JP2005026552A - Plasma treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理方法のウエハの温度制御手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年半導体デバイスの微細化に伴い、レジストパターンが細くなり、またレジストは材料が脆弱になっていることで、プラズマ耐性が低下している。このため、ドライエッチング工程ではプラズマ中でレジストが変形して、エッチング形状に影響するという問題が発生しており、歩留低下の要因となる。特に90nm以降のデバイスにおいては、顕著になると考えられる。
【0003】
以下、従来のプラズマ処理方法の一例を、図面を参照しながら説明する。
【0004】
図4は、従来のプラズマ処理方法に用いる装置(ドライエッチング装置)の断面図である。
【0005】
図5は、従来のプラズマ処理方法を用いて、加工するウエハの工程断面図のフローである。
【0006】
図6は、従来のプラズマ処理方法のウエハ温度時間変化を示すグラフである。
【0007】
図4において1はドライエッチチャンバー、2はドライエッチチャンバー1上部に設置された上部電極、3はドライエッチチャンバー1下部に設置された下部電極で静電吸着機能を有する。4は下部電極3上に設置されたウエハ、5は下部電極3を温度コントロールする為の冷媒を流すための下部電極3内の溝、6は下部電極3を温度コントロールするための冷媒の温度を一定に保つ為のチラー、7はチラー6から下部電極3内の溝5に冷媒を送る為の送り側配管、8は下部電極3内の溝5からチラー6に冷媒を戻す為の、戻り側配管である。
【0008】
図5において11は例えば、ポリシリコン等の下地膜、12は下地膜上に成長した例えば酸化膜等の被エッチング膜、13は被エッチング膜12上にパターニングされたレジスト、14は異方性形状に加工する為に、被エッチング膜12側面および、レジスト13側面に堆積するデポ膜である。
【0009】
以上のように構成された従来の技術におけるプラズマ処理方法を図4、図5および図6を用いて説明する。
【0010】
図5(a)はエッチング前のレジスト13のパターン形状を示している。次にエッチングは2ステップで行う。第1ステップは図5(b)で示すように、被エッチング膜12を所望の寸法になるようにエッチングする。具体的には、ドライエッチングチャンバー1内にガスを例えば、CF4を100ml/min、O2を20ml/min導入し、圧力を4Paに保ち、例えば下部電極3に13.56MHzの高周波を500W印加し、第1ステップを開始する。
【0011】
この時、側壁保護のため、被エッチング膜12側壁およびレジスト13側壁にガスが重合して形成されたデポ膜14が堆積する。このデポ膜14の量は、エッチングガス流れ等の関係により、ウエハ4の外周側の側壁と中心側の側壁では、一般的に異なる。さらに、エッチングが進み、発光スペクトルの変化で終点検出を行う。
【0012】
この時、図5(c)に示すように、エッチングのウエハ面内不均一のため、部分的に被エッチング膜が残っている。
【0013】
図6に示すように、第1ステップ開始時、ウエハ4の温度は冷媒の温度(60℃)であり、高周波印加と共にプラズマより熱量を受けてウエハ4の温度は上昇する。よって、図5(c)に示すように第1ステップ開始時に付着したデポ膜14は熱収縮するが、ウエハ4の外周側と中心側で量が異なり収縮量も異なるので、応力が発生してレジスト13が傾き、それがマスクとなって被エッチング膜が非対称にエッチングされる。
【0014】
次に、図5(d)に示すように第2ステップでは、下地膜11を極力エッチングせずに、残った被エッチング膜12をエッチングする。具体的には、ドライエッチングチャンバー1内にCHF3を70ml/min、O2を15ml/min導入し、圧力を4Paに保ち、高周波を、例えば800W印加する。
【0015】
図6に示すように第2ステップでは、第1ステップより高周波電力が高い為、プラズマからの熱量を多く受ける為、ウエハ4の温度は第1ステップより上昇する。
【0016】
よって、図5(d)に示すようにデポ膜14は更に熱収縮して、応力を受け、レジスト13が傾くため、被エッチング膜12がすそ引きの形状(フッティング)に加工される。
【0017】
最後に、高周波を停止して、第2ステップを終了し、エッチングを終了する。
【0018】
【特許文献1】
特開平07−130830号公報
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術ではエッチング中、レジスト側壁に左右異なった量のデポ膜が付着する。
【0020】
すなわち、プラズマからの熱量を受け、ウエハ温度が上昇することで、デポ膜が熱収縮するが、デポ膜量が同等でないので、発生する応力が左右で異なり、レジストが傾き、被エッチング膜のエッチング形状がテーパー形状やすそ引き形状になり、所望の形状が得られず、寸法が規格より大きくなり歩留り低下の要因となるという課題を有していた。
【0021】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、レジストの傾き無くエッチングでき、所望の形状、寸法を得る事の出来るプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるプラズマ処理方法は、プラズマ処理中にウェハの温度を一定に保つプラズマ処理方法であり、下部電極内に冷媒を循環する工程と、下部電極内にヒーターによりウエハを加熱する工程を備えることを特徴とするものである。
【0023】
なお、本発明のプラズマ処理方法において、下部電極内に冷媒を循環する工程は第1ステップと、第2ステップに行なうことがより好ましい。
【0024】
なお、本発明のプラズマ処理方法において、第2ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程は第1ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程よりも冷媒流量を多くすることがより好ましい。
【0025】
なお、本発明のプラズマ処理方法において、下部電極内にヒーターにより加熱する工程はプラズマ生成前と、第1ステップと前記第2ステップとの間の時間に行なうことがより好ましい。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態のプラズマ処理方法を、図面を参照しながら説明する。
【0027】
(実施の形態)
図1は本実施形態におけるプラズマ処理方法に用いる設備(ドライエッチング装置)の断面図である。
【0028】
図2は本実施形態のプラズマ処理方法を用いて加工するウエハの工程断面図のフローである。
【0029】
図3は本実施形態のプラズマ処理方法のウエハ温度時間変化を示すグラフである。図3(a)はプラズマ処理中のウェハ温度を示し、図3(b)はプラズマ処理中のヒーターと冷媒流量の状態を示している。
【0030】
図1において、21はドライエッチチャンバー、22はドライエッチチャンバー21上部に設置された上部電極、23はドライエッチチャンバー21下部に設置された下部電極で静電吸着機能を有する。24は下部電極23上に設置されたウエハ、25は下部電極23を温度コントロールする為の冷媒を流すための下部電極23内の溝、26は下部電極23を温度コントロールするための冷媒の温度を一定に保つ為のチラー、27はチラー26から下部電極23内の溝25に冷媒を送る為の送り側配管、28は下部電極23内の溝25からチラー26に冷媒を戻す為の、戻り側配管、29は送り側配管27の途中に設けられ、冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラー、30はウエハ24を加熱する為に下部電極23内に取り付けられたヒーター、31はウエハ24の温度を測定する為の温度センサーである。
【0031】
図2において40は例えば、ポリシリコン等の下地膜、41は下地膜上に成長した例えば酸化膜等の被エッチング膜、42は被エッチング膜41上にパターニングされたレジスト、43は異方性形状に加工する為に、被エッチング膜41側面および、レジスト42側面に堆積するデポ膜である。
【0032】
以上のように構成された本発明のプラズマ処理方法を図1、図2および図3を用いて説明する。
【0033】
図2(a)はエッチング前のレジスト42のパターン形状を示している。
【0034】
次にエッチングは2ステップで行う。図2(b)に示すように第1ステップは被エッチング膜41を所望の寸法になるようにエッチングし、発光スペクトルの変化で終点検出を行う。この時、エッチングのウエハ面内不均一のため、部分的に被エッチング膜が残っている。
【0035】
次に図2(c)に示すように、第2ステップでは、下地膜40を極力エッチングせずに、残った被エッチング膜41をエッチングする。まず、ウエハ24の温度を温度センサー31によって測定し、例えば100℃になるようにヒーター30によって加熱する。
【0036】
図3で示すようにエッチング開始10秒後、すなわち第1ステップ開始時はドライエッチングチャンバー21内にガスを例えば、CF4を100ml/min、O2を20ml/min導入し、圧力を4Paに保ち、例えば下部電極23に13.56MHzの高周波を500W印加する。
【0037】
次にエッチング開始50秒後、すなわち第1ステップ終了時は高周波印加と同時に発生したプラズマより熱量を受ける為、ウエハ24の温度は上昇しようとするため、ヒーターをOFFし、冷媒流量を増加させ、ウエハ24の温度を100℃±10℃にコントロールする。終点検出装置により、被エッチング膜41が無くなったところで高周波を停止する。
【0038】
高周波停止によりプラズマからの熱量が無くなる為、ウエハ24の温度は低下しようとするため、冷媒流量を低下し、ヒーターをONして、ウエハ温度が100℃±10℃を維持できるようコントロールする。
【0039】
次に、図3で示すようにエッチング開始60秒後、すなわち第2ステップ開始時はドライエッチングチャンバー21内にCHF3を70ml/min、O2を15ml/min導入し、圧力を4Paに保ち、高周波を例えば800W印加する。
【0040】
高周波印加と同時に発生したプラズマより熱量を受ける為、ウエハ24の温度は上昇しようとするため、ヒーターをOFFし、冷媒流量を増加させ、ウエハ24の温度を100℃±10℃にコントロールする。
【0041】
このとき、高周波は第1ステップより高パワーなため、より多くの熱量をプラズマより受ける。したがって、第1ステップより冷媒流量を多くする。最後に、高周波を停止して、第2ステップを終了し、エッチングを終了する。
【0042】
図2の被エッチング膜41側壁およびレジスト42側壁にガスが重合して形成されたデポ膜43が堆積する。デポ膜43の堆積量は、ウエハ24の外周側の側壁と中心側の側壁では、一般的に異なる。
【0043】
しかし、エッチング中、終始ウエハ温度を一定にコントロールする為、デポ膜43の熱収縮はなく、レジスト42に応力が発生しない為、エッチング中にレジスト42が傾斜することが無く、被エッチング膜41は左右対称にエッチングできる。
【0044】
以上のように本実施形態によれば、下部電極23を冷却する冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラーと、ウエハ24を加熱する為に下部電極23内に取り付けられたヒーターを有し、放電開始前にヒーター30でウエハを加熱し、ステップ毎に冷媒流量を変化させて、エッチング中終始ウエハ温度を一定にコントロールすることにより、デポ膜43の熱収縮はなく、レジスト42に応力が発生しない為、エッチング中にレジスト42が傾斜することが無く、被エッチング膜41は左右対称にエッチングでき、寸法精度を向上でき、高歩留を維持できる。
【0045】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プラズマ処理装置において、下部電極を冷却する冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラーと、ウエハを加熱する為に下部電極内に取り付けられたヒーターとを有し、放電開始前にヒーターでウエハを加熱し、ステップ毎に冷媒流量を変化させて、エッチング中終始ウエハ温度を一定にコントロールすることにより、レジストパターン側壁のデポ膜の熱収縮が無くなり、レジストに応力が発生しない為、エッチング中にレジストが傾斜することが無く、被エッチング膜は左右対称にエッチングでき、寸法精度を向上できるため、高歩留を維持可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるプラズマ処理方法に用いる装置断面図
【図2】本発明の実施の形態におけるウエハの工程断面図のフローを示す図
【図3】本発明の実施の形態におけるウエハ温度の時間変化を示すグラフ
【図4】従来例におけるプラズマ処理方法に用いる装置断面図
【図5】従来例におけるウエハの工程断面図のフローを示す図
【図6】従来例におけるウエハ温度の時間変化を示すグラフ
【符号の説明】
21 ドライエッチチャンバー
22 上部電極
23 下部電極
24 ウエハ
25 溝
26 チラー
27 送り側配管
28 戻り側配管
29 流量コントローラー
30 ヒーター
31 温度センサー
40 下地膜
41 被エッチング膜
42 レジスト
43 デポ膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer temperature control means of a plasma processing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the resist pattern has become thinner and the resist material has become weaker, so that the plasma resistance has been reduced. For this reason, in the dry etching process, there is a problem that the resist is deformed in plasma and affects the etching shape, which causes a decrease in yield. This is particularly noticeable in devices of 90 nm and after.
[0003]
Hereinafter, an example of a conventional plasma processing method will be described with reference to the drawings.
[0004]
FIG. 4 is a sectional view of an apparatus (dry etching apparatus) used in a conventional plasma processing method.
[0005]
FIG. 5 is a flowchart of a process cross-sectional view of a wafer to be processed using a conventional plasma processing method.
[0006]
FIG. 6 is a graph showing changes in wafer temperature with time in a conventional plasma processing method.
[0007]
In FIG. 4, 1 is a dry etch chamber, 2 is an upper electrode installed at the upper part of the dry etch chamber 1, and 3 is a lower electrode installed at the lower part of the dry etch chamber 1 and has an electrostatic adsorption function. 4 is a wafer placed on the
[0008]
In FIG. 5, 11 is a base film such as polysilicon, 12 is an etching target film such as an oxide film grown on the base film, 13 is a resist patterned on the
[0009]
A conventional plasma processing method configured as described above will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6.
[0010]
FIG. 5A shows the pattern shape of the
[0011]
At this time, in order to protect the sidewall, a
[0012]
At this time, as shown in FIG. 5C, the film to be etched remains partially due to non-uniformity in the etching wafer surface.
[0013]
As shown in FIG. 6, at the start of the first step, the temperature of the wafer 4 is the temperature of the refrigerant (60 ° C.). Therefore, as shown in FIG. 5C, the deposited
[0014]
Next, as shown in FIG. 5D, in the second step, the
[0015]
As shown in FIG. 6, in the second step, since the high-frequency power is higher than in the first step, the amount of heat from the plasma is received, so that the temperature of the wafer 4 rises from the first step.
[0016]
Therefore, as shown in FIG. 5D, the
[0017]
Finally, the high frequency is stopped, the second step is finished, and the etching is finished.
[0018]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 07-130830
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technique, during the etching, different amounts of deposition films are attached to the resist sidewalls.
[0020]
In other words, the deposition film is thermally contracted by receiving the amount of heat from the plasma and the wafer temperature is increased. However, since the deposition film amount is not equal, the generated stress is different on the left and right, the resist is tilted, and the etched film is etched. The shape becomes a taper shape or a trailing shape, a desired shape cannot be obtained, and the size becomes larger than the standard, which causes a decrease in yield.
[0021]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a plasma processing method capable of etching without tilting a resist and obtaining a desired shape and size.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The plasma processing method according to the present invention is a plasma processing method for keeping the temperature of a wafer constant during plasma processing, and includes a step of circulating a coolant in the lower electrode and a step of heating the wafer in the lower electrode by a heater. It is characterized by this.
[0023]
In the plasma processing method of the present invention, the step of circulating the refrigerant in the lower electrode is more preferably performed in the first step and the second step.
[0024]
In the plasma processing method of the present invention, it is more preferable that the step of circulating the refrigerant in the lower electrode in the second step has a higher refrigerant flow rate than the step of circulating the refrigerant in the lower electrode in the first step.
[0025]
In the plasma processing method of the present invention, it is more preferable that the step of heating the lower electrode with a heater is performed before plasma generation and between the first step and the second step.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plasma processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of equipment (dry etching apparatus) used in the plasma processing method in the present embodiment.
[0028]
FIG. 2 is a flow of a process cross-sectional view of a wafer processed using the plasma processing method of the present embodiment.
[0029]
FIG. 3 is a graph showing changes in wafer temperature with time in the plasma processing method of the present embodiment. 3A shows the wafer temperature during the plasma processing, and FIG. 3B shows the state of the heater and the refrigerant flow rate during the plasma processing.
[0030]
In FIG. 1, 21 is a dry etch chamber, 22 is an upper electrode installed above the
[0031]
In FIG. 2,
[0032]
The plasma processing method of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS.
[0033]
FIG. 2A shows the pattern shape of the resist 42 before etching.
[0034]
Next, etching is performed in two steps. As shown in FIG. 2B, in the first step, the film to be etched 41 is etched so as to have a desired dimension, and the end point is detected by the change in the emission spectrum. At this time, the etching target film remains partially due to non-uniformity of the etched wafer surface.
[0035]
Next, as shown in FIG. 2C, in the second step, the remaining
[0036]
As shown in FIG. 3, 10 seconds after the start of etching, that is, at the start of the first step, gas is introduced into the
[0037]
Next, 50 seconds after the start of etching, that is, at the end of the first step, since the amount of heat is received from the plasma generated simultaneously with the application of the high frequency, the temperature of the
[0038]
Since the amount of heat from the plasma disappears when the high frequency is stopped, the temperature of the
[0039]
Next, as shown in FIG. 3, 60 seconds after the start of etching, that is, at the start of the second step, CHF 3 is introduced into the
[0040]
Since the amount of heat is received from the plasma generated simultaneously with the application of the high frequency, the temperature of the
[0041]
At this time, since the high frequency is higher in power than the first step, more heat is received from the plasma. Therefore, the refrigerant flow rate is increased compared to the first step. Finally, the high frequency is stopped, the second step is finished, and the etching is finished.
[0042]
A
[0043]
However, since the wafer temperature is kept constant throughout the etching, the
[0044]
As described above, according to the present embodiment, the flow rate controller for controlling the flow rate of the refrigerant for cooling the
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the plasma processing apparatus, the flow rate controller for controlling the flow rate of the refrigerant for cooling the lower electrode and the heater attached in the lower electrode for heating the wafer are provided. The wafer is heated with a heater before the start of discharge, and the flow rate of the refrigerant is changed at each step so that the wafer temperature is controlled to be constant throughout the etching. Since no stress is generated, the resist does not incline during etching, and the film to be etched can be etched symmetrically and the dimensional accuracy can be improved, so that a high yield can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus used in a plasma processing method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing a process cross-sectional view of a wafer according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of an apparatus used for a plasma processing method in a conventional example. FIG. 5 is a flow chart of a process cross-sectional view of a wafer in a conventional example. FIG. Graph showing changes in time [Explanation of symbols]
21
Claims (4)
下部電極内に冷媒を循環する工程と、前記下部電極内にヒーターにより加熱する工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。In the plasma processing method of keeping the wafer temperature constant during plasma processing,
A plasma processing method comprising a step of circulating a refrigerant in a lower electrode and a step of heating the lower electrode with a heater.
前記下部電極内に冷媒を循環する工程は第1ステップと、第2ステップに行なうことを特徴とするプラズマ処理方法。The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method according to claim 1, wherein the step of circulating the refrigerant in the lower electrode is performed in a first step and a second step.
前記第2ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程は前記第1ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程よりも冷媒流量を多くすることを特徴とするプラズマ処理方法。The plasma processing method according to claim 2, wherein
The plasma processing method, wherein the step of circulating the refrigerant in the lower electrode in the second step has a larger refrigerant flow rate than the step of circulating the refrigerant in the lower electrode in the first step.
前記下部電極内にヒーターにより加熱する工程はプラズマ生成前と、前記第1ステップと前記第2ステップとの間の時間に行なうことを特徴とするプラズマ処理方法。The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method is characterized in that the step of heating the lower electrode with a heater is performed before plasma generation and between the first step and the second step.
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Cited By (2)
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JP2006318806A (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Hitachi High-Technologies Corp | Plasma treatment device |
JP2013536539A (en) * | 2010-05-27 | 2013-09-19 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Parts temperature control by controlling coolant flow rate and heater duty cycle |
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2003
- 2003-07-04 JP JP2003191951A patent/JP2005026552A/en active Pending
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