KR101025324B1

KR101025324B1 - 에칭 방법

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Publication number: KR101025324B1
Application number: KR1020040009273A
Authority: KR
Inventors: 이광명; 윤기영; 채승기; 허노현; 황완구; 황정현; 신지 야나기사와; 켄고 츠츠미; 세이이치 타카하시
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박; 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2011-03-29
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: US7497963B2; JP4495471B2; KR20050074242A; US20050153553A1; JP2005203408A

Abstract

본 발명은 에칭 방법에 관한 것으로, 에칭량의 면내 분포가 균일하게 되는 에칭 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. 본 발명에 의하면, 처리실(12) 내부에 래디칼을 도입하기 전에 에칭 가스가 도입되어 있고, 래디칼이 도입될 때에는 기판(15)의 표면에 에칭 가스가 흡착하고 있다. 따라서, 래디칼은 기판(15) 표면에 흡착된 에칭 가스와 반응하고, 기판(15) 표면에서 반응이 균일하게 진행하므로 기판(15) 표면에 에칭 얼룩이 일어나지 않는다. 또한, 에칭 가스와 래디칼의 반응은 기판(15) 표면에서 일어나기 때문에, 에칭 가스와 래디칼의 반응에 의해 생성되는 중간 생성물은 신속하게 에칭 대상물과 반응하기 때문에, 중간 생성물이 과도하게 처리실(12)로부터 배기되는 일이 없이 에칭 효율이 높다. 따라서, 본 발명에 의하면, 에칭량의 면내 분포가 보다 균일하게 될 뿐만 아니라, 에칭 속도가 종래에 비해 빨라진다.

에칭, 불화물 가스, 기판, 래디칼, 면내 분포

Description

에칭 방법 {ETCHING METHOD}

도1은 본 발명에 의한 에칭 장치의 일례를 설명하는 사시도.

도2는 본 발명에 의한 에칭실의 일례를 설명하는 단면도.

도3은 도2의 A-A 절단선 단면도.

도4는 기판을 처리실에 반입한 상태를 설명하는 단면도.

도5는 도4의 B-B 절단선 단면도.

도6은 에칭 속도와 기판 위치와의 관계를 설명하는 그래프.

도7은 에칭량의 면내 분포와 기판 위치의 관계를 설명하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

5: 에칭 장치

I0: 에칭실

11: 반출입실

12: 처리실

15: 기판

17: 마이크로 파원

28₁, 28₂: 램프 가열 히터

35: 샤워 노즐

36₁, 36₂: 파이프

33: 가스관

34: 배기관

본 발명은 에칭 방법에 관한 것으로, 특히 건식 에칭법에 관한 것이다.

종래로부터 기판 표면에 배치된 에칭 대상물의 에칭에는 건식 에칭법이 널리 이용되고 있다.

예를 들면 실리콘 기판의 표면에 형성된 실리콘 산화막으로 이루어지는 에칭 대상물을 에칭하는 경우에는, 먼저 기판을 처리실 내에 배치하고, 해당 처리실 내에 진공 분위기를 형성한 후, 처리실 내에서 에칭 대상물과 반응하는 중간 생성물을 발생시키는 방법이 있다.

예를 들면 처리실 내에 수소 가스의 래디칼과 불화물 가스와 같은 에칭 가스를 공급하면, 에칭 가스가 환원되어 NH_xF_y(x, y는 임의의 정수)와 같은 중간 생성물이 생성된다.

중간 생성물은 기판의 표면에서 에칭 대상물과 반응하여 반응 생성물이 생성되고, 이어서 기판을 가열하면 반응 생성물이 열분해되어 열분해 가스가 되어서 증 발하므로 결과적으로 기판 표면에서 에칭 대상물이 제거된다.

이와 같은 건식 에칭법에 의하면 실리콘 산화막을 진공 분위기 중에서 에칭 제거하는 것이 가능하기 때문에, 실리콘 기판이 대기 중의 수분이나 산소에 의해 오염되는 일이 없다.

그렇지만 종래 기술의 건식 에칭법으로는 기판 표면의 에칭량의 면내 분포가 나쁘고, 특히 복수매의 기판을 동시에 에칭하는 경우에는 기판마다 에칭량의 면내 분포나 에칭 속도가 다르다고 하는 문제가 있었다.

또한, 본 발명의 선행 기술 문헌에는 일본 특허 공개 공보 2001-284307호, 일본 특허 공개 공보 2003-124172호가 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 창작된 것으로, 그 목적은 에칭량의 면내 분포가 균일하게 되고, 또한 에칭 속도가 빠른 에칭 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 래디칼 생성 가스로부터 생성된 래디칼과 에칭 가스를 기판이 배치된 진공 분위기 중에 도입하고, 상기 기판의 표면에 형성된 에칭 대상물과 상기 래디칼과 상기 에칭 가스를 반응시켜서 반응 생성물을 생성하고, 상기 기판을 가열하여 상기 반응 생성물을 분해해서 열분해 가스를 생성하고, 상기 열분해 가스를 진공 배기에 의해 제거하는 에칭 방법으로서, 상기 진공 분위기를 제1 압력 범위에 두고, 다음에 상기 진공 분위기에 상기 에칭 가스 를 도입해서 상기 제1 압력 범위보다 높은 압력의 제2 압력 범위로 하고, 상기 제2 압력 범위를 유지하면서 상기 래디칼을 상기 진공 분위기에 도입하여 반응 생성물을 생성하는 에칭 방법이다.

본 발명은 상기 기판의 가열시 상기 진공 분위기의 압력을 상기 제2 압력 범위보다 낮은 제3 압력 범위로 한 후에 실시하는 에칭 방법이다.

본 발명은 상기 제2 압력 범위가 6.67 × 10 Pa 이상의 압력인 에칭 방법이다.

본 발명은 상기 제2 압력 범위가 1.33 × 10³ Pa 이하의 압력인 에칭 방법이다.

본 발명은 상기 에칭 가스로서 화학 구조 중에 탄소 및 산소를 함유하지 않고 불소를 함유하는 불화물 가스를 이용하고, 상기 래디칼 생성 가스로서 수소 또는 암모니아의 어느 쪽이든지 하나 또는 두개의 가스를 이용하여, 실리콘 산화물로부터 이루어지는 에칭 대상물을 에칭하는 에칭 방법이다.

종래 기술의 에칭 방법에서는 에칭 가스와 래디칼이 함께 진공 분위기에 도입되어 있기 때문에, 중간 생성물은 진공 분위기 중의 공간에서 생성되었었다. 따라서, 에칭 대상물과 중간 생성물과의 반응은 진공 분위기 중을 흐르는 중간 생성물의 양에 의존하고 있어서 중간 생성물이 에칭 대상물과 반응하지 않고 진공 분위기에서 배기되는 경우가 있기 때문에 에칭 속도가 늦었었다고 추정된다.

기판을 정지(靜止)시켜 에칭한 경우에는, 중간 생성물은 에칭 가스나 래디칼 의 도입구에 가까운 부분에 먼저 도달하고, 도입구에서 먼 부분에는 늦게 도달한다. 또한, 기판을 회전시키면서 에칭한 경우에는, 중간 생성물은 기판의 단부에 먼저 도달하고, 기판의 중앙 부분에는 늦게 도달한다. 어느 쪽이든 중간 생성물과 에칭 대상물의 반응은 중간 생성물이 빨리 도달한 부분에서부터 시작되기 때문에, 중간 생성물이 빨리 도달하는 부분과 늦게 도달하는 부분으로 인해 에칭 얼룩이 발생했었다고 추정된다.

이에 대해 본 발명의 에칭 방법에서는 진공 분위기 중에 래디칼을 도입하지 않고 먼저 진공 배기하면서 에칭 가스를 도입하고 있어서 분출구가 기판 중심으로 향해 있으면, 기판 표면의 중심을 통과하여 에칭 가스가 흐르고, 에칭 가스가 흡착된다.

이 때, 기판을 수평면 내에서 회전시키면 기판의 중심으로부터 모든 범위로 에칭 가스의 흐름과 접촉된다.

에칭 가스를 도입하는 것에 의해, 기판이 놓여진 진공 분위기의 압력을 제1 압력 범위보다 높은 제2 압력 범위로 하면, 고농도의 에칭 가스의 흐름과 기판 표면이 접촉하여 기판 표면에 얼룩이 없이 에칭 가스가 흡착되고, 기판 표면이 에칭 가스로 뒤덮인 상태가 된다.

다음에, 진공 분위기중에 진공 배기하면서 래디칼을 도입할 때에, 래디칼의 분출구가 기판 중심을 향하고 있으면 래디칼의 흐름은 기판 중심을 통하여 진공 분위기에서 배기된다. 이 때, 래디칼은 기판 표면에 흡착된 에칭 가스와 반응하여 중간 생성물이 생성되므로 결과적으로 에칭 얼룩이 일어나지 않는다.

또한, 중간 생성물을 기판 표면에서 생성시키는 것에 의해, 중간 생성물이 에칭 대상물과 신속하게 반응하여 중간 생성물이 불필요하게 진공 분위기에서 배기되는 일이 없으므로 에칭 속도도 종래에 비해 빨라진다.

제2 압력 범위를 6.67 × 10 Pa(0.5 Torr) 이상으로 높게 하면, 래디칼을 도입하기 전에 기판 표면에서부터 균일하게 에칭 가스가 흡착되므로 에칭량의 면내 분포가 향상한다.

또한, 래디칼을 도입할 때에 진공 분위기의 압력이 너무 높으면, 래디칼의 발생 효율이 저하되어 에칭율(etching rate)이 떨어지는 것만이 아니라, 기판에 도달하기 전의 중간 생성물의 생성이 지배적으로 되어 분포가 악화하기 때문에, 제2 압력 범위는 1.33 × 10³ Pa(10 Torr) 이하로 하는 것이 바람직하다.

진공 분위기의 압력이 1.33 × 10² Pa(1 Torr) 이상 1.33 × 10³ Pa(10 Torr) 이하의 범위에 있으면 특히 래디칼의 발생 효율이 높아져서 에칭 비율이 올라간다.

래디칼 생성 가스를 도입할 때에 에칭 가스도 함께 도입하면, 기판 표면에서 소비된 에칭 가스가 보급되므로 에칭 효율이 보다 높아진다.

래디칼 생성 가스를 도입할 때에 배기 속도를 제어하여 처리 분위기의 압력을 일정하게 유지하면, 에칭이 안정적으로 행해지므로 에칭의 면내 분포가 보다 균일하게 된다.

기판으로 실리콘 기판을 이용한 경우에 그 표면에는 에칭 대상물인 실리콘 산화막이 형성되어 있고, 에칭 가스로서 불화물 가스인 3불화 질소(NF₃) 가스를 이용하면 그 3불화 질소 가스가 실리콘 기판의 표면에 흡착한다.

다음에, 래디칼 생성 가스를 플라즈마화하여 수소 가스의 래디칼(H·)을 생성하면, 하기 반응식(1)에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판의 표면에 흡착한 불화 질소 가스와 수소 가스의 래디칼이 반응하여 중간 생성물(NH_xF_y (x, y는 임의의 정수를 나타낸다))이 생성된다.

H· + NF₃ → NH_xF_y --- (1)

이 중간 생성물은 실리콘 산화물과 매우 반응성이 높기 때문에, 하기 반응식(2)에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판의 표면에 형성된 실리콘 산화막(SiO₂)과 중간 생성물이 반응하여 반응 생성물((NH₄)₂ SiF₆)이 생성된다.

NH_xF_y + SiO₂ → (NH₄)₂SiF₆ + H₂O --- (2)

다음에, 실리콘 기판을 100 ℃ 이상으로 가열하면 반응 생성물이 열분해되어 증발하고, 하기 반응식(3)에 나타낸 바와 같은 열분해 가스가 진공 분위기중에 방출된다.

(NH₄)₂ SiF₆ → NH₃ + HF + SiF₄ --- (3)

이와 같이, 에칭 가스로서 불화물 가스를 이용하면 실리콘 산화물과의 반응성이 높은 중간 생성물이 생성되므로 실리콘 기판 표면으로부터 실리콘 산화막이 선택적으로 에칭 제거된다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도1의 부호 5는 본 발명에 이용되는 에칭 장치의 일례를 도시하고 있다.

이 에칭 장치(5)는 에칭실(10)을 가지고 있다.

에칭실(10)은 처리실(12)과 처리실(12)에 접속된 반출입실(11)을 가지고 있다.

반출입실(11)의 측벽에는 반출 입구(14)가 설치되어 있고, 반출 입구(14)의 근방에는 작업대(42)가 놓여 있고, 작업대(42)와 반출 입구(14)의 사이에는 반송 로봇(32)이 배치되어 있다.

기판은 2매 이상이 같은 카세트(31)에 함께 수용되게 되어 있고, 미처리 기판이 수용된 카세트(31)는 작업대(42)에 놓여, 반송 로봇(32)에 의해 카세트(31)에서 1매씩 기판이 꺼내지면 반출 입구(14)를 통하여 반출입실(11)내로 반입되도록 되어 있다.

또한, 처리 완료된 기판은 반송 로봇(32)에 의해 반출입실(11) 내부로부터 반출 입구(14)를 통하여 1매씩 꺼내진 후, 작업대(42)에 놓여진 카세트(31)에 수용되도록 되어 있다.

작업대(42)의 윗쪽에는 카세트실(41)이 배치되어 있고, 미처리 기판이 수용된 카세트(31)는 에칭 장치(5)내에 옮겨져 일단 카세트실(41)에 배치된 후, 작업대(42)에 옮겨지도록 되어 있고, 한편 처리 완료된 기판이 수용된 카세트(31)는 작업대에서 카세트실(41)로 일단 되돌려진 후, 에칭 장치(5) 외부로 반출되도록 되어 있다.

도2는 에칭실(10)의 단면도를 도시하고 있다. 반출입실(11)내에는 테이블(22)이 배치되어 있고, 이 테이블(22)상에는 보우트(26)가 배치되어 있다.

보우트(26)는 수직으로 세워서 설치된 지지봉을 2개 이상 가지고 있다. 각 지지봉에는 2개 이상의 홈이 각각 일정 간격을 두고 마련되어 있고, 각 지지봉의 홈은 같은 높이에 각각 위치하므로, 반출입실(11)에 반입된 기판을 지지봉의 홈에 얹으면 기판이 서로 일정 간격을 두고 대략 수평으로 유지된 상태가 된다. 도2는 반출입실(11)내에서 보우트(26)에 복수매의 기판(15)이 재치된 상태를 나타내고 있다.

테이블(22)은 도시하지 않은 승강기구에 의해 상하로 이동 가능하도록 되어 있어서 승강기구에 의해 테이블(22)을 상승시키면 테이블(22)과 함께 보우트(26)가 윗쪽으로 이동한다.

반출입실(11) 천정의 테이블(22)의 바로 위에는 반출입실(11)의 내부 공간이 처리실(12)의 내부 공간으로 접속되는 개구가 설치되어 있다.

개구의 지름은 기판(15)의 지름보다는 크지만 테이블(22)의 지름보다는 작게 되어 있고, 개폐 밸브(21)를 열어서 반출입실(11)을 처리실(12)에 접속한 상태에서 테이블(22)을 위로 상승시키면, 기판(15)은 보우트(26)와 함께 개구를 통과하여 처리실(12) 내부로 반입되지만, 테이블(22)은 개구를 통과하지 않고 통로 주위의 천정에 테이블(22)의 표면이 눌리면서 닿게 된다.

반출입실(11)의 천정에는 개구를 둘러싸는 O링이 장착되어 있어서 테이블(22)의 표면이 개구 주위의 천정에 눌리면서 닿으면, 테이블(22)의 표면과 O 링이 밀착하여 처리실(12)의 내부 공간이 반출입실(11)로부터 차단된다.

처리실(12)의 외부에는 진공 배기계(排氣系)(25)와 에칭 가스 공급계(37)와 래디칼 생성 가스 공급계(38)와 마이크로 파원(17)이 배치되어 있다.

처리실(12)의 측벽에는 배기관(34)의 일단이 장착되고, 배기관(34)의 타단은 진공 배기계(25)에 접속되어 있어서 진공 배기계(25)를 기동하면 배기관(34)을 통하여 처리실(12) 내부가 진공 배기되도록 되어 있다.

처리실(12) 배기관(34)의 반대측 측면에는 샤워 노즐(35)이 장착되어 있다. 샤워 노즐(35)에는 가스관(33)의 일단이 접속되고, 가스관(33)의 타단은 래디칼 생성 가스 공급계(38)에 접속되어 있고, 이 공급계(38)에서 공급되는 가스는 샤워 노즐(35)에 도입되도록 되어 있다. 샤워 노즐(35)에는 복수개의 분출 구멍이 설치되어 있고, 샤워 노즐(35)에 도입된 가스는 각 분출 구멍으로부터 처리실(12) 내부에 도입되도록 되어 있다.

마이크로 파원(17)에는 도파관(18)의 일단이 접속되고, 도파관(18)의 타단은 가스관(33)에 관통되어 있어서 가스관(33)에 가스를 흘리면서 마이크로 파원(17)을 기동하면, 마이크로 파원(17)에서 발생한 마이크로파가 도파관(18)에 전해져서 가스관(33)에 관통된 부분으로부터 가스관(33)내에 침투하고, 가스관(33)을 흐르는 가스가 마이크로파에 의해 여기되어 래디칼이 발생하도록 되어 있다.

래디칼은 캐리어 가스나 미반응의 래디칼 생성 가스의 흐름을 타고 샤워 노즐(35)에 운반되어 샤워 노즐(35)의 분출 구멍으로부터 처리실(12)내에 도입되도록 되어 있다.

따라서, 마이크로파는 가스가 처리실(12) 내부에 공급되는 경로의 도중에 조사되기 때문에, 처리실(12) 내부에 배치된 기판에 마이크로파가 조사되는 일이 없고, 기판이 마이크로파에 의해 손상(damage)을 받는 일이 없다.

도3은 도2의 A-A 절단선 단면도를 도시하고 있다. 도3을 참조하면, 샤워 노즐(35)의 양단에는 파이프(36₁, 36₂)가 배치되어 있고, 이 파이프(36₁, 36₂)는 에칭 가스 공급계(37)에 접속되어 있다. 파이프 (36₁, 36₂)에는 복수의 분출 구멍이 각각 마련되어 있고, 에칭 가스 공급계(37)의 가스는 각 분출 구멍으로부터 처리실(12) 내부에 도입되도록 되어 있다.

처리실(12)의 측벽에는 하나 이상의 램프 가열 히터(28₁, 28₂)가 장착되어 있고, 도시하지 않은 전원을 기동하여 램프 가열 히터(28₁, 28₂)에 통전시키면, 램프 가열 히터(28₁, 28₂)로부터 처리실(12) 내부에 적외선이 방사되도록 되어 있다.

다음에, 이 에칭 장치(1)를 이용하여 에칭 대상물을 에칭하는 공정에 대해 설명한다.

도4는 복수매의 기판(15)이 탑재된 보우트(26)가 처리실(12)내에 반입된 상태를 도시하고 있다. 이 상태에서는 각 가스 공급계(37, 38)의 밸브는 닫혀 있고, 처리실(12) 내부의 압력은 제1 압력 범위에 놓여져 있다.

먼저, 에칭 가스 공급계(37)의 밸브를 열어 불화물 가스(여기에서는 3불화 질소 가스(NF₃))인 에칭 가스를 처리실(12) 내부에 도입한다.

파이프(36₁, 36₂)는 대략 수직 방향으로 향하고, 그 분출 구멍은 수평 방향이 기판(15)의 중심으로 향하고, 또한 상하 방향은 기판(15)과 기판(15)의 사이에 위치하고 있다. 따라서 분출 구멍으로부터 도입된 에칭 가스는 기판(15)과 기판(15)의 사이를 흘러서 기판(15)의 중심을 통하여 배기관(34)으로부터 방출된다.

소정의 배기 속도로 배기를 계속하면서 에칭 가스의 유량을 서서히 증가시키면 처리실(12) 내부의 압력이 서서히 상승한다. 처리실(12) 내부의 압력이 6.67 × 10 Pa(0.5 Torr) 이상의 제2 압력 범위가 되었을 때에, 에칭 가스의 유량을 일정하게 하고, 진공 배기계(25)의 배기 밸브를 조정하여 처리실(12)내의 압력을 제2 압력 범위로 유지한다.

이 때 래디칼은 처리실(12)내에 도입되지 않고 에칭 가스는 단독으로는 에칭 대상물과 반응하지 않기 때문에 에칭 가스는 에칭 대상물과 반응하지 않고, 기판(15) 표면에 에칭 가스가 흡착된다.

처리실(12) 내부의 압력이 제2 압력 범위에 도달하게 되고 나서, 제2 압력 범위에 있는 상태를 소정의 흡착 시간으로만 유지하면, 모든 기판(15)의 표면에 충분히 양의 에칭 가스가 흡착된다(흡착 상태).

흡착 시간이 경과하기까지는 도시하지 않은 회전 기구에 의해서 각 기판(15)은 보우트(26)와 함께 기판(15)의 중심축선을 중심으로 회전하고 있고, 그 회전에 의해 기판(15)의 표면은 에칭 가스에 균일하게 노출되므로 각 기판(15)의 표면에는 균일하게 에칭 가스가 흡착된다.

흡착 시간 경과 후, 에칭 가스의 도입 및 기판(15)의 회전을 계속하면서 래디칼 생성 가스 공급계(38)의 밸브를 열어서 처리실(12) 내부에 암모니아 가스로부터 이루어지는 래디칼 생성 가스와 질소 가스로부터 이루어지는 캐리어 가스를 함께 도입한다.

배기 밸브를 서서히 더 열어서 처리실(12) 내부의 압력을 제2 압력으로 유지하면서 래디칼 생성 가스와 캐리어 가스의 유량을 서서히 늘려 간다.

래디칼 생성 가스와 캐리어 가스의 유량이 각각 소정의 유량에 도달했을 때, 그 유량을 일정하게 유지하면서 마이크로 파원(17)을 기동하면 래디칼 생성 가스가 플라즈마화되고, 래디칼이 발생하여 샤워 노즐(35)로부터 처리실(12) 내부에 도입된다.

상술한 바와 같이 샤워 노즐(35)의 양단에는 파이프(36₁, 36₂)가 배치되어 있고, 샤워 노즐(35)의 분출 구멍은 파이프(36₁, 36₂)의 분출 구멍과 동일하게 기판(15)의 중심으로 향해져 있기 때문에, 샤워 노즐(35)로부터 도입되는 래디칼은 캐리어 가스나 에칭 가스의 흐름을 따라 기판(15)의 중심을 통하여 배기관(34)으로부터 배기된다.

이 때, 기판(15)은 보우트(26)와 함께 기판(15)의 중심축선을 중심으로 회전하고 있으므로 그 회전에 의해 기판(15)의 표면이 래디칼 생성 가스에 균일하게 노출된다.

여기에서는, 각 기판(15)은 실리콘 기판으로 구성되고, 각 기판(15)의 표면 에는 실리콘 산화막으로 이루어지는 에칭 대상물이 형성되어 있고, 기판(15)의 표면이 래디칼에 노출되면 기판(15)의 표면에 미리 흡착한 에칭 가스와 래디칼이 반응하여 중간 생성물이 생성되고, 나아가 그 중간생성물이 에칭 대상물과 반응하여 반응 생성물이 생성된다.

처리실(12)에 래디칼이 도입될 때에는 플라즈마화 될 때에 생성되는 부생성물이나 미반응의 래디칼 생성 가스나 캐리어 가스가 함께 도입되지만, 진공 배기계(25)의 열림 정도를 조정하여 그 가스를 배기하고, 처리실(12) 내부의 압력을 제2 압력 범위로 유지하여 래디칼과 에칭 가스와 에칭 대상물의 반응을 진행시킨다.

마이크로 파원(17)을 기동하고 나서 래디칼의 생성과 에칭 가스, 래디칼 생성 가스 및 캐리어 가스의 도입을 소정의 반응 시간동안 계속하여 에칭 대상물의 반응이 충분히 진행됐을 때에, 마이크로 파원(17)을 정지하고, 에칭 가스, 래디칼 생성 가스 및 캐리어 가스의 도입을 정지한다.

각 가스의 도입을 정지한 상태에서 진공 배기를 계속하면 처리실(12) 내부의 압력이 서서히 저하한다.

도5는 도4의 B-B 절단선 단면도를 도시하고 있고, 처리실(12) 내부의 압력이 제2 압력 범위보다 낮은 제3 압력 범위에 도달했을 때에, 램프 가열 히터(28₁, 28₂)에 통전시키면 처리실(12) 내부를 향하여 적외선이 조사되어 각 기판(15)이 가열된다.

각 기판(15)이 100 ℃ 이상의 가열 온도에 도달하고 나서, 그 가열 온도를 소정의 가열 시간동안 유지하면, 기판(15) 표면에 생성된 반응 생성물이 열분해하여 증발해서 기판(15) 표면으로부터 반응 생성물이 제거된다.

가열 시간 경과 후에 램프 가열 히터(28₁, 28₂)로의 통전을 정지한다. 반출입실(11) 내부에 미리 소정 압력의 진공 분위기를 형성해 두고 테이블(22)을 하강시키면, 보우트(26)에 배치된 기판(15)이 반출입실(11)로 되돌려진다.

기판(15)을 반출입실(11)로 되돌리고 난 후, 반출입실(11)내에서 소정의 냉각 시간을 가지면 기판(15)이 냉각된다. 냉각 시간이 경과하고 난 후, 기판(15)을 반출입실(11)로부터 반출하면 에칭 후의 기판(15)을 꺼낼 수가 있다.

[실시예]

1개의 보우트(26)에 직경 8 인치의 실리콘 기판(15)을 50매 탑재하고, 에칭 가스를 도입하기 전의 압력과 가열 시의 압력이 4 Pa(0.003 Torr), 래디칼을 도입할 때의 압력이 4 × 10² Pa(3 Torr), 흡착 시간이 1분, 반응 시간이 330초, 흡착 상태와 반응 상태에 있어서의 에칭 가스의 유량이 4 slm, 반응 상태에 있어서의 래디칼 생성 가스와 캐리어 가스의 유량이 각각 1.3 slm, 3.9 slm, 가열 온도가 130 ℃, 램프 가열 히터(28₁, 28₂)의 통전 시간이 330초인 조건으로 에칭 처리를 행했다.

각 기판(15)에 있어서, 에칭 전의 실리콘 산화막의 막두께와 에칭 후의 실리콘 산화막의 막두께를 각각 여러 곳에서 측정하여 각 측정 장소에 있어서의 에칭량(에칭 전과 에칭 후의 막두께 차이)을 구했다.

각 측정 장소의 에칭량의 평균과 에칭 시간으로부터 각 기판(15)의 에칭 속도를 구하고, 나아가 에칭량의 면내 분포를 구했다.

여기서, 에칭량의 면내 분포란 1개의 기판(15)에 대해서 측정된 에칭량 가운데, 에칭량의 최대치를 MAX, 에칭량의 최소치를 MIN, 에칭량의 평균치를 AV로 했을 때에 하기식(1)으로 나타내는 값이 되고(단위:%), 그 값이 클수록 에칭량의 불균일함이 큰 것을 나타내고 있다.

(MAX - MIN) / 2AV × 100 --- (1)

에칭 속도의 결과를 도6에 나타내고, 에칭량의 면내 분포의 결과를 도7에 나타낸다. 또한, 도6 및 도7의 종축은 에칭 속도와 에칭량의 면내 분포를 각각 나타내고, 횡축은 보우트(26)를 처리실(12)에 반입했을 때의 가장 낮은 위치를 1, 가장 높은 위치를 50으로 한 경우의 기판(15)의 위치를 나타내고 있다.

또한, 도6 및 도7의 부호 L_e는 각각 본 발명의 에칭 방법에 의해 에칭된 경우를 나타내고, 부호 L_C1는 각각 에칭 가스의 도입과 래디칼 가스 및 캐리어 가스의 도입을 개시함과 동시에 래디칼을 생성한 경우이고, 부호 L_C2는 래디칼 가스 및 캐리어 가스를 도입해서 래디칼을 생성하여 5분간 그 래디칼을 처리실(12)에 도입한 후, 에칭 가스의 도입을 개시한 경우이다.

도6을 보면 분명한 바와 같이, 래디칼 생성 가스를 먼저 도입한 경우나 래디칼 생성 가스와 에칭 가스를 동시에 도입한 경우에 비해서, 본 발명의 에칭 방법에 의하면 에칭 속도가 빠르고, 또한 기판 위치에 의한 에칭 속도의 불균일함도 작았다.

또한, 도7을 보면 분명한 바와 같이, 래디칼 생성 가스를 먼저 도입한 경우에는 기판 위치마다 면내 분포의 불균일함이 컸지만, 본 발명의 에칭 방법에 의하면 면내 분포의 값이 작을 뿐만 아니라, 기판 위치마다 면내 분포의 불균일함도 적었다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 에칭 속도가 빠를 뿐만 아니라, 면내 분포의 값도 작고, 또한 복수매의 기판을 동시에 처리하는 경우에서도 처리실(12)내에서의 기판 위치에 의해 면내 분포의 불균일함이 생기지 않는 것이 확인되었다.

이상은 실리콘 산화막을 에칭하는 경우에 에칭 가스로서 불화물 가스인 NF₃ 가스를 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 실리콘 산화막을 에칭하는 경우에는 불화물 가스로서는 그 화학 구조 중에 탄소와 산소를 가지지 않는 것을 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 SF₆ 가스와 같은 불화 규소 가스를 이용하는 것도 가능하다. 에칭 가스로서 이용하는 불화물 가스는 한 종류만을 이용해도 좋고, 또는 두 종류 이상의 불화물 가스를 혼합해서 이용할 수도 있다.

이상은 래디칼 생성 가스와 함께 캐리어 가스를 도입하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 래디칼 생성 가스를 단독으로 처리실(12)내에 도입해도 좋다. 또한, 래디칼 생성 가스와 캐리어 가스를 함께 도입 하는 경우에는 캐리어 가스의 종류는 질소 가스로 한정되지 않고, 아르곤 가스, 크세논 가스 등의 여러 가지의 불활성 가스를 이용할 수가 있다.

또한, 에칭 가스와 함께 캐리어 가스를 처리실(12)내에 도입하는 것도 가능하다. 에칭 가스와 함께 도입하는 캐리어 가스는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기판, 에칭 대상물 및 래디칼에 대해서 화학적 반응성이 낮은 것이 바람직하고, 예를 들면 질소 가스, 아르곤 가스, 크세논 가스 등을 이용할 수가 있다. 래디칼의 생성 방법도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 가시광선이나 자외선과 같은 빛을 래디칼 생성 가스에 조사하여 래디칼을 생성할 수도 있다.

이상은 래디칼 생성 가스로서 암모니아 가스를 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 래디칼을 생성 가능한 것이라면, 예를 들면 수소 가스(H₂)도 이용할 수가 있다.

본 발명에 의하면, 래디칼 생성 가스를 도입하기 전에 기판 표면에 에칭 가스가 흡착되어 있고, 기판 표면에서 중간 생성물이 생성되므로 에칭 얼룩이 적어진다. 또한, 기판 표면에서 생성된 중간 생성물은 신속하게 기판 표면의 에칭 대상물과 반응하므로 에칭 속도도 종래에 비해 빨라진다. 또한, 복수매의 기판을 동시에 처리하는 경우에도 미리 각 기판에 에칭 가스를 흡착시키는 것에 의해 반응이 균일하게 진행하므로 처리실 내부의 기판 위치의 차이에 의해 면내 분포의 불균일함가 생기는 일이 없다.

Claims

래디칼 생성 가스로부터 생성된 래디칼과 에칭 가스를 기판이 배치된 진공 분위기 중에 도입하고,

상기 기판의 표면에 형성된 에칭 대상물과 상기 래디칼과 상기 에칭 가스를 반응시켜서 반응 생성물을 생성하고,

상기 기판을 가열하여 상기 반응 생성물을 분해해서 열분해 가스를 생성하고, 상기 열분해 가스를 진공 배기에 의해 제거하는 에칭 방법으로서,

상기 진공 분위기를 제1 압력 범위에 두고,

다음으로 상기 진공 분위기에 상기 에칭 가스를 도입하여 상기 제1 압력 범위보다 높은 압력의 제2 압력 범위로 하고,

상기 제2 압력 범위를 유지하면서 상기 래디칼을 상기 진공 분위기에 도입하여 반응 생성물을 생성하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 기판의 가열은 상기 진공 분위기의 압력을 상기 제2 압력 범위보다 낮은 제3의 압력 범위로 한 후에 행하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2 압력 범위는 6.67 × 10 Pa 이상의 압력인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 제2 압력 범위는 1.33 × 10³ Pa 이하의 압력인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 에칭 가스로서 화학 구조 중에 탄소 및 산소를 함유하지 않고 불소를 함유하는 불화물 가스를 이용하고,

상기 래디칼 생성 가스로서 수소 또는 암모니아의 어느 쪽이든 한쪽 또는 양쪽 모두의 가스를 이용하고,

실리콘 산화물로 이루어지는 에칭 대상물을 에칭하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.