JP2022048094A - Etching processing method and substrate processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、エッチング処理方法及び基板処理装置に関する。 The present disclosure relates to an etching processing method and a substrate processing apparatus.
3D-NANDフラッシュメモリ等の三次元積層半導体メモリの製造には、プラズマを用いてシリコン含有絶縁層に複数の穴を形成するエッチング工程がある。3D-NANDのデバイス構造を形成するエッチング工程の一例として、酸化シリコン層に穴をエッチング加工する際、基板のシリコン層、および中間に位置する金属層に対して、同時に且つ高選択的にエッチング加工する工程がある。このエッチング工程では、酸化シリコン層の中間に位置する金属層を露出する比較的浅い穴が形成されるとともに、金属層の下方にあるシリコン層を露出する深い穴が形成される。この時、酸化シリコン層に対する下地金属膜の選択比が高いプロセスを実行する必要がある。また、3D-NANDのデバイス構造以外においても、エッチング対象膜に対する下地層の選択比を高くして下地層のロスが少ないプロセスが求められている。 In the manufacture of a three-dimensional laminated semiconductor memory such as a 3D-NAND flash memory, there is an etching step of forming a plurality of holes in a silicon-containing insulating layer using plasma. As an example of the etching process for forming the device structure of 3D-NAND, when the holes are etched in the silicon oxide layer, the silicon layer of the substrate and the metal layer located in the middle are simultaneously and highly selectively etched. There is a process to do. In this etching step, a relatively shallow hole for exposing the metal layer located in the middle of the silicon oxide layer is formed, and a deep hole for exposing the silicon layer below the metal layer is formed. At this time, it is necessary to carry out a process in which the selection ratio of the base metal film to the silicon oxide layer is high. Further, in addition to the device structure of 3D-NAND, there is a demand for a process in which the selection ratio of the underlying layer with respect to the film to be etched is increased and the loss of the underlying layer is small.
高選択比を確保するためには、デポ性の高いプロセス条件を用いて、タングステン層上に保護膜を形成することが手法の一つである。例えば、特許文献1は、酸化層をエッチングする際に、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能なプラズマ処理方法を提案する。 In order to secure a high selectivity, one of the methods is to form a protective film on the tungsten layer using process conditions with high depotability. For example, Patent Document 1 proposes a plasma treatment method capable of forming a protective film on the surface of an etching stop layer and suppressing blockage of a hole opening when etching an oxide layer.
特許文献2は、金属層選択比及びマスク選択比の両立を実現するために、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスと、酸素と、窒素と、COとを少なくとも含む処理ガスを供給し、処理ガスが供給された処理容器内にプラズマを発生させてシリコン含有絶縁層をエッチングする方法を提案する。
本開示は、エッチング対象膜に対する下地層の選択比を向上させることが可能なエッチング処理方法を提供する。 The present disclosure provides an etching treatment method capable of improving the selection ratio of the underlying layer with respect to the film to be etched.
本開示の一の態様によれば、シリコン含有絶縁層と、前記シリコン含有絶縁層の下層に配置された下地層と、前記シリコン含有絶縁層の上層に配置されたマスク層とを少なくとも有する積層膜が形成された基板を、処理容器内の載置台に載置する工程と、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも一方を含む処理ガスを供給する工程と、前記シリコン含有絶縁層の材質と前記下地層の材質との組合せによって、前記処理容器内の部材のうち前記載置台の上の前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度の範囲を選択する工程と、前記選択する工程によって選択された表面温度の範囲において前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度を所望の温度に制御する工程と、前記処理ガスが供給された前記処理容器内にプラズマを発生させて前記シリコン含有絶縁層をエッチングする工程と、を有する、ことを特徴とするエッチング処理方法が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a laminated film having at least a silicon-containing insulating layer, a base layer arranged under the silicon-containing insulating layer, and a mask layer arranged on the upper layer of the silicon-containing insulating layer. A step of placing the substrate on which the above is formed on a mounting table in a processing container, a step of supplying a processing gas containing at least one of fluorocarbon gas and hydrofluorocarbon gas, and a material of the silicon-containing insulating layer and the lower part thereof. Depending on the combination with the material of the formation, at least one of the surface temperature ranges of the member in the processing container facing the substrate on the above-mentioned table and the member provided on the outer periphery of the substrate is selected. A step of controlling the surface temperature of at least one of a member facing the substrate and a member provided on the outer periphery of the substrate within the range of the surface temperature selected by the selected step to a desired temperature, and the above-mentioned step. Provided is an etching treatment method comprising a step of generating plasma in the treatment container to which a treatment gas is supplied to etch the silicon-containing insulating layer.
一の側面によれば、エッチング対象膜に対する下地層の選択比を向上させることができる。 According to one aspect, it is possible to improve the selection ratio of the base layer with respect to the film to be etched.
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate explanations may be omitted.
[基板処理装置]
実施形態に係る基板処理装置1について、図1を用いて説明する。図1は、実施形態に係る基板処理装置1の一例を示す断面模式図である。基板処理装置1は、基板に対して所定のプラズマ処理を行う装置である。基板処理装置1は、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる円筒状の処理容器10を有している。この処理容器10は接地されている。処理容器10の内部は、基板Wを処理する処理室10sとなっている。
[Board processing equipment]
The substrate processing apparatus 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the substrate processing apparatus 1 according to the embodiment. The substrate processing apparatus 1 is an apparatus that performs predetermined plasma processing on a substrate. The substrate processing apparatus 1 has, for example, a
処理容器10の底部には、載置台STが設けられている。載置台STは、下部電極プレート16と静電チャック18とを有する。載置台STは、更に金属プレート14を有してもよい。本実施形態では、セラミックス等からなる絶縁板12を介して円柱状の金属プレート14が配置され、この金属プレート14の上に例えばアルミニウムからなる下部電極プレート16が設けられている。下部電極プレート16の上には静電チャック18が設けられ、静電チャック18の上に被処理基板である半導体ウエハ(以下、「基板W」と呼ぶ)が載置される。
A mounting table ST is provided at the bottom of the
静電チャック18は、基板Wを静電力で吸着保持する。静電チャック18は、導電膜からなる電極20を一対の絶縁層または絶縁シートで挟んだ構造を有するものであり、電極20には直流電源22が電気的に接続されている。直流電源22から電極20に直流電圧が印加されることにより生じたクーロン力により基板Wが静電チャック18に吸着され、保持される。
The
下部電極プレートの上面には、基板Wの外周を囲むように、シリコンからなる導電性のエッジリング(フォーカスリングともいう。)24が配置されている。下部電極プレート16および金属プレート14の側面には、例えば石英からなる円筒状の下部外周絶縁リング26が設けられている。
A conductive edge ring (also referred to as a focus ring) 24 made of silicon is arranged on the upper surface of the lower electrode plate so as to surround the outer periphery of the substrate W. On the side surfaces of the lower electrode plate 16 and the
金属プレート14の内部には、例えば円周上に冷媒流路28が設けられている。冷媒流路28は、配管30a、30bを介して処理容器10の外部に設けられたチラーユニットに接続され、所定温度の冷媒、例えばブラインが循環供給される。基板処理装置1は、チラーユニットから冷媒流路28へ供給する冷媒の温度又は流量を制御することにより、下部電極プレート16の温度を制御可能な構成とされている。
Inside the
さらに、図示しない伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスがガス供給ライン32を介して静電チャック18の上面と基板Wの裏面との間に供給される。
Further, heat transfer gas from a heat transfer gas supply mechanism (not shown), for example, He gas, is supplied between the upper surface of the
載置台STの上方には、載置台STと対向して上部電極として機能するシャワーヘッド34が設けられている。シャワーヘッド34と載置台STとは、上部電極及び下部電極として一対の電極となるように構成される。処理室10s内のシャワーヘッド34と載置台STとの間の空間がプラズマ生成空間となる。
Above the mounting table ST, a
シャワーヘッド34は、上部外周絶縁リング42を介して、処理容器10の上部に支持されている。シャワーヘッド34は、下面がプラズマ生成空間に露出する上部天板36と、上部天板36を支持するベース部材38とを備えている。上部外周絶縁リング42は、上部天板36及びベース部材38の外周を囲み、絶縁性の部材から形成された環状部材である。
The
上部天板36には、処理容器10内に処理ガスを供給するための複数のガス孔37が形成されている。上部天板36は、例えばケイ素(Si)又は炭化ケイ素(SiC)により形成されている。
The
ベース部材38は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウム等からなり、その下部に上部天板36を着脱自在に支持する。ベース部材38の上部天板36の近傍には、上部天板36の表面温度を調整するヒータ45が設けられている。ヒータ45は、上部天板36に設けられてもよい。ヒータ45を制御することにより、上部天板36の表面温度を制御する。ベース部材38の内部には、処理ガスを複数のガス孔37に供給するためのガス拡散空間40が形成されている。ベース部材38の底部には、ガス拡散空間40の下部に位置するように複数のガス管41が形成されている。複数のガス管41は、複数のガス孔37にそれぞれ連通する。
The
ベース部材38には、ガス拡散空間40へ処理ガスを導入するためのガス導入口62が設けられている。このガス導入口62には、ガス供給管64の一端が接続されている。ガス供給管64の他端には、処理ガスを供給する処理ガス供給源66が接続されている。ガス供給管64には、上流側から順にマスフローコントローラ(MFC)68、及び開閉バルブ70が設けられている。そして、処理ガス供給源66からプラズマエッチング等のための処理ガスが、ガス供給管64を介してガス拡散空間40に供給され、ガス拡散空間40からガス管41及びガス孔37を介して、処理容器10内にシャワー状に供給される。
The
ベース部材38の内部には、冷媒流路92が形成されている。冷媒流路92は、配管を介して処理容器10の外部に設けられたチラーユニットに接続され、冷媒が循環供給される。すなわち、シャワーヘッド34は、温調機構として、冷媒流路92、配管及びチラーユニットを含む冷媒循環システムを構築している。チラーユニットは、後述の制御部100からの制御信号を受け取ることで、冷媒流路92へ供給される冷媒の温度又は流量を制御可能に構成されている。制御部100は、チラーユニットから冷媒流路92へ供給する冷媒の温度又は流量を制御する。冷媒流路92へ供給する冷媒の温度又は流量を制御することによっても上部天板36の表面温度を制御できる。
A
上部電極としてのシャワーヘッド34には、図示しないローパスフィルタ(LPF)、整合器46及び給電棒44を介して、第1のRF電源48が電気的に接続されている。第1のRF電源48は、プラズマ励起用のRF電力を出力する電源であり、13.56MHz~100MHzの範囲の周波数、例えば60MHzのRF電力をシャワーヘッド34に供給する。整合器46は、第1のRF電源48の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器である。整合器46は、処理容器10内にプラズマが生成されている時に第1のRF電源48の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
A first
また、処理容器10の側壁からシャワーヘッド34の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体10aが設けられている。この円筒状の接地導体10aの天壁部分は、絶縁性の筒状部材44aにより給電棒44から電気的に絶縁されている。
Further, a
下部電極プレート16には、整合器88を介して第2のRF電源90が電気的に接続されている。第2のRF電源90は、イオン引き込み用(バイアス電圧用)のRF電力を出力する電源であり、300kHz~13.56MHzの範囲の周波数、例えば2MHzのRF電力を下部電極プレート16に供給する。整合器88は、第2のRF電源90の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる整合器である。整合器88は、処理容器10内にプラズマが生成されている時に第2のRF電源90の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
A second
処理容器10の底部には排気口80が設けられ、この排気口80には、排気管82を介して排気装置84が接続されている。排気装置84は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器10内を所望の真空度まで減圧可能となっている。また、処理容器10の側壁には基板Wの搬入出口85が設けられており、この搬入出口85は、ゲートバルブ86により開閉可能となっている。また、処理容器10の内壁に沿って処理容器10にエッチング副生物(デポ)が付着することを防止するためのデポシールド11が着脱自在に設けられている。また、デポシールド11は、下部外周絶縁リング26の外周にも設けられている。処理容器10の側壁側のデポシールド11と下部外周絶縁リング26側のデポシールド11との間には排気プレート83が設けられている。デポシールド11および排気プレート83としては、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆したものを好適に用いることができる。
An
デポシールド11の処理容器内壁を構成する部分の基板Wとほぼ同じ高さ部分には、グランドにDC的に接続された導電性部材(GNDブロック)91が設けられている。これにより、異常放電が防止される。
A conductive member (GND block) 91 connected to the ground in a DC manner is provided at a portion having substantially the same height as the substrate W of the portion constituting the inner wall of the processing container of the
係る構成の基板処理装置1は、制御部100によって、その動作が統括的に制御される。制御部100は、例えば、コンピュータであり、基板処理装置1の各部を制御する。制御部100は、記憶部に記憶されたレシピに従い基板Wにエッチング処理を実行する。制御部100は、エッチング処理時、上部天板36の表面温度を制御する。上部天板36の下面又はその近傍には温度計50が設けられている。温度計50は、熱電対、サーモグラフィ、レーザ干渉温度計等を用いることができるが、これに限定されない。温度計50は、上部天板36の表面温度(載置台ST又は基板Wに対向する面の温度)を測定し、温度の測定値を制御部100に送信する。制御部100は、温度の測定値に応じてヒータ45の加熱温度を制御し、上部天板36の表面温度を所望の温度に制御する。
The operation of the substrate processing apparatus 1 having such a configuration is collectively controlled by the
なお、本実施形態に係る基板処理装置1では、シャワーヘッド34に第1のRF電源48からプラズマ励起用のRF電力(高周波電力)を印加し、下部電極プレート16に第2のRF電源90からイオン引き込み用のRF電力を印加した。しかしながら、下部電極プレート16に第1のRF電源48及び第2のRF電源90を接続し、プラズマ励起用の高周波電力及びイオン引き込み用の高周波電力を印加してもよい。また、第2のRF電源90を設けず、シャワーヘッド34又は下部電極プレート16に第1のRF電源48を接続し、プラズマ励起用の高周波電力を印加してもよい。
In the substrate processing apparatus 1 according to the present embodiment, RF power (high frequency power) for plasma excitation is applied to the
[基板上の膜構成]
次に、図2を参照しながら、基板上の膜構成について説明する。図2は、3DNANDフラッシュメモリの積層膜を示す図である。例えば、3DNANDの一工程であるMulti-Level Contact(以下、「MLC」ともいう。)は、図2に示すように、電極として機能するタングステン層(W)130が異なる深さに段差を設けて形成される。タングステン層130上にある酸化シリコン層(SiO2)140をエッチングする。
[Membrane composition on substrate]
Next, the film configuration on the substrate will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a laminated film of a 3D NAND flash memory. For example, in the Multi-Level Contact (hereinafter, also referred to as “MLC”), which is one step of 3D NAND, as shown in FIG. 2, the tungsten layer (W) 130 functioning as an electrode is provided with a step at a different depth. It is formed. The silicon oxide layer (SiO 2 ) 140 on the
この例では、タングステン層130と酸化シリコン層140は積層構造を有し、積層膜を形成する。タングステン層130は、例えば60層から200層といった多数層の構造であり得る。酸化シリコン層140は、シリコン含有絶縁層の一例である。タングステン層130は、シリコン含有絶縁層の下層に配置された下地層の一例である。
In this example, the
マスク層150は、酸化シリコン層140の上層に配置される。なお、マスク層150は、有機膜であってもよいし、他の材質であってもよい。シリコン層(Si)110及び窒化シリコン層(SiN)120は、異なる深さに位置するタングステン層130の下層に形成される。
The
係る膜構成により、基板Wには、酸化シリコン層140と、酸化シリコン層140の間に配置されたタングステン層130と、酸化シリコン層140の上層に配置されたマスク層150とを少なくとも有する積層膜が形成されている。
According to the film configuration, the substrate W is a laminated film having at least a
タングステン層130のそれぞれの深さまで各タングステン層130上の酸化シリコン層140をエッチングする。デバイス構造の世代が進むと更に積層数は増加し、それに伴いアスペクト比(Aspect Ratio(AR))も高くなり、エッチング時間の増加が予測される。
The
このため、長時間のエッチングにおいて酸化シリコン層140に対するタングステン層130の選択比を高くする必要がある。特に複数のタングステン層130のうちより浅い箇所に位置するタングステン層130では、タングステン層130が露出してからのエッチング時間(オーバーエッチング時間)が長くなる。このため、酸化シリコン層140に対するタングステン層130の高選択比が求められる。また、MLC以外の構造においても、エッチング対象膜に対する下地層が高選択比を有し、下地層のロスが少ないプロセスが望まれている。
Therefore, it is necessary to increase the selectivity of the
そこで、本実施形態に係るエッチング処理方法では、タングステン層130等の金属の下地層の選択比を改善するために、以下の工程を実行する。まず、エッチング処理方法は、基板Wを、処理容器10内の載置台STに載置する工程を実行する。基板Wには、シリコン含有絶縁層と、前記シリコン含有絶縁層の下層に配置された下地層と、前記シリコン含有絶縁層の上層に配置されたマスク層とを少なくとも有する積層膜が形成されている。次に、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも一方を含む処理ガスを供給する工程を実行する。次に、前記シリコン含有絶縁層の材質と前記下地層の材質との組合せによって、前記処理容器内の部材のうち前記載置台の上の前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度の範囲を選択する工程を実行する。次に、前記選択する工程によって選択された表面温度の範囲において前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度を所望の温度に制御する。次に、処理ガスが供給された処理容器10内にプラズマを発生させてシリコン含有絶縁層(ここでは酸化シリコン層140)をエッチングする工程を実行する。上部天板36は、処理容器10内の部材のうち載置台STの上の基板Wと対向する部材及び基板Wの外周に設けられた部材の少なくともいずれかの部材の一例である。
Therefore, in the etching treatment method according to the present embodiment, the following steps are executed in order to improve the selection ratio of the metal base layer such as the
上部天板36の表面温度によって、フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマに含まれるCF系のラジカル及びイオンのうち基板Wに付着するCF系ポリマーの種類を制御できる。そこで、本実施形態に係るエッチング処理方法では、上部天板36の表面温度を制御することで、基板Wに付着するCF系ポリマーの種類を調整する。これにより、エッチング対象膜の一例である酸化シリコン層140のエッチングレートを維持しつつ、酸化シリコン層140に対する下地層のタングステン層130の選択比を向上させることができる。
The type of CF-based polymer adhering to the substrate W among CF-based radicals and ions contained in the plasma of the treatment gas containing fluorocarbon gas or hydrofluorocarbon gas can be controlled by the surface temperature of the upper
なお、処理ガスには希ガスが含まれてもよい。希ガスとしては、Heガス、Arガス等が挙げられる。また、本明細書では、エッチング対象膜として酸化シリコン層140を例に挙げて説明するが、エッチング対象膜はこれに限られず、シリコン含有絶縁層であればよい。シリコン含有絶縁層の例としては、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層構造、有機含有酸化シリコンなどのLow-K膜層の少なくともいずれかおよび組み合わせが挙げられる。
The processing gas may contain a rare gas. Examples of the rare gas include He gas and Ar gas. Further, in the present specification, the
また、本明細書では、エッチング対象膜に対する下地層としてタングステン層130を例に挙げて説明するが、下地層はこれに限られず、導電層であればよい。導電層の他の例としては、金属層又はシリコン層であってもよい。金属層としては、タングステンの他、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)が挙げられる。なお、シリコン層の一例としては、多結晶シリコン(Poly-Si)や非結晶シリコンなどの導電性を有するシリコン含有層が挙げられる。また、シリコン層は単結晶シリコンであるシリコン基板でもよい。また、エッチング対象膜が窒化シリコン層でない場合、選択比を必要とする下地層として窒化シリコン層を用いる場合もある。
Further, in the present specification, the
また、MLC以外の構造に対するプロセスにおいて、エッチング対象膜に対する下地層が高選択比を有し、下地層のロスが少ないことが望まれている場合がある。その場合の構造においては、エッチング対象膜に対する下地層は、金属層又はシリコン層のような導電層に限定されない。例えば、Self-Aligned Contact(SAC)構造のようにエッチング対象膜がシリコン酸化膜であり、下地層がシリコン窒化膜であってもよい。Via構造のようにエッチング対象膜が酸化シリコン層又はLow-K膜層の少なくともいずれかであり、下地層が炭化シリコン層又は炭化窒化シリコン層の少なくともいずれかであってもよい。これらの場合でも同様に下地層のロスが少ないことが望まれ、本実施形態のエッチング処理方法が適用できる。 Further, in a process for a structure other than MLC, it may be desired that the underlying layer has a high selectivity with respect to the film to be etched and the loss of the underlying layer is small. In that case, the underlying layer for the film to be etched is not limited to a conductive layer such as a metal layer or a silicon layer. For example, the etching target film may be a silicon oxide film and the base layer may be a silicon nitride film as in the Self-Aligned Contact (SAC) structure. Like the Via structure, the etching target film may be at least one of a silicon oxide layer and a Low—K film layer, and the underlayer may be at least one of a silicon carbide layer and a silicon carbide layer. Similarly, in these cases, it is desired that the loss of the base layer is small, and the etching treatment method of the present embodiment can be applied.
フルオロカーボンガスの解離について、図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、プラズマ電子温度とガスの解離度の関係を示す図である。図4は、ガスの解離度とホールの各面における堆積(Depo)レートの関係を示す図である。 The dissociation of the fluorocarbon gas will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the plasma electron temperature and the degree of gas dissociation. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the degree of gas dissociation and the deposition rate on each surface of the hole.
図3の横軸にプラズマ電子温度Teを示し、プラズマ電子温度TeとC4F6ガスの解離度の関係を示す。プラズマ電子温度Teが上がると1つの電子が持つエネルギーが高くなるため、電子とガスが衝突したときにガスが解離しやすく、また高解離したラジカルや更に電離したイオンといったプリカーサが生成されやすい。生成されたプリカーサはポリマーの堆積に寄与する。ラジカル性のプリカーサはプラズマから基板Wに対して等方的に作用し、イオン性のプリカーサは異方的に作用する。また、エッチング対象膜上に堆積したプリカーサはイオン引き込み用の高周波電力によって基板Wに引き込まれたイオンとの相互作用によってエッチング対象膜のエッチングを促進するエッチャントとして寄与する。 The horizontal axis of FIG. 3 shows the plasma electron temperature Te, and the relationship between the plasma electron temperature Te and the degree of dissociation of the C4 F6 gas is shown. When the plasma electron temperature Te rises, the energy possessed by one electron increases, so that the gas tends to dissociate when the electron and the gas collide, and precursors such as highly dissociated radicals and further ionized ions are likely to be generated. The resulting precursor contributes to polymer deposition. The radical precursor acts isotropically from the plasma to the substrate W, and the ionic precursor acts anisotropically. Further, the precursor deposited on the etching target film contributes as an etchant that promotes etching of the etching target film by interacting with the ions drawn into the substrate W by the high frequency power for attracting ions.
図3に示すように、フルオロカーボンガスとしてC4F6ガスを処理容器10内に供給した場合、プラズマ電子温度Teが低いとC4F6ガスの解離は促進されにくい。この場青、低解離のプリカーサ(C3F4ラジカル、C3F4
+イオン等)が多く、高解離のプリカーサ(CF2ラジカル、CF2
+イオン等)は少ない。プラズマ電子温度Teが高くなるとC4F6ガスの解離が進み、高解離のCFラジカルが増え、低解離のプリカーサは減る。つまり、C3F4等の吸着係数(吸着力)が高い、低解離のプリカーサが減り、CF2等の吸着係数が低い、高解離のプリカーサが増える。ただし、図4に示すように、処理室10sにて生成されるプラズマには高解離のプリカーサ及び低解離のプリカーサの両方が存在し、高解離のプリカーサ及び低解離のプリカーサの比率が変わる。
As shown in FIG. 3, when C 4 F 6 gas is supplied as fluorocarbon gas into the
また、図3ではC4F6ガスの解離パターンを示したが、図4に示すようにC4F6ガス以外のフルオロカーボンガスとして使用されるC4F8ガス、C3F8ガスの他、C6F6ガス、C5F8ガスにおいてもプラズマ電子温度Teによって解離が促進される。また、フルオロカーボンガスの代わりもしくは添加ガスとして使用されるC2H2F4ガス,C3H2F4ガスなどのハイドロフルオロカーボンガスにおいてもプラズマ電子温度Teによって解離が促進される。使用されるガス種によっては、CF3ラジカル、CF3 +イオンといったプリカーサが生成される。 In addition, although the dissociation pattern of C 4 F 6 gas is shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4, other than C 4 F 8 gas and C 3 F 8 gas used as fluorocarbon gas other than C 4 F 6 gas. , C 6 F 6 gas and C 5 F 8 gas also promote dissociation by the plasma electron temperature Te. Dissociation is also promoted by the plasma electron temperature Te in hydrofluorocarbon gases such as C 2 H 2 F 4 gas and C 3 H 2 F 4 gas used in place of fluorocarbon gas or as an additive gas. Depending on the gas type used, precursors such as CF 3 radicals and CF 3 + ions are generated.
低解離から高解離への途中段階であるC2F2ラジカルやC2F+イオンなどのプリカーサは低解離のプリカーサと高解離のプリカーサとの間の特性をもつ。なお、本明細書では、C2F2ラジカルやC2F+イオンなどは、CxFy(x≧2、y≧1)で示す低解離なプリカーサに含め、CFz(z≧1)で示す高解離なプリカーサと区別する。 Precursors such as C 2 F 2 radicals and C 2 F + ions, which are in the middle of the process from low dissociation to high dissociation, have characteristics between the low dissociation precursor and the high dissociation precursor. In the present specification, C 2 F 2 radicals, C 2 F + ions, etc. are included in the low dissociation precursor shown by CxFy (x ≧ 2, y ≧ 1) and highly dissociated by CFz (z ≧ 1). Distinguish from a radical plicasa.
このように低解離のプリカーサは吸着係数が高く、マスク層150の上面やホール開口の上部(側面)に付き易い。このため、低解離のプリカーサはマスク層150の上面や側面にて消費され易く、マスク層150の上面や側面にポリマーを形成し、酸化シリコン層140に形成されたホールHの底面や側面まで到達し難い。
As described above, the low dissociation precursor has a high adsorption coefficient and easily adheres to the upper surface of the
これに対して高解離のプリカーサは吸着係数が低く、マスク層150の上面や側面に付き難い。これにより、高解離のプリカーサはマスク層150の上面や側面にて消費され難く、酸化シリコン層140に形成されたホールHの側面や底面まで到達し易い。そのため、低解離のプリカーサと比べて、高解離のプリカーサの方が、酸化シリコン層140に形成されたホールの側面や底面にポリマーを形成しやすく、タングステン層130の選択比を向上させるために寄与する。
On the other hand, the highly dissociated precursor has a low adsorption coefficient and is difficult to adhere to the upper surface or the side surface of the
上記プラズマ電子温度Teに加えて、上部天板36及び立体角的に基板Wから見える処理容器10の側壁の温度により、基板Wに付着するポリマーの種類を制御できる。図5は、実施形態に係る上部天板36及び立体角的に基板Wから見える側壁(基板Wよりも上方の側壁)の温度と基板Wに付着するポリマーの種類の一例を示す図である。
In addition to the plasma electron temperature Te, the type of polymer adhering to the substrate W can be controlled by the temperature of the upper
上部天板36及び/又は基板Wから見える処理容器10の側壁を低い温度に制御すると、図5(a)に示すように、吸着係数が大きく、低解離のCxFyのような重たいポリマーを選択的に上部天板36や側壁に吸着させることができる。一方、処理容器10の側壁を低い温度に制御すると、吸着係数が小さく、高解離のCFzのような軽いポリマーを選択的に基板Wのタングステン層130(下地層)に吸着させることができる。
When the side wall of the
この場合、図5(c)に示すように、低解離のCxFyのポリマーがマスク層150に付着し難いため、マスク選択比は減るが、ホール内に供給されるCFzのポリマーが増えるため、タングステン層130の選択比は良くなる。つまり、図5(a)に示すように、上部天板36等の温度を低い温度に制御することによって、基板Wに付着する低解離で吸着係数が高いプリカーサを減らし、高解離で吸着係数が低いプリカーサを基板Wに付着させる。CF2等のプリカーサは吸着係数が低いため、マスク層150に付着しにくく、ホールHの底部まで進行する。これにより、マスク層150におけるホールHの開口が狭くならず(図5(c)のA')、ホール底に露出したタングステン層130にCFzのプリカーサを多く供給することでき、タングステン層130の選択比は良くなる(図5(c)のB')。
In this case, as shown in FIG. 5 (c), since the polymer of low dissociation CxFy is difficult to adhere to the
これに対して、上部天板36及び/又は基板Wから見える処理容器10の側壁を、高い温度に制御すると、図5(b)に示すように、低解離のCxFyのポリマー及び高解離のCFzのポリマーのいずれも基板W側に吸着する。
On the other hand, when the side wall of the
この場合、図5(d)に示すように、吸着係数の高いC2F4及びC3F4等の低解離のポリマーがマスク層150に付着し、マスク選択比は増えるが、ホールHの開口が狭くなるクロッギング(Clogging)が発生し易い(図5(d)のA)。また、ホールHの開口が狭くなるためにホール底に到達するポリマーが減り、タングステン層130の選択比は悪くなる(図5(d)のB)。
In this case, as shown in FIG. 5D, low dissociation polymers such as C 2 F 4 and C 3 F 4 having a high adsorption coefficient adhere to the
[上部天板の温度制御]
次に、酸化シリコン層140に対するタングステン層130の選択比を向上させるために制御すべき上部天板36の表面温度の所望の温度について、図6を参照しながら説明する。図6は、実施形態に係る上部天板36の表面温度と吸着量の一例を示す図である。図6(a)及び(b)の横軸は、上部天板36の表面温度を示し、図6(a)の縦軸は、上部天板36に吸着したポリマーの吸着量を示し、図6(b)の縦軸は、基板Wに吸着したポリマーの吸着量を示す。横軸のa℃、b℃は、上部天板36の表面温度を降下させた際、上部天板36に吸着する高解離のCFzのポリマー及び低解離のCxFyのポリマー吸着量が増加し始める温度である。
[Temperature control of top plate]
Next, a desired temperature of the surface temperature of the upper
これによれば、上部天板36の表面温度がb℃よりも高いと、低解離のCxFyのポリマー及び高解離のCFzのポリマーのいずれも上部天板36には吸着しなくなり、これらのポリマーは基板Wにほぼ吸着する。
According to this, when the surface temperature of the upper
上部天板36の表面温度をb℃から徐々に下げていくと、基板W上のマスク層150に吸着し易い低解離のCxFyのポリマーが、先に上部天板36に付着する。更に上部天板36の表面温度をa℃まで下げていくと、低解離のCxFyのポリマーに加えてタングステン層130に吸着し易い高解離のCFzのポリマーが上部天板36に付着する。
When the surface temperature of the upper
上部天板36の表面温度がa℃りも低いと、低解離のCxFyのポリマー及び高解離のCFzのポリマーのいずれも上部天板36にほぼ吸着し、これらのポリマーは基板Wには吸着しなくなる。
When the surface temperature of the upper
以上をまとめると、図7の処理容器10内にC4F8ガスを供給した場合、上部天板36の表面温度がb℃よりも高いと(図7の「高温」の場合)、低解離のCxFyのポリマー及び高解離のCFzのポリマーのいずれも基板Wに吸着する。これにより、低解離のCxFyのポリマーによってホールHの開口が狭くなり、高解離のCFzのポリマーがホール底に供給され難くなり、タングステン層130の選択比の低下が生じ、エッチングレートが低下する。一方、マスク選択比は良好になる。
To summarize the above, when C4 F 8 gas is supplied into the
これに対して、上部天板36の表面温度がa℃よりも低いと(図7の「低温」の場合)、低解離のCxFyのポリマー及び高解離のCFzのポリマーのいずれも上部天板36に吸着する。これにより、低解離のプリカーサ(C3F4ラジカル、C3F4
+イオン等)及び高解離のプリカーサ(CF2ラジカル、CF2
+イオン等)は基板Wへほぼ到着しない。これにより、エッチングレートの低下、タングステン層130の選択比の低下及びマスク選択比の低下が生じる。
On the other hand, when the surface temperature of the upper
よって、上部天板36の表面温度を図6に示す中間温度領域のa℃~b℃の範囲で制御することで(図7の「中温」の場合)、上部天板36側に吸着される低解離のCxFyのポリマーが増え、基板Wに吸着されるCxFyのポリマーが減る。このため、ホールHの開口が狭くならずにクロッギングを抑制できる。これに加えて、高解離のCFzのポリマーが基板Wに供給され、エッチャントとなり、エッチングレートを高め、タングステン層130の底部に吸着し、タングステン層130の選択比を良好にできる。
Therefore, by controlling the surface temperature of the upper
このようにして、上部天板36の表面温度を中間温度領域の温度に制御する。これにより、分子量に依存したポリマーの吸着係数の差から、タングステン層130の選択比を得るために効果的なCFzのラジカル及びイオンは上部天板36にトラップされず基板Wに輸送される。一方、クロッギングを引き起こす要因となるCxFyのラジカル及びイオンは上部天板36側に吸着する状態に制御する。これにより、酸化シリコン層140のエッチングレートを維持しつつ、タングステン層130の選択比を向上させることができる。なお、マスク選択比については、上部天板36の表面温度をb℃以上の高温にした場合のマスク選択比と、a℃以下の低温にした場合のマスク選択比との平均値程度のマスク選択比を確保できる。
In this way, the surface temperature of the upper
また、中間温度領域のa℃~b℃の範囲であっても、a℃に近い温度からb℃に近い温度に制御することによって、基板Wに吸着する低解離のCxFyのポリマーと高解離のCFzのポリマーの割合を制御することが可能となる。 Further, even in the range of a ° C to b ° C in the intermediate temperature region, by controlling the temperature from a temperature close to a ° C to a temperature close to b ° C, the polymer of low dissociation CxFy adsorbed on the substrate W and the polymer of high dissociation can be separated. It becomes possible to control the proportion of the polymer of CFz.
[実験結果]
図8は、実施形態に係る上部天板36の表面温度とタングステン層130のロスとの関係を示す実験結果のグラフの一例である。グラフの横軸は、上部天板36の表面温度を示し、縦軸は、タングステン層130のロス量を示す。
[Experimental result]
FIG. 8 is an example of a graph of experimental results showing the relationship between the surface temperature of the upper
本実験では、以下のプロセス条件に基づき、基板処理装置1を用いてプラズマを生成した。
<プロセス条件>
ガス種 C4F6ガス、COガス、O2ガス
処理室の圧力 20mT(2.67Pa)
プラズマ励起用の高周波電力 100MHz
イオン引き込み用の高周波電力 3.2MHz
In this experiment, plasma was generated using the substrate processing apparatus 1 based on the following process conditions.
<Process conditions>
Gas type C 4 F 6 gas, CO gas, O 2 Gas
High frequency power for plasma excitation 100MHz
High frequency power for ion attraction 3.2MHz
これによれば、タングステン層130のロス量を約24nm以下にするためには、上部天板36の表面温度を(a)115℃~(b)270℃の範囲に制御することが好ましいことがわかった。更に、タングステン層130のロス量を約10nm以下にするためには、上部天板36の表面温度を(a)160℃~(b)230℃の範囲に制御することが好ましいことがわかった。
According to this, in order to reduce the loss amount of the
なお、本実験結果は、積層膜としてエッチング対象膜として酸化シリコン層140、下地層としてタングステン層130が形成される基板を用いた場合である。膜種によっては、エッチング対象膜のエッチングを促進するエッチャントや下地膜との選択比を向上させるポリマーとなるプリカーサが若干異なる場合があるため、好ましい上部天板36の表面温度の範囲も若干シフトする場合がある。この場合、実際に使用する積層膜の膜種を用いた実験を行うか、もしくはプリカーサの生成や積層膜との表面反応が計算できるシミュレータなどを用いて、積層膜の膜種に応じた好ましい温度範囲を求めることが望まれる。
The result of this experiment is a case where a substrate on which a
また、使用されるガス種によっては解離バターンが異なるため、好ましい上部天板36の表面温度の範囲が若干シフトする場合がある。なお、これらのエッチング対象膜(シリコン含有絶縁層)と下地膜との膜種の組み合わせや、前記膜種の組み合わせに更にガス種を加えた組み合わせによる適切な上部天板36の表面温度の範囲に関する情報を予め実験等により求める。そして、求めた情報を制御部100が有する記憶部に記憶し、データベース化しておく。これにより、前記情報を記憶した記憶部を参照して、前記情報に基づき後述する上部天板36の表面温度の範囲を選択する工程(ステップS2)において、a℃およびb℃を確定できる。
Further, since the dissociation pattern differs depending on the gas type used, the range of the preferable surface temperature of the upper
[エッチング処理方法]
以上を踏まえ、制御部100により上部天板36の表面温度を中間温度領域のa℃~b℃の範囲に制御しつつ、基板処理装置1において行うエッチング処理方法について、図9を参照しながら説明する。図9は、実施形態に係るエッチング処理方法を示すフローチャートである。これにより、エッチング対象膜である酸化シリコン層140をエッチングした際、タングステン層130のロス量を約10nm以下にし、酸化シリコン層140に対するタングステン層130の選択比を向上させることができる。
[Etching method]
Based on the above, the etching processing method performed in the substrate processing apparatus 1 while controlling the surface temperature of the upper
本処理が開始されると、まず、シリコン層110、段違いの複数層のタングステン層130、エッチング対象膜である酸化シリコン層140、マスク層150の順に積層された積層膜が形成された基板Wを処理容器10内に搬入し、載置台STに載置する(ステップS1)。
When this treatment is started, first, the substrate W on which the
次に、基板W上に形成された積層膜のエッチング対象膜と下地膜の膜種の組合せに合わせて、上部天板36の表面温度を中間温度領域のa℃~b℃の範囲を選択する(ステップS2)。[実験結果]および図8で示すように、積層膜としてエッチング対象膜として酸化シリコン層140、下地層としてタングステン層130が形成される場合、上部天板36の表面温度として(a)160℃~(b)230℃の範囲が選択される。なお、予め膜種が分かっている場合、ステップS2は、ステップS1よりも前に実行されてもよいし、ステップS1と同時に実行されてもよい。
Next, the surface temperature of the upper
次に、ステップ2にて選択された温度範囲で、上部天板36の表面温度を第1温度に制御する(ステップS3)。第1温度は、(a)160℃~(b)230℃の範囲で予め設定された温度である。
Next, the surface temperature of the upper
次に、C4F6ガスなどのフルオロカーボンガス(CxFyガス)を含む処理ガスを処理容器10内に供給する(ステップS4)。次に、プラズマ励起用の高周波電力及びイオン引き込み用の高周波電力を印加し、フルオロカーボンガスを含む処理ガスプラズマを生成する(ステップS5)。ステップS4は、プラズマ励起用の高周波電力のみを印加してもよい。 Next, a processing gas containing a fluorocarbon gas (C x F y gas) such as C 4 F 6 gas is supplied into the processing container 10 (step S4). Next, high-frequency power for plasma excitation and high-frequency power for ion attraction are applied to generate a treated gas plasma containing fluorocarbon gas (step S5). In step S4, only high frequency power for plasma excitation may be applied.
次に、エッチング対象膜である酸化シリコン層140をエッチングする(ステップS6)。酸化シリコン層140をエッチングしている間、上部天板36の表面温度を(a)160℃~(b)230℃の範囲で制御する。一例としては、ステップS61に示すように、上部天板36の表面温度を第1温度と、第1温度と異なる温度であって(a)160℃~(b)230℃の範囲で予め設定された第2温度(例えば、第1温度>第2温度)との間で、交互に繰り返し制御してもよい。酸化シリコン層140のエッチング処理が完了すると、本処理を終了する。
Next, the
実施形態に係るエッチング処理方法によれば、酸化シリコン層140をエッチングしている間、上部天板36の表面温度を(a)160℃~(b)230℃の範囲で制御する。これにより、タングステン層130の選択比を得るために効果的な高解離のCFzのラジカル及びイオンは上部天板36にトラップされず、主に基板Wに輸送されるように制御する。また、クロッギングを引き起こす要因となる低解離のCxFyのラジカル及びイオンは、主に上部天板36側に吸着されるように制御する。これにより、酸化シリコン層140のエッチングレートを維持しつつ、タングステン層130の選択比を向上させることができる。
According to the etching treatment method according to the embodiment, the surface temperature of the upper
また、上部天板36の表面温度を(a)160℃~(b)230℃の範囲で第1温度と第2温度に交互に繰り返し制御することで、CFzのラジカル及びイオンとCxFyのラジカル及びイオンの、上部天板36へのトラップの比率を変動させることができる。これにより、酸化シリコン層140のエッチングレートと、タングステン層130の選択比の微調整が可能になる。
Further, by repeatedly controlling the surface temperature of the upper
[変形例]
次に、本実施形態の変形例に係るエッチング処理方法における上部天板36の温度制御方法について、図10及び図11を参照しながら説明する。図10は、実施形態の変形例に係るエッチング処理方法における上部天板36の温度制御方法を示すフローチャートである。図11は、図10の温度制御方法を説明するための図である。
[Modification example]
Next, the temperature control method of the upper
本変形例では、図9に示すステップS6における酸化シリコン層140のエッチングの間、ステップS61に替えて、図10に示す上部天板36の温度制御方法が実行される。図10の温度制御方法は、制御部100により制御される。
In this modification, during the etching of the
図10では、図2に示す3つのタングステン層130を有する積層膜において酸化シリコン層140をエッチングする場合について説明する。1段目のタングステン層130までを浅い領域、2段目のタングステン層130までを浅い領域と深い領域との中間の領域、3段目のタングステン層130までを深い領域と予め設定する。ただし、積層膜の構成は、説明の便宜のために簡略化したものであり、これに限られない。
In FIG. 10, a case where the
図9のステップS6の処理が開始され、図10の温度制御方法が実行されると、まず、酸化シリコン層140の浅い領域をエッチングしているかを判定する(ステップS11)。1段目のタングステン層130までをエッチングしている間、酸化シリコン層140の浅い領域をエッチングしていると判定する。この場合、(a)℃~(b)℃の範囲で段階的又は連続的に上部天板36の表面温度を上昇させる(ステップS12)。
When the process of step S6 of FIG. 9 is started and the temperature control method of FIG. 10 is executed, it is first determined whether or not the shallow region of the
図11(a)の例では、3段(N=3)のうちの1段目のタングステン層130までの浅い領域のエッチングの場合、横軸の処理時間に対して縦軸の上部天板36の表面温度を(a)℃、(a)℃+α、(b)℃の3段階に上昇させている。これにより、浅い領域のエッチングの序盤には上部天板36の表面温度を(a)℃に制御し、低解離のCxFyのラジカル及びイオンを上部天板36にトラップし易くする。これにより、ホールHの開口を狭めずに、吸着係数の低い、高解離のCFzのラジカル及びイオンをホール底に運び、主にCFzのポリマーによりタングステン層130の選択比を向上させる。
In the example of FIG. 11A, in the case of etching the shallow region up to the
その後、上部天板36の表面温度を段階的に上昇させ、浅い領域のエッチングの終盤には上部天板36の表面温度を(b)℃に制御し、CxFyのラジカル及びイオンを基板W側に輸送する。これにより、ホールHの開口にCxFyのポリマーを付着させ、マスク選択比を向上させる。
After that, the surface temperature of the upper
そして、1段目のタングステン層130までエッチングされたとき、ステップS11にて「No」と判定し、酸化シリコン層140の浅い領域のエッチングを終了する。次に、酸化シリコン層140の深い領域をエッチングしているかを判定する(ステップS13)。2段目のタングステン層130までエッチングする間、酸化シリコン層140の深い領域をエッチングしていない(つまり、浅い領域と深い領域との中間の領域をエッチングしている)と判定する。
Then, when the first-
このとき、(a)℃~(b)℃の範囲で例えば(a)+α℃に上部天板36の表面温度を制御する(ステップS14)。例えば、上部天板36の表面温度は、ステップS12にて最後に制御した温度を維持するように制御してもよいし、(a)℃~(b)℃の範囲で別の温度に制御してもよい。
At this time, the surface temperature of the upper
3段目のタングステン層130までのエッチングが開始され、酸化シリコン層140の深い領域をエッチングしていると判定したとき、(a)℃~(b)℃の範囲で段階的又は連続的に上部天板36の表面温度を下降させる(ステップS15)。
When it is determined that the etching to the
図11(b)の例では、3段(N=3)のうちの3段目のタングステン層130までの深い領域のエッチングの場合、縦軸の上部天板36の表面温度を(b)℃、(a)℃+α、(a)℃の3段階に下降させている。これにより、浅い領域のエッチングにおいて説明したエッチング序盤の効果をエッチングの終盤の効果として得ることができる。また、浅い領域のエッチングにおいて説明したエッチング終盤の効果をエッチングの序盤の効果として得ることができる。
In the example of FIG. 11B, in the case of etching a deep region up to the
本変形例によれば、上部天板36の表面温度を(a)℃~(b)℃の範囲に制御することで、エッチングレートを維持し、タングステン層130のロスを抑制する。その際、上部天板36の表面温度は、エッチングした酸化シリコン層140の深さに応じて可変に制御される。例えば、上部天板36の表面温度は、エッチングした酸化シリコン層140の深さが浅い領域では、深くなるほど温度を上げるように制御されてもよい。また、エッチングした酸化シリコン層140の深さが深い領域では、深くなるほど温度を下げるように制御されてもよい。これにより、タングステン層130の選択比を重視した温度制御と、マスク選択比を重視した温度制御により、基板W上のポリマーの状態を微調整することができる。なお、上部天板36の表面温度は、段階的に上昇又は下降させることに限られず、連続的に上昇又は下降させてもよい。
According to this modification, by controlling the surface temperature of the upper
以上に説明したように、本実施形態及び変形例に係るエッチング処理方法及び基板処理装置1によれば、上部天板36の表面温度を所望の範囲に制御する。具体的には、エッチング処理の間、上部天板36の表面温度を(a)℃~(b)℃の範囲の所望の温度に制御する。これにより、タングステン層130の選択比を得るための高解離のCFzのラジカル及びイオンと、クロッギングを引き起こす要因となる低解離のCxFyのラジカル及びイオンの上部天板36側へのトラップ量を制御できる。これにより、酸化シリコン層140のエッチングレートを維持しつつ、タングステン層130の選択比を向上できる。
As described above, according to the etching processing method and the substrate processing apparatus 1 according to the present embodiment and the modification, the surface temperature of the upper
更に、副次的な効果として、処理ガス中のO2ガスの流量を減らす又はO2ガスの添加をなくすことができる。従来、処理ガスにO2ガスを加え、O2ガスのプラズマによりマスク層150近傍のクロッギングを抑制していた。しかしながら、本実施形態及び変形例に係るエッチング処理方法によれば、上部天板36の表面温度を所望の範囲に制御することで、低解離のCxFyのラジカル及びイオンを主に上部天板36側へトラップさせることができる。これにより、CxFyのポリマーによりホールの開口が狭くなることを抑制できる。更に、処理ガス中のO2ガスの流量を調整することでホールHの開口の微調整ができ、更にタングステン層130の選択比を向上させることができる。
Further, as a secondary effect, the flow rate of the O 2 gas in the processing gas can be reduced or the addition of the O 2 gas can be eliminated. Conventionally, O 2 gas is added to the processing gas, and the plasma of the O 2 gas suppresses the clogging in the vicinity of the
[領域毎の温度制御]
上部天板36は、円盤状であり、上部天板36の複数の領域のそれぞれを独立して温度制御することができる。図12は、実施形態に係る上部天板36の温度制御の領域の一例を示す図である。図12(a)、(b)及び(c)は、上部天板36の下面を複数の温度制御領域に分割した一例を示す。
[Temperature control for each area]
The upper
図12(a)は、上部天板36を径方向に中心の領域36aと外周の領域36bに分け、領域36a及び領域36bのそれぞれに設けられたヒータ45により、上部天板36の各領域を別々に温度制御する。これにより、上部天板36の径方向の温度分布の偏りを減らし、上部天板36の温度分布の面内均一性を高めることができる。
In FIG. 12A, the upper
図12(b)は、上部天板36を径方向に中心の領域36aと外周の領域に分け、外周の領域を周方向に複数の領域36b1~36b8に分ける。そして、領域36a及び複数の領域36b1~36b8のそれぞれに設けられたヒータ45により、各領域を別々に温度制御する。これにより、上部天板36の径方向の温度分布の偏り及び外周側の周方向の温度分布の偏りを減らし、上部天板36の温度分布の面内均一性を更に高めることができる。
In FIG. 12B, the upper
図12(c)は、上部天板36を格子状の複数の領域36cに分け、複数の領域36cのそれぞれに設けられたヒータ45により、各領域を別々に温度制御する。これによっても、上部天板36の温度分布の面内均一性を高めることができる。
In FIG. 12 (c), the upper
ただし、上部天板36の温度制御領域はこれに限られない。例えば、図12(a)では、上部天板36を径方向に2つの領域に分けたが、径方向に3つ以上の領域に分けて温度制御してもよい。また、図12(b)では、外周の領域を周方向に分けたが、中心及び外周の領域をともに複数の領域に分けてもよいし、内周側だけを複数の領域に分けてもよい。また、図12(c)では、上部天板36を格子状に分けたが、上部天板36を分ける形状は、矩形に限らず、例えば、三角形、ハニカム形状等、四角形以外の多角形であってもよい。
However, the temperature control region of the upper
今回開示された実施形態及び変形例に係るエッチング処理方法及び基板処理装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。 It should be considered that the etching treatment method and the substrate treatment apparatus according to the embodiments and modifications disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The above embodiment can be modified and improved in various forms without departing from the scope of the attached claims and the gist thereof. The matters described in the plurality of embodiments may have other configurations within a consistent range, and may be combined within a consistent range.
例えば、本開示のエッチング処理方法において温度制御の対象となる処理容器10内の部材は、上部天板36に限らない。温度制御の対象となる処理容器10内の部材は、基板Wと対向する部材及び基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかであってもよい。例えば、温度制御の対象となる基板Wと対向する部材の一例としては、上部天板36、上部天板36の外周の上部外周絶縁リング42が挙げられる。温度制御の対象となる基板の外周に設けられた部材の一例としては、基板Wの外周に配置されたエッジリング24、エッジリング24の外周に配置された下部外周絶縁リング26、デポシールド11が挙げられる。また、温度制御の対象となる処理容器10の部材は、上部天板36を複数の領域に分けたときの一部(例えば、内周領域、外周領域)であってもよい。
For example, the member in the
本開示の基板処理装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。 The substrate processing apparatus of the present disclosure is any type of apparatus: Capacitively Coupled Plasma (CCP), Inductively Coupled Plasma (ICP), Radial Line Slot Antenna (RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma (ECR), Helicon Wave Plasma (HWP). But it is applicable.
1 基板処理装置
10 処理容器
10s 処理室
11 デポシールド
14 金属プレート
16 下部電極プレート
18 静電チャック
24 エッジリング
26 下部外周絶縁リング
34 シャワーヘッド
36 上部天板
38 ベース部材
42 上部外周絶縁リング
45 ヒータ
48 第1のRF電源
50 温度計
90 第2のRF電源
130 タングステン層
140 酸化シリコン層
ST 載置台
1
Claims (16)
フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも一方を含む処理ガスを供給する工程と、
前記シリコン含有絶縁層の材質と前記下地層の材質との組合せによって、前記処理容器内の部材のうち前記載置台の上の前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度の範囲を選択する工程と、
前記選択する工程によって選択された表面温度の範囲において前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度を所望の温度に制御する工程と、
前記処理ガスが供給された前記処理容器内にプラズマを発生させて前記シリコン含有絶縁層をエッチングする工程と、を有する、
ことを特徴とするエッチング処理方法。 A substrate on which a laminated film having at least a silicon-containing insulating layer, a base layer arranged under the silicon-containing insulating layer, and a mask layer arranged on the upper layer of the silicon-containing insulating layer is formed is placed in a processing container. And the process of placing it on the mounting table
A step of supplying a treatment gas containing at least one of fluorocarbon gas and hydrofluorocarbon gas, and
Depending on the combination of the material of the silicon-containing insulating layer and the material of the base layer, at least one of the members in the processing container facing the substrate on the above-mentioned table and the member provided on the outer periphery of the substrate. The process of selecting one of the surface temperature ranges and
A step of controlling the surface temperature of at least one of a member facing the substrate and a member provided on the outer periphery of the substrate within the range of the surface temperature selected by the selected step to a desired temperature.
It comprises a step of generating plasma in the processing container to which the processing gas is supplied to etch the silicon-containing insulating layer.
Etching processing method characterized by that.
請求項1に記載のエッチング処理方法。 The surface temperature of the member is variably controlled according to the depth of the etched silicon-containing insulating layer.
The etching treatment method according to claim 1.
請求項2に記載のエッチング処理方法。 The surface temperature of the member is controlled so as to increase as the etching depth becomes deeper in a shallow region where the depth of the etched silicon-containing insulating layer is predetermined, and the depth of the silicon-containing insulating layer is predetermined. In deep regions, the etching depth is controlled to decrease as it gets deeper.
The etching treatment method according to claim 2.
請求項1~3のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The surface temperature of the member is alternately and repeatedly controlled between a predetermined first temperature and a second temperature different from the first temperature.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The member is a member facing the substrate.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載のエッチング処理方法。 The member is an upper top plate.
The etching treatment method according to claim 5.
前記上部天板の表面温度は、前記上部天板の前記載置台に対向する面を予め複数の領域に分けた領域毎に独立して制御される、
請求項6に記載のエッチング処理方法。 The upper top plate is disk-shaped and has a disk shape.
The surface temperature of the upper top plate is independently controlled for each region in which the surface of the upper top plate facing the previously described table is divided into a plurality of regions in advance.
The etching treatment method according to claim 6.
請求項1~7のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The silicon-containing insulating layer is formed of at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, a laminated structure of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer, and a Low-K film layer.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 7.
請求項1~8のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The base layer is a conductive layer.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 8.
請求項9に記載のエッチング処理方法。 The conductive layer is formed of a metal layer or a silicon layer.
The etching treatment method according to claim 9.
請求項10に記載のエッチング処理方法。 The metal layer is made of tungsten.
The etching treatment method according to claim 10.
前記下地層は、窒化シリコン層で形成される、
請求項1~7のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The silicon-containing insulating layer is formed of a silicon oxide layer, and the silicon-containing insulating layer is formed of a silicon oxide layer.
The base layer is formed of a silicon nitride layer.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 7.
前記下地層は、炭化シリコン層、炭化窒化シリコン層の少なくともいずれかで形成される、
請求項1~7のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The silicon-containing insulating layer is formed of at least one of a silicon oxide layer and a Low-K film layer.
The underlayer is formed of at least one of a silicon carbide layer and a silicon carbide layer.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 7.
前記下地層は、タングステンで形成され、
前記部材の表面温度は、115℃~270℃の範囲において所望の温度に設定される、
請求項1~9のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 The silicon-containing insulating layer is formed of a silicon oxide layer, and the silicon-containing insulating layer is formed of a silicon oxide layer.
The underlayer is made of tungsten and is made of tungsten.
The surface temperature of the member is set to a desired temperature in the range of 115 ° C to 270 ° C.
The etching treatment method according to any one of claims 1 to 9.
請求項14に記載のエッチング処理方法。 The surface temperature of the member is set to a desired temperature in the range of 160 ° C to 230 ° C.
The etching treatment method according to claim 14.
シリコン含有絶縁層と、前記シリコン含有絶縁層の下層に配置された下地層と、前記シリコン含有絶縁層の上層に配置されたマスク層とを少なくとも有する積層膜が形成された基板を載置する載置台と、
制御部と、を有する基板処理装置であって、
前記制御部は、
前記基板を、前記載置台に載置する工程と、
フルオロカーボンガス又はハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも一方を含む処理ガスを供給する工程と、
前記シリコン含有絶縁層の材質と前記下地層の材質との組合せによって、前記処理容器内の部材のうち前記載置台の上の前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度の範囲を選択する工程と、
前記選択する工程によって選択された表面温度の範囲において前記基板と対向する部材及び前記基板の外周に設けられた部材の少なくともいずれかの表面温度を所望の温度に制御する工程と、
前記処理ガスが供給された前記処理容器内にプラズマを発生させて前記シリコン含有絶縁層をエッチングする工程と、を含む工程を制御する、
基板処理装置。 With the processing container
A substrate on which a laminated film having at least a silicon-containing insulating layer, a base layer arranged under the silicon-containing insulating layer, and a mask layer arranged on the upper layer of the silicon-containing insulating layer is placed is placed. With a stand,
A substrate processing device having a control unit and
The control unit
The process of placing the substrate on the above-mentioned table and
A step of supplying a treatment gas containing at least one of fluorocarbon gas and hydrofluorocarbon gas, and
Depending on the combination of the material of the silicon-containing insulating layer and the material of the base layer, at least one of the members in the processing container facing the substrate on the above-mentioned table and the member provided on the outer periphery of the substrate. The process of selecting one of the surface temperature ranges and
A step of controlling the surface temperature of at least one of a member facing the substrate and a member provided on the outer periphery of the substrate within the range of the surface temperature selected by the selected step to a desired temperature.
Controlling a step including a step of generating plasma in the treatment container to which the treatment gas is supplied to etch the silicon-containing insulating layer.
Board processing equipment.
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