JP2005123369A - Dry etching method and dry etching apparatus - Google Patents

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Norihito Fukugami
典仁 福上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dry etching method by which a sample substrate is processed or surface-treated, or resist is removed from the sample substrate, or other processes are performed on the sample substrate by dry etching, which allows many experiments to be done in a short time at a low cost; and also to provide a dry etching apparatus used for the same. <P>SOLUTION: This dry etching method makes it possible to process only an exposed portion of the sample substrate by covering the sample substrate with a focus ring formed with an opening in a part. Since the focus ring can be rotated by any angle of rotation, only a desired portion of the sample substrate can be processed. By repeating the rotation of the focus ring and dry etching process several times, a plurality of portions on one sample substrate can be processed under different etching conditions. The dry etching apparatus used for the method is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体プロセス等の微細加工分野に適用されるドライエッチングにおいて、ドライエッチング方法とドライエッチング装置に関するものである。   The present invention relates to a dry etching method and a dry etching apparatus in dry etching applied to a fine processing field such as a semiconductor process.

半導体集積回路の高密度化には、デバイスの配線などの寸法幅の微細化や、接続孔の形成方法が大きな役割を担っている。これらの寸法は100nm以下のパターンが実用化されつつあるが、こうした微細パターンの実現にはフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術の発展に負うところが大きい。   In order to increase the density of semiconductor integrated circuits, miniaturization of dimensional width such as device wiring and a method for forming connection holes play a major role. A pattern with a size of 100 nm or less is being put into practical use for these dimensions, but the realization of such a fine pattern is largely due to the development of photolithography technology and dry etching technology.

ドライエッチングは、適当なガスに13.56MHz等の高周波(RF)電源を加えることによって生成される反応性プラズマやラジカル中に、被エッチング材料を置くとエッチングされるという現象を利用するもので、微細パターンを形成するためには通常フォトレジストや電子線レジストパターンをマスク材として用いる。最近では、自己バイアス電圧(Vdc)を利用して、反応性イオンをプラズマから引き出し、異方性ドライエッチングを行なうRIE(Reactive Ion Etching)やICP(Inductive Coupled Plasma)方式のドライエッチングが主流になっている。RF電源の周波数として13.56MHzが比較的多く用いられているのは、電波法により割り当てられている周波数であるため、多少の電波が漏れても問題は無く、シールド装置が簡単に済むためである。   Dry etching uses a phenomenon that etching is performed when a material to be etched is placed in a reactive plasma or radical generated by applying a high frequency (RF) power source such as 13.56 MHz to an appropriate gas. In order to form a fine pattern, a photoresist or an electron beam resist pattern is usually used as a mask material. Recently, RIE (Reactive Ion Etching) or ICP (Inductive Coupled Plasma) dry etching, which performs reactive dry extraction from plasma using self-bias voltage (Vdc) and performs anisotropic dry etching, has become the mainstream. ing. The reason why 13.56 MHz is used as the frequency of the RF power supply is relatively high because it is a frequency allocated by the Radio Law, so there is no problem even if some radio waves leak, and the shield device can be simplified. is there.

図6は、従来の一般的なドライエッチング装置(平行平板型RIE)を示した模式図である。真空チャンバー1の中に供給口2を通して反応性ガスを供給される。また排気口3を通してガスが排気されるので、チャンバー内は適当な圧力(約0.1〜数100mTorr)に制御される。チャンバーの上部と下部には、それぞれアノード(陽極)4及びカソード(陰極)5がある。アノードには、インピーダンスの整合器(M.B.)6とプラズマ発生用のRF電源(高周波発振器)7が接続され、チャンバー内のガス中に電力が供給されて、プラズマが発生する。カソードにはブロッキングコンデンサ8とインピーダンスの整合器(M.B.)9を介して、RFバイアス制御用のRF電源(高周波発振器)10が接続され、イオンの入射エネルギーが制御される。試料(レジストパターンを付けた被エッチング材料など)11は、カソード5上にある静電チャッキング(もしくは、メカニカルチャッキング)が可能なステージ12によってチャッキングされる。   FIG. 6 is a schematic view showing a conventional general dry etching apparatus (parallel plate type RIE). Reactive gas is supplied into the vacuum chamber 1 through the supply port 2. Further, since the gas is exhausted through the exhaust port 3, the inside of the chamber is controlled to an appropriate pressure (about 0.1 to several hundreds mTorr). There are an anode (anode) 4 and a cathode (cathode) 5 at the top and bottom of the chamber, respectively. An impedance matching unit (MB) 6 and an RF power source (high frequency oscillator) 7 for generating plasma are connected to the anode, and electric power is supplied to the gas in the chamber to generate plasma. An RF power source (high frequency oscillator) 10 for RF bias control is connected to the cathode via a blocking capacitor 8 and an impedance matching unit (MB) 9 to control the incident energy of ions. A sample (such as a material to be etched with a resist pattern) 11 is chucked by a stage 12 on the cathode 5 capable of electrostatic chucking (or mechanical chucking).

チャンバー内の反応性ガスにRF電源を印可するとアノードとカソード間にグロー放電が生じ、電子とイオンが生成されてプラズマが発生する。その際、グロー放電が接する電極面積はカソード上に試料が乗っているためアノードの方が大きくなり、同時にプラズマ中の電子とイオンは、前者の移動度が後者のそれより圧倒的に大きいためカソードに電子が流れ込み、ブロッキングコンデンサが負に帯電することにより、カソードが負にバイアスされる。このバイアスを自己バイアス電圧Vdcという。プラズマは、電位が一定であるバルク領域と自己バイアスによってカソード電極付近で急激に電位が変化するシース領域に分けられ、イオンは主にバルク領域で生成される。バルク領域で生成されたイオンは、バルクとシースの境界からシース領域に入射し、シース領域の自己バイアスによる負電圧により加速されて被エッチング材料を衝撃してエッチング反応を生じ、異方性エッチングが得られる。さらにRFバイアス用のRF電源により電力を投入すれば、シース領域のバイアスが大きくなり、つまりイオン衝撃エネルギーを大きくなるので、より方向性の強い異方性エッチングが可能となる。 When an RF power source is applied to the reactive gas in the chamber, a glow discharge is generated between the anode and the cathode, and electrons and ions are generated to generate plasma. At that time, the electrode area in contact with the glow discharge is larger on the anode because the sample is placed on the cathode. At the same time, the mobility of electrons and ions in the plasma is overwhelmingly larger than that of the latter. Electrons flow into and the blocking capacitor is negatively charged, thereby negatively biasing the cathode. This bias is called a self-bias voltage Vdc . Plasma is divided into a bulk region where the potential is constant and a sheath region where the potential changes abruptly near the cathode electrode due to self-bias, and ions are mainly generated in the bulk region. Ions generated in the bulk region enter the sheath region from the boundary between the bulk and the sheath, and are accelerated by the negative voltage due to the self-bias of the sheath region, impacting the material to be etched and causing an etching reaction. can get. Further, if power is supplied from an RF power supply for RF bias, the bias in the sheath region is increased, that is, the ion bombardment energy is increased, so that anisotropic etching with higher directionality is possible.

ここまで、アノードとカソードの電極板が平行して配置される平行平板型RIE方式のドライエッチング装置を例に上げて説明してきたが、これ以外にも誘導結合型(ICP)、超高周波型(UHF)、ECR型、マイクロ波型、ヘリコン波型、表面波型、等の別方式のドライエッチング装置が開発されている。これらの方式の特徴は、一般に平行平板型と比較して、広い圧力範囲(0.1〜数10Pa)で、高密度なプラズマ(1011〜1013cm-3)が得られることである。これらは、プラズマ発生のためのエネルギー投入方式が異なるだけで、プラズマ状態を制御する電源とイオン衝撃エネルギーを制御する電源が独立して存在するという点においては、上述した図6の平行平板型RIE方式と同じである。 Up to this point, the parallel plate RIE type dry etching apparatus in which the anode and cathode electrode plates are arranged in parallel has been described as an example, but inductive coupling type (ICP), ultrahigh frequency type ( Other types of dry etching apparatuses such as UHF), ECR type, microwave type, helicon wave type, and surface wave type have been developed. The feature of these systems is that high-density plasma (10 11 to 10 13 cm −3 ) can be obtained in a wider pressure range (0.1 to several tens of Pa) than the parallel plate type. These are different from each other only in the energy input method for generating the plasma, and in that the power source for controlling the plasma state and the power source for controlling the ion bombardment energy exist independently, the above-described parallel plate RIE of FIG. It is the same as the method.

図7(a)は、エッチング前の試料である。通常、被エッチング材13上には、フォトリソグラフィもしくは電子線リソグラフィによりパターニングされたマスク材14が配置される。半導体集積回路のエッチング工程では、被エッチング材としてシリコンや酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、メタル(アルミニウムや銅等)等があり、マスク材としてフォトレジスト、電子線レジスト、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、メタル等がある。エッチングガスには、F(フッ素原子)、Cl(塩素原子)、Br(臭素原子)、I(ヨウ素原子)等のハロゲン元素をからなるガス、もしくはハロゲン元素を含む化合物が用いられる。また、チャンバー内の真空度は、真空ポンプによって0.1〜数10Paに排気される。   FIG. 7A shows a sample before etching. Normally, a mask material 14 patterned by photolithography or electron beam lithography is disposed on the material to be etched 13. In the etching process of a semiconductor integrated circuit, there are silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, metal (aluminum, copper, etc.) as an etching target material, and photoresist, electron beam resist, silicon, silicon oxide, nitriding as mask materials There are silicon, silicon carbide, metal and the like. As the etching gas, a gas composed of a halogen element such as F (fluorine atom), Cl (chlorine atom), Br (bromine atom), I (iodine atom), or a compound containing a halogen element is used. The degree of vacuum in the chamber is evacuated to 0.1 to several tens of Pa by a vacuum pump.

次に、ドライエッチング装置を用いて等方性および異方性エッチングを行なう方法を、図を用いて説明する。図8は、ドライエッチングによる等方性及び異方性エッチングを示した模式図で、(a)は、エッチング前の試料の状態、(b)は(a)を等方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態であり、(c)は、(b)の後にレジストを剥離した状態、(d)は(a)を異方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態で、(e)は(d)の後にレジストを剥離した状態である。   Next, a method for performing isotropic and anisotropic etching using a dry etching apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic diagram showing isotropic and anisotropic etching by dry etching, where (a) shows the state of the sample before etching, (b) shows the material to be etched by isotropic etching. (C) is a state in which the resist is removed after (b), (d) is a state in which the material to be etched is processed by anisotropic etching, and (e) is ( The resist is peeled after d).

図8(b),(c)は、等方性エッチングの場合を説明するものであり、カソード側のRF電源はOFFにするか、もしくは非常に小さい電力(数W)にし、アノード側のRF電源をONにして、数十〜数千Wの電力を投入する。このときエッチングガスは、電離や解離が起こり、電子や電荷を持ったイオン、電荷を持たない中性ラジカルなどが存在する、いわゆるプラズマ状態になる。カソード側のRF電源をOFF(もしくは数W程度の非常に小さい電力)にしているので、シース領域(バルク領域とカソードの間)のバイアスはほとんどなく、プラズマ中の正イオンはほとんど加速されないため、被エッチング材15に入射するイオン16は様々な角度で入射し、等方性エッチングが起こる(図8(b)参照)。図8(c)は、等方性エッチングした後のマスク剥離後の状態を示す。   FIGS. 8B and 8C illustrate the case of isotropic etching. The RF power supply on the cathode side is turned off or the power is very small (several W), and the RF power on the anode side is shown. Turn on the power and turn on the power of tens to thousands of watts. At this time, the etching gas is ionized and dissociated, and is in a so-called plasma state in which ions having electrons and charges, neutral radicals having no charges, and the like exist. Since the RF power supply on the cathode side is turned off (or very small power of about several watts), there is almost no bias in the sheath region (between the bulk region and the cathode), and positive ions in the plasma are hardly accelerated. The ions 16 incident on the material to be etched 15 are incident at various angles, and isotropic etching occurs (see FIG. 8B). FIG. 8C shows a state after the mask is peeled after isotropic etching.

一方、異方性エッチングの場合(図8(d),(e))は、カソード側のRF電源も数十〜数千Wの電力を投入するのでシース領域にバイアスが発生し、プラズマ中の正イオン17が試料方向に垂直に加速され、被エッチング材18に垂直に入射するために、異方性エッチングが実現する(図8(d)参照)。図8(e)は、異方性エッチングした後のマスク剥離後の状態を示す(特許文献1参照)。   On the other hand, in the case of anisotropic etching (FIGS. 8 (d) and 8 (e)), the RF power supply on the cathode side also applies tens to thousands of watts of power, so that a bias is generated in the sheath region and the plasma Since the positive ions 17 are accelerated perpendicularly to the sample direction and incident perpendicularly to the material 18 to be etched, anisotropic etching is realized (see FIG. 8D). FIG. 8E shows a state after the mask peeling after anisotropic etching (see Patent Document 1).

ここまで、ある1層のみのドライエッチング工程について説明してきたが、実際の半導体デバイスは、数〜数十層の立体構造を持っており、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、絶縁層や導電層の成膜、不純物注入、洗浄、等の各工程を繰り返しながら、製造される。   Up to here, the dry etching process of only one layer has been described. However, an actual semiconductor device has a three-dimensional structure of several to several tens of layers, and photolithography, dry etching, film formation of an insulating layer and a conductive layer. In this process, each process such as impurity implantation and cleaning is repeated.

下記に公知文献を記す。
特開平6−61182号公報
The known literature is described below.
JP-A-6-61182

近年、VLSI、ULSI等に見られる半導体デバイスの高集積化、微細化、高性能化が進展するに伴ない、半導体デバイス製造の主要なプロセスであるドライエッチング方法についても、技術的要求がますます厳しくなってきている。それと同時に、高性能化のためにデバイス・チップの面積拡大によりSiウェハ基板が大口径化しており、半導体製造装置の価格高騰や、ウェハ、レジスト等の材料を大量に使用するためにコスト増を余儀なくされている。つまり、近年の半導体デバイスは技術的ハードルが高いため一つのデバイスを開発・製造するために、多くの実験や条件出しを必要とするにも関わらず、実験や条件出しにおけるウェハ1枚あたりコスト(材料費や時間)はより高くなってしまっている。具体的に言えば、従来のドライエッチング装置では、エッチング実験用に各工程を経て準備された試料のウェハ1枚に対して、1つのエッチング条件しか実施出来ない。このため、ウェハ基板やレジスト、成膜用プロセスガス等の材料費や、試料の準備に要する時間等が膨大になり、コスト増になっている。   In recent years, with the progress of higher integration, miniaturization, and higher performance of semiconductor devices found in VLSI, ULSI, etc., there is an increasing technical demand for dry etching methods, which are the main processes of semiconductor device manufacturing. It is getting stricter. At the same time, the Si wafer substrate has become larger due to the expansion of the area of devices and chips for higher performance, so that the price of semiconductor manufacturing equipment has risen and the cost has increased due to the use of large amounts of materials such as wafers and resists. Have been forced. In other words, recent semiconductor devices have high technical hurdles, and in order to develop and manufacture a single device, many experiments and conditions are required, but the cost per wafer in experiments and conditions ( Material costs and time have become higher. More specifically, in a conventional dry etching apparatus, only one etching condition can be performed on one sample wafer prepared through each process for an etching experiment. For this reason, material costs such as wafer substrate, resist, film forming process gas, time required for sample preparation, etc. are enormous, which increases costs.

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するものであり、低コストかつ短時間で多くの実験を実施可能にしたドライエッチング方法及びそのドライエッチング装置を提供することである。   The present invention solves the above-described problems of the prior art, and provides a dry etching method and a dry etching apparatus that can perform many experiments at a low cost and in a short time.

上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る発明は、ドライエッチングにより試料の加工を行なう方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリングで試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみを処理することを特徴とするドライエッチング方法である。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in a method of processing a sample by dry etching, the sample is exposed by covering the sample with a focus ring having a part of the opening. This is a dry etching method characterized by processing only those portions.

本発明の請求項2に係る発明は、前記フォーカスリングは、任意の回転角で回転することにより、試料の任意の個所のみを処理することが可能となることを特徴とする請求項1記載のドライエッチング方法である。   The invention according to claim 2 of the present invention is characterized in that the focus ring can process only an arbitrary portion of the sample by rotating at an arbitrary rotation angle. This is a dry etching method.

本発明の請求項3に係る発明は、試料を加工するドライエッチング装置において、一部に開口部を設けたフォーカスリングを有することを特徴とするドライエッチング装置である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a dry etching apparatus for processing a sample, comprising a focus ring having an opening partly provided therein.

本発明の請求項4に係る発明は、前記フォーカスリングを任意の回転角で回転させる手段を有することを特徴とする請求項3記載のドライエッチング装置である。   The invention according to claim 4 of the present invention is the dry etching apparatus according to claim 3, further comprising means for rotating the focus ring at an arbitrary rotation angle.

ドライエッチングにより試料の基板を加工・表面処理・レジスト剥離等を処理する方法において、一部のみが開口したフォーカスリング(以下、特殊フォーカスリングと記す)で対象となる試料を覆うことにより、前記開口部より露出した試料の一部のみをドライエッチングする方法とその装置を提供する。この特殊フォーカスリングには、回転機構がついており、ドライエッチングと特殊フォーカスリングの回転を繰り返すことで、1枚の試料に複数条件のドライエッチングを実施出来る。
である。
In a method of processing a substrate of a sample by dry etching, surface treatment, resist stripping, etc., the opening is covered by covering the target sample with a focus ring (hereinafter referred to as a special focus ring) that is partially opened. Provided is a method and apparatus for dry etching only a part of a sample exposed from a part. This special focus ring has a rotation mechanism, and dry etching under a plurality of conditions can be performed on one sample by repeating dry etching and rotation of the special focus ring.
It is.

この発明のドライエッチング方法と装置によれば、多くの実験や条件出しを必要するドライエッチングにおいて、ウェハをエッチング反応容器から取り出すことなく、1枚のウェハの複数箇所に、それぞれ異なるエッチング条件を実施することが可能であり、エッチ
ング実験に要する時間の削減、使用する試料の基板数の削減、試料の作製におけるレジストやガス等の材料の削減、試料の作製のための時間削減が可能であり、費用と時間の劇的なコストダウンが可能である。また、本発明の装置は従来のエッチング装置のカソード部分(ウェハステージ部分)に回転ユニットと特殊フォーカスリングを取りつけるだけなので、低コストかつエッチング自体のパフォーマンスを変えることなく一般的なドライエッチング装置に適応可能である。
According to the dry etching method and apparatus of the present invention, in dry etching that requires many experiments and conditions, different etching conditions are carried out at a plurality of locations on one wafer without removing the wafer from the etching reaction vessel. It is possible to reduce the time required for etching experiments, reduce the number of substrates of the sample to be used, reduce the material such as resist and gas in sample preparation, and reduce the time for sample preparation, Cost and time can be dramatically reduced. In addition, since the apparatus of the present invention simply attaches a rotating unit and a special focus ring to the cathode portion (wafer stage portion) of a conventional etching apparatus, it is suitable for general dry etching apparatuses at low cost and without changing the performance of the etching itself. Is possible.

以下に、図を用いて詳細に説明する。従来及び本発明のドライエッチング方法と装置を説明する。図9は、従来のドライエッチング装置のカソード部分の概要図である。図9(a)は、上面から見た図であり、図9(b),(c)は図9(a)の点線A−A'に沿った断面図である。まず、Siウェハ等の試料19は、カソードユニット20の上面部分のステージ21上に搬送される(図9(b))。次に上下アーム22によってフォーカスリング23が下がり、試料19を固定する(図9(c))。この後、ドライエッチングが実施される。このような従来方式では、フォーカスリング23が試料19の外周部のみを抑えつける構造になっており、試料のほぼ全面がエッチング処理されるため、1つの試料につき1つの条件しか処理出来ない。   This will be described in detail below with reference to the drawings. Conventional and dry etching methods and apparatuses of the present invention will be described. FIG. 9 is a schematic view of a cathode portion of a conventional dry etching apparatus. FIG. 9A is a top view, and FIGS. 9B and 9C are cross-sectional views taken along the dotted line AA ′ in FIG. 9A. First, the sample 19 such as a Si wafer is transported onto the stage 21 on the upper surface portion of the cathode unit 20 (FIG. 9B). Next, the focus ring 23 is lowered by the upper and lower arms 22, and the sample 19 is fixed (FIG. 9C). Thereafter, dry etching is performed. In such a conventional method, the focus ring 23 has a structure that suppresses only the outer peripheral portion of the sample 19, and since almost the entire surface of the sample is etched, only one condition can be processed per sample.

次に、本発明によるドライエッチング方法と装置を説明する。図1は、本発明のドライエッチング装置のカソード部分の概要図である。図1(a)は上面から見た平面図であり、図1(b),(c)は、図1(a)の点線B−B'に沿った側断面図である。まず、Siウェハ等の試料24は、カソードユニット25の上面部分のステージ26上に搬送される(図1(b))。次に上下アーム27により、開口部28を有する特殊フォーカスリング29が下がり、試料24を固定する(図1(c))。また、本発明の上下アーム27は回転ユニット30に装着されており、上下アーム27と特殊フォーカスリング29は任意の角度に回転することが可能になっている。この後、ある条件でドライエッチングが実施されるが、エッチング処理される個所は、特殊フォーカスリング29の開口部28によって、露出した部分のみである。本発明の装置では、ドライエッチングと特殊フォーカスリング29の回転を交互に繰り返すことで、1つの試料に複数の条件でエッチング処理することが可能である。開口部28の大きさは、必要に応じて任意に決められる。   Next, a dry etching method and apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view of a cathode portion of a dry etching apparatus according to the present invention. FIG. 1A is a plan view seen from above, and FIGS. 1B and 1C are side cross-sectional views taken along the dotted line BB ′ in FIG. First, the sample 24 such as a Si wafer is transported onto the stage 26 on the upper surface portion of the cathode unit 25 (FIG. 1B). Next, the special focus ring 29 having the opening 28 is lowered by the upper and lower arms 27 to fix the sample 24 (FIG. 1C). In addition, the upper and lower arms 27 of the present invention are attached to the rotary unit 30, and the upper and lower arms 27 and the special focus ring 29 can be rotated at an arbitrary angle. Thereafter, dry etching is performed under certain conditions, but only the portion exposed by the opening 28 of the special focus ring 29 is etched. In the apparatus of the present invention, it is possible to etch one sample under a plurality of conditions by alternately repeating dry etching and rotation of the special focus ring 29. The size of the opening 28 is arbitrarily determined as necessary.

この発明の方法では、被エッチング材、マスク材、エッチングガスの材料は、ドライエッチングが可能であれば、特に制限はない。また、エッチング装置のプラズマ発生方法は、平行平板型、容量結合型(CCP)、誘導結合型(ICP)、超高周波型(UHF)、ECR型、マイクロ波型、ヘリコン波型、表面波型、等の制限はなく、これら全てのプラズマ発生方式が使用可能である。   In the method of the present invention, the material to be etched, the mask material, and the etching gas are not particularly limited as long as dry etching is possible. The plasma generation method of the etching apparatus includes parallel plate type, capacitive coupling type (CCP), inductive coupling type (ICP), ultra high frequency type (UHF), ECR type, microwave type, helicon wave type, surface wave type, These plasma generation methods can be used.

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。まず、一般的なICP型ドライエッチング装置に回転ユニット及び特殊フォーカスリングを搭載した装置を作製した。まず、図2、3を用いて本発明の装置について説明する。図2は、装置全体の概要図であり、図3は、カソードユニット部分のみの概要図である。図2に示すICPプラズマ源となる高周波発振器31は、PFPP社製の型番RF−20M(20MHz,2kW)で、RFバイアス用の高周波発振器32は、ENI社製の型番AGC−6B(13.56MHz,60〜600W)を用いた。チャンバー1は、一般的な真空チャンバーで、プロセスガスの供給口2と排気口3があり、チャンバーの上部にはICPプラズマ発生用のアノード電極のコイル33と、チャンバー下部にはRFバイアス用のカソード電極を内蔵したカソードユニット34が接続されている。一般的なICP型ドライエッチング装置と異なる点は、カソードユニット34に回転ユニット35と部分的に開口した特殊フォーカスリング36が装着されていることである(下記の図3を参照)。図3の特殊フォーカスリング36は、
材料にアルミナを用いて作製し、開口部38は、頂角が43度の二等辺三角形とした。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a device in which a rotation unit and a special focus ring were mounted on a general ICP type dry etching device was manufactured. First, the apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic diagram of the entire apparatus, and FIG. 3 is a schematic diagram of only the cathode unit portion. 2 is a model number RF-20M (20 MHz, 2 kW) manufactured by PFPP, and a high frequency oscillator 32 for RF bias is a model number AGC-6B (13.56 MHz manufactured by ENI). , 60-600 W). The chamber 1 is a general vacuum chamber, which has a process gas supply port 2 and an exhaust port 3, an anode electrode coil 33 for generating ICP plasma at the upper part of the chamber, and an RF bias cathode at the lower part of the chamber. A cathode unit 34 incorporating an electrode is connected. A difference from a general ICP type dry etching apparatus is that a special focus ring 36 partially opened with a rotating unit 35 is attached to the cathode unit 34 (see FIG. 3 below). The special focus ring 36 in FIG.
The opening 38 was made into an isosceles triangle having an apex angle of 43 degrees.

ここから、図3の本装置を用いてドライエッチングを実施した例を示す。まず、図4の(a)に示す通り、Si基板41上に、EBリソグラフィプロセスによりEBレジストパターンを形成した。このときのEBレジスト42の膜厚は500nmで、パターンは線幅200nmの孤立ラインとした。EBレジスト42はZEP−520(日本ゼオン(株)製)を使用し、EB描画機JBX−7000MV(ドーズ50μC/cm2)によって描画した。 From here, the example which dry-etched using this apparatus of FIG. 3 is shown. First, as shown in FIG. 4A, an EB resist pattern was formed on the Si substrate 41 by an EB lithography process. At this time, the thickness of the EB resist 42 was 500 nm, and the pattern was an isolated line having a line width of 200 nm. EB resist 42 using a ZEP-520 (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), was drawn by the EB drawing machine JBX-7000MV (dose 50μC / cm 2).

次に、本発明のドライエッチング装置を使用してドライエッチングを実施した。このときの特殊フォーカスリングの向きは図5(a)の位置である。また、エッチング条件は、CF4:22sccm、CH4:15sccm、Ar:150sccm、圧力:10mTorr、RFバイアス電極パワー:85W、ICPプラズマ電極パワー:500W、エッチング時間:4分であり、エッチング後の断面を図4(b)に示す。その後、特殊フォーカスリングを45°反時計回りに回転させ(図5(b))、条件を変えて再びドライエッチングを実施した。その後、特殊フォーカスリングの45°回転と条件を変えたドライエッチングを繰り返し(図5(c))、1枚の試料のSi基板41に計8条件のドライエッチングを実施した(図5,(d)参照)。   Next, dry etching was performed using the dry etching apparatus of the present invention. The direction of the special focus ring at this time is the position shown in FIG. Etching conditions are CF4: 22 sccm, CH4: 15 sccm, Ar: 150 sccm, pressure: 10 mTorr, RF bias electrode power: 85 W, ICP plasma electrode power: 500 W, etching time: 4 minutes, and shows a cross section after etching. Shown in 4 (b). After that, the special focus ring was rotated 45 ° counterclockwise (FIG. 5B), and dry etching was performed again under different conditions. Thereafter, 45 ° rotation of the special focus ring and dry etching with different conditions were repeated (FIG. 5C), and a total of eight conditions of dry etching were performed on the Si substrate 41 of one sample (FIGS. 5D and 5D). )reference).

その後、本発明のドライエッチング装置から試料を取り出し、酸素プラズマアッシング装置によりレジストを除去し(図4の(c)参照)、試料の8つの領域(図5(d))にそれぞれエッチング条件の異なる線幅200nmの孤立ラインパターンをSi基板41に形成した。   Thereafter, the sample is taken out from the dry etching apparatus of the present invention, and the resist is removed by the oxygen plasma ashing apparatus (see FIG. 4C), and the etching conditions are different in each of the eight regions of the sample (FIG. 5D). An isolated line pattern having a line width of 200 nm was formed on the Si substrate 41.

このように、従来のエッチング装置では8枚の試料を用意して1枚ずつエッチングを実施しなければならない実験を、本発明の装置を用いた実験では1枚のウェハで完了出来た。   As described above, in the conventional etching apparatus, an experiment in which eight samples were prepared and etched one by one could be completed with one wafer in the experiment using the apparatus of the present invention.

本発明方式のドライエッチング装置のカソードユニット部分を示した模式図、(a)は、カソードユニットを上から見た平面図、(b)は、(a)の点線B−B'に沿った側断面図で、特殊フォーカスリングが上がった状態、(c)は、(a)の断面図で、特殊フォーカスリングが下がった状態。The schematic diagram which showed the cathode unit part of the dry etching apparatus of this invention system, (a) is the top view which looked at the cathode unit from the top, (b) is the side along the dotted line BB 'of (a). In the cross-sectional view, the special focus ring is raised, (c) is the cross-sectional view of (a), the special focus ring is lowered. 本発明方式により作製したドライエッチング装置を示した模式図。The schematic diagram which showed the dry etching apparatus produced by this invention system. 本発明方式により作製したドライエッチング装置のカソードを示した模式図、(a)は、斜視図、(b)は、上からみた平面図。The schematic diagram which showed the cathode of the dry etching apparatus produced by this invention system, (a) is a perspective view, (b) is the top view seen from the top. 本発明方式によってSi基板をエッチングした試料を示す側断面図、(a)は、エッチング前の試料、(b)は、エッチング後の試料、(c)は、レジスト剥離後の試料。The side sectional view showing the sample which etched Si substrate by the method of the present invention, (a) is the sample before etching, (b) is the sample after etching, (c) is the sample after resist stripping. 本発明方式によってSi基板の複数箇所をそれぞれ異なる条件にてエッチングした場合の特殊フォーカスリングの位置を示す平面図、(a)は、条件1でエッチングしたときの特殊フォーカスリングの位置、(b)は、条件2でエッチングしたときの特殊フォーカスリングの位置、(c)は、条件3でエッチングしたときの特殊フォーカスリングの位置、(d)は、条件1〜8でエッチングしたときのSi基板の全エッチングエリアの平面図。The top view which shows the position of the special focus ring at the time of etching several places of Si substrate by different conditions by this invention system, respectively, (a) is the position of the special focus ring when etched on condition 1, (b) Is the position of the special focus ring when etching is performed under condition 2, (c) is the position of the special focus ring when etching is performed under condition 3, and (d) is the position of the Si substrate when etching is performed under conditions 1 to 8. The top view of all the etching areas. 従来方式のドライエッチング装置(平行平板型RIE)を示した模式図。The schematic diagram which showed the dry etching apparatus (parallel plate type RIE) of the conventional system. ドライエッチングを施す試料の構造を示した側断面図、(a)は被エッチング材にマスク材をコートした状態、(b)はフォトリソグラフィや電子線リソグラフィによりマスク材をパターニングした状態。A side sectional view showing the structure of a sample to be dry-etched, (a) is a state in which a mask material is coated on the material to be etched, and (b) is a state in which the mask material is patterned by photolithography or electron beam lithography. ドライエッチングによる等方性及び異方性エッチングを示した側断面図、(a)は、エッチング前の試料の状態、(b)は(a)を等方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態、(c)は、(b)の後にレジストを剥離した状態、(d)は(a)を異方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態、(e)は(d)の後にレジストを剥離した状態。Side sectional view showing isotropic and anisotropic etching by dry etching, (a) is a state of a sample before etching, (b) is a state where a material to be etched is processed by isotropic etching. (C) is the state where the resist is peeled off after (b), (d) is the state where the material to be etched is processed by anisotropic etching, (e) is the state where the resist is peeled off after (d). State. 従来方式のドライエッチング装置のカソードユニット部分を示した模式図、(a)はカソードユニットを上から見た平面図、(b)は、(a)の点線A−A'に沿った断面図で、フォーカスリングが上がった状態、(c)は、(a)の断面図で、フォーカスリングが下がった状態。The schematic diagram which showed the cathode unit part of the dry etching apparatus of a conventional system, (a) is the top view which looked at the cathode unit from the top, (b) is sectional drawing along the dotted line AA 'of (a). The focus ring is raised, (c) is the sectional view of (a), and the focus ring is lowered.

符号の説明Explanation of symbols

1…チャンバー
2…ガス供給口
3…ガス排気口
4…アノード
5…カソ−ド
6…(インピーダンスの)整合器
7、31…(プラズマ発生用の)高周波発振器
8…ブロッキングコンデンサ
9…(インピーダンスの)整合器
10、32…(RFバイアス制御用の)高周波発振器
11、19、24…試料
12…(静電気チャッキングまたはメカニカルチャッキングの)ステージ
13、15、18…被エッチング材
14…マスク材
20、25、34…カソ−ドユニット
21、26…ステージ
22、27、37…上下アーム
23…フォーカスリング
28、38…開口部
29、36…特殊フォーカスリング
30、35…回転ユニット
33…コイル
41…Si基板
42…EBレジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber 2 ... Gas supply port 3 ... Gas exhaust port 4 ... Anode 5 ... Cathode 6 ... (impedance) matcher 7, 31 ... High frequency oscillator 8 (for plasma generation) ... Blocking capacitor 9 ... (impedance) ) Matching devices 10, 32... High-frequency oscillators 11, 19, 24 (for RF bias control) Sample 12... Stage 13, 15, 18 (for electrostatic chucking or mechanical chucking) 14. , 25, 34 ... Cathode units 21, 26 ... Stages 22, 27, 37 ... Upper and lower arms 23 ... Focus rings 28, 38 ... Openings 29, 36 ... Special focus rings 30, 35 ... Rotating unit 33 ... Coil 41 ... Si substrate 42 ... EB resist

Claims (4)

ドライエッチングにより試料の加工を行なう方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリングで試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみを処理することを特徴とするドライエッチング方法。   In a method of processing a sample by dry etching, the dry etching method is characterized in that only the exposed portion of the sample is processed by covering the sample with a focus ring provided with an opening in a part thereof. 前記フォーカスリングは、任意の回転角で回転することにより、試料の任意の個所のみを処理することが可能となることを特徴とする請求項1記載のドライエッチング方法。   2. The dry etching method according to claim 1, wherein the focus ring can process only an arbitrary portion of the sample by rotating at an arbitrary rotation angle. 試料を加工するドライエッチング装置において、一部に開口部を設けたフォーカスリングを有することを特徴とするドライエッチング装置。   A dry etching apparatus for processing a sample, comprising a focus ring having an opening in a part thereof. 前記フォーカスリングを任意の回転角で回転させる手段を有することを特徴とする請求項3記載のドライエッチング装置。   4. The dry etching apparatus according to claim 3, further comprising means for rotating the focus ring at an arbitrary rotation angle.
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JP2012523123A (en) * 2009-04-03 2012-09-27 バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド Improved etching and deposition profile control using plasma sheath engineering

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