JP5764186B2 - プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法 - Google Patents
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Description
また、マイクロローディング効果を抑制することができるプラズマエッチング装置、プラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
図6は、横軸に第2の高周波電源90から印加されるバイアス用高周波電力(13.56MHz)の自己バイアス電圧Vdcをとり、縦軸にエッチングレートをとった、SiOC系Low−k膜とSiC膜のエッチング特性を示すグラフである。このとき、処理ガスとしてはC4F8、Ar、N2を用い、これらの流量をそれぞれ10mL/min(sccm)、500mL/min(sccm)、100mL/min(sccm)とし、圧力を6Paとし、第1の高周波電源48として周波数が60MHzのものを用いてパワーを1000Wとし、第2の高周波電源90として周波数が13.56MHzのものを用いてパワーを2000Wとした。チャンバ内にプラズマを生成すると、上部電極から半導体ウエハにポリマーが供給されバイアスが印加されていないとデポが生じるが、自己バイアス電圧Vdcの絶対値を上げて行くとエッチングが進行するようになる。このとき、SiOC系Low−k膜を高精度でエッチングするためには、SiOC系Low−k膜がエッチングされ、下地のSiC膜はエッチングされないようなVdcが求められる。しかし、SiOC系Low−k膜とSiC膜とは組成が近接しているため、図に示すようにエッチング挙動が似ており、通常のエッチングでは高選択比をとるためのエッチングを行うことができるマージンは極めて狭く、エッチングレートを上げることができない。
ここでは、Cu配線層201の上にエッチングストップ膜であるSiC膜202が形成され、その上に被エッチング膜であるSiOC系Low−k膜203が形成され、フォトレジスト膜204をマスクとしてSiOC系Low−k膜203をエッチングする場合について説明する。
ここでは、下地膜であるSiC膜を30nm形成した後、その上にエッチング対象膜であるSiOC系Low−k膜を300nm形成し、その上にBARCおよびパターン化されたArFレジスト膜を形成したサンプルを用い、まずArFレジスト膜をマスクとしてBARCをエッチングした後、SiOC系Low−k膜をエッチングしてビアを形成した。
(1)メインエッチング(連続モード)
チャンバ内圧力:6.65Pa(50mT)
上部印加高周波パワー(60MHz):400W
下部印加高周波パワー(400kHz):500W
処理ガスおよび流量:C4F8/Ar/N2=4/1000/500mL/min(sccm)
上部直流電圧:−900V
時間:60sec
(2)オーバーエッチング
(a)実施例
チャンバ内圧力:6.65Pa(50mT)
上部印加高周波パワー(60MHz):400W
下部印加高周波パワー(400kHz):100W/800Wで変調
パワー変調の際のパルスパラメータ
周波数:15.0Hz
デューティー比:50%
Vpp:1.4V
処理ガスおよび流量:C4F8/Ar/N2=8/1000/80mL/min(sccm)
上部直流電圧:−900V
(b)比較例
チャンバ内圧力:6.65Pa(50mT)
上部印加高周波パワー(60MHz):400W
下部印加高周波パワー(400kHz):800W
処理ガスおよび流量:C4F8/Ar/N2=4/1000/500mL/min(sccm)
上部直流電圧:−900V
(3)共通条件
温度:上部電極/ウエハ/下部電極=60/60/0℃
ここでは、被エッチング膜のマスクに対する選択比を高めるために、上述したパワー変調モードを利用した例について説明する。
ここでは、マイクロローディング効果を緩和するために、上述したパワー変調モードを利用した例について説明する。
ここでは、エッチング対象膜としてSiOC系Low−k膜を用い、図14に示すようなサイズの(a)楕円形ビア、(b)円形のスモールビア、(c)トレンチ(GR)をエッチングした。ここでは、下部印加高周波電力パワー変調モードにした場合と連続モードにした場合とについて比較した。その際の条件は以下の通りとした。
(1)共通条件
チャンバ内圧力:6.65Pa(50mT)
上部印加高周波パワー(60MHz):400W
上部直流電圧:−900V
温度:上部電極/ウエハ/下部電極=60/60/0℃
処理ガスおよび流量:C4F8/Ar/N2=10/1000/100mL/min(sccm)
時間:30sec
(2)パワー変調モード
下部印加高周波パワー(13.56MHz):100W/700Wで変調
パワー変調の際のパルスパラメータ
周波数:15.0Hz
デューティー比:50%
(3)連続モード
下部印加高周波パワー(13.56MHz):700Wを連続印加
プラズマの安定性等の観点から、第2の高周波電源90をパワー変調モードとした時に、それに対応して第1の高周波電源48をもパワー変調モードにすることが好ましい場合も考えられる。この際には、RF制御器95により第2の高周波電源90のみならず第1の高周波電源48をもパワー変調するように制御する。具体的には、第1の高周波電源48を第2の高周波電源90のパワー変調モードに同期させて、第3のパワーと第4のパワーとの間でパワー変調するように制御する。この場合に、例えば図19の(a)に示すように、第1の高周波電源48と第2の高周波電源90とで、高パワーと低パワーとを同じタイミングとなるようにしてもよいし、図19の(b)に示すように、第1の高周波電源48と第2の高周波電源90とで、高パワーと低パワーとを逆のタイミングにしてもよい。
図20は、本発明の第2の実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。
16…サセプタ(下部電極)
34…上部電極
44…給電棒
46、89…第1の整合器
48…第1の高周波電源
50…可変直流電源
66…処理ガス供給源
84…排気装置
88…第2の整合器
90…第2の高周波電源
95…RF制御器
100…制御部
102…記憶部
W…半導体ウエハ(被処理基板)
Claims (8)
- 真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第1電極と、
前記第1電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第2電極と、
前記第1電極または第2電極にプラズマ形成用の第1の高周波電力を供給する第1の高周波電力供給ユニットと、
前記第2電極にイオン引き込み用の第2の高周波電力を供給する第2の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
前記第2の高周波電力供給ユニットを制御する制御器と
を具備し、
前記第2の高周波電力供給ユニットは、第2の高周波電源と第2の整合器を有し、
前記制御器は、前記第2の高周波電力供給ユニットを第1のパワーと前記第1のパワーよりも大きい第2のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させ、その際に、前記第2の整合器における整合動作を前記パワー変調に同期させて切り換えるように制御し、
前記制御器は、前記第2の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第1のパワーの際には前記第2の整合器の動作を行わないように制御し、第2のパワーの際には前記第2の整合器が前記第2の高周波電源の内部インピーダンスと前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うように制御することを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 前記制御器は、前記第2の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第1のパワーの際には、前記第2の高周波電源が出力するパワー値と、前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスによって反射されるパワー値との差分である、前記第2電極に供給されるパワー値が常に一定になるように、前記第2の高周波電源を制御することを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記第1電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプラズマエッチング装置。
- 前記制御器は、前記第2の高周波電力供給ユニットのパワー変調モードに同期させて、さらに前記第1の高周波電力供給ユニットを、第3のパワーと第4のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作するように制御することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプラズマエッチング装置。
- 真空排気可能な処理容器と、
処理容器内に配置された第1電極と、
前記第1電極に対向して設けられた被処理基板を支持する第2電極と、
前記第1電極または第2電極にプラズマ形成用の第1の高周波電力を供給する第1の高周波電力供給ユニットと、
前記第2電極にイオン引き込み用の第2の高周波電力を供給する第2の高周波電力供給ユニットと、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給ユニットと、
を具備し、前記第2の高周波電力供給ユニットは、第2の高周波電源と第2の整合器を有するプラズマエッチング装置を用い、前記第1電極および前記第2電極の間に処理ガスのプラズマを生成して被処理基板の所定の膜をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記第2の高周波電力供給ユニットを第1のパワーと前記第1のパワーよりも大きい第2のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させる際、前記第2の整合器における整合動作を前記パワー変調に同期させて切り換えるようにし、
その際に、第1のパワーの際には前記第2の整合器の動作を行わないようにし、第2のパワーの際には前記第2の整合器が前記第2の高周波電源の内部インピーダンスと前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスとが一致するような動作を行うようにすることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 前記第2の高周波電力供給ユニットを前記パワー変調モードで動作させているときに、第1のパワーの際には、前記第2の高周波電源が出力するパワー値と、前記処理容器のプラズマを含めた負荷インピーダンスによって反射されるパワー値との差分である、前記第2電極に供給されるパワー値が常に一定になるようにすることを特徴とする請求項5に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記プラズマ処理装置は、前記第1電極に直流電圧を印加する可変直流電源をさらに具備することを特徴とする請求項5または請求項6に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記第2の高周波電力供給ユニットのパワー変調モードに同期させて、さらに前記第1の高周波電力供給ユニットを、第3のパワーと第4のパワーとの間で所定周期でパワー変調するパワー変調モードで動作させることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載のプラズマエッチング方法。
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