JP3660582B2

JP3660582B2 - Plasma etching processing equipment

Info

Publication number: JP3660582B2
Application number: JP2000368746A
Authority: JP
Inventors: 智行田村; 主人高橋; 宗雄古瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2002170819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング処理装置にかかり、特にエッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を防止したプラズマエッチング処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、量産用のエッチング処理装置では、例えば連続して数枚以上の基板をエッチング処理する場合、エッチング処理枚数を重ねるにつれて、処理室内の温度や壁面状態が変化し、該変化に伴い基板のエッチング特性が変化する場合があった。このような場合には、エッチング処理する前にエッチング処理条件と同じ条件でダミー放電を行い、処理室内の状態を安定化させるという手段がとられる場合がある。例えば、特開平１０−１２５９８号に見られるように、エッチング処理する前にダミー放電を２０分行う場合がある。
【０００３】
また、本発明者によって、特願平１１−２５８２４２号として提案されているプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法においては、シリコン酸化膜あるいは窒化シリコンを、炭素原子やフッ素原子を含むガスによるプラズマでエッチングする工程が示されている。この工程においては、処理室内の石英部品を高温にすることで石英部品上の堆積物を起因とする異物の発生と、エッチング特性の変動を抑制できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−１２５９８号に示される装置では、エッチング条件設定のための試験などで数枚のエッチングを数分から数十分の時間間隔で頻繁に行う場合においては、決められた時間のダミー放電を毎回行うとダミー放電に要する時間の割合がエッチング時間に比べて長くなり、装置のスループット向上に対して負担になる。
【０００５】
また、特願平１１−２５８２４２号に示す装置では、処理室内の石英部品を高温にすることで石英部品上の堆積物を起因とする異物の発生と、エッチング特性の変動を抑制できるが、プラズマによる石英部品の加熱に数分を要す場合があり、上記と同様に装置のスループット向上に対して負担になる。
【０００６】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、エッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を防止し、また、ダミー放電によりエッチング特性の安定化を図ったプラズマエッチング処理装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【０００８】
真空処理室、該真空処理室内に配置した上部アンテナ電極および被処理基板を載置する下部電極、前記上部アンテナ電極および下部電極にそれぞれ高周波電力を供給する高周波電源、並びに真空処理室内のエッチング条件を設定してエッチング処理を制御する制御盤を備え、前記処理室内にプラズマ放電を生成して被処理基板をエッチング処理するプラズマエッチング処理装置において、
前記制御盤は、エッチング処理終了後の放置時間に対する前記処理室内部品の温度低下を表す温度低下データ、及びダミー放電開始後の経過時間に対する前記処理室内部品の温度上昇を表す温度上昇データをそれぞれ格納した対応表を備え、該対応表をもとに放置時間に対するダミー放電処理時間を割り出し、割り出した時間だけ、正規のエッチング処理に先んじてダミー放電処理を行う。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置の処理フローを示す図である。まず、操作者はエッチングレシピを設定し（ステップ１００）、エッチング処理の開始を装置に指示する（ステップ１０１）。エッチング装置は開始を指示された現在の時刻と前回のエッチング処理が終了した時刻を比較して時間間隔を割り出し（ステップ１０２）、その時間間隔からダミー放電を実施するかどうか、実施する場合は何分実施するかを決めダミー放電を行う（ステップ１０３）。その後連続して有用な基板を搬送し、正規のエッチング処理を行う（ステップ１０４）。設定した一枚または複数枚の有用な基板のエッチング処理が終わった時点で、その時刻を制御コンピュータに記憶しておく（ステップ１０５）。
【００１０】
ステップ１０３における、前記時間間隔からダミー放電の実施の要否を決める方法を以下に示す。まず直前のエッチング処理が終了してから次のエッチング処理を開始するまでの時間間隔と、エッチング処理再開直後のエッチング特性の相関を調べ、エッチング特性の変動が許容範囲に収まる時間間隔を前もって把握しておく。そして前記時間間隔がその時間間隔未満であればダミー放電を実施せず、その時間間隔以上であれば一定時間のダミー放電を実施した後、次のエッチング処理を実施する。
【００１１】
前記ダミー放電行う場合には、あらかじめ装置にセットしておいたダミー放電用の基板をエッチング室に搬送し、ダミー放電を実施する。また、基板をエッチング室にセットしない状態でダミー放電を行ってクリーニングをかねることができる。この場合は、ダミー基板の節約や搬送時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
次に本発明のプラズマエッチング処理方法をシリコン酸化膜プラズマエッチング装置に適用した例を図２および図３により説明する。
【００１３】
図２は、本実施形態にかかるシリコン酸化膜のプラズマエッチング処理装置を示す図である。本実施形態にかかるエッチング装置は、真空処理室２００の外側に真空処理室２００内に磁場を作るためのコイル２０１がある。また真空処理室２００の上方に平板状のアンテナ電極２１１、下方に下部電極２３０があり、下部電極２３０に被処理基板２３１を載せる構造になっている。また、処理室に酸素、ＣＦ系ガス（例えばＣ_５Ｆ_８）、Ａｒガスを導入する配管がなされている（図示略）。導入されたガスは、真空処理室２００下方の真空室２０５に接続された圧力制御手段２０７を通り、真空排気系２０６により排気される。また、プラズマ２０８を生成したり、部品や被処理基板２３１に高周波バイアスをかける為に、高周波電源２２０、２４０から発生した高周波をマッチング回路・フィルタ回路２２１、２４１を介して、アンテナ電極２１１および下部電極２３０に印加できる。アンテナ電極２１１に接続している高周波電源２２０は、たとえば４５０ＭＨｚの高周波を発生でき、コイル２０１により作られた１６０ガウスの磁場と共鳴し高密度のプラズマを生成することができる。また下部電極２３０に接続している高周波電源２４０は、たとえば８００ｋＨｚの高周波を発生でき、被処理基板２３１に入射するイオンエネルギーを制御できる。また複数枚の被処理基板を自動搬送して、１枚づつプラズマ処理し、連続して数十枚以上処理ができる（図示略）。
【００１４】
処理室内の石英部品としては、アンテナ電極２１１の周辺部に上部石英リング２０３が、また下部電極２３０の周りに電極石英カバー２０４が設置してある。上部石英リング２０３は、プラズマに接触する部分を３ｍｍの板状にし、その外側の厚い誘電体部品２１２とは別パーツで作り、前記石英リング２０３を誘電体部品２１２とは断熱構造にし、エッチング処理中は高温に保たれるようにしている。上部石英リング２０３はエッチング処理中に被処理基板２３１に近いため、その温度はエッチング特性に及ぼす影響が大きい。
【００１５】
図３は、プラズマエッチング処理装置の処理方法を説明する図である。まず、上部石英リング２０３に試験的に温度計を取り付けておき、代表的なエッチング条件で連続処理３０１した後、放電を停止して放置し、上部石英リング２０３の温度低下３０２を測定する。
【００１６】
また、上部石英リング２０３の温度が十分下がった処理休止状態３０３から、代表的なダミー放電条件でダミー放電３０４を行い、上部石英リング２０３の温度上昇３０５を測定する。本実施形態における標準的ダミー放電は１０分であった。上記の温度データを基に、温度計を付けていない実際のエッチング処理を行うことができる。すなわち、まず、エッチング処理開始を装置に指示した時点で、前回のエッチング処理終了時刻とエッチング処理開始時刻の時間間隔がｔ１であった場合、図３（ａ）に示したエッチング連続処理終了後の温度低下データ３０２を基にエッチング処理開始時点の部品温度（例えば石英リング２０３の温度）Ｔ１を予測する。そして図３（ｂ）に示したダミー放電開始後の温度上昇データ３０５により、その部品温度からダミー放電終了時の温度Ｔ２に上げるために要する時間ｔｄを割り出す。そして直ちにダミー基板を真空処理室に搬送し、ダミー放電を時間ｔｄ実施し、次に有用な基板のエッチング処理を実行する。本実施形態によって上部石英リング２０３の温度をエッチング処理中に常に一定レベルの高温に保つことが可能となり、これによりエッチング特性の安定性が確保でき、石英への反応生成物の堆積を抑制し異物の発生を抑えられる。
【００１７】
特に絶縁膜のエッチングを行う場合、例えば、前記被処理基板として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜あるいはこれらの膜の少なくともひとつの膜を含んだ多層膜をからなる基板を用い、前記プラズマとして少なくともフッ素、炭素および酸素を含むガスを用いる場合は、基板に付着するガス種の量とエッチングで除去される量がバランスして最適の条件でエッチングすることができる。
【００１８】
また、温度低下データ３０２と温度上昇データ３０５を基にダミー放電時間を割り出す方法に関しては、上記の実施例の他に、あらかじめ時間間隔ｔ１とダミー放電時間ｔｄの対応表を作成してもよく、温度データを多項式や指数関数式で近似して計算することも可能である。また、種々のエッチング処理条件やダミー放電条件に対して図３に示したような温度低下データや温度上昇データを前もって取得しておき、実際のエッチング処理では、条件に応じて適切なデータを選択してダミー放電時間を決めるとエッチング特性をより安定化することが可能である。
【００１９】
上記のように温度変化を模擬する試験を行い、それに基づき温度を予測する方法は、実際の有用な基板を正規に処理する時に真空処理室内の部品を温度測定することができない場合には有効である。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置を示す図である。図において、真空処理室２００の上部には温度センサ４００が組み込まれており、石英リング２０３の温度の測定値が制御コンピュータ４０２に送られる。制御コンピュータ４０２は、制御盤４０１を通じてあらかじめ設定された管理値と前記温度の測定値を比較して、ダミー放電の開始や終了などの信号を高周波電源２２０，２４０に送信して放電時間を制御する。温度センサ４００には、たとえば放射温度計などが使用できる。
【００２１】
図に示すように、実際の有効な基板を処理するときにおいても、例えば誘電体部品２１２の温度を測定できる場合は、温度を指標にダミー放電時間を決定でき、より正確に温度管理ができエッチング特性の安定化が図れる。例えば、まずエッチング処理を開始するときの特定の部品の温度とエッチング処理再開直後のエッチング特性の相関を調べて、エッチング特性の変動が許容範囲に収まるために必要な特定の部品の温度を前もって把握しておく。そして、有用な基板のエッチングに際しては、エッチング処理開始直前に、その特定の部品の温度が必要温度以上であればダミー放電を実施せずただちにエッチング処理を実施し、その温度未満であればダミー放電を実施した後にエッチング処理を実施すると良い。
【００２２】
以上説明したように、例えば被処理基板の直前に実施されたプラズマ放電の終了時刻と現在時刻との時間差が所定の時間間隔以上である場合にはダミー放電を実施し、所定の時間間隔未満である場合にはダミー放電を実施しないようにする。このため、直前のエッチング処理が終了してから短時間で次のエッチング処理を行う場合にダミー放電を省略することができる。特にダミー放電時にプラズマの投入電力を大きくして積極的にプラズマ加熱している場合には有効で、部品がエッチング処理時より大幅に高温になるのを防ぐことができる。
【００２３】
また、これから処理する被処理基板の直前に実施されたプラズマ放電の終了時刻と現在時刻との時間差の長さに応じてダミー放電時間を変えことができる。すなわち、前記時間差が短いほどダミー放電時間を短くし、時間差が長いほどダミー放電時間を長くする。このため前記時間差とダミー放電時間の対応関係はあらかじめ調べておく。この方法によりダミー放電時間を必要最小限に限定して稼働率低下を最小にすることができる。
【００２４】
また、前記試料台にダミー基板を載置しないでダミー放電を実施することができる。この方法によるとダミー基板を搬送する時間が省けるので稼働率を向上することができる。さらにダミー基板が不要になるという効果も生じる。このときダミー放電条件は試料台の機能をなるべく損なわないように設定する。例えば試料台に印加する高周波電力を最適化して投入することで反応生成物の堆積を防ぎ、試料台の消耗量も無視できるほど小さく抑えることができる。
【００２５】
また、真空処理室内の少なくとも一つの部品の温度を測定し、該部品の温度に基づいて該ダミー放電を実施するか否かを判定することができる。そのためにあらかじめダミー放電開始時の部品温度とダミー放電中の部品温度とそれに続くエッチング特性との間の関係を調べておく。この方法によると直前のエッチング処理終了時の温度が条件によって大きくばらついてもダミー放電の要否を正確に判断することができる。
【００２６】
また、真空処理室内の少なくとも一つの部品の温度を測定し、該部品の温度に基づいて該ダミー放電時間を決めることができる。この方法によれば、エッチング処理開始時の部品の温度によってダミー放電時間を適正に決めることができる。さらに、ダミー放電中に部品が所定の温度に達した時にダミー放電を終了することができる。これによりエッチング処理中の処理室内の部品の温度変化をより一層少なくし、より安定なエッチング特性を得ることができる。
【００２７】
また、被処理基板として酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜、あるいはそれらの膜を含んだ多層膜を含む基板を用い、プラズマとして少なくともフッ素、炭素、酸素を含むガスからなるプラズマを用いることができる。この場合には、特に処理室内の部品を温度を高温の一定温度に保つことにより、炭素とフッ素から主に構成される堆積性の反応生成物を付着させにくくすると同時に、付着量と脱離量を安定化することができる。これにより被処理基板に入射する反応生成物の量が安定し、酸化シリコン、窒化シリコンあるいは低誘電率材料からなる膜のエッチング特性を安定化させることができる。
【００２８】
また、前記試料台に対向したアンテナ電極と、該アンテナ電極の外周部もしくは該アンテナ電極の下部に石英あるいはアルミナなどの誘電体からなる部材を配置し、該誘電体を伝播した高周波によりプラズマを発生させてプラズマエッチング処理を行う装置構造とし、さらに誘電体部材のプラズマに接する部分を石英とすることができる。このような構成とすると、石英は高周波の伝播部であるが故に石英近傍でプラズマ密度が高く、石英部品は高温まで加熱される。しかし石英部品は概して熱伝導率が悪く熱容量が大きいので、ダミー放電も長く必要となる。このような場合には、本発明によりダミー放電時間を適正化することにより稼働率の低下を抑制する効果が大きい。
【００２９】
また、被処理基板は酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜あるいは低誘電率材料からなる膜、あるいはそれらの膜を含んだ多層膜から構成し、プラズマエッチング処理を少なくともフッ素、炭素、酸素を含むガスからなるプラズマにより実施することができる。この場合には、石英がプラズマエッチングされるので、石英のエッチングによるガスの消費量を一定に保つためにも、本発明によって石英温度を高温の一定温度に保つことでエッチング特性の変動を抑えることができる。
【００３０】
また、ダミー放電用の基板を該試料台に載置せず、ダミー放電をクリーニング条件で行うことができる。ここでいうクリーニング条件とはエッチング室内に堆積した反応生成物を除去できるプラズマ処理であり、フッ素、炭素、酸素を含むガスにより絶縁膜をエッチングする装置の場合、反応生成物はＣＦ組成となる。このため前記クリーニング条件は通常のエッチングより酸素の流量が大きい条件となる。この方法によると、ダミー放電用基板をエッチング処理室に搬送する時間が不要となり、さらにダミー放電用基板が不要となる。またクリーニング条件でダミー放電を行うため、処理室内や試料台上にフッ化炭素系の堆積物が付着するのを防ぐことができる。
【００３１】
なお、前述したように上記の実施形態においてはアンテナ電極がプラズマに接している場合のみでなく、アンテナ電極の下に石英やアルミナの誘電体の板を置き、誘電体に高周波を伝播させてプラズマを発生させる方式のエッチング処理装置であっても、上記の上部石英リングを備えたエッチング処理装置と同様の効果が期待できる。また、上記実施例では有磁場ＵＨＦ放電を用いたエッチング装置の例を示したが、たとえばＲＩＥ放電、マグネトロン放電、誘導結合型放電、ＴＣＰ放電、ＶＨＦ放電など他のプラズマ生成方式を用いたエッチング装置においても同様の作用効果が期待できる。また、上記実施例ではプラズマエッチング装置について述べたがその他のプラズマ処理装置、たとえばスパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、アッシング装置、表面改質装置についても同様の作用効果がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、エッチング処理前のダミー放電に起因する稼働率の低下を防止し、また、ダミー放電によりエッチング特性の安定化を図ったプラズマエッチング処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置の処理フローを示す図である。
【図２】プラズマエッチング処理装置を示す図である。
【図３】プラズマエッチング処理装置の処理方法を示す図である。
【図４】他の実施形態にかかるプラズマエッチング処理装置を示す図である。
【符号の説明】
２００真空処理室
２０１コイル
２０２側壁
２０３上部石英リング
２０４下部石英リング
２０５真空室
２０６真空排気系
２０７圧力制御手段
２０８プラズマ
２１１アンテナ電極
２１２誘電体部品
２２０，２４０高周波電源
２２１，２４１マッチング回路・フィルタ回路
２３０下部電極
２３１被処理基板
４００温度センサ
４０１制御盤
４０２制御コンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma etching processing apparatus, and more particularly to a plasma etching processing apparatus that prevents a reduction in operating rate due to a dummy discharge before the etching process.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an etching processing apparatus for mass production, for example, when several or more substrates are continuously etched, the temperature and the wall surface state in the processing chamber change as the number of etching processes increases, and the etching of the substrate is accompanied by the change. In some cases, the characteristics changed. In such a case, there is a case where a dummy discharge is performed under the same conditions as the etching process conditions before the etching process to stabilize the state in the processing chamber. For example, as disclosed in JP-A-10-12598, dummy discharge may be performed for 20 minutes before the etching process.
[0003]
Further, in the plasma processing apparatus and plasma processing method proposed by the present inventor as Japanese Patent Application No. 11-258242, a silicon oxide film or silicon nitride is etched by plasma using a gas containing carbon atoms or fluorine atoms. The process is shown. In this process, the quartz part in the processing chamber is heated to a high temperature, so that the generation of foreign matters due to deposits on the quartz part and the variation in etching characteristics can be suppressed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-12598, when several etchings are frequently performed at a time interval of several minutes to several tens of minutes in a test for setting etching conditions, a dummy discharge of a predetermined time is performed. If this is performed each time, the ratio of the time required for dummy discharge becomes longer than the etching time, which is a burden for improving the throughput of the apparatus.
[0005]
In addition, in the apparatus shown in Japanese Patent Application No. 11-258242, it is possible to suppress the generation of foreign substances due to deposits on the quartz part and the variation in etching characteristics by raising the temperature of the quartz part in the processing chamber. In some cases, it takes several minutes to heat the quartz part by the above-mentioned method, and it becomes a burden to improve the throughput of the apparatus as described above.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a plasma etching processing apparatus that prevents a reduction in operating rate caused by dummy discharge before etching processing and that stabilizes etching characteristics by dummy discharge. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0008]
A vacuum processing chamber, an upper antenna electrode disposed in the vacuum processing chamber, a lower electrode on which a substrate to be processed is placed , a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the upper antenna electrode and the lower electrode, respectively , and etching conditions in the vacuum processing chamber In a plasma etching processing apparatus comprising a control panel for setting and controlling the etching process, and generating a plasma discharge in the processing chamber to etch the substrate to be processed ,
The control panel stores temperature decrease data indicating a temperature decrease of the processing chamber part with respect to the standing time after completion of the etching process, and temperature increase data indicating a temperature increase of the processing chamber component with respect to the elapsed time after the start of the dummy discharge, respectively. Based on the correspondence table, the dummy discharge processing time with respect to the standing time is determined based on the correspondence table, and the dummy discharge processing is performed for the determined time prior to the regular etching process .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a processing flow of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. First, the operator sets an etching recipe (step 100) and instructs the apparatus to start the etching process (step 101). The etching apparatus compares the current time when the start is instructed and the time when the previous etching process is completed to determine the time interval (step 102), and whether or not to perform dummy discharge from that time interval. A dummy discharge is performed (step 103). Thereafter, a useful substrate is continuously transferred and regular etching processing is performed (step 104). When the etching process for one or more set useful substrates is completed, the time is stored in the control computer (step 105).
[0010]
A method for determining whether or not to perform dummy discharge from the time interval in step 103 will be described below. First, the correlation between the time interval from the end of the previous etching process to the start of the next etching process and the etching characteristics immediately after resuming the etching process is investigated, and the time interval during which the variation in etching characteristics falls within the allowable range is determined in advance. Keep it. If the time interval is less than the time interval, dummy discharge is not performed. If the time interval is equal to or greater than the time interval, a dummy discharge is performed for a predetermined time, and then the next etching process is performed.
[0011]
When performing the dummy discharge, a dummy discharge substrate set in advance in the apparatus is transferred to the etching chamber, and dummy discharge is performed. In addition, it is possible to perform cleaning by performing dummy discharge without setting the substrate in the etching chamber. In this case, it is possible to save dummy substrates and shorten the transport time.
[0012]
Next, an example in which the plasma etching method of the present invention is applied to a silicon oxide film plasma etching apparatus will be described with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing a silicon oxide film plasma etching apparatus according to the present embodiment. The etching apparatus according to the present embodiment includes a coil 201 for creating a magnetic field in the vacuum processing chamber 200 outside the vacuum processing chamber 200. Further, a flat antenna electrode 211 is provided above the vacuum processing chamber 200, a lower electrode 230 is provided below, and a substrate 231 to be processed is mounted on the lower electrode 230. In addition, piping for introducing oxygen, CF-based gas (for example, C ₅ F ₈ ), and Ar gas into the processing chamber is provided (not shown). The introduced gas passes through the pressure control means 207 connected to the vacuum chamber 205 below the vacuum processing chamber 200 and is exhausted by the vacuum exhaust system 206. Further, in order to generate plasma 208 and apply a high frequency bias to the components and the substrate 231 to be processed, the high frequency generated from the high frequency power supplies 220 and 240 is passed through the matching circuit / filter circuits 221 and 241 and the antenna electrode 211 and the lower part. It can be applied to the electrode 230. The high frequency power source 220 connected to the antenna electrode 211 can generate a high frequency of 450 MHz, for example, and can resonate with a 160 gauss magnetic field created by the coil 201 to generate high-density plasma. The high frequency power supply 240 connected to the lower electrode 230 can generate a high frequency of 800 kHz, for example, and can control ion energy incident on the substrate 231 to be processed. In addition, a plurality of substrates to be processed can be automatically transported to perform plasma processing one by one, and several tens or more can be processed continuously (not shown).
[0014]
As quartz parts in the processing chamber, an upper quartz ring 203 is installed around the antenna electrode 211, and an electrode quartz cover 204 is installed around the lower electrode 230. The upper quartz ring 203 is formed in a plate shape of 3 mm in contact with the plasma, is made of a separate part from the thick dielectric part 212 on the outside, and the quartz ring 203 has a heat insulating structure from the dielectric part 212, and is etched. The inside is kept at a high temperature. Since the upper quartz ring 203 is close to the substrate to be processed 231 during the etching process, the temperature greatly affects the etching characteristics.
[0015]
FIG. 3 is a diagram for explaining the processing method of the plasma etching processing apparatus. First, a thermometer is experimentally attached to the upper quartz ring 203, and after continuous processing 301 under typical etching conditions, the discharge is stopped and left to stand, and the temperature drop 302 of the upper quartz ring 203 is measured.
[0016]
Further, the dummy discharge 304 is performed under typical dummy discharge conditions from the processing halt state 303 in which the temperature of the upper quartz ring 203 is sufficiently lowered, and the temperature rise 305 of the upper quartz ring 203 is measured. The standard dummy discharge in this embodiment was 10 minutes. Based on the temperature data, an actual etching process without a thermometer can be performed. That is, first, at the time when the apparatus is instructed to start the etching process, if the time interval between the previous etching process end time and the etching process start time is t1, the time after the end of the continuous etching process shown in FIG. Based on the temperature drop data 302, a component temperature (for example, the temperature of the quartz ring 203) T1 at the time of starting the etching process is predicted. Then, based on the temperature rise data 305 after the start of dummy discharge shown in FIG. 3B, the time td required to increase the temperature from the component temperature to the temperature T2 at the end of the dummy discharge is determined. Then, the dummy substrate is immediately transferred to the vacuum processing chamber, dummy discharge is performed for a time td, and then a useful substrate etching process is performed. According to the present embodiment, the temperature of the upper quartz ring 203 can always be maintained at a constant level during the etching process, thereby ensuring the stability of the etching characteristics, suppressing the deposition of reaction products on the quartz, Can be suppressed.
[0017]
Particularly when an insulating film is etched, for example, a substrate made of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a film made of a low dielectric constant material, or a multilayer film including at least one of these films is used as the substrate to be processed. When a gas containing at least fluorine, carbon, and oxygen is used as the plasma, the amount of gas species attached to the substrate and the amount removed by etching can be balanced to perform etching under optimum conditions.
[0018]
Further, regarding the method for determining the dummy discharge time based on the temperature drop data 302 and the temperature rise data 305, in addition to the above embodiment, a correspondence table between the time interval t1 and the dummy discharge time td may be created in advance. It is also possible to calculate the temperature data by approximating it with a polynomial or exponential function. In addition, temperature drop data and temperature rise data as shown in FIG. 3 are acquired in advance for various etching process conditions and dummy discharge conditions, and in actual etching process, appropriate data is selected according to the conditions. By determining the dummy discharge time, the etching characteristics can be further stabilized.
[0019]
The method of predicting the temperature based on the test that simulates the temperature change as described above is effective when the temperature of the components in the vacuum processing chamber cannot be measured when the actual useful substrate is properly processed. is there.
[0020]
FIG. 4 is a view showing a plasma etching apparatus according to another embodiment of the present invention. In the figure, a temperature sensor 400 is incorporated in the upper part of the vacuum processing chamber 200, and a measured value of the temperature of the quartz ring 203 is sent to the control computer 402. The control computer 402 compares the control value preset through the control panel 401 with the measured value of the temperature, and transmits a signal such as the start or end of dummy discharge to the high frequency power sources 220 and 240 to control the discharge time. . As the temperature sensor 400, for example, a radiation thermometer can be used.
[0021]
As shown in the figure, when processing the actual effective substrate, for example, when the temperature of the dielectric component 212 can be measured, the dummy discharge time can be determined using the temperature as an index, and the temperature can be controlled more accurately and etched. The characteristics can be stabilized. For example, first, by examining the correlation between the temperature of a specific part at the time of starting the etching process and the etching characteristics immediately after resuming the etching process, the temperature of the specific part that is necessary for the fluctuation of the etching characteristics to be within the allowable range is known in advance. Keep it. When etching a useful substrate, immediately before the start of the etching process, if the temperature of the specific component is higher than the required temperature, the dummy discharge is not performed immediately, and if the temperature is lower than that temperature, the dummy discharge is performed. Etching treatment may be performed after performing the above.
[0022]
As described above, for example, when the time difference between the end time of the plasma discharge performed immediately before the substrate to be processed and the current time is greater than or equal to a predetermined time interval, dummy discharge is performed and the time difference is less than the predetermined time interval. In some cases, dummy discharge is not performed. For this reason, dummy discharge can be omitted when the next etching process is performed in a short time after the last etching process is completed. This is particularly effective when the plasma input power is increased at the time of dummy discharge to positively heat the plasma, and the parts can be prevented from becoming much hotter than during the etching process.
[0023]
Further, the dummy discharge time can be changed according to the length of the time difference between the end time of the plasma discharge performed immediately before the substrate to be processed and the current time. That is, the shorter the time difference, the shorter the dummy discharge time, and the longer the time difference, the longer the dummy discharge time. Therefore, the correspondence between the time difference and the dummy discharge time is examined in advance. By this method, it is possible to limit the dummy discharge time to the minimum necessary and minimize the decrease in operating rate.
[0024]
In addition, dummy discharge can be performed without placing a dummy substrate on the sample stage. According to this method, since the time for transporting the dummy substrate can be saved, the operating rate can be improved. Furthermore, there is an effect that a dummy substrate becomes unnecessary. At this time, the dummy discharge conditions are set so as not to impair the function of the sample stage as much as possible. For example, by optimizing the high-frequency power applied to the sample stage, deposition of reaction products can be prevented, and the consumption amount of the sample stage can be suppressed to a negligible level.
[0025]
In addition, it is possible to measure the temperature of at least one component in the vacuum processing chamber and determine whether or not to perform the dummy discharge based on the temperature of the component. Therefore, the relationship between the component temperature at the start of dummy discharge, the component temperature during dummy discharge, and the subsequent etching characteristics is examined in advance. According to this method, it is possible to accurately determine whether or not dummy discharge is necessary even if the temperature at the end of the immediately preceding etching process varies greatly depending on conditions.
[0026]
In addition, the temperature of at least one component in the vacuum processing chamber can be measured, and the dummy discharge time can be determined based on the temperature of the component. According to this method, the dummy discharge time can be appropriately determined according to the temperature of the component at the start of the etching process. Further, the dummy discharge can be terminated when the component reaches a predetermined temperature during the dummy discharge. Thereby, the temperature change of the components in the processing chamber during the etching process can be further reduced, and more stable etching characteristics can be obtained.
[0027]
In addition, a substrate including a silicon oxide film, a silicon nitride film, a film made of a low dielectric constant material, or a multilayer film including those films is used as a substrate to be processed, and the plasma includes a gas containing at least fluorine, carbon, and oxygen. Plasma can be used. In this case, particularly by keeping the temperature of the components in the processing chamber at a constant high temperature, it is difficult to attach the deposition reaction product mainly composed of carbon and fluorine, and at the same time, the adhesion amount and the desorption amount. Can be stabilized. As a result, the amount of reaction product incident on the substrate to be processed is stabilized, and the etching characteristics of a film made of silicon oxide, silicon nitride, or a low dielectric constant material can be stabilized.
[0028]
In addition, an antenna electrode facing the sample stage and a member made of a dielectric material such as quartz or alumina are arranged on the outer periphery of the antenna electrode or the lower part of the antenna electrode, and plasma is generated by the high frequency propagated through the dielectric material. Thus, the device structure for performing the plasma etching process can be used, and the portion of the dielectric member that contacts the plasma can be made of quartz. With such a configuration, quartz is a high-frequency propagation part, so that the plasma density is high in the vicinity of the quartz, and the quartz part is heated to a high temperature. However, since quartz parts generally have poor thermal conductivity and large heat capacity, dummy discharge is also required for a long time. In such a case, the effect of suppressing the reduction in the operation rate is great by optimizing the dummy discharge time according to the present invention.
[0029]
The substrate to be processed is composed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a film made of a low dielectric constant material, or a multilayer film including these films, and the plasma etching process is made of a gas containing at least fluorine, carbon, and oxygen. It can be implemented by plasma. In this case, since quartz is plasma-etched, the present invention suppresses fluctuations in etching characteristics by maintaining the quartz temperature at a constant high temperature in order to keep the gas consumption due to quartz etching constant. Can do.
[0030]
Further, the dummy discharge can be performed under the cleaning conditions without placing the dummy discharge substrate on the sample stage. The cleaning conditions here are plasma treatments that can remove reaction products deposited in the etching chamber. In the case of an apparatus that etches an insulating film with a gas containing fluorine, carbon, and oxygen, the reaction products have a CF composition. For this reason, the cleaning condition is a condition in which the flow rate of oxygen is larger than that of normal etching. According to this method, the time for transporting the dummy discharge substrate to the etching chamber is not required, and the dummy discharge substrate is not required. Further, since dummy discharge is performed under the cleaning conditions, it is possible to prevent fluorocarbon deposits from adhering to the processing chamber or the sample table.
[0031]
As described above, in the above-described embodiment, not only when the antenna electrode is in contact with the plasma, but a quartz or alumina dielectric plate is placed under the antenna electrode, and a high frequency is propagated through the dielectric to cause plasma. Even in the etching processing apparatus that generates the above, it is possible to expect the same effect as the etching processing apparatus having the upper quartz ring. In the above embodiment, an example of an etching apparatus using a magnetic field UHF discharge is shown. However, for example, an etching apparatus using another plasma generation method such as RIE discharge, magnetron discharge, inductively coupled discharge, TCP discharge, or VHF discharge. The same effect can be expected in. Further, although the plasma etching apparatus has been described in the above embodiment, other plasma processing apparatuses such as a sputtering apparatus, a plasma CVD apparatus, an ashing apparatus, and a surface modification apparatus have the same effects.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a plasma etching processing apparatus that prevents a reduction in operating rate due to dummy discharge before etching processing and that stabilizes etching characteristics by dummy discharge. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a processing flow of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a plasma etching processing apparatus.
FIG. 3 is a view showing a processing method of a plasma etching processing apparatus.
FIG. 4 is a view showing a plasma etching apparatus according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
200 Vacuum processing chamber 201 Coil 202 Side wall 203 Upper quartz ring 204 Lower quartz ring 205 Vacuum chamber 206 Vacuum exhaust system 207 Pressure control means 208 Plasma 211 Antenna electrode 212 Dielectric component 220, 240 High frequency power supply 221, 241 Matching circuit / filter circuit 230 Lower electrode 231 Substrate 400 Temperature sensor 401 Control panel 402 Control computer

Claims

A vacuum processing chamber, an upper antenna electrode disposed in the vacuum processing chamber, a lower electrode on which a substrate to be processed is placed , a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the upper antenna electrode and the lower electrode, respectively , and etching conditions in the vacuum processing chamber In a plasma etching processing apparatus comprising a control panel for setting and controlling the etching process, and generating a plasma discharge in the processing chamber to etch the substrate to be processed ,
The control panel stores temperature decrease data indicating a temperature decrease of the processing chamber part with respect to the standing time after completion of the etching process, and temperature increase data indicating a temperature increase of the processing chamber component with respect to the elapsed time after the start of the dummy discharge, respectively. A plasma etching processing apparatus characterized in that a dummy discharge processing time relative to a standing time is determined based on the correspondence table, and dummy discharge processing is performed prior to regular etching processing for the determined time .

In the plasma etching processing apparatus according to claim 1,
2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the internal part of the processing apparatus is a quartz ring disposed around the antenna electrode.