JP2006041470A - ドライエッチング方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
ArFリソグラフィー世代以降のレジストをマスクとしたドライエッチングによるパターン形成において レジストダメージに起因するレジスト突き抜け及びストライエーションを抑制した高精度加工を行う。
【解決手段】
プラズマ着火検出信号に従ってバイアス電力を印加するまでの時間を制御する。また エッチング開始からある一定時間の裏面ガス圧力をメインエッチング条件の裏面ガス圧力よりも小さく設定する。さらに エッチング開始からある一定時間の間、メインエッチング条件よりも低C/F比のCxFyガスを用いる、若しくはCxFyガス流量を低流量化する。さらにプラズマ中のラジカル量をモニタしその計測値に従って上記手段の値をウエハ毎に制御する。一方、上記手段とは別にウエハを予め予備加熱する手段をウエハ搬送系に設置する。
【選択図】 図9
Description
また、これらの手段をプラズマ中のラジカル量のモニタ値に従って制御することが有効である。量産現場でウエハを何枚も処理する場合、処理枚数に伴い壁に堆積するCF系のポリマーが増大するため、処理枚数に伴い壁からCF系のラジカルがプラズマ中に放出される。それに従いウエハ上への堆積が次第に多くなりレジストダメージの発生が懸念される。しかしながら、例えばC2の発光強度をモニタし、その値に従ってエッチング初期に導入するステップでのガス条件(ガス流量やガス種)やステップ時間などを制御することで、処理枚数に係わらず、常にレジストダメージの少ないエッチングを実現できる。
本実施例では、プラズマ着火からバイアス電力ONまでのタイミングと裏面ヘリウム導入のタイミングを変えてレジストダメージに起因したストライエーションを低減する方法を説明する。図1に、コンタクト加工時に測定したウエハにバイアス電力を印加してからの時間とウエハ表面温度の関係を示す。ウエハは8インチであり、バイアス電力の設定値は1500Wである。この図に示すように、バイアス電力が比較的高いエッチング条件では、ウエハ表面温度は主にバイアス電力にて決定される。この条件下では、バイアス電力印加前の表面温度に比べ、エッチング定常状態ではおよそ35℃程度表面温度が高温度化していることがわかる。また、ウエハを設置する電極には熱容量があるため、温度が飽和するまで10秒程度時間がかかる。本コンタクト加工条件では、レジストに対する選択比を確保するために、エッチングガスにAr、C4F6、O2、COガスの混合ガスを用いているが、その場合、温度が飽和するまでの時間にウエハ表面に過剰な堆積が生じることとなる。
本実施例ではプラズマ中のラジカル量をモニタし、そのモニタ値に従って、エッチング初期の堆積抑制ステップを制御する実施例を説明する。図8は、真空容器の壁が冷たい状態にてプラズマを着火させ、発光強度比C2/O比をモニタした結果である。ここではカーボン系堆積のラジカル種としてC2を、また堆積種を除去するラジカル種としてOに着目した。放電開始から200秒程度までは壁が冷たいためにプラズマ中のラジカルが壁に吸着して、本来の値よりも小さい値を示しているが、それ以降では壁への吸着と壁からの脱離がバランスし、飽和傾向を示しながらも漸増していることが分かる。すなわち、量産現場にて同一条件にてエッチング処理を行う場合、ウエハ処理枚数が多くなるに従ってエッチング初期の堆積量が多くなることを示している。実施例1で説明したように、エッチング初期の堆積量を制御(抑制)することでArFリソグラフィー対応レジストのダメージを低減できるが、量産現場では1枚目からN枚目まで如何にエッチング性能を安定に保持するかが非常に重要となる。
本実施例では、プロセス条件ではなく、処理前にウエハ温度を高温度化する実施例を説明する。図10はエッチングシステムの概略を示した図である。ウエハ206はカセットから取り出された後アライメント調整を行う工程を経てロードロック室201に搬送され真空引きされる。その後バッファ室202を経てエッチングを行うためのエッチングチャンバ204に導入される。エッチング室で所定の処理が行なわれた後、ウエハはアンロード室206より装置外に搬出される。ここでは、アライメント調整を大気中で行う例を示したが、これは真空中で行っても構わない。本実施例の特徴は、ウエハ206を予め予備過熱をしておくことである。予備加熱の手段としては、例えばバッファ室202の真空搬送用ロボットのアーム203にヒータを設置すると良い。なお、図示されてはいないが、バッファ室202のアームに設置されたヒータには、ヒータを設定温度に制御するための制御装置が設けられている。また、当該制御装置と、図9に示すデータベース用パソコン126を信号伝送線路で接続し、データベースパソコン126からバッファ室202へ最適な設定温度を伝送するようにしても良い。また、予備加熱の方法としては、ウエハをエッチングチャンバに搬送した後でも可能である。その場合には図15に示すように電極に埋め込まれたヒータ403を用いて処理前にウエハ温度を所定の温度まで高温度化してから処理を開始する。一方、図16に示すように石英に代表される誘電体114を介してチャンバ外部からランプ404によって加熱を行うことも有効である。その場合、電磁波の漏れを防ぐために導体板に穴を開けたパンチメタル405を設置するのが望ましい。
本実施例は、以下の特徴を有する半導体装置の製造方法について記載する。
または、上記半導体装置の製造方法において、プラズマが着火してから半導体基板にバイアス電力を印加するまでの時間を1秒以内とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
本実施例では、ウエハと電極の間に導入する裏面ヘリウム圧力をプロセス中に切り替えてプロセス性能を向上させるエッチング方法について説明する。対象となるパターン構造は下地エッチストップ膜が存在する構造であれば何でも良い。本実施例では、高アスペクト比コンタクト加工を例に説明するが、Low−k膜を用いたダマシン構造におけるVia加工に適用しても効果的であることは言うまでもない。図4に示したように裏面ヘリウムの圧力とウエハ温度には相関がある。特にバイアス電力が高いエッチングプロセスでは、冷媒の温度を変えてもウエハ表面温度を変化させるには時間がかかってしまう。それに対し、上記裏面ヘリウム圧力の制御は熱伝導を大きく律速するため、高速なウエハ表面温度の変更に対し非常に有効である。
2 レジスト
3 トレンチパターン
4 密ホールパターン
5 ピッティング
6 ストライエーション
101 真空容器
102 空心コイル
103 ガス導入管
104 同軸線路
105 整合器
106 450MHz電源
107 13.56MHz電源
108 下部電極
109 被加工試料
110 ガス流量計
111 メインバルブ
112 コンダクタンスバルブ
113 アース電位導体板
114 誘電体
115 円板状導体板
116 シリコン円板
117 静電チャック部
118 フォーカスリング
119 ゲートバルブ
120 整合器
121 高周波バイアス電源
122 光ファイバー
123 モノクロメータ
124 光電子増倍管
125 計測用パソコン
126 データベース用パソコン
127 制御用パソコン
128 放射温度計
201 ロードロック室
202 バッファ室
203 真空搬送用ロボットのアーム
204 エッチングチャンバ
205 アンロードロック室
206 ウエハ
301 ヘリウム用ガス流量計
302 裏面圧力制御用バルブ
303 ガス配管
304 バルブ開閉制御信号
401 細管
402 石英ロッド
403 ヒータ
404 ランプ
405 パンチメタル
Claims (16)
- 真空排気手段により真空排気されている真空容器と、前記真空容器にエッチングガスを導入するためのガス導入手段と、被加工試料設置手段と、前記真空容器内に高周波電力を導入する電力導入手段とを有し、前記ガス導入手段により前記真空容器内に導入されたガスを前記電力導入手段により導入される高周波電力でプラズマ化し、該プラズマにより前記被加工試料の表面処理を行うドライエッチング装置において、
プラズマ着火を検出する手段及びプラズマ中のラジカル量を計測する手段と、前記被加工試料にバイアス電力を印加する手段と、該バイアス電力印加の開始時間を制御する手段とを有し、
前記被加工試料の表面処理を開始する際に、プラズマ着火から前記バイアス電力印加を開始するまでの時間を、前記ラジカル量に応じて制御することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1に記載のドライエッチング装置において、
前記ガス導入手段として、第1のC/F比のフロロカーボンガスを導入する第1のガス導入手段と、該第1のフロロカーボンガスよりもC/F比の低い第2のフロロカーボンガスを導入する第2のガス導入手段と、前記第1のガス導入手段と第2のガス導入手段とを切替える手段とを有し、
被加工試料の温度がエッチング開始から一定値に達するまでの時間は、前記第2のガス導入手段によりエッチングガスを真空容器内に導入し、前記被加工試料の温度が一定値に達した後は、前記第1のガス導入手段に切替えてエッチングガスを供給することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1に記載のドライエッチング装置において、
前記ガス導入手段として、CxFyガスを前記真空容器内に導入する手段と、該導入されるCxFyガスの流量を制御する手段とを有し、
被加工試料の温度がエッチング開始から一定値に達するまでの時間に前記真空容器内に供給するCxFyガスの流量を、前記被加工試料の温度が一定値に達した後に前記真空容器内に供給するCxFyガスの流量よりも小さく設定することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1に記載のドライエッチング装置において、
前記ガス導入手段として、希ガスからなる希釈ガスを前記真空容器内に導入する手段と、該導入される希ガスからなる希釈ガスの流量を制御する手段とを有し、
被加工試料の温度がエッチング開始から一定値に達するまでの時間に前記真空容器内に供給する希ガスからなる希釈ガスの流量を、前記被加工試料の温度が一定値に達した後に前記真空容器内に供給する希ガスからなる希釈ガスの流量よりも大きく設定することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1に記載のドライエッチング装置において、
前記ガス導入手段として、酸素ガスもしくは窒素ガスを前記真空容器内に導入する手段と、該導入される酸素ガスもしくは窒素ガスの流量を制御する手段とを有し、
被加工試料の温度がエッチング開始から一定値に達するまでの時間に前記真空容器内に供給する酸素ガスもしくは窒素ガスの流量を、前記被加工試料の温度が一定値に達した後に前記真空容器内に供給する酸素ガスもしくは窒素ガスの流量よりも大きく設定することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項2から5の何れか1項に記載のドライエッチング装置において、
前記第2のガス導入手段から第1のガス導入手段への切替えのタイミング、ないしCxFyガスの流量切替のタイミング、ないし希ガスからなる希釈ガスの流量切替のタイミング、ないし酸素ガスもしくは窒素ガスの流量切替のタイミングを、更にプラズマ中のラジカル量に応じて実行することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
プラズマ中のラジカル量に応じて、被処理基板と被処理基板を設置する電極の間に封入するガス圧力及びその時間を制御することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
被処理基板温度をモニタする手段を有し、プラズマ中のラジカル量及び被処理基板温度に応じて、被処理基板と被処理基板を設置する電極の間に封入するガス圧力及びその時間を制御することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
前記被加工試料を真空容器内に搬入した後に所定の処理を行う前に、前記被加工試料の予備加熱を行う機構を有することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
被処理基板を設置する電極に温度制御可能なヒータが組み込まれていることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
被処理基板を加熱できる光源を備えることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
被処理基板温度をモニタする手段として、該被処理基板と対向する位置に非接触式温度計を有し、プラズマ中のラジカル量及び被処理基板温度に応じて、被処理基板と被処理基板を設置する電極の間に封入するガス圧力及びその時間を制御することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
被処理基板温度をモニタする手段として、真空容器側壁に非接触式温度計を有し、プラズマ中のラジカル量及び前記非接触式温度計で測定した被処理基板温度に応じて、被処理基板と被処理基板を設置する電極の間に封入するガス圧力及びその時間を制御することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、
被処理基板温度をモニタする手段として、該被処理基板を設置する電極に非接触式温度計または接触式温度計を有し、プラズマ中のラジカル量及び前記非接触式温度計または接触式温度計が測定した被処理基板温度に応じて、被処理基板と被処理基板を設置する電極の間に封入するガス圧力及びその時間を制御することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項12記載のドライエッチング装置において、非接触式温度計を被処理基板と対抗する位置に設置されたガス導入用平板の裏面に設けることを特徴とするドライエッチング装置。
- 請求項1から11のいずれか1項に記載のドライエッチング装置において、プラズマを形成するための高周波電力、被処理基板に印加する高周波電力、被処理基板を設置する電極構造、該電極の冷却機構の内、少なくとも一つ以上の項目を考慮して処理開始からの被処理基板温度の時間依存性を計算によって予想し、所望の被処理基板温度の時間依存性となるように、被処理基板と被処理基板を設置する電極の間に封入するガス圧力及びその時間を制御することを特徴とするドライエッチング装置。
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