JP4595431B2 - Dry etching method and dry etching apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、半導体製造用マスクの製造プロセス、半導体製造プロセス、ディスプレイ基板製造プロセスなどの微細加工分野に適用されるドライエッチングに関するものであり、特に、EBマスク等のメンブレンを破壊することのないドライエッチング方法、及びドライエッチング装置に関する。   The present invention relates to dry etching applied to a microfabrication field such as a semiconductor manufacturing mask manufacturing process, a semiconductor manufacturing process, and a display substrate manufacturing process, and in particular, a dry etching that does not destroy a membrane such as an EB mask. The present invention relates to an etching method and a dry etching apparatus.

半導体集積回路の高密度化には、デバイス配線などの寸法幅の微細化や、接続孔の形成方法が大きな役割を担っている。これらの寸法は65nm以下のパターンが実用化されつつあるが、こうした微細パターンの実現にはドライエッチング技術の発展に負うところが大きい。また、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のディスプレイ分野においても、高密度化、微細化、大口径化の流れは半導体集積回路と全く同様であり、以下、半導体分野のドライエッチング技術を例にとって説明する。   In order to increase the density of semiconductor integrated circuits, miniaturization of dimensional width such as device wiring and a method of forming connection holes play a major role. A pattern with a size of 65 nm or less is being put into practical use for these dimensions, but the realization of such a fine pattern is largely due to the development of dry etching technology. Also, in the display field such as a liquid crystal display and a plasma display, the flow of high density, miniaturization, and large diameter is exactly the same as that of a semiconductor integrated circuit. Hereinafter, a dry etching technique in the semiconductor field will be described as an example.

まず、ドライエッチング技術について図1を用いて説明する。図1は、一般的な誘導結合プラズマ(ICP)方式によるドライエッチング装置を示した説明図である。真空チャンバー1に反応ガスを導入し、ICPプラズマ発生用の高周波発振器2によりエネルギーを投入することにより反応ガスを電離、解離させプラズマ3を発生させる。プラズマ中に生成されたラジカルやイオンによって、真空チャンバー1内のカソードステージ4上に固定されたウェハ5がエッチングされる。   First, the dry etching technique will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view showing a dry etching apparatus using a general inductively coupled plasma (ICP) method. A reactive gas is introduced into the vacuum chamber 1 and energy is input by a high-frequency oscillator 2 for generating ICP plasma, whereby the reactive gas is ionized and dissociated to generate plasma 3. The wafer 5 fixed on the cathode stage 4 in the vacuum chamber 1 is etched by radicals and ions generated in the plasma.

また、カソードステージには、RFバイアス制御用の高周波発振器6が接続されており、ウェハに入射するイオンの運動エネルギーを制御することで、垂直エッチングやエッチングレート等のエッチング特性を制御している。カソードステージへのウェハの固定には、静電チャック方式とメカチャック方式がある。
エッチング中のウェハの温度は、加工寸法やエッチング深さ等のエッチング特性に大きく影響するため、ウェハ温度は重要なパラメータの一つである。従って、より精密なプロセスを実現するために、一般にはウェハの冷却を行ない、ウェハの温度分布を均一化することが要求されている。このため、カソードステージには様々な工夫がなされている。
The cathode stage is connected to a high frequency oscillator 6 for RF bias control, and the etching characteristics such as vertical etching and etching rate are controlled by controlling the kinetic energy of ions incident on the wafer. There are an electrostatic chuck method and a mechanical chuck method for fixing the wafer to the cathode stage.
Wafer temperature is one of the important parameters because the temperature of the wafer during etching greatly affects the etching characteristics such as processing dimensions and etching depth. Therefore, in order to realize a more precise process, it is generally required to cool the wafer and make the temperature distribution of the wafer uniform. For this reason, various ideas have been made on the cathode stage.

第一の従来技術を図2に示す。第一の従来技術は、特開昭58−32410号公報、特開昭60−115226号公報に記載されているように、エッチング中のステージ13の温度は熱交換器によりある温度に設定されており、加熱及び冷却用チラー配管15によって設定温度に保たれる。ステージ13とウェハ12の熱伝導を効率良く行なうため、その間に熱伝導用ガス(Heなどの希ガス)が数Torrの圧力で満たされており、これによりウェハの温度制御を行なう方式である。   The first prior art is shown in FIG. As described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-32410 and 60-115226, the first conventional technique is such that the temperature of the stage 13 during etching is set to a certain temperature by a heat exchanger. And is maintained at a set temperature by the chiller piping 15 for heating and cooling. In order to conduct heat conduction between the stage 13 and the wafer 12 efficiently, a gas for heat conduction (a rare gas such as He) is filled between them at a pressure of several Torr, thereby controlling the temperature of the wafer.

しかしながら、この方式ではウェハ周縁付近で熱伝導用ガスが微量ながらリークするため圧力が低くなるので、プラズマからの熱の入りがウェハ面内で均一であっても、ウェハ周縁の温度が高くなったり、ウェハ周縁のみでステージと接触するドライエッチング装置においては、ウェハ中心が高温になる、などの問題が生じる。また、プラズマからの熱の入りが均一でないときは、ウェハ上でそれに応じた温度分布が生じ、分布を改善、補正することは出来ない。   However, in this method, the heat conduction gas leaks in the vicinity of the wafer periphery, but the pressure is low, so even if the heat from the plasma is uniform within the wafer surface, the temperature at the wafer periphery may increase. In a dry etching apparatus that comes into contact with the stage only at the periphery of the wafer, problems such as a high temperature at the center of the wafer occur. Further, when the heat input from the plasma is not uniform, a temperature distribution corresponding to that occurs on the wafer, and the distribution cannot be improved or corrected.

この問題を解決する手段として、第二の従来技術を図3に示す。第二の従来技術は、特開平8−191059号公報に記載されているように、ステージ19を複数の領域に分割し、それぞれを独立したヒータ16により独立制御することで、ウェハ18の温度分布を
改善、または意図的に温度分布を持たすことが可能となっている。この方式は、ヒータの独立制御によってウェハ温度をコントロールするものであるが、熱伝導用ガスは第一の従来技術と同様に1系統であるため、熱伝導ガスの圧力を領域毎にコントロールすることはできない。
As means for solving this problem, a second prior art is shown in FIG. As described in JP-A-8-191059, the second prior art divides the stage 19 into a plurality of regions and independently controls each of them by independent heaters 16 so that the temperature distribution of the wafer 18 is obtained. It is possible to improve or intentionally have a temperature distribution. In this method, the wafer temperature is controlled by independent control of the heater, but since the heat conduction gas is one system as in the first prior art, the pressure of the heat conduction gas is controlled for each region. I can't.

よって、被エッチング材がEPL(Electron Projection Lithography)マスク、LEEPL(Low Energy E−beam Proximity Projection Lithography)マスク、EB部分一括露光マスク、X線マスク、IPL(Ion Projection Lithography)マスク、イオン注入装置用マスク等のメンブレンマスクの場合(図4)、メンブレンマスクは、1つのウェハ内に膜厚がサブミクロンから数十ミクロンの非常に破れやすいメンブレン領域21と、それ以外のバルク領域22を有するため、第一及び第二の従来技術でエッチングを実施すると、真空チャンバーのプロセスガス圧力と熱伝導用ガス圧力の差圧により、メンブレンを破壊してしまう。   Therefore, the material to be etched is an EPL (Electron Projection Lithography) mask, a LEEPL (Low Energy E-beam Proximity Projection Lithography) mask, an EB partial batch exposure mask, an X-ray mask, an IPL (Ion Projection Lithium mask), and an IPL mask. In the case of a membrane mask such as FIG. 4 (FIG. 4), the membrane mask has a membrane region 21 having a film thickness of submicron to several tens of microns and a bulk region 22 other than the membrane region 21 in one wafer. When etching is performed using the first and second conventional techniques, the membrane is destroyed by the differential pressure between the process gas pressure in the vacuum chamber and the gas pressure for heat conduction. Cormorant.

また、メンブレンの破壊を避けるために熱伝導用ガスの圧力を下げるか、流量をゼロにすると、メンブレンは破れないが、バルク領域の冷却も不十分になるため、試料全体としての冷却が不十分になり、レジストとの選択性が低下するなどのエッチング特性が大きく低下していしまう。尚、図4は一般的なEBマスクの模式図であり、(a)はEBマスクの上方からの平面図であり、(b)は(a)のA−B線に沿った断面図である。
特開昭58−32410号公報 特開昭60−115226号公報 特開平8−191059号公報
In addition, if the heat conduction gas pressure is reduced or the flow rate is reduced to zero to avoid membrane breakage, the membrane will not break, but the bulk region will also be insufficiently cooled, resulting in insufficient cooling of the entire sample. As a result, the etching characteristics such as the selectivity with the resist are greatly reduced. 4A and 4B are schematic views of a general EB mask, FIG. 4A is a plan view from above of the EB mask, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. .
JP 58-32410 A JP-A-60-115226 Japanese Patent Laid-Open No. 8-191059

近年、VLSI、ULSI等に見られる半導体デバイスの高集積化、微細化、高性能化が進展するに伴い、半導体デバイス製造の主要なプロセスであるドライエッチング技術は、技術的要求がますます厳しくなってきているが、半導体デバイス製造に用いられるリソグラフィ技術において重要な役割を果たすEPLマスク、LEEPLマスク、EB部分一括露光マスク等のEBマスクや、X線マスク、IPLマスクの製造においても、新しいドライエッチング技術が求められている。   In recent years, with the progress of higher integration, miniaturization, and higher performance of semiconductor devices found in VLSI, ULSI, etc., the technical requirements for dry etching technology, which is the main process of semiconductor device manufacturing, have become increasingly severe. However, new dry etching is also used in the manufacture of EB masks such as EPL masks, LEEPL masks, EB partial batch exposure masks, X-ray masks, and IPL masks, which play an important role in lithography technology used in semiconductor device manufacturing. Technology is required.

これらEBマスクや、X線マスク、IPLマスク、イオン注入装置用マスクは、1つのマスク面内に膜厚がサブミクロンから数十ミクロンの非常に破れやすいメンブレン領域とそれ以外のバルク領域を有している。ドライエッチングによりメンブレン領域を微細加工する際に、第一及び第二の従来技術でドライエッチングを実施すると、真空チャンバーのプロセス圧力とステージ−ウェハ間の熱伝導用ガスによる圧力に、大きな圧力差が生じることにより、メンブレンを破壊してしまう。
また、メンブレンの破壊を避けるために熱伝導用ガスの圧力を下げるか、流量をゼロにすると、メンブレンは破れないが、EBマスクや、X線マスク、IPLマスク全体の冷却が不十分になり、レジストとの選択性が低下するなどのエッチング特性が大きく低下していしまう。
These EB masks, X-ray masks, IPL masks, and masks for ion implanters have a membrane region with a thickness of submicron to several tens of microns and a bulk region other than that within one mask surface. ing. When microetching the membrane region by dry etching, if dry etching is performed by the first and second conventional techniques, there is a large pressure difference between the process pressure in the vacuum chamber and the pressure due to the heat conduction gas between the stage and the wafer. This will destroy the membrane.
Also, if the pressure of the heat conduction gas is lowered or the flow rate is reduced to zero to avoid the destruction of the membrane, the membrane will not break, but the cooling of the entire EB mask, X-ray mask, and IPL mask will be insufficient. Etching characteristics such as a decrease in selectivity with a resist are greatly deteriorated.

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、EBマスクや、X線マスク、IPLマスク、イオン注入装置用マスクにおけるメンブレンのドライエッチングの際に、メンブレンを破壊することなく、且つエッチング特性を低下することないドライエ
ッチング方法及びドライエッチング装置を提供することを課題とするものである。また、本発明は、EBマスクや、X線マスク、IPLマスク、イオン注入装置用マスクに限らず、必要に応じてディスプレイ基板などの様々なドライエッチングにも適応できる。
The present invention solves the problems of the prior art as described above, without destroying the membrane during dry etching of the membrane in an EB mask, an X-ray mask, an IPL mask, or an ion implantation apparatus mask. It is another object of the present invention to provide a dry etching method and a dry etching apparatus that do not deteriorate etching characteristics. Further, the present invention is not limited to the EB mask, the X-ray mask, the IPL mask, and the ion implantation apparatus mask, but can be applied to various dry etching such as a display substrate as necessary.

本発明は8インチφのSOI基板とステージの間に該SOI基板の冷却もしくは加熱を促進するための熱伝導用ガスを導入しながらドライエッチングを行う方法において、ステージを周辺領域と中心領域に分割し、該周辺領域はステージ温度25℃、熱伝導用ガス圧力6Torrに設定し、該中心領域はステージ温度15℃、熱伝導用ガス圧力2Torrに設定して、ドライエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法である。 The present invention divides a stage into a peripheral area and a central area in a method of performing dry etching while introducing a heat conduction gas for promoting cooling or heating of the SOI substrate between an 8-inch φ SOI substrate and the stage. The peripheral region is set to a stage temperature of 25 ° C. and a heat conduction gas pressure of 6 Torr, and the central region is set to a stage temperature of 15 ° C. and a heat conduction gas pressure of 2 Torr to perform dry etching. This is a dry etching method.

8インチφのSOI基板とステージの間に該SOI基板の冷却もしくは加熱を促進するための熱伝導用ガスを導入しながらドライエッチングを行うドライエッチング装置において、
1)仕切りによって、周辺領域および中心領域に分割したステージ、
2)該周辺領域は25℃、および、該中心領域は15℃にステージ温度を設定し、維持する機構、
3)該周辺領域は6Torr、および、該中心領域は2Torrに熱伝導用ガス流量および圧力を設定し、維持する機構、
を少なくとも具備することを特徴とするドライエッチング装置である。
In a dry etching apparatus that performs dry etching while introducing a heat conduction gas for promoting cooling or heating of the SOI substrate between an 8-inch φ SOI substrate and the stage,
1) A stage divided into a peripheral region and a central region by a partition,
2) A mechanism for setting and maintaining the stage temperature at 25 ° C in the peripheral region and 15 ° C in the central region ,
3) A mechanism for setting and maintaining the heat conduction gas flow rate and pressure at 6 Torr in the peripheral region and 2 Torr in the central region ,
Is a dry etching apparatus characterized by comprising:

また、本発明は、上記発明によるドライエッチング装置において、前記熱伝導用ガスが、HeもしくはArであることを特徴とするドライエッチング装置である。   Further, the present invention is the dry etching apparatus according to the above invention, wherein the heat conduction gas is He or Ar.

本発明は、ステージをいくつかの領域に分割し、各領域毎にステージ温度、熱伝導用ガス流量及び圧力を設定してドライエッチングを行なうドライエッチング方法であるので、基板裏面の熱伝導用ガスの圧力によって容易に破壊しやすいEBマスク等のサンプルを破壊することなく、且つ冷却を十分に行なうドライエッチングが可能である。基板の各領域毎に熱伝導用ガスの圧力と温度をコントロール出来るため、線幅や対レジスト選択比、パターン形状等のエッチング特性が良好なエッチングが可能になる。   The present invention is a dry etching method in which the stage is divided into several regions, and the dry etching is performed by setting the stage temperature, the heat conduction gas flow rate and the pressure for each region. It is possible to perform dry etching with sufficient cooling without destroying a sample such as an EB mask, which is easily broken by the pressure of. Since the pressure and temperature of the heat conduction gas can be controlled for each region of the substrate, etching with favorable etching characteristics such as line width, resist selection ratio, pattern shape and the like can be performed.

また、本発明は、1)仕切りによって、いくつかの領域に一体的に分割されたステージ、2)分割されたステージ毎にステージ温度を設定し、維持する機構、3)分割されたステージ毎に熱伝導用ガス流量及び圧力を設定し、維持する機構具備するドライエッチング装置であるので、基板裏面の熱伝導用ガスの圧力によって容易に破壊しやすいEBマスク等のサンプルを破壊することなく、且つ冷却を十分に行なうエッチングが可能なドライエッチング装置となる。   The present invention also includes 1) a stage integrally divided into several regions by a partition, 2) a mechanism for setting and maintaining the stage temperature for each divided stage, and 3) for each divided stage. Since it is a dry etching apparatus equipped with a mechanism for setting and maintaining the heat conduction gas flow rate and pressure, without destroying a sample such as an EB mask that is easily broken by the pressure of the heat conduction gas on the back surface of the substrate, and A dry etching apparatus capable of performing etching with sufficient cooling.

本発明を一実施の形態に基づいて以下に説明する。
図5及び図6は、本発明のドライエッチング装置のカソードステージユニット23の説明図である。図5はカソードステージユニットの上方からの平面図であり、図6は図5のXY線に沿った断面図である。
The present invention will be described below based on one embodiment.
5 and 6 are explanatory views of the cathode stage unit 23 of the dry etching apparatus of the present invention. 5 is a plan view from above of the cathode stage unit, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line XY of FIG.

図5及び図6に示すように、カソードステージユニット23のウェハ接触面は、静電チャック24になっており、ウェハを静電気力により吸着できる。静電チャックは、仕切り25によって各ブロック26a〜26iに分割されている。分割された各ブロックには、各々加熱および冷却用チラー配管(図6においては27a〜27e)と熱伝導用ガスの導入口28a〜28iが内蔵されており、ブロック毎にチラー温度制御、熱伝導用ガスの圧力および流量の制御が可能となっている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the wafer contact surface of the cathode stage unit 23 is an electrostatic chuck 24, which can attract the wafer by electrostatic force. The electrostatic chuck is divided into blocks 26 a to 26 i by a partition 25. Each divided block includes a chiller pipe for heating and cooling (27a to 27e in FIG. 6) and a heat conduction gas inlet port 28a to 28i. The chiller temperature control and heat conduction are provided for each block. The pressure and flow rate of the working gas can be controlled.

図5に示した例では、カソードステージユニット23を、9つのブロック(26a〜26i)に分割しているが、処理したいサンプルの構造にあわせて、任意に設計した方が良
い。また、ブロック数を多くした方が、試料の温度、裏面の熱伝導用ガス圧力及び流量の細かい制御が可能となるが、ブロックの数だけ流量コントローラ、圧力計、チラー温度コントローラ、配管等が必要となる。
In the example shown in FIG. 5, the cathode stage unit 23 is divided into nine blocks (26a to 26i). However, it is better to arbitrarily design the cathode stage unit 23 according to the structure of the sample to be processed. In addition, if the number of blocks is increased, finer control of the temperature of the sample, the gas pressure and heat flow for heat conduction on the back surface is possible, but a flow controller, pressure gauge, chiller temperature controller, piping, etc. are required for the number of blocks. It becomes.

この発明の方法では、被エッチング材、マスク材、エッチングガスの材料は、ドライエッチングが可能であれば、特に制限はない。また、エッチング装置のプラズマ発生方法は、平行平板型、容量結合型(CCP)、誘導結合型(ICP)、超高周波型(UHF)、電子サイクロトロン共鳴型(ECR)、マイクロ波型、ヘリコン波型、表面波型、等の制限はなく、これら全てのプラズマ発生方式が使用可能である。   In the method of the present invention, the material to be etched, the mask material, and the etching gas are not particularly limited as long as dry etching is possible. The plasma generation method of the etching apparatus includes parallel plate type, capacitive coupling type (CCP), inductive coupling type (ICP), ultra high frequency type (UHF), electron cyclotron resonance type (ECR), microwave type, and helicon wave type. There is no limitation such as surface wave type, and all these plasma generation methods can be used.

<参考例>
以下、図面を用いて参考例として実施例1を説明する。一般的なICP型ドライエッチング装置と参考例としてのカソードステージユニットを作製した。図7、図8、及び図9を用いて装置について説明する。図7は、装置全体の概要図であり、図8はカソードステージユニットの上方からの平面図であり、図9は図8のXY線に沿った断面図である。
<Reference example>
Hereinafter, Example 1 will be described as a reference example with reference to the drawings. A general ICP type dry etching apparatus and a cathode stage unit as a reference example were manufactured. The apparatus will be described with reference to FIGS. 7, 8, and 9. 7 is a schematic view of the entire apparatus, FIG. 8 is a plan view of the cathode stage unit from above, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line XY of FIG.

図7に示すICPプラズマ発生用の高周波発振器29は、PFPP社製の型番RF−20M(20MHz、2kW)を用い、RFバイアス制御用の高周波発振器30は、ENI社製の型番AGC−6B(13.56MHz、600W)を用いた。真空チャンバー31は、一般的な真空チャンバーで、反応ガス供給口32と反応ガス排気口33があり、真空チャンバーの上部にはICPプラズマ発生用のアノード電極のコイル34と、チャンバー下部には、RFバイアス用のカソード電極を内蔵したカソードステージユニット35が接続されている。   The high frequency oscillator 29 for generating ICP plasma shown in FIG. 7 uses a model number RF-20M (20 MHz, 2 kW) manufactured by PFPP, and the high frequency oscillator 30 for RF bias control is a model number AGC-6B (13 manufactured by ENI). .56 MHz, 600 W). The vacuum chamber 31 is a general vacuum chamber, which has a reaction gas supply port 32 and a reaction gas exhaust port 33. An upper part of the vacuum chamber is a coil 34 of an anode electrode for generating ICP plasma, and a lower part of the RF chamber is RF. A cathode stage unit 35 incorporating a bias cathode electrode is connected.

一般的なICP型ドライエッチング装置と異なる点は、このカソードステージユニット35が、ステージの各領域毎に、温度、熱伝導用ガスの流量、圧力をコントロール出来る機能を有する点である。本実施例では、熱伝導用ガスにはヘリウム(He)を、温度制御用チラーには純水を用いた。   The difference from a general ICP type dry etching apparatus is that the cathode stage unit 35 has a function of controlling the temperature, the flow rate of the heat conduction gas, and the pressure for each area of the stage. In this example, helium (He) was used as the heat conduction gas, and pure water was used as the temperature control chiller.

図8、及び図9に示すように、カソードステージユニット35の表面は、全面が静電チャック40になっており、静電気力によりウェハを吸着できる。本実施例1では、仕切り41により静電チャック40を外周領域A、通常領域B、中心領域Cに分割した。それぞれの領域には、熱伝導用ガス(He)の導入口45(45A−L、45A−R、45A−T、45A−B、45B−L、45B−R、45B−T、45B−B、及び45C)と、加熱及び冷却用チラー配管46(46A−L、46A−R、46A−T、46A−B、46B−L、46B−R、46B−T、46B−B、及び46C)が設けられている。   As shown in FIGS. 8 and 9, the entire surface of the cathode stage unit 35 is an electrostatic chuck 40, and the wafer can be attracted by electrostatic force. In the first embodiment, the electrostatic chuck 40 is divided into the outer peripheral area A, the normal area B, and the central area C by the partition 41. In each region, a heat conduction gas (He) inlet 45 (45A-L, 45A-R, 45A-T, 45A-B, 45B-L, 45B-R, 45B-T, 45B-B, And 45C), and chiller piping 46 for heating and cooling (46A-L, 46A-R, 46A-T, 46A-B, 46B-L, 46B-R, 46B-T, 46B-B, and 46C) are provided. It has been.

以下に、図7〜図9に示す本装置を用いてドライエッチングを実施した例により本発明によるドライエッチング方法を説明する。まず、実験方法として、図10(a)に示す、1000nm厚(T1)の熱酸化膜48付きシリコンウェハ47(8インチφ)を用意し、ドライエッチングにより、図10(b)に示すように熱酸化膜48を薄く(T2)した。
エッチング前後の酸化膜の膜厚を光学式膜厚計により測定することで、エッチングレートの面内分布を求めた。
Hereinafter, the dry etching method according to the present invention will be described with reference to an example in which dry etching is performed using the present apparatus shown in FIGS. First, as an experimental method, a silicon wafer 47 (8 inches φ) with a thermal oxide film 48 having a thickness of 1000 nm (T1) shown in FIG. 10A is prepared, and dry etching is performed as shown in FIG. 10B. The thermal oxide film 48 was thinned (T2).
The in-plane distribution of the etching rate was determined by measuring the thickness of the oxide film before and after etching with an optical film thickness meter.

表1に示すように、カソードステージユニットの条件を4種類設定した。条件1はステージ温度を全領域とも25℃及びHe冷却をOFF(流さない)とし、条件2はステージ温度を全領域とも25℃及びHe圧力を全領域とも6Torrとし、条件3はステージ温度を領域毎に5℃ずつ変化させ及びHe冷却を全領域とも6Torrとし、条件4はステージ温度を全領域とも25℃及びHe冷却を2Torrずつの変化とした。
その他のエッチング条件は、プラズマソース:500W、バイアスパワー:100W、エッチングガス:CF4 =20sccm、圧力:15mTorrに固定し、カソードステージユニットの条件のみをパラメータとして、酸化膜のエッチングレートの面内分布を測定した。
As shown in Table 1, four types of conditions for the cathode stage unit were set. Condition 1 is that the stage temperature is 25 ° C. and He cooling is OFF (does not flow) in all regions, Condition 2 is that the stage temperature is 25 ° C. and He pressure is 6 Torr in all regions, and Condition 3 is that the stage temperature is in the region Each time, the temperature was changed by 5 ° C. and the He cooling was changed to 6 Torr in all regions, and in condition 4, the stage temperature was changed to 25 ° C. and the He cooling was changed to 2 Torr in all regions.
Other etching conditions are: plasma source: 500 W, bias power: 100 W, etching gas: CF 4 = 20 sccm, pressure: fixed at 15 mTorr, and the in-plane distribution of the etching rate of the oxide film using only the conditions of the cathode stage unit as parameters. Was measured.

Figure 0004595431
結果を図11、図12に示す。条件1の結果を図11(a)に、条件2の結果を図11(b)に示してある。図11(a)及び(b)に示すように、条件1、条件2では、各領域毎のステージ温度制御や熱伝導用Heの圧力制御がされていないため、実際のウェハ上では中心領域Cの温度が高く、周辺が低いという温度分布が生じてしまい、その温度分布を反映したエッチングレートの分布が見られる。
Figure 0004595431
The results are shown in FIGS. The result of condition 1 is shown in FIG. 11 (a), and the result of condition 2 is shown in FIG. 11 (b). As shown in FIGS. 11A and 11B, under conditions 1 and 2, stage temperature control for each region and pressure control for heat conduction He are not performed. A temperature distribution occurs in which the temperature is high and the periphery is low, and an etching rate distribution reflecting the temperature distribution is observed.

また、図12(a)に示す条件3では、各領域毎にステージ温度制御を行なったので、エッチングレートの面内分布が均一化されている。また、図12(b)に示すように、条件4では、各領域毎に熱伝導用Heの圧力制御を行なったので、エッチングレートの面内分布が均一化されている。
このように、各領域毎の熱伝導用Heの圧力制御は、各領域毎の温度制御と同様の効果が得られる。
Further, in condition 3 shown in FIG. 12A, the stage temperature control is performed for each region, so that the in-plane distribution of the etching rate is made uniform. Further, as shown in FIG. 12B, in condition 4, since the pressure control of the heat conduction He is performed for each region, the in-plane distribution of the etching rate is made uniform.
As described above, the pressure control of the heat conduction He for each region has the same effect as the temperature control for each region.

次に、本発明のドライエッチング装置の第2例を用いてEBマスクの製造を実施した例を示す。カソードステージユニット以外の装置本体は、実施例1と同じ構造である(図7参照)。カソードステージユニットは、図4に示すようなEBマスクのメンブレン領域21とバルク領域22に合うように、図13に示すように、仕切り55によって静電チャック51を周辺領域Dと中心領域Eに分割した。各領域には、実施例1と同様に熱伝導用ガス(He)の導入口54と加熱及び冷却用チラー配管(図示せず)が設けられており、各領域毎に、温度、熱伝導用ガスの流量、圧力をコントロール出来る機能を有いている。   Next, an example in which an EB mask is manufactured using the second example of the dry etching apparatus of the present invention will be described. The apparatus main body other than the cathode stage unit has the same structure as that of the first embodiment (see FIG. 7). The cathode stage unit divides the electrostatic chuck 51 into the peripheral region D and the central region E by the partition 55 as shown in FIG. 13 so as to fit the membrane region 21 and the bulk region 22 of the EB mask as shown in FIG. did. Each region is provided with a heat conduction gas (He) inlet 54 and heating and cooling chiller piping (not shown) in the same manner as in the first embodiment. Has the function of controlling the gas flow rate and pressure.

本実施例2では、まず、EBマスクには8インチφのSOI基板を用い、フォトリソグラフィ、EBリソグラフィ、ウェットエッチング、ドライエッチング、洗浄等の工程を経て、図14(a)に示すような、略500μmの膜厚を持つバルク領域22と、略10μmの膜厚のメンブレン領域21を形成した。
次に、EBレジスト56をコート(図14(b))し、描画、現像によりレジストパターン57を形成した(図14(c))。その後、本発明のドライエッチング装置を用い、3種類のカソードステージの条件でドライエッチングすることによりメンブレン領域にメインパターン形成を実施した(図14(d))。
In the second embodiment, first, an 8-inch φ SOI substrate is used as the EB mask, and after steps such as photolithography, EB lithography, wet etching, dry etching, and cleaning, as shown in FIG. A bulk region 22 having a thickness of approximately 500 μm and a membrane region 21 having a thickness of approximately 10 μm were formed.
Next, an EB resist 56 was coated (FIG. 14B), and a resist pattern 57 was formed by drawing and development (FIG. 14C). Thereafter, using the dry etching apparatus of the present invention, the main pattern was formed in the membrane region by dry etching under the conditions of the three types of cathode stages (FIG. 14D).

ドライエッチングのカソードステージの条件以外の設定条件は、プラズマソース:500W、バイアスパワー:150W、エッチングガス:C3 8 =20sccm、圧力:10mTorrに固定し、カソードステージの条件のみをパラメータとした。3種類のステージ条件を表2に示す。条件1は、中心領域E及び周辺領域Dともにステージ温度を25℃及びHe冷却圧力を6Torrとし、条件2は、中心領域E及び周辺領域Dともにステージ温度を25℃及びHe冷却圧力を0Torr(流量OFF)とし、条件3は、ステージ温度を中心領域Eで低くし、He冷却圧力も中心領域で小さくした。 The conditions other than the dry etching cathode stage conditions were fixed at plasma source: 500 W, bias power: 150 W, etching gas: C 3 F 8 = 20 sccm, pressure: 10 mTorr, and only the cathode stage conditions were used as parameters. Table 2 shows the three types of stage conditions. Condition 1 has a stage temperature of 25 ° C. and a He cooling pressure of 6 Torr in both the central region E and the peripheral region D, and Condition 2 has a stage temperature of 25 ° C. and a He cooling pressure of 0 Torr (flow rate in both the central region E and the peripheral region D) In the condition 3, the stage temperature was lowered in the central region E, and the He cooling pressure was also reduced in the central region.

Figure 0004595431
これら条件1、2、3でドライエッチングを実施した結果、条件1ではHe冷却圧力により、ドライエッチング中にメンブレン破壊が生じた。条件2ではHe冷却を切っているため、メンブレン破壊は発生しなかったが、メンブレン領域(特にウェハ中心)の温度上昇し、ウェハ中心のエッチングレートが大きいという面内分布が発生した(図15(a)
)。条件3では、メンブレンを破壊することなく、メンブレン部を十分に冷却することが出来るため、エッチングレートの面内分布は非常に均一で良好であった(図15(b))。その後、レジスト剥離によりEBマスクの加工を完了させた(図14(e))。
Figure 0004595431
As a result of performing dry etching under these conditions 1, 2, and 3, membrane breakage occurred during dry etching under the condition 1 under the He cooling pressure. In condition 2, since the He cooling was turned off, membrane destruction did not occur, but the temperature in the membrane region (particularly the wafer center) increased, and an in-plane distribution in which the etching rate at the wafer center was large occurred (FIG. 15 ( a)
). Under condition 3, since the membrane portion can be sufficiently cooled without destroying the membrane, the in-plane distribution of the etching rate was very uniform and good (FIG. 15B). Thereafter, the processing of the EB mask was completed by removing the resist (FIG. 14E).


一般的な誘導結合プラズマ(ICP)方式によるドライエッチング装置を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the dry etching apparatus by a general inductively coupled plasma (ICP) system. 第一の従来技術におけるドライエッチング装置のステージの説明図である。It is explanatory drawing of the stage of the dry etching apparatus in 1st prior art. 第二の従来技術におけるドライエッチング装置のステージの説明図である。It is explanatory drawing of the stage of the dry etching apparatus in 2nd prior art. (a)は、メンブレンマスクのメンブレン領域とバルク領域を模式的に説明する平面図である。(b)は、メンブレンマスクのメンブレン領域とバルク領域を模式的に説明する断面図である。(A) is a top view which illustrates typically the membrane area | region and bulk area | region of a membrane mask. (B) is sectional drawing which illustrates typically the membrane area | region and bulk area | region of a membrane mask. 本発明のドライエッチング装置のカソードステージユニットの平面図である。It is a top view of the cathode stage unit of the dry etching apparatus of this invention. 図5のXY線に沿った断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line XY in FIG. 5. 実施例1、2における本発明のドライエッチング装置全体の概略図である。It is the schematic of the whole dry etching apparatus of this invention in Example 1,2. 実施例1におけるカソードステージユニットの平面図である。3 is a plan view of a cathode stage unit in Embodiment 1. FIG. 図8のXY線に沿った断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line XY in FIG. 8. (a)は、エッチング前の熱酸化膜付きシリコンウェハの断面図である。(b)は、エッチング後の熱酸化膜付きシリコンウェハの断面図である。(A) is sectional drawing of the silicon wafer with a thermal oxide film before an etching. (B) is sectional drawing of the silicon wafer with a thermal oxide film after an etching. (a)は、実施例1における条件1の結果の説明図である。(b)は、実施例1における条件2の結果の説明図である。(A) is explanatory drawing of the result of the conditions 1 in Example 1. FIG. (B) is explanatory drawing of the result of the conditions 2 in Example 1. FIG. (a)は、実施例1における条件3の結果の説明図である。(b)は、実施例1における条件4の結果の説明図である。(A) is explanatory drawing of the result of the conditions 3 in Example 1. FIG. (B) is explanatory drawing of the result of the conditions 4 in Example 1. FIG. 実施例2におけるカソードステージユニットの平面図である。6 is a plan view of a cathode stage unit in Embodiment 2. FIG. (a)〜(e)は、実施例2における工程の説明図である。(A)-(e) is explanatory drawing of the process in Example 2. FIG. (a)は、実施例2における条件2の結果の説明図である。(b)は、実施例2における条件3の結果の説明図である。(A) is explanatory drawing of the result of the conditions 2 in Example 2. FIG. (B) is explanatory drawing of the result of the conditions 3 in Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、31・・・真空チャンバー
2、29・・・プラズマ発生用の高周波発振器
3・・・プラズマ
4・・・カソードステージ
5、12、18、38・・・ウェハ
6、30・・・RFバイアス制御用の高周波発振器
7・・・ブロッキングコンデンサ
8、37、39・・・整合器
9、34・・・コイル
10、32・・・反応ガス供給口
11、33・・・反応ガス排気口
13、19・・・ステージ
14、28a〜28i、45・・・熱伝導用ガスの導入口
15、27a〜27e、46・・・加熱及び冷却用チラー配管
16・・・ヒータ
17、25、41,55・・・仕切り
20,54・・・熱伝導用ガスの導入口
21・・・メンブレン領域
22・・・バルク領域
23、35・・・カソードステージユニット
24、40、51・・・静電チャック
26a〜26i・・・ブロック(領域)
36・・・ブロッキングコンデンサ
47・・・エッチング前のシリコンウェハ
48・・・熱酸化膜
49・・・シリコン
50・・・エッチング後のシリコンウェハ
56・・・EBレジスト
57・・・レジストパターン
A・・・外周領域
B・・・通常領域
C、E・・・中心領域
D・・・周辺領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 31 ... Vacuum chamber 2, 29 ... High frequency oscillator 3 for plasma generation ... Plasma 4 ... Cathode stage 5, 12, 18, 38 ... Wafer 6, 30 ... RF bias Control high frequency oscillator 7 ... blocking capacitors 8, 37, 39 ... matching units 9, 34 ... coils 10, 32 ... reaction gas supply port 11, 33 ... reaction gas exhaust port 13, 19 ... Stages 14, 28a to 28i, 45 ... Heat conduction gas inlets 15, 27a to 27e, 46 ... Heating and cooling chiller piping 16 ... Heaters 17, 25, 41, 55 ... partition 20, 54 ... heat conduction gas inlet 21 ... membrane region 22 ... bulk region 23, 35 ... cathode stage unit 24, 40, 51 ... electrostatic chuck 26a 26i ··· block (area)
36 ... Blocking capacitor 47 ... Silicon wafer 48 before etching 48 ... Thermal oxide film 49 ... Silicon 50 ... Silicon wafer 56 after etching ... EB resist 57 ... Resist pattern A ..Outer peripheral region B ... Normal region C, E ... Central region D ... Peripheral region

Claims (3)

8インチφのSOI基板とステージの間に該SOI基板の冷却もしくは加熱を促進するための熱伝導用ガスを導入しながらドライエッチングを行う方法において、該ステージを正方形状の中心領域と、該中心領域の周囲に位置する周辺領域とに分割し、該中心領域はステージ温度15℃、熱伝導用ガス圧力2Torrに設定し、該周辺領域はステージ温度25℃、熱伝導用ガス圧力6Torrに設定して、ドライエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。 In a method of performing dry etching while introducing a heat conduction gas for promoting cooling or heating of an SOI substrate between an 8-inch φ SOI substrate and the stage, the stage is divided into a square central region, the center The central area is set to a stage temperature of 15 ° C. and a heat conduction gas pressure of 2 Torr, and the peripheral area is set to a stage temperature of 25 ° C. and a heat conduction gas pressure of 6 Torr. Te, dry etching wherein the dry etching is performed. 8インチφのSOI基板とステージの間に該SOI基板の冷却もしくは加熱を促進するための熱伝導用ガスを導入しながらドライエッチングを行うドライエッチング装置において、
1)仕切りによって、正方形状の中心領域および該中心領域の周囲に位置する周辺領域に分割したステージ、
2)該中心領域は15℃、および、該周辺領域は25℃にステージ温度を設定し、維持する機構、
3)該中心領域は2Torr、および、該周辺領域は6Torrに熱伝導用ガス流量および圧力を設定し、維持する機構、
を少なくとも具備することを特徴とするドライエッチング装置。
In a dry etching apparatus that performs dry etching while introducing a heat conduction gas for promoting cooling or heating of the SOI substrate between an 8-inch φ SOI substrate and a stage,
1) A stage divided by a partition into a square central region and a peripheral region located around the central region ;
2) a mechanism for setting and maintaining the stage temperature at 15 ° C. in the central region and 25 ° C. in the peripheral region ;
3) a mechanism for setting and maintaining the heat conduction gas flow rate and pressure at 2 Torr in the central region and 6 Torr in the peripheral region ;
A dry etching apparatus comprising:
前記熱伝導用ガスが、HeもしくはArであることを特徴とする請求項2に記載のドライエッチング装置。   The dry etching apparatus according to claim 2, wherein the heat conduction gas is He or Ar.
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