JP3348504B2 - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JP3348504B2
JP3348504B2 JP02865794A JP2865794A JP3348504B2 JP 3348504 B2 JP3348504 B2 JP 3348504B2 JP 02865794 A JP02865794 A JP 02865794A JP 2865794 A JP2865794 A JP 2865794A JP 3348504 B2 JP3348504 B2 JP 3348504B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造等の
微細加工に適用されるドライエッチング方法に関し、特
に多層レジスト・プロセスにおいて下地材料層に対して
高選択比を維持しながら下層レジスト膜を高速異方性エ
ッチングする方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method applied to fine processing such as manufacturing of semiconductor devices, and more particularly to a lower resist film while maintaining a high selectivity with respect to an underlying material layer in a multilayer resist process. And a method for high-speed anisotropic etching of

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置のデザイン・ルールの高度な
微細化、集積回路の複雑化によるウェハの表面段差の増
大、フォトリソグラフィにおける露光波長の短波長化等
に伴い、多層レジスト・プロセスの採用が必要となって
いる。この多層レジスト・プロセスは、基体の表面段差
を吸収するに十分な厚い下層レジスト膜と、高解像度を
達成するに十分な薄い上層レジスト膜の少なくとも2種
類のレジスト膜とを組み合わせて使用する方法である。
2. Description of the Related Art A multi-layer resist process has been adopted as the design rule of a semiconductor device is becoming finer, the surface level of a wafer is increased due to the complexity of an integrated circuit, and the exposure wavelength is shortened in photolithography. Is needed. This multi-layer resist process is a method using a combination of at least two types of resist films, a lower resist film thick enough to absorb a surface step on a substrate and a thin upper resist film thin enough to achieve high resolution. is there.

【0003】良く知られた方法としては、ジャーナル・
オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー
(J.Vac.Sci.Tech.,16,p.162
0(1979))に記載された3層レジスト・プロセス
がある。これは、ウェハ上に下層レジスト膜、SOG
(スピン・オン・グラス)等の酸化シリコン(Si
)系材料からなる極めて薄い中間膜、及びフォトリ
ソグラフィにより直接にパターニングされる薄い上層レ
ジスト膜の3層の膜を使用するものである。このプロセ
スでは、まず上層レジスト膜がリソグラフィにより所定
の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその下
の中間膜がRIE(反応性イオン・エッチング)により
パターニングされ、さらにこの中間膜をマスクとして下
層レジスト膜がドライエッチングされる。
[0003] Well-known methods include journal
Of Vacuum Science and Technology (J. Vac. Sci. Tech., 16, p. 162)
0 (1979)). This is because a lower resist film, SOG
Silicon oxide (Si such as spin-on-glass)
Very thin intermediate layer consisting of O x) based material, and is to use the three layers of a thin film of the upper layer resist film is patterned directly by photolithography. In this process, first, the upper resist film is patterned into a predetermined shape by lithography, the intermediate film under the upper resist film is patterned by RIE (reactive ion etching) using the mask as a mask, and the lower resist film is patterned using the intermediate film as a mask. Is dry-etched.

【0004】上述の下層レジスト膜のドライエッチング
は、通常、Oガスを用いて行われている。このエッチ
ング機構の本質は、O(酸素ラジカル)による有機高
分子材料の燃焼反応であり、本来等方的に進行するもの
である。そこで、パターンの断面形状の劣化を防止する
ために、イオン入射エネルギーをある程度高めた条件を
採用することが必要である。つまり、低ガス圧かつ高バ
イアス・パワーといった条件下でイオンの平均自由行程
と自己バイアス電位Vdcを増大させ、大きな入射エネ
ルギーを有するイオンによるスパッタ反応の寄与を高め
て高異方性を達成する必要がある。
[0004] Dry etching of the lower resist film is usually performed using O 2 gas. The essence of this etching mechanism is a combustion reaction of the organic polymer material by O * (oxygen radical), which originally proceeds isotropically. Therefore, in order to prevent the cross-sectional shape of the pattern from deteriorating, it is necessary to adopt a condition in which the ion incident energy is increased to some extent. That is, the average free path of ions and the self-bias potential V dc are increased under the conditions of low gas pressure and high bias power, and the contribution of the sputter reaction by ions having large incident energy is increased to achieve high anisotropy. There is a need.

【0005】かかるエッチング条件の採用が、逆に多層
レジスト・プロセスの実用化を妨げる原因ともなってい
る。これは、オーバーエッチング時に下地材料層のスパ
ッタ生成物がパターン側壁に再付着してしまい、後工程
におけるその除去が困難となるからである。
[0005] Adoption of such etching conditions, on the contrary, also hinders the practical use of the multilayer resist process. This is because the sputtered product of the underlying material layer adheres again to the pattern side wall at the time of over-etching, and it becomes difficult to remove it in a later step.

【0006】かかる問題点としては、例えば、第33回
応用物理学関係連合講演会(1986年春季年会)講演
予稿集p.542,演題番号2p−Q−8に記載される
Al(アルミニウム)の再付着物の事例が知られている
が、この他にもSiO 層間絶縁膜やW(タングステ
ン)−ポリサイド配線の再付着物がダストを発生させる
等の問題を引き起こしている。
Such problems include, for example, the 33rd Federation of Applied Physics-related Lectures (Spring Annual Meeting, 1986), p. 542, a case of re-deposition of Al (aluminum) described in Abstract No. 2p-Q-8 is also known, but in addition to this, re-attachment of SiO x interlayer insulating film or W (tungsten) -polycide wiring Kimono causes problems such as generation of dust.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述のようなスパッタ
再付着を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減が
効果的であることは明白だが、これでは垂直方向のエッ
チング速度が低下してスループットが損なわれる他、前
述の等方的な燃焼反応が優勢となり、異方性が低下する
という問題が生ずる。
It is clear that reducing the incident ion energy is effective in suppressing the sputter redeposition described above, but this reduces the vertical etching rate and increases the throughput. In addition to being damaged, the above-described isotropic combustion reaction becomes dominant, which causes a problem that anisotropy is reduced.

【0008】特に、新しいプラズマとして提案されてい
るイオン密度が1011/cm以上の高密度プラズマ
を用いた場合には、エッチング反応生成物COの再解
離による異方性形状の劣化が顕著に現れ易い。すなわ
ち、ECRプラズマ(電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ)、へリコン波プラズマ、誘導結合プラズマ等のよう
な電子温度の高いプラズマ中では、レジストの燃焼反応
生成物であるCO が高真空排気流に乗ってチャンバ
外へ排出される前に、次式 CO → COx−1+ O で表される再解離反応を起こす。ここで生成したO
が、下層レジスト・パターンの異方性形状を劣化させ
る。
[0008] In particular, when a high-density plasma having an ion density of 10 11 / cm 3 or more, which is proposed as a new plasma, is used, the anisotropic shape is remarkably deteriorated due to the re-dissociation of the etching reaction product CO x. Easy to appear. That, ECR plasma (electron cyclotron resonance plasma), the silicon wave plasma, the electron temperature high plasma such as inductively coupled plasma, a combustion reaction products of the resist CO x is riding on high vacuum exhaust stream chamber Before being discharged to the outside, a re-dissociation reaction represented by the following formula CO x → CO x-1 + O * occurs. O generated here
* Deteriorates the anisotropic shape of the lower resist pattern.

【0009】この問題を解決する一方法として、側壁保
護を併用することにより、入射イオン・エネルギーを実
用的なエッチング速度を損なわない程度に低減すること
も提案されている。例えば、Cl,HBr等のハロゲ
ン系ガスとOとの混合ガスを用い、反応生成物である
CClポリマー、CBrポリマー等をパターン側壁
面に堆積させるドライエッチング方法はその一例であ
る。
As one method for solving this problem, it has been proposed to reduce the incident ion energy to the extent that the practical etching rate is not impaired by using sidewall protection in combination. For example, a dry etching method of depositing a reaction product, such as a CCl x polymer or a CBr x polymer, on a pattern side wall using a mixed gas of a halogen-based gas such as Cl 2 or HBr and O 2 is one example.

【0010】この方法は、実用的な温度領域における異
方性加工を実現できるが、下地材料層の種類によっては
添加されたハロゲン系ガスの寄与により、複雑な組成を
有する除去困難な反応生成物を堆積させるという新たな
問題を生じた。
This method can realize anisotropic processing in a practical temperature range. However, depending on the kind of the base material layer, the reaction product having a complicated composition and having a complicated composition is difficult to remove due to the contribution of the added halogen-based gas. A new problem of depositing.

【0011】例えば、第40回応用物理学関係連合講演
会(1993年春季年会)講演予稿集p.578,演題
番号30a−ZE−8には、ポリシリコン膜上の下層レ
ジスト膜をHBr/O混合ガスを用いてエッチングし
た場合に、C,O,Si,Brを構成元素とする堆積物
が異常に堆積してマイクロローディング効果を生ずる旨
が記載されている。この堆積物にはSiが含まれるた
め、エッチング終了後にOプラズマ処理等を行って除
去しようとしても、SiがSiOに変化し、パーティ
クル・レベルを悪化させる虞れが大きい。上記予稿集に
は、かかる異常な堆積がハロゲン系ガスの添加量を減じ
れば抑制できる旨も記載されている。
For example, the proceedings of the 40th Lecture Meeting on Applied Physics (Spring Annual Meeting, 1993) p. 578, Abstract No. 30a-ZE-8, a deposit containing C, O, Si, and Br as constituent elements when the lower resist film on the polysilicon film is etched using an HBr / O 2 mixed gas. It is described that the microloading effect occurs due to abnormal deposition. Since this deposit contains Si, even if an attempt is made to remove it by performing O 2 plasma treatment or the like after the end of the etching, there is a high possibility that Si will be changed to SiO x and the particle level will be deteriorated. The proceedings also state that such abnormal deposition can be suppressed by reducing the amount of the halogen-based gas added.

【0012】このように、実用的なエッチング速度、高
い下地選択性、優れた形状異方性、マイクロローディン
グ効果の抑制、パーティクルの抑制等のあらゆる条件を
いずれも満足させながら下層レジスト膜のエッチングを
行うことは容易なことではないが、ハロゲン系ガスの添
加量をゼロ若しくはできる限り少量とすることが必要で
あると考えられる。
As described above, the etching of the lower resist film is performed while satisfying all the conditions such as a practical etching rate, a high base selectivity, an excellent shape anisotropy, a suppression of a microloading effect, and a suppression of particles. Although it is not easy to perform, it is considered necessary to make the addition amount of the halogen-based gas zero or as small as possible.

【0013】一方、ECRプラズマやある種の誘導結合
プラズマについては、プラズマ生成部と基板との位置関
係によりエッチング特性が変化することが知られてい
る。
On the other hand, it is known that the etching characteristics of ECR plasma and certain types of inductively coupled plasma change depending on the positional relationship between the plasma generating unit and the substrate.

【0014】例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス第29巻4号(Japanese J
ournal of Applied Physics, vol. 29, no.4) p.79
2〜797(1990年)によると、ポリイミド層間絶
縁膜のエッチング特性をECRポジションとウェハ・ス
テージ間の距離を変化させながら検討した結果、基板
(ウェハ)がECRポジションに近づくほどイオン電流
密度が上昇してエッチング速度が増大し、異方性が向上
する。逆にECRポジションから外れると、イオンに比
べて寿命の長いラジカルが優勢となり、異方性形状が劣
化する。
For example, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 29 No. 4 (Japanese J
ournal of Applied Physics, vol. 29, no. 4) p. 79
According to 2-797 (1990), as a result of examining the etching characteristics of the polyimide interlayer insulating film while changing the distance between the ECR position and the wafer stage, the ion current density increases as the substrate (wafer) approaches the ECR position. As a result, the etching rate increases, and the anisotropy improves. Conversely, if the position deviates from the ECR position, radicals having a longer lifetime than ions become dominant, and the anisotropic shape deteriorates.

【0015】また、1993年ドライプロセス・シンポ
ジウム講演予稿集には、CF/H混合ガスを用いた
SiO層間絶縁膜のエッチング特性を、誘導結合プラ
ズマ装置のチャンバ上部の高周波アンテナとウェハ・ス
テージとの間の距離を変化させながら検討した結果が記
載されている。この記載によると、基板が高周波アンテ
ナに近いプラズマ生成領域に置かれている場合には、反
応生成物であるHFが高エネルギー電子の作用で再解離
されるため、対Si選択比は改善されない。しかし、基
板を高周波アンテナからやや離れたプラズマ拡散領域に
置くと、HFの再解離が減少する上に一部が排気される
ため、F原子濃度が低下して対Si選択比が改善され
る。
Further, in the proceedings of the 1993 Dry Process Symposium, the etching characteristics of the SiO 2 interlayer insulating film using a CF 4 / H 2 mixed gas were examined by using the high frequency antenna and wafer on the upper part of the chamber of the inductively coupled plasma apparatus. The results of examinations while changing the distance from the stage are described. According to this description, when the substrate is placed in the plasma generation region near the high-frequency antenna, the reaction product, HF, is re-dissociated by the action of high-energy electrons, and the selectivity to Si is not improved. However, if the substrate is placed in a plasma diffusion region slightly away from the high-frequency antenna, HF re-dissociation is reduced and a part is exhausted, so that the F atom concentration is reduced and the selectivity to Si is improved.

【0016】これらの事実から、ドライエッチング方法
においては、上述のようなプラズマ装置内の基板保持位
置に応じたエッチング特性変化を高選択異方性加工を利
用することが有効であると考えられる。
From these facts, in the dry etching method, it is considered effective to use high selective anisotropic processing to change the etching characteristics according to the substrate holding position in the plasma apparatus as described above.

【0017】そこで、本発明は、有機レジスト膜のドラ
イエッチングにおいて、高速性、異方性、高選択性、低
汚染性等の各条件を高いレベルで満足することが可能な
方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a method capable of satisfying, at a high level, various conditions such as high speed, anisotropy, high selectivity, and low contamination in dry etching of an organic resist film. With the goal.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
に鑑みて検討を行った結果、高密度プラズマ装置内にお
けるOの生成量がプラズマ生成部と該装置内に保持さ
れる基板との距離に応じた分布を示すことを利用し、エ
ッチング途中でこの距離を変化させることにより基板と
接触し得るOの量を変化させることが形状制御を行う
上で有効であることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。
The present inventor has conducted studies in view of the above-mentioned object, and as a result, has found that the amount of O * generated in a high-density plasma apparatus is reduced by a plasma generation unit and a substrate held in the apparatus. It is found that it is effective to perform shape control by changing the amount of O * that can come into contact with the substrate by changing this distance during etching, by utilizing the distribution according to the distance to the substrate. Thus, the present invention has been completed.

【0019】すなわち、本発明のドライエッチング方法
は、イオン密度が1011イオン/cm以上のプラズ
マを生成するプラズマ生成部を有するプラズマ装置に放
電解離条件下で酸素系活性種を生成可能なエッチング・
ガスを導入し、該プラズマ装置内に保持された基板と該
プラズマ生成部との間の距離を変化させながら該基板上
の有機レジスト膜を選択的にエッチングするものであ
る。
That is, according to the dry etching method of the present invention, etching capable of generating oxygen-based active species under a discharge dissociation condition is performed in a plasma apparatus having a plasma generation unit for generating plasma having an ion density of 10 11 ions / cm 3 or more.・
The gas is introduced, and the organic resist film on the substrate is selectively etched while changing the distance between the substrate held in the plasma device and the plasma generation unit.

【0020】ここで、有機レジスト膜は、パターニング
が溶液現像処理ではなくドライエッチングにより行われ
ることから、多層レジスト・プロセスにおける下層レジ
スト膜である。
Here, the organic resist film is a lower resist film in a multilayer resist process because the patterning is performed by dry etching instead of solution development processing.

【0021】上記距離の変化モードは、前記有機レジス
ト膜を実質的にその膜厚分だけエッチングするジャスト
エッチング工程では相対的に小とし、前記有機レジスト
膜の残余分をエッチングするオーバーエッチング工程で
は相対的に大とするモードである。この変化を実現する
手段としては、前記基板を載置する基板ステージをプラ
ズマ装置の軸方向に沿ってさせることが最も簡便であ
る。
The change mode of the distance is relatively small in the just etching step of etching the organic resist film substantially by the thickness thereof, and is relatively small in the over etching step of etching the remainder of the organic resist film. This is a mode for increasing the size. As a means for realizing this change, it is most convenient to make the substrate stage on which the substrate is mounted along the axial direction of the plasma apparatus.

【0022】上述のような高いイオン密度を有するプラ
ズマとしては、ECRプラズマ、ヘリコン波プラズマ、
誘導結合プラズマのいずれかを用いることができる。こ
のうち、誘導結合プラズマには装置構成の異なる幾つか
のタイプが知られており、代表的なものを例示すると、
円筒形チャンバの軸方向の一部を構成する絶縁シリンダ
の周囲に高周波マルチターン・アンテナを巻回した装置
内で励起されるICP(Inductively Co
upled Plasma)、チャンバ上部の絶縁プレ
ート上に渦巻き状の高周波アンテナを配設した装置内で
励起されるTCP(Transformer Coup
led Plasma)、絶縁シリンダの周囲に螺旋状
の高周波アンテナを巻回したヘリカル共振器内で励起さ
れるヘリカル共振プラズマ等である。
The plasma having a high ion density as described above includes ECR plasma, helicon wave plasma,
Any of the inductively coupled plasmas can be used. Among these, several types of inductively coupled plasmas having different device configurations are known, and typical examples are as follows.
ICP (Inductively Coated) which is excited in a device in which a high frequency multi-turn antenna is wound around an insulating cylinder constituting an axial part of a cylindrical chamber.
TCP (Transformer Cup) excited in a device in which a spiral high-frequency antenna is arranged on an insulating plate above the chamber
led Plasma), and a helical resonance plasma excited in a helical resonator in which a spiral high-frequency antenna is wound around an insulating cylinder.

【0023】なお、ECRプラズマを用いる場合には、
磁界を生成させるためのソレノイド・コイルを複数段構
成とし、各段のソレノイド・コイルへの供給電力量を制
御することによりECRポジションをチャンバ軸方向に
移動させる方法が知られている。本発明では、上述の基
板ステージの昇降と合わせてかかるECRポジションの
移動を行ってもよい。
When using ECR plasma,
There is known a method in which a solenoid coil for generating a magnetic field is configured in a plurality of stages, and the ECR position is moved in the axial direction of the chamber by controlling the amount of electric power supplied to the solenoid coil in each stage. In the present invention, the ECR position may be moved in conjunction with the elevation of the substrate stage.

【0024】本発明では上記有機レジスト膜のエッチン
グ・ガスとして、O、O、酸化炭素、酸化窒素、酸
化イオウ、硫化カルボニル(COS)から選ばれる少な
くとも1種類の化合物を含むガスを用いる。
In the present invention, a gas containing at least one compound selected from O 2 , O 3 , carbon oxide, nitrogen oxide, sulfur oxide, and carbonyl sulfide (COS) is used as the etching gas for the organic resist film.

【0025】ここで、上記酸化炭素としてはCO(一酸
化炭素),CO(二酸化炭素),C(二酸化五
炭素)を、また酸化窒素としてはNO(一酸化二窒
素),NO(一酸化窒素),N(三酸化二窒素)
を、さらに酸化イオウとしてはSO(一酸化イオウ),
SO(二酸化イオウ),SO(三酸化イオウ)を典
型的に用いることができる。
Here, CO (carbon monoxide), CO 2 (carbon dioxide) and C 5 O 2 (pentacarbon dioxide) are used as the carbon oxide, and N 2 O (dinitrogen monoxide) is used as the nitrogen oxide. , NO (nitrogen monoxide), N 2 O 3 (nitrogen trioxide)
And SO (sulfur monoxide) as sulfur oxide,
SO 2 (sulfur dioxide) and SO 3 (sulfur trioxide) can typically be used.

【0026】[0026]

【作用】一般にECRプラズマ、ヘリコン波プラズマ、
誘導結合プラズマ等の高密度プラズマ中では、プラズマ
生成部の近傍においてイオン電流密度が高く、またエッ
チング反応生成物の再解離も促進されて大量のラジカル
が生成している。しかし、プラズマ生成部から遠ざかる
につれて電子温度が下がり、これによりイオン電流密度
が低下して相対的にラジカル密度は減少する。但し、エ
ッチング反応生成物の再解離も減少するので、ラジカル
が大過剰とはならない。かかるプラズマ装置の軸方向に
沿ったプラズマ特性の変化は当然、エッチング特性にも
反映される。すなわち、プラズマ生成部近傍では高いイ
オン・エキルギーと大量に生成するラジカルを用いた高
速異方性エッチングが可能となる。一方、プラズマ生成
部から離れた場所では適正量のラジカルを用いた高選択
異方性エッチングが可能となる。
[Function] Generally, ECR plasma, helicon wave plasma,
In high-density plasma such as inductively coupled plasma, a large amount of radicals is generated due to a high ion current density in the vicinity of the plasma generating portion, and also to promote re-dissociation of an etching reaction product. However, as the distance from the plasma generation unit increases, the electron temperature decreases, thereby decreasing the ion current density and relatively decreasing the radical density. However, since the re-dissociation of the etching reaction product also decreases, the radical does not become excessive. Such a change in the plasma characteristics along the axial direction of the plasma apparatus is naturally reflected on the etching characteristics. That is, high-speed anisotropic etching using high ion energy and a large amount of generated radicals becomes possible in the vicinity of the plasma generating portion. On the other hand, in a place distant from the plasma generation unit, highly selective anisotropic etching using an appropriate amount of radicals becomes possible.

【0027】本発明は、かかる有機レジスト膜のドライ
エッチング時にプラズマ生成部と基板との間の距離を変
化させることにより、プラズマ特性の異なる領域に基板
を保持することを可能とし、それぞれの領域におけるエ
ッチングの利点を同時に得る。
According to the present invention, by changing the distance between the plasma generating portion and the substrate during the dry etching of the organic resist film, it is possible to hold the substrate in regions having different plasma characteristics. The advantages of etching are obtained at the same time.

【0028】特に、酸素系活性種を生成可能なO、O
、酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウ、硫化カルボニル
等を含むエッチング・ガスを用いて有機系材料膜をエッ
チングするプロセスでは、反応生成物としてCOが生
成し、このCOの再解離の程度に応じてプラズマの各
領域におけるO密度が変化することになる。したがっ
て、プラズマ生成部近傍に基板を保持してエッチングを
行えば、豊富なイオンとO により高速異方性エッチ
ングが可能となる。この過程は、ジャストエッチングに
適している。一方、プラズマ生成部から遠ざかった領域
に基板を保持すれば、高選択異方性エッチングが可能と
なる。この過程は、オーバーエッチングに適している。
In particular, O 2 , O capable of generating oxygen-based active species
3. In a process of etching an organic material film using an etching gas containing carbon oxide, nitrogen oxide, sulfur oxide, carbonyl sulfide, and the like, CO x is generated as a reaction product, and the degree of re-dissociation of this CO x Changes the O * density in each region of the plasma. Therefore, if etching is performed while holding the substrate in the vicinity of the plasma generating portion, high-speed anisotropic etching can be performed by abundant ions and O * . This process is suitable for just etching. On the other hand, if the substrate is held in a region away from the plasma generation unit, highly selective anisotropic etching can be performed. This process is suitable for over-etching.

【0029】かかるプラズマ生成部と基板間の距離の変
化を基板ステージの昇降により行えば、プラズマ励起条
件は何ら変更することなく、機械的操作のみによって基
板をO密度の異なるプラズマ領域に置くことができ
る。したがって、再現性及びスループットに優れたドラ
イエッチングが可能となる。
If the distance between the plasma generating unit and the substrate is changed by raising and lowering the substrate stage, the substrate can be placed in plasma regions having different O * densities only by mechanical operation without changing the plasma excitation conditions. Can be. Therefore, dry etching excellent in reproducibility and throughput can be performed.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0031】実施例1 本実施例は、本発明をSRAMのビット線加工を行うた
めの3層レジスト・プロセスに適用し、1011イオン
/cm 台のイオン密度を有するECRプラズマを利
用して2層目ポリサイド膜上の下層レジスト膜をエッチ
ングした例である。
Embodiment 1 In this embodiment, the present invention is applied to a three-layer resist process for bit line processing of an SRAM, and utilizes an ECR plasma having an ion density of the order of 10 11 ions / cm 2. This is an example in which the lower resist film on the second polycide film is etched.

【0032】まず、本実施例において用いた有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置の構成を図1に示す。
First, the configuration of a magnetic field microwave plasma etching apparatus used in this embodiment is shown in FIG.

【0033】このプラズマ・エッチング装置の基本的な
構成要素は、2.45GHzのマイクロ波を発生するマ
グネトロン1、マイクロ波を導く矩形導波管2及び円形
導波管3、上記マイクロ波を利用してECR(電子サイ
クロトロン共鳴)放電により内部にECRプラズマP
を生成させるための石英からなるベルジャ4、円形導波
管3とベルジャ4を周回するように配設され8.75×
10−2T(875G)の磁場強度を達成できるソレノ
イド・コイル5、ベルジャ4に接続され、排気孔8を通
じて、図1中矢印A方向に高真空排気されるエッチング
・チャンバ6、このエッチング・チャンバ6とベルジャ
4へ処理に必要なガスをそれぞれ図1中矢印B方向、
矢印B方向から供給するガス導入管7、ウェハWを載
置するためのウェハ・ステージ9、このウェハ・ステー
ジ9に埋設され、チラー等の冷却設備から供給される冷
媒を図1中矢印C方向、矢印C方向に循環させてウ
ェハWを所定の温度に冷却するための冷却配管10、ウ
ェハ・ステージ9に基板バイアスを印加するため、マッ
チング・ネットワーク(M/N)11等を介して接続さ
れる基板バイアス印加用RF電源12等を備える点にあ
る。
The basic components of this plasma etching apparatus are a magnetron 1 for generating a microwave of 2.45 GHz, a rectangular waveguide 2 and a circular waveguide 3 for guiding the microwave, and the microwave is utilized. Plasma E P (electron cyclotron resonance) discharge
4. A bell jar 4 made of quartz for generating the laser, and the circular waveguide 3 and the bell jar 4 are arranged so as to circumscribe the 8.75 ×
An etching chamber 6 connected to a solenoid coil 5 and a bell jar 4 capable of achieving a magnetic field intensity of 10 −2 T (875 G), and evacuated to a high vacuum in the direction of arrow A in FIG. 6 respectively in Figure 1 the gas required for processing the bell jar 4 arrow B 1 direction,
Arrow B in FIG. 1 indicates a gas introduction pipe 7 supplied from the direction of arrow 2 , a wafer stage 9 for mounting the wafer W, and a refrigerant embedded in the wafer stage 9 and supplied from a cooling facility such as a chiller. one direction, the cooling pipe 10 for cooling the wafer W to a predetermined temperature by circulating the arrow C 2 direction, for applying a substrate bias to the wafer stage 9, through a matching network (M / N) 11, etc. And an RF power supply 12 for applying substrate bias, which is connected to the power supply.

【0034】ソレノイド・コイル5は、上段側コイル5
aと下段側コイル5bに分割されており、各々独立に電
力供給を受けてベルジャ4内の磁界強度分布を制御する
ようになされている。この制御により、ECRプラズマ
の共鳴吸収点であるECRポジション13の位置を
ベルジャ4の軸方向にシフトさせることができる。ここ
で、下段側コイル5bの底面からのECRポジション1
3までの距離をhとする。
The solenoid coil 5 includes an upper coil 5
a and a lower-stage coil 5b, which are independently supplied with power to control the magnetic field intensity distribution in the bell jar 4. This control can shift the position of the ECR position 13 is a resonance absorption point of ECR plasma P E in the axial direction of the bell jar 4. Here, the ECR position 1 from the bottom surface of the lower coil 5b
A distance of up to 3, h E.

【0035】一方、ウェハ・ステージ9は、図示しない
駆動機構により図1中矢印D方向に昇降可能とされてい
る。ここで、下段側コイル5bの底面とウェハ・ステー
ジ8の表面までの距離をhとする。
On the other hand, the wafer stage 9 can be moved up and down in the direction of arrow D in FIG. 1 by a drive mechanism (not shown). Here, the distance to the bottom surface and the surface of the wafer stage 8 of the lower-stage coil 5b to h S.

【0036】したがって、ECRポジション13とウェ
ハ・ステージ9との距離dは、d=h+hで表され
る。ウェハWは、非常に薄いので、この距離dを近似的
にECRポジション13とウェハWとの距離として扱
う。
[0036] Thus, the distance d between the ECR position 13 and the wafer stage 9 is expressed by d = h E + h S. Since the wafer W is very thin, the distance d is approximately treated as the distance between the ECR position 13 and the wafer W.

【0037】この有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、実際に下層レジスト膜をエッチングし
た。
Using this magnetic field microwave plasma etching apparatus, the lower resist film was actually etched.

【0038】エッチング・サンプルとして用いたウェハ
を図2に示す。このウェハは、予めシャロー・トレンチ
型の素子分離領域22が形成されたSi基板21上にS
iOからなるゲート酸化膜を介して1層目ポリサイド
膜によるゲート電極25が形成されている。このゲート
電極25の下層側は多結晶シリコン層23、上層側はW
Si(タングステン・シリサイド)層24からなる。
さらに、ウェハの全面は例えばCVDにより堆積された
SiO層間絶縁膜26に被覆されており、その上には
2層目ポリサイド膜29が形成されている。この2層目
ポリサイド膜29は、SRAMのビット線を構成する部
分であり、下層側は多結晶シリコン層27、上層側はW
Si層28からなる。
FIG. 2 shows a wafer used as an etching sample. This wafer is formed on an Si substrate 21 on which shallow trench type element isolation regions 22 are formed in advance.
A gate electrode 25 made of a first polycide film is formed via a gate oxide film made of iO 2 . The lower side of the gate electrode 25 is a polycrystalline silicon layer 23, and the upper side is W
An Si x (tungsten silicide) layer 24 is formed.
Further, the entire surface of the wafer is coated in SiO x interlayer insulating film 26 is deposited by CVD for example, the second layer polycide film 29 is formed thereon. This second layer polycide film 29 is a portion constituting the bit line of the SRAM, and the lower layer side is a polycrystalline silicon layer 27 and the upper layer side is a W layer.
It consists of a Six layer 28.

【0039】さらに、この2層目ポリサイド膜29の上
には、これをパターニングするための下層レジスト膜3
0が全面的に形成され、さらにこの上でSOG中間膜3
1と上層レジスト膜32とがパターニングされている。
Further, on the second polycide film 29, a lower resist film 3 for patterning the second polycide film 29 is formed.
0 is formed over the entire surface, and the SOG intermediate film 3 is further formed thereon.
1 and the upper resist film 32 are patterned.

【0040】ここで、上層レジスト膜32は、一例とし
て化学増幅系のネガ型3成分レジスト(シプレー社製;
商品名SAL−601)を用いて厚さ約0.5μmの塗
膜を形成した後、KrFエキシマ・レーザ・ステッパを
用いて約0.35μmの線幅でパターニングされたもの
である。
Here, as an example, the upper resist film 32 is made of a chemically amplified negative type three-component resist (manufactured by Shipley Co .;
A film having a thickness of about 0.5 μm was formed using SAL-601 (trade name), and then patterned with a line width of about 0.35 μm using a KrF excimer laser stepper.

【0041】SOG中間膜31は、SOG(東京応化工
業社製;商品名OCD−Type2)の塗膜(膜厚約1
00nm)を上記上層レジスト膜32のパターンをマス
クとするドライエッチングによりパターニングされてい
る。このドライエッチングは、例えばRIE(反応性イ
オン・エッチング)装置を用い、CHF/O混合ガ
スを用いて行った。
The SOG intermediate film 31 is a coating film of SOG (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name: OCD-Type2) (film thickness: about 1).
00 nm) by dry etching using the pattern of the upper resist film 32 as a mask. This dry etching was performed using, for example, a RIE (reactive ion etching) apparatus and a CHF 3 / O 2 mixed gas.

【0042】さらに、下層レジスト膜30は、一例とし
てノボラック系ポジ型フォトレジスト(東京応化工業社
製;商品名OFPR−800)を用い、ウェハWの表面
段差をほぼ吸収して平坦化できる膜厚(約1.0μm)
に形成されている。
The lower resist film 30 is made of, for example, a novolak-based positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name: OFPR-800). (About 1.0 μm)
Is formed.

【0043】このウェハを上述の有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置のウェハ・ステージ9上にセット
し、一例として下記の条件により下層レジスト膜10の
ジャストエッチングを行った。
This wafer was set on the wafer stage 9 of the above-mentioned magnetic field microwave plasma etching apparatus, and just etching of the lower resist film 10 was performed under the following conditions as an example.

【0044】 O流量 20 SCCM Cl流量 5 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 200 W(800kHz) ウェハ・ステージ温度 −50 ℃(アルコール系冷媒使用) ベルジャ内温度 150 ℃ 距離h 60 mm 距離h 200 mm 距離d(=h+h) 260 mm この過程では、エッチング反応生成物としてCOが生
成するが、これはECRポジション13近傍では高い確
率で再解離を起こし、プラズマ中のO密度を高める。
上述のウェハ位置では、高密度・高エネルギーのイオン
とラジカルの寄与により高速異方性エッチングが進行し
た。
O 2 flow rate 20 SCCM Cl 2 flow rate 5 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (800 kHz) Wafer stage temperature −50 ° C. (using alcohol-based refrigerant) ) the bell jar temperature 0.99 ° C. distance h E 60 mm distance h S 200 mm distance d (= h E + h S ) 260 mm this process, although CO x is produced as an etching reaction product, which is an ECR position 13 near Re-dissociation occurs with high probability, increasing the O * density in the plasma.
At the above-described wafer position, high-speed anisotropic etching progressed due to the contribution of high-density, high-energy ions and radicals.

【0045】なお、Clは、ウェハ冷却条件下でカー
ボン系ポリマーの側壁保護膜(図示せず。)の堆積を促
進するために少量添加されているものである。
It should be noted that a small amount of Cl 2 is added to promote the deposition of the carbon-based polymer side wall protective film (not shown) under the wafer cooling condition.

【0046】続いて、一例として下記の条件で下層レジ
スト膜30の残余部を除去するためのオーバーエッチン
グを行った。
Subsequently, as one example, overetching was performed under the following conditions to remove the remaining portion of the lower resist film 30.

【0047】 O流量 20 SCCM Cl流量 2 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) RFバイアス・パワー 200 W(800kHz) ウェハ・ステージ温度 −50 ℃(アルコール系冷媒使用) ベルジャ内温度 150 ℃ 距離h 90 mm 距離h 300 mm 距離d(=h+h) 390 mm この過程では、ウェハWとECRポジション13との間
の距離をジャストエッチング時に比べて拡大した。この
ウェハ位置では、COの再解離はそれほど多くはない
ため、O 生成量が大過剰とはならず、したがって異
方性形状を損なうことなく高速高選択エッチングが進行
した。この結果、図3に示されるように、異方性形状を
有する下層レジスト・パターン30aを形成することが
できた。
O 2 flow rate 20 SCCM Cl 2 flow rate 2 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) RF bias power 200 W (800 kHz) Wafer stage temperature −50 ° C. (using alcohol-based refrigerant) ) the bell jar temperature 0.99 ° C. distance h E 90 mm distance h S 300 mm distance d (= h E + h S ) 390 mm this process, expanded than the distance between the wafer W and the ECR position 13 at just etching . At this wafer position, the re-dissociation of CO x was not so large, so that the amount of O * generated did not become excessively large, and thus the high-speed and high-selective etching proceeded without damaging the anisotropic shape. As a result, as shown in FIG. 3, a lower resist pattern 30a having an anisotropic shape could be formed.

【0048】なお、このオーバーエッチング工程ではジ
ャストエッチング工程におけるよりもCl流量を下げ
ているが、これは上述のように距離dの調節を通じてO
の少ない条件下でエッチングを行うようにしたこと
で、側壁保護膜をそれほど大幅に強化する必要がなくな
ったからである。Clは下地のWSi層28を浸触
するため、このように流量を低減できることは下地選択
性を確保する観点からも極めて有利である。
In this over-etching step, the flow rate of Cl 2 is lower than in the just-etching step, but this is achieved by adjusting the distance d as described above.
This is because the etching is performed under the condition of less * , so that it is not necessary to reinforce the sidewall protective film so much. Cl 2 is to Hitasawa the WSi x layer 28 of the underlying, it is very advantageous from the viewpoint of securing underlayer selectivity which can thus reduce the flow rate.

【0049】実施例2 本実施例では、同様の下層レジスト膜30のエッチング
を、1012イオン/cm台のイオン密度を有するI
CPを用いて行った。
Embodiment 2 In this embodiment, the same etching of the lower resist film 30 is carried out by an ion implantation having an ion density of the order of 10 12 ions / cm 2.
Performed using CP.

【0050】まず、本実施例において用いたICPエッ
チング装置の構成を図4に示す。
First, the configuration of the ICP etching apparatus used in the present embodiment is shown in FIG.

【0051】この装置は、円筒形のエッチング・チャン
バ46、このエッチング・チャンバ46の天井部を構成
し、プラズマに対して大面積のDC接地電極として機能
する導電性の上蓋41、エッチング・チャンバ46の軸
方向の一部を構成する石英シリンダ44、この石英シリ
ンダ44を周回する非共鳴型のマルチターン・アンテナ
45、このマルチターン・アンテナ45に第1のマッチ
ング・ネットワーク(M/N)42を介して接続される
プラズマ励起用RF電源43、エッチング・チャンバ4
6の内部を、図4中矢印E方向に高真空排気するために
外部の排気系統へ接続される排気孔50、エッチング・
チャンバ46内へ図4中矢印F方向からエッチング・ガ
スを導入するガス供給管47、ウェハWを載置するウェ
ハ・ステージ48、このウェハ・ステージ48上にウェ
ハWを固定するためのアルミナ製のクランプ49、ウェ
ハ・ステージ48にインピーダンス整合用の第2のマッ
チング・ネットワーク(M/N)52を介して容量結合
される基板バイアス印加用RF電源53、ウェハ・ステ
ージ48の内部に矢印G,G方向に冷媒を供給・循
環させることによりウェハWを冷却するための冷却配管
51等を主な構成要素とする。
This apparatus comprises a cylindrical etching chamber 46, a ceiling part of the etching chamber 46, a conductive top lid 41 functioning as a large-area DC ground electrode for plasma, and an etching chamber 46. , A non-resonant multi-turn antenna 45 orbiting the quartz cylinder 44, and a first matching network (M / N) 42 on the multi-turn antenna 45. RF power supply 43 for plasma excitation and etching chamber 4 connected via
6, an exhaust hole 50 connected to an external exhaust system to evacuate the interior of the chamber 6 in the direction of arrow E in FIG.
A gas supply pipe 47 for introducing an etching gas into the chamber 46 from the direction of arrow F in FIG. 4, a wafer stage 48 on which the wafer W is mounted, and an alumina tube for fixing the wafer W on the wafer stage 48. Clamp 49, RF power supply 53 for applying substrate bias capacitively coupled to wafer stage 48 via a second matching network (M / N) 52 for impedance matching, arrows G 1 , by supplying and circulating the refrigerant in the G 2 direction as a main component a cooling pipe 51 or the like for cooling the wafer W.

【0052】プラズマ励起用RF電源43と基板バイア
ス印加用RF電源53のRF周波数は、両者間の干渉を
防止するために互いに若干ずれた値に設定されており、
一例として前者を2.2MHz、後者を2.0MHzと
した。
The RF frequencies of the plasma excitation RF power supply 43 and the substrate bias application RF power supply 53 are set to values slightly shifted from each other in order to prevent interference between them.
As an example, the former was 2.2 MHz, and the latter was 2.0 MHz.

【0053】ウェハ・ステージ48は、図示されない駆
動機構により図4中矢印H方向に昇降可能とされてい
る。ここでは、マルチターン・アンテナ45と下端とウ
ェハ・ステージ48のウェハ載置面との間の距離h
を、O密度を制御するパラメータとする。
The wafer stage 48 can be moved up and down in the direction of arrow H in FIG. 4 by a driving mechanism (not shown). Here, the distance h between the multi-turn antenna 45 and the lower end and the wafer mounting surface of the wafer stage 48 is set.
Let I be a parameter that controls the O * density.

【0054】かかる構成において、プラズマ励起用RF
電源43からアンテナ45に高周波を印加すると、誘導
された磁界中で電子が電極とほぼ平行な面内で回転して
ガス分子との衝突確率が高められ、この結果、1012
イオン/cm台の高イオン密度を有する誘導結合プラ
ズマP が生成される。
In such a configuration, the plasma excitation RF
When a high frequency is applied from the power supply 43 to the antenna 45, electrons rotate in a plane substantially parallel to the electrodes in the induced magnetic field, and the collision probability with gas molecules is increased. As a result, 10 12
Inductively coupled plasma P I is generated which has a high ion density of two ions / cm.

【0055】次に、上述のICPエッチング装置を用
い、実施例1で用いたものと同じサンプル・ウェハに対
し、一例として下記の条件で下層レジスト膜30のジャ
ストエンチングを行った。
Next, using the above-described ICP etching apparatus, just-etching of the lower resist film 30 was performed on the same sample wafer as that used in Example 1 under the following conditions as an example.

【0056】 CO流量 50 SCCM ガス圧 0.27 Pa アンテナ出力 1200 W(2.2 MHz) RFバイアス・パワー 200 W(2.0 MHz) ウェハ・ステージ温度 −20 ℃(アルコール系冷媒使用) 距離h 50 mm この過程では、ウェハWが誘導結合プラズマP中のO
密度の比較的高い領域に置かれるため、高速異方性エ
ッチングが進行した。
CO flow rate 50 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Antenna output 1200 W (2.2 MHz) RF bias power 200 W (2.0 MHz) Wafer stage temperature −20 ° C. (using alcohol-based refrigerant) Distance h I 50 mm in this process, O in the wafer W is inductively coupled plasma P I
* High-speed anisotropic etching proceeded because it was placed in a relatively high density region.

【0057】このとき、ICPエッチング装置が上蓋4
1にヒータを内蔵する装置であれば、エッチング中にこ
のヒータを作動させることにより、チャンバ壁への炭素
系ポリマーの堆積を抑制してパーティクルを低減すると
共に、ウェハW上で効率良く側壁保護膜を形成すること
ができる。
At this time, the ICP etching apparatus is
In the case of a device having a built-in heater, by operating the heater during etching, the deposition of the carbon-based polymer on the chamber wall is suppressed to reduce particles, and the sidewall protective film is efficiently formed on the wafer W. Can be formed.

【0058】続いて、ウェハ・ステージ48を下降させ
て距離hを200mmとした他は同じ条件で、オーバ
ーエッチングを行った。この過程では、ウェハWがO
密度の比較的低い領域に置かれるため、高選択異方性
エッチングを行うことができた。最終的には実施例1と
同様、良好な異方性形状を有する下層レジスト・パター
ン30aを形成することができた。
[0058] Subsequently, except that the distance h I lowers the wafer stage 48 was set to 200mm in the same conditions, were carried out over-etching. In this process, the wafer W is O *
Since it was placed in a region having a relatively low density, highly selective anisotropic etching could be performed. Finally, as in Example 1, the lower resist pattern 30a having a favorable anisotropic shape could be formed.

【0059】このように、プラズマ励起条件を何ら変更
することなく、ウェハ・ステージ48の機械的な昇降の
みでエッチング特性を変更できることは、本発明の極め
て優れた利点である。
As described above, the fact that the etching characteristics can be changed only by mechanically raising and lowering the wafer stage 48 without changing the plasma excitation conditions is an extremely excellent advantage of the present invention.

【0060】実施例3 本実施例では、同様の下層レジスト膜30のエッチング
を、1013/cm台のイオン密度を有するヘリコン
波プラズマを用いて行った。
Embodiment 3 In this embodiment, the same etching of the lower resist film 30 was performed by using helicon wave plasma having an ion density of the order of 10 13 / cm 3 .

【0061】まず、本実施例で用いたヘリコン波プラズ
マ・エッチング装置の構成を図5に示す。
First, the configuration of the helicon wave plasma etching apparatus used in this embodiment is shown in FIG.

【0062】この装置のプラズマ生成部は、内部にヘリ
コン波プラズマPを生成させるための石英からなるベ
ルジャ61、このベルジャ61を周回する2個のループ
を有し、RFパワーをプラズマへカップリングさせるた
めのループ・アンテナ62、チャンバ61を周回するご
とく設けられ、チャンバ61の軸方向に沿った磁界を生
成させるソレノイド・コイル63等を主な構成要素とす
る。
[0062] The plasma generation unit of the apparatus, a bell jar 61 made of quartz for generating the helicon wave plasma P H therein has two loops circling the bell jar 61, the coupling of RF power to the plasma The main components are a loop antenna 62 for causing the magnetic field to rotate, and a solenoid coil 63 provided around the chamber 61 to generate a magnetic field along the axial direction of the chamber 61.

【0063】ここで、ソレノイド・コイル63はさら
に、主としてヘリコン波の伝搬に寄与する内周側ソレノ
イド・コイル63a、及び主としてヘリコン波プラズマ
の輸送に寄与する外周側ソレノイド・コイル63b
から構成される。
[0063] Here, the solenoid coil 63 further mainly helicon wave contributes inner side solenoid coil 63a to the propagation of, and mainly helicon wave plasma P H periphery side solenoid coil 63b contribute to the transport of
Consists of

【0064】ループ・アンテナ62にはプラズマ励起用
RF電源74からインピーダンス整合用の第1のマッチ
ング・ネットワーク(M/N)73を通じて高周波が印
加され、上下2個のループには互いに逆回り方向の電流
が流れる。ここでは、プラズマ励起用RF電源74の周
波数を、13.56MHzとした。なお、両ループ間の
距離は、所望のヘリコン波の波数に応じて最適化されて
いる。
A high frequency is applied to the loop antenna 62 from the RF power supply 74 for plasma excitation through the first matching network (M / N) 73 for impedance matching, and the upper and lower two loops have opposite directions. Electric current flows. Here, the frequency of the plasma excitation RF power supply 74 was 13.56 MHz. The distance between the two loops is optimized according to the desired helicon wave number.

【0065】ベルジャ61はエッチング・チャンバ67
に接続され、内周側ソレノイド・コイル63aと外周側
ソレノイド・コイル63bが形成する発散磁界に沿って
エッチング・チャンバ67の内部へヘリコン波プラズマ
を引き出す。エッチング・チャンバ67の側壁面及
び底面は、ステンレス鋼等の導電性材料を用いて構成さ
れている。その内部は、図示しない排気系統により排気
孔68を通じて図5中矢印I方向に高真空排気されてお
り、上部の天板部分に開口されるガス供給管65より図
5中矢印J方向にドライエッチングに必要なガスの供給
を受ける。また、その側壁面においてゲート・バルブ6
6を介し、例えば図示されないロード・ロック室に接続
されている。
The bell jar 61 has an etching chamber 67.
Connected to which draws helicon wave plasma P H along a divergent magnetic field inner circumferential side solenoid coil 63a and the outer solenoid coil 63b is formed into the interior of the etching chamber 67. The side wall surface and the bottom surface of the etching chamber 67 are formed using a conductive material such as stainless steel. The inside thereof is evacuated to high vacuum in the direction of arrow I in FIG. 5 through an exhaust hole 68 by an exhaust system (not shown), and is dry-etched in the direction of arrow J in FIG. Required gas supply. Further, the gate valve 6 is provided on the side wall surface.
For example, it is connected to a load lock chamber (not shown).

【0066】さらに、エッチング・チャンバ67の内部
には、その壁面から電気的に絶縁された導電性のウェハ
・ステージ69が収容され、この上にウェハWを保持し
て所定のドライエッチングを行うようになされている。
上記ウェハ・ステージ69には、プロセス中のウェハW
を所望の温度に維持するために、図示しないチラーから
冷媒の供給を受け、これを図5中矢印K方向、矢印K
方向に循環させるための冷却配管70が挿通されてい
る。
Further, inside the etching chamber 67, a conductive wafer stage 69 electrically insulated from the wall surface is accommodated, and a predetermined dry etching is performed while holding the wafer W thereon. Has been made.
The wafer stage 69 is provided with the wafer W during the process.
In order to maintain the desired temperature, supplied with refrigerant from a chiller (not shown), in Figure 5 this arrow K 1 direction, arrow K
A cooling pipe 70 for circulation in two directions is inserted.

【0067】ウェハ・ステージ69には、ヘリコン波プ
ラズマP中から入射するイオンのエネルギーを制御す
るために、第2のマッチング・ネットワーク(M/N)
71を介して基板バイアス印加用RF電源72が接続さ
れている。ここでは、この基板バイアス印加用RF電源
72の周波数を13.56MHzとした。
[0067] The wafer stage 69 in order to control the energy of ions incident from in helicon wave plasma P H, a second matching network (M / N)
An RF power supply 72 for applying a substrate bias is connected via the switch 71. Here, the frequency of the substrate bias applying RF power supply 72 was 13.56 MHz.

【0068】さらに、エッチング・チャンバ67の外部
には、ウェハ・ステージ69近傍における発散磁界を収
束させるために、補助磁界生成ウェハ・ステージとして
マルチカスプ磁場を生成可能なマグネット64が配設さ
れている。
Further, a magnet 64 capable of generating a multi-cusp magnetic field as an auxiliary magnetic field generation wafer stage is provided outside the etching chamber 67 in order to converge a divergent magnetic field near the wafer stage 69.

【0069】ウェハ・ステージ69は、図示されない駆
動機構により図5中矢印L方向に昇降可能とされてい
る。ここでは、ベルジャ61下端とウェハ・ステージ6
9のウェハ載置面との間の距離hを、O密度を制御
するパラメータとする。
The wafer stage 69 can be moved up and down in the direction of arrow L in FIG. 5 by a driving mechanism (not shown). Here, the lower end of the bell jar 61 and the wafer stage 6
The distance h H between the wafer mounting surface 9, a parameter for controlling the O * density.

【0070】かかる構成において、ベルジャ61の内部
空間に磁場を形成し、さらにこのベルジャ61に巻回さ
れるループ・アンテナ62に高周波を印加してベルジャ
61内にヘリコン波を生成させると、このヘリコン波か
らランダウ減衰の過程を通じたエネルギー輸送により電
子が加速され、この加速された電子がガス分子に衝突し
て高密度プラズマが生成する。ヘリコン波プラズマで
は、おおよそ1013/cm台の高いイオン密度を達
成することができる。
In this configuration, when a magnetic field is formed in the internal space of the bell jar 61 and a high frequency is applied to the loop antenna 62 wound around the bell jar 61 to generate a helicon wave in the bell jar 61, Electrons are accelerated by energy transfer from the wave through Landau damping, and the accelerated electrons collide with gas molecules to generate high-density plasma. The helicon wave plasma, it is possible to achieve a high ion density of approximately 10 13 / cm 3 units.

【0071】次に、このヘリコン波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、実施例1で用いたものと同じサンプル・
ウェハに対し、一例として下記の条件で下層レジスト膜
30のジャストエッチングを行った。
Next, using this helicon wave plasma etching apparatus, the same sample as that used in Example 1 was used.
The wafer was subjected to just etching of the lower resist film 30 under the following conditions as an example.

【0072】 NO流量 20 SCCM ガス圧 0.1 Pa アンテナ出力 2000 W(13.56 MHz) RFバイアス・パワー 200 W(13.56 MHz) ウェハ・ステージ温度 −30 ℃(アルコール系冷媒使用) 距離h 250mm この過程では、ウェハWがヘリコン波プラズマP中の
密度の比較的高い領域に置かれるため、高速異方性
エッチングが進行した。
NO 2 flow rate 20 SCCM Gas pressure 0.1 Pa Antenna output 2000 W (13.56 MHz) RF bias power 200 W (13.56 MHz) Wafer stage temperature −30 ° C. (using alcoholic refrigerant) Distance h H 250 mm in this process, since the wafer W is placed in a relatively high area of the O * density in helicon wave plasma P H, high speed anisotropic etching has progressed.

【0073】続いて、ウェハ・ステージ69を下降させ
てベルジャ−ウェハ・ステージ間距離hを450mm
とした他は同じ条件で、オーバーエッチングを行った。
この過程では、ウェハWがO密度の比較的低い領域に
置かれるため、高選択異方性エッチングを行うことがで
きた。最終的には実施例1と同様、良好な異方性形状を
有する下層レジスト・パターン30aを形成することが
できた。
[0073] Subsequently, lowers the wafer stage 69 the bell jar - a distance h H between the wafer stage 450mm
The over-etching was performed under the same conditions except for the above.
In this process, since the wafer W was placed in a region having a relatively low O * density, highly selective anisotropic etching could be performed. Finally, as in Example 1, the lower resist pattern 30a having a favorable anisotropic shape could be formed.

【0074】このように、プラズマ励起条件を何ら変更
することなく、ウェハ・ステージ69の機械的な昇降の
みでエッチング特性を変更できることは、本発明の極め
て優れたメリットである。
As described above, it is an extremely excellent merit of the present invention that the etching characteristics can be changed only by mechanically raising and lowering the wafer stage 69 without changing the plasma excitation conditions.

【0075】なお、本発明は、上述した実施例に何ら限
定されるものではなく、例えば、上記実施例ではエッチ
ング・ガスとしてO,CO,NOを用いたが、これ
ら以外の酸化炭素や酸化窒素、さらには酸化イオウや硫
化カルボニルを用いても同様の結果が得られる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, O 2 , CO, and NO 2 are used as the etching gas. Similar results can be obtained by using nitrogen oxide, sulfur oxide or carbonyl sulfide.

【0076】この他、サンプル・ウェハの構成、エッチ
ング装置の種類や構成、エッチング条件等が適宜変更可
能であることは、言うまでもない。
In addition, it goes without saying that the configuration of the sample wafer, the type and configuration of the etching apparatus, the etching conditions, and the like can be appropriately changed.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、プラズマ励起条件を何ら変更することな
く、機械的操作のみによって基板をO密度の異なるプ
ラズマ領域に置き、再現性及びスループットに優れるド
ライエッチングを行うことが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the substrate is placed in the plasma regions having different O * densities only by mechanical operation without changing the plasma excitation conditions, and the reproducibility is improved. In addition, it becomes possible to perform dry etching which is excellent in throughput.

【0078】特に、3層レジスト・プロセスにおける下
層レジスト膜の高速高選択異方性エッチングが可能とな
ることから、本発明は該プロセスの実用化を図ることが
できる。
In particular, since the high-speed and highly selective anisotropic etching of the lower resist film in the three-layer resist process can be performed, the present invention can realize the practical use of the process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のドライエッチング方法に用いる有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置の構成例を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of a magnetic field microwave plasma etching apparatus used in a dry etching method of the present invention.

【図2】SRAMのビット線加工用のレジスト・パター
ンの形成プロセスにおいて、上層レジスト膜のパターン
をマスクとしてSOG中間膜をエッチングした状態を示
す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where an SOG intermediate film is etched using a pattern of an upper resist film as a mask in a process of forming a resist pattern for processing a bit line of an SRAM.

【図3】図2の下層レジスト膜が異方的にエッチングさ
れ、下層レジスト・パターンが形成された状態を表す模
式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a lower resist film of FIG. 2 is anisotropically etched to form a lower resist pattern.

【図4】本発明のドライエッチング方法に用いるICP
エッチング装置の構成例を示す概略断面図である。
FIG. 4 is an ICP used in the dry etching method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating a configuration example of an etching apparatus.

【図5】本発明のドライエッチング方法に用いるヘリコ
ン波プラズマ・エッチング装置の構成例を示す概略断面
図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration example of a helicon wave plasma etching apparatus used in the dry etching method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マグネトロン、 4,61 ベルジャ、 5,63
ソレノイド・コイル、 6,46,67 エッチング
・チャンバ、 9,48,69 ウェハ・ステージ、
12,53,72 基板バイアス印加用RF電源、 1
3 ECRポジション、 30 下層レジスト膜、 3
0a 下層レジスト・パターン、 31SOG中間膜、
32 上層レジスト膜、 45 マルチターン・アン
テナ、43,74 プラズマ励起用RF電源、 44
石英シリンダ、 62 ループ・アンテナ、 P
CRプラズマ、 P 誘導結合プラズマ、 Pヘリ
コン波プラズマ、 W ウェハ
1 magnetron, 4,61 beruja, 5,63
Solenoid coil, 6, 46, 67 Etching chamber, 9, 48, 69 Wafer stage,
12, 53, 72 RF power supply for applying substrate bias, 1
3 ECR position, 30 lower resist film, 3
0a lower resist pattern, 31 SOG intermediate film,
32 Upper resist film, 45 Multi-turn antenna, 43, 74 RF power supply for plasma excitation, 44
Quartz cylinder, 62 loop antenna, P E E
CR plasma, P I inductively coupled plasma, P H helicon wave plasma, W wafer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 イオン密度が1011イオン/cm
上のプラズマを生成するプラズマ生成部を有するプラズ
マ装置に放電解離条件下で酸素系活性種を生成可能なエ
ッチング・ガスを導入し、該プラズマ装置内に保持され
た基板と該プラズマ生成部との間の距離を変化させなが
ら該基板上の有機レジスト膜を選択的にエッチングする
多層レジストプロセスにおける下層レジストのドライエ
ッチング方法において、 前記距離を、前記有機レジスト膜を実質的にその膜厚分
だけエッチングするジャストエッチング工程では相対的
に小とし、前記有機レジスト膜の残余分をエッチングす
るオーバーエッチング工程では相対的に大とすることを
特徴とするドライエッチング方法。
An etching gas capable of generating an oxygen-based active species under a discharge dissociation condition is introduced into a plasma apparatus having a plasma generation section for generating a plasma having an ion density of 10 11 ions / cm 3 or more. The organic resist film on the substrate is selectively etched while changing the distance between the substrate held in the apparatus and the plasma generating unit
In the method for dry etching a lower resist in a multilayer resist process , the distance is relatively small in a just etching step of etching the organic resist film substantially by the thickness thereof, and the remainder of the organic resist film is etched. A relatively large over-etching step.
【請求項2】 前記距離を、前記基板を載置する基板ス
テージを前記プラズマ装置の軸方向に沿って昇降させる
ことにより変化させることを特徴とする請求項1記載の
ドライエッチング方法。
2. The dry etching method according to claim 1, wherein the distance is changed by raising and lowering a substrate stage on which the substrate is mounted along an axial direction of the plasma device.
【請求項3】 前記プラズマは、ECRプラズマ、ヘリ
コン波プラズマ、誘導結合プラズマのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載のドライエッチング
方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the plasma is any one of ECR plasma, helicon wave plasma, and inductively coupled plasma.
【請求項4】 前記エッチング・ガスは、O、O
酸化炭素、酸化窒素、酸化イオウ、硫化カルボニルから
選ばれる少なくとも1種類の化合物を含むことを特徴と
する請求項1乃至3のいずれか1記載のドライエッチン
グ方法。
4. An etching gas comprising: O 2 , O 3 ,
4. The dry etching method according to claim 1, comprising at least one compound selected from the group consisting of carbon oxide, nitrogen oxide, sulfur oxide, and carbonyl sulfide.
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