JP4701776B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents
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Description
そして本発明は、前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第1のガスの供給量については、周辺領域よりも中心領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給し、
前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第2のガスの供給量については、中心領域よりも周辺領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給しながら、基板の被エッチング膜に対してエッチングを行なうことを特徴とする。
また他の発明は、ガス供給部の中心領域と周辺領域とで第1のガスの供給量が同じである場合には、前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第2のガスの供給量については、中心領域よりも周辺領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給し、
ガス供給部の中心領域と周辺領域とで第2のガスの供給量が同じである場合には、前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第1のガスの供給量については、周辺領域よりも中心領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給しながら、基板の被エッチング膜に対してエッチングを行なうことを特徴とする。
図4に、CF系ガスとしてC4F8ガスを想定し、既述のプラズマエッチング装置において、第1のガス室45(ガス供給面の中心領域)に供給する処理ガスと、第2のガス室46(ガス供給面の周辺領域)に供給する処理ガスの流量比を変えることにより、ガス供給面の中心領域と周辺領域とに対してCF系ガスの供給量を変えた場合のウエハW表面近傍のガス流速分布のシミュレーション結果を示す。図4中、縦軸はガス流速、横軸はウエハ中心からの距離、二点鎖線が前記処理ガスのガス供給面の中心領域(C)と周辺領域(E)の流量比(C/E)が3/7、実線が前記流量比C/Eが5/5、一点鎖線が前記流量比C/Eが7/3の場合を夫々示している。なお前記流量比C/Eが3/7の場合とは、ガス供給面の中心領域には全処理ガスの流量の3/10の流量の処理ガスを供給し、周辺領域には全処理ガスの流量の7/10の流量の処理ガスを供給する場合を意味している。
・C5F8ガス、Arガス、O2ガスの流量比;
C5F8:Ar:O2=15:380:19sccm
・プロセス圧力;1.995Pa(15mTorr)
・プロセス温度;20℃
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、2170W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、0W
この結果を図6に示す。図6では縦軸が成膜速度、横軸がウエハの中心からの距離を示しており、□が前記処理ガスの前記流量比C/Eが7/3、○が前記流量比C/Eが5/5、■が前記流量比C/Eが3/7の場合を夫々示している。これにより、前記流量比C/Eが3/7の場合には、成膜速度がウエハWの面内において最も均一になることが認められ、周辺領域への供給量が中心領域よりも多い場合には圧力分布が均一になり、活性種の存在密度がウエハWの面内において均一になることが裏付けられた。
(実施例1)
CF系ガスとしてCHF3ガス、希釈ガスとしてArガスとN2ガスとを用いた処理ガスを予め混合してから、図1に示すプラズマエッチング装置に導入して、以下の処理条件で、前記ガス供給面の中心領域への供給量と周辺領域への供給量とを変えて、ウエハW上に形成されたレジスト膜(ウエハWの全面に形成され、パターンが形成されていないもの)のエッチング処理を行い、このときのCF密度、CF2密度のウエハWの面内均一性を、LIF(レーザ誘起蛍光)計測を行なうことにより測定した。ここで処理ガスの前記流量比C/Eは、0/10、3/7、5/5、7/3、10/0とした。なお前記流量比C/Eが0/10とは、処理ガスをガス供給面の周辺領域のみに供給する場合を意味している。
<処理条件>
・CHF3ガス、Arガス、N2ガスの流量比;
CHF3:Ar:N2=40:1000:80sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、1200W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1700W
この結果を図7(a)にCF密度の面内均一性、図7(b)にCF2密度の面内均一性を夫々示す。図7では縦軸がCF密度(CF2密度)、横軸がウエハの中心からの距離を示しており、▲が前記流量比C/Eが0/10、■が前記流量比C/Eが3/7、○が前記流量比C/Eが5/5、□が前記流量比C/Eが7/3、△が前記流量比C/Eが10/0の場合を夫々示している。
この結果より、CF密度、CF2密度は共に、第1のガス室45ガス供給面の中心領域の流量を多くした場合の方が周辺領域の流量を多くした場合よりも、ウエハの面内において均一であることが認められた。ここで周辺領域の流量を多くした場合には、ウエハWの中心領域でのCF密度等が高いが、周辺領域では低くなっており、既述のようにウエハWの中心領域にはガス溜まりができていると推察される。一方中心領域の流量を多くした場合には、ウエハWの中心領域での密度が低く、ウエハWの面内に亘ってほぼ均一であったことから、既述のようにガスの流速分布の面内均一性が高く、これによりCF密度等がウエハWの面内に亘って均一に揃えられるものと推察される。
(実施例2)
CF系ガスとしてCHF3ガス、希釈ガスとしてArガスとN2ガスとを用いた処理ガスを予め混合してから、図1に示すプラズマエッチング装置に導入し、以下の処理条件で、処理ガスのガス供給面の中心領域の流量と周辺領域の流量と変えて、ウエハW上に形成された被エッチング膜(SiO2膜)のエッチング処理を行い、このときのレジスト残膜、エッチング深さ、上部CD、ボーイング位置の面内均一性について評価した。この際、処理ガスの前記ガス供給面の中心領域と周辺領域の流量比は、前記流量比C/Eが1/9、5/5、9/1の場合とした。
・CHF3ガス、Arガス、N2ガスの流量比;
CHF3:Ar:N2=40:1000:80sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、1200W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1700W
この結果を図8(b)に示す。CHF3ガスでは、レジスト残膜、エッチング深さ、上部CD、ボーイング位置の、ウエハの中心部と周辺部との差(絶対値)は、いずれも中心領域の流量を周辺領域よりも多くした場合の方が小さく、この実施例によっても、炭素数が2以下のCF系ガスでは、中心領域の流量を多くした場合の方が、エッチングの進行がウエハW面内において揃えられ、レジスト残膜、エッチング深さ、上部CD、ボーイング位置のエッチング特性の面内均一性が良好であることが理解される。
(実施例3)
CF系ガスとしてCHF3ガス、希釈ガスとしてArガスとN2ガスとO2ガスを用いた処理ガスを予め混合してから、図1に示すプラズマエッチング装置に導入し、以下の処理条件で、処理ガスの前記ガス供給面への中心領域の流量と周辺領域への流量を変えて、ウエハW上に形成された被エッチング膜(SiOCH膜)のエッチング処理を行い、このときのエッチングにより形成された上部CDの面内均一性と、エッチング深さの面内均一性とについて評価した。
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60Hz、1500W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、2800W
この結果を前記上部CDの面内均一性については図9(a)に、エッチング深さの面内均一性については図9(b)に夫々示す。図9(a)中縦軸は上部CDの中心部と周辺部とのデータの差の絶対値であり、図9(b)中縦軸はエッチング深さの中心部と周辺部とのデータの差の絶対値である。さらに図9(a),(b)中、横軸は処理ガスの中心領域と周辺領域の流量比C/Eを示しており、例えばこの流量比が50%のときは、前記流量比C/Eが5/5の場合を意味し、90%のときは、前記流量比C/Eが9/1の場合を意味している。
(実施例4)
CF系ガスとしてCH2F2ガス、希釈ガスとしてO2ガスを用いた処理ガスを予め混合してから、図1に示すプラズマエッチング装置に導入し、以下の処理条件で、処理ガスのウエハWへの中心領域の流量と周辺領域への流量とを変えて、ウエハW上に形成された被エッチング膜(SiO膜とSiOCH膜との積層膜)のエッチング処理を行い、このときのレジスト残膜、上部CD、底部CD、Recessの面内均一性について評価した。この際、処理ガスの中心領域と周辺領域の流量比は、前記流量比C/Eが1/9、5/5、9/1の場合とした。
・CH2F2ガス、O2ガスの流量比;
CH2F2:O2=40:20sccm
・プロセス圧力;7.98Pa(60mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、700W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、300W
ここで前記底部CDとは図8(a)中、被エッチング膜(SiOC膜)71に形成されたホール73の底部側の口径E、Recessとは、被エッチング膜の下地膜のエッチング量をいう。またこれらの面内均一性については、例えばエッチング後の膜を断面SEMにより撮影し、この写真に基づいて、夫々の項目についてウエハWの中心部と周辺部とのデータを取得し、両者の差異を求めることにより評価し、この差異が小さいほど面内均一性が良好であることとした。底部CDやRecessの定義やデータの取得方法、ウエハWの中心部と周辺部とのデータの差により面内均一性を評価する方法は以下の実施例においても同様である。
(実施例5)
CF系ガスとしてC4F8ガス、希釈ガスとしてArガスとN2ガスを用いた処理ガスを予め混合してから、図1に示すプラズマエッチング装置に導入し、以下の処理条件で、処理ガスの前記ガス供給面への中心領域の流量と周辺領域への流量とを変えて、ウエハW上に形成された被エッチング膜(SiOC膜)の上に厚さ50nmのTEOSと厚さ100nmの反射防止膜(BARC)を積層したもの)のエッチング処理を行い、このときに形成されたホールの形状について評価した。ここで処理ガスのウエハWへの中心領域の流量と周辺領域への流量は、前記流量比C/Eが1/9、5/5、9/1の場合とした。
・C4F8ガス、Arガス、N2ガスの流量比;
C4F8:Ar:N2=5:1000:150sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、500W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、2000W
ここで前記ホール形状は、図11(a)に示す、ホール73の側壁外面74とホール底部を構成する面の延長線75との間のなす角であるテーパ角θを、ウエハWの中心部に形成されたホールと周辺部に形成されたホールとについて測定し、両者の差異を求めることにより評価した。この差異が小さいほどホール形状の面内均一性が良好であることを意味する。
(実施例6)
CF系ガスとしてC4F8ガスとCF4ガスの2種類のガスを用い、希釈ガスは用いない処理ガスを予め混合してから、図1に示すプラズマエッチング装置に導入し、以下の処理条件で、処理ガスの前記ガス供給面への中心領域の供給流量と周辺領域への供給流量とを変えて、ウエハW上に形成された被エッチング膜(SiOCH膜)のエッチング処理を行い、このときの上部CDの面内均一性について既述のように評価した。
・C4F8ガス、CF4ガスの流量比;
C4F8:CF4ガス=5:200sccm
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz
この結果を図12に示す。ここで図12中、縦軸は上部CD差の絶対値、横軸は処理ガスの中心領域と周辺領域の流量比C/Eを示している。これにより、上部CDの中心部と周辺部とのデータの差は、前記流量比C/E=7/3のときが最も小さく、前記上部CDの面内均一性が良好であることが認められた。
(実施例7)
CF系ガスとしてC4F8ガスとCF4ガスの2種類のガス、希釈ガスとしてN2ガスとO2ガスとを用いた処理ガスを予め混合してからチャンバ内に導入して、第1のエッチング処理を行なった後、次いでCF系ガスとしてC4F8ガス、希釈ガスとしてArガスとN2ガスとを用いた処理ガスを予め混合してからチャンバ内に導入して第2のエッチング処理を行なう場合について、上部CDと底部CDの面内均一性について既述の手法で評価した。このとき図1に示すプラズマエッチング装置を用い、以下の処理条件で、処理ガスのウエハWへの前記ガス供給面の中心領域への供給流量と周辺領域への供給流量とを変えてウエハW上に形成された被エッチング膜(SiOCH膜の上に厚さ50nmのTEOSと厚さ65nmの反射防止膜(BARC)とを積層したもの)のエッチング処理を行った。前記流量比C/Eは、第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理共に前記流量比C/Eが5:5の場合と、第1のエッチング処理では、前記流量比C/Eは9:1、第2のエッチング処理では、前記流量比C/Eは1:9の場合とについて評価を行なった。
・C4F8ガス、CF4ガス、N2ガス、O2ガスの流量比;
C4F8:CF4:N2:O2=6:15:120:10sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、800W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1400W
<第2のエッチング処理の処理条件>
・C4F8ガス、Arガス、N2ガスの流量比;
C4F8:Ar:N2=8:50:1000sccm
・プロセス圧力;3.325Pa(25mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、1000W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、3000W
この結果を図12に示す。これにより上部CD,底部CDのウエハWの中心部と周辺部とのデータの差(絶対値)は共に、第1のエッチング処理では中心領域に多く供給し、第2のエッチング処理では周辺領域に多く供給する場合の方が小さく、前記CDの面内均一性が良好であることが認められた。
(実施例8)
実施例7と同様のエッチング条件でウエハW上に形成された被エッチング膜のエッチング処理を行ない、CD−SEM(ウエハWを非破壊で上面から観察する電子顕微鏡)により面内CD分布についての評価を行なった。この結果を図14(a)に、第1のエッチング処理では、前記流量比C/Eは9:1、第2のエッチング処理では、前記流量比C/Eは1:9の場合、図14(b)に、第1及び第2のエッチング処理共に、前記流量比C/Eが5:5の場合について夫々示す。また図14中縦軸は、CDシフト値であり、横軸はウエハ上の位置、◇はX軸のデータ、○はY軸のデータを夫々示している。この例のCDシフト値はマスクのホール口径と、エッチング後のホール口径の差を意味している。
(実施例9)
CF系ガスとしてC5F8ガスを用い、希釈ガスとしてArガスとO2ガスとを用いた処理ガスを予め混合してからチャンバ内に導入してエッチング処理を行なう場合について、エッチングレート、レジスト選択性、レジスト残膜、エッチング深さの均一性について評価した。このとき図1に示すプラズマエッチング装置を用い、以下の処理条件で、処理ガスのウエハWへの前記ガス供給面の中心領域の供給流量と周辺領域への供給流量とを変えてウエハW上に形成されたレジストのエッチング処理を行った。この際処理ガスの前記中心領域への供給流量を208sccm、周辺領域への供給流量を208sccmとする場合と、前記中心領域への供給流量を208sccm、周辺領域への供給流量を312sccmとする場合とについて、前記エッチングレート等を評価した。ここでエッチング選択性とはSiO2膜エッチング量/レジストマスク膜厚減少量により算出されるものであり、エッチングレート、レジスト選択性の面内均一性については、例えばエッチング後の膜を断面SEMにより撮影し、この写真に基づいて、ウエハWの中心部と周辺部とにおいて、前記エッチングレート、レジスト選択性の各大きさを求め、前記中心部と周辺部との差が小さいほど、面内均一性が良いとした。
・C5F8ガス、Arガス、O2ガスの流量比;
C5F8:Ar:O2=16:380:20sccm
・プロセス圧力;3.325Pa(25mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、1000W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、3000W
この結果を図15に示す。これにより、前記ガス供給面の中心領域への供給流量よりも周辺領域への供給流量を多くした場合の方が、エッチングレート、レジスト選択性、レジスト残膜、エッチング深さは、ウエハWの中心部と周辺部との間での差が小さく、これらの面内均一性が良好であることが認められた。
(実施例10)
CF系ガスとしてC4F8ガスを用い、希釈ガスとしてCOガスとN2ガスとO2ガスとを用いてエッチング処理を行なう場合について、前記CDシフト値の面内均一性について評価した。このとき図1に示すプラズマエッチング装置を用い、以下の処理条件で、処理ガスのウエハWへの中心領域の供給流量と周辺領域への供給流量とを変えてウエハW上に形成された被エッチング膜(SiOC膜)のエッチング処理を行った。ここで前記流量比C/Eは2/4、2/2、2/6の場合について評価を行なった。
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、800W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1400W
この結果を図16に示す。これにより、C4F8ガスの周辺領域への供給流量を変えることにより、ウエハWの周辺領域ではCDシフト値が大きく変化し、C4F8ガスでは周辺領域への供給流量を中心領域より多くすることにより、前記CDシフトの面内均一性が高められることが認められた。
(実施例11)
CF系ガスとしてCHF3ガスとCF4ガスの2種類のガスを用い、希釈ガスとしてArガスとN2ガスとを用いて第1のエッチング処理を行なった後、次いでCF系ガスとしてC4F8ガスを用い、希釈ガスとしてArガスとN2ガスとを用いて第2のエッチング処理を行なう場合について、既述の上部CDの面内均一性について評価した。このとき処理ガスを予め所定の流量で混合したものを図1に示すプラズマエッチング装置に導入し、以下の処理条件で、処理ガスのウエハWへの中心領域の供給流量と周辺領域への供給流量とを変えてウエハW上に形成されたレジストのエッチング処理を行った。
・CHF3ガス、CF4ガス、Arガス、N2ガスの流量比;
CHF3:CF4:Ar:N2=15:15:500:80sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、800W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1700W
<第2のエッチング処理の処理条件>
・C4F8ガス、Arガス、N2ガスの流量比;
C4F8:Ar:N2=7:950:120sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、1200W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1700W
また中心領域と周辺領域との供給流量については、第1のエッチング処理、第2のエッチング処理共に、前記流量比C/E=50/50の場合と、第1のエッチング処理では前記流量比C/Eは95:5、第2のエッチング処理では前記流量比C/Eは5:95の場合とについて評価を行なった。
(実施例12)
CF系ガスとしてC4F8ガスとCF4ガスとを用い、希釈ガスとしてN2ガスとO2ガスとを用いて、これらのガスを予め混合しておき、この混合済みの処理ガスを用いてエッチング処理を行う場合について、エッチングレートの面内均一性について評価した。このとき図1に示すプラズマエッチング装置を用い、以下の処理条件で、処理ガスの前記ガス供給面への中心領域の供給流量と周辺領域への供給流量とを変えてウエハW上に形成されたレジストのエッチング処理を行った。
・C4F8ガス、CF4ガス、N2ガス、O2ガスの流量比;
C4F8:CF4:N2:O2=6:15:120:10sccm
・プロセス圧力;6.65Pa(50mTorr)
・第1の高周波電源61の周波数と電力;60MHz、800W
・第2の高周波電源65の周波数と電力;2MHz、1400W
また中心領域と周辺領域との供給流量については、前記流量比C/E=50/50の場合と、前記流量比C/Eは90:10の場合とについて評価を行なった。
1 チャンバ
2 載置台
3 静電チャック
4 上部電極
45 第1のガス導入室
46 第2のガス導入室
51 第1のガス導入路
52 第2のガス導入路
54,61,64 第1のガス供給源
55,62,65 第2のガス供給源
6 制御部
F1〜F11 流量調整部
Claims (5)
- 基板の中心領域に対向する中心領域と基板の周辺領域に対向する周辺領域とから独立して処理ガスを基板に供給できるガス供給部を備え、CH 2 F 2 ガス、CHF 3 ガス、CF 4 ガス、C 2 F 6 ガスのいずれかである第1のガス及びC 3 F 8 ガス、C 4 F 8 ガス、C 4 F 6 ガス、C 5 F 8 ガスのいずれかである第2のガスを混合した処理ガスを用いて基板の被エッチング膜に対してエッチングを行う方法であって、
前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第1のガスの供給量については、周辺領域よりも中心領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給し、
前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第2のガスの供給量については、中心領域よりも周辺領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給しながら、基板の被エッチング膜に対してエッチングを行なうことを特徴とするエッチング方法。 - 基板の中心領域に対向する中心領域と基板の周辺領域に対向する周辺領域とから独立して処理ガスを基板に供給できるガス供給部を備え、CH 2 F 2 ガス、CHF 3 ガス、CF 4 ガス、C 2 F 6 ガスのいずれかである第1のガス及びC 3 F 8 ガス、C 4 F 8 ガス、C 4 F 6 ガス、C 5 F 8 ガスのいずれかである第2のガスを混合した処理ガスを用いて基板の被エッチング膜に対してエッチングを行う方法であって、
ガス供給部の中心領域と周辺領域とで第1のガスの供給量が同じである場合には、前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第2のガスの供給量については、中心領域よりも周辺領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給し、
ガス供給部の中心領域と周辺領域とで第2のガスの供給量が同じである場合には、前記ガス供給部のガス供給面の単位面積当たりにおける単位時間当たりの第1のガスの供給量については、周辺領域よりも中心領域の方が多くなるように当該ガス供給部から処理ガスを供給しながら、基板の被エッチング膜に対してエッチングを行なうことを特徴とするエッチング方法。 - 前記第1のガスの供給量について、周辺領域よりも中心領域の方が多くなるようにガス供給部から処理ガスを供給する工程は、第1のガスの流量及び希釈ガスによる第1のガスの希釈率の少なくとも一方を調整することにより行なわれることを特徴とする請求項1または2に記載のエッチング方法。
- 前記第2のガスの供給量について、中心領域よりも周辺領域の方が多くなるようにガス供給部から処理ガスを供給する工程は、第2のガスの流量及び希釈ガスによる第2のガスの希釈率の少なくとも一方を調整することにより行なわれることを特徴とする請求項1または2に記載の記載のエッチング方法。
- 基板が載置される載置台が内部に設けられた処理容器と、
前記処理容器の内部に前記載置台と対向するように設けられ、前記載置台と対向する面にガス供給面を備え、この載置台上に載置された基板に対して基板の中心領域に対向する中心領域と基板の周辺領域に対向する周辺領域とから独立して、炭素とハロゲンとを含む処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器の内部の圧力を調整するための手段と、
前記処理容器の内部にプラズマを発生させるための手段と、
前記ガス供給部に供給される処理ガスの流量を調整するための手段と、
前記各手段を、請求項1ないし4の工程を実施するように制御する制御部と、を備え、前記処理ガスをプラズマ化し、このプラズマにより基板の被エッチング膜に対してエッチングを行なうことを特徴とするエッチング装置。
Priority Applications (9)
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