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KR-102961359-B1 - SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS

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Abstract

[과제] 기판 상에 형성되는 패턴의 형상 이상을 억제할 수 있는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치를 제공한다. [해결수단] 기판 처리 방법은, a) 에칭 대상막과, 에칭 대상막 상에 형성된 제1 마스크와, 제1 마스크 상에 형성되고, 제1 마스크와 막종류가 상이하며, 개구를 갖는 제2 마스크를 구비하는 기판을 제공하는 공정과, b) 제2 마스크에 대하여 선택적으로 제1 마스크를 에칭하여, 제1 마스크의 적어도 일부의 개구 치수가 제2 마스크의 바닥부의 개구 치수보다 큰 개구를 형성하는 공정과, c) 에칭 대상막을 에칭하는 공정을 갖는다.

Inventors

  • 구마쿠라 쇼
  • 다키노 유스케

Assignees

  • 도쿄엘렉트론가부시키가이샤

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20220121
Priority Date
20210129

Claims (14)

  1. a) 에칭 대상막과, 상기 에칭 대상막 상에 형성된 제1 마스크와, 상기 제1 마스크 상에 형성되고, 상기 제1 마스크와 막종류가 상이하며, 개구를 갖는 제2 마스크를 포함하는 기판을 제공하는 공정과, b) 상기 제2 마스크에 대하여 선택적으로 상기 제1 마스크를 에칭하여, 상기 제1 마스크의 적어도 일부의 개구 치수가 상기 제2 마스크의 바닥부의 개구 치수보다 큰 개구를 형성하는 공정과, c) 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정 을 포함하고, 상기 b)는, b-1) 제1 가스로부터 생성한 제1 플라즈마에 의해, 상기 제1 마스크의 일부를 개질하여 개질 영역을 형성하는 공정과, b-2) 제2 가스로부터 생성한 제2 플라즈마에 의해, 상기 개질 영역을 제거하는 공정 을 포함하는 시퀀스를 1회 이상 실행하는 것인 기판 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 b)는, 상기 제1 마스크의 바닥부의 개구 치수가, 상기 제2 마스크의 바닥부의 개구 치수보다 커지도록, 상기 제1 마스크를 에칭하는 것인 기판 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 마스크의 개구는 역테이퍼 형상인 것인 기판 처리 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마스크는, 실리콘 함유막, 유기막 또는 금속 함유막인 것인 기판 처리 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마스크는 실리콘 함유막이고, 상기 제2 마스크는 상기 제1 마스크와는 상이한 실리콘 함유막, 유기막 또는 금속 함유막인 것인 기판 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 마스크는, 실리콘질화막, 실리콘산화막 또는 실리콘카바이드막이고, 상기 제2 마스크는, 상기 제1 마스크와는 상이한 실리콘 함유막인 것인 기판 처리 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 마스크는 실리콘 함유막 또는 금속 함유막이고, 상기 제1 가스는 헬륨가스, 수소 함유 가스 또는 질소 함유 가스를 포함하며, 상기 제2 가스는 불소 함유 가스를 포함하는 것인 기판 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 수소 함유 가스는, H 2 가스, D 2 가스 및 NH 3 가스의 군으로부터 선택되는 적어도 1종이며, 상기 불소 함유 가스는, NF 3 가스, SF 6 가스, 플루오로카본 가스의 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것인 기판 처리 방법.
  10. 제1항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 가스는 산소 함유 가스를 더 포함하는 것인 기판 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는, O 2 가스, CO 2 가스 및 CO 가스의 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것인 기판 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 제1항 내지 제3항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 a)는, a-1) 상기 에칭 대상막과, 상기 제1 마스크와, 상기 제1 마스크 상에 형성되고, 상기 제1 마스크와 막종류가 상이한 제2 마스크와, 상기 제2 마스크 상에 형성된 개구를 갖는 제3 마스크를 포함하는 기판을 제공하는 공정과, a-2) 상기 제3 마스크를 이용하여, 상기 제2 마스크에 상기 개구를 형성하는 공정 을 포함하는 것인 기판 처리 방법.
  14. 기판 처리 장치로서, 적어도 하나의 흡기구 및 적어도 하나의 배기구를 포함하는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 마련되는 기판 지지대와, 플라즈마 생성부와, 제어부 를 포함하고, 상기 제어부는, a) 에칭 대상막과, 상기 에칭 대상막 상에 형성된 제1 마스크와, 상기 제1 마스크 상에 형성되고, 상기 제1 마스크와 막종류가 상이하며, 개구를 갖는 제2 마스크를 포함하는 기판을 제공하도록 상기 기판 처리 장치를 제어하도록 구성되고, 상기 제어부는, b) 상기 제2 마스크에 대하여 선택적으로 상기 제1 마스크를 에칭하여, 상기 제1 마스크의 적어도 일부의 개구 치수가 상기 제2 마스크의 바닥부의 개구 치수보다 큰 개구를 형성하도록 상기 기판 처리 장치를 제어하도록 구성되며, 상기 제어부는, c) 상기 에칭 대상막을 에칭하도록 상기 기판 처리 장치를 제어하도록 구성되고, 상기 b)는, b-1) 제1 가스로부터 생성한 제1 플라즈마에 의해, 상기 제1 마스크의 일부를 개질하여 개질 영역을 형성하는 공정과, b-2) 제2 가스로부터 생성한 제2 플라즈마에 의해, 상기 개질 영역을 제거하는 공정 을 포함하는 시퀀스를 1회 이상 실행하는 것인 기판 처리 장치.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS} 본 개시는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다. 반도체 장치의 집적이 수평 방향뿐만 아니라 수직 방향으로도 진행됨에 따라, 반도체 장치의 제조 과정에서 형성되는 패턴의 애스펙트비도 높아지고 있다. 예를 들면, 3D NAND의 제조에서는 다수의 금속 배선층을 관통하는 방향으로 채널홀을 형성한다. 64층의 메모리셀을 형성하는 경우라면, 채널홀의 애스펙트비는 45가 된다. 고애스펙트비의 패턴을 고정밀도로 형성하기 위해 여러가지 수법이 제안되어 있다. 예를 들면, 반도체 기판의 유전체 재료에 형성된 개구에 에칭과 성막을 반복하여 실행함으로써, 가로 방향으로의 에칭을 억제하는 수법이 제안되어 있다(특허문헌 1). 도 1은, 수직 마스크와 테이퍼 마스크를 이용한 경우의 CD의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2는, 본 개시의 일실시형태에서의 기판 처리 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 도 3은, 본 실시형태에서의 기판 처리 방법에 의해 형성되는 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4는, 본 실시형태에 있어서 타겟으로 하는 패턴 구조의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5는, 본 실시형태에서의 실시예와 비교예의 실험 결과의 일례를 도시하는 도면이다. 도 6은, 본 실시형태에서의 기판 처리 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 이하에, 개시하는 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치의 실시형태에 관해, 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 또, 이하의 실시형태에 의해 개시 기술이 한정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명 중, 「패턴」이란 기판 상에 형성된 형상 전반을 가리킨다. 패턴은 예컨대, 홀, 트렌치, 라인 앤드 스페이스 등, 기판 상에 형성된 복수의 형상 전체를 가리킨다. 또한, 「개구」란 기판 상에 형성된 패턴 중, 기판의 두께 방향으로 움푹 팬 형상의 부분을 가리킨다. 또한, 개구는, 움푹 팬 형상의 내주면인 「측벽」, 움푹 팬 형상의 바닥 부분인 「바닥부」, 및, 측벽과 연속된, 측벽 근방의 기판 표면인 「꼭대기부」를 갖는다. 또한, 개구에 의해 형성되는 공간 중, 가로 방향 치수를 「개구 치수」라고 부른다. 「개구」라고 하는 용어는, 바닥부 및 측벽에 의해 둘러싸인 공간 전체 또는 공간의 임의의 위치를 가리키기 위해서도 사용한다. 「세로 방향」은, 기판 상에 형성된 복수의 막의 막두께 방향을 가리킨다. 세로 방향은 기판 표면에 대하여 대략 수직인 방향이다. 「가로 방향」은, 기판 표면에 대하여 평행한 방향을 가리킨다. 가로 방향은 세로 방향에 대하여 대략 수직이다. 또, 세로 방향 및 가로 방향 모두 엄밀하게 하나의 방향만을 가리키는 것은 아니며, 일정한 오차를 허용한다. 에칭 대상막에 애스펙트비가 높은 수직 형상의 패턴을 에칭하는 경우, 마스크에서의 개구에 관해서도, 바닥부가 테이퍼 형상보다 수직 형상으로 되어 있는 경우가 바람직하다고 생각되고 있다. 그런데, 에칭 대상막의 마스크 바로 아래 부분에서는, 보호막이나 에칭 중의 디포지션 등이 부착되어, Bar-CD(Critical Dimension)이 커지는 경우가 있다. 여기서, Bar-CD는, 에칭되지 않고 남는 부분(이하, 바라고도 한다.)의 치수를 나타내고 있다. 또, 에칭되는 개구의 치수는 Space-CD로 나타낸다. 따라서, 기판 상에 형성되는 패턴의 수직 가공성을 향상시켜, 그 패턴의 형상 이상을 억제하는 것이 기대되고 있다. [수직 마스크와 테이퍼 마스크를 이용한 경우의 CD] 우선, 도 1을 이용하여 수직 마스크와 테이퍼 마스크를 이용한 경우의 CD에 관해 설명한다. 도 1은, 수직 마스크와 테이퍼 마스크를 이용한 경우의 CD의 일례를 도시하는 도면이다. 도 1의 (A)는, 수직 마스크를 이용한 경우이다. 도 1의 (A)에 도시하는 기판(100)은, 하지막(101)의 위에 에칭 대상막(102)과 마스크(103)가 형성되어 있다. 마스크(103)는, 개구의 바닥부의 측벽이 수직으로 되어 있다. 기판(100)에 대하여 에칭을 행한 경우, 에칭 대상막(102)의 바(102a)는, 마스크(103) 바로 아래의 CD(104)와 상부의 CD(105)가, 중간부의 CD(106)와 바닥부의 CD(107)에 비교하여 커져 있다. 여기서, CD(104∼107)는 Bar-CD이며, 에칭된 구멍의 CD(108)는 Space-CD이다. 도 1의 (B)는, 테이퍼 마스크를 이용한 경우이다. 도 1의 (B)에 도시하는 기판(110)은, 하지막(111)의 위에 에칭 대상막(112)과 마스크(113)가 형성되어 있다. 마스크(113)는, 개구의 바닥부의 측벽이 테이퍼 형상으로 되어 있다. 기판(110)에 대하여 에칭을 행한 경우, 에칭 대상막(112)의 바(112a)는, 마스크(113) 바로 아래의 CD(114)가, 상부의 CD(115)와, 중간부의 CD(116)와, 바닥부의 CD(117)와 비교하여 커져 있다. 여기서, CD(114∼117)는 Bar-CD이며, 에칭된 구멍의 CD(118)는 Space-CD이다. 도 1의 (A),(B)에 도시하는 바와 같이, 수직 마스크나 테이퍼 마스크를 이용한 경우, 마스크 바로 아래의 수직 가공성이 저하되는 경우가 있다. [본 실시형태에서의 기판 처리 방법] 다음으로, 도 2 및 도 3을 이용하여 본 실시형태에서의 기판 처리 방법에 관해 설명한다. 도 2는, 본 개시의 일실시형태에서의 기판 처리 방법의 일례를 도시하는 플로우차트이다. 도 3은, 본 실시형태에서의 기판 처리 방법에 의해 형성되는 패턴의 일례를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 우선 피처리체인 기판(200)을 제공한다(스텝 S1). 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 기판(200)은, 하지막(201) 상에 에칭 대상막(202)과, 제1 마스크(203)와, 제2 마스크(204)가 형성되어 있다. 제2 마스크(204)는 제1 마스크(203)와 막종류가 상이하다. 다음으로, 제2 마스크(204)에 개구(205)를 형성한다(스텝 S2). 스텝 S2에서는, 예컨대, 제2 마스크(204) 상에 개구를 갖는 제3 마스크(도시하지 않음)를 형성하고, 이 제3 마스크를 이용하여 제2 마스크(204)에 개구(205)를 형성한다. 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제2 마스크(204)에 형성된 개구(205)의 바닥부(206)는, 제1 마스크(203)의 상면이 노출한 상태로 되어 있다. 또, 스텝 S1에 있어서, 제2 마스크(204)에 미리 개구(205)가 형성된 상태의 기판(200)을 피처리체로서 제공하는 경우에는, 스텝 S2는 생략하게 된다. 제1 마스크(203)의 상면이 노출되면, 제2 마스크(204)에 대하여 선택적으로 제1 마스크(203)를 에칭하여, 제1 마스크(203)에, 제1 마스크(203)의 적어도 일부의 Space-CD(개구 치수)가 제2 마스크(204)의 바텀 CD보다 큰 개구를 형성한다. 이와 같이, 제1 마스크(203)의 적어도 일부의 Space-CD가 제2 마스크(204)의 바텀 CD보다 커지도록 제1 마스크(203)를 에칭함으로써, 에칭 대상막(202)의 에칭시에 디포지션 등이 부착되더라도 그림자가 되기 어렵고, 제1 마스크(203) 바로 아래의 에칭 대상막(202)을 수직으로 가공할 수 있다. 일례에서는, 도 3의 (C)에 도시하는 바와 같이, 제1 마스크(203)의 측면이 역테이퍼 형상이 되도록, 에칭 대상막(202)의 상면(207)까지 제1 마스크(203)의 에칭을 행한다. 즉, 제1 마스크(203)의 바닥부의 CD, 즉 제1 마스크(203)의 바텀 CD1이, 제2 마스크(204)의 바닥부의 CD, 즉 제2 마스크(204)의 바텀 CD2보다 커지도록 에칭을 행한다. 이 경우, 제1 마스크(203)는, 에칭 대상막(202)이 노출될 때까지 또는 노출되기 직전까지 수직 방향으로 이방성 에칭하여 개구를 형성한 후에, 이 개구의 Space-CD를 넓히도록 에칭해도 좋다. 이 때, 이온 개질 ALE(Atomic layer etching)에 의해, 제1 마스크(203)에 형성된 개구의 Space-CD를 넓히도록 에칭해도 좋다. 이온 개질 ALE에서는, 우선, 제1 가스로부터 생성한 제1 플라즈마에 의해, 제1 마스크(203)의 일부를 개질하여 개질 영역을 형성한다(스텝 S3). 다음으로, 제2 가스로부터 생성한 제2 플라즈마에 의해 개질 영역을 제거한다(스텝 S4). 다른 예에서는, 제1 마스크(203)의 측벽의 일부에 오목부가 형성되도록, 제2 마스크(204)에 대하여 선택적으로 제1 마스크(203)를 등방성 에칭한다. 예컨대, 제1 마스크(203)가 실리콘 함유막 또는 금속 함유막인 경우, 플루오로카본 가스 등의 불소 함유 가스로부터 생성한 플라즈마에 의해, 제1 마스크(203)를 에칭할 수 있다. 또한 예컨대, 제1 마스크(203)가 유기막인 경우, 수소 함유 가스 또는 산소 함유 가스로부터 생성한 플라즈마에 의해, 제1 마스크(203)를 에칭할 수 있다. 그 밖에, HF 가스 등을 저온에서 기판 표면에 흡착시켜 제1 마스크(203)의 표면과 반응시킨 후 기판을 가열하여 고온으로 하고, 반응후의 HF 가스를 이탈시키는 것에 의해 제1 마스크(203)를 에칭해도 좋다. HF 가스는, 실리콘 함유막 및 유기막의 어느 에칭에도 이용할 수 있다. 또, HF 가스는, 전술한 가스 흡착에 의한 수법 외에, 통상의 드라이 에칭의 프로세스에 적용할 수도 있다. 즉, HF 가스로부터 생성한 플라즈마를 이용하여 제1 마스크(203)를 에칭할 수 있다. 전술한 스텝 S3, S4를 반복함으로써, 제1 마스크(203) 및 에칭 대상막(202)의 에칭을 진행시키는 경우에는, 스텝 S4에 이어서, 이하의 처리를 행하도록 해도 좋다. 즉, 제1 마스크(203)의 개질 영역을 제거한 후, 제1 마스크(203)의 바텀 CD1과 제2 마스크(204)의 바텀 CD2를 비교하고, 비교 결과에 기초하여, 바텀 CD1이 바텀 CD2보다 큰지 아닌지를 판정하는 처리를 행해도 좋다. 바텀 CD1이 바텀 CD2 이하라고 판정한 경우, 스텝 S3으로 되돌아가, 제1 마스크(203)의 이온 개질 AL