JP2007080850A - Plasma ashing method - Google Patents
Plasma ashing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007080850A JP2007080850A JP2005262713A JP2005262713A JP2007080850A JP 2007080850 A JP2007080850 A JP 2007080850A JP 2005262713 A JP2005262713 A JP 2005262713A JP 2005262713 A JP2005262713 A JP 2005262713A JP 2007080850 A JP2007080850 A JP 2007080850A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ashing
- gas
- frequency power
- plasma
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は,被処理体上のレジスト膜を除去するプラズマアッシング方法に関する。 The present invention relates to a plasma ashing method for removing a resist film on an object to be processed.
例えば,半導体製造プロセスにおいては,被処理体例えば半導体ウエハ(以下,「ウエハ」ともいう)の表面にトレンチやホールがパターニングされたレジスト膜をマスクとして,所定の処理ガスを用いてエッチング処理を行った後,残ったレジスト膜を除去するアッシング処理が行われる。 For example, in a semiconductor manufacturing process, an etching process is performed using a predetermined processing gas using a resist film in which trenches and holes are patterned on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer (hereinafter also referred to as “wafer”). After that, an ashing process for removing the remaining resist film is performed.
このようなアッシング処理は,例えばO2(酸素)ガス,COガス,CO2ガスなどの処理ガスを用いることによって,レジスト膜をアッシング除去する方法(プラズマアッシング方法)が知られている(特許文献1,2参照)。具体的には例えば処理室内のウエハを加熱するとともに,その処理室内にO2ガスを導入してプラズマを発生させることにより,O2ガスがプラズマ化した際に生ずるO(酸素)ラジカルなどの活性種でレジスト膜をアッシング除去する。 As such an ashing process, there is known a method (plasma ashing method) for removing a resist film by ashing by using a processing gas such as O 2 (oxygen) gas, CO gas, CO 2 gas, etc. (Patent Document) 1 and 2). Specifically, for example, by heating the wafer in the processing chamber and introducing O 2 gas into the processing chamber to generate plasma, the activity of O (oxygen) radicals and the like generated when the O 2 gas is turned into plasma. The resist film is removed by ashing with seeds.
このように,アッシング処理はエッチング処理後に行われるので,エッチング処理とアッシング処理とを同じ処理室内において連続的に行うことができれば,例えばウエハを他の処理室に移送する時間が省略され,全体の処理時間の短縮が可能となるなど利点も大きい。 As described above, since the ashing process is performed after the etching process, if the etching process and the ashing process can be continuously performed in the same processing chamber, for example, the time for transferring the wafer to another processing chamber is omitted, and the entire process is performed. There are significant advantages such as shortening of processing time.
ところが,エッチング処理において例えばフッ素含有処理ガス(例えばCF系処理ガス)を処理ガスとして用いると,処理室の内壁にフッ素ポリマ(例えばCF系ポリマ)などの反応生成物が堆積する虞がある。この状態でアッシング処理を連続して行うと,処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が再解離し,ウエハ上の膜がエッチングされてしまう現象(メモリエフェクト)が発生するため,結果としてウエハ上に形成される半導体装置の性能に悪影響を及ぼす虞がある。このような現象は,アッシングを行う際の処理ガスとしてO2ガスを用いる場合のみならず,CO2ガスやCOガスを用いる場合にも発生する。 However, if, for example, a fluorine-containing processing gas (for example, a CF-based processing gas) is used as a processing gas in the etching process, a reaction product such as a fluorine polymer (for example, a CF-based polymer) may be deposited on the inner wall of the processing chamber. If the ashing process is continuously performed in this state, a reaction product such as fluorine polymer deposited on the inner wall of the processing chamber is re-dissociated and the film on the wafer is etched (memory effect). As a result, the performance of the semiconductor device formed on the wafer may be adversely affected. Such a phenomenon occurs not only when O 2 gas is used as a processing gas for ashing, but also when CO 2 gas or CO gas is used.
一方,このようなメモリエフェクトの発生を抑制するのに,アッシング処理を2ステップに分けて実施する方法がある(例えば特許文献3参照)。このようなアッシング処理では,先ず,第1ステップにおいてウエハにバイアス電圧を印加せずに処理室内に反応生成物除去処理ガスとしてO2ガスを導入して酸素プラズマを発生させ,これによって処理室の内壁に堆積しているフッ素ポリマなどの反応生成物を除去する。次に,第2ステップにおいてウエハにバイアス電圧を印加させて,処理室内にアッシング処理ガスを導入してウエハ上のレジスト膜を除去する。このような2つのステップでレジスト膜を除去する処理は,ハイブリッド・アッシング(Hybrid Ashing)と称される。 On the other hand, in order to suppress the occurrence of such a memory effect, there is a method of performing ashing processing in two steps (see, for example, Patent Document 3). In such an ashing process, first, in the first step, an oxygen plasma is generated by introducing O 2 gas as a reaction product removing process gas into the process chamber without applying a bias voltage to the wafer, thereby generating an oxygen plasma in the process chamber. Reaction products such as fluorine polymer deposited on the inner wall are removed. Next, in the second step, a bias voltage is applied to the wafer, an ashing gas is introduced into the processing chamber, and the resist film on the wafer is removed. The process of removing the resist film in such two steps is called hybrid ashing.
しかしながら,レジスト膜の下層に低誘電率膜(以下,「Low−k膜」ともいう。)を含む層が形成されている場合,そのLow−k膜が露出している状態で単純にハイブリッド・アッシングを行うと,Low−k膜にダメージを与える虞がある。具体的には例えば,第1ステップにおいて処理室の内壁に堆積しているフッ素ポリマなどの反応生成物を除去する際に,そのフッ素の一部が処理室内に発生するO(酸素)ラジカルなどの影響で再解離してLow−k膜やそのLow−k膜の下地膜に打ち込まれ,Low−k膜や下地膜がエッチングされてしまったり,Low−k膜に含まれるC(炭素原子)が脱離して膜質が変質し誘電率が上昇してしまったりする虞がある。 However, when a layer including a low dielectric constant film (hereinafter also referred to as “Low-k film”) is formed below the resist film, the hybrid film is simply exposed with the Low-k film exposed. If ashing is performed, the Low-k film may be damaged. Specifically, for example, when a reaction product such as a fluorine polymer deposited on the inner wall of the processing chamber is removed in the first step, a part of the fluorine such as an O (oxygen) radical generated in the processing chamber The film is re-dissociated by the influence and implanted into the Low-k film or the underlying film of the Low-k film, the Low-k film or the underlying film is etched, or C (carbon atoms) contained in the Low-k film There is a risk that the film quality may change due to desorption and the dielectric constant may increase.
この点,第1ステップのプロセス条件を最適化して処理室内のO(酸素)ラジカル密度を小さくすることによって,Low−k膜や下地膜へのダメージを抑制することも可能であるが(特許文献4参照),Low−k膜や下地膜へのダメージをさらに抑制するには限界がある。 In this respect, it is possible to suppress damage to the low-k film and the base film by optimizing the process conditions of the first step and reducing the O (oxygen) radical density in the processing chamber (Patent Document). 4), there is a limit to further suppress damage to the Low-k film and the underlying film.
そこで,本発明は,このような問題に鑑みてなされたもので,その目的とするところは,被処理体上に形成される低誘電率膜(Low−k膜)や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制することができるプラズマアッシング方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to damage the low dielectric constant film (Low-k film) and the base film formed on the object to be processed. An object of the present invention is to provide a plasma ashing method that can be suppressed more than ever.
上記課題を解決するために,本発明のある観点によれば,処理室内の被処理体に対して,パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に,前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって,前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,プラズマ発生用高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,プラズマ発生用高周波電力を印加して前記アッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。 In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, a process for etching a part of a low dielectric constant film is performed on a target object in a processing chamber using a patterned resist film as a mask. Then, a plasma ashing method for removing the resist film in the processing chamber, wherein a reaction product removing processing gas containing at least CO 2 gas is supplied into the processing chamber, and a high frequency power for plasma generation is applied to react. A first ashing step for generating a plasma of a product removal processing gas to remove reaction products adhering to the inner wall of the processing chamber, supplying an ashing processing gas into the processing chamber, and applying a high frequency power for plasma generation And a second ashing step of generating a plasma of the ashing gas and removing the resist film. A laser ashing method is provided.
この場合,上記反応生成物除去処理ガスは,CO2ガスの単一ガスであってもよく,CO2ガスと不活性ガスとを含む混合ガスでもよい。また,上記第1アッシング工程における処理室内の圧力は,30mTorr以下であることが好ましい。さらに,上記アッシング処理ガスは,例えばO2ガスとCO2ガスのいずれか一方又は両方のガスを含む。また,上記第1アッシング工程は,バイアス電圧発生用高周波電力を印加しない状態で実行し,上記第2アッシング工程は,バイアス電圧発生用高周波電力を印加した状態で実行することが好ましい。なお,上記低誘電率膜は,例えばポーラス系Low−k膜である。 In this case, the reaction product removing process gas may be a single gas CO 2 gas, or a mixed gas containing the CO 2 gas and an inert gas. The pressure in the processing chamber in the first ashing process is preferably 30 mTorr or less. Further, the ashing gas includes, for example, one or both of O 2 gas and CO 2 gas. Preferably, the first ashing step is performed without applying a bias voltage generating high frequency power, and the second ashing step is preferably performed with a bias voltage generating high frequency power applied. The low dielectric constant film is, for example, a porous low-k film.
本発明らは,CO2ガスを含む処理ガスが,O2ガスを含む処理ガスに比して,被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へ与えるダメージが非常に少ない点に着目するとともに,このようなCO2ガスによっても処理室の内壁に付着した反応生成物を十分に除去できることを見出し,このCO2ガスを含む処理ガスを第1アッシング工程の生成物除去処理ガスとして適用した。これにより,第1アッシング工程にO2ガスを含む処理ガスを用いる場合に比して,第1アッシング工程における被処理体の低誘電率膜や下地膜へのダメージを大幅に低減することができる。また,第1アッシング工程により処理室の内壁から反応生成物が除去されるため,続く第2アッシング工程において反応生成物が再解離して被処理体の低誘電率膜や下地膜にダメージを与えることがなくなる。 In the present invention, the processing gas containing CO 2 gas is much less damaging to the low dielectric constant film and the base film formed on the object to be processed than the processing gas containing O 2 gas. with attention, found that the reaction product is also adhered to the inner wall of the processing chamber by such a CO 2 gas can be removed sufficiently, the process gas containing the CO 2 gas as a product removal process gas in the first ashing step Applied. As a result, the damage to the low dielectric constant film and the base film of the object to be processed in the first ashing process can be greatly reduced as compared with the case where the processing gas containing O 2 gas is used in the first ashing process. . In addition, since the reaction product is removed from the inner wall of the processing chamber by the first ashing process, the reaction product is re-dissociated in the subsequent second ashing process to damage the low dielectric constant film and the base film of the object to be processed. Nothing will happen.
上記課題を解決するために,本発明の別の観点によれば,処理室内に配置された第1電極に対向して配置された第2電極上の被処理体に対して,パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に,前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって,前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。これによれば,第1電極と第2電極が対向配置された処理室内において第1アッシング工程,第2アッシング処理を実行する場合も,被処理体の低誘電率膜や下地膜へのダメージを大幅に低減することができる。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a patterned resist is formed on an object to be processed on a second electrode disposed opposite to a first electrode disposed in a processing chamber. A plasma ashing method for removing the resist film in the process chamber after performing a process of etching a part of the low dielectric constant film using the film as a mask, wherein the reaction chamber contains at least CO 2 gas. A product removal treatment gas is supplied, a high frequency power is applied to the first electrode to generate a plasma of a reaction product removal treatment gas, and the inner wall of the treatment chamber is not applied with the high frequency power to the second electrode. A first ashing step for removing reaction products adhering to the substrate, supplying an ashing gas into the processing chamber, and applying a high frequency power to the first electrode, There is provided a plasma ashing method comprising: a second ashing step of removing a resist film in a state in which a zigzag is generated and high frequency power is applied to the second electrode. According to this, even when the first ashing process and the second ashing process are performed in the processing chamber in which the first electrode and the second electrode are arranged to face each other, damage to the low dielectric constant film and the base film of the object to be processed is reduced. It can be greatly reduced.
また,上記第2アッシング工程において,前記第1電極に印加する高周波電力の周波数は,前記第2電極に印加する高周波電力の周波数と同一であり,その周波数は13MHz以上40MHz以下であることが好ましい。また,上記第2アッシング工程において,前記第1電極に印加する高周波電力の周波数は27MHz以上であり,前記第2電極に印加する高周波電力の周波数は13MHz以上40MHz以下であることがより好ましい。さらに,上記第2アッシング工程における前記処理室内の圧力は400mTorr以下であることが好ましい。これにより,高周波電力の周波数,処理室内圧力を最適な範囲で設定することができるので,第1アッシング工程,第2アッシング処理における,被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へのダメージをさらに低減することができ,第2アッシング工程においてはより高速にアッシングを行うことができる。 In the second ashing step, the frequency of the high frequency power applied to the first electrode is the same as the frequency of the high frequency power applied to the second electrode, and the frequency is preferably 13 MHz to 40 MHz. . In the second ashing step, the frequency of the high frequency power applied to the first electrode is preferably 27 MHz or more, and the frequency of the high frequency power applied to the second electrode is more preferably 13 MHz to 40 MHz. Furthermore, the pressure in the processing chamber in the second ashing step is preferably 400 mTorr or less. As a result, the frequency of the high-frequency power and the pressure in the processing chamber can be set within an optimum range, so that the low dielectric constant film and the base film formed on the object to be processed in the first ashing process and the second ashing process. Can be further reduced, and ashing can be performed at a higher speed in the second ashing step.
上記課題を解決するために,本発明の別の観点によれば,処理室内に配置された第1電極に対向して配置された第2電極上の被処理体に対して,パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に,前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって,前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加せずに,前記第2電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a patterned resist is formed on an object to be processed on a second electrode disposed opposite to a first electrode disposed in a processing chamber. A plasma ashing method for removing the resist film in the process chamber after performing a process of etching a part of the low dielectric constant film using the film as a mask, wherein the reaction chamber contains at least CO 2 gas. A product removal treatment gas is supplied, a high frequency power is applied to the first electrode to generate a plasma of a reaction product removal treatment gas, and the inner wall of the treatment chamber is not applied with the high frequency power to the second electrode. A first ashing step for removing reaction products adhering to the first electrode, supplying an ashing gas into the processing chamber, and applying high frequency power to the second electrode without applying high frequency power to the first electrode. A plasma ashing method comprising: a second ashing step of applying an electric power to generate a plasma of an ashing treatment gas and removing the resist film in a state where a high frequency power is applied to the second electrode. Is done.
このように,第2アッシング工程においては第1電極に高周波電力を印加せずに,第2電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させるようにしてもよい。これにより,被処理体の直上でアッシング処理ガスのプラズマを立てることができるので,アッシングに必要なイオンの発生量を増加することができ,より高速にレジスト膜のアッシングを行うことができる。 As described above, in the second ashing process, plasma of the ashing gas may be generated by applying high frequency power to the second electrode without applying high frequency power to the first electrode. As a result, the plasma of the ashing gas can be generated immediately above the object to be processed, so that the amount of ions required for ashing can be increased and the resist film can be ashed at a higher speed.
この場合,上記第2アッシング工程において,前記第2電極に印加する高周波電力の周波数は13MHz以上40MHz以下であることが好ましい。また,第2アッシング工程における前記処理室内の圧力は400mTorr以下であることが好ましい。 In this case, in the second ashing step, the frequency of the high frequency power applied to the second electrode is preferably 13 MHz to 40 MHz. The pressure in the processing chamber in the second ashing step is preferably 400 mTorr or less.
上記課題を解決するために,本発明の別の観点によれば,処理室内に配置され,第1高周波電力及びこの第1高周波電力よりも低い周波数の第2高周波電力を重畳して印加可能に構成された電極上の被処理体に対して,パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて低誘電率膜の一部をエッチングする処理を施した後に,前記処理室内において前記レジスト膜を除去するプラズマアッシング方法であって,前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,前記電極に前記第1高周波電力を印加して反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記電極に第2高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,前記電極に第1高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記電極に第2高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程とを有することを特徴とするプラズマアッシング方法が提供される。これによれば,第1高周波電力及びこの第1高周波電力よりも低い周波数の第2高周波電力を重畳して印加する電極を備える処理室内で第1アッシング工程,第2アッシング処理を実行する場合も,被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へのダメージを大幅に低減することができる。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, the first high-frequency power and the second high-frequency power having a frequency lower than the first high-frequency power can be superimposed and applied in the processing chamber. Plasma that removes the resist film in the processing chamber after performing a process of etching a part of the low dielectric constant film on the object to be processed on the configured electrode using the patterned resist film as a mask In the ashing method, a reaction product removal processing gas containing at least CO 2 gas is supplied into the processing chamber, and the first high frequency power is applied to the electrode to generate a plasma of the reaction product removal processing gas. A first ashing step for removing a reaction product adhering to the inner wall of the processing chamber without applying a second high-frequency power to the electrode; and an ashing processing gas in the processing chamber. A second ashing step of removing the resist film in a state where a first high frequency power is applied to the electrode to generate plasma of an ashing gas and a second high frequency power is applied to the electrode. A plasma ashing method is provided. According to this, there is a case where the first ashing process and the second ashing process are performed in a processing chamber including an electrode that superimposes and applies the first high-frequency power and the second high-frequency power having a frequency lower than the first high-frequency power. Thus, damage to the low dielectric constant film and the base film formed on the object to be processed can be greatly reduced.
また,上記第1アッシング工程における前記第1高周波電力の周波数は13MHz以上であることが好ましい。この場合,第1アッシング工程における前記第1高周波電力の周波数は27MHz以上であることが好ましい。また,上記第2アッシング工程における前記第1高周波電力の周波数は13MHz以上100MHz以下であることが好ましい。この場合,上記第2高周波電力は0Wであってもよい。また,上記第2アッシング工程における前記第1高周波電力の周波数は40MHz以上であり,前記第2高周波電力の周波数は13MHz以下であることが好ましい。これにより,高周波電力の周波数,処理室内圧力を最適な範囲で設定することができるので,第1アッシング工程,第2アッシング処理における,被処理体上に形成される低誘電率膜や下地膜へのダメージをさらに低減することができ,第2アッシング工程においてはより高速にアッシングを行うことができる。 Moreover, it is preferable that the frequency of the said 1st high frequency electric power in the said 1st ashing process is 13 MHz or more. In this case, it is preferable that the frequency of the first high-frequency power in the first ashing step is 27 MHz or more. Moreover, it is preferable that the frequency of the said 1st high frequency electric power in the said 2nd ashing process is 13 MHz or more and 100 MHz or less. In this case, the second high frequency power may be 0 W. Moreover, it is preferable that the frequency of the said 1st high frequency electric power in the said 2nd ashing process is 40 MHz or more, and the frequency of the said 2nd high frequency electric power is 13 MHz or less. As a result, the frequency of the high-frequency power and the pressure in the processing chamber can be set within an optimum range, so that the low dielectric constant film and the base film formed on the object to be processed in the first ashing process and the second ashing process. Can be further reduced, and ashing can be performed at a higher speed in the second ashing step.
なお,本明細書において,1Torrは(101325/760)Pa,1mTorrは(10−3×101325/760)Pa,1sccmは(10−6/60)m3/secとする。 In this specification, 1 Torr is (101325/760) Pa, 1 mTorr is (10 −3 × 101325/760) Pa, and 1 sccm is (10 −6 / 60) m 3 / sec.
以上説明したように本発明によれば,被処理体上に形成される低誘電率膜(Low−k膜)や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制することができるプラズマアッシング方法を提供できるものである。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a plasma ashing method capable of suppressing damage to a low dielectric constant film (Low-k film) and a base film formed on a workpiece more than ever. Is.
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例)
先ず,本発明の第1実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を図面を参照しながら説明する。図1は,第1実施形態にかかるプラズマ処理装置100の概略構成を示す。プラズマ処理装置100は,第1電極として上部電極を備えるとともに,この第1電極に対向して配置される第2電極として下部電極を備える,いわゆる平行平板型のプラズマ処理装置である。
(Configuration example of plasma processing apparatus according to the first embodiment)
First, a configuration example of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
プラズマ処理装置100は,図1に示すように,例えば表面が陽極酸化処理(アルマイト処理)されたアルミニウムから成る円筒形状に成形された処理容器によって構成される処理室102を有しており,この処理室102は接地されている。処理室102内の底部にはセラミックなどの絶縁板103を介して,被処理体例えば半導体ウエハ(以下,「ウエハ」ともいう)Wを載置するための略円柱状のサセプタ支持台104が設けられている。このサセプタ支持台104の上には,下部電極を構成するサセプタ105が設けられている。このサセプタ105にはハイパスフィルタ(HPF)106が接続されている。
As shown in FIG. 1, the
サセプタ支持台104の内部には,温度調節媒体室107が設けられている。そして,導入管108を介して温度調節媒体室107に温度調節媒体(例えば冷媒)が導入,循環され,排出管109から排出される。このような温度調節媒体の循環により,サセプタ105を所望の温度に調整できる。
Inside the
サセプタ105は,その上側中央部が凸状の円板状に成形されている。サセプタ105の上には,ウエハWと略同形の静電チャック111が設けられている。静電チャック111は,絶縁材の間に電極112が介在された構成となっている。静電チャック111は,電極112に接続された直流電源113から例えば1.5kVの直流電圧が印加される。これによって,ウエハWが静電チャック111に静電吸着される。
The
そして,絶縁板103,サセプタ支持台104,サセプタ105,および静電チャック111には,ウエハWの裏面に伝熱媒体(例えばHeガスなどのバックサイドガス)を供給するためのガス通路114が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ105とウエハWとの間の熱伝達がなされ,ウエハWが所定の温度に維持される。
The insulating
サセプタ105の上端周縁部には,静電チャック111上に載置されたウエハWを囲むように,環状のフォーカスリング115が配置されている。このフォーカスリング115は,セラミックスもしくは石英などの絶縁性材料,または導電性材料によって構成されている。フォーカスリング115が配置されることによって,エッチングの均一性が向上する。
An
また,サセプタ105の上方には,このサセプタ105と略平行に対向して上部電極121が設けられている。この上部電極121は,絶縁材122を介して,処理室102の内部に支持されている。上部電極121は,サセプタ105との対向面を構成し多数の吐出孔123を有する電極板124と,この電極板124を支持する電極支持体125とによって構成されている。電極板124は,絶縁性材料または導電性材料によって形成される。本実施の形態においては,電極板124の構成材料としてシリコンが用いられている。電極支持体125は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。なお,サセプタ105と上部電極121との間隔は,調節可能とされている。
Further, an
上部電極121における電極支持体125の中央には,ガス導入口126が設けられている。このガス導入口126には,ガス供給管127が接続されている。さらにこのガス供給管127には,バルブ128およびマスフローコントローラ129を介して,処理ガス供給源130が接続されている。
A
処理ガス供給源130からは,処理ガスとして例えばプラズマエッチングのためのエッチングガス,アッシングのための後述する反応生成物除去ガス及びアッシングガスなどが供給される。なお,図1には,ガス供給管127,バルブ128,マスフローコントローラ129,および処理ガス供給源130等から成る処理ガス供給系を1つのみ示しているが,プラズマ処理装置100は,複数の処理ガス供給系を備えている。例えば,CF4,O2,N2,CHF3,CO2,Ar,He,およびXe等の処理ガスが,それぞれ独立に流量制御され,処理室102内に供給される。
From the processing
処理室102の底部には排気管131が接続されており,この排気管131には排気機構135が接続されている。排気機構135は,ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており,処理室102内を所定の減圧雰囲気に調整する。また,処理室102の側壁にはゲートバルブ132が設けられている。このゲートバルブ132が開くことによって,処理室102内へのウエハWの搬入,および,処理室102内からのウエハWの搬出が可能となる。
An
上部電極121には,第1高周波電源140が接続されており,その給電線には第1整合器141が介挿されている。また,上部電極121にはローパスフィルタ(LPF)142が接続されている。この第1高周波電源140は,50〜150MHzの範囲の周波数を有する第1高周波電力(プラズマ発生用高周波電力)を出力することが可能である。このように高い周波数の第1高周波電力を上部電極121に印加することにより,処理室102内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ,低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第1高周波電源140の第1高周波電力の周波数は,50〜80MHzが好ましく,典型的には図示した60MHzまたはその近傍の周波数が使われる。
A first high-
下部電極としてのサセプタ105には,第2高周波電源150が接続されており,その給電線には第2整合器151が介挿されている。この第2高周波電源150は数百kHz〜十数MHzの範囲の周波数を有する第2高周波電力(バイアス電圧発生用高周波電力)を出力することが可能である。このような範囲の周波数の第2高周波電力をサセプタ105に印加することにより,ウエハWに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第2高周波電源150の第2高周波電力の周波数は,典型的には図示した2MHz,3.2MHz,または13.56MHz等が使われる。本実施の形態においては,2MHzとした。
A second high-
なお,第2高周波電力は,通常はバイアス電圧発生用高周波電力として使用されるが,第1高周波電力を印加せずに第2高周波電力を印加する場合には,第2高周波電力をプラズマ発生用高周波電力として使用してもよい。これにより,ウエハ直上でアッシング処理ガスのプラズマを立てることができるので,後述するアッシングに必要なイオンの発生量を増加することができ,より高速にレジスト膜のアッシングを行うことができる。 The second high frequency power is normally used as a bias voltage generating high frequency power. However, when the second high frequency power is applied without applying the first high frequency power, the second high frequency power is used for generating plasma. It may be used as high frequency power. As a result, the plasma of the ashing gas can be generated immediately above the wafer, so that the amount of ions necessary for ashing described later can be increased, and the resist film can be ashed at a higher speed.
(ウエハの膜構造の具体例)
次に,図1に示したプラズマ処理装置100によって,エッチング処理およびアッシング処理されるウエハの膜構造の具体例を図2を参照しながら説明する。
(Specific example of wafer film structure)
Next, a specific example of the film structure of a wafer to be etched and ashed by the
図2に示すように,ウエハ200は,低誘電率膜(以下,「Low−k膜」という)208,保護膜206,反射防止膜(BARC:Bottom Anti-Reflective Coat)204,およびフォトレジスト膜202が順次積層された膜構造を備える。なお,低誘電率膜208の下部には,例えばSiCN膜,SiC膜などのSiC材からなるエッチングストップ膜の他,例えばCu(銅)配線層などの金属層,各種半導体層が,ウエハ200の本体を構成するシリコン基板上に形成されていてもよい。
As shown in FIG. 2, a
Low−k膜208を構成する低誘電率材料としては,例えばポーラス系Low−k膜(多孔質Low−k膜)を使用する。半導体集積回路のデザインルールの縮小に伴い配線遅延の問題等に対応するため,ポーラス系Low−k膜などの多孔質構造を層間絶縁膜として採用する。これにより,層間絶縁膜のさらなる低誘電率化を実現することができる。
As a low dielectric constant material constituting the low-
このようなポーラス系Low−k膜としては,HSQ(Hydrogen-Silses-Quioxane)やMSQ(Methyl-hydrogen-Silses-Quioxane)等のシロキサン構造を有する塗布系膜を多孔質化したもの,SiOCH膜等のCVD膜を多孔質化したもの等がある。このうち,SiOCH膜はSiOC膜と表記されることもあり,構成元素としては通常,Si,O,CおよびHを含む。本実施形態におけるLow−k膜208としては,比誘電率K=2.5のSiOCH膜からなるポーラス系Low−k膜を使用しており,その膜厚は480nmである。
As such porous low-k film, a porous coating system film having a siloxane structure such as HSQ (Hydrogen-Silses-Quioxane) or MSQ (Methyl-hydrogen-Silses-Quioxane), SiOCH film, etc. The CVD film is made porous. Of these, the SiOCH film is sometimes referred to as an SiOC film, and usually contains Si, O, C, and H as constituent elements. As the Low-
なお,上記のような多孔質構造の塗布系膜は例えば次のようにして形成される。すなわち,絶縁膜構成材料のプリカーサとテンプレートを含む溶液を基板上にスピンコートし,その後,熱処理により多孔質化することによって形成される。また,多孔質構造のCVD膜は,成膜ガス等の条件を適宜に選択することにより形成される。 The coating system film having a porous structure as described above is formed, for example, as follows. That is, it is formed by spin-coating a solution containing a precursor of an insulating film constituent material and a template on a substrate and then making it porous by heat treatment. A porous CVD film is formed by appropriately selecting conditions such as a film forming gas.
また,ポーラス系Low−k膜は,絶縁膜を多孔質化するため,他の膜との密着性や膜強度等が低下する虞がある。このため,Low−k膜208としてポーラス系Low−k膜を使用する場合には,その上部に保護膜206を形成する。保護膜206としては,例えばSiCN膜,SiO2膜などがある。本実施形態における保護膜206としては,SiCN膜を使用しており,その膜厚は120nmである。なお,ウエハ上に形成されるLow−k膜としては,ポーラス系Low−k膜を例に挙げているが,これに限られるものではない。
In addition, since the porous Low-k film makes the insulating film porous, there is a possibility that the adhesion with other films, film strength, and the like may be reduced. For this reason, when a porous Low-k film is used as the Low-
フォトレジスト膜202を構成するレジスト材は,例えばKrF光(波長248nm)に感光するタイプのもので,その膜厚は410nmである。そして,予めフォトリソグラフィ工程において線幅と線間幅との比率が1:2で線幅が200nmのいわゆるライン・アンド・スペース(トレンチ(溝))がパターニングされている。
The resist material constituting the
反射防止膜204は,フォトレジスト膜202をKrF光で露光する際に,下地層からの反射光を抑制する働きをする。これによって,より微細なパターニングが可能となる。なお,本実施形態での反射防止膜204の膜厚は60nmである。
The
(ウエハに施す処理の具体例)
ここで,図1に示すプラズマ処理装置100を用いて図2に示すウエハ200に施す処理の具体例について説明する。先ず,図2に示すウエハ200を図1に示すプラズマ処理装置100の処理室102に搬入し,ウエハ200に対してプラズマエッチング処理を施す。これにより,反射防止膜204,保護膜206,Low−k膜208がエッチングされて,トレンチ210が形成される(図3参照)。例えばトレンチ210の線幅と線間幅との比率1:2で線幅は200nmである。続いて,同一の処理室102内でウエハ200に対して本発明にかかるプラズマアッシング処理を施す。これにより,レジスト膜202及び反射防止膜204が除去される(図4参照)。
(Specific example of processing applied to wafer)
Here, a specific example of processing performed on the
ここで,上記プラズマエッチング処理の具体例について説明する。ここでは,例えば第1〜第3エッチング工程を順次実行することによってプラズマエッチング処理を行う。先ず,第1エッチング工程では,パターニングされたフォトレジスト膜202をマスクとして用いて反射防止膜204のエッチングを行う。この第1エッチング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室102内の圧力を50mTorrに調整し,上部電極121に印加する高周波電力を1000W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を100Wとする。また,処理ガスとしてCF4を用い,その流量を100sccmとする。またウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。第1エッチング工程の処理時間を例えば60secとする。
Here, a specific example of the plasma etching process will be described. Here, for example, the plasma etching process is performed by sequentially executing the first to third etching steps. First, in the first etching process, the
次に,第2エッチング工程では,パターニングされたフォトレジスト膜202をマスクとして用いて,保護膜206のエッチングを行う。この第2エッチング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室102内の圧力を50mTorrに調整し,上部電極121に印加する高周波電力を500W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を500Wとする。また,処理ガスとして,C4F8,Ar,N2の混合ガスを用い,各ガスの流量比(C4F8のガス流量/Arのガス流量/N2のガス流量)を5sccm/100sccm/100sccmとする。またウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。第2エッチング工程の処理時間を例えば60secとする。
Next, in the second etching step, the
次に,第3エッチング工程では,Low−k膜208のエッチングを行う。この第3エッチング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室102内の圧力を75mTorrに調整し,上部電極121に印加する高周波電力を1000W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を300Wとする。また,処理ガスとして,CF4,Arの混合ガスを用い,各ガスの流量比(CF4のガス流量/Arのガス流量)を100sccm/100sccmとする。またウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。第3エッチング工程の処理時間を例えば70secとする。
Next, in the third etching step, the low-
このような第1〜第3エッチング工程によるプラズマエッチング処理によって,例えば図3に示すようにLow−k膜208にトレンチ210が形成される。このトレンチ210の線幅と線間幅との比率は例えば1:2で,線幅は例えば200nmである。このようなプラズマエッチング処理に続いて,同一の処理室102内において,ウエハ200に対してフォトレジスト膜202の除去を目的としたプラズマアッシング処理が施されることになる。
By such plasma etching processes in the first to third etching steps, for example, a
ところで,上述したようなプラズマエッチング処理が行われると,処理ガスに含まれているF(フッ素)が処理室102の内壁に付着し,徐々にフッ素ポリマとして堆積していく。この状態から,単にフォトレジスト膜202の除去のみを目的としたプラズマアッシング処理を行うと,処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマが再解離し,Low−k膜208がエッチングされてトレンチの幅や深さが変化してしまう。
By the way, when the plasma etching process as described above is performed, F (fluorine) contained in the processing gas adheres to the inner wall of the
このため,本実施形態にかかるプラズマアッシング処理では,主に処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマ(例えばCF系フッ素ポリマ)などの反応生成物を除去する第1アッシング工程と,フォトレジスト膜202を除去する第2アッシング工程とに分けて実施する。まず,第1アッシング工程を実施することによって,処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマが除去される。これにより,続く第2アッシング工程において,フッ素ポリマが再解離して,Low−k膜208がエッチングされることはなくなる。
For this reason, in the plasma ashing process according to the present embodiment, a first ashing process for removing a reaction product such as a fluorine polymer (for example, CF-based fluorine polymer) deposited mainly on the inner wall of the
ところで,このようなプラズマアッシング処理の第1アッシング工程において,もし従来のようなO2ガスを主体とする処理ガスを反応生成物除去処理ガスとして用いると,Low−k膜やこのLow−k膜の下地膜(例えばエッチングストップ膜)がダメージを受け易くなる。例えば処理室102の内壁に付着しているフッ素ポリマが除去される際に,処理室102内に発生したOラジカルによってフッ素の一部が再解離してLow−k膜や下地膜に打ち込まれて,Low−k膜や下地膜を削ったり,Low−k膜の膜質が劣化し誘電率が上昇したりする虞がある。また,第1アッシング工程においてO2含有プラズマにより処理室102内に発生したOラジカルによってLow−k膜に含まれるC(炭素原子)が脱離するなどにより,Low−k膜が変質し,結果的にLow−k膜の誘電率(k値)の上昇を招く虞がある。
By the way, in the first ashing process of the plasma ashing process, if a conventional process gas mainly composed of O 2 gas is used as a reaction product removal process gas, the low-k film or the low-k film is used. The underlying film (for example, an etching stop film) is easily damaged. For example, when the fluorine polymer attached to the inner wall of the
この場合,第1アッシング工程のプロセス条件を最適化して処理室102内のO(酸素)ラジカル密度を小さくすることによって,Low−k膜や下地膜へのダメージを抑制することも可能であるが,Low−k膜や下地膜へのダメージをさらに抑制するには限界がある。
In this case, it is possible to suppress damage to the Low-k film and the base film by optimizing the process conditions of the first ashing process and reducing the O (oxygen) radical density in the
このため,本発明者らは,第1アッシング工程で使用する反応生成物除去処理ガスを見直して実験を重ねたところ,第1アッシング工程でCO2を主体とする処理ガスを反応生成物除去処理ガスとして用いることによっても,O2を主体とする処理ガスと同様に処理室102の内壁に堆積(デポ)したフッ素ポリマなどの反応生成物を十分に除去できることを見出した。
For this reason, the present inventors reviewed the reaction product removal processing gas used in the first ashing process and repeated experiments. As a result, in the first ashing process, the processing gas mainly composed of CO 2 was treated with the reaction product removal processing. It has been found that reaction products such as fluorine polymer deposited (deposited) on the inner wall of the
例えばCO2を主体とする処理ガスをプラズマ化すると,CO2 +(CO2イオン)が発生し,このCO2イオンがプラズマ電位と処理室102の内壁との電位差によって加速されて内壁に衝突して内壁表面でばらばらになり,例えば下記化学式(1−1),(1−2)などの化学反応によってCOガスやCOF2ガスとして気化し,処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマ(例えばCF系フッ素ポリマ)が除去されるものと推察される。
For example, when a processing gas mainly composed of CO 2 is converted into plasma, CO 2 + (CO 2 ions) are generated, and the CO 2 ions are accelerated by the potential difference between the plasma potential and the inner wall of the
CO2 +(CO2イオン)+CF2+e−(電子)→CO↑+COF2↑
…(1−1)
CO 2 + (CO 2 ion) + CF 2 + e − (electron) → CO ↑ + COF 2 ↑
... (1-1)
CO2 +(CO2イオン)+C+e−(電子)→2CO↑
…(1−2)
CO 2 + (CO 2 ion) + C + e − (electron) → 2CO ↑
... (1-2)
さらに,第1アッシング処理においてCO2を主体とする処理ガスを用いる場合は,O2を主体とする処理ガスを用いる場合に比して,Low−k膜や下地膜へのダメージ抑制効果が大きいこともわかった。これは,CO2を主体とする処理ガスを用いる場合は,O2を主体とする処理ガスを用いる場合に比してOラジカルが発生し難く,またCO2は非常に安定であり,それ自体ではLow−k膜などからC(炭素原子)を脱離させる能力を持たないため,Low−k膜や下地膜がダメージを受け難いからであると推察される。 Further, when a processing gas mainly composed of CO 2 is used in the first ashing process, the effect of suppressing damage to the Low-k film and the base film is greater than when a processing gas mainly composed of O 2 is used. I also understood that. This is because, when a processing gas mainly composed of CO 2 is used, O radicals are less likely to be generated than when a processing gas mainly composed of O 2 is used, and CO 2 is very stable, In this case, it is presumed that the low-k film and the base film are not easily damaged because they do not have the ability to desorb C (carbon atoms) from the low-k film.
そこで,本発明にかかるプラズマアッシング処理方法では,第1アッシング工程においてCO2ガスを主体とする処理ガスを反応生成物除去ガスとして用いるようにした。これにより,Low−k膜や下地膜へのダメージ(例えばLow−k膜等へのエッチングやLow−k膜の膜質の劣化など)を従来以上に抑制することができる。また,第1アッシング工程を行って処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの堆積物を除去することによって,続いて実行される第2アッシング工程においてもCO2ガスを主体とする処理ガスをアッシング処理ガスとして用いることにより,Low−k膜や下地膜へのダメージを抑制する効果を確実に発揮させることができる。
Therefore, in the plasma ashing processing method according to the present invention, the processing gas mainly composed of CO 2 gas is used as the reaction product removal gas in the first ashing step. As a result, damage to the Low-k film and the base film (for example, etching into the Low-k film and the deterioration of the quality of the Low-k film) can be suppressed more than before. Further, by removing the deposits such as fluorine polymer deposited on the inner wall of the
さらに,第1アッシング工程及び第2アッシング工程のプロセス条件におけるその他のパラメータを最適化することによって,Low−k膜やエッチングストップ膜へのダメージをより一層抑制することができ,結果としてLow−k膜208の膜質を一層良好な状態に保つことができる。
Furthermore, by optimizing other parameters in the process conditions of the first ashing process and the second ashing process, damage to the low-k film and the etching stop film can be further suppressed, and as a result, the low-k The film quality of the
ここで,このようなプラズマアッシング処理に適用されるプロセス条件の一例を示す。先ず,プラズマアッシング処理における第1アッシング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室102内の圧力を20mTorr,上部電極121とサセプタ105との間隔を35mmに調整し,上部電極121に印加する高周波電力(例えば周波数60MHz)を300W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を0W(すなわち,サセプタ105には高周波電力を印加しない)とする。また,処理ガスとして,CO2ガスを用い,CO2のガス流量を750sccmとする。さらに,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部15Torr,エッジ部40Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を60℃,下部電極を0℃とする。
Here, an example of process conditions applied to such a plasma ashing process is shown. First, as process conditions for performing the first ashing process in the plasma ashing process, for example, the pressure in the
第2アッシング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室102内の圧力を200mTorr,上部電極121とサセプタ105との間隔を50mmに調整し,上部電極121に印加する高周波電力を0W(すなわち,上部電極121には高周波電力を印加しない),サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力(例えば周波数2MHz)を300Wとする。また,処理ガスとして,CO2ガスを用い,その流量を700sccmとする。さらに,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を50℃,下部電極を40℃とする。
The process conditions for performing the second ashing step include, for example, adjusting the pressure in the
(第1アッシング工程の反応生成物除去効果についての実験)
ここで,実際にCO2を主体とする処理ガスを用いて第1アッシング工程を行うことによって,処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物を除去できるどうかの実験を行った結果について説明する。ここでは,比較例としてO2を主体とする処理ガスを用いて第1アッシング工程についても同様の実験を行った。この実験は,ウエハ全面にSiO2膜を形成したサンプル(以下,「SiO2ブランケットサンプル」という。)を用いて,SiO2の膜減り量を測定することによって,間接的に処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物の除去量を測定する。すなわち,第1アッシング工程によって処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去される量が多いほど,SiO2ブランケットサンプルのSiO2膜の膜減り量が少なくなることを利用するものである。
(Experiment on reaction product removal effect of first ashing step)
Here, as a result of conducting an experiment on whether or not a reaction product such as a fluorine polymer deposited on the inner wall of the
具体的には,先ず,ダミー基板として用意したシリコン基板に対して,上記第1〜第3エッチング工程によるプラズマエッチング処理を上記と同様のプロセス条件で行うことによって,処理室102の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物を堆積させる。続いて,処理室102の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物を除去させるための第1アッシング工程を行う。
Specifically, first, a silicon substrate prepared as a dummy substrate is subjected to plasma etching processing by the first to third etching steps under the same process conditions as described above, whereby a fluorine polymer is formed on the inner wall of the
第1アッシング工程終了後,シリコン基板を取出し,代わりに予めSiO2膜厚を測定したSiO2ブランケットサンプルを処理室102に搬入した後,処理室102内の圧力を15mTorr,上部電極121に印加する高周波電力(例えば周波数60MHz)を300W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を400Wとし,処理室102内にO2ガスを300sccmの流量で供給するプロセス処理を60secの時間だけ実行して,SiO2膜の膜減り量を測定する。
After the completion of the first ashing process, the silicon substrate is taken out, and a SiO 2 blanket sample whose SiO 2 film thickness has been measured is loaded into the
この実験における第1アッシング工程でO2を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は以下の通りである。すなわち,処理室102内の圧力を20mTorr,上部電極121とサセプタ105との間隔を35mmに調整し,上部電極121に印加する高周波電力(例えば周波数60MHz)を300W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を0W(すなわち,サセプタ105には高周波電力を印加しない)とする。また,処理ガスとしては,ArとO2の混合ガスを用い,各ガスの流量比(Arのガス流量/O2のガス流量)を550sccm/200sccmとする。さらに,SiO2ブランケットサンプルの裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部15Torr,エッジ部40Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を60℃,下部電極を0℃とする。
The process conditions when a processing gas mainly composed of O 2 is used in the first ashing step in this experiment are as follows. That is, the pressure in the
この実験における第1アッシング工程でCO2を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は,上述したO2を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件の処理ガスをCO2ガス単体に変えて,CO2ガスの流量比を750sccmとする。 Process conditions in a process gas of CO 2 mainly in the first ashing step in this experiment, the process gas in the process conditions the CO 2 gas alone in the case of using a process gas consisting mainly of O 2 as described above Instead, the flow rate ratio of CO 2 gas is set to 750 sccm.
こうして得られた膜減り量の測定結果を図5に示す。図5において丸で示すプロットは,第1アッシング工程においてArとO2の混合ガスを処理ガスとして用いた場合の膜減り量であり,四角で示すプロットはCO2ガス単体を処理ガスとして用いた場合の膜減り量である。この実験では,各処理ガスで第1アッシング工程を,0sec(第1アッシング工程前),30sec,60secの各時間だけ実行して膜減り量を測定してプロットした。例えば第1アッシング工程を60sec実行した場合の膜減り量は,ArとO2の混合ガスの処理ガスでは30.3オングストローム,CO2ガス単体の処理ガスでは32.6オングストロームである。 FIG. 5 shows the measurement results of the film loss obtained in this way. In FIG. 5, the plots indicated by circles indicate the amount of film loss when a mixed gas of Ar and O 2 is used as the processing gas in the first ashing process, and the plots indicated by squares use CO 2 gas alone as the processing gas. This is the amount of film loss. In this experiment, the first ashing process was performed with each processing gas for 0 sec (before the first ashing process), 30 sec, and 60 sec, and the amount of film loss was measured and plotted. For example, when the first ashing process is performed for 60 seconds, the amount of film reduction is 30.3 angstroms for the processing gas of the mixed gas of Ar and O 2 and 32.6 angstroms for the processing gas of the single CO 2 gas.
なお,図5における上側の点線は,SiO2ブランケットサンプルのSiO2膜の膜厚の初期値,すなわち第1アッシング工程前の膜厚(51.2オングストローム)である。図5における下側の点線は,プラズマエッチング処理を行っていないクリーンな処理室102においてArとO2の混合ガスを処理ガスとして用いて第1アッシング工程を例えば1分間だけ行った場合の膜厚(27.0オングストローム)である。従って,図5における上側の点線(51.2オングストローム)は,処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去される前の膜厚に相当し,図5における下側の点線(27.0オングストローム)は,処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が完全に除去された後の膜厚に相当する。
The upper dotted line in FIG. 5 is the initial value of the SiO 2 film thickness of the SiO 2 blanket sample, that is, the film thickness before the first ashing process (51.2 Å). The lower dotted line in FIG. 5 indicates the film thickness when the first ashing process is performed, for example, for only one minute using a mixed gas of Ar and O 2 as a processing gas in a
図5に示す実験結果によれば,Ar/O2の混合ガスを用いた場合とCO2ガス単体を用いた場合とでは,ほぼ同様の膜減り量となっていることから,CO2ガス単体を用いた処理ガスであっても,ArとO2の混合ガスを用いた処理ガスと同様に処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去されていることがわかる。 According to the experimental result shown in FIG. 5, since in the case of using a CO 2 gas alone when using a mixed gas of Ar / O 2, has substantially the same film thickness reduction, the CO 2 gas alone It can be seen that the reaction product such as fluorine polymer deposited on the inner wall of the processing chamber is removed even in the case of the processing gas using the same gas as the processing gas using the mixed gas of Ar and O 2 .
次に,CO2を主体とする処理ガスを用いて第1アッシング工程を行った後の処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果について説明する。ここでは,図5に示す実験において,CO2ガス単体を用いた処理ガスを用いて第1アッシング工程を60secだけ実行したSiO2ブランケットサンプルについて,そのSiO2膜の膜減り量の測定するに当ってO2プラズマを発生させた際の処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果を図6に示す。 Next, the results of measuring the plasma emission spectrum in the processing chamber after performing the first ashing process using the processing gas mainly composed of CO 2 will be described. Here, in the experiment shown in FIG. 5, for the SiO 2 blanket sample in which the first ashing process was performed for 60 seconds using the processing gas using the CO 2 gas alone, the amount of reduction of the SiO 2 film was measured. FIG. 6 shows the result of measuring the plasma emission spectrum in the processing chamber when O 2 plasma was generated.
また,図6には,比較例として処理室の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物が堆積していないクリーンな処理室内でO2プラズマを発生させた場合について,その処理室内のプラズマ発光スペクトルを測定した結果を重ねて示す。すなわち,図6において,太線で示すグラフはクリーンな処理室のプラズマ発光スペクトルであり,細線で示すグラフはプラズマエッチング処理後に第1アッシング処理を行った処理室のプラズマ発光スペクトルである。 FIG. 6 shows a plasma emission spectrum in the processing chamber when a O 2 plasma is generated in a clean processing chamber in which a reaction product such as a fluorine polymer is not deposited on the inner wall of the processing chamber as a comparative example. The measurement results are shown superimposed. That is, in FIG. 6, the graph indicated by the thick line is the plasma emission spectrum of the clean process chamber, and the graph indicated by the thin line is the plasma emission spectrum of the process chamber in which the first ashing process is performed after the plasma etching process.
図6おける縦軸には発光強度をとり,横軸には波長をとっている。波長の範囲は500nm〜800nmである。なお,プラズマ発光スペクトルは分光器を用いて測定した。 The vertical axis in FIG. 6 represents the emission intensity, and the horizontal axis represents the wavelength. The wavelength range is 500 nm to 800 nm. The plasma emission spectrum was measured using a spectroscope.
図6に示す実験結果によれば,プラズマエッチング処理を行った後にCO2ガス単体の処理ガスを用いて第1アッシング工程を行った処理室は,処理室の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物が堆積していないクリーンな処理室の場合とほぼ同様のプラズマ発光スペクトルになっていることから,CO2を主体とする処理ガスを用いて第1アッシング工程を行うことによって,確かにプラズマエッチング処理によって処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物が除去されていることがわかる。しかも,処理室内には他の元素も残らず,クリーンな処理室と同様の状態になる。 According to the experimental results shown in FIG. 6, the processing chamber in which the first ashing process is performed using the processing gas of CO 2 gas alone after the plasma etching process is performed is a reaction product such as a fluorine polymer on the inner wall of the processing chamber. Since the plasma emission spectrum is almost the same as in the case of a clean processing chamber in which no silicon is deposited, the first ashing process is performed by using a processing gas mainly composed of CO 2 to surely perform the plasma etching process. It can be seen that the reaction product such as fluorine polymer deposited on the inner wall of the processing chamber is removed. Moreover, no other elements remain in the processing chamber, and the state is similar to that of a clean processing chamber.
(第1アッシング工程のLow−k膜へのダメージ抑制効果についての実験)
次に,第1アッシング工程のLow−k膜へのダメージ抑制効果について行った実験の結果について説明する。ここでは,本実施形態にかかるプラズマ処理装置100を用いて上記プラズマエッチング処理を施した図3に示すウエハ200に対して第1アッシング工程を実施して,Low−k膜に与えるダメージの程度を測定する。
(Experiment on the effect of suppressing damage to the Low-k film in the first ashing process)
Next, the result of an experiment conducted on the effect of suppressing damage to the low-k film in the first ashing process will be described. Here, the first ashing process is performed on the
本実験においては,第1アッシング工程がLow−k膜に与えるダメージの程度を,サンプルとなるウエハ200をフッ酸(HF)液に浸し,そのときのLow−k膜の浸食量を基準に判定する。この判定方法は,膜質が良好なLow−k膜はフッ酸に溶けないが,C(炭素原子)が解離するなど組成が変化したLow−k膜はフッ酸に溶けるという性質を利用したものである。以下,この判定方法について,図7を参照しながら詳細に説明する。
In this experiment, the degree of damage that the first ashing process gives to the low-k film is determined by immersing the
図3に示すウエハ200に対して,プラズマエッチング処理を実行すると,図4に示すようにウエハ200のLow−k膜208にトレンチ210が形成される。続いて,図4に示すウエハ200に対して第1アッシング工程を実行する。この第1アッシング工程では,フォトレジスト膜202は除去されないので,ウエハ200の膜構造としては図4と同様のままである。この第1アッシング工程後のウエハ200を図7(a)に示す。
When the plasma etching process is performed on the
ところが,図7(a)に示す第1アッシング工程後のウエハ200をフッ酸液に浸すと,第1アッシング工程によりLow−k膜208の露出壁がダメージを受けている場合には,図7(b)に示すように,Low−k膜208の露出壁が溶けてしまう。
However, when the
この溶失量Δdは,C(炭素原子)などが解離して組成が変化したLow−k膜208の範囲に対応しており,溶失量Δdが大きいほど第1アッシング処理がLow−k膜208に大きなダメージを与えていることになる。なお,溶失量Δdは,図7に示すように,トレンチの溝幅(またはホールの開口径)の変化(CD(Critical Dimensions)シフト)となって現れる。そこで,第1アッシング工程の実験では,溶失量Δdをフッ酸液に浸される前のLow−k膜208のトレンチの溝幅(またはホール径)d0と,フッ酸液に浸された後のLow−k膜208のトレンチの溝幅(またはホール径)d1との差(Δd=d1−d0)とする。そして,この溶失量ΔdをCDシフト量としてLow−k膜のダメージの程度を判定する。
This loss amount Δd corresponds to the range of the Low-
このようなLow−k膜のダメージ判定方法によって,第1アッシング工程でCO2を主体とする処理ガスを用いた場合のLow−k膜のダメージ(CDシフト量)を測定した結果について説明する。ここでは,比較例として,プラズマエッチング処理後であって第1アッシング工程前のCDシフト量,第1アッシング工程でO2を主体とする処理ガスを用いた場合のCDシフト量についても測定した。 The result of measuring the damage (CD shift amount) of the Low-k film in the case of using the processing gas mainly composed of CO 2 in the first ashing process by such a damage determination method of the Low-k film will be described. Here, as a comparative example, the CD shift amount after the plasma etching process and before the first ashing step, and the CD shift amount when using a processing gas mainly composed of O 2 in the first ashing step were also measured.
また,第1アッシング工程でO2を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は以下の通りである。すなわち,処理室102内の圧力を20mTorr,上部電極121に印加する高周波電力(例えば周波数60MHz)を300W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を0W(すなわち,サセプタ105には高周波電力を印加しない)とする。また,処理ガスとしては,ArとO2の混合ガスを用い,各ガスの流量比(Arのガス流量/O2のガス流量)を550sccm/200sccmとする。そして,第1アッシング工程の処理時間は30secとする。
In addition, the process conditions when a process gas mainly composed of O 2 is used in the first ashing process are as follows. That is, the pressure in the
また,第1アッシング工程でCO2を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件は,上述したO2を主体とする処理ガスを用いた場合のプロセス条件の処理ガスをCO2ガス単体に変えて,CO2ガスの流量を750sccmとする。そして,第1アッシング工程の処理時間は45secとする。 Also, the process conditions in a process gas of CO 2 mainly in the first ashing step, a process gas in the process conditions in a process gas consisting mainly of O 2 as described above CO 2 gas alone In other words, the flow rate of CO 2 gas is set to 750 sccm. The processing time of the first ashing process is 45 seconds.
こうして得られたCDシフト量の測定結果を図8に示す。図8ではLow−k膜のダメージの程度を表すCDシフト量を棒グラフで表している。この図8に示す測定結果によれば,CO2ガス単体を処理ガスとする第1アッシング工程後のCDシフト量は,ArとO2の混合ガスを処理ガスとする第1アッシング工程後のCDシフト量の略50%まで低下している。従って,CO2ガス単体を処理ガスとして用いた場合には,ArとO2の混合ガスを処理ガスとして用いた場合に比して,Low−k膜へのダメージ抑制効果が大きいことがわかる。 The measurement result of the CD shift amount obtained in this way is shown in FIG. In FIG. 8, the CD shift amount indicating the degree of damage of the Low-k film is represented by a bar graph. According to the measurement result shown in FIG. 8, the CD shift amount after the first ashing process using the CO 2 gas alone as the processing gas is the CD after the first ashing process using the mixed gas of Ar and O 2 as the processing gas. It is reduced to about 50% of the shift amount. Therefore, it can be seen that when CO 2 gas alone is used as the processing gas, the effect of suppressing damage to the Low-k film is greater than when the mixed gas of Ar and O 2 is used as the processing gas.
しかも,CO2ガス単体を処理ガスとする第1アッシング工程後のCDシフト量は,第1アッシング工程前のCDシフト量とほぼ同様であることから,CO2ガス単体を処理ガスとする第1アッシング工程を実行した場合には,ほとんどLow−k膜へダメージを与えずに,処理室の内壁に堆積したフッ素ポリマなどの反応生成物を除去することができることがわかる。 Moreover, the CD shift after the first ashing step of the process gas of CO 2 gas alone, first to since it is substantially the same as the CD shift amount before the first ashing step, a process gas of CO 2 gas alone It can be seen that when the ashing process is performed, reaction products such as fluorine polymer deposited on the inner wall of the processing chamber can be removed with almost no damage to the Low-k film.
(第1アッシング工程の他のパラメータについての実験)
次に,アッシングプロセス条件の各種パラメータを変えながら図3に示すプラズマエッチング処理後のウエハ200に対して第1アッシング工程を施した実験結果を参照しながら,Low−k膜208へのダメージ低減効果を高めることができる最適なプロセス条件について説明する。この実験では,処理室内圧力,上部電極へ印加する高周波電力(上部電力),上部電極121とサセプタ(下部電極)105の電極間隔,CO2/(CO2+Ar)流量比(%)についてそれぞれ3つのレベルを設定し,これらのレベルの組合せで下記表1に示すようなアッシングプロセス条件(NO1〜NO9)を作成し,各アッシングプロセス条件(NO1〜NO9)により第1アッシング工程を実行した。
(Experiment on other parameters of the first ashing process)
Next, the effect of reducing damage to the low-
なお,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力については,センタ部10Torr,エッジ部35Torrに固定するとともに,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を50℃,下部電極を40℃に固定した。
The pressure of the backside cooling gas (backside gas) of the
このような第1アッシング工程の実験によって得られた結果について説明する。先ず,処理室内圧力とCDシフト量との関係を図9に示す。具体的には,図9は上記表1において処理室内圧力のレベルが30mTorr,20mTorr,10mTorrのときのCDシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち,図9では処理室内圧力の各レベルにおけるCDシフト量の平均をプロットしている。この図9の実験結果によれば,処理室内圧力が10mTorr〜30mTorrの範囲では,CDシフト量はほとんど同様であり,しかもCDシフト量を略20nm以下に抑えることができるという良好な結果が得られた。従って,処理室内圧力は30mTorr以下であることが好ましい。 A result obtained by the experiment of the first ashing process will be described. First, FIG. 9 shows the relationship between the processing chamber pressure and the CD shift amount. Specifically, FIG. 9 is a line graph showing the CD shift amount when the processing chamber pressure level is 30 mTorr, 20 mTorr, and 10 mTorr in Table 1 above. That is, in FIG. 9, the average CD shift amount at each level of the processing chamber pressure is plotted. According to the experimental results of FIG. 9, the CD shift amount is almost the same in the processing chamber pressure range of 10 mTorr to 30 mTorr, and the good result that the CD shift amount can be suppressed to about 20 nm or less is obtained. It was. Therefore, the pressure in the processing chamber is preferably 30 mTorr or less.
次に,上部電極へ印加する高周波電力(上部電力)とCDシフト量との関係を図10に示す。具体的には,図10は上記表1における上部電力のレベルが400W,800W,1200WのときのCDシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち,図10では上部電力の各レベルにおけるCDシフト量の平均をプロットしている。この図10の実験結果によれば,上部電力が400W〜1200Wの範囲では,上部電力を大きくするほどCDシフト量も若干小さくなる傾向があることがわかる。しかもCDシフト量を略20nm前後に抑えることができるという良好な結果が得られた。 Next, FIG. 10 shows the relationship between the high frequency power (upper power) applied to the upper electrode and the CD shift amount. Specifically, FIG. 10 is a line graph showing the CD shift amount when the upper power level in Table 1 is 400 W, 800 W, and 1200 W. That is, FIG. 10 plots the average CD shift amount at each level of the upper power. According to the experimental results shown in FIG. 10, it can be seen that when the upper power is in the range of 400 W to 1200 W, the CD shift amount tends to be slightly smaller as the upper power is increased. Moreover, a good result was obtained that the CD shift amount could be suppressed to about 20 nm.
この上部電力(プラズマ発生用高周波電力)及びその周波数については,少なくともプラズマを着火できる程度であれば足りる。これに対して第1アッシング処理における下部電極に印加する高周波電力(バイアス電圧発生用高周波電力)については,印加しないこと(0Wであること)が好ましい。 The upper power (high frequency power for plasma generation) and its frequency need only be at least enough to ignite the plasma. On the other hand, it is preferable not to apply high frequency power (high frequency power for bias voltage generation) to be applied to the lower electrode in the first ashing process (0 W).
次に,上部電極と下部電極の電極間隔とCDシフト量との関係を図11に示す。具体的には,図11は上記表1における電極間隔のレベルが30mm,45mm,60mmのときのCDシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち,図11では電極間隔の各レベルにおけるCDシフト量の平均をプロットしている。この図11の実験結果によれば,電極間隔が30mm〜60mmの範囲では,電極間隔を小さくするほどCDシフト量も若干小さくなる傾向があることがわかる。しかもCDシフト量を略20nm以下に抑えることができるという良好な結果が得られた。 Next, FIG. 11 shows the relationship between the electrode interval between the upper electrode and the lower electrode and the CD shift amount. Specifically, FIG. 11 is a line graph showing the CD shift amount when the electrode spacing level in Table 1 is 30 mm, 45 mm, and 60 mm. That is, FIG. 11 plots the average CD shift amount at each level of the electrode spacing. According to the experimental results of FIG. 11, it can be seen that the CD shift amount tends to be slightly smaller as the electrode interval is reduced in the range of 30 mm to 60 mm. In addition, a good result was obtained that the CD shift amount could be suppressed to about 20 nm or less.
次に,CO2/(CO2+Ar)流量比(%)とCDシフト量との関係を図12に示す。具体的には,図12は上記表1におけるCO2/(CO2+Ar)流量比(%)のレベルが50%,75%,100%のときのCDシフト量を折れ線グラフにしたものである。すなわち,図12ではCO2/(CO2+Ar)流量比(%)の各レベルにおけるCDシフト量の平均をプロットしている。この図12の実験結果によれば,CO2/(CO2+Ar)流量比(%)が50%〜100%の範囲では,ほとんどCDシフト量は同様であり,しかもCDシフト量を略20nm以下に抑えることができるという良好な結果が得られた。また,この実験によれば,例えば第1アッシング工程においてCO2ガス単体の処理ガスを用いる場合のみならず,CO2とArの混合ガスを用いた場合でも,CO2ガス単体の場合と同様にCDシフト量を抑えることができることがわかる。なお, Next, FIG. 12 shows the relationship between the CO 2 / (CO 2 + Ar) flow rate ratio (%) and the CD shift amount. Specifically, FIG. 12 is a line graph showing the CD shift amount when the level of the CO 2 / (CO 2 + Ar) flow rate ratio (%) in Table 1 is 50%, 75%, and 100%. . That is, in FIG. 12, the average of the CD shift amount at each level of the CO 2 / (CO 2 + Ar) flow rate ratio (%) is plotted. According to the experimental results of FIG. 12, the CD shift amount is almost the same when the CO 2 / (CO 2 + Ar) flow rate ratio (%) is in the range of 50% to 100%, and the CD shift amount is about 20 nm or less. The good result that it was able to be suppressed to was obtained. Further, according to this experiment, for example, in the case of using the processing gas of CO 2 gas alone in the first ashing process, the case of using a mixed gas of CO 2 and Ar is the same as in the case of CO 2 gas alone. It can be seen that the amount of CD shift can be suppressed. Note that
(第2アッシング工程についての実験)
次に,各種パラメータを変えながら図3に示すウエハ200に対して第2アッシング工程を施した実験結果を参照しながら,Low−k膜208の膜質を良好な状態に保つために最適な(または最適範囲の)プロセス条件について説明する。なお,以下特別な記載がない限り,第2アッシング工程の最適プロセス条件を見出すための実験は,処理室102の内壁にフッ素ポリマなどの反応生成物が堆積していない,いわゆるクリーンな処理室102内に,トレンチが形成されているウエハ200をセットして実施したものである。これは,実験結果に第1アッシング工程の影響が含まれないようにするためである。
(Experiment regarding the second ashing process)
Next, referring to the experimental results of performing the second ashing process on the
本実験においても,上述した第1アッシング工程の実験の場合と同様に,プラズマアッシング処理がLow−k膜に与えるダメージの程度を,サンプルとなるウエハをフッ酸(HF)液に浸し,そのときのLow−k膜の浸食量を基準に判定する。以下,この判定方法について,図13を参照しながら詳細に説明する。 Also in this experiment, as in the case of the experiment of the first ashing process described above, the degree of damage that the plasma ashing process gives to the Low-k film is soaked in a hydrofluoric acid (HF) solution. The erosion amount of the low-k film is determined as a reference. Hereinafter, this determination method will be described in detail with reference to FIG.
図4に示すウエハ200に対して第2アッシング工程を実行すると,この第2アッシング工程によってフォトレジスト膜202が除去されるので,ウエハ200の膜構造としては図5に示すようになる。この第2アッシング工程後のウエハ200を図13(a)に示す。
When the second ashing process is performed on the
図13(a)に示す第2アッシング工程後のウエハ200をフッ酸液に浸すと,第2アッシング処理においてLow−k膜208にダメージを受けている場合には,図13(b)に示すように,Low−k膜208の露出側壁が溶けてしまう。
When the
この溶失量Δdは,C(炭素原子)などが解離して組成が変化したLow−k膜208の範囲に対応しており,第1アッシング工程の場合と同様に,溶失量Δdが大きいほどプラズマアッシング処理がLow−k膜208に大きなダメージを与えていることになる。なお,溶失量Δdは,図13に示すようにトレンチの溝幅(またはホールの開口径)の変化(CDシフト)となって現れる。実際には,トレンチ(またはホール)のCDシフトは,深さ方向で異なる可能性がある。そこで,第2アッシング工程の実験では,フッ酸液に浸された後のLow−k膜208の上部溝幅(または上部ホール径)d1t,底部溝幅(または底部ホール径)d1b,溝深さ(またはホール深さ)d1hを測定し,これらの溶失量Δdをそれぞれ求める。具体的には,フッ酸液に浸される前のLow−k膜208の溝幅(またはホール径)をd0t,溝深さ(またはホール深さ)をd0hとすれば,上部溝幅(または上部ホール径),底部溝幅(または底部ホール径),溝深さ(またはホール深さ)の溶失量,すなわちCDシフト量Δd1t,Δd1b,Δd1hはそれぞれΔd1t=d1t−d0t,Δd1b=d1b−d0t,Δd1h=d1h−d0hとなる。例えばこれらCDシフト量Δd1t,Δd1b,Δd1hの平均値Δd1をLow−k膜のダメージの程度として判定する。
This loss amount Δd corresponds to the range of the Low-
(第2アッシング工程における処理室内圧力依存性)
上述したような判定方法を用いて,第2アッシング工程の処理室内圧力依存性についての実験結果について説明する。ここでは,本実施形態にかかるプラズマ処理装置100を用いて上記プラズマエッチング処理を施した図4に示すウエハ200に対して処理室内圧力を変えて第2アッシング工程を実施して,Low−k膜に与えるダメージの程度(CDシフト量)及びアッシングレートを測定する。
(Process chamber pressure dependence in the second ashing process)
Using the determination method as described above, experimental results on the pressure dependence of the second ashing process in the processing chamber will be described. Here, the second ashing process is performed on the
この実験では,処理室内圧力を低圧力15mTorrにした場合と,高圧力200mTorrにした場合について第2アッシング工程を実行し,Low−k膜208のCDシフト量(Δd1t,Δd1b,Δd1h)及びアッシングレート(AR)を測定した。この実験の結果を下記表2に示す。
In this experiment, the second ashing process is performed when the processing chamber pressure is set to a low pressure of 15 mTorr and the high pressure of 200 mTorr, and the CD shift amount (Δd 1t , Δd 1b , Δd 1h ) of the Low-
なお,処理室内圧力を高圧力200mTorrにして第2アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については,以下の通りである。すなわち,上部電極121とサセプタ(下部電極)105との間隔を55mmに調整し,上部電極121に印加する高周波電力を0W(すなわち,上部電極121には高周波電力を印加しない),サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力(例えば周波数2MHz)を300Wとする。また,処理ガスとして,CO2ガスを用い,その流量を700sccmとする。さらに,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を50℃,下部電極を40℃とする。この第2アッシング工程の処理時間は44secとする。
Other process conditions when performing the second ashing process with the processing chamber pressure set to a high pressure of 200 mTorr are as follows. That is, the distance between the
また,処理室内圧力を低圧力15mTorrにして第2アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については,以下の通りである。すなわち,上部電極121とサセプタ(下部電極)105との間隔を55mmに調整し,上部電極121に印加する高周波電力(周波数60MHz)を500W,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力(周波数2MHz)を100Wとする。また,処理ガスとして,CO2ガスを用い,その流量を300sccmとする。さらに,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を50℃,下部電極を40℃とする。この第2アッシング工程の処理時間は66secとする。
Other process conditions when performing the second ashing process with the processing chamber pressure set to a low pressure of 15 mTorr are as follows. That is, the distance between the
上記表2に示す実験結果によれば,処理室内圧力が200mTorr以下の範囲では,処理室内圧力が高い方が,CDシフト量が小さくなり,Low−k膜208に与えるダメージも少なくなることがわかる。また,処理室内圧力が200mTorrの場合はもちろん,処理室内圧力を15mTorrくらいまで低くしても,CDシフト量は従来以上に低い値となる。また,上記表2に示す実験結果によれば,処理室内圧力が高い方がアッシングレート(AR)も大きくなり,より高速でアッシングすることができることがわかる。従って,第2アッシング工程における処理室内圧力は高い方が好ましい。
According to the experimental results shown in Table 2 above, it can be seen that when the processing chamber pressure is 200 mTorr or less, the higher the processing chamber pressure, the smaller the CD shift amount and the less damage to the Low-
さらに,ウエハ200のLow−k膜より,低い誘電率値を有するLow−k膜からなる別のサンプル(SiC膜からなるエッチングストップ膜,MSQ膜からなるポーラス系Low−k膜,SiO2膜などのハードマスクの順に積層された膜構造を有するウエハであって,ポーラス系Low−k膜にトレンチが形成されているもの)に対して,上記と同様に処理室内圧力を変えて第2アッシング工程を実施し,CDシフト量を計測した。但し,このときのCDシフト量は,エッチングストップ膜を有するサンプルを使用して求めたものであるため,第1アッシング工程の実験にて定義したトレンチ溝幅(又はホール径)の変化量としている。その結果を図14に示す。この実験では,処理室内圧力が200mTorrを超える範囲についても,第2アッシング工程を実施し,CDシフト量を計測した。 Further, another sample made of a low-k film having a lower dielectric constant than the low-k film of the wafer 200 (an etching stop film made of an SiC film, a porous low-k film made of an MSQ film, an SiO 2 film, etc.) Wafer having a film structure laminated in the order of the hard masks and having a trench formed in the porous low-k film), the pressure in the processing chamber is changed in the same manner as described above to perform the second ashing process. The CD shift amount was measured. However, since the CD shift amount at this time is obtained by using a sample having an etching stop film, it is a change amount of the trench groove width (or hole diameter) defined in the experiment of the first ashing process. . The result is shown in FIG. In this experiment, the second ashing process was performed even in a range where the processing chamber pressure exceeded 200 mTorr, and the CD shift amount was measured.
図14に示す実験結果によれば,処理室内圧力が200mTorrあたりまでは,処理室内圧力が高い方が,CDシフト量が小さくなっているので,表2に示す場合と同様の傾向にあることがわかる。ところが,処理室内圧力が200mTorrを超えると,徐々にCDシフト量が大きくなり,400mTorr以上では急激にCDシフト量が大きくなる傾向があることがわかった。従って,上述したように第2アッシング工程における処理室内圧力が高い方が好ましいものの,Low−k膜208に与えるダメージを抑制する効果の観点から見れば処理室内圧力が400mTorr未満であることが好ましい。
According to the experimental results shown in FIG. 14, until the processing chamber pressure is around 200 mTorr, the higher the processing chamber pressure is, the smaller the CD shift amount is. Recognize. However, it has been found that when the pressure in the processing chamber exceeds 200 mTorr, the CD shift amount gradually increases, and when it exceeds 400 mTorr, the CD shift amount tends to increase rapidly. Therefore, as described above, it is preferable that the pressure in the processing chamber in the second ashing process is high, but it is preferable that the pressure in the processing chamber is less than 400 mTorr from the viewpoint of the effect of suppressing damage to the Low-
(第2アッシング工程における第2高周波電力の周波数の依存性)
次に,第2アッシング工程においてサセプタ(下部電極)105に印加する第2高周波電力の周波数の依存性についての実験結果について説明する。ここでは,本実施形態にかかるプラズマ処理装置100を用いて,再度ウエハ200と同じサンプルに対して第2高周波電力の周波数を変えて第2アッシング工程を実施して,Low−k膜に与えるダメージの程度(CDシフト量)及びアッシングレートを測定する。
(Dependency of frequency of second high frequency power in second ashing step)
Next, experimental results on the frequency dependence of the second high frequency power applied to the susceptor (lower electrode) 105 in the second ashing step will be described. Here, by using the
この実験では,第2高周波電力の周波数を2MHzにした場合と,13.56Hzにした場合について第2アッシング工程を実行し,Low−k膜208のCDシフト量(Δd1t,Δd1b,Δd1h)及びアッシングレート(AR)を測定した。この実験の結果を下記表3に示す。
In this experiment, the second ashing process is executed when the frequency of the second high-frequency power is 2 MHz and 13.56 Hz, and the CD shift amount (Δd 1t , Δd 1b , Δd 1h) of the low-
なお,第2高周波電力の周波数を2MHzにして第2アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については,以下の通りである。すなわち,上部電極121とサセプタ(下部電極)105との間隔を55mmに調整し,上部電極121に印加する高周波電力を0W(すなわち,上部電極121には高周波電力を印加しない),サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を300Wとする。また,処理ガスとして,CO2ガスを用い,その流量を700sccmとする。さらに,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部35Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を60℃,側壁部を50℃,下部電極を40℃とする。この第2アッシング工程の処理時間は44secとする。この場合の第2高周波電力(2MHz,300W)の交流成分のピークからピークまでの一周期分の電圧Vppは,1300Vである。このVppは,処理室内に励起されるプラズマの状態,例えばプラズマ密度の変化に対応して変動するため,プラズマ状態の指標となり得る。
Other process conditions when performing the second ashing process with the frequency of the second high-frequency power set to 2 MHz are as follows. That is, the distance between the
また,第2高周波電力の周波数を13.56MHzにして第2アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については,サセプタ(下部電極)105に印加する高周波電力を1100Wとし,第2アッシング工程の処理時間を21secとする。それ以外のプロセス条件は,上述した第2高周波電力の周波数を2MHzとした場合と同様であるため,説明を省略する。この場合の第2高周波電力(13.56MHz,1100W)の交流成分のピークからピークまでの一周期分の電圧Vppは,1200Vであり,上述した第2高周波電力の周波数を2MHzとした場合とほぼ同様である。 As for other process conditions when performing the second ashing process with the frequency of the second high-frequency power set to 13.56 MHz, the high-frequency power applied to the susceptor (lower electrode) 105 is set to 1100 W, and the processing of the second ashing process is performed. The time is 21 sec. The other process conditions are the same as those in the case where the frequency of the second high-frequency power is 2 MHz, and the description thereof is omitted. In this case, the voltage Vpp for one period from the peak to the peak of the AC component of the second high-frequency power (13.56 MHz, 1100 W) is 1200 V, which is almost the same as when the frequency of the second high-frequency power is 2 MHz. It is the same.
上記表3に示す実験結果によれば,第2高周波電力の周波数が13.56MHz以下の範囲では,第2高周波電力の周波数が高い方が,CDシフト量が若干ではあるが小さくなり,Low−k膜208に与えるダメージも若干少なくなることがわかる。また,第2高周波電力の周波数が13.56MHz以下の範囲では,第2高周波電力の周波数が13.56MHzの場合はもちろん,周波数を2MHzくらいまで低くしても,CDシフト量は従来以上に低い値となる。また,上記表3に示す実験結果によれば,第2高周波電力の周波数が高い方が,アッシング時間が短くなり,より高速でアッシングすることができることがわかる。従って,第2アッシング工程における第2高周波電力の周波数は高い方が好ましい。
According to the experimental results shown in Table 3 above, in the range where the frequency of the second high-frequency power is 13.56 MHz or less, the higher the frequency of the second high-frequency power, the smaller the CD shift amount, but the lower − It can be seen that the damage given to the
このように,第2高周波電力の周波数が高い方がより高速でアッシングすることができるのは,周波数が高くなるほど,より多くのイオン(CO2 +など)によってアッシングを行うことがきるからであると推察される。すなわち,周波数が高くなるほどプラズマ密度も高くなるので,電流が流れやすくなって電圧値が下がる。このため,電圧値が下がらないようにするためには第2高周波電力(パワー)を上げる必要がある。上記の具体例では第2高周波電力を300Wから1100Wまで上げている。この第2高周波電力が大きい方が,プラズマによって発生するイオン(CO2 +など)も増えるため,より多くのイオンによってアッシングを行うことがきる。 As described above, the higher the frequency of the second high-frequency power, the higher the speed of ashing is because the higher the frequency, the more ashing can be performed by ions (CO 2 + and the like). It is guessed. That is, the higher the frequency, the higher the plasma density, so that current flows easily and the voltage value decreases. For this reason, in order to prevent the voltage value from decreasing, it is necessary to increase the second high-frequency power (power). In the above specific example, the second high frequency power is increased from 300 W to 1100 W. As the second high-frequency power is larger, the number of ions (CO 2 + and the like) generated by the plasma increases, so that ashing can be performed with more ions.
このように,第2高周波電力の周波数を高くするほど第2高周波電力を大きくする必要があり,第2高周波電力を大きくするほどより高速でアッシングすることができる。なお,この第2高周波電力の大きさをどの程度まで大きくすることができるかについてはプラズマ処理装置の性能等に依存するため,現時点での実用的な第2高周波電力の周波数としては,13MHz〜40MHzがより好ましい。 Thus, it is necessary to increase the second high frequency power as the frequency of the second high frequency power is increased, and ashing can be performed at higher speed as the second high frequency power is increased. Since how much the magnitude of the second high-frequency power can be increased depends on the performance of the plasma processing apparatus, the practical frequency of the second high-frequency power is 13 MHz to 40 MHz is more preferable.
なお,本実施形態では第2アッシング工程における処理ガスとして,CO2を用いる場合について説明したが,必ずしもこれに限定されるものではなく,O2を用いてもよく,また,CO2とO2の混合ガスを用いてもよい。 In the present embodiment, the case where CO 2 is used as the processing gas in the second ashing process has been described. However, the present invention is not limited to this, and O 2 may be used, and CO 2 and O 2 may be used. You may use the mixed gas of.
(プラズマアッシング処理における好ましいプロセス条件)
以上の実験結果に基づいて,第1実施形態にかかるプラズマ処理装置100を使用して行うプラズマアッシング処理の最適なプロセス条件を下記表4に示す。
(Preferred process conditions in plasma ashing treatment)
Based on the above experimental results, the optimum process conditions of the plasma ashing process performed using the
上記表4に示すように,第1アッシング工程では,処理室内圧力は30mTorr以下が好ましい。反応生成物除去処理ガスはCO2が好ましいが,CO2とArの混合ガスを用いてもよい。第1アッシング工程における第1高周波電力については,少なくともプラズマ着火できる電力であれば足りる。この場合の周波数は任意に設定してもよい。これに対して,第2高周波電力は0W(下部電極には印加しない)ことが好ましい。 As shown in Table 4 above, in the first ashing process, the pressure in the processing chamber is preferably 30 mTorr or less. The reaction product removal treatment gas is preferably CO 2, but a mixed gas of CO 2 and Ar may be used. The first high frequency power in the first ashing process is sufficient if it is at least a power capable of plasma ignition. The frequency in this case may be set arbitrarily. On the other hand, the second high frequency power is preferably 0 W (not applied to the lower electrode).
また,第2アッシング工程では,処理室内圧力は400mTorr未満が好ましい。アッシング処理ガスはO2又はCO2又はこれらの混合ガスのいずれを用いてもよい。第2アッシング工程における第1高周波電力については,0W(上部電極に印加しない)のが最も好ましく,第1高周波電力を印加するのであれば極力低電力で周波数は27MHz以上とするのが好ましい。これに対して,第2高周波電力の周波数は13〜40MHzが好ましく,第2高周波電力は周波数に応じて決定することが好ましい。 In the second ashing process, the processing chamber pressure is preferably less than 400 mTorr. As the ashing treatment gas, either O 2, CO 2 or a mixed gas thereof may be used. The first high frequency power in the second ashing step is most preferably 0 W (not applied to the upper electrode), and if the first high frequency power is applied, it is preferable that the frequency be as low as possible and the frequency be 27 MHz or higher. On the other hand, the frequency of the second high-frequency power is preferably 13 to 40 MHz, and the second high-frequency power is preferably determined according to the frequency.
このようなプロセス条件でプラズマアッシング処理を行うことにより,ウエハ上に形成されるLow−k膜や下地膜に与えるダメージを従来以上に抑制することができる。特に第1アッシング工程におけるLow−k膜へのダメージ抑制効果が大きい。また,第2アッシング工程においてはより高速でアッシングを行うことができる。 By performing the plasma ashing process under such process conditions, damage to the Low-k film and the base film formed on the wafer can be suppressed more than ever. In particular, the effect of suppressing damage to the low-k film in the first ashing step is great. In the second ashing step, ashing can be performed at a higher speed.
(第2実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例)
次に,本発明の第2実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を図面を参照しながら説明する。図15は,第2実施形態にかかるプラズマ処理装置300の概略構成を示す。図15に示すプラズマ処理装置300は,載置台を兼ねる1つの電極(下部電極)に例えば40MHzの比較的高い周波数を有する第1高周波電力(プラズマ発生用高周波電力)と,例えば3.2MHzの比較的低い周波数を有する第2高周波電力(バイアス電圧発生用高周波電力)を重畳して印加するタイプのプラズマ処理装置である。このようなタイプのプラズマ処理装置300についても,本発明にかかるプラズマアッシング方法を適用可能である。
(Configuration example of plasma processing apparatus according to the second embodiment)
Next, a configuration example of a plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 15 shows a schematic configuration of a
プラズマ処理装置300は,図15に示すように,例えば接地された気密な処理容器304によって構成される処理室302を有している。処理室302内には,ウエハWを載置する載置台を兼ねた導電性の下部電極306が上下動可能に配置されている。下部電極306は,温度調節機構(図示せず)により所定温度に維持され,ウエハWと下部電極306との間には伝熱ガス供給機構(図示せず)から伝熱ガスが所定の圧力で供給される。下部電極306の載置面に対向する位置には,上部電極308が形成されている。
As shown in FIG. 15, the
また,処理室302の上部には,ガス供給源(図示せず)に接続されたガス導入口332が形成されており,所定の処理ガスが,処理室302内に導入されるようになっている。処理室302内に導入された処理ガスは,上部電極308に複数形成されたガス吐出口309よりウエハW上に導入される。例えばCF4ガス,CHF3ガス,C4F8ガス,O2ガス,Heガス,Arガス,N2ガス,およびこれらの混合ガスが処理ガスとして処理室302内に導入される。
Further, a
処理室302の下部には排気バルブおよび排気機構(図示せず)と接続された排気管336が設けられている。処理室302内は,この排気管336を介して真空引きされることで,所定の真空度,例えば50mTorrに保たれる。また,処理室302の側方には,磁石330が設けられており,この磁石330によって処理室302の内壁近傍にプラズマを閉じ込めるための磁場(マルチポール磁場)が形成される。この磁場の強度は可変である。
An
下部電極306には,2周波重畳電力を供給する電力供給装置312が接続されている。電力供給装置312は,第1周波数の第1高周波電力を供給する第1電力供給機構314と,第1周波数よりも低い第2周波数の第2高周波電力を供給する第2高周波電力供給機構316から構成されている。
Connected to the
第1電力供給機構314は,下部電極306側から順次接続される第1フィルタ318,第1整合器320,および第1電源322を有している。第1フィルタ318は,第2周波数の電力成分が第1整合器320側に侵入することを防止する。第1整合器320は,第1高周波電力成分をマッチングさせる。第1周波数は例えば100MHzである。
The first
第2電力供給機構316は,下部電極306側から順次接続される第2フィルタ324,第2整合器326,および第2電源328を有している。第2フィルタ324は,第1周波数の電力成分が第2整合器326側に侵入することを防止する。第2整合器326は,第2高周波電力成分をマッチングさせる。第2周波数は例えば3.2MHzである。
The second
上記のように構成されたプラズマ処理装置300において,電力供給装置312が出力する2種類の高周波電力と,磁石330が形成する水平磁場によって,処理室302内に導入された処理ガスはプラズマ状態となり,発生する自己バイアス電圧により加速されたイオンおよびラジカルのエネルギーにより,ウエハWに対してエッチング処理およびアッシング処理が施される。
In the
(ウエハに施す処理の具体例)
以上のように構成された本実施形態にかかるプラズマ処理装置300は,図1に示す第1実施形態にかかるプラズマ処理装置100と同様に,例えば図3に示すウエハ200に対してエッチング処理を行い,同一処理室内で連続してアッシング処理を行う。
(Specific example of processing applied to wafer)
The
ここで,上記プラズマエッチング処理の具体例について説明する。ここでは,例えば第1〜第3エッチング工程を順次実行することによってプラズマエッチング処理を行う。先ず,先ず,第1エッチング工程では,パターニングされたフォトレジスト膜202をマスクとして用いて,反射防止膜204のエッチングを行う。この第1エッチング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室302内の圧力を10mTorrに調整し,第1電源322から下部電極306に印加する第1高周波電力(例えば,100MHz)を1500W,第2電源328から下部電極306に印加する第2高周波電力(例えば,3.2MHz)を0W(すなわち,第2高周波電力を印加しない)とする。また,処理ガスとして,CF4を用いる。
Here, a specific example of the plasma etching process will be described. Here, for example, the plasma etching process is performed by sequentially executing the first to third etching steps. First, in the first etching step, the
次に,第2エッチング工程では,パターニングされたフォトレジスト膜202をマスクとして用いて,保護膜206及びLow−k膜208のエッチングを行う。この第2エッチング工程を行う際のプロセス条件としては,例えば処理室302内の圧力を50mTorrに調整し,第1電源322から下部電極306に印加する第1高周波電力(例えば,100MHz)を2000W,第2電源328から下部電極306に印加する第2高周波電力(例えば,3.2MHz)を200Wとする。また,処理ガスとして,CF4,Arの混合ガスを用いる。
Next, in the second etching step, the
以上の第1及び第2エッチング工程を実施することによって,例えば図3に示すようにLow−k膜208にトレンチ210が形成される。このようなプラズマエッチング処理に続いて,同一の処理室302内において,ウエハ200に対してフォトレジスト膜202の除去を目的としたプラズマアッシング処理が施されることになる。
By performing the above first and second etching steps, a
ところで,このようなプラズマ処理装置300を用いて下部電極に2種類の高周波電力を重畳印加するプラズマ処理方法によれば,プラズマ密度とバイアス電圧を独立して制御することができる。そして,下部電極にのみ高周波電力を印加して,上部電極に高周波電力を印加する必要がないため,装置構造が複雑にならないという利点がある。
By the way, according to the plasma processing method in which two types of high-frequency power are superimposed and applied to the lower electrode using such a
ところが,このような下部電極に2種類の高周波電力を重畳印加するプラズマ処理方法によれば,F(フッ素)を含む処理ガスを用いてレジスト膜をマスクとしてLow−k膜をエッチングした後に,同じ処理室内で,もしO2を主体とする処理ガスを用いてレジスト膜のアッシングを行うと,第2高周波電力を0Wとしても,第1高周波電力によってバイアス電圧が生じてしまう。アッシングでは,上述したようなプラズマエッチング処理において用いられたフッ素が処理室内に残留しており,バイアス電圧によってフッ素がLow−k膜及びその下地膜方向へ加速し,Low−k膜や下地膜を削ってしまう虞がある。 However, according to such a plasma processing method in which two types of high-frequency power are superimposedly applied to the lower electrode, the same process is performed after the low-k film is etched using a processing gas containing F (fluorine) using the resist film as a mask. If ashing of the resist film is performed using a processing gas mainly composed of O 2 in the processing chamber, even if the second high-frequency power is set to 0 W, a bias voltage is generated by the first high-frequency power. In ashing, the fluorine used in the plasma etching process as described above remains in the processing chamber, and the fluorine is accelerated toward the low-k film and the base film by the bias voltage, and the low-k film and the base film are removed. There is a risk of scraping.
この点,本発明にかかるプラズマアッシング処理によれば,第1アッシング工程でCO2を主体とする処理ガスを用いて処理室内に残留するフッ素を除去した上で,第2アッシング工程でレジスト膜を除去できるので,Low−k膜や下地膜に与えるダメージを抑制することができる。 In this regard, according to the plasma ashing process of the present invention, the fluorine remaining in the processing chamber is removed using a processing gas mainly composed of CO 2 in the first ashing process, and then the resist film is formed in the second ashing process. Since it can be removed, damage to the Low-k film and the base film can be suppressed.
(第1高周波電力及び第2高周波電力)
また,このような下部電極に2種類の異なる周波数の電力を印加するタイプのプラズマ処理装置300を用いてプラズマアッシング処理を行う場合には,第1高周波電力及び第2高周波電力を次のように設定することが好ましい。
(First high frequency power and second high frequency power)
Further, when the plasma ashing process is performed using the
先ず,第1アッシング工程における第1高周波電力の周波数は,処理室内圧力が30mTorr以下の低圧でもプラズマ着火できる程度の周波数にするのが好ましい。具体的には周波数を13MHz以上とするのが好ましい。なお,第1高周波電力については,周波数に応じて設定することが好ましい。また,第1アッシング工程における第2高周波電力は,0Wであることが好ましい。 First, the frequency of the first high-frequency power in the first ashing step is preferably set to a frequency that can ignite plasma even at a low pressure in the processing chamber of 30 mTorr or less. Specifically, the frequency is preferably 13 MHz or more. The first high-frequency power is preferably set according to the frequency. Moreover, it is preferable that the 2nd high frequency electric power in a 1st ashing process is 0W.
また,第2アッシング工程における第1高周波電力の周波数は,13MHz〜40MHzが好ましい。この場合,第2高周波電力は0Wにするのが好ましいが,第2高周波電力を印加するようにしてもよい。この場合,第1高周波電力を13.56MHzとし,第2高周波電力を0WとしたときのLow−k膜208に与えるダメージについては,上述したプラズマ処理装置100における下部電極に印加する第2高周波電力を13.56MHzとした表3に示す実験結果と同様になる。これによれば,Low−k膜208に与えるダメージも従来以上に抑制することができ,アッシング時間が短くなり,より高速でアッシングすることができる。
The frequency of the first high frequency power in the second ashing process is preferably 13 MHz to 40 MHz. In this case, the second high frequency power is preferably 0 W, but the second high frequency power may be applied. In this case, regarding the damage given to the Low-
また,プラズマ処理装置300における第1高周波電力は下部電極に印加するため,第2アッシング工程における第1高周波電力の周波数を40MHz以上にしてもよい。これは,例えば以下の理由による。すなわち,図15に示すプラズマ処理装置300では第1高周波電力は下部電極に印加するため,ウエハの直上でプラズマが立つので,図1に示すプラズマ処理装置100のように上部電極に印加されるよりも,イオン増加数が多くなる。
Further, since the first high frequency power in the
この場合,アッシングは主にこのイオンによって進行するのであるが,イオンは,ウエハ表面でエネルギーを失うため,ウエハに形成される膜中まではアッシングの影響を受け難い。このため,下部電極に印加する第1高周波電力の周波数を高くして第1高周波電力のパワーを上げても,Low−k膜208まではアッシングの影響を受け難い。
In this case, ashing proceeds mainly by these ions. However, since ions lose energy on the wafer surface, they are hardly affected by ashing even in the film formed on the wafer. For this reason, even if the frequency of the first high-frequency power applied to the lower electrode is increased to increase the power of the first high-frequency power, the low-
これに対して,もし図1に示すプラズマ処理装置100の上部電極121に印加する第1高周波電力の周波数を40MHz以上にして第1高周波電力のパワーを上げると,Low−k膜208に与えるダメージが大きくなる。これは,例えば以下の理由による。すなわち,上部電極121に第1高周波電力を印加してプラズマを発生させるため,上部電極121付近ではプラズマが濃く,上部電極121から離間しているウエハ付近ではプラズマが薄い。このため,上部電極121付近でラジカルが発生し易く,しかもラジカルは寿命が長いため,ウエハ付近でも多くなる。
On the other hand, if the frequency of the first high-frequency power applied to the
ラジカルによるアッシングの場合は,上述したイオンとは異なり,ウエハの表面のみならず,膜中までアッシングされる。このように,上部電極に印加する第1高周波電力のパワーを上げると,ラジカルが多くなり,Low−k膜208に与えるダメージが大きくなってしまう。なお,下部電極に印加する第1高周波電力のパワーを上げた場合,ラジカルについても増加するが,アッシングレートが大きくなってアッシング時間が短くなるため,Low−k膜208のダメージを受けるほどの影響を受け難いと考えられる。
In the case of ashing by radicals, unlike the above-described ions, ashing is performed not only on the wafer surface but also in the film. As described above, when the power of the first high-frequency power applied to the upper electrode is increased, radicals increase and damage to the low-
なお,第2アッシング工程における第1高周波電力の周波数を40MHz以上にした場合には,プラズマ密度が急激に上昇するので,イオンエネルギーを大きくするために,第2高周波電力の周波数を13MHz以下に設定してアシストすることが好ましい。但し,第1高周波電力の周波数によっては,第2高周波電力の周波数を0Wにしてもよい。 Note that when the frequency of the first high-frequency power in the second ashing process is set to 40 MHz or higher, the plasma density rapidly increases. Therefore, in order to increase ion energy, the frequency of the second high-frequency power is set to 13 MHz or lower. It is preferable to assist. However, the frequency of the second high-frequency power may be set to 0 W depending on the frequency of the first high-frequency power.
ここで,第1高周波電力の周波数を100MHz,第2高周波電力の周波数を3.2MHzとして第2アッシング工程を実施した実験結果について説明する。ここでは,本実施形態にかかるプラズマ処理装置300を用いて図4に示すウエハ200に対して上記第2アッシング工程を実施して,Low−k膜に与えるダメージの程度(CDシフト量)及びアッシングレートを測定した。この実験結果を下記表5に示す。
Here, an experimental result in which the second ashing process is performed with the frequency of the first high-frequency power set to 100 MHz and the frequency of the second high-frequency power set to 3.2 MHz will be described. Here, the second ashing process is performed on the
なお,この実験における第2アッシング工程を行う際の他のプロセス条件については,以下の通りである。すなわち,処理室内圧力を50mTorrとし,下部電極に印加する第1高周波電力を400Wとし,下部電極に印加する第2高周波電力を300Wとする。また,処理ガスとして,CO2ガスを用い,その流量を700sccmとし,磁場強度を300Gとする。さらに,ウエハ200の裏面冷却ガス(バックサイドガス)の圧力をセンタ部10Torr,エッジ部50Torrとする。また,処理室102内の設定温度については,上部電極を50℃,側壁部を60℃,下部電極を40℃とする。この第2アッシング工程の処理時間は44secとする。
Other process conditions when performing the second ashing process in this experiment are as follows. That is, the processing chamber pressure is 50 mTorr, the first high-frequency power applied to the lower electrode is 400 W, and the second high-frequency power applied to the lower electrode is 300 W. Further, CO 2 gas is used as the processing gas, the flow rate is set to 700 sccm, and the magnetic field strength is set to 300 G. Further, the pressure of the back surface cooling gas (backside gas) of the
上記表5に示す実験結果によれば,第1高周波電力を100MHzと高くしても,CDシフト量は十分に小さく,Low−k膜208に与えるダメージも少ないことがわかる。また,上記表5に示す実験結果によれば,アッシングレート(AR)も大きくなり,より高速でアッシングすることができることがわかる。従って,プラズマ処理装置300においては,第2アッシング工程における第1高周波電力の周波数を40MHz以上にすることが好ましい。
According to the experimental results shown in Table 5, it can be seen that even if the first high frequency power is increased to 100 MHz, the CD shift amount is sufficiently small and the damage given to the Low-
なお,プラズマ処理装置300でプラズマアッシング処理を行う際の第1高周波電力及び第2高周波電力以外のプロセス条件,例えば処理室内圧力,処理ガスなどについての最適範囲については,図1に示すプラズマ処理装置100の場合とほぼ同様であるため,説明を省略する。
For the optimum range of process conditions other than the first high-frequency power and the second high-frequency power, for example, the pressure in the processing chamber and the processing gas, when performing the plasma ashing process in the
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
本発明は,被処理体上のレジスト膜を除去するプラズマアッシング方法に適用可能である。 The present invention is applicable to a plasma ashing method for removing a resist film on an object to be processed.
100 プラズマ処理装置
102 処理室
103 絶縁板
104 サセプタ支持台
105 サセプタ(下部電極)
107 温度調節媒体室
108 導入管
109 排出管
111 静電チャック
112 電極
113 直流電源
114 ガス通路
115 フォーカスリング
121 上部電極
122 絶縁材
123 吐出孔
124 電極板
125 電極支持体
126 ガス導入口
127 ガス供給管
128 バルブ
129 マスフローコントローラ
130 処理ガス供給源
131 排気管
132 ゲートバルブ
135 排気機構
200 ウエハ
202 フォトレジスト膜
204 反射防止膜
206 保護膜
208 低誘電率膜
210 トレンチ
300 プラズマ処理装置
302 処理室
306 下部電極
308 上部電極
309 ガス吐出口
312 電力供給装置
330 磁石
332 ガス導入口
336 排気管
W ウエハ
DESCRIPTION OF
107 temperature control
Claims (20)
前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,プラズマ発生用高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,プラズマ発生用高周波電力を印加して前記アッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程と,
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。 A plasma ashing method for removing a resist film in the processing chamber after performing a processing for etching a part of the low dielectric constant film on a target object in the processing chamber using a patterned resist film as a mask. There,
A reaction product removal treatment gas containing at least CO 2 gas is supplied into the treatment chamber, and plasma of the reaction product removal treatment gas is generated by applying a high frequency power for plasma generation, and adheres to the inner wall of the treatment chamber A first ashing step for removing reaction products to be removed;
A second ashing step of removing the resist film by supplying an ashing process gas into the processing chamber and applying a plasma generating high frequency power to generate plasma of the ashing process gas;
A plasma ashing method comprising:
前記第2アッシング工程は,バイアス電圧発生用高周波電力を印加した状態で実行することを特徴とする請求項1に記載のプラズマアッシング方法。 The first ashing step is performed without applying a high frequency power for generating a bias voltage,
2. The plasma ashing method according to claim 1, wherein the second ashing step is performed in a state where a high frequency power for generating a bias voltage is applied.
前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程と,
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。 A process of etching a part of the low dielectric constant film on the object to be processed on the second electrode disposed opposite to the first electrode disposed in the processing chamber using the patterned resist film as a mask. A plasma ashing method for removing the resist film in the processing chamber after performing,
A reaction product removal treatment gas containing at least CO 2 gas is supplied into the treatment chamber, high frequency power is applied to the first electrode to generate a plasma of the reaction product removal treatment gas, and the second electrode A first ashing step for removing reaction products adhering to the inner wall of the processing chamber without applying high-frequency power;
An ashing gas is supplied into the processing chamber, high frequency power is applied to the first electrode to generate plasma of the ashing gas, and the resist film is removed with high frequency power applied to the second electrode. A second ashing step;
A plasma ashing method comprising:
前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,前記第1電極に高周波電力を印加せずに,前記第2電極に高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記第2電極に高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程と,
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。 A process of etching a part of the low dielectric constant film on the object to be processed on the second electrode disposed opposite to the first electrode disposed in the processing chamber using the patterned resist film as a mask. A plasma ashing method for removing the resist film in the processing chamber after performing,
A reaction product removal treatment gas containing at least CO 2 gas is supplied into the treatment chamber, high frequency power is applied to the first electrode to generate a plasma of the reaction product removal treatment gas, and the second electrode A first ashing step for removing reaction products adhering to the inner wall of the processing chamber without applying high-frequency power;
An ashing process gas is supplied into the processing chamber, and a high frequency power is applied to the second electrode without applying a high frequency power to the first electrode to generate a plasma of an ashing process gas to the second electrode. A second ashing step of removing the resist film in a state where high-frequency power is applied;
A plasma ashing method comprising:
前記処理室内に少なくともCO2ガスを含む反応生成物除去処理ガスを供給し,前記電極に前記第1高周波電力を印加して前記反応生成物除去処理ガスのプラズマを発生させて,前記電極に第2高周波電力を印加しない状態で前記処理室の内壁に付着する反応生成物を除去する第1アッシング工程と,
前記処理室内にアッシング処理ガスを供給し,前記電極に第1高周波電力を印加してアッシング処理ガスのプラズマを発生させて,前記電極に第2高周波電力を印加した状態で前記レジスト膜を除去する第2アッシング工程と,
を有することを特徴とするプラズマアッシング方法。 A resist film patterned in an object to be processed on an electrode arranged in a processing chamber and configured to be able to superimpose a first high-frequency power and a second high-frequency power having a frequency lower than the first high-frequency power. A plasma ashing method for removing the resist film in the processing chamber after performing a process of etching a part of the low dielectric constant film using as a mask,
A reaction product removal treatment gas containing at least CO 2 gas is supplied into the treatment chamber, the first high frequency power is applied to the electrode to generate a plasma of the reaction product removal treatment gas, and (2) a first ashing step for removing reaction products adhering to the inner wall of the processing chamber without applying high-frequency power;
An ashing gas is supplied into the processing chamber, a first high frequency power is applied to the electrode to generate plasma of the ashing gas, and the resist film is removed in a state where the second high frequency power is applied to the electrode. A second ashing step;
A plasma ashing method comprising:
The plasma ashing method according to claim 15, wherein the frequency of the first high frequency power in the second ashing step is 40 MHz or more, and the frequency of the second high frequency power is 13 MHz or less.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005262713A JP4911936B2 (en) | 2005-09-09 | 2005-09-09 | Plasma ashing method |
US11/509,591 US7964511B2 (en) | 2005-09-09 | 2006-08-25 | Plasma ashing method |
CNB2006101514582A CN100485883C (en) | 2005-09-09 | 2006-09-08 | Plasma ashing method |
US13/103,719 US8404596B2 (en) | 2005-09-09 | 2011-05-09 | Plasma ashing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005262713A JP4911936B2 (en) | 2005-09-09 | 2005-09-09 | Plasma ashing method |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007080850A true JP2007080850A (en) | 2007-03-29 |
JP2007080850A5 JP2007080850A5 (en) | 2008-12-25 |
JP4911936B2 JP4911936B2 (en) | 2012-04-04 |
Family
ID=37858992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005262713A Active JP4911936B2 (en) | 2005-09-09 | 2005-09-09 | Plasma ashing method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4911936B2 (en) |
CN (1) | CN100485883C (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009016446A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Tokyo Electron Ltd | Semiconductor device manufacturing method and storage medium |
US7842619B2 (en) | 2008-07-30 | 2010-11-30 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing method |
KR20110085909A (en) | 2010-01-20 | 2011-07-27 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Substrate processing method and storage medium |
JP7357237B2 (en) | 2019-03-14 | 2023-10-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Manufacturing method of element chip |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101740332B (en) * | 2008-11-13 | 2012-04-25 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | Etching method of semiconductor element |
CN101930916B (en) * | 2009-06-18 | 2012-11-28 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Method for forming groove |
CN102376562B (en) * | 2010-08-24 | 2013-09-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Ashing treatment method for semiconductor process |
CN102386088B (en) * | 2010-09-03 | 2014-06-25 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Method for removing photoinduced resist layer on semiconductor device structure |
CN102610511A (en) * | 2012-03-21 | 2012-07-25 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | Method for removing photoresist |
CN111681957B (en) * | 2020-07-24 | 2022-03-11 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Etching method and manufacturing method of semiconductor device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000195830A (en) * | 1998-12-28 | 2000-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor equipment, method for cleaning the same, semiconductor device and its manufacture |
JP2001196376A (en) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Seiko Epson Corp | Producing method for semiconductor device |
JP2004119539A (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Sony Corp | Method for removing resist pattern |
JP2005101289A (en) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Tokyo Electron Ltd | Plasma ashing method |
-
2005
- 2005-09-09 JP JP2005262713A patent/JP4911936B2/en active Active
-
2006
- 2006-09-08 CN CNB2006101514582A patent/CN100485883C/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000195830A (en) * | 1998-12-28 | 2000-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor equipment, method for cleaning the same, semiconductor device and its manufacture |
JP2001196376A (en) * | 2000-01-14 | 2001-07-19 | Seiko Epson Corp | Producing method for semiconductor device |
JP2004119539A (en) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Sony Corp | Method for removing resist pattern |
JP2005101289A (en) * | 2003-09-25 | 2005-04-14 | Tokyo Electron Ltd | Plasma ashing method |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009016446A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Tokyo Electron Ltd | Semiconductor device manufacturing method and storage medium |
JP4578507B2 (en) * | 2007-07-02 | 2010-11-10 | 東京エレクトロン株式会社 | Semiconductor device manufacturing method, semiconductor manufacturing apparatus, and storage medium |
US8012880B2 (en) | 2007-07-02 | 2011-09-06 | Tokyo Electron Limited | Method of manufacturing semiconductor device |
US7842619B2 (en) | 2008-07-30 | 2010-11-30 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing method |
KR20110085909A (en) | 2010-01-20 | 2011-07-27 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | Substrate processing method and storage medium |
US8870164B2 (en) | 2010-01-20 | 2014-10-28 | Tokyo Electron Limited | Substrate processing method and storage medium |
JP7357237B2 (en) | 2019-03-14 | 2023-10-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Manufacturing method of element chip |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4911936B2 (en) | 2012-04-04 |
CN1929096A (en) | 2007-03-14 |
CN100485883C (en) | 2009-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4911936B2 (en) | Plasma ashing method | |
JP6882469B2 (en) | Removal method for high aspect ratio structures | |
US7344993B2 (en) | Low-pressure removal of photoresist and etch residue | |
JP4701776B2 (en) | Etching method and etching apparatus | |
KR100971045B1 (en) | Hydrogen ashing enhanced with water vapor and diluent gas | |
US20050230351A1 (en) | Plasma processing method and apparatus | |
US9208997B2 (en) | Method of etching copper layer and mask | |
JP2017098478A (en) | Etching method | |
JP4825911B2 (en) | Plasma etching and photoresist strip process with defluorination and wafer defluorination steps in intervening chamber | |
US20060144817A1 (en) | Low-pressure removal of photoresist and etch residue | |
TWI436419B (en) | A plasma etch method and a computer readable memory medium | |
JP2008028022A (en) | Plasma etching method and computer readable storage medium | |
JP4558296B2 (en) | Plasma ashing method | |
JP2008078515A (en) | Plasma treatment method | |
US8404596B2 (en) | Plasma ashing method | |
JP2008198659A (en) | Plasma etching method | |
US20090029557A1 (en) | Plasma etching method, plasma etching apparatus and storage medium | |
JP4827567B2 (en) | Plasma etching method and computer-readable storage medium | |
JP2006245097A (en) | F density measurement method in plasma processing apparatus, plasma processing method and plasma processing apparatus | |
JP2015079797A (en) | Method for etching copper layer | |
TWI689007B (en) | Etching method | |
JPH0697127A (en) | Formation of wiring | |
US20050287814A1 (en) | H2O plasma for simultaneous resist removal and charge releasing | |
JP2004259819A (en) | Device and method for treating surface of specimen | |
JP2006245234A (en) | Plasma processing method and apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080904 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080904 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081110 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100903 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100907 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101105 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110621 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110921 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20111115 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120117 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120117 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4911936 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150127 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |