JP5036143B2 - Plasma processing apparatus, plasma processing method, and computer-readable storage medium - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板等の被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法、ならびにコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing on a substrate to be processed such as a semiconductor substrate, and a computer-readable storage medium.
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハに形成された所定の層に所定のパターンを形成するために、レジストをマスクとしてプラズマによりエッチングするプラズマエッチング処理が多用されている。 For example, in a manufacturing process of a semiconductor device, in order to form a predetermined pattern on a predetermined layer formed on a semiconductor wafer that is a substrate to be processed, a plasma etching process is often used in which etching is performed with plasma using a resist as a mask.
このようなプラズマエッチングを行うためのプラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。 Various plasma etching apparatuses for performing such plasma etching are used, and among them, a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus is the mainstream.
容量結合型平行平板プラズマエッチング装置は、チャンバ内に一対の平行平板電極(上部および下部電極)を配置し、処理ガスをチャンバ内に導入するとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプラズマを形成して半導体ウエハの所定の層に対してプラズマエッチングを施す。 In the capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, a pair of parallel plate electrodes (upper and lower electrodes) are arranged in a chamber, a processing gas is introduced into the chamber, and a high frequency is applied to one of the electrodes to be interposed between the electrodes. A high frequency electric field is formed, plasma of a processing gas is formed by the high frequency electric field, and plasma etching is performed on a predetermined layer of the semiconductor wafer.
具体的には、上部電極にプラズマ形成用の高周波を印加してプラズマを形成し、下部電極にイオン引き込み用の高周波を印加することにより、適切なプラズマ状態を形成するプラズマエッチング装置が知られており、これにより、高選択比で再現性の高いエッチング処理が可能である(例えば特許文献1)。 Specifically, a plasma etching apparatus is known that forms a plasma by applying a high frequency for plasma formation to the upper electrode and applying a high frequency for ion attraction to the lower electrode. Thus, an etching process with a high selectivity and high reproducibility is possible (for example, Patent Document 1).
ところで、近年の微細加工の要求に対応して、マスクとして用いられるフォトレジストの膜厚が薄くなり、使用されるフォトレジストもKrFフォトレジスト(すなわち、KrFガスを発光源としたレーザー光で露光するフォトレジスト)から、約0.13μm以下のパターン開口を形成することができるArFフォトレジスト(すなわち、ArFガスを発光源とした、より短波長のレーザー光で露光するフォトレジスト)に移行されつつある。 By the way, in response to the recent demand for microfabrication, the thickness of the photoresist used as a mask is reduced, and the photoresist used is also exposed with KrF photoresist (that is, with a laser beam using KrF gas as a light source). Photoresists) are being transferred to ArF photoresists that can form pattern openings of about 0.13 μm or less (that is, photoresists that are exposed to shorter wavelength laser light using ArF gas as the light source). .
しかしながら、ArFフォトレジストは耐プラズマ性が低いため、KrFレジストではほとんど発生しなかったエッチング途中での表面の荒れが生じてしまうという問題がある。このため、開口部の内壁面に縦筋(ストライエーション)が入ったり、開口部が広がる(CDの広がり)等の問題が生じ、フォトレジストの膜厚が薄いことと相俟って、良好なエッチング選択比でエッチングホールを形成することができないという不都合が生じている。 However, since the ArF photoresist has low plasma resistance, there is a problem that the surface becomes rough during the etching, which is hardly generated in the KrF resist. For this reason, problems such as vertical streaks entering the inner wall surface of the opening or spreading of the opening (expansion of CD) occur, which is favorable in combination with the thin film thickness of the photoresist. There is a disadvantage that the etching holes cannot be formed with the etching selectivity.
一方、この種のエッチング装置では、上部電極に供給したプラズマ生成用の高周波電力のパワーが小さい場合には、エッチング終了後に上部電極に堆積物(デポ)が付着し、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。また、パワーが大きい場合には、電極の削れが生じ、パワーが小さい場合とはプロセス特性が変化する。高周波電源からのパワーはプロセスによって適正な範囲が決まるため、どのようなパワーでもプロセスが変動しないことが望まれる。さらに、エッチングの際にはチャンバ壁にデポが生じ、連続エッチングプロセスの場合等に、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じるため、チャンバ壁への堆積物の付着の解消も求められる。 On the other hand, in this type of etching apparatus, when the high frequency power for plasma generation supplied to the upper electrode is small, deposits (depots) adhere to the upper electrode after the etching is completed, and process characteristics change and particle There are concerns. Also, when the power is high, the electrode is scraped, and the process characteristics change from when the power is low. Since the appropriate range of the power from the high-frequency power source is determined by the process, it is desirable that the process does not vary with any power. Furthermore, deposits occur on the chamber wall during etching, and in the case of a continuous etching process, the influence of the previous process remains and a memory effect that adversely affects the next process occurs. Elimination of adhesion is also required.
さらに、このような平行平板型容量結合型のエッチング装置では、チャンバ内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガス(例えば、CxFy、O2など)の場合に、チャンバ中心部のプラズマ密度が低くなるが、このような場合にプラズマ密度をコントロールすることは困難である。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができ、または電極への堆積物の付着を有効に解消することができ、または高速なエッチングができ、または被処理基板に対して均一なエッチングを行うことができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can maintain high plasma resistance of an organic mask layer such as a resist layer and perform etching at a high selection ratio, or adhere deposits to electrodes. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can be effectively eliminated, can perform high-speed etching, or can perform uniform etching on a substrate to be processed.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、被処理基板が収容され、真空排気可能な処理容器と、処理容器内に対向して配置される第1電極および被処理基板を支持する第2電極と、前記第2電極に相対的に周波数の高い第1の高周波電力を印加する第1の高周波電力印加ユニットと、前記第2電極に相対的に周波数の低い第2の高周波電力を印加する第2の高周波電力印加ユニットと、前記第1電極に直流電圧を印加する直流電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、前記第1電極を接地されていないフローティング状態と接地状態との間で変化可能な可変装置とを具備し、全体制御装置からの指令に基づいて、前記第1電極に直流電圧が印加されているとき前記可変装置は前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態とし、前記第1電極に直流電圧が印加されていないとき前記可変装置は前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態あるいは接地状態のいずれかとすることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。 In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a substrate to be processed is accommodated, a processing container capable of being evacuated, and a first electrode and a substrate to be processed that are disposed to face each other in the processing container are supported. A second high frequency power application unit that applies a first high frequency power having a relatively high frequency to the second electrode, and a second high frequency power having a relatively low frequency to the second electrode. A second high-frequency power application unit that applies DC, a DC power source that applies DC voltage to the first electrode, a processing gas supply unit that supplies a processing gas into the processing container, and the first electrode is grounded And a variable device that can be changed between a floating state and a grounded state, and when a DC voltage is applied to the first electrode based on a command from the overall control device, the variable device is the first device. Electrode ground potential The plasma processing apparatus in a floating state, wherein when the DC voltage is not applied to the first electrode changing device is characterized in that either a floating state or a ground state said first electrode with respect to the ground potential for I will provide a.
上記第1の観点に係るプラズマ処理装置において、前記直流電源は、前記第1電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかが可変であり、前記直流電源から前記第1電極への印加電圧、印加電流および印加電力のいずれかを制御する制御装置をさらに具備する構成とすることができる。また、前記第1電極の前記第2電極との対向面は、シリコン含有物質で形成することができる。 In the plasma processing apparatus according to the first aspect, any one of an applied voltage, an applied current, and an applied power to the first electrode is variable, and the DC power source is applied to the first electrode from the DC power source. It can be set as the structure further equipped with the control apparatus which controls either a voltage, an applied current, and applied power. In addition, the surface of the first electrode facing the second electrode can be formed of a silicon-containing material.
上記第1の観点のプラズマ処理装置において、前記第1電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設けることができる。この場合に、前記第1電極が上部電極であり、前記第2電極が下部電極であり、前記導電性部材は、前記第2電極の周囲に設置されるようにすることができる。また、前記第1電極は上部電極であり、前記第2電極は下部電極であり、前記導電性部材は、前記第1電極の近傍に配置されるようにすることもできる。この場合に、前記導電性部材は、前記第1電極の外側にリング状に配置することができる。 In the plasma processing apparatus of the first aspect, in order to release a current based on a DC voltage from the DC power source applied to the first electrode through the plasma, a conductive member that is always grounded is provided in the processing container. Can be provided inside. In this case, the first electrode may be an upper electrode, the second electrode may be a lower electrode, and the conductive member may be installed around the second electrode. The first electrode may be an upper electrode, the second electrode may be a lower electrode, and the conductive member may be disposed in the vicinity of the first electrode. In this case, the conductive member can be arranged in a ring shape outside the first electrode.
上記第1の観点に係るプラズマ処理装置において、前記第1電極に印加された前記直流電源からの直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすために、全体制御装置からの指令に基づいて接地される導電性部材を前記処理容器内に設けることができる。この場合に、前記導電性部材は、プラズマエッチング時に接地されるようにすることができる。 In the plasma processing apparatus according to the first aspect, grounding is performed based on a command from the overall control apparatus in order to release a current based on a DC voltage from the DC power source applied to the first electrode through the plasma. A conductive member can be provided in the processing container. In this case, the conductive member can be grounded during plasma etching.
前記導電性部材には、直流電圧または交流電圧が印加可能となっており、全体制御装置からの指令に基づいて直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるものとすることができる。この場合に、前記導電性部材は、クリーニング時に直流電圧または交流電圧が印加されることが好ましい。また、前記導電性部材の接続を、前記直流電源側と接地ラインとで切り替える切替機構をさらに具備し、前記切替機構により前記導電性部材を前記直流電源側に接続した際に、前記直流電源から前記導電性部材へ直流電圧または交流電圧が印加されることによりその表面がスパッタまたはエッチングされるようにすることができる。このような構成において、前記導電性部材には負の直流電圧が印加可能となっていることが好ましい。そして、このように負の直流電圧が印加可能な構成において、前記処理容器内に、前記導電性部材に負の直流電圧が印加された際に流入した直流電子電流を排出するために、接地された導電性補助部材を設けることが好ましい。 A DC voltage or an AC voltage can be applied to the conductive member, and the surface is sputtered or etched by applying the DC voltage or the AC voltage based on a command from the overall control device. can do. In this case, it is preferable that a DC voltage or an AC voltage is applied to the conductive member during cleaning. Further, a switching mechanism for switching the connection of the conductive member between the DC power source side and the ground line is further provided, and when the conductive member is connected to the DC power source side by the switching mechanism, By applying a DC voltage or an AC voltage to the conductive member, the surface can be sputtered or etched. In such a configuration, it is preferable that a negative DC voltage can be applied to the conductive member. In such a configuration in which a negative DC voltage can be applied, the processing container is grounded to discharge a DC electron current that flows when a negative DC voltage is applied to the conductive member. It is preferable to provide a conductive auxiliary member.
上記第1の観点に係るプラズマ処理装置において、全体制御装置からの指令に基づいて、前記第1電極に供給された前記直流電源からの直流電流をプラズマを介して逃がすために接地される第1の状態、および前記直流電源から直流電圧が印加されてその表面がスパッタまたはエッチングされる第2の状態のいずれかをとる導電性部材を前記処理容器内に設け、前記直流電源の負極が前記印加電極に接続され、かつ前記導電性部材が接地ラインに接続される第1の接続と、前記直流電源の正極が前記第1電極に接続され、前記直流電源の負極が前記導電性部材に接続される第2の接続との間で切り替え可能であり、その切り替えにより、それぞれ前記第1の状態および前記第2の状態を形成可能な接続切替機構をさらに具備する構成とすることができる。この場合に、前記第1の状態はプラズマエッチング時に形成され、前記第2の状態は前記導電性部材のクリーニング時に形成されることが好ましい。 In the plasma processing apparatus according to the first aspect, the first grounded in order to release the DC current from the DC power source supplied to the first electrode via the plasma based on a command from the overall control apparatus. A conductive member that takes one of the following conditions: a DC voltage applied from the DC power supply and a second state in which the surface is sputtered or etched; and a negative electrode of the DC power supply is applied to the processing container A first connection connected to an electrode and the conductive member is connected to a ground line; a positive electrode of the DC power supply is connected to the first electrode; and a negative electrode of the DC power supply is connected to the conductive member. And a connection switching mechanism that can form the first state and the second state by the switching, respectively. Can. In this case, the first state is preferably formed during plasma etching, and the second state is preferably formed during cleaning of the conductive member.
本発明の第2の観点では、処理容器内に、第1電極および被処理基板を支持する第2電極を対向して配置し、前記第2電極に相対的に周波数の高い第1の高周波電力と相対的に周波数の低い第2の高周波電力を印加しながら、前記処理容器内に処理ガスを供給し、該処理ガスのプラズマを生成させて、前記第2電極に支持された被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記第1電極に直流電圧を印加する工程と、前記第1電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有し、前記第1電極は接地されていないフローティング状態と接地状態との間で変更可能であって、全体制御装置からの指令に基づいて、前記第1電極に直流電圧が印加されているとき前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態とし、前記第1電極に直流電圧が印加されていないとき前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態あるいは接地状態のいずれかであることを特徴とするプラズマ処理方法を提供する。
In the second aspect of the present invention, a first electrode and a second electrode that supports a substrate to be processed are disposed opposite to each other in a processing container, and the first high-frequency power having a relatively high frequency is disposed on the second electrode. And supplying a processing gas into the processing container while applying a second high-frequency power having a relatively low frequency, generating plasma of the processing gas, and applying to the substrate to be processed supported by the second electrode. A plasma processing method for performing plasma processing, comprising: applying a DC voltage to the first electrode; and applying a plasma process to the substrate to be processed while applying a DC voltage to the first electrode. The first electrode can be changed between a floating state that is not grounded and a grounded state, and when a DC voltage is applied to the first electrode based on a command from the overall control device, the
また、上記第2の観点に係るプラズマ処理方法において、常時接地されている導電性部材を前記処理容器内に設け、前記第1電極に印加された直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすことが好ましい。あるいは、全体制御装置からの指令に基づいて接地される導電性部材を前記処理容器内に設け、前記第1電極に印加された直流電圧に基づく電流をプラズマを介して逃がすことが好ましい。 In the plasma processing method according to the second aspect, a conductive member that is always grounded is provided in the processing container, and a current based on a DC voltage applied to the first electrode is released through the plasma. Is preferred. Alternatively, it is preferable that a conductive member to be grounded is provided in the processing container based on a command from the overall control device, and a current based on a DC voltage applied to the first electrode is released via plasma.
また、上記第2の観点に係るプラズマ処理方法において、前記第2電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜の下地膜との選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、C5F8、Ar、N2、およびC4F8、Ar、N2、およびC4F8、Ar、N2、O2、およびC4F8、Ar、N2、COのいずれかの組み合わせを使用することができる。また、同様に前記第2電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際前記絶縁膜のマスクとの選択比を大きくするために、前記処理ガスとして、CF4、およびCF4、Ar、およびN2、H2のいずれかの組み合わせを使用することもできる。さらに、前記第2電極に支持された被処理基板の絶縁膜上の有機反射防止膜をエッチングする際、前記処理ガスとして、CF4、およびCF4、C3F8、およびCF4、C4F8、およびCF4、C4F6のいずれかの組み合わせを使用することができる。さらにまた、前記第2電極に支持された被処理基板の絶縁膜をエッチングする際、前記絶縁膜のエッチング速度を大きくするために、前記処理ガスとして、C4F6、CF4、Ar、O2、およびC4F6、C3F8、Ar、O2、およびC4F6、C4F8、Ar、O2、およびC4F6、C2F6、Ar、O2、およびC4F8、Ar、O2のいずれかの組み合わせを使用することができる。 In the plasma processing method according to the second aspect, when the insulating film of the substrate to be processed supported by the second electrode is etched, in order to increase the selection ratio of the insulating film to the base film, Process gases include C 5 F 8 , Ar, N 2 , and C 4 F 8 , Ar, N 2 , and C 4 F 8 , Ar, N 2 , O 2 , and C 4 F 8 , Ar, N 2 , Any combination of CO can be used. Similarly, in order to increase the selectivity with respect to the mask of the insulating film when etching the insulating film of the substrate to be processed supported by the second electrode, as the processing gas, CF 4 , CF 4 , Ar , And any combination of N 2 and H 2 can also be used. Further, when etching the organic antireflection film on the insulating film of the substrate to be processed supported by the second electrode, CF 4 , CF 4 , C 3 F 8 , and CF 4 , C 4 are used as the processing gas. Any combination of F 8 and CF 4 , C 4 F 6 can be used. Furthermore, when the insulating film of the substrate to be processed supported by the second electrode is etched, in order to increase the etching rate of the insulating film, as the processing gas, C 4 F 6 , CF 4 , Ar, O 2 and C 4 F 6 , C 3 F 8 , Ar, O 2 , and C 4 F 6 , C 4 F 8 , Ar, O 2 , and C 4 F 6 , C 2 F 6 , Ar, O 2 , And any combination of C 4 F 8 , Ar, O 2 can be used.
本発明の第3の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第2の観点のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer storage medium storing a control program that runs on a computer, and the control program is executed so that the plasma processing method according to the second aspect is performed at the time of execution. A computer readable storage medium is provided that controls the plasma processing apparatus.
本発明によれば、被処理基板を支持する第2電極に対し、相対的に周波数の高い第1の高周波電力を印加する第1の高周波電力印加ユニットと、相対的に周波数の低い第2の高周波電力を印加する第2の高周波電力印加ユニットとを接続し、第1電極に直流電圧を印加する直流電源を接続するので、第2電極に、第1および第2の高周波電力印加ユニットから周波数の異なる高周波電力を印加して処理ガスのプラズマを形成しかつ被処理基板にイオンを引き込みながらプラズマエッチングする際に、第1電極に直流電圧を印加することにより、(1)第1電極の自己バイアス電圧の絶対値を大きくして第1電極表面へのスパッタ効果、(2)第1電極におけるプラズマシースを拡大させ、形成されるプラズマが縮小化される効果、(3)第1電極近傍に生じた電子を被処理基板上に照射させる効果、(4)プラズマポテンシャルを制御する効果、(5)電子(プラズマ)密度を上昇させる効果、(6)中心部のプラズマ密度を上昇させる効果の少なくとも一つを奏することができる。 According to the present invention, the first high-frequency power application unit that applies the first high-frequency power having a relatively high frequency to the second electrode that supports the substrate to be processed, and the second high-frequency power application unit that has a relatively low frequency. A second high frequency power application unit that applies high frequency power is connected, and a DC power source that applies a DC voltage is connected to the first electrode, so that the frequency from the first and second high frequency power application units is connected to the second electrode. By applying a DC voltage to the first electrode when forming plasma of a processing gas by applying different high frequency powers and performing plasma etching while attracting ions to the substrate to be processed, (1) the self of the first electrode Sputtering effect on the surface of the first electrode by increasing the absolute value of the bias voltage, (2) Effect of expanding the plasma sheath in the first electrode and reducing the plasma to be formed, (3) First The effect of irradiating a substrate to be processed with electrons generated in the vicinity of the substrate, (4) the effect of controlling the plasma potential, (5) the effect of increasing the electron (plasma) density, and (6) increasing the plasma density at the center. At least one of the effects can be achieved.
上記(1)の効果により、第1電極の表面にプロセスガスに起因するポリマーとフォトレジストからのポリマーが付着した場合でも、ポリマーをスパッタして電極表面を清浄化することができる。それとともに、基板上に最適なポリマーを供給してフォトレジスト膜の荒れを解消することができる。また、電極自体がスパッタされることにより電極材料を基板上に供給してフォトレジスト膜等の有機マスクを強化することができる。 Due to the effect (1) above, even when a polymer derived from the process gas and a polymer from the photoresist adhere to the surface of the first electrode, the surface of the electrode can be cleaned by sputtering the polymer. At the same time, an optimal polymer can be supplied onto the substrate to eliminate the roughness of the photoresist film. Further, when the electrode itself is sputtered, an electrode material can be supplied onto the substrate to strengthen an organic mask such as a photoresist film.
また、上記(2)の効果により、被処理基板上の実効レジデンスタイムが減少し、かつプラズマが被処理基板上に集中して拡散が抑えられ排気空間が減少するので、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜等の有機マスクがエッチングされ難くなる。 In addition, due to the effect (2), the effective residence time on the substrate to be processed is reduced, and the plasma is concentrated on the substrate to be processed, so that the diffusion is suppressed and the exhaust space is reduced. Dissociation is suppressed, and an organic mask such as a photoresist film is hardly etched.
さらに、上記(3)の効果により、被処理基板上のマスク組成が改質され、フォトレジスト膜の荒れを解消することができる。また、高速の電子が被処理基板に照射されることから、シェーディング効果が抑制され、被処理基板の微細加工性が向上する。 Furthermore, due to the effect (3), the mask composition on the substrate to be processed is modified, and the roughness of the photoresist film can be eliminated. In addition, since the substrate to be processed is irradiated with high-speed electrons, the shading effect is suppressed and the fine workability of the substrate to be processed is improved.
さらにまた、上記(4)の効果により、プラズマポテンシャルを適切に制御して、電極や、チャンバ壁(デポシールド等)、処理容器内の絶縁材等の処理容器内部材へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。 Furthermore, due to the effect of (4) above, the plasma potential is appropriately controlled so that etching by-products adhere to the inner members of the processing vessel such as electrodes, chamber walls (depot shields, etc.) and insulating materials in the processing vessel. Can be suppressed.
さらにまた、上記(5)の効果により、被処理基板に対するエッチングレート(エッチング速度)を上昇させることができる。 Furthermore, the etching rate (etching rate) for the substrate to be processed can be increased by the effect (5).
さらにまた、上記(6)の効果により、処理容器内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガスであっても、処理容器内の中心部のプラズマ密度が周辺に比べて低くなることを抑制でき(負イオンの生成を抑制でき)、プラズマ密度が均一化するようにプラズマ密度をコントロールすることができる。 Furthermore, due to the effect of (6) above, even when the pressure in the processing container is high and the etching gas used is a negative gas, the plasma density in the central part in the processing container is lower than the surroundings. The plasma density can be controlled so that the plasma density can be made uniform.
これにより、レジスト層等の有機マスク層の耐プラズマ性を高く維持して高選択比でエッチングすることができる。または、電極への堆積物の付着を有効に解消することができる。または高速なエッチングができ、または被処理基板に対して均一なエッチングを行うことができる。 Thereby, the plasma resistance of the organic mask layer such as a resist layer can be maintained high and etching can be performed with a high selectivity. Or adhesion of the deposit to an electrode can be canceled effectively. Alternatively, high-speed etching can be performed, or uniform etching can be performed on the substrate to be processed.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を単純化して模式的に示す断面図である。この図に示すように、この装置は、下部電極であるサセプタ16に第1の高周波電源89からプラズマ生成用の例えば40MHzの高周波(RF)電力を印加するとともに、第2の高周波電源90からイオン引き込み用の例えば2MHzの高周波(RF)電力を印加する下部RF2周波印加タイプのプラズマエッチング装置であって、図示のように上部電極34に可変直流電源50を接続して所定の直流(DC)電圧が印加されるプラズマエッチング装置である。このプラズマエッチング装置について、図2を使ってさらに詳述する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in this figure, this apparatus applies, for example, 40 MHz high frequency (RF) power for plasma generation from the first high
図2は本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。このプラズマエッチング装置は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる略円筒状のチャンバ(処理容器)10を有している。このチャンバ10は保安接地されている。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention. This plasma etching apparatus is configured as a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, and has a substantially cylindrical chamber (processing vessel) 10 made of aluminum whose surface is anodized, for example. The
チャンバ10の底部には、セラミックス等からなる絶縁板12を介して円柱状のサセプタ支持台14が配置され、このサセプタ支持台14の上に例えばアルミニウムからなるサセプタ16が設けられている。サセプタ16は下部電極を構成し、その上に被処理基板である半導体ウエハWが載置される。
A
サセプタ16の上面には、半導体ウエハWを静電力で吸着保持する静電チャック18が設けられている。この静電チャック18は、導電膜からなる電極20を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極20には直流電源22が電気的に接続されている。そして、直流電源22からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハWが静電チャック18に吸着保持される。
On the upper surface of the
静電チャック18(半導体ウエハW)の周囲でサセプタ16の上面には、エッチングの均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性のフォーカスリング(補正リング)24が配置されている。サセプタ16およびサセプタ支持台14の側面には、例えば石英からなる円筒状の内壁部材26が設けられている。
A conductive focus ring (correction ring) 24 made of, for example, silicon is disposed on the upper surface of the
サセプタ支持台14の内部には、例えば円周上に冷媒室28が設けられている。この冷媒室には、外部に設けられた図示しないチラーユニットより配管30a,30bを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給され、冷媒の温度によってサセプタ上の半導体ウエハWの処理温度を制御することができる。
Inside the
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスがガス供給ライン32を介して静電チャック18の上面と半導体ウエハWの裏面との間に供給される。
Further, a heat transfer gas, for example, He gas, from a heat transfer gas supply mechanism (not shown) is supplied between the upper surface of the
下部電極であるサセプタ16の上方には、サセプタ16と対向するように平行に上部電極34が設けられている。そして、上部および下部電極34,16間の空間がプラズマ生成空間となる。上部電極34は、下部電極であるサセプタ16上の半導体ウエハWと対向してプラズマ生成空間と接する面、つまり対向面を形成する。
Above the
この上部電極34は、絶縁性遮蔽部材42を介して、チャンバ10の上部に支持されており、サセプタ16との対向面を構成しかつ多数の吐出孔37を有する電極板36と、この電極板36を着脱自在に支持し、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体38とによって構成されている。電極板36は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体が好ましく、また、後述するようにレジストを強化する観点からはシリコン含有物質が好ましい。このような観点から、電極板36はシリコンやSiCで構成されるのが好ましい。電極支持体38の内部には、ガス拡散室40が設けられ、このガス拡散室40からはガス吐出孔37に連通する多数のガス通流孔41が下方に延びている。
The
電極支持体38にはガス拡散室40へ処理ガスを導くガス導入口62が形成されており、このガス導入口62にはガス供給管64が接続され、ガス供給管64には処理ガス供給源66が接続されている。ガス供給管64には、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)68および開閉バルブ70が設けられている。そして、処理ガス供給源66から、エッチングのための処理ガスとして、例えばC4F8ガスのようなフロロカーボンガス(CxFy)がガス供給管64からガス拡散室40に至り、ガス通流孔41およびガス吐出孔37を介してシャワー状にプラズマ生成空間に吐出される。すなわち、上部電極34は処理ガスを供給するためのシャワーヘッドとして機能する。
The
上記上部電極34には、ローパスフィルタ(LPF)46aを介して可変直流電源50が電気的に接続されている。可変直流電源50はバイポーラ電源であってもよい。この可変直流電源50は、オン・オフスイッチ52により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源50の極性および電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ52のオン・オフはコントローラ(制御装置)51により制御されるようになっている。
A variable
ローパスフィルタ(LPF)46aは、後述する第1および第2の高周波電源からの高周波をトラップするためのものであり、好適にはLRフィルタまたはLCフィルタで構成される。 The low-pass filter (LPF) 46a is for trapping high frequencies from first and second high-frequency power sources, which will be described later, and is preferably composed of an LR filter or an LC filter.
チャンバ10の側壁から上部電極34の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体10aが設けられている。この円筒状接地導体10aは、その上部に天壁を有している。
A
下部電極であるサセプタ16には、整合器87を介して第1の高周波電源89が電気的に接続され、また、整合器88を介して第2の高周波電源90が接続されている。第1の高周波電源89は、27MHz以上の周波数、例えば40MHzの高周波電力を出力する。第2の高周波電源90は、13.56MHz以下の周波数、例えば2MHzの高周波電力を出力する。
A first high-
整合器87,88は、それぞれ第1および第2の高周波電源89,90の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのもので、チャンバ10内にプラズマが生成されている時に第1および第2の高周波電源89,90の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
チャンバ10の底部には排気口80が設けられ、この排気口80に排気管82を介して排気装置84が接続されている。排気装置84は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、チャンバ10の側壁には半導体ウエハWの搬入出口85が設けられており、この搬入出口85はゲートバルブ86により開閉可能となっている。また、チャンバ10の内壁に沿ってチャンバ10にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するためのデポシールド11が着脱自在に設けられている。すなわち、デポシールド11がチャンバ壁を構成している。また、デポシールド11は、内壁部材26の外周にも設けられている。チャンバ10の底部のチャンバ壁側のデポシールド11と内壁部材26側のデポシールド11との間には排気プレート83が設けられている。デポシールド11および排気プレート83としては、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
An
デポシールド11のチャンバ内壁を構成する部分のウエハWとほぼ同じ高さ部分には、グランドにDC的に接続された導電性部材(GNDブロック)91が設けられており、これにより後述するような異常放電防止効果を発揮する。
A conductive member (GND block) 91 connected to the ground in a DC manner is provided at a portion substantially the same height as the wafer W that constitutes the chamber inner wall of the
プラズマエッチング装置の各構成部は、制御部(全体制御装置)95に接続されて制御される構成となっている。また、制御部95には、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース96が接続されている。
Each component of the plasma etching apparatus is connected to and controlled by a control unit (overall control device) 95. In addition, the
さらに、制御部95には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理を制御部95の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部97が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、CDROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶部97の所定位置にセットするようになっていてもよい。
Furthermore, the
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース96からの指示等にて任意のレシピを記憶部97から呼び出して制御部95に実行させることで、制御部95の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。なお、本発明の実施の形態で述べるプラズマ処理装置(プラズマエッチング装置)は、この制御部95を含むものとする。
Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the
このように構成されるプラズマエッチング装置においてエッチング処理を行う際には、まず、ゲートバルブ86を開状態とし、搬入出口85を介してエッチング対象である半導体ウエハWをチャンバ10内に搬入し、サセプタ16上に載置する。そして、処理ガス供給源66からエッチングのための処理ガスを所定の流量でガス拡散室40へ供給し、ガス通流孔41およびガス吐出孔37を介してチャンバ10内へ供給しつつ、排気装置84によりチャンバ10内を排気し、その中の圧力を例えば0.1〜150Paの範囲内の設定値とする。ここで、処理ガスとしては、従来用いられている種々のものを採用することができ、例えばC4F8ガスのようなフロロカーボンガス(CxFy)に代表されるハロゲン元素を含有するガスを好適に用いることができる。さらに、ArガスやO2ガス等の他のガスが含まれていてもよい。
When performing the etching process in the plasma etching apparatus configured as described above, first, the
このようにチャンバ10内にエッチングガスを導入した状態で、下部電極であるサセプタ16に、第1の高周波電源88からプラズマ生成用の高周波電力を所定のパワーで印加するとともに、第2の高周波電源90よりイオン引き込み用の高周波電力を所定のパワーで印加する。そして、可変直流電源50から所定の直流電圧を上部電極34に印加する。さらに、静電チャック18のための直流電源22から直流電圧を静電チャック18の電極20に印加して、半導体ウエハWをサセプタ16に固定する。
With the etching gas introduced into the
上部電極34の電極板36に形成されたガス吐出孔37から吐出された処理ガスは、高周波電力により生じた上部電極34と下部電極であるサセプタ16間のグロー放電中でプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハWの被処理面がエッチングされる。
The processing gas discharged from the
このプラズマエッチング装置では、下部電極であるサセプタ16に第1の高周波電源89から高い周波数領域(例えば、10MHz以上)の高周波電力を供給しているので、プラズマを好ましい状態で高密度化することができ、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。
In this plasma etching apparatus, high frequency power in a high frequency region (for example, 10 MHz or more) is supplied from the first high
本実施形態では、このようにしてプラズマが形成される際に、上部電極34に可変直流電源50から所定の極性および大きさの直流電圧が印加される。このとき、印加電極である上部電極34の表面つまり電極板36の表面に対する所定の(適度な)スパッタ効果が得られる程度にその表面の自己バイアス電圧Vdcが深くなるように、つまり上部電極34表面でのVdcの絶対値が大きくなるように、可変直流電源50からの印加電圧をコントローラ51により制御することが好ましい。第1の高周波電源89から高周波を印加してプラズマを生成した場合に、上部電極34にポリマーが付着することがあるが、可変直流電源50から適切な直流電圧を印加することにより、上部電極34に付着したポリマーをスパッタして上部電極34の表面を清浄化することができる。それとともに、半導体ウエハW上に最適な量のポリマーを供給してフォトレジスト膜の表面荒れを解消することができる。また、可変直流電源50からの電圧を調整して上部電極34自体をスパッタして電極材料自体を半導体ウエハW表面に供給するようにすることにより、フォトレジスト膜表面でカーバイドを形成してフォトレジスト膜が強化され、かつスパッタされた電極材料がフロロカーボン系の処理ガス中のFと反応して排気されることによりプラズマ中のF比率が減少してフォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。電極板36がシリコンやSiC等のシリコン含有物質の場合には、電極板36表面でスパッタされたシリコンがポリマーと反応してフォトレジスト膜表面にSiCが形成され、フォトレジスト膜が極めて強固なものとなり、しかも、SiはFと反応しやすいため、上記効果が特に大きい。したがって、電極板36の材料としてはシリコン含有物質が好ましい。なお、この場合に、可変直流電源50からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
In this embodiment, when plasma is formed in this way, a DC voltage having a predetermined polarity and magnitude is applied to the
このように上部電極34に直流電圧を印加して自己バイアス電圧Vdcが深くなった場合には、図3に示すように、上部電極34側に形成されるプラズマシースの厚さが大きくなる。そして、プラズマシースが厚くなると、その分だけプラズマが縮小化される。例えば、上部電極34に直流電圧を印加しない場合には上部電極側のVdcが例えば−100Vであり、図3の(a)に示すようにプラズマは薄いシース厚d0を有する状態である。しかし、上部電極34に−900Vの直流電圧を印加すると上部電極側のVdcが−900Vとなり、プラズマシースの厚さは、Vdcの絶対値の3/4に比例するから、図3の(b)に示すように、より厚いプラズマシースd1が形成され、その分プラズマが縮小化する。このように厚いプラズマシースを形成して、プラズマを適切に縮小化することにより、半導体ウエハW上の実効レジデンスタイムが減少し、かつプラズマがウエハW上に集中して拡散が抑えられ解離空間が減少する。これらにより、フロロカーボン系の処理ガスの解離が抑えられ、フォトレジスト膜がエッチングされ難くなる。したがって、可変直流電源50からの印加電圧は、上部電極34におけるプラズマシースの厚さが所望の縮小化されたプラズマが形成される程度に厚くなるようにコントローラ51により制御することが好ましい。この場合にも、可変直流電源50からの印加電圧を制御する代わりに、印加電流または印加電力を制御するようにしてもよい。
Thus, when the DC voltage is applied to the
また、プラズマが形成される際には、上部電極34近傍に電子が生成される。上部電極34に可変直流電源50から直流電圧を印加すると、印加した直流電圧値とプラズマ電位との電位差により、電子は処理空間の鉛直方向へ加速される。可変直流電源50の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子は半導体ウエハWに照射される。照射された電子は、マスクとしてのフォトレジスト膜の組成を改質させ、フォトレジスト膜は強化される。したがって、可変直流電源50の印加電圧値および印加電流値により上部電極34近傍で生成する電子の量と、このような電子のウエハWへの加速電圧を制御することで、フォトレジスト膜に対する所定の強化を図ることができる。
Further, when plasma is formed, electrons are generated in the vicinity of the
特に、半導体ウエハW上のフォトレジスト膜がArFエキシマレーザー(波長193nm)用のフォトレジスト膜(以下、ArFレジスト膜と記す)である場合、ArFレジスト膜のポリマー構造は、以下の化学式(1)、(2)に示すような反応を経て、電子が照射されて化学式(3)の右辺のような構造となる。すなわち、電子が照射されると化学式(3)のd部に示すように、ArFレジスト膜の組成の改質が起こる(レジストの架橋反応)。このd部は、エッチング耐性(プラズマ耐性)を非常に強くする働きを有するので、ArFレジスト膜のエッチング耐性は飛躍的に増大する。このため、ArFレジスト膜の表面荒れを抑制することができ、ArFレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。 In particular, when the photoresist film on the semiconductor wafer W is a photoresist film for ArF excimer laser (wavelength 193 nm) (hereinafter referred to as ArF resist film), the polymer structure of the ArF resist film has the following chemical formula (1) Through the reaction shown in (2), electrons are irradiated to form a structure as shown on the right side of the chemical formula (3). In other words, when irradiated with electrons, the composition of the ArF resist film is modified (resist cross-linking reaction) as shown in part d of the chemical formula (3). Since this d portion has a function of greatly increasing the etching resistance (plasma resistance), the etching resistance of the ArF resist film is remarkably increased. For this reason, the surface roughness of the ArF resist film can be suppressed, and the etching selectivity of the etching target layer with respect to the ArF resist film can be increased.
したがって、可変直流電源50からの印加電圧値・電流値は、電子の照射によってフォトレジスト膜(特にArFレジスト膜)のエッチング耐性が強くなるように、コントローラ51により制御することが好ましい。また、上述したように、上部電極34に直流電圧を印加すると、プラズマが形成される際に上部電極34近傍に生成された電子が処理空間の鉛直方向へ加速されるが、可変直流電源50の極性、電圧値、電流値を所望のものにすることにより、電子を半導体ウエハWのホール内に到達させることができ、シェーディング効果を抑制してボーイングのない良好な加工形状を得ることができ、加工形状の均一性を良好にすることができる。
Therefore, it is preferable to control the applied voltage value and current value from the variable
加速電圧を制御された電子がウエハWに入射する電子量として、直流電圧による電子電流量IDC を用いた場合に、プラズマからウエハに入射するイオン電流量Iionとすると、IDC>(1/2)Iionを満たすことが好ましい。Iion=Zρvione(ただし、Z:荷数、ρ:流速密度、vion:イオン速度、e:電子の電荷量1.6×10−19C)であり、ρは電子密度Neに比例するからIionはNeに比例する。 When an electron current amount I DC due to a DC voltage is used as an electron amount of electrons whose acceleration voltage is controlled to be incident on the wafer W, assuming that an ion current amount I ion incident on the wafer from the plasma is I DC > (1 / 2) It is preferable to satisfy Iion . I ion = Zρv ion (where Z is the number of charges, ρ is the flow velocity density, v ion is the ion velocity, e is the charge amount of electrons 1.6 × 10 −19 C), and ρ is proportional to the electron density Ne. Therefore, I ion is proportional to Ne.
このように、上部電極34に印加する直流電圧を制御して、上記上部電極34のスパッタ機能またはプラズマの縮小化機能、さらには上記上部電極34で生成される多量の電子の半導体ウエハWへの供給機能が発揮されることにより、フォトレジスト膜の強化や最適ポリマーの供給、処理ガスの解離抑制等が図られ、フォトレジストの表面荒れ等を抑制することができ、フォトレジスト膜に対するエッチング対象層のエッチング選択比を高めることができる。それとともに、フォトレジストの開口部におけるCDの広がりを抑制することができ、より高精度のパターン形成を実現することができる。特に、これらスパッタ機能およびプラズマの縮小化機能および電子の供給機能の3つが適切に発揮されるように直流電圧を制御することにより、このような効果をより高めることができる。
In this way, the DC voltage applied to the
なお、上記各機能のうちいずれが優勢に生じるかは処理条件等により異なり、これら機能の一つ以上が発揮され、上記効果を有効に奏するように、可変直流電源50から印加される電圧をコントローラ51により制御することが好ましい。
Note that which of the above functions is dominant depends on processing conditions and the like, and the voltage applied from the variable
また、上部電極34に印加する直流電圧を調整することにより、プラズマポテンシャルを制御することができる。これにより、上部電極34やチャンバ壁を構成するデポシールド11、内壁部材26、絶縁性遮蔽部材42へのエッチング副生物の付着を抑制する機能を有する。
Further, the plasma potential can be controlled by adjusting the DC voltage applied to the
エッチング副生物が上部電極34やチャンバ壁を構成するデポシールド11等に付着すると、プロセス特性の変化やパーティクルの懸念がある。特に、多層膜を連続してエッチングする場合、Si系有機膜(SiOC)、SiN膜、SiO2膜、フォトレジストを半導体ウエハW上に順次積層した多層膜を連続してエッチングする場合には、各膜によってエッチング条件が異なるため、前の処理の影響が残存して次の処理に悪影響を与えるメモリー効果が生じてしまう。
When the etching by-product adheres to the
このようなエッチング副生物の付着はプラズマポテンシャルと上部電極34やチャンバ壁等との間のポテンシャル差によって影響するため、プラズマポテンシャルを制御することができれば、このようなエッチング生成物の付着を抑制することができる。
Since the adhesion of such etching by-products is affected by the potential difference between the plasma potential and the
以上、可変直流電源50から上部電極34に印加する電圧を制御することにより、プラズマポテンシャルを低下させることができ、上部電極34やチャンバ壁を構成するデポシールド11、さらにはチャンバ10内の絶縁材(部材26,42)へのエッチング副生物の付着を抑制することができる。プラズマポテンシャルVpの値としては、80V≦Vp≦200Vの範囲が好ましい。
As described above, by controlling the voltage applied from the variable
さらに、上部電極34に直流電圧を印加することによる他の効果として、印加した直流電圧によってプラズマが形成されることにより、プラズマ密度を高めてエッチングレートを上昇させることが挙げられる。
Furthermore, another effect obtained by applying a DC voltage to the
これは、上部電極に負の直流電圧を印加すると、電子が上部電極に入り難くなり電子の消滅が抑制されることと、イオンが上部電極に加速されて入ると電子が電極から出ることができ、その電子がプラズマ電位と印加電圧値の差で高速に加速され中性ガスを電離(プラズマ化)することで、電子密度(プラズマ密度)が増加するからである。 This is because when a negative DC voltage is applied to the upper electrode, electrons hardly enter the upper electrode, and the disappearance of the electrons is suppressed, and when ions are accelerated and enter the upper electrode, the electrons can exit the electrode. This is because the electrons are accelerated at a high speed by the difference between the plasma potential and the applied voltage value, and the neutral gas is ionized (plasmaized), thereby increasing the electron density (plasma density).
このことを実験結果に基づいて説明する。
図4は、下部電極であるサセプタ16に印加する第1の高周波電力の周波数を40MHz、第2の高周波電力の周波数を3.2MHzとし、圧力:4PaとしたHARCエッチングの条件で、上部電極に印加する負の直流電圧の絶対値を0V、300V、600V、900Vと変化させた際における、各高周波電力の出力と電子密度分布との関係を示す図である。また、図5は、同様の周波数の2つの高周波電力を印加し、圧力を6.7PaのViaエッチングの条件で、同様に上部電極に印加する直流電圧の絶対値を0V、300V、600V、900Vと変化させた際における、各高周波電力の出力と電子密度分布との関係を示す図である。これらの図に示すように、印加する直流電圧の絶対値が大きくなるに従って、電子密度(プラズマ密度)が上昇しているのがわかる。図6は、上記HARCエッチングで、第1の高周波電力を3000W、第2の高周波電力を4000Wにした場合のウエハ径方向の電子密度分布を示す図である。この図に示すように、印加する直流電圧の絶対値が大きくなるほど電子密度が高くなることがわかる。
This will be described based on experimental results.
FIG. 4 shows the condition of HARC etching with the first high frequency power applied to the
さらにまた、プラズマが形成された場合に、上部電極34に可変直流電源50から直流電圧を印加することにより、トレンチエッチング時に特に中心部のプラズマ密度を上昇させることができる。トレンチエッチング時の条件のような、チャンバ10内の圧力が高くかつ使用するエッチングガスが負性ガスの場合には、チャンバ10内の中心部のプラズマ密度が低くなる傾向にあるが、このように上部電極34に直流電圧を印加して中心部のプラズマ密度を上昇させることにより、プラズマ密度が均一化するようにプラズマ密度をコントロールすることができる。
Furthermore, when plasma is formed, by applying a DC voltage from the variable
このことを実験結果によって説明する。
図2の装置において、半導体ウエハをチャンバ内に装入してサセプタ上に載置し、処理ガスとしてCF4ガス、CHF3ガス、Arガス、N2ガスをチャンバ内に導入し、チャンバ内の圧力を26.6Paとし、第1の高周波電力を40MHzで300W、第2の高周波電力を3.2MHzで1000Wとして下部電極であるサセプタに印加するというトレンチエッチングの条件で、上部電極への直流電圧を印加しない場合と−600W印加した場合とでウエハ径方向の電子密度(プラズマ密度)分布を測定した。その結果を図7に示す。この図に示すように、直流電圧を印加しない場合には、ウエハ中心部の電子密度が他の部分よりも低いのに対し、直流電圧を印加することにより、ウエハ中心部の電子密度を上昇させて電子密度が均一化されていることが確認された。また、直流電圧を印加することにより、電子密度が全体的に上昇した。
This will be explained by experimental results.
In the apparatus of FIG. 2, a semiconductor wafer is loaded into a chamber and placed on a susceptor, and CF 4 gas, CHF 3 gas, Ar gas, and N 2 gas are introduced into the chamber as processing gases. The DC voltage applied to the upper electrode under the conditions of trench etching in which the pressure is 26.6 Pa, the first high-frequency power is 300 W at 40 MHz, and the second high-frequency power is 1000 W at 3.2 MHz and applied to the susceptor as the lower electrode. The electron density (plasma density) distribution in the wafer radial direction was measured when no power was applied and when −600 W was applied. The result is shown in FIG. As shown in this figure, when a DC voltage is not applied, the electron density at the center of the wafer is lower than the other parts, whereas by applying a DC voltage, the electron density at the center of the wafer is increased. The electron density was confirmed to be uniform. Further, the application of a DC voltage increased the electron density as a whole.
以上のように、上部電極34に印加する直流電圧を制御することにより、上述の上部電極34のスパッタ機能、プラズマの縮小化機能、電子の供給機能、プラズマポテンシャル制御機能、電子密度(プラズマ密度)上昇機能、およびプラズマ密度コントロール機能の少なくとも一つを有効に発揮させることが可能である。
As described above, by controlling the DC voltage applied to the
以上、上部電極34に直流(DC)電圧を印加した場合の作用効果について説明した。
In the foregoing, the operation and effect when a direct current (DC) voltage is applied to the
本実施形態では、上部電極に直流電圧を印加するプラズマエッチング装置として、下部電極にプラズマ形成用の第1の高周波(RF)電力およびイオン引き込み用の第2の高周波(RF)電力を印加する下部RF二周波印加型のプラズマエッチング装置を用いて説明したが、下部RF二周波印加型のプラズマエッチング装置の、他の容量結合型プラズマエッチング装置に対する優位点としては、以下が挙げられる。 In this embodiment, as a plasma etching apparatus that applies a DC voltage to an upper electrode, a lower part that applies a first radio frequency (RF) power for plasma formation and a second radio frequency (RF) power for ion attraction to the lower electrode. Although the description has been made using the RF dual frequency application type plasma etching apparatus, the advantages of the lower RF dual frequency application type plasma etching apparatus over other capacitively coupled plasma etching apparatuses include the following.
まず、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加することで、ウエハにより近いところでプラズマを形成することができるので、またプラズマが広い領域に拡散せず処理ガスの解離を抑えることができるので、処理容器内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件であっても、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることができる。また、プラズマ形成用の高周波電力の周波数が高い場合でも、比較的大きなイオンエネルギーを確保することができるので高効率である。これに対して、上部電極にプラズマ形成用の高周波電力を印加するタイプの装置では、上部電極近傍にプラズマが生成されるので、処理容器内の圧力が高くプラズマ密度が低いような条件では、ウエハに対するエッチングレートを上昇させることが困難である。 First, by applying high-frequency power for plasma formation to the lower electrode as in this embodiment, plasma can be formed at a location closer to the wafer, so that the plasma does not diffuse to a wide area and the processing gas is dissociated. Therefore, the etching rate for the wafer can be increased even under conditions where the pressure in the processing chamber is high and the plasma density is low. In addition, even when the frequency of the high-frequency power for plasma formation is high, a relatively large ion energy can be secured, which is highly efficient. In contrast, in an apparatus of a type that applies high-frequency power for plasma formation to the upper electrode, plasma is generated in the vicinity of the upper electrode. Therefore, under conditions where the pressure in the processing vessel is high and the plasma density is low, the wafer is It is difficult to increase the etching rate with respect to.
また、本実施形態のように下部電極にプラズマ形成用の高周波電力とイオン引き込み用の高周波電力を別々に印加することで、プラズマエッチングに必要なプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能となる。これに対して、下部電極に一周波の高周波電力を印加するタイプの装置では、プラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが不可能であり、高い微細加工性が要求されるエッチングの条件を満たすのが困難である。 In addition, as in this embodiment, the plasma formation function and the ion attraction function necessary for plasma etching can be independently performed by separately applying high frequency power for plasma formation and high frequency power for ion attraction to the lower electrode. It becomes possible to control. On the other hand, in a device of a type that applies high frequency power of one frequency to the lower electrode, it is impossible to independently control the function of plasma formation and the function of ion attraction, and high fine workability is required. It is difficult to satisfy the etching conditions.
以上のように、ウエハに近いところでプラズマを形成することが可能でプラズマが広い領域に拡散せず、かつプラズマ形成の機能とイオン引き込みの機能とを独立に制御することが可能な、下部RF二周波印加型のプラズマエッチング装置に、上部電極へ直流電圧を印加することによって、さらに上部電極のスパッタ機能、プラズマの縮小化機能、ウエハへの電子の供給機能、プラズマポテンシャルの制御機能、プラズマ密度の上昇機能、プラズマ密度コントロール機能の少なくとも一つを併せ持つことが可能になるので、近年のエッチング微細加工に適合したより高いパフォーマンスを有するプラズマエッチング装置を提供することができる。 As described above, it is possible to form a plasma near the wafer, the plasma is not diffused over a wide area, and the plasma forming function and the ion drawing function can be independently controlled. By applying a DC voltage to the upper electrode in a frequency-applied plasma etching apparatus, the upper electrode sputtering function, plasma reduction function, electron supply function to the wafer, plasma potential control function, plasma density control Since it becomes possible to have at least one of the ascending function and the plasma density control function, it is possible to provide a plasma etching apparatus having higher performance adapted to the recent etching fine processing.
なお、上部電極34への直流電圧印加は選択的であってよい。上部電極34への直流電圧印加が必要なエッチング条件においては、可変直流電源50および図2に示したリレースイッチ52をオンにし、上部電極34への直流電圧印加が特に必要のないエッチング条件においては、可変直流電源50およびリレースイッチ52をオフにすればよい。
Note that the application of a DC voltage to the
また、上部電極34へ直流電圧を印加する際、上部電極34が接地されていると直流電圧印加の機能がなくなるので、上部電極34はDC的にフローティングである必要がある。模式図として図8に示す。図8において電気的にキャパシター501、502、503を形成している箇所は、実際には誘電体が入ることになり、上部電極34は誘電体を介して処理容器10および接地導体10aに対してDC的なフローティングとなっている。なお、高周波電源89、90から下部電極16に印加された高周波電力は、処理空間を介して上部電極34に到達し、キャパシター501、502、503を介して、接地された処理容器10及び接地導体10aに到達する。
Further, when a DC voltage is applied to the
そして、可変直流電源50およびリレースイッチ52をオフにして、上部電極34へ直流電圧を印加しない場合は、上部電極34を接地状態またはDC的にフローティング状態のいずれに可変可能としてもよい。図9の例では、上部電極34へ直流電圧を印加しない場合は、接地導体10aと上部電極34をスイッチ(可変装置)504により短絡させて上部電極34を接地状態としているが、スイッチ(可変装置)504をオフにして上部電極34をDC的にフローティング状態としてもよい。
When the variable
また、図10のように、電気的にキャパシター501を形成している箇所を、電気的にキャパシタンスが可変できるように構成しても良い。これにより、上部電極のポテンシャルを可変することができる。
Further, as shown in FIG. 10, a portion where the
また、図11に示すように、例えばプラズマ検出窓10aからプラズマの状態を検出する検出器55を設け、その検出信号に基づいてコントローラ51が可変直流電源50を制御するようにすることにより、上述した機能を有効に発揮するような直流電圧を自動的に上部電極34に印加することが可能である。
As shown in FIG. 11, for example, a
また、シース厚を検出する検出器あるいは電子密度を検出する検出器を設け、その検出信号に基づいてコントローラ51が可変直流電源50を制御するようにしてもよい。
Further, a detector for detecting the sheath thickness or a detector for detecting the electron density may be provided, and the
ここで、下部RF二周波印加型で上部電極に直流電圧を印加するプラズマエッチング装置において、ウエハW上に形成された絶縁膜(例えばLow−k膜)をエッチングする際に、処理ガスとして使用するのが特に好ましいガスの組み合わせを下記に例示する。 Here, in a plasma etching apparatus that applies a DC voltage to the upper electrode with a lower RF dual frequency application type, it is used as a processing gas when etching an insulating film (for example, a low-k film) formed on the wafer W. Examples of particularly preferred gas combinations are given below.
ビアエッチングの条件におけるオーバーエッチング時に、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、(C5F8、Ar、N2)または(C4F8、Ar、N2)または(C4F8、Ar、N2、O2)または(C4F8、Ar、N2、CO)が挙げられる。これにより、絶縁膜の下地膜(SiC、SiN等)に対する選択比を大きくとることができる。 As a combination of processing gases preferably used during over-etching under the conditions of via etching, (C 5 F 8 , Ar, N 2 ) or (C 4 F 8 , Ar, N 2 ) or (C 4 F 8 , Ar, N 2 , O 2 ) or (C 4 F 8 , Ar, N 2 , CO). Thereby, the selection ratio of the insulating film to the base film (SiC, SiN, etc.) can be increased.
また、トレンチエッチングの条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、CF4または(CF4、Ar)または(N2、H2)が挙げられる。これにより、絶縁膜のマスクに対する選択比を大きくとることができる。 Moreover, CF 4 or (CF 4 , Ar) or (N 2 , H 2 ) can be given as a combination of processing gases that are preferably used under the conditions of trench etching. Thereby, the selection ratio of the insulating film to the mask can be increased.
また、絶縁膜上の有機反射防止膜をエッチングする条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、CF4または(CF4、C3F8)または(CF4、C4F8)または(CF4、C4F6)が挙げられる。 Further, under the conditions for etching the organic antireflection film on the insulating film, CF 4 or (CF 4 , C 3 F 8 ) or (CF 4 , C 4 F 8 ) or (CF 4 , C 4 F 6 ).
また、HARCエッチングの条件では、使用するのが好ましい処理ガスの組み合わせとして、(C4F6、CF4、Ar、O2)または(C4F6、C3F8、Ar、O2)または(C4F6、C4F8、Ar、O2)または(C4F6、C2F6、Ar、O2)または(C4F8、Ar、O2)が挙げられる。これにより、絶縁膜のエッチング速度を大きくすることができる。 In addition, in the condition of HARC etching, a combination of processing gases preferably used is (C 4 F 6 , CF 4 , Ar, O 2 ) or (C 4 F 6 , C 3 F 8 , Ar, O 2 ). Or (C 4 F 6 , C 4 F 8 , Ar, O 2 ) or (C 4 F 6 , C 2 F 6 , Ar, O 2 ) or (C 4 F 8 , Ar, O 2 ). Thereby, the etching rate of the insulating film can be increased.
なお上記に限られず、(CxHyFzのガス/N2,O2等の添加ガス/希釈ガスの組み合わせ)を使用することが可能である。 The present invention is not limited to the above, and it is possible to use (a combination of C x H y F z gas / addition gas / dilution gas such as N 2 and O 2 ).
ところで、上部電極34に直流電圧を印加すると、上部電極34に電子がたまり、チャンバ10の内壁との間等に異常放電が生じるおそれがある。このような異常放電を抑制するため、本実施形態ではDC的に接地されたパーツであるGNDブロック(導電性部材)91をチャンバ壁側のデポシールド11に設けている。このGNDブロック91はプラズマ面に露出しており、デポシールド11の内部の導電部に電気的に接続されており、可変直流電源50から上部電極34に印加された直流電圧電流は、処理空間を経てGNDブロック91に到達し、デポシールド11を介して接地される。GNDブロック91は導電体であり、Si、SiC等のシリコン含有物質であることが望ましい。Cも好適に用いることができる。このGNDブロック91により、上記上部電極34にたまる電子を逃がすことができ、異常放電を防止することができる。GNDブロック91の突出長さは10mm以上であることが好ましい。
By the way, when a DC voltage is applied to the
また、異常放電を防止するために、上部電極34に直流電圧を印加する場合に、適宜の手段により直流電圧に重畳して図12に示すような極短い逆極性のパルスを周期的に与えて電子を中和する方法も有効である。
In order to prevent abnormal discharge, when a DC voltage is applied to the
上記GNDブロック91は、プラズマ形成領域に設けられていれば、その位置は図1の位置に限らず、例えば、図13に示すように、サセプタ16の周囲に設ける等、サセプタ16側に設けてもよく、また図14に示すように、上部電極34の外側にリング状に設ける等、上部電極34近傍に設けてもよい。ただし、プラズマを形成した際に、デポシールド11等に被覆されているY2O3やポリマーが飛翔し、それがGNDブロック91に付着すると、DC的に接地されなくなって、異常放電防止効果を発揮し難くなるため、これらが付着し難いことが重要となる。そのためには、GNDブロック91がY2O3等で被覆された部材から離れた位置であることが好ましく、隣接パーツとしてはSiや石英(SiO2)等のSi含有物質であることが好ましい。例えば、図15の(a)に示すように、GNDブロック91の周囲にSi含有部材93を設けることが好ましい。この場合に、Si含有部材93のGNDブロック91の下の部分の長さLはGNDブロック91の突出長さM以上であることが好ましい。また、Y2O3やポリマーの付着による機能低下を抑制するために、図15の(b)に示すように、GNDブロック91として飛翔物が付着し難い凹所91aを設けることが有効である。また、GNDブロック91の表面積を大きくして、Y2O3やポリマーに覆われ難くすることも有効である。さらに、付着物を抑制するためには温度が高いことが有効であるが、上部電極34にはプラズマ形成用の高周波電力が供給され、その近傍の温度が上昇するため、温度を上昇させて付着物を付着させない観点から上記図14のように上部電極34の近傍に設けることも好ましい。この場合、特に、上記図14のように、上部電極34の外側にリング状に設けることがより好ましい。
As long as the
デポシールド11等に被覆されているY2O3やポリマーの飛翔にともなうGNDブロック91への付着物の影響をより効果的に排除するためには、図16に示すように、GNDブロック91に負の直流電圧を印加可能にするのが効果的である。すなわち、GNDブロック91に負の直流電圧を印加することにより、そこに付着した付着物がスパッタまたはエッチングされ、GNDブロック91の表面をクリーニングすることができる。図16の構成においては、GNDブロック91に可変直流電源50から電圧印加が可能なように、GNDブロック91の接続を、可変直流電源50側と接地ラインとで切り替える切替機構53が設けられ、さらにGNDブロック91に負の直流電圧が印加された際に発生する直流電子電流を流入させる、接地された導電性補助部材91bが設けられている。切替機構53は、可変直流電源50の接続を整合器46側とGNDブロック91側との間で切り替える第1スイッチ53aと、GNDブロック91の接地ラインへの接続をオン・オフする第2スイッチ53bとを有している。なお、図16の例では、GNDブロック91が上部電極34の外側にリング状に設けられ、導電性補助部材91bがサセプタ16の外周に設けられており、この配置が好ましいが、必ずしもこのような配置でなくてもよい。
In order to more effectively eliminate the influence of deposits on the
図16の構成の装置において、プラズマエッチング時には、通常、図17の(a)に示すように、切替機構53の第1スイッチ53aが上部電極34側に接続され、可変直流電源50が上部電極34側に接続された状態となり、かつ第2スイッチ53bがオンにされ、GNDブロック91が接地ライン側に接続される。この状態においては、可変直流電源50から上部電極34に給電され、第1の高周波電源89から下部電極であるサセプタ16に給電されてプラズマが形成されると、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極34から接地されているGNDブロック91および導電性補助部材91bに流入する(正イオン電流の流れの向きは逆となる)。このとき、GNDブロック91の表面は、上述したようなY2O3やポリマー等の付着物で被覆されることがある。
In the apparatus having the configuration of FIG. 16, during plasma etching, the
このため、このような付着物をクリーニングする。このようなクリーニング時には、図17の(b)に示すように、切替機構53の第1スイッチ53aをGNDブロック91側に切り替え、第2スイッチ53bをオフにする。この状態においては、第1の高周波電源89から下部電極であるサセプタ16に給電されてクリーニングプラズマが形成され、可変直流電源50から負の直流電圧がGNDブロック91に印加される。これにより、直流電子電流はGNDブロック91から導電性補助部材91bに流入する。逆に正イオンはGNDブロック91に流入する。このため、直流電圧を調整してGNDブロック91への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、GNDブロック91表面をイオンスパッタすることができ、これによりGNDブロック91表面の付着物を除去することができる。
For this reason, such deposits are cleaned. At the time of such cleaning, as shown in FIG. 17B, the
また、プラズマエッチング時の一部の期間において、図18に示すように、第2スイッチ53bをオフにし、GNDブロック91をフローティング状態としてもよい。このとき、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極34から導電性補助部材91bに流入する(正イオン電流の流れの向きは逆となる)。このときGNDブロック91にはセルフバイアス電圧がかかり、その分のエネルギーをもって正イオンが入射され、プラズマエッチング時にGNDブロック91をクリーニングすることができる。
Further, in a part of the period during the plasma etching, as shown in FIG. 18, the
なお、上記クリーニング時においては、印加する直流電圧は小さくてよく、その際の直流電子電流は小さい。このため、図16の構成において、リーク電流によりGNDブロック91に電荷がたまらないようにできる場合には、必ずしも導電性補助部材91bは必要ない。
During the cleaning, the applied DC voltage may be small, and the DC electron current at that time is small. For this reason, in the configuration of FIG. 16, the conductive
上記図16の例では、クリーニング時に、可変直流電源50の接続を上部電極34側からGND電極91側に切り替え、直流電圧を印加した際の直流電子電流がGNDブロック91から導電性補助部材91bへ流れるようにしたが、可変直流電源50の正極を上部電極34に接続し、負極をGNDブロック91に接続し、直流電圧を印加した際の直流電子電流がGNDブロック91から上部電極34へ流れるようにしてもよい。この場合は、導電性補助部材は不要である。このような構成を図19に示す。図19の構成においては、プラズマエッチング時には、可変直流電源50の負極が上部電極34に接続され、かつGNDブロック91が接地ラインに接続され、クリーニング時には、可変直流電源50の正極が上部電極34に接続され、負極がGNDブロック91に接続されるように、接続を切り替える接続切替機構57が設けられている。この接続切替機構57は、上部電極34に対する可変直流電源50の接続を正極と負極との間で切り替える第1スイッチ57aと、GNDブロック91に対する可変直流電源50の接続を正極と負極との間で切り替える第2スイッチ57bと、可変直流電源50の正極または負極を接地するための第3スイッチ57cとを有している。第1スイッチ57aと第2スイッチ57bとは、第1スイッチ57aが可変直流電源50の正極に接続されている際には第2スイッチ57bが直流電源の負極に接続され、第1スイッチ57aが可変直流電源50の負極に接続されている際には第2スイッチ57bがオフになるように連動する連動スイッチを構成している。
In the example of FIG. 16 described above, at the time of cleaning, the connection of the variable
図19の構成の装置において、プラズマエッチング時には、図20の(a)に示すように、接続切替機構57の第1スイッチ57aが可変直流電源50の負極側に接続され、可変直流電源50の負極が上部電極34側に接続された状態となり、かつ第2スイッチ57bが可変直流電源50の正極側に接続され、第3スイッチ57cが可変直流電源50の正極側に接続され(可変直流電源50の正極を接地)、GNDブロック91が接地ライン側に接続される。この状態においては、可変直流電源50から上部電極34に給電され、第1の高周波電源89から下部電極であるサセプタ16に給電されてプラズマが形成されると、直流電子電流は、プラズマを介して上部電極34から接地されているGNDブロック91に流入する(正イオン電流の流れの向きは逆となる)。このとき、GNDブロック91の表面は、上述したようなY2O3やポリマー等の付着物で被覆されることがある。
In the apparatus having the configuration shown in FIG. 19, during plasma etching, as shown in FIG. 20A, the
一方、クリーニング時には、図20の(b)に示すように、接続切替機構57の第1スイッチ57aを可変直流電源50の正極側に切り替え、第2スイッチ57bを可変直流電源50の負極側に切り替え、さらに第3スイッチ57cを未接続状態とする。この状態においては、第1の高周波電源89から下部電極であるサセプタ16に給電されてクリーニングプラズマが形成され、GNDブロック91には可変直流電源50の負極から、上部電極34には可変直流電源50の正極から、直流電圧が印加され、これらの間の電位差により直流電子電流はGNDブロック91から上部電極34に流入し、逆に正イオンはGNDブロック91に流入する。このため、直流電圧を調整してGNDブロック91への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、GNDブロック91表面をイオンスパッタすることができ、これによりGNDブロック91表面の付着物を除去することができる。なお、この場合に可変直流電源50は見かけ上フローティング状態であるが、一般的に電源にはフレーム接地ラインが設けられているので安全である。
On the other hand, at the time of cleaning, as shown in FIG. 20B, the
また、上記例では第3スイッチ57cを未接続状態としたが、可変直流電源50の正極側に接続のまま(可変直流電源50の正極を接地)としてもよい。この状態においては、第1の高周波電源89から下部電極であるサセプタ16に給電されてクリーニングプラズマが形成され、GNDブロック91には可変直流電源50の負極から直流電圧が印加され、直流電子電流はプラズマを介してGNDブロック91から上部電極34に流入し、逆に正イオンはGNDブロック91に流入する。この場合においても、直流電圧を調整してGNDブロック91への正イオンの入射エネルギーを制御することにより、GNDブロック91表面をイオンスパッタすることができ、これによりGNDブロック91表面の付着物を除去することができる。
In the above example, the
なお、図16よび図19の例では、クリーニングの際にGNDブロック91に直流電圧を印加したが、交流電圧を印加してもよい。また、図16の例において、上部電極に直流電圧を印加するための可変直流電源50を用いてGNDブロック91に電圧を印加したが、別の電源から電圧を印加するようにしてもよい。また、図16および図19の例では、プラズマエッチング時にGNDブロック91を接地させ、クリーニング時にGNDブロック91に負の直流電圧を印加する形態を説明したが、これに限られない。例えば、プラズマエッチング時にGNDブロック91に負の直流電圧を印加してもよい。また、上記のクリーニング時をアッシング時に置き換えてもよい。さらに、可変直流電源50としてバイポーラ電源を用いた場合には、上記接続切替機構57のような複雑なスイッチング動作は不要である。
In the examples of FIGS. 16 and 19, a DC voltage is applied to the
図16の例における切替機構53、図19の例における接続切替機構57の切り替え動作は、制御部95からの指令に基づいて行われる。
The switching operation of the
プラズマを形成した際において、Y2O3やポリマーがGNDブロック91へ付着することによってDC的に接地されなくなることを簡易に防止する観点からは、GNDブロック91の一部を他の部材で覆い、これらに相対移動を生じさせることにより、GNDブロック91の新たな面が露出するようにすることが有効である。具体的には、図21に示すように、GNDブロック91を比較的大面積として、GNDブロック91のプラズマが当たる表面の一部を矢印方向に移動可能なマスク材211で覆い、この保護板211を移動することにより、GNDブロック91表面のプラズマに曝される部分を変えることを可能とすることを挙げることができる。この場合に駆動機構をチャンバ10内に設けるとパーティクル発生を引き起こす懸念があるが、百時間に一度程度と少ない頻度でよいので大きな問題は生じない。また、図22に示すように、例えば円柱状のGNDブロック191を回転可能に設け、GNDブロック191の外周面の一部のみが露出可能なようにマスク材212で覆うようにし、GNDブロック191を回転させることにより、プラズマに曝されている部分を変えるようにすることも有効である。この場合には、駆動機構はチャンバ10外に設けることができる。マスク材211,212としては、耐プラズマ性の高いもの、例えばY2O3等のセラミックスを溶射したアルミ板を用いることができる。
When the plasma is formed, from the viewpoint of easily preventing Y 2 O 3 or the polymer from adhering to the
また、同様にGNDブロック91が付着物によってDC的に接地されなくなることを簡易に防止するための他の手法としては、GNDブロック91の一部を他の部材で覆い、この他の部材としてプラズマにより徐々にエッチングされるものを用いて、GNDブロック91が常に導電性を失っていない面が露出するようにすることが有効である。例えば、図23の(a)に示すように、段付きの保護膜213でGNDブロック91表面の一部を覆い、初期露出面91cに接地機能を持たせる。この状態でプラズマ処理を例えば200時間行うと、図23の(b)に示すように、GNDブロック91の初期露出面91cが導電性を失うが、その際に段付きの保護膜213の薄い部分がエッチングされてGNDブロック91の新露出面91dが現れるようにする。これにより新露出面91dが接地機能を発揮するようになる。このような保護膜213は、GNDブロック91へ壁面材料が付着するのを防止する効果と、GNDブロック91へのイオンの流入を減少させて汚染を防止する効果を有する。
Similarly, as another method for easily preventing the
実際の適用においては、図24に示すように、薄い層214を多数積層して各層を少しずつずらした保護膜213aを用いることが好ましい。この場合に、1つの層214がプラズマによるエッチングによって消失する時間をTeとし、GNDブロック91の露出した表面が汚染されて導電性を消失するまでの時間をTpとすると、かならずTe<Tpを満たすように層214の厚さを設定することにより、GNDブロック91において常に導電性を保った表面を確保することができる。層214の数としては、メンテナンスの周期よりもGNDブロック91の寿命のほうが長くなるように選ぶことが好ましい。また、メンテナンス性の向上のために、図示するように他とは異なる色を付けた層214aを1層設けておき、例えばこの層214aが一定面積以上となった時点で交換するようして交換時期を把握することができる。
In actual application, as shown in FIG. 24, it is preferable to use a
保護膜213、213aとしては、プラズマにより適度にエッチングされるものが好ましく、例えば、フォトレジスト膜を好適に用いることができる。
As the
GNDブロック91が付着物によってDC的に接地されなくなることを簡易に防止するためのさらに他の方法としては、GNDブロック91を複数設け、その中で接地機能を奏するものを順次切り替えていくことを挙げることができる。例えば、図25に示すように、3つのGNDブロック91を設け、これらの一つのみを接地させるように切り替えスイッチ215を設ける。また、共通の接地ライン216には、電流センサー217を設けておき、そこに流れる直流電流をモニターする。接地されているGNDブロック91の電流を電流センサー217でモニターし、その電流値が所定値より低くなった時点で、接地機能を奏しないとして別のGNDブロック91に切り替える。なお、GNDブロック91の数は3〜10個程度の範囲で適当な数を選択すればよい。
As yet another method for easily preventing the
以上の例においては、接地されていないGNDブロックは電気的にフローティング状態となっているが、使っていないGNDブロックを保護する観点から、切り替えスイッチ215を設ける代わりに、保護するためのポテンシャルを印加できるようにしてもよい。その例を図26に示す。図26では各GNDブロック91に個別に接続された接地ライン218にそれぞれ可変直流電源219を設ける。これにより、接地機能を発揮させるべきGNDブロック91の電圧が0Vになるようにそれに対応する可変直流電源219の電圧を制御し、他のGNDブロック91については、電流が流れない電圧、例えば100Vになるように対応する可変直流電源219の電圧を制御する。そして、接地機能を発揮させるべきGNDブロック91に接続されている接地ライン218に設けられた電流センサー217の電流値が所定値より低くなった時点で、接地機能を奏しなくなったと判断して、別のGNDブロック91に対応する可変直流電源219の電圧値をそのGNDブロックが接地機能を奏する値に制御する。
In the above example, the GND block that is not grounded is in an electrically floating state, but from the viewpoint of protecting the GND block that is not used, a potential for protection is applied instead of providing the
なお、このように直流電源219からの印加電圧を−1kV程度の負の値とすることにより、それに接続されたGNDブロック219をプラズマに直流電圧を与えるための電極として機能させることができる。ただし、この値があまり大きくてもプラズマへ悪影響を与えてしまう。また、GNDブロック91に印加する電圧を制御することにより、GNDブロック91に対するクリーニング効果を奏することができる。
In this way, by setting the applied voltage from the
なお、上記第1の高周波電力および第2の高周波電力の採り得る周波数を例示すると、第1の高周波電力としては、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz、80MHz、100MHz、160MHzを挙げることができ、第2の高周波電力としては、380kHz、800kHz、1MHz、2MHz、3.2MHz、13.56MHzを挙げることができ、プロセスに応じて適宜の組み合わせで用いることができる。 In addition, when the frequency which the said 1st high frequency power and the 2nd high frequency power can take is illustrated, as the 1st high frequency power, 13.56MHz, 27MHz, 40MHz, 60MHz, 80MHz, 100MHz, 160MHz can be mentioned. Examples of the second high-frequency power include 380 kHz, 800 kHz, 1 MHz, 2 MHz, 3.2 MHz, and 13.56 MHz, and they can be used in an appropriate combination depending on the process.
また、以上では、プラズマエッチング装置を例に説明したが、他のプラズマを用いて半導体基板を処理する装置にも適用可能である。例えばプラズマ成膜装置が挙げられる。 In the above description, the plasma etching apparatus has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an apparatus for processing a semiconductor substrate using another plasma. For example, a plasma film forming apparatus can be mentioned.
10…チャンバ(処理容器)
16…サセプタ(下部電極)
34…上部電極
46a…ローパスフィルタ
50…可変直流電源
51…コントローラ
52…オン・オフスイッチ
66…処理ガス供給源
84…排気装置
89…第1の高周波電源
90…第2の高周波電源
91…GNDブロック
W…半導体ウエハ(被処理基板)
10 ... Chamber (processing container)
16 ... susceptor (lower electrode)
34 ...
Claims (24)
処理容器内に対向して配置される第1電極および被処理基板を支持する第2電極と、
前記第2電極に相対的に周波数の高い第1の高周波電力を印加する第1の高周波電力印加ユニットと、
前記第2電極に相対的に周波数の低い第2の高周波電力を印加する第2の高周波電力印加ユニットと、
前記第1電極に直流電圧を印加する直流電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第1電極を接地されていないフローティング状態と接地状態との間で変化可能な可変装置と
を具備し、
全体制御装置からの指令に基づいて、前記第1電極に直流電圧が印加されているとき前記可変装置は前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態とし、前記第1電極に直流電圧が印加されていないとき前記可変装置は前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態あるいは接地状態のいずれかとすることを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing container in which a substrate to be processed is accommodated and evacuated;
A first electrode disposed opposite to the processing container and a second electrode for supporting the substrate to be processed;
A first high-frequency power application unit that applies a first high-frequency power having a relatively high frequency to the second electrode;
A second high-frequency power application unit that applies a second high-frequency power having a relatively low frequency to the second electrode;
A DC power supply for applying a DC voltage to the first electrode;
A processing gas supply unit for supplying a processing gas into the processing container ;
A variable device capable of changing between a floating state in which the first electrode is not grounded and a grounded state ;
Based on a command from the overall control device, when a DC voltage is applied to the first electrode, the variable device places the first electrode in a floating state with respect to a ground potential and applies the DC voltage to the first electrode. The plasma processing apparatus is characterized in that the variable device puts the first electrode in a floating state or a grounded state with respect to a ground potential when it is not .
前記第1電極に直流電圧を印加する工程と、前記第1電極に直流電圧を印加しながら、前記被処理基板にプラズマ処理を施す工程とを有し、
前記第1電極は接地されていないフローティング状態と接地状態との間で変更可能であって、全体制御装置からの指令に基づいて、前記第1電極に直流電圧が印加されているとき前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態とし、前記第1電極に直流電圧が印加されていないとき前記第1電極を接地電位に対してフローティング状態あるいは接地状態のいずれかであることを特徴とするプラズマ処理方法。 A first electrode and a second electrode that supports the substrate to be processed are disposed opposite to each other in the processing container, and a first high-frequency power having a relatively high frequency and a second having a relatively low frequency are disposed on the second electrode. In this plasma processing method, a processing gas is supplied into the processing vessel while applying a high-frequency power, and plasma of the processing gas is generated to perform plasma processing on the substrate to be processed supported by the second electrode. And
Applying a DC voltage to the first electrode; and applying a plasma treatment to the substrate to be processed while applying a DC voltage to the first electrode;
The first electrode can be changed between a floating state that is not grounded and a grounded state, and the first electrode is applied when a DC voltage is applied to the first electrode based on a command from the overall control device. The plasma is characterized in that the electrode is in a floating state with respect to a ground potential, and the first electrode is in a floating state or a ground state with respect to the ground potential when no DC voltage is applied to the first electrode. Processing method.
前記制御プログラムは、実行時に、請求項17から請求項23のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法が行われるように、プラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。 A computer storage medium storing a control program that runs on a computer,
24. A computer-readable storage medium, wherein the control program controls the plasma processing apparatus so that the plasma processing method according to any one of claims 17 to 23 is performed at the time of execution.
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