공정 ST11에서, 마스크(MS)의 표면에 더하여, 오목부(RS)의 바닥부 및 측벽에도 퇴적물(DP1)이 형성된다. 퇴적물(DP1)의 두께는, 10 nm 이상이라도 좋고, 20 nm 이상이라도 좋다. 퇴적물(DP1)의 두께는, 50 nm 이하라도 좋고, 30 nm 이하라도 좋다.
공정 ST11에서의 압력의 예는 공정 ST3에서의 압력의 예와 동일하여도 좋다. 공정 ST11 종료 후, 압력은 공정 ST11의 압력보다 낮아져도 좋다. 이에 따라, 플라즈마 처리 챔버(10)의 배기가 실시된다.
공정 ST11의 지속 시간은 공정 ST3의 지속 시간과 같거나 다르더라도 좋다.
공정 ST11 후, 공정 ST3 및 공정 ST11을 반복하여도 좋다. 공정 ST3과 공정 ST11 사이에 퍼지가 실시되어도 좋다.
실리콘 함유 가스는 염화규소 가스를 포함하여도 좋다. 염화규소 가스의 예는 SiCl4 가스를 포함한다. 혹은 실리콘 함유 가스는 질소를 포함하여도 좋다. 실리콘 함유 가스는 탄화수소기를 포함하여도 좋다. 실리콘 함유 가스는 아미노기를 포함하여도 좋다. 아미노기는 치환되어 있어도 좋다. 아미노기는 예컨대 -NR1R2로 표된다. R1 및 R2 각각은 수소 또는 탄화수소를 나타낸다. 탄화수소는 질소 원자, 산소 원자 및 할로겐 원자를 포함하여도 좋다. 실리콘 함유 가스는 아미노실란 가스를 포함하여도 좋다. 아미노실란 가스의 반응성은 비교적 낮기 때문에 취급이 용이하다. 실리콘 함유 가스는 1∼4개의 아미노기를 갖는 아미노실란 가스를 포함하여도 좋다. 실리콘 함유 가스는 수소(H), 붕소(B), 탄소(C), 산소(O), 질소(N), 인(P) 및 황(S) 중 적어도 하나의 전형 원소를 포함하여도 좋다. 전형 원소는 아미노기의 탄화수소에 포함되어도 좋다. 실리콘 함유 가스는 탄소를 포함하는 아미노실란 가스를 포함하여도 좋다.
도 18은 아미노실란의 구조식의 예를 도시하는 도면이다. 도 18에서, R1∼R8 및 Ra∼Rc 각각은 수소 또는 탄화수소를 나타낸다. 탄화수소는 질소 원자, 산소 원자 및 할로겐 원자를 포함하여도 좋다. 도 18의 (a)는 1개의 아미노기를 갖는 아미노실란을 나타낸다. 도 18의 (b)는 2개의 아미노기를 갖는 아미노실란을 나타낸다. 도 18의 (c)는 3개의 아미노기를 갖는 아미노실란을 나타낸다. 도 18의 (d)는 4개의 아미노기를 갖는 아미노실란을 나타낸다.
아미노실란의 예는 부틸아미노실란(BAS), 비스터셔리부틸아미노실란(BTBAS), 디메틸아미노실란(DMAS), 비스디메틸아미노실란(BDMAS), 트리디메틸아미노실란(TDMAS), 디에틸아미노실란(DEAS), 비스디에틸아미노실란(BDEAS), 디프로필아미노실란(DPAS), 디이소프로필아미노실란(DIPAS), 헥사키스에틸아미노디실란, (1) 식 ((R1R2)N)nSiXH2X+2-n-m(R3)m 및 (2) 식 ((R1R2)N)nSiXH2X-n-m(R3)m을 포함한다.
단, 상기 (1) 식 및 (2) 식에서, n은 아미노기의 수로 1∼6의 자연수이다. m은 알킬기의 수로 0 또는 1∼5의 자연수이다. R1, R2 또는 R3은 CH3, C2H5 또는 C3H7이다. R1, R2 및 R3은 서로 동일하여도 동일하지 않아도 좋다. R3은 Cl 또는 F라도 좋다. X는 1 이상의 자연수이다.
실리콘 함유 가스를 포함하는 제3 처리 가스는, 수소 가스, SiH4 가스, Si2H6 가스, BH3 가스 및 B2H6 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함하여도 좋다. 이들 가스는 실리콘 함유 가스와 다른 타이밍에 공급되어도 좋다.
공정 ST11에서의 제3 처리 가스는, 아미노실란가스에 더하여 아미노기를 포함하지 않는 실란 가스를 더 포함하여도 좋다. 아미노기를 포함하지 않는 디실란 이상의 고차 실란계 가스의 예는 SimH2m+2(단, m은 2 이상의 자연수)의 식으로 표시되는 실리콘의 수소화물 및 SinH2n(단, n은 3 이상의 자연수)의 식으로 표시되는 실리콘의 수소화물을 포함한다.
상기 SimH2m+2의 식으로 표시되는 실리콘의 수소화물의 예는 디실란(Si2H6), 트리실란(Si3H8), 테트라실란(Si4H10), 펜타실란(Si5H12), 헥사실란(Si6H14) 및 헵타실란(Si7H16)을 포함한다.
상기 SinH2n의 식으로 표시되는 실리콘의 수소화물의 예는 시클로트리실란(Si3H6), 시클로테트라실란(Si4H8), 시클로펜타실란(Si5H10), 시클로헥사실란(Si6H12) 및 시클로헵타실란(Si7H14)을 포함한다.
공정 ST11에서의 제3 처리 가스는 불활성 가스를 더 포함하여도 좋다. 불활성 가스의 예는 노블 가스를 포함한다.
퇴적물(DP1)은 질소, 불소, 탄소, 수소, 산소 및 실리콘으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하여도 좋다. 퇴적물(DP1)에 포함되는 탄소의 조성비는 가장 크더라도 좋고, 50 원자%보다 크더라도 좋다. 원소의 조성비는 X선 전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 수 있다.
공정 ST11에서, 기판(W)에 불화수소가 더 공급되어도 좋다. 하나의 예시적 실시형태에서, 실리콘 함유 가스 및 불화수소 가스를 포함하는 제3 처리 가스가 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 공급된다. 공정 ST3부터 공정 ST11까지 불화수소가 연속적으로 공급되어도 좋다. 공정 ST11에서의 불화수소 가스의 분압은 공정 ST3에서의 불화수소 가스의 분압과 동일하거나 다르더라도 좋다.
상기 방법 MT2에 의하면, 공정 ST11에서 기판(W)에 퇴적물(DP1)을 형성할 수 있다. 퇴적물(DP1)이 오목부(RS)의 측벽에 형성되는 경우, 공정 ST4에서 오목부(RS) 측벽의 에칭을 억제할 수 있다.
도 19는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 19에 도시하는 에칭 방법 MT3(이하, 「방법 MT3」이라고 한다)은 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT3은 도 4의 기판(W)에 적용될 수 있다. 방법 MT3은 이하의 점을 제외하고 방법 MT1과 동일하게 실행될 수 있다. 도 20은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 19에 도시하는 것과 같이, 방법 MT3은 공정 ST1∼공정 ST4에 더하여 공정 ST21을 포함한다. 공정 ST21은 공정 ST3과 공정 ST4 사이에 실시될 수 있다. 공정 ST21은 다른 공정 ST1∼공정 ST4과 동일한 챔버 내에서 실시되어도 좋고, 다른 공정 ST1∼공정 ST4와 상이한 챔버 내에서 실시되어도 좋다.
(공정 ST21)
공정 ST21에서는, 도 20에 도시하는 것과 같이, 하지막(AC)을 에칭함으로써 형성된 오목부(RS)의 측벽에 막(PR)을 형성한다. 막(PR)은, 오목부(RS)의 측벽 상부에 형성되고, 오목부(RS)의 측벽 하부에 형성되지 않아도 좋다. 막(PR)은 마스크(MS) 표면에 형성되어도 좋다. 막(PR)은 오목부(RS)의 바닥부에 형성되어도 좋고, 오목부(RS)의 바닥부에 형성되지 않아도 좋다. 막(PR)은 ALD법, 불포화 ALD법(불포화 원자층 퇴적법), MLD법(분자층 퇴적법) 또는 CVD법(화학기상성장법)에 의해 형성될 수 있다. 막(PR)은 실리콘 함유막, 탄소 함유막 또는 금속 함유막이라도 좋다.
불포화 ALD법에서는, ALD법과 마찬가지로 제1∼제4 공정을 포함하는 사이클이 반복된다. 제1 공정에서는 기판(W)에 대하여 제1 가스(전구체 가스)가 공급된다. 제2 공정에서는 기판(W)이 그 안에 수용되어 있는 챔버의 퍼지가 실시된다. 제3 공정에서는 기판(W)에 제2 가스(반응성 가스)가 공급된다. 제3 공정에서는 제2 가스로부터 플라즈마가 생성되어도 좋다. 제4 공정에서는 기판(W)이 그 안에 수용되어 있는 챔버의 퍼지가 실시된다. 막(PR)이 실리콘산화막인 경우에는, 제1 가스는 예컨대 아미노실란계 가스, SiCl4 가스 또는 SiF4 가스를 포함하고, 제2 가스는 예컨대 O2 가스와 같은 산소 함유 가스를 포함한다. 막(PR)이 탄소 함유막인 경우에는, 제1 가스는 예컨대 유기 화합물 가스를 포함한다. 유기 화합물 가스는 예컨대 에폭시드, 카르복실산, 카르복실산할로겐화물, 무수카르복실산, 이소시아네이트 및 페놀류를 포함한다. 막(PR)이 탄소 함유막인 경우에는, 제2 가스는 예컨대 N-H 결합을 갖는 무기 화합물 가스, 불활성 가스, 수증기(H2O 가스), 질소 가스와 수소 가스의 혼합 가스 및 수소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 포함한다.
불포화 ALD법은 제1 수법 또는 제2 수법 중 어느 하나에 의해서 실시된다. 제1 수법은, 제1 공정에서 제1 가스에 포함되는 전구체를 기판(W)의 표면 전체에 흡착시키고, 제3 공정에서 제2 가스가 기판(W)의 표면 전체에 미치지 않도록 제2 가스의 공급을 제어한다. 즉, 제1 수법은 국소적 반응을 이용한다. 제2 수법은, 제1 공정에서 전구체를 기판(W) 표면의 일부만에 흡착시키고, 제3 공정에서 제2 가스를 기판(W)의 표면 전체에 공급한다. 즉, 제2 수법은 전구체의 국소적 흡착을 이용한다. 국소적 반응 및 국소적 흡착은, 기판(W)을 지지하는 기판 지지부의 온도, 챔버 내부 압력, 제1 가스(전구체 가스)의 유량 및 공급 시간, 제2 가스(반응 가스)의 유량 및 공급 시간, 그리고 처리 시간 등 중 하나 이상을 제어함으로써 실시된다. 또한, 불포화 ALD법에서 플라즈마가 이용되는 경우에는, 플라즈마 생성을 위해서 공급되는 고주파 전력의 파워 레벨이 조정되어도 좋다.
ALD법에서는, 막(PR)이 기판(W)의 표면 상에서 콘포멀(conformal)하게 형성된다. 막(PR)은 예컨대 텅스텐 함유막, 주석 함유막, 알루미늄 함유막 또는 하프늄 함유막이다. ALD법에서는 제1∼제4 공정을 포함하는 사이클이 반복된다. 제1 공정에서는 기판(W)에 대하여 제1 가스(전구체 가스)가 공급된다. 제2 공정에서는 기판(W)이 그 안에 수용되어 있는 챔버의 퍼지가 실시된다. 제3 공정에서는 기판(W)에 제2 가스(반응성 가스)가 공급된다. 제4 공정에서는 기판(W)이 그 안에 수용되어 있는 챔버의 퍼지가 실시된다.
CVD법에서는, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 기판(W) 상에 막(PR)이 형성된다.
공정 ST21은, 공정 ST3 종료 후, 압력이 공정 ST3의 압력보다 낮아진 후에 실시되어도 좋다. 이에 따라, 공정 ST3에서 기판(W)에 흡착한 불화수소 분자(HF1)가 제거된 상태에서 공정 ST21을 실시할 수 있다.
상기 방법 MT3에 의하면, 공정 ST21에서 오목부(RS)의 측벽에 막(PR)을 형성할 수 있다. 이로써, 공정 ST4에서 오목부(RS) 측벽의 에칭을 억제할 수 있다. 불포화 ALD법에 의해 막(PR)이 형성되는 경우, 오목부(RS)의 바닥부에 형성될 수 있는 막(PR)의 두께를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 공정 ST4에서 오목부(RS)의 바닥부 에칭을 촉진할 수 있다.
공정 ST21은, 공정 ST2에서, 하지막(AC)을 에칭한 후에 실시되고, 공정 ST21이 실시된 후에 하지막(AC)을 다시 에칭하여도 좋다. 이 경우, 공정 ST21 후에 하지막(AC)을 에칭할 때에, 오목부(RS)의 측벽에 형성된 막(PR)에 의해 오목부(RS) 측벽의 에칭을 억제할 수 있다.
이하, 방법 MT3의 평가를 위해서 행한 다양한 실험에 관해서 설명한다. 이하에 설명하는 실험은 본 개시를 한정하는 것은 아니다.
(제9 실험)
제9 실험에서는, 아모르퍼스 카본막과 아모르퍼스 카본막 상에 형성된 마스크를 구비하는 기판을 준비했다. 그 후, 기판에 대하여, 상기 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 상기 방법 MT3의 공정 ST1∼공정 ST3, 공정 ST21 및 공정 ST4를 순차 실행했다. 공정 ST1에서는 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치했다. 공정 ST2에서는, 우선 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 아모르퍼스 카본막을 에칭하여 오목부를 형성했다. 이어서, SiCl4 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 오목부의 측벽에 제1 보호막을 형성했다. 이어서, 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 오목부의 바닥부를 에칭했다. 공정 ST3에서는, 불화수소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급했다. 공정 ST3에서, 챔버 내부 압력은 127 Pa(950 mTorr), 기판 지지부의 온도는 0℃, 공정 ST3의 지속 시간은 10초였다. 공정 ST3에서 플라즈마는 생성되지 않았다. 공정 ST3에 의해, 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거했다. 공정 ST21에서는, SiCl4 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 오목부의 측벽에 제2 보호막을 형성했다. 공정 ST4에서는, 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 오목부의 바닥부를 에칭했다.
(제10 실험)
제10 실험에서는, 공정 ST21을 실시하지 않은 것 이외에는 제9 실험과 동일하게 실험을 실시했다.
(제11 실험)
제11 실험에서는, 공정 ST3 대신에 이하의 공정을 실시한 것 이외에는 제10 실험과 동일하게 실험을 실시했다. 불화질소 가스, 하이드로플루오로카본 가스, 질소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거했다.
(제5 실험 결과)
제9 실험∼제11 실험에서, 방법 MT3을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 하지막에 형성된 오목부의 깊이 및 오목부의 치수(CD)를 측정했다. 결과를 도 21에 도시한다.
도 21은 오목부 깊이와 오목부 치수의 관계 예를 나타내는 그래프이다. 종축은 오목부의 깊이(㎛)를 나타낸다. 종축의 값이 0 ㎛이 되는 위치는 마스크와 아모르퍼스 카본막의 경계 위치이다. 종축의 값이 양이 되는 영역이 마스크에 대응한다. 횡축은 오목부의 치수(nm)를 나타낸다. 그래프 중, E9는 제9 실험에서 방법 MT3을 행한 후의 결과를 나타낸다. E10은 제10 실험에서 방법 MT3을 행한 후의 결과를 나타낸다. E11은 제11 실험에서 방법 MT3을 행한 후의 결과를 나타낸다. 도 21에 도시하는 것과 같이, 제9 실험에서는 제10 실험과 비교하여 오목부 치수의 최대치(보잉)를 작게 할 수 있다. 이로써, 공정 ST21에 의해 오목부의 측벽에 제2 보호막을 형성함으로써, 공정 ST4에서 오목부 측벽의 에칭을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 21에 도시하는 것과 같이, 제9 실험에서는 오목부의 치수의 최대치(보잉)를 제11 실험과 동등하게 작게 할 수 있다.
마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거한 직후(공정 ST3의직후)에서, 제10 실험에서의 보잉은 제11 실험에서의 보잉과 동등했다. 이것은 제10 실험의 큰 보잉이 에칭에 의해 생겼음을 보여준다. 또한, 제10 실험 및 제11 실험에서, 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거한 직후의 기판의 단면 화상을 관찰했다. 제11 실험에서는, 오목부의 측벽에 스트라이에이션이 보였다. 한편, 제10 실험에서는 오목부의 측벽에 스트라이에이션이 보이지 않았다. 스트라이에이션은 이온의 충돌에 의해 측벽의 보호막이 깎임으로써 형성된다. 스트라이에이션의 존재는 보호막의 존재를 나타낸다. 이로써, 제10 실험에서는, 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거함으로써 제1 보호막이 제거되었음을 알 수 있다. 한편, 제11 실험에서는 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거하여도 제1 보호막이 제거되지 않았음을 알 수 있다.
도 22는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 22에 도시하는 에칭 방법 MT4(이하, 「방법 MT4」라고 한다)는 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT4는 도 4의 기판(W)에 적용될 수 있다. 방법 MT4는 이하의 점을 제외하고 방법 MT1과 동일하게 실행될 수 있다. 도 23 및 도 24 각각은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 22에 도시하는 것과 같이, 방법 MT4는 공정 ST1∼공정 ST4에 더하여 공정 ST31을 포함한다. 공정 ST31은 공정 ST2과 공정 ST3 사이에 실시될 수 있다. 공정 ST31은, 다른 공정 ST1∼공정 ST4과 동일한 챔버 내에서 실시되어도 좋고, 다른 공정 ST1∼공정 ST4과 상이한 챔버 내에서 실시되어도 좋다.
(공정 ST31)
공정 ST31에서는, 도 23에 도시하는 것과 같이 마스크(MS) 상에 우선적으로 퇴적물(TDP)을 형성한다. 퇴적물(TDP)은 탄소 함유 퇴적물이라도 좋다. 퇴적물(TDP)은 마스크(MS)의 상면에 형성된다. 마스크(MS) 상면에서의 퇴적물(TDP)의 두께는 오목부(RS) 바닥부에서의 퇴적물(TDP)의 두께보다 크다. 퇴적물(TDP)은 CVD법에 의해 형성되어도 좋다. 하나의 예시적 실시형태에서, 탄소를 포함하는 처리 가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 퇴적물(TDP)이 형성된다. 처리 가스는 탄소 및 수소를 함유하는 가스를 포함하여도 좋다. 탄소 및 수소를 함유하는 가스는 하이드로카본 가스라도 좋다. 하이드로카본 가스의 예는 메탄 가스 및 아세틸렌 가스를 포함한다. 처리 가스는 질소 가스 등의 불활성 가스를 더 포함하여도 좋다.
(공정 ST3)
공정 ST3에서는, 도 24의 (a)∼(d)에 도시하는 것과 같이, 불화수소가 퇴적물(TDP)과 반응하여 유동화한 생성물(DP2)이 오목부(RS)의 바닥부로 향하여 이동한다. 공정 ST3 종료 시에서, 생성물(DP2)은 도 24의 (d)에 도시하는 것과 같이 오목부(RS)의 바닥부에 퇴적되어도 좋다. 공정 ST3 종료 시에서, 생성물(DP2)은 오목부(RS)의 측벽에 퇴적되어도 좋다. 생성물(DP2)은 탄소를 포함하여도 좋다. 생성물(DP2)은 폴리머를 포함하여도 좋다. 생성물(DP2)은 수소, 불소 및 산소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 더 포함하여도 좋다.
공정 ST31에서, 도 23에 도시하는 것과 같이 퇴적물(DP)이 퇴적물(TDP)에 의해 덮이는 경우가 있다. 이 경우, 공정 ST3에서, 생성물(DP2)이 오목부(RS)의 바닥부에 퇴적되는 메카니즘의 한 예는 이하와 같다. 우선, 유동화한 생성물(DP2)이 오목부(RS)의 바닥부로 향하여 이동하면, 도 24의 (b)에 도시하는 것과 같이 퇴적물(DP)이 노출된다. 그 결과, 불화수소 분자(HF1)와 퇴적물(DP)의 반응과 불화수소 분자(HF1)와 퇴적물(TDP)의 반응이 동시에 진행된다. 도 24의 (c)에 도시하는 것과 같이, 퇴적물(DP)이 먼저 제거되면, 퇴적물(DP)이 제거된 후에, 유동화한 생성물(DP2)이 오목부(RS)의 바닥부로 향하여 이동한다. 한편, 유동화한 생성물(DP2)의 이동에 의해 퇴적물(TDP)이 먼저 제거되면, 퇴적물(TDP)이 제거된 후에, 퇴적물(DP)의 기화가 진행된다.
공정 ST31에서, 퇴적물(DP)이 퇴적물(TDP)에 의해 덮이지 않고서 노출되는 경우도 있다. 이 경우, 공정 ST3에서, 생성물(DP2)이 오목부(RS)의 바닥부에 퇴적되는 메카니즘의 한 예는 이하와 같다. 우선, 불화수소 분자(HF1)와 퇴적물(DP)의 반응과 불화수소 분자(HF1)와 퇴적물(TDP)의 반응이 동시에 진행된다. 도 24의 (c)에 도시하는 것과 같이, 퇴적물(DP)이 먼저 제거되면, 퇴적물(DP)이 제거된 후에, 유동화한 생성물(DP2)이 오목부(RS)의 바닥부로 향하여 이동한다. 한편, 유동화한 생성물(DP2)의 이동에 의해 퇴적물(TDP)이 먼저 제거되면, 퇴적물(TDP)이 제거된 후에, 퇴적물(DP)의 기화가 진행된다.
상기 방법 MT4에 의하면, 공정 ST31에서 오목부(RS)의 바닥부에 생성물(DP2)을 퇴적할 수 있다. 마스크(MS)의 개구(MSa)의 치수가 클수록 오목부(RS)의 바닥부에 퇴적되는 생성물(DP2)의 양은 많아진다. 생성물(DP2)의 양이 많을수록 오목부(RS)의 치수가 작아진다. 그 때문에, 공정 ST31 전에 기판(W)이 치수차가 큰 복수의 오목부(RS)를 갖고 있더라도, 공정 ST31 및 공정 ST3을 행함으로써, 복수의 오목부(RS) 사이의 치수차를 작게 할 수 있다.
도 25는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 25에 도시하는 에칭 방법 MT5(이하, 「방법 MT5」라고 한다)는 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT5는 도 4의 기판(W)에 적용될 수 있다. 방법 MT5는 이하의 점을 제외하고 방법 MT1과 동일하게 실행될 수 있다.
도 25에 도시하는 것과 같이, 방법 MT5는 공정 ST1∼공정 ST4에 더하여 공정 ST41 및 공정 ST42를 포함한다. 공정 ST41은 공정 ST3과 공정 ST4 사이에 실시될 수 있다. 공정 ST42는 공정 ST41과 공정 ST4 사이에 실시될 수 있다. 공정 ST41 또는 공정 ST42는, 다른 공정 ST1∼공정 ST4와 동일한 챔버 내에서 실시되어도 좋고, 다른 공정 ST1∼공정 ST4와 상이한 챔버 내에서 실시되어도 좋다.
(공정 ST41)
공정 ST41은 공정 ST31과 동일하게 실시될 수 있다.
(공정 ST42)
공정 ST42는 공정 ST3과 동일하게 실시될 수 있다.
상기 방법 MT5에 의하면, 공정 ST3에서 마스크(MS)의 개구(MSa)에 부착된 퇴적물(DP)을 제거한 후에, 공정 ST41에서 마스크(MS) 상에 우선적으로 퇴적물(TDP)을 형성할 수 있다. 그 후, 공정 ST42에서 오목부(RS)의 바닥부에 생성물(DP2)을 퇴적할 수 있다.
방법 MT4 및 방법 MT5에서 공정 ST1 및 공정 ST2를 실시하지 않아도 좋다. 방법 MT4에서, 공정 ST31 전에, 오목부(RS)를 갖춘 하지막(AC)과 개구(MSa)를 갖는 마스크(MS)를 구비하는 기판(W)을 준비하여도 좋다.
이하, 방법 MT4 및 방법 MT5의 평가를 위해서 실시한 다양한 실험에 관해서 설명한다. 이하에 설명하는 실험은 본 개시를 한정하는 것은 아니다.
(제12 실험)
제12 실험에서는, 아모르퍼스 카본막과 아모르퍼스 카본막 상에 형성된 마스크를 구비하는 기판을 준비했다. 그 후, 기판에 대하여, 상기 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여 상기 방법 MT4의 공정 ST1, 공정 ST2, 공정 ST31 및 공정 ST3을 순차 실행했다. 공정 ST1에서는 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치했다. 공정 ST2에서는, 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 아모르퍼스 카본막을 에칭하여 오목부를 형성했다. 공정 ST31에서는, 메탄 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 마스크 상에 우선적으로 퇴적물을 형성했다. 공정 ST31의 지속 시간은 30초였다. 공정 ST3에서는, 불화수소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급했다. 공정 ST3에서, 챔버 내부 압력은 40 Pa(300 mTorr), 기판 지지부의 온도는 -60℃, 공정 ST3의 지속 시간은 10초였다. 공정 ST3에서 플라즈마는 생성되지 않았다. 공정 ST3에 의해 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거했다.
(제13 실험)
제13 실험에서는, 공정 ST31의 지속 시간을 60초로 한 것 이외에는 제12 실험과 동일하게 실험을 실시했다.
(제14 실험)
제14 실험에서는, 공정 ST31을 실시하지 않은 것 이외에는 제12 실험과 동일하게 실험을 실시했다.
(제6 실험 결과)
제12 실험∼제14 실험에서, 방법 MT4를 행한 후의 기판의 단면 화상을 관찰했다. 제12 실험에서는 아모르퍼스 카본막의 오목부의 측벽에 퇴적물이 형성되었다. 제13 실험에서는 아모르퍼스 카본막의 오목부의 측벽 및 바닥부에 퇴적물이 형성되었다. 바닥부에 형성된 퇴적물의 두께는 196 nm였다. 제14 실험에서는 아모르퍼스 카본막의 오목부의 측벽 및 바닥부에 퇴적물은 형성되지 않았다. 이로써, 마스크 상의 퇴적물이 불화수소와 반응하여 유동화한 생성물이 오목부의 바닥부로 향하여 이동하는 것을 알 수 있었다.
도 26은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 26에 도시하는 에칭 방법 MT6(이하, 「방법 MT6」이라고 한다)은 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT6은 도 4의 기판(W)에 적용될 수 있다. 도 27은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 26에 도시하는 것과 같이, 방법 MT6은 공정 ST1∼공정 ST3에 더하여 공정 ST6 및 공정 ST7을 포함하여도 좋다. 공정 ST6 및 공정 ST7은 공정 ST1과 공정 ST2 사이에서 순차 실시되어도 좋다. 방법 MT6은 공정 ST6 및 공정 ST7 중 적어도 하나를 포함하지 않아도 좋다. 공정 ST6 및 공정 ST7은 다른 공정 ST1∼공정 ST3과 동일한 챔버 내에서 실시되어도 좋고, 다른 공정 ST1∼공정 ST3과 다른 챔버 내에서 실시되어도 좋다.
(공정 ST6)
공정 ST6은 방법 MT1의 공정 ST2와 동일하게 실시될 수 있다. 공정 ST6의 지속 시간은 공정 ST2의 지속 시간보다 짧아도 좋다. 공정 ST6에 의해 하지막(AC)에 오목부(RS)가 형성된다.
(공정 ST7)
공정 ST7에서는, 도 27에 도시하는 것과 같이, 마스크(MS) 상에 퇴적물(PDP)을 형성한다. 퇴적물(PDP)은 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함한다. 퇴적물(PDP)은 마스크(MS)의 상면에 형성된다. 퇴적물(PDP)은 마스크(MS)의 개구(MSa)를 획정하는 측벽 상에 형성되어도 좋고, 하지막(AC) 상에 형성되어도 좋다. 퇴적물(PDP)은 오목부(RS)의 측벽 상에 형성되어도 좋다. 마스크(MS) 상면에서의 퇴적물(PDP)의 두께는, 하지막(AC) 상에 형성되는 퇴적물(PDP)의 두께보다 크더라도 좋고, 하지막(AC) 상에 형성되는 퇴적물(PDP)의 두께보다 작더라도 좋다.
퇴적물(PDP)은 CVD법에 의해 형성되어도 좋다. 하나의 예시적 실시형태에서, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마에 의해 퇴적물(PDP)이 형성된다. 처리 가스는 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함한다. 처리 가스는 할로겐을 포함하여도 좋다. 할로겐의 예는 불소 및 염소를 포함한다. 처리 가스는 산소를 포함하여도 좋다. 처리 가스는 인 함유 가스, 붕소 함유 가스 및 황 함유 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 가스를 포함하여도 좋다. 인 함유 가스의 예는 불화인(PFx), 염화인(PClx), 불화포스포릴(POFx) 및 옥시염화인(POClx)에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다. 불화인의 예는 PF3 또는 PF5를 포함한다. 염화인의 예는 PCl3 또는 PCl5를 포함한다. 불화포스포릴의 예는 POF3을 포함한다. 옥시염화인의 예는 POCl3을 포함한다. 붕소 함유 가스의 예는 불화붕소(BFx), 염화붕소(BClx) 및 BOFx를 포함한다. 황 함유 가스의 예는 불화황(SFx), 염화황(SClx), 황화카르보닐(COS), 이산화황(SO2), 황화수소(H2S) 및 이황화탄소(CS2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다. x는 양의 실수이다. 처리 가스는 노블 가스 등의 불활성 가스를 더 포함하여도 좋다. 노블 가스의 예는 아르곤(Ar)을 포함한다.
(공정 ST2)
공정 ST2에서는, 도 5에 도시하는 것과 같이, 플라즈마를 이용하여 하지막(AC)을 에칭한다. 공정 ST2는 방법 MT1의 공정 ST2와 동일하게 실시될 수 있다. 공정 ST2에서는 하지막(AC)을 에칭할 때에 퇴적물(PDP) 및 마스크(MS)도 에칭된다. 그 때문에, 공정 ST2에서 형성되는 퇴적물(DP)은 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함한다. 이 원소는 도 27의 퇴적물(PDP)에 유래한다.
(공정 ST3)
공정 ST3에서는, 도 6 및 도 7에 도시하는 것과 같이, 퇴적물(DP)을 제거하도록 마스크(MS)에 불화수소를 공급한다. 공정 ST3은 방법 MT1의 공정 ST3과 동일하게 실시될 수 있다. 공정 ST3에서, 퇴적물(DP)과 불화수소의 반응에 의해서 물(H2O)이 생성될 수 있다. 퇴적물(DP)이 실리콘 및 산소를 포함하는 경우, 실리콘 산화물과 불화수소의 반응에 의해 사불화실리콘(SiF4) 및 물(H2O)이 생성된다. 퇴적물(DP)이 인을 포함하는 경우, 물이 퇴적물(DP) 내 인과 반응하여 인산(H3PO4)이 형성된다. 인산은 실리콘 산화물에의 물의 흡착을 안정화시키기 때문에, 퇴적물(DP)로부터의 물의 휘발이 억제된다. 퇴적물(DP)의 표면에 물이 잔존해 있으면, 퇴적물(DP)에의 불화수소 분자(HF1)의 흡착이 촉진되기 때문에, 퇴적물(DP)의 제거도 촉진된다. 퇴적물(DP)이 붕소를 포함하는 경우, 물이 퇴적물(DP) 내 붕소와 반응하여 붕산(H3BO3)이 형성된다. 붕산은 실리콘 산화물에의 물의 흡착을 안정화시키기 때문에, 퇴적물(DP)로부터의 물의 휘발이 억제된다. 퇴적물(DP)의 표면에 물이 잔존해 있으면, 퇴적물(DP)에의 불화수소 분자(HF1)의 흡착이 촉진되기 때문에, 퇴적물(DP)의 제거도 촉진된다. 퇴적물(DP)이 황을 포함하는 경우, 물이 퇴적물(DP) 내 황과 반응하여 황산(H2SO4)이 형성된다. 황산은 실리콘 산화물에의 물의 흡착을 안정화시키기 때문에, 퇴적물(DP)로부터의 물의 휘발이 억제된다. 퇴적물(DP)의 표면에 물이 잔존해 있으면, 퇴적물(DP)에의 불화수소 분자(HF1)의 흡착이 촉진되기 때문에, 퇴적물(DP)의 제거도 촉진된다.
도 28은 공정 ST3에서의 압력과 온도 관계의 일례를 도시하는 그래프이다. 그래프에서, 곡선 C1은 불화수소의 포화 증기압 곡선을 나타낸다. 곡선 C2는 물(H2O)의 포화 증기압 곡선을 나타낸다. 공정 ST3에서의 압력은 물(H2O)의 포화 증기압보다 크더라도 좋다. 이 경우, 액체인 물이 퇴적물(DP) 상에 잔존할 수 있다. 공정 ST3에서의 압력은 불화수소의 포화 증기압 이하라도 좋다. 이 경우, 불화수소 가스를 퇴적물(DP)에 흡착시킬 수 있다. 곡선 C1과 곡선 C2 사이의 영역에서는, 퇴적물(DP) 상에 잔존한 액체의 물에 의해서 불화수소 분자(HF1)의 흡착이 촉진된다. 따라서, 공정 ST3에서의 압력이 작은 경우라도 퇴적물(DP)의 제거를 촉진할 수 있다.
공정 ST3에서의 압력은 13.3 Pa(100 mTorr) 이상이라도 좋고, 26.6 Pa(200 mTorr) 이상이라도 좋다. 또한, 공정 ST3에서의 압력은 134 Pa(1000 mTorr) 이하라도 좋고, 67 Pa(500 mTorr) 이하라도 좋다. 공정 ST3에서, 기판 지지부(11)의 온도는 -80℃ 이상이라도 좋고, 100℃ 이하라도 좋다.
상기 방법 MT6에 의하면, 공정 ST3에서의 퇴적물(DP)의 제거량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 마스크(MS)의 개구(MSa)의 치수(CD)를 크게 할 수 있다. 또한, 방법 MT6이 공정 ST6을 포함하는 경우, 공정 ST7에서, 퇴적물(PDP)이 오목부(RS)의 측벽 상에 형성된다. 이로써, 공정 ST2에서, 오목부(RS) 측벽의 에칭을 억제할 수 있다.
마스크(MS)가 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 경우, 방법 MT6은 공정 ST7을 포함하지 않아도 좋다. 공정 ST2에서 형성되는 퇴적물(DP)은 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함한다. 이 원소는 마스크(MS)에 유래한다. 이로써, 공정 ST7을 실시하지 않더라도 공정 ST3에서의 퇴적물(DP)의 제거량을 증가시킬 수 있다.
이하, 방법 MT6의 평가를 위해서 행한 다양한 실험에 관해서 설명한다. 이하에 설명하는 실험은 본 개시를 한정하는 것은 아니다.
(제15 실험)
제15 실험에서는, 아모르퍼스 카본막과 아모르퍼스 카본막 상에 형성된 마스크를 구비하는 기판을 준비했다. 마스크는 실리콘산질화막이다. 그 후, 기판에 대하여, 상기 플라즈마 처리 장치(1)를 이용하여, 상기 방법 MT6의 공정 ST1, 공정 ST6, 공정 ST7, 공정 ST2 및 공정 ST3을 순차 실행했다. 공정 ST1에서는, 챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치했다. 공정 ST6에서는, 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 아모르퍼스 카본막을 에칭했다. 공정 ST6의 지속 시간은 30초였다. 공정 ST7에서는, 인 함유 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 마스크의 상면에 인 함유 퇴적물을 형성했다. 공정 ST2에서는, 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 아모르퍼스 카본막을 에칭했다. 공정 ST2는 지속 시간이 180초인 것 이외에는 공정 ST6과 동일하게 실시되었다. 공정 ST3에서는, 불화수소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 처리 가스를 챔버 내에 공급했다. 공정 ST3에서, 챔버 내부 압력은 127 Pa(950 mTorr), 기판 지지부의 온도는 0℃, 공정 ST3의 지속 시간은 10초였다. 공정 ST3에서 플라즈마는 생성되지 않았다. 공정 ST3에 의해, 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거했다.
(제16 실험)
제16 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 66.7 Pa(500 mTorr)로 한 것 이외에는 제15 실험과 동일하게 방법 MT6을 실행했다.
(제17 실험)
제17 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 40 Pa(300 mTorr)로 한 것 이외에는 제15 실험과 동일하게 방법 MT6을 실행했다.
(제18 실험)
제18 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 26.6 Pa(200 mTorr)로 한 것 이외에는 제15 실험과 동일하게 방법 MT6을 실행했다.
(제19 실험)
제19 실험에서는, 공정 ST7을 행하지 않은 것 이외에는 제15 실험과 동일하게 방법 MT6을 실행했다.
(제20 실험)
제20 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 107 Pa(800 mTorr)로 한 것 이외에는 제19 실험과 동일하게 방법 MT6을 실행했다.
(제21 실험)
제21 실험에서는, 공정 ST3에서의 챔버 내부 압력을 66.7 Pa(500 mTorr)로 한 것 이외에는 제19 실험과 동일하게 방법 MT6을 실행했다.
(제7 실험 결과)
제15 실험 및 제19 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 개구 치수(CD)(도 5 참조)를 측정했다. 제15 실험∼제21 실험에서, 방법 MT6을 행한 후의 기판의 단면 화상으로부터 마스크의 개구 치수(CD)(도 7 참조)를 측정했다.
제15 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 개구 치수는 45.5 nm이고, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 76.9 nm였다. 제16 실험에서, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 78.4 nm였다. 제17 실험에서, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 71.8 nm였다. 제18 실험에서, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 75.8 nm였다. 이들 결과로부터 제15 실험∼제18 실험에서는 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
제19 실험에서, 공정 ST3을 행하기 전의 개구의 치수는 44 nm이고, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 60 nm였다. 제20 실험에서, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 49 nm였다. 제21 실험에서, 방법 MT6을 행한 후의 개구 치수는 50 nm였다. 이들 결과로부터 제19 실험∼제21 실험에서는 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 제15 실험∼제21 실험의 결과로부터, 공정 ST7을 행하면, 공정 ST7을 행하지 않는 경우와 비교하여 마스크의 개구 치수를 크게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이로써, 마스크의 상면에 인 함유 퇴적물을 형성함으로써, 불화수소에 의한 퇴적물(DP)의 제거량을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 29는 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 흐름도이다. 도 29에 도시하는 에칭 방법 MT7(이하, 「방법 MT7」이라고 한다)은 상기 실시형태의 플라즈마 처리 장치(1)에 의해 실행될 수 있다. 방법 MT7은 도 4의 기판(W)에 적용될 수 있다. 방법 MT7은 이하의 점을 제외하고 방법 MT1과 동일하게 실시될 수 있다. 도 30∼도 32 각각은 하나의 예시적 실시형태에 따른 에칭 방법의 한 공정을 도시하는 단면도이다.
도 29에 도시하는 것과 같이, 방법 MT7은 공정 ST1, 공정 ST2, 공정 ST8 및 공정 ST9를 포함한다. 공정 ST1, 공정 ST2, 공정 ST8 및 공정 ST9는 순차 실시 될 수 있다. 공정 ST9는 다른 공정 ST1, 공정 ST2 및 공정 ST8과 동일한 챔버 내에서 실시되어도 좋고, 다른 공정 ST1, 공정 ST2 및 공정 ST8과 다른 챔버 내에서 실시되어도 좋다.
방법 MT7은, 공정 ST2에서, 도 30에 도시하는 것과 같은 오목부(RSa)가 형성된 경우에 실행될 수 있다. 일례에서는, 하지막(AC)은 실리콘 함유막이고, 마스크(MS)는 탄소 함유막 또는 금속 함유막이다. 기판(W)은 오목부(RSa)를 형성하기 위한 에칭을 정지하는 에칭 스톱층(ES)를 더 구비하여도 좋다. 하지막(AC)은 마스크(MS)와 에칭 스톱층(ES) 사이에 배치된다. 오목부(RSa)는 제1 부분(RSa1)과 제1 부분(RSa1) 상의 제2 부분(RSa2)을 갖는다. 제1 부분(RSa1)은 오목부(RSa)의 바닥부에 위치한다. 제2 부분(RSa2)은 오목부(RSa)의 개구단에 위치한다. 제1 부분(RSa1)의 개구 치수(CD1)는 제2 부분(RSa2)의 개구 치수(CD2)보다 작다. 예컨대, 오목부(RSa)는 개구단에서 바닥부로 향하여 개구 치수가 서서히 작아지는 테이퍼형의 단면 형상을 갖는다.
(공정 ST8)
공정 ST8에서는, 도 31에 도시하는 것과 같이, 오목부(RSa)의 제2 부분(RSa2)을 규정하는 측벽 상에 보호막(PRa)을 형성한다. 보호막(PRa)은, 제2 부분(RSa2)을 규정하는 측벽 상에 선택적으로 형성되고, 제1 부분(RSa1)을 규정하는 측벽 상에는 형성되지 않는다. 보호막(PRa)은 마스크(MS)의 개구(MSa)를 정하는 측벽 상에 형성되어도 좋다. 보호막(PRa)은 예컨대 상술한 불포화 ALD법, MLD법, CVD법으로 형성될 수 있다.
(공정 ST9)
공정 ST9에서는, 기판(W)에 대하여 불화수소 가스가 공급된다. 공정 ST9는 공정 ST3과 같은 식으로 실시될 수 있다. 도 32에 도시하는 것과 같이, 불화수소 가스에 의해 제1 부분(RSa1)을 규정하는 측벽이 에칭된다. 그 결과, 제1 부분(RSa1)의 개구 치수(CD1)가 확대된다. 한편, 보호막(PRa)에 의해서, 제2 부분(RSa2)을 규정하는 측벽은 에칭되기 어렵다. 이로써, 제2 부분(RSa2)의 개구 치수(CD2)의 변동은 억제된다.
상기 방법 MT7에 의하면, 도 32에 도시하는 것과 같이, 보호막(PRa)에 의해, 오목부(RSa)의 제2 부분(RSa2)의 개구 치수(CD2)의 변동을 억제하면서 제1 부분(RSa1)의 개구 치수(CD1)를 확대시킬 수 있다.
여기서, 본 개시에 포함되는 다양한 예시적 실시형태를 이하의 [E1]∼[E28]에 기재한다.
[E1]
(a) 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 구비하는 기판을 제공하는 공정과,
(b) 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정과,
(c) 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 포함하는 에칭 방법.
에칭 방법 [E1]에 의하면, (c)에서 불화수소에 의해 예컨대 마스크의 개구에 부착된 퇴적물을 제거할 수 있다. 퇴적물을 제거하는 메카니즘은 이하와 같이 생각되지만, 이것에 한정되지 않는다. (c)에서, (c)에서의 압력이 높으면, 퇴적물에 대한 불화수소 분자의 흡착량이 많아지기 때문에 보다 많은 퇴적물이 제거된다.
[E2]
상기 (c)에서, 상기 (b)에 의해 상기 마스크의 상기 개구에 부착된 퇴적물을 제거하는, [E1]에 기재한 에칭 방법.
[E3]
상기 (c)에서의 상기 압력은 불화수소의 포화 증기압 이하인, [E1] 또는 [E2]에 기재한 에칭 방법.
[E4]
상기 (c)에서, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도는 -80℃ 이상인, [E1]∼[E3]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E5]
상기 (c)에서, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도는 100℃ 이하인, [E1]∼[E4]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E6]
상기 (c)에서, 플라즈마를 생성하는 일 없이 불화수소 가스가 공급되는, [E1]∼[E5]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E7]
상기 (c)에서, 불화수소산이 공급되는, [E1]∼[E6]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E8]
(d) 상기 (c) 후, 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정을 더 포함하는, [E1]∼[E7]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E9]
(e) 상기 (d) 후, 상기 (d)에 의해 상기 기판에 부착된 퇴적물을 제거하도록 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 더 포함하는, [E8]에 기재한 방법.
[E10]
상기 마스크는 실리콘, 금속 및 탄소 중 적어도 하나를 함유하는, [E1]∼[E9]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E11]
상기 하지막은 실리콘, 금속 및 탄소 중 적어도 하나를 함유하는, [E1]∼[E10]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E12]
상기 (c)에서, 상기 마스크에 수소 함유 가스가 더 공급되는, [E1]∼[E11]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
이 경우, 수소 함유 가스가 퇴적물에 대한 불화수소의 흡착을 촉진한다.
[E13]
(f) 상기 (c) 후, 상기 기판에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는, [E1]∼[E12]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E14]
상기 (f)에서, 상기 기판에 불화수소가 공급되는, [E13]에 기재한 에칭 방법.
[E15]
상기 (f)에서, 상기 실리콘 함유 가스는 질소를 포함하는, [E13] 또는 [E14]에 기재한 에칭 방법.
[E16]
상기 (f)에서, 상기 실리콘 함유 가스는 탄화수소기를 포함하는 아미노실란이고,
상기 (f)에서, 상기 기판 상에 퇴적물이 형성되고, 상기 퇴적물은 질소, 불소, 탄소, 수소 및 실리콘을 함유하는, [E15]에 기재한 에칭 방법.
[E17]
(g) 상기 (c) 후, 상기 하지막을 에칭함으로써 형성된 오목부의 측벽에 막을 형성하는 공정을 더 포함하는, [E1]∼[E16]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E18]
상기 막은 ALD법, 불포화 ALD법, MLD법 또는 CVD법에 의해 형성되는, [E17]에 기재한 에칭 방법.
[E19]
상기 (b)는 상기 하지막을 에칭함으로써 형성된 오목부의 측벽에 막을 형성하는 공정을 포함하는, [E1]∼[E18]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E20]
(h) 상기 (b)와 상기 (c) 사이에서, 상기 마스크 상에 우선적으로 탄소 함유 퇴적물을 형성하는 공정을 더 포함하는, [E1]∼[E19]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E21]
(i) 상기 (c) 후, 상기 마스크 상에 우선적으로 탄소 함유 퇴적물을 형성하는 공정과,
(j) 상기 (i) 후, 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정
을 더 포함하는, [E1]∼[E20]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E22]
(k) 상기 (b) 전에, 상기 마스크 상에, 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 퇴적물을 형성하는 공정을 더 포함하는, [E1]∼[E21]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E23]
상기 마스크는 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는, [E1]∼[E22]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E24]
상기 기판을 지지하는 기판 지지부는, 제1 영역과, 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하고,
상기 (c)에서, 상기 제1 영역의 온도를 제1 온도로 제어하고, 상기 제2 영역의 온도를 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어하는, [E1]∼[E23]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E25]
상기 (b)에 의해, 상기 하지막에, 제1 부분 및 상기 제1 부분 상의 제2 부분을 갖는 오목부이며, 상기 제1 부분의 개구 치수는 상기 제2 부분의 개구 치수보다 작은 오목부가 형성되고,
상기 에칭 방법은,
(l) 상기 (b)와 상기 (c) 사이에서, 상기 제2 부분을 규정하는 상기 오목부의 측벽에 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하고,
상기 (c)는 상기 제1 부분의 개구 치수를 확대시키는, [E1]∼[E24]의 어느 한 항에 기재한 에칭 방법.
[E26]
(a) 오목부를 구비하는 하지막과, 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 구비하는 기판을 제공하는 공정이며, 상기 개구는 상기 오목부에 대응하는 공정과,
(b) 상기 마스크 상에 우선적으로 퇴적물을 형성하는 공정과,
(c) 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정
을 포함하는 에칭 방법.
[E27]
챔버와,
상기 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 기판 지지부이며, 상기 기판이 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 구비하는 기판 지지부와,
제1 처리 가스와, 불화수소 가스를 포함하는 제2 처리 가스를, 각각 상기 챔버 내에 공급하도록 구성된 가스 공급부와,
상기 챔버 내에서 상기 제1 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 생성부와,
제어부를 구비하고,
상기 제어부는, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하기 위해 상기 가스 공급부 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하도록 구성되고,
상기 제어부는, 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 상기 제2 처리 가스를 공급하기 위해 상기 가스 공급부를 제어하도록 구성되는 플라즈마 처리 장치.
[E28]
(a) 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 구비하는 기판을 제공하는 공정과,
(b) 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정과,
(c) 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 포함하고,
상기 (c)에서, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도는 -80℃ 이상인 에칭 방법.
에칭 방법 [E28]에 의하면, (c)에서 불화수소에 의해 퇴적물을 제거할 수 있다. 퇴적물을 제거하는 메카니즘은 이하와 같이 생각되지만, 이것에 한정되지 않는다. (c)에서, 기판 지지부의 온도가 높으면, 불화수소와 퇴적물의 반응이 촉진되기 때문에 보다 많은 퇴적물이 제거된다.
이상의 설명으로부터, 본 개시의 다양한 실시형태는, 설명 목적으로 본 명세서에서 설명되어 있고, 본 개시의 범위 및 주지로부터 일탈하지 않고서 다양한 변경을 실시할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시한 다양한 실시형태는 한정하는 것을 의도하지 않으며, 참된 범위와 주지는 첨부한 청구범위에 의해서 나타내어진다.

Claims (23)

  1. 에칭 방법에 있어서,
    (a) 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 포함하는 기판을 제공하는 공정과,
    (b) 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정과,
    (c) 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 포함하는, 에칭 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c)에서, 상기 (b)에 의해 상기 마스크의 상기 개구에 부착된 퇴적물을 제거하는, 에칭 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c)에서의 상기 압력은 불화수소의 포화 증기압 이하인 것인, 에칭 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c)에서, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도는 -80℃ 이상인, 에칭 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c)에서, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도는 100℃ 이하인, 에칭 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c)에서, 플라즈마를 생성하는 일 없이 불화수소 가스가 공급되는, 에칭 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c)에서, 불화수소산이 공급되는, 에칭 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (d) 상기 (c) 후, 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    (e) 상기 (d) 후, 상기 (d)에 의해 상기 기판에 부착된 퇴적물을 제거하도록, 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크는 실리콘, 금속 및 탄소 중, 적어도 하나를 함유하는 것인, 에칭 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하지막은 실리콘, 금속 및 탄소 중, 적어도 하나를 함유하는 것인, 에칭 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c)에서, 상기 마스크에 수소 함유 가스가 더 공급되는, 에칭 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (f) 상기 (c) 후, 상기 기판에 실리콘 함유 가스를 공급하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 (f)에서, 상기 기판에 불화수소가 공급되는, 에칭 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (g) 상기 (c) 후, 상기 하지막을 에칭함으로써 형성된 오목부의 측벽에 막을 형성하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (h) 상기 (b)와 상기 (c) 사이에서, 상기 마스크 상에 우선적으로 탄소 함유 퇴적물을 형성하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (i) 상기 (c) 후, 상기 마스크 상에 우선적으로 탄소 함유 퇴적물을 형성하는 공정과,
    (j) 상기 (i) 후, 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    (k) 상기 (b) 전에, 상기 마스크 상에, 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 퇴적물을 형성하는 공정을 더 포함하는, 에칭 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마스크는 인, 붕소 및 황으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 것인, 에칭 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판을 지지하는 기판 지지부는, 제1 영역과, 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하고,
    상기 (c)에서, 상기 제1 영역의 온도를 제1 온도로 제어하고, 상기 제2 영역의 온도를 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 제어하는, 에칭 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (b)에 의해, 상기 하지막에, 제1 부분 및 상기 제1 부분 상의 제2 부분을 갖는 오목부로서, 상기 제1 부분의 개구 치수는 상기 제2 부분의 개구 치수보다 작은 오목부가 형성되고,
    상기 에칭 방법은,
    (l) 상기 (b)와 상기 (c) 사이에서, 상기 제2 부분을 규정하는 상기 오목부의 측벽에 보호막을 형성하는 공정을 더 포함하고,
    상기 (c)는 상기 제1 부분의 개구 치수를 확대시키는 것인, 에칭 방법.
  22. 플라즈마 처리 장치에 있어서,
    챔버와,
    상기 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 기판 지지부로서, 상기 기판이, 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 포함하는 기판 지지부와,
    제1 처리 가스와, 불화수소 가스를 포함하는 제2 처리 가스를, 각각 상기 챔버 내에 공급하도록 구성된 가스 공급부와,
    상기 챔버 내에서 상기 제1 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 생성부와,
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하기 위해 상기 가스 공급부 및 상기 플라즈마 생성부를 제어하도록 구성되고,
    상기 제어부는, 13.3 Pa 이상의 압력 하에서 상기 기판에 상기 제2 처리 가스를 공급하기 위해 상기 가스 공급부를 제어하도록 구성되는 것인, 플라즈마 처리 장치.
  23. 에칭 방법에 있어서,
    (a) 하지막과 상기 하지막 상에 형성되며 개구를 갖는 마스크를 포함하는 기판을 제공하는 공정과,
    (b) 플라즈마를 이용하여 상기 하지막을 에칭하는 공정과,
    (c) 상기 기판에 불화수소를 공급하는 공정을 포함하고,
    상기 (c)에서, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도는 -80℃ 이상인 것인, 에칭 방법.
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