JP6449141B2 - Etching processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、エッチング処理方法及びプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to an etching processing method and a plasma processing apparatus.

プラズマにより基板をエッチングする処理において良好なエッチングを行うために、基板を載置する載置台に設けられたヒータ及び冷媒機構により基板の表面の温度を制御することが提案されている。例えば、特許文献1では、エッチング中に保持すべき基板の表面の温度を示すプロセス温度が、プラズマからの加熱によって基板が熱平衡に達する温度を示すプラズマ加熱温度よりも低く、エッチング中、プラズマからの入熱により基板の表面の温度が上昇する。そこで、エッチング中の基板の表面の温度がプロセス温度に維持されるように冷却機構によって基板を冷却することが開示されている。   In order to perform good etching in the process of etching a substrate with plasma, it has been proposed to control the surface temperature of the substrate by a heater and a refrigerant mechanism provided on a mounting table on which the substrate is mounted. For example, in Patent Document 1, the process temperature indicating the temperature of the surface of the substrate to be held during etching is lower than the plasma heating temperature indicating the temperature at which the substrate reaches thermal equilibrium due to heating from the plasma. The surface temperature of the substrate rises due to heat input. Therefore, it is disclosed that the substrate is cooled by a cooling mechanism so that the surface temperature of the substrate during etching is maintained at the process temperature.

特開平10−303185号公報JP-A-10-303185 特許第3084497号明細書Japanese Patent No. 3084497 特開平8−92765号公報JP-A-8-92765

しかしながら、特許文献1は、例えば、プラズマ加熱温度が300℃、プロセス温度が87℃の場合に冷媒の温度を20℃程度に設定しており、常温でのプラズマプロセスにおける基板の表面の温度制御方法に関する。また、特許文献1は、ビアホールやコンタクトホール等のエッチングを行う場合、ホールサイズの大小によってエッチングレートが異なる、いわゆるマイクロローディングの課題を改善するために、エッチング中、基板の表面の温度を前記のように制御する。   However, in Patent Document 1, for example, when the plasma heating temperature is 300 ° C. and the process temperature is 87 ° C., the temperature of the refrigerant is set to about 20 ° C., and the temperature control method for the surface of the substrate in the plasma process at room temperature About. Further, in Patent Document 1, when etching a via hole or a contact hole, the surface temperature of the substrate is changed during etching in order to improve the problem of so-called microloading, in which the etching rate varies depending on the size of the hole. To control.

ところが、常温下でのプラズマ処理と極低温環境下でのプラズマ処理とは、プロセスの特性や制御する温度領域が異なるため、プラズマからの入熱に対して生じる課題が異なることがあり、また、その課題解決のアプローチが異なることがある。   However, the plasma treatment under normal temperature and the plasma treatment under a cryogenic environment are different in process characteristics and temperature range to be controlled, so the problems caused by heat input from the plasma may be different. The approach to solving the problem may be different.

上記課題に対して、一側面では、本発明は、極低温の温度制御によりエッチングを促進させることを目的とする。   With respect to the above-described problem, in one aspect, an object of the present invention is to promote etching by temperature control at a very low temperature.

上記課題を解決するために、一の態様によれば、基板の表面の温度を−35℃未満に制御し、第1高周波電源が出力する第1高周波電力及び第2高周波電源が出力する第2高周波電力を用いて水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第1の工程と、前記第2高周波電源の出力を停止し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第2の工程と、を含み、前記第1の工程と前記第2の工程とを複数回繰り返す、エッチング処理方法が提供される。   In order to solve the above problem, according to one aspect, the temperature of the surface of the substrate is controlled to be less than −35 ° C., and the first high frequency power output from the first high frequency power source and the second high frequency power source output from the second high frequency power source. A first step of generating plasma from a hydrogen-containing gas and a fluorine-containing gas using high-frequency power, etching the silicon oxide film with the plasma, and stopping the output of the second high-frequency power source, And a second step of performing an etching process, wherein the first step and the second step are repeated a plurality of times.

一の側面によれば、極低温の温度制御によりエッチングを促進させることができる。   According to one aspect, etching can be promoted by temperature control at a very low temperature.

一実施形態に係るエッチング処理装置の縦断面の一例を示す図。The figure which shows an example of the longitudinal cross-section of the etching processing apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおけるLFの印加方法と結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the application method and result of LF in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. ウェハの温度のLFパワー及び伝熱ガス依存性の一例を示す図。The figure which shows an example of LF power and heat-transfer gas dependence of the temperature of a wafer. 一実施形態に係るエッチング処理方法の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the etching processing method which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおけるLFオフの効果の一例を示す図。The figure which shows an example of the effect of LF off in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおけるLFオフの効果の一例を示す図。The figure which shows an example of the effect of LF off in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチング中の温度遷移の一例を示す図。The figure which shows an example of the temperature transition during the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおける繰り返しの効果の一例を示す図。The figure which shows an example of the effect of the repetition in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおけるLFパワーの効果の一例を示す図。The figure which shows an example of the effect of LF power in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおけるチャンバの温度とERとの関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the temperature of the chamber and ER in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温エッチングにおけるLFパワーとERとの関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between LF power and ER in the cryogenic etching which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る温度制御部の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of the temperature control part which concerns on one Embodiment. 干渉温度計の一例を模式的に示す図。The figure which shows an example of an interference thermometer typically. 一実施形態に係る温調機構の一例を示す図。The figure which shows an example of the temperature control mechanism which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る極低温における伝熱ガスの圧力とフォーカスリング108の温度との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the pressure of the heat transfer gas in the cryogenic temperature which concerns on one Embodiment, and the temperature of the focus ring. 一実施形態に係る間欠エッチングとウェハ温度との関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the intermittent etching which concerns on one Embodiment, and wafer temperature.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in this specification and drawing, about the substantially same structure, the duplicate description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

[エッチング処理装置の全体構成]
まず、本発明の一実施形態にかかるエッチング処理装置1について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかるエッチング処理装置1の縦断面の一例を示す。本実施形態にかかるエッチング処理装置1は、基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置の一例である。本実施形態にかかるエッチング処理装置1では、ウェハをプラズマエッチングするが、これに限らず、プラズマ処理装置にて成膜やスパッタなどの所望のプラズマ処理が行われる。本実施形態にかかるエッチング処理装置1は、チャンバ10内に載置台20とガスシャワーヘッド25とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置(容量結合型プラズマ処理装置)である。載置台20は下部電極としても機能し、ガスシャワーヘッド25は上部電極としても機能する。
[Overall configuration of etching apparatus]
First, an etching processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of a longitudinal section of an etching processing apparatus 1 according to the present embodiment. The etching processing apparatus 1 according to the present embodiment is an example of a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a substrate. In the etching processing apparatus 1 according to the present embodiment, the wafer is plasma-etched. However, the plasma processing apparatus is not limited to this, and desired plasma processing such as film formation and sputtering is performed in the plasma processing apparatus. The etching processing apparatus 1 according to the present embodiment is a parallel plate type plasma processing apparatus (capacitive coupling type plasma processing apparatus) in which a mounting table 20 and a gas shower head 25 are disposed in a chamber 10 so as to face each other. The mounting table 20 also functions as a lower electrode, and the gas shower head 25 also functions as an upper electrode.

エッチング処理装置1は、例えば表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ10を有している。チャンバ10は、電気的に接地されている。載置台20は、チャンバ10の底部に設置され、半導体ウェハ(以下、単に「ウェハW」という。)を載置する。ウェハWは、基板の一例である。載置台20は、たとえばアルミニウム(Al)やチタン(Ti)、炭化ケイ素(SiC)等から形成されている。載置台20の上面には、ウェハを静電吸着するための静電チャック106が設けられている。静電チャック106は、絶縁体106bの間にチャック電極106aを挟み込んだ構造になっている。チャック電極106aには直流電圧源112が接続され、直流電圧源112からチャック電極106aに直流電圧HVが印加されることにより、クーロン力によってウェハWが静電チャック106に吸着される。   The etching processing apparatus 1 has a cylindrical chamber 10 made of aluminum whose surface is anodized (anodized), for example. The chamber 10 is electrically grounded. The mounting table 20 is installed at the bottom of the chamber 10 and mounts a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer W”). The wafer W is an example of a substrate. The mounting table 20 is made of, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), silicon carbide (SiC), or the like. An electrostatic chuck 106 for electrostatically attracting the wafer is provided on the upper surface of the mounting table 20. The electrostatic chuck 106 has a structure in which a chuck electrode 106a is sandwiched between insulators 106b. A DC voltage source 112 is connected to the chuck electrode 106a, and a DC voltage HV is applied from the DC voltage source 112 to the chuck electrode 106a, whereby the wafer W is attracted to the electrostatic chuck 106 by Coulomb force.

静電チャック106の周縁部には、載置台20の周囲を囲むようにフォーカスリング108が配置されている。フォーカスリング108は、例えばシリコンや石英から形成されている。フォーカスリング108は、エッチングの面内均一性を高めるように機能する。   A focus ring 108 is disposed on the periphery of the electrostatic chuck 106 so as to surround the periphery of the mounting table 20. The focus ring 108 is made of, for example, silicon or quartz. The focus ring 108 functions to improve the in-plane uniformity of etching.

載置台20は、支持体104により支持されている。支持体104の内部には、冷媒流路104aが形成されている。冷媒流路104aには、冷媒入口配管104b及び冷媒出口配管104cが接続されている。チラー107から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体(以下、「冷媒」ともいう。)は、冷媒入口配管104b、冷媒流路104a及び冷媒出口配管104cを循環する。冷媒により、載置台20及び静電チャック106は抜熱され、冷却される。   The mounting table 20 is supported by the support body 104. A coolant channel 104 a is formed inside the support body 104. A refrigerant inlet pipe 104b and a refrigerant outlet pipe 104c are connected to the refrigerant flow path 104a. A cooling medium such as cooling water or brine (hereinafter also referred to as “refrigerant”) output from the chiller 107 circulates through the refrigerant inlet pipe 104b, the refrigerant flow path 104a, and the refrigerant outlet pipe 104c. The mounting table 20 and the electrostatic chuck 106 are removed by the refrigerant and cooled.

伝熱ガス供給源85は、ヘリウムガス(He)やアルゴンガス(Ar)等の伝熱ガスをガス供給ライン130に通して静電チャック106上のウェハWの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック106は、冷媒流路104aに循環させる冷媒と、ウェハWの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハを所定の温度に制御することができる。伝熱ガス供給源85及びガス供給ライン130は、ウェハWの裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構の一例である。   The heat transfer gas supply source 85 supplies a heat transfer gas such as helium gas (He) or argon gas (Ar) to the back surface of the wafer W on the electrostatic chuck 106 through the gas supply line 130. With this configuration, the temperature of the electrostatic chuck 106 is controlled by the coolant circulated through the coolant channel 104a and the heat transfer gas supplied to the back surface of the wafer W. As a result, the wafer can be controlled to a predetermined temperature. The heat transfer gas supply source 85 and the gas supply line 130 are an example of a heat transfer gas supply mechanism that supplies heat transfer gas to the back surface of the wafer W.

載置台20には、2周波重畳電力を供給する電力供給装置30が接続されている。電力供給装置30は、第1周波数の第1高周波電力(プラズマ生起用高周波電力)を供給する第1高周波電源32と、第1周波数よりも低い第2周波数の第2高周波電力(バイアス電圧発生用高周波電力)を供給する第2高周波電源34とを有する。第1高周波電源32は、第1整合器33を介して載置台20に電気的に接続される。第2高周波電源34は、第2整合器35を介して載置台20に電気的に接続される。第1高周波電源32は、例えば、60MHzの第1高周波電力を載置台20に印加する。第2高周波電源34は、例えば、13.56MHzの第2高周波電力を載置台20に印加する。なお、本実施形態では、第1高周波電力は載置台20に印加されるが、ガスシャワーヘッド25に印加されてもよい。   A power supply device 30 that supplies two-frequency superimposed power is connected to the mounting table 20. The power supply device 30 includes a first high-frequency power source 32 that supplies a first high-frequency power (plasma generation high-frequency power) having a first frequency, and a second high-frequency power (for generating a bias voltage) that is lower than the first frequency. And a second high-frequency power source 34 for supplying high-frequency power). The first high frequency power supply 32 is electrically connected to the mounting table 20 via the first matching unit 33. The second high frequency power supply 34 is electrically connected to the mounting table 20 via the second matching unit 35. The first high frequency power supply 32 applies, for example, a first high frequency power of 60 MHz to the mounting table 20. For example, the second high frequency power supply 34 applies second high frequency power of 13.56 MHz to the mounting table 20. In the present embodiment, the first high-frequency power is applied to the mounting table 20, but may be applied to the gas shower head 25.

第1整合器33は、第1高周波電源32の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第2整合器35は、第2高周波電源34の内部(または出力)インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第1整合器33は、チャンバ10内にプラズマが生成されているときに第1高周波電源32の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第2整合器35は、チャンバ10内にプラズマが生成されているときに第2高周波電源34の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。   The first matching unit 33 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the first high frequency power supply 32. The second matching unit 35 matches the load impedance to the internal (or output) impedance of the second high frequency power supply 34. The first matching unit 33 functions so that the internal impedance of the first high-frequency power source 32 and the load impedance seem to coincide when plasma is generated in the chamber 10. The second matching unit 35 functions so that the internal impedance of the second high-frequency power source 34 and the load impedance seem to coincide when plasma is generated in the chamber 10.

ガスシャワーヘッド25は、その周縁部を被覆するシールドリング40を介してチャンバ10の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド25は、図1に示すように電気的に接地してもよい。また、可変直流電源を接続してガスシャワーヘッド25に所定の直流(DC)電圧が印加されるようにしてもよい。   The gas shower head 25 is attached so as to close the opening of the ceiling portion of the chamber 10 via a shield ring 40 covering the peripheral edge portion thereof. The gas shower head 25 may be electrically grounded as shown in FIG. A predetermined direct current (DC) voltage may be applied to the gas shower head 25 by connecting a variable direct current power source.

ガスシャワーヘッド25には、ガスを導入するガス導入口45が形成されている。ガスシャワーヘッド25の内部にはガス導入口45から分岐したセンター部の拡散室50a及びエッジ部の拡散室50bが設けられている。ガス供給源15から出力されたガスは、ガス導入口45を介して拡散室50a、50bに供給され、拡散室50a、50bにて拡散されて多数のガス供給孔55から載置台20に向けて導入される。   The gas shower head 25 is formed with a gas inlet 45 for introducing gas. Inside the gas shower head 25, there are provided a diffusion chamber 50a at the center portion and a diffusion chamber 50b at the edge portion branched from the gas inlet 45. The gas output from the gas supply source 15 is supplied to the diffusion chambers 50a and 50b through the gas introduction port 45, diffused in the diffusion chambers 50a and 50b, and directed from the multiple gas supply holes 55 toward the mounting table 20. be introduced.

チャンバ10の底面には排気口60が形成されており、排気口60に接続された排気装置65によってチャンバ10内が排気される。これにより、チャンバ10内を所定の真空度に維持することができる。チャンバ10の側壁にはゲートバルブGが設けられている。ゲートバルブGは、チャンバ10からウェハWの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。   An exhaust port 60 is formed on the bottom surface of the chamber 10, and the inside of the chamber 10 is exhausted by an exhaust device 65 connected to the exhaust port 60. Thereby, the inside of the chamber 10 can be maintained at a predetermined degree of vacuum. A gate valve G is provided on the side wall of the chamber 10. The gate valve G opens and closes the loading / unloading port when the wafer W is loaded and unloaded from the chamber 10.

エッチング処理装置1には、装置全体の動作を制御する制御部100が設けられている。制御部100は、CPU(Central Processing Unit)105、ROM(Read Only Memory)110及びRAM(Random Access Memory)115を有している。CPU105は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述されるエッチング処等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力(ガスの排気)、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度(上部電極温度、チャンバの側壁温度、ウェハW温度(静電チャック温度)など)、チラー107から出力される冷媒の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、CD−ROM、DVD等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。   The etching processing apparatus 1 is provided with a control unit 100 that controls the operation of the entire apparatus. The control unit 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 105, a ROM (Read Only Memory) 110, and a RAM (Random Access Memory) 115. The CPU 105 executes a desired process such as an etching process, which will be described later, according to various recipes stored in these storage areas. The recipe includes process time, pressure (gas exhaust), high-frequency power and voltage, various gas flow rates, chamber temperature (upper electrode temperature, chamber sidewall temperature, wafer W temperature (electrostatic), which are control information of the apparatus for process conditions. The temperature of the refrigerant output from the chiller 107, and the like. Note that recipes indicating these programs and processing conditions may be stored in a hard disk or a semiconductor memory. Further, the recipe may be set at a predetermined position and read out while being stored in a portable computer-readable storage medium such as a CD-ROM or DVD.

エッチング処理時には、ゲートバルブGの開閉が制御され、ウェハWがチャンバ10に搬入され、載置台20に載置される。直流電圧源112からチャック電極106aに直流電圧HVが印加されることにより、クーロン力によってウェハWが静電チャック106に吸着され、保持される。   During the etching process, the opening and closing of the gate valve G is controlled, and the wafer W is loaded into the chamber 10 and placed on the mounting table 20. When the DC voltage HV is applied from the DC voltage source 112 to the chuck electrode 106a, the wafer W is attracted and held by the electrostatic chuck 106 by the Coulomb force.

次いで、エッチング用のガス、高周波電力がチャンバ10内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハWにプラズマエッチング処理が施される。エッチング処理後、直流電圧源112からチャック電極106aにウェハWの吸着時とは正負が逆の直流電圧HVを印加してウェハWの電荷を除電し、ウェハWを静電チャック106から剥がす。ゲートバルブGの開閉が制御され、ウェハWがチャンバ10から搬出される。   Next, an etching gas and high-frequency power are supplied into the chamber 10 to generate plasma. Plasma etching is performed on the wafer W by the generated plasma. After the etching process, a DC voltage HV having a polarity opposite to that at the time of adsorption of the wafer W is applied from the DC voltage source 112 to the chuck electrode 106 a to remove the charge of the wafer W, and the wafer W is peeled off from the electrostatic chuck 106. The opening and closing of the gate valve G is controlled, and the wafer W is unloaded from the chamber 10.

[エッチング処理]
次に、かかる構成の本実施形態のエッチング処理装置1におけるシリコン酸化膜(SiO)のエッチングについて説明する。ウェハWには、図2(a)に示すようにエッチング対象膜の一例であるシリコン酸化膜6が形成され、シリコン酸化膜6上にマスク膜5が設けられている。マスク膜5は、ポリシリコン膜、有機膜、アモルファスカーボン膜、チタンナイトライド(TiN)膜等を使用することができる。
[Etching process]
Next, the etching of the silicon oxide film (SiO 2 ) in the etching processing apparatus 1 of the present embodiment having such a configuration will be described. As shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 6 that is an example of an etching target film is formed on the wafer W, and a mask film 5 is provided on the silicon oxide film 6. As the mask film 5, a polysilicon film, an organic film, an amorphous carbon film, a titanium nitride (TiN) film, or the like can be used.

本実施形態にかかるエッチング処理方法では、ウェハWの表面の温度が−35℃未満の極低温環境下において、エッチングが実行される。これにより、ウェハWの表面の温度が常温(例えば、25℃前後又はそれ以上)プロセスと比較して、高いエッチングレートでエッチング処理を行うことができる。ただし、極低温環境下におけるプラズマエッチングでは、ウェハW表面の温度の上昇により、エッチングレートが急激に低下する。よって、ウェハW表面の温度管理が非常に重要になる。   In the etching processing method according to the present embodiment, etching is performed in a cryogenic environment where the surface temperature of the wafer W is less than -35 ° C. Thereby, the temperature of the surface of the wafer W can be etched at a higher etching rate as compared with a normal temperature (for example, around 25 ° C. or higher) process. However, in the plasma etching under a cryogenic environment, the etching rate is drastically lowered due to an increase in the temperature of the surface of the wafer W. Therefore, temperature control of the wafer W surface is very important.

図2(a)では、以下に示す極低温環境下のプロセス条件にてエッチングを行った結果の一例が示されている。
・プロセス条件
温度(チラー107の設定温度) −60℃
圧力 60mT(8.00Pa)
第1の高周波電力HF 2500W
第2の高周波電力LF 図2に表示(連続波、パルス波)
ガス種 水素(H)/四フッ化炭素(CF
上記プロセス条件下、プロセス中のウェハW表面の温度をモニタした。図2(a)の「LFパルス波」の欄(最左)に、4000W、0.3kHz、Duty比50%の第2の高周波電力LFのパルス波を印加した場合のエッチング結果の一例を示す。この場合、エッチング中のウェハW表面の温度は−47℃、エッチングレート(ER)は1259nm/minである。このときの第2の高周波電力LFの実効値は2000Wである。
FIG. 2A shows an example of the result of etching under the process conditions under the cryogenic environment shown below.
・ Process conditions Temperature (set temperature of chiller 107) -60 ℃
Pressure 60mT (8.00Pa)
First high frequency power HF 2500W
Second high frequency power LF Displayed in FIG. 2 (continuous wave, pulse wave)
Gas type Hydrogen (H 2 ) / Carbon tetrafluoride (CF 4 )
Under the above process conditions, the temperature of the surface of the wafer W during the process was monitored. An example of an etching result when a pulse wave of the second high-frequency power LF having 4000 W, 0.3 kHz, and a duty ratio of 50% is applied is shown in the “LF pulse wave” column (leftmost) in FIG. . In this case, the temperature of the surface of the wafer W during etching is −47 ° C., and the etching rate (ER) is 1259 nm / min. At this time, the effective value of the second high-frequency power LF is 2000 W.

図2(a)の「LF連続波」の欄に、上記プロセス条件下、4000W、2000W、1000Wの第2の高周波電力LFの連続波を印加した場合のエッチング結果の一例を示す。2000Wの第2の高周波電力LFの連続波では、エッチング中のウェハW表面の温度は−43℃、エッチングレートは865nm/minである。これによれば、実効値が同じ2000Wの場合、第2の高周波電力LFを連続波からパルス波にすることで、エッチングレートが1.5倍程度向上した。   An example of the etching result when a continuous wave of the second high-frequency power LF of 4000 W, 2000 W, and 1000 W is applied in the “LF continuous wave” column of FIG. In the continuous wave of the second high-frequency power LF of 2000 W, the temperature of the wafer W surface during etching is −43 ° C. and the etching rate is 865 nm / min. According to this, when the effective value is the same 2000 W, the etching rate is improved by about 1.5 times by changing the second high frequency power LF from a continuous wave to a pulse wave.

しかし、4000Wの第2の高周波電力LFの連続波では、エッチング中のウェハW表面の温度(センター部)は−35℃、エッチングレートは310nm/minであり、エッチングが進まない(以下、「エッチストップ」ともいう。)現象が発生した。つまり、極低温環境下におけるプラズマエッチングでは、プラズマからの入熱によりウェハW表面の温度が急激に上昇し、エッチングが進まずにエッチストップしてしまう領域があることがわかる。   However, in the continuous wave of the second high-frequency power LF of 4000 W, the temperature (center portion) of the surface of the wafer W during etching is −35 ° C., the etching rate is 310 nm / min, and the etching does not proceed (hereinafter referred to as “etching”). Also called “stop”.) The phenomenon occurred. That is, it can be seen that in plasma etching under a cryogenic environment, there is a region where the temperature of the surface of the wafer W suddenly rises due to heat input from the plasma, and etching stops without progressing.

1000Wの第2の高周波電力LFの連続波では、エッチング中のウェハW表面の温度は−49℃、エッチングレート(ER)は1256nm/minである。このように、プロセス温度を−35℃未満の極低温に維持することでエッチストップを防止することができる。また、極低温領域では、第2の高周波電力LFを小さくするほどプラズマからの入熱が低下し、エッチングレートは高くなる。   In the continuous wave of the second high frequency power LF of 1000 W, the temperature of the surface of the wafer W during etching is −49 ° C., and the etching rate (ER) is 1256 nm / min. Thus, etch stop can be prevented by maintaining the process temperature at an extremely low temperature of less than -35 ° C. In the extremely low temperature region, the heat input from the plasma decreases and the etching rate increases as the second high-frequency power LF is decreased.

このように本実施形態の極低温プロセスでは、第2の高周波電力LFが上がる程、プラズマからの入熱が増加することでエッチングレートは下がり、4000Wになるとエッチストップが生じる。この結果から、極低温プロセスでは、第2の高周波電力LFが上がる程エッチングレートが上がる常温プロセスとは、エッチング結果が全く異なることがわかった。   As described above, in the cryogenic process of the present embodiment, as the second high frequency power LF increases, the heat input from the plasma increases, the etching rate decreases, and an etch stop occurs at 4000 W. From this result, it was found that the etching result is completely different in the cryogenic process from the room temperature process in which the etching rate increases as the second high-frequency power LF increases.

図2の結果では、第2の高周波電力LFのパルス波が4000W、0.3kHz、Duty比50%の場合、第2の高周波電力LFの連続波が1000Wの場合と同等のウェハW表面の温度及びエッチングレートとなった。つまり、図2(b)に示すように、第2の高周波電力LFのパルス波を印加した場合、第2の高周波電力LFの連続波を印加するよりも第2の高周波電力LF(実効値)に対してウェハW表面の温度を低下させることができる。つまり、第2の高周波電力LFをパルス波にすると、連続波と比較してプラズマからの入熱に対してウェハW表面の温度を低く制御できるため、より高いエッチングレートでエッチングを促進できることがわかる。   In the result of FIG. 2, when the pulse wave of the second high-frequency power LF is 4000 W, 0.3 kHz, and the duty ratio is 50%, the surface temperature of the wafer W is the same as that when the continuous wave of the second high-frequency power LF is 1000 W. And an etching rate. That is, as shown in FIG. 2B, when a pulse wave of the second high frequency power LF is applied, the second high frequency power LF (effective value) is applied rather than a continuous wave of the second high frequency power LF. In contrast, the temperature of the surface of the wafer W can be lowered. That is, when the second high-frequency power LF is changed to a pulse wave, the temperature of the surface of the wafer W can be controlled to be lower than the heat input from the plasma as compared with the continuous wave, so that the etching can be promoted at a higher etching rate. .

図3には、第2の高周波電力LFと伝熱ガス(Heガス)の流量制御によるウェハW裏面の圧力とウェハW表面の温度との関係を示す。図3(a)に示すグラフは、ウェハW裏面の圧力を5Torr(666.6Pa)、15Torr(2000Pa)、25Torr(3333Pa)、40Torr(5333Pa)に変化させたときの第2の高周波電力LFに対するウェハW表面の温度変化を示す。図3(b)に示すグラフは、第2の高周波電力LFを0W,1000W、2000W、4000Wに変化させたときのウェハW裏面の圧力に対するウェハW表面の温度変化を示す。これによれば、ウェハW裏面の圧力制御だけではウェハW表面の温度上昇を効果的に抑制することは困難であることがわかる。   FIG. 3 shows the relationship between the pressure on the back surface of the wafer W and the temperature on the front surface of the wafer W by controlling the flow rate of the second high-frequency power LF and the heat transfer gas (He gas). The graph shown in FIG. 3A shows the second high-frequency power LF when the pressure on the back surface of the wafer W is changed to 5 Torr (666.6 Pa), 15 Torr (2000 Pa), 25 Torr (3333 Pa), and 40 Torr (5333 Pa). The temperature change of the wafer W surface is shown. The graph shown in FIG. 3B shows the temperature change of the surface of the wafer W with respect to the pressure on the back surface of the wafer W when the second high-frequency power LF is changed to 0 W, 1000 W, 2000 W, and 4000 W. According to this, it is understood that it is difficult to effectively suppress the temperature rise on the front surface of the wafer W only by controlling the pressure on the back surface of the wafer W.

以上から、本実施形態は、ウェハW表面の温度を極低温に制御した状態でシリコン酸化膜6をエッチングする際、第2の高周波電力LFのパルス波をオフする時間を設け、間欠的にエッチングを行うエッチング処理方法を提案する。これにより、ウェハW表面の急激な温度上昇を回避し、エッチングレートを向上させることで、エッチストップを解消し、エッチングを促進することができる。   As described above, in the present embodiment, when etching the silicon oxide film 6 with the surface temperature of the wafer W being controlled at an extremely low temperature, a time for turning off the pulse wave of the second high-frequency power LF is provided, and etching is performed intermittently. An etching method for performing the above process is proposed. This avoids an abrupt temperature rise on the surface of the wafer W and improves the etching rate, thereby eliminating the etch stop and promoting the etching.

本実施形態にかかるエッチング処理方法の一例を図4のフローチャートに示す。図4のエッチング処理方法が開始されると、まず、ウェハ表面の温度を−35℃未満の極低温に制御する(ステップS10)。次に、水素含有ガス及びフッ素含有ガスをチャンバ10内に供給する(ステップS12)。例えば、水素(H)ガス及び四フッ化炭素(CF)ガスが供給される。 An example of the etching method according to this embodiment is shown in the flowchart of FIG. When the etching processing method of FIG. 4 is started, first, the temperature of the wafer surface is controlled to an extremely low temperature of less than −35 ° C. (step S10). Next, a hydrogen-containing gas and a fluorine-containing gas are supplied into the chamber 10 (step S12). For example, hydrogen (H 2 ) gas and carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas are supplied.

次に、第1高周波電源32から第1高周波電力HFを出力し、プラズマ励起用の高周波電力を載置台20に印加(オン)する。また、第2高周波電源34から第2高周波電力LFを出力し、バイアス用の高周波電力を載置台に印加する。これにより、シリコン酸化膜6をエッチングする(ステップS14:第1の工程)。このとき、第1高周波電力HFは、連続波であってもよく、パルス波であってもよいが、第2高周波電力LFは、パルス波である。第1の工程の実行時間(所定時間)は、30sec以下が好ましい。   Next, the first high frequency power HF is output from the first high frequency power supply 32, and the high frequency power for plasma excitation is applied (turned on) to the mounting table 20. Further, the second high frequency power LF is output from the second high frequency power supply 34, and the high frequency power for bias is applied to the mounting table. Thereby, the silicon oxide film 6 is etched (step S14: first step). At this time, the first high-frequency power HF may be a continuous wave or a pulse wave, but the second high-frequency power LF is a pulse wave. The execution time (predetermined time) of the first step is preferably 30 seconds or less.

次に、所定時間経過後、第2高周波電力のパルス波の印加を停止(オフ)した状態でシリコン酸化膜6をエッチング(ステップS16:第2の工程)。第2の工程の実行時間は、後述されるように5sec以上が好ましい。また、第2の工程を実行する際のチャンバ10内の圧力は、10mT(1.33Pa)以下の低圧状態にしてもよい。   Next, after a predetermined time has elapsed, the silicon oxide film 6 is etched with the application of the pulse wave of the second high-frequency power stopped (off) (step S16: second step). The execution time of the second step is preferably 5 seconds or more as will be described later. The pressure in the chamber 10 when performing the second step may be a low pressure state of 10 mT (1.33 Pa) or less.

図4に示したように、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、第2高周波電力LFがオン・オフを繰り返すことで第2高周波電力が間欠的に印加される。このときの第2高周波電力LFを印加している時間(オン時間)を「Ton」とし、第2高周波電力LFを印加していない時間(オフ時間)をToffとする。この場合、1/(Ton+Toff)の周波数の第2高周波電力のパルス波が印加される。また、Duty比は、オン時間Ton及びオフ時間Toffの総時間に対するオン時間Tonの比率、すなわち、Ton/(Ton+Toff)にて示される。   As shown in FIG. 4, in the etching processing method according to the present embodiment, the second high frequency power LF is intermittently applied by repeatedly turning on and off the second high frequency power LF. At this time, the time during which the second high-frequency power LF is applied (on time) is “Ton”, and the time during which the second high-frequency power LF is not applied (off time) is Toff. In this case, a pulse wave of the second high frequency power having a frequency of 1 / (Ton + Toff) is applied. The duty ratio is represented by the ratio of the on time Ton to the total time of the on time Ton and the off time Toff, that is, Ton / (Ton + Toff).

次に、第2高周波電力LFがオン・オフを繰り返す回数が所定回数を超えたかを判定する(ステップS18)。所定回数は、予め定められた2回以上の回数である。第2高周波電力LFの繰り返し回数が所定回数を超えていないと判定された場合、再び第2高周波電力のパルス波を印加し、シリコン酸化膜6をエッチングする(ステップS20:第1の工程)。第2高周波電力LFの繰り返し回数が所定回数を超えるまで、ステップS16〜S20の処理を繰り返し、第2高周波電力LFの繰り返し回数が所定回数を超えたと判定された場合、本処理を終了する。   Next, it is determined whether the number of times the second high-frequency power LF is repeatedly turned on / off exceeds a predetermined number (step S18). The predetermined number of times is a predetermined number of times of two or more. When it is determined that the number of repetitions of the second high-frequency power LF does not exceed the predetermined number, the pulse wave of the second high-frequency power is applied again and the silicon oxide film 6 is etched (step S20: first step). The processes in steps S16 to S20 are repeated until the number of repetitions of the second high-frequency power LF exceeds a predetermined number. When it is determined that the number of repetitions of the second high-frequency power LF exceeds the predetermined number, this process ends.

上記実施形態にかかるエッチング処理方法によるエッチング結果の一例を図5に示す。図5の最左に比較例にかかるエッチング結果の一例が示され、その右側に本実施形態にかかる3つのエッチング結果の例が示されている。   An example of the etching result by the etching method according to the embodiment is shown in FIG. An example of the etching result according to the comparative example is shown on the left side of FIG. 5, and three examples of the etching result according to the present embodiment are shown on the right side thereof.

比較例にかかるエッチング及び本実施形態にかかるエッチングのプロセス条件は、以下である。
・プロセス条件(比較例)
温度(チラー107の設定温度) −60℃
圧力 60mT(8.00Pa)
第1の高周波電力HF 2500W
第2の高周波電力LF 4000W、0.3kHz、Duty比50%
ガス種 水素(H)/四フッ化炭素(CF
オン時間 60sec
オフ時間 なし
・プロセス条件(本実施形態)
温度(チラー107の設定温度) −60℃
圧力 60mT(8.00Pa)
第1の高周波電力HF 2500W
第2の高周波電力LF 4000W、0.3kHz、Duty比50%
ガス種 水素(H)/四フッ化炭素(CF
オン時間(LF) 15sec(×4)(4回繰り返す)
オフ時間(LF) あり(60sec、30sec、15sec)
この結果、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、比較例のエッチングと比較して、エッチングレートが概ね1.5倍程度になり、かつ選択比が1.5倍近くまで向上した。この理由は、本実施形態にかかるエッチング処理方法によれば、エッチング中に定期的に第2高周波電力LFのオフ時間Toffを設けることで、オフ時間Toffにはプラズマからの入熱が低下し、オン時間におけるウェハW表面の温度上昇を抑制することができる。この結果、ウェハW表面の温度を−35℃未満の極低温状態に維持できたためである。
The process conditions of the etching according to the comparative example and the etching according to the present embodiment are as follows.
・ Process conditions (comparative example)
Temperature (set temperature of chiller 107) -60 ° C
Pressure 60mT (8.00Pa)
First high frequency power HF 2500W
Second high frequency power LF 4000 W, 0.3 kHz, Duty ratio 50%
Gas type Hydrogen (H 2 ) / Carbon tetrafluoride (CF 4 )
ON time 60 sec
Off time None / Process conditions (this embodiment)
Temperature (set temperature of chiller 107) -60 ° C
Pressure 60mT (8.00Pa)
First high frequency power HF 2500W
Second high frequency power LF 4000 W, 0.3 kHz, Duty ratio 50%
Gas type Hydrogen (H 2 ) / Carbon tetrafluoride (CF 4 )
ON time (LF) 15 sec (× 4) (repeated 4 times)
Off time (LF) Available (60sec, 30sec, 15sec)
As a result, in the etching method according to the present embodiment, the etching rate was approximately 1.5 times and the selectivity was improved to nearly 1.5 times as compared with the etching of the comparative example. The reason for this is that, according to the etching method according to the present embodiment, by providing the off-time Toff of the second high-frequency power LF periodically during etching, heat input from the plasma is reduced during the off-time Toff, The temperature rise on the surface of the wafer W during the on-time can be suppressed. As a result, the temperature of the surface of the wafer W can be maintained at an extremely low temperature of less than −35 ° C.

図6は、上記本実施形態のプロセス条件のオフ時間Toffを5secにした場合のエッチング結果の一例を示す。オフ時間以外のプロセス条件は同じである。この結果、オフ時間Toffを5secにした場合、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、更にエッチングレートと選択比が向上し、比較例のエッチングと比較して、エッチングレート及び選択比がほぼ1.5倍向上した。   FIG. 6 shows an example of the etching result when the off time Toff of the process condition of the present embodiment is set to 5 sec. Process conditions other than off-time are the same. As a result, when the off time Toff is set to 5 sec, the etching rate and the selection ratio are further improved in the etching method according to the present embodiment, and the etching rate and the selection ratio are approximately 1. compared with the etching of the comparative example. Improved by a factor of 5.

図7は、ウェハWがエッチング処理装置1内に搬入され、本実施形態のエッチング処理方法によるエッチング後、搬出されるまでのウェハW表面の温度を示す。ウェハWが静電チャック106に保持された状態で第1及び第2高周波電力を印加すると、プラズマが生成され、エッチング処理が開始される。第1及び第2高周波電力を印加し、プラズマが生成されると、そのプラズマからの入熱(プラズマオン)により5secでウェハWの表面の温度が急激に上昇し、その後、ウェハWの表面の温度は緩やかに上昇する。   FIG. 7 shows the temperature of the surface of the wafer W from when the wafer W is loaded into the etching processing apparatus 1 until it is unloaded after etching by the etching processing method of this embodiment. When the first and second high-frequency power is applied while the wafer W is held by the electrostatic chuck 106, plasma is generated and the etching process is started. When the first and second high frequency powers are applied and plasma is generated, the temperature of the surface of the wafer W rapidly increases in 5 seconds due to heat input from the plasma (plasma on), and then the surface of the wafer W is heated. The temperature rises slowly.

エッチング中に第2高周波電力の印加を停止すると、5secでウェハWの表面の温度が急激に降下する。これは、プラズマからの入熱量が低下するためである。この結果から、第2の高周波電力LFをオフする時間は、5sec以上であればよい。   When the application of the second high-frequency power is stopped during the etching, the temperature of the surface of the wafer W rapidly decreases in 5 seconds. This is because the amount of heat input from the plasma is reduced. From this result, the time for turning off the second high-frequency power LF may be 5 seconds or more.

なお、図5に示すエッチング結果に基づき、第2の高周波電力LFのオフ時間Toffは、5sec〜60secの範囲内であってもよい。ただし、スループットを考慮すると第2の高周波電力LFのオフ時間Toffは短時間が好ましい。よって、第2の高周波電力LFのオフ時間Toffは、5s〜30sが好ましく、5s〜10sがより好ましい。   In addition, based on the etching result shown in FIG. 5, the off time Toff of the second high-frequency power LF may be in the range of 5 sec to 60 sec. However, considering the throughput, the off time Toff of the second high-frequency power LF is preferably a short time. Therefore, the off time Toff of the second high-frequency power LF is preferably 5 s to 30 s, and more preferably 5 s to 10 s.

なお、図7に示すウェハW表面の温度遷移では、第2の高周波電力LFをオフした後、ウェハWは搬出される。このため、第2の高周波電力LFをオフした後のウェハW表面の温度は上昇している。また、図7の例では、第2の高周波電力LFをオフした後、チラー107からの冷媒の供給は停止させている。しかしながら、本実施形態にかかるエッチング処理方法は、第2の高周波電力LFのオン・オフを複数回繰り返す。また、第2の高周波電力LFのオン・オフを複数回繰り返す間(つまり、エッチング中)、チラー107からの冷媒の供給は停止させない。これにより、エッチング中、−35℃未満の極低温にウェハW表面の温度を維持することができる。これにより、本実施形態にかかるエッチング処理方法では、エッチングレートを高め、例えばアスペクト比が20以上の細いホールを深くエッチングするプロセスにも好適である。   In the temperature transition on the surface of the wafer W shown in FIG. 7, the wafer W is unloaded after the second high-frequency power LF is turned off. For this reason, the temperature of the surface of the wafer W after the second high-frequency power LF is turned off is rising. In the example of FIG. 7, the supply of the refrigerant from the chiller 107 is stopped after the second high-frequency power LF is turned off. However, in the etching method according to the present embodiment, the second high-frequency power LF is turned on and off a plurality of times. Further, the supply of the refrigerant from the chiller 107 is not stopped while the second high-frequency power LF is repeatedly turned on and off a plurality of times (that is, during etching). Thereby, the temperature of the surface of the wafer W can be maintained at an extremely low temperature of less than −35 ° C. during etching. Thus, the etching method according to the present embodiment is suitable for a process of increasing the etching rate and deeply etching a thin hole having an aspect ratio of 20 or more, for example.

なお、本実施形態では、図4のステップS16において第2の高周波電力LFのパルス波をオフする時間を設けた。しかしながら、図4のステップS16において第2の高周波電力LFとともに第1の高周波電力HFをオフする時間を設けてもよい。これによっても、第1の高周波電力HF及び第2高周波電力LFのオフ時間では、プラズマからの入熱を低下させることで、ウェハW表面の温度を極低温に維持することができ、エッチングレートを高め、エッチングを促進させることができる。   In the present embodiment, a time for turning off the pulse wave of the second high-frequency power LF is provided in step S16 of FIG. However, a time for turning off the first high frequency power HF together with the second high frequency power LF in step S16 of FIG. 4 may be provided. Also by this, in the off time of the first high-frequency power HF and the second high-frequency power LF, by reducing the heat input from the plasma, the surface temperature of the wafer W can be maintained at a very low temperature, and the etching rate can be increased. Can enhance and promote etching.

図8は、本実施形態のエッチング処理方法において、プロセス条件中の一回のオン時間Tonを変更させた場合のエッチング結果の一例を、上記比較例のプロセス条件(オフ時間なし)の場合のエッチング結果とともに示す。本実施形態のエッチングでは、オフ時間Toffを60secにし、オン時間Tonを30sec(×2)、15sec(×4)、5sec(×12)とした場合のエッチング結果の一例を示す。この結果から、本実施形態のエッチング処理方法によれば、比較例のエッチング結果と比較していずれの場合にも、エッチングレート及び選択比が向上し、特にオン・オフの繰り返し回数が多い程エッチングが促進されることがわかる。   FIG. 8 shows an example of the etching result when the on-time Ton is changed once in the process conditions in the etching method of this embodiment, and the etching under the process conditions (no off-time) in the comparative example. Shown with results. In the etching of the present embodiment, an example of etching results when the off time Toff is 60 sec and the on time Ton is 30 sec (× 2), 15 sec (× 4), and 5 sec (× 12) is shown. From this result, according to the etching method of the present embodiment, the etching rate and the selection ratio are improved in any case as compared with the etching result of the comparative example, and the etching is especially performed as the number of on / off repetitions is increased. It can be seen that is promoted.

図9は、本実施形態のエッチング処理方法において、プロセス条件中のオン時間Ton中の第2高周波電力の実効値を変更した場合のエッチング結果の一例を、上記比較例のプロセス条件(オフ時間なし)の場合のエッチング結果とともに示す。本実施形態では、オフ時間を30secにし、オン時間Tonを15sec(×4)にし、その際の第2高周波電力を2000W(0.3kHz、Duty50%)、4000W(0.3kHz、Duty50%)、6000W(0.3kHz、Duty50%)にする。この結果から、本実施形態のエッチング処理方法によれば、比較例のエッチング結果と比較して、いずれの場合にもエッチストップが生じず、エッチングレート及び選択比が向上することがわかる。この結果から、2000W(0.3kHz、Duty50%)の第2高周波電力の実効値は1000Wであるから、第2高周波電力の出力の実効値は、1000W以上(単位面積当たり1.4W/cm以上)であることが好ましい。 FIG. 9 shows an example of the etching result when the effective value of the second high-frequency power during the on-time Ton in the process condition is changed in the etching method of the present embodiment. ) And the etching result. In this embodiment, the off time is set to 30 sec, the on time Ton is set to 15 sec (× 4), and the second high frequency power at that time is 2000 W (0.3 kHz, Duty 50%), 4000 W (0.3 kHz, Duty 50%), Set to 6000 W (0.3 kHz, Duty 50%). From this result, it can be seen that according to the etching processing method of the present embodiment, the etch stop does not occur in any case and the etching rate and the selection ratio are improved as compared with the etching result of the comparative example. From this result, since the effective value of the second high frequency power of 2000 W (0.3 kHz, Duty 50%) is 1000 W, the effective value of the output of the second high frequency power is 1000 W or more (1.4 W / cm 2 per unit area). Or more).

以上、本実施形態にかかるエッチング処理方法によれば、エッチング中の所定時間毎に第2高周波電力をオフする時間を間欠的に設けることで、ウェハW表面の温度を低下させ、極低温に維持することができる。これにより、エッチングレート及び選択比を上げることができる。また、エッチング中に第2高周波電力LFのオフ時間を設けない場合にエッチストップが発生した第2高周波電力LFの領域においても、第2高周波電力LFのオフ時間を間欠的に設けることで極低温下においてエッチングを促進することができる。   As described above, according to the etching method according to the present embodiment, the temperature of the surface of the wafer W is lowered and maintained at an extremely low temperature by intermittently providing the time for turning off the second high-frequency power every predetermined time during the etching. can do. Thereby, an etching rate and a selection ratio can be raised. Further, even in the region of the second high-frequency power LF where the etch stop has occurred when the off-time of the second high-frequency power LF is not provided during etching, the off-time of the second high-frequency power LF is provided intermittently to provide a cryogenic temperature. Etching can be promoted below.

(冷却抜熱量)
チラー107は、エッチング中、常に極低温に制御された冷媒を載置台20に循環させている。よって、エッチング中、ウェハWの表面は常に冷媒により抜熱されている。このとき、冷却抜熱量の合計(合計抜熱量)は、単位面積あたりの抜熱量×時間で算出される。
(Cooling heat removal)
The chiller 107 constantly circulates a coolant controlled to a very low temperature through the mounting table 20 during etching. Therefore, during etching, the surface of the wafer W is always removed by the refrigerant. At this time, the total cooling heat removal amount (total heat removal amount) is calculated as heat removal amount per unit area × time.

本実施形態にかかるエッチング処理方法では、第2高周波電源LFの出力を停止した状態における合計抜熱量が71.7kW/m×5sec以上であれば十分な抜熱量である。この抜熱量の算出において、チラー107の抜熱性能は5000Ws、載置台20の直径298mmである。つまり、第2高周波電源LFの出力を停止した状態における単位面積あたりの抜熱量が、毎秒71.7kW/m(7.17W/cm)以下であればよい。なお、第1高周波電源HF及び第2高周波電源LFの出力を間欠的に停止する場合、第1高周波電源HF及び第2高周波電源LFからの出力を停止した状態における単位面積あたりの抜熱量が、毎秒71.7kW/m(7.17W/cm)以下であればよい。 In the etching method according to the present embodiment, the heat removal amount is sufficient if the total heat removal amount is 71.7 kW / m 2 × 5 sec or more when the output of the second high-frequency power source LF is stopped. In the calculation of the heat removal amount, the heat removal performance of the chiller 107 is 5000 Ws, and the diameter of the mounting table 20 is 298 mm. That is, the heat removal amount per unit area when the output of the second high-frequency power source LF is stopped may be 71.7 kW / m 2 (7.17 W / cm 2 ) or less per second. In addition, when the outputs of the first high frequency power supply HF and the second high frequency power supply LF are intermittently stopped, the heat removal amount per unit area in the state where the outputs from the first high frequency power supply HF and the second high frequency power supply LF are stopped is as follows: It may be 71.7 kW / m 2 (7.17 W / cm 2 ) or less per second.

以上に説明したように、本実施形態のエッチング処理方法によれば、極低温環境下におけるエッチング中の間欠的な高周波電力の印加により、ウェハW表面の温度を−35℃よりも低くすることでエッチングレートを高め、エッチングを促進することができる。また、本実施形態のエッチング処理方法によれば、極低温環境下におけるエッチング中の間欠的な高周波電力の印加により、エッチストップを起こさずに極低温下のエッチングを行うことができ、プロセスウィンドウを広くすることができる。よって、本実施形態のエッチング処理方法は、アスペクト比が20以上のホールをより深くエッチングしたい場合や、より細いホールをエッチングしたい場合等に適用すると好適である。   As described above, according to the etching processing method of the present embodiment, the surface temperature of the wafer W is made lower than −35 ° C. by applying intermittent high frequency power during etching in a cryogenic environment. Etching rate can be increased and etching can be promoted. Further, according to the etching processing method of the present embodiment, by applying intermittent high frequency power during etching in a cryogenic environment, etching at cryogenic temperature can be performed without causing an etch stop, and the process window can be reduced. Can be wide. Therefore, the etching method of the present embodiment is preferably applied to a case where a hole having an aspect ratio of 20 or more is to be etched deeper or a thinner hole is desired to be etched.

[温度制御]
以上に説明した本実施形態にかかるエッチング処理方法では、ウェハWの表面の温度が−35℃未満の極低温環境下において非常に高いERを得ることができる。つまり、ウェハWの表面の温度制御が非常に重要になる。例えば、図10は、本実施形態に係る極低温エッチングにおけるチャンバの温度と酸化シリコン膜のERとの関係の一例を示す。図10に示すエッチング結果は、シリコン含有反射防止膜を、以下のプロセス条件においてエッチングした結果である。図10の横軸は、ウェハWのプロセス条件(Case1〜Case4)であり、縦軸は300mmのウェハの中心位置におけるエッチングレート(ER)を示す。
・プロセス条件
温度(チラーの設定温度) −60℃
圧力 60mT(8.00Pa)
第1の高周波電力HF 2500W
第2の高周波電力LF 4000W パルス波Duty比50%(実効値2000W)
ガス種 水素(H)/四フッ化炭素(CF
上記プロセス条件下において、図10のCase1、Case2は、ウェハWの裏面に供給するHeガス(伝熱ガス)の圧力が50T(6666Pa)に制御されている場合であり、図10のCase3、Case4は、Heガスの圧力が80T(10666Pa)に制御されている場合である。また、図10のCase1、Case3は、ガスシャワーヘッド25を構成する天板の温度が30℃及びチャンバ10の側壁の温度が40℃になっている。この場合、Heガスの圧力を80Tに設定すると、Heガスの圧力を50Tに設定するよりもHeガスによるウェハWの裏面の冷却効果が高められ、ウェハWの温度を極低温に維持でき、その結果、エッチングレートを高めることができる。
[Temperature control]
In the etching method according to the present embodiment described above, a very high ER can be obtained in a cryogenic environment where the surface temperature of the wafer W is less than -35 ° C. That is, temperature control of the surface of the wafer W is very important. For example, FIG. 10 shows an example of the relationship between the chamber temperature and the ER of the silicon oxide film in the cryogenic etching according to the present embodiment. The etching result shown in FIG. 10 is the result of etching the silicon-containing antireflection film under the following process conditions. The horizontal axis in FIG. 10 represents the process conditions (Case 1 to Case 4) of the wafer W, and the vertical axis represents the etching rate (ER) at the center position of the 300 mm wafer.
・ Process conditions Temperature (set temperature of chiller) -60 ℃
Pressure 60mT (8.00Pa)
First high frequency power HF 2500W
Second high frequency power LF 4000 W Pulse wave duty ratio 50% (effective value 2000 W)
Gas type Hydrogen (H 2 ) / Carbon tetrafluoride (CF 4 )
Under the above process conditions, Case 1 and Case 2 in FIG. 10 are cases where the pressure of He gas (heat transfer gas) supplied to the back surface of the wafer W is controlled to 50 T (6666 Pa), and Case 3 and Case 4 in FIG. Is a case where the pressure of He gas is controlled to 80T (10666 Pa). In Case 1 and Case 3 of FIG. 10, the temperature of the top plate constituting the gas shower head 25 is 30 ° C., and the temperature of the side wall of the chamber 10 is 40 ° C. In this case, if the He gas pressure is set to 80 T, the effect of cooling the back surface of the wafer W by He gas can be enhanced compared to setting the He gas pressure to 50 T, and the temperature of the wafer W can be maintained at a very low temperature. As a result, the etching rate can be increased.

図10のCase2、Case4は、ガスシャワーヘッド25を構成する天板の温度が150℃及びチャンバ10の側壁の温度が150℃になっている。この場合においても同様に、Heガスの圧力を80Tに設定すると、Heガスの圧力を50Tに設定するよりもHeガスによるウェハWの裏面の冷却効果が高められ、ウェハWの温度を極低温に維持でき、その結果、エッチングレートを高めることができる。   In Case 2 and Case 4 of FIG. 10, the temperature of the top plate constituting the gas shower head 25 is 150 ° C., and the temperature of the side wall of the chamber 10 is 150 ° C. Similarly, in this case, if the He gas pressure is set to 80 T, the effect of cooling the back surface of the wafer W by He gas can be enhanced compared to setting the He gas pressure to 50 T, and the temperature of the wafer W can be made extremely low. As a result, the etching rate can be increased.

つまり、極低温環境下においてはウェハWの表面の温度制御が非常に重要であり、常温環境下におけるエッチングと比較しても、ウェハWの表面の温度を−35℃未満に制御することがエッチングレートに大きな影響を及ぼすことがわかる。   In other words, temperature control of the surface of the wafer W is very important in a cryogenic environment, and it is possible to control the temperature of the surface of the wafer W to be less than −35 ° C. compared to etching in a room temperature environment. It can be seen that the rate is greatly affected.

また、Heガス等の伝熱ガスによる冷却効果とともに、入熱側のパラメータを変えることでプラズマからウェハWへの入熱を制御できる。これによっても、ウェハWの表面の温度を極低温にし、エッチングレートを高めることができる。   In addition to the cooling effect by the heat transfer gas such as He gas, the heat input from the plasma to the wafer W can be controlled by changing the parameters on the heat input side. Also by this, the temperature of the surface of the wafer W can be made extremely low, and the etching rate can be increased.

例えば、図11は、本実施形態に係る極低温エッチングにおけるLFパワーの制御とERとの関係の一例を示す。図11に示すエッチング結果は、シリコン含有反射防止膜を、以下のプロセス条件においてエッチングした結果である。図11の横軸は、ウェハWのプロセス条件であり、縦軸は300mmのウェハの中心位置におけるエッチングレート(ER)を示す。
・プロセス条件
温度(チラーの設定温度) −70℃
圧力 60mT(8.00Pa)
第1の高周波電力HF 2500W
第2の高周波電力LF 図2に表示(パルス波、連続波)
ガス種 水素(H)/四フッ化炭素(CF
図11の左側では、第2の高周波電力LFが、4000Wのパルス波であってDuty比が50%に制御されている。よって、図11の左側の第2の高周波電力LFの実効値は2000Wである。図11の右側では、第2の高周波電力LFが、4000Wの連続波である。よって、図11の右側の第2の高周波電力LFの実効値は4000Wである。
For example, FIG. 11 shows an example of the relationship between ER power control and ER in the cryogenic etching according to the present embodiment. The etching results shown in FIG. 11 are the results of etching the silicon-containing antireflection film under the following process conditions. The horizontal axis in FIG. 11 represents the process conditions of the wafer W, and the vertical axis represents the etching rate (ER) at the center position of the 300 mm wafer.
・ Process conditions Temperature (set temperature of chiller) -70 ℃
Pressure 60mT (8.00Pa)
First high frequency power HF 2500W
Second high frequency power LF Displayed in FIG. 2 (pulse wave, continuous wave)
Gas type Hydrogen (H 2 ) / Carbon tetrafluoride (CF 4 )
On the left side of FIG. 11, the second high frequency power LF is a pulse wave of 4000 W, and the duty ratio is controlled to 50%. Therefore, the effective value of the second high-frequency power LF on the left side of FIG. 11 is 2000 W. On the right side of FIG. 11, the second high-frequency power LF is a continuous wave of 4000 W. Therefore, the effective value of the second high-frequency power LF on the right side of FIG. 11 is 4000 W.

各グラフを参照すると、第2の高周波電力LFをオン・オフさせて、オフしている間にプラズマからの入熱を抑制し、ウェハWの表面の温度を下げることができた左側のエッチングレートは、図11の右側のエッチングレートよりもきわめて高くなっている。   Referring to each graph, the second high-frequency power LF is turned on / off, the heat input from the plasma is suppressed while the second high-frequency power LF is off, and the etching rate on the left side that can reduce the surface temperature of the wafer W Is much higher than the etching rate on the right side of FIG.

以上から、Heガスの圧力制御、及び高周波電力のオン・オフを制御することでウェハWの裏面の冷却効果を高めることができる。これにより、ウェハWの表面の温度を−35℃未満に維持できるため、エッチングレートを高めることができ、生産性を向上させることができる。   From the above, the effect of cooling the back surface of the wafer W can be enhanced by controlling the pressure control of the He gas and the on / off of the high-frequency power. Thereby, since the temperature of the surface of the wafer W can be maintained below -35 degreeC, an etching rate can be raised and productivity can be improved.

[温度制御部]
そこで、図12に示すように、本実施形態にかかる温度測定部200は、エッチング処理装置1のフォーカスリング108の温度を測定し、その測定結果からウェハWの表面の温度をリアルタイムに制御する制御用PC201を有する。制御用PC201は、ウェハWの表面の温度をリアルタイムにモニタするモニタ機構の一例である。その際、制御用PC201は、フォーカスリング108の温度測定の結果からウェハWの表面の温度を制御する。
[Temperature control unit]
Therefore, as shown in FIG. 12, the temperature measurement unit 200 according to the present embodiment measures the temperature of the focus ring 108 of the etching processing apparatus 1 and controls the temperature of the surface of the wafer W in real time from the measurement result. PC 201 for use. The control PC 201 is an example of a monitor mechanism that monitors the surface temperature of the wafer W in real time. At that time, the control PC 201 controls the temperature of the surface of the wafer W from the result of the temperature measurement of the focus ring 108.

また、温度測定部200は、温度測定機構205を有する。温度測定機構205は、フォーカスリング108の温度を測定する。温度測定機構205の一例として、図13に示す干渉温度計を例に挙げて、フォーカスリング108の温度測定方法について説明する。ただし、温度測定機構205は、フォーカスリング108の温度を測定できれば、干渉温度計によらず、公知のいずれの温度計も使用することができる。   Further, the temperature measuring unit 200 includes a temperature measuring mechanism 205. The temperature measurement mechanism 205 measures the temperature of the focus ring 108. As an example of the temperature measurement mechanism 205, a method for measuring the temperature of the focus ring 108 will be described using the interference thermometer shown in FIG. 13 as an example. However, as long as the temperature measuring mechanism 205 can measure the temperature of the focus ring 108, any known thermometer can be used regardless of the interference thermometer.

温度測定機構205は、分光器202、光源203、サーキュレーター204及びコリメーター207を有する。図12に示すように、エッチング処理装置1のフォーカスリング108の下部には、フォーカスリング108に密着させるように光ファイバ206の先端部が載置台20に埋設されている。光ファイバ206は、コリメーター207を介して温度測定機構205に接続されている。   The temperature measurement mechanism 205 includes a spectroscope 202, a light source 203, a circulator 204, and a collimator 207. As shown in FIG. 12, the tip of the optical fiber 206 is embedded in the mounting table 20 so as to be in close contact with the focus ring 108 under the focus ring 108 of the etching processing apparatus 1. The optical fiber 206 is connected to the temperature measurement mechanism 205 via a collimator 207.

図13に示すように、温度測定機構205は、屈折率nのシリコン(Si)で構成されたフォーカスリング108の温度を測定する。測定対象物であるフォーカスリング108は、フォーカスリング108の裏面に相当する第1主面及びフォーカスリング108の表面に相当する、第1主面に対向する第2主面を有する。   As shown in FIG. 13, the temperature measuring mechanism 205 measures the temperature of the focus ring 108 made of silicon (Si) having a refractive index n. The focus ring 108 as the measurement object has a first main surface corresponding to the back surface of the focus ring 108 and a second main surface facing the first main surface corresponding to the surface of the focus ring 108.

まず、光源203から波長λが1560nmのスペクトル光が放出される。光源203は、フォーカスリング108を透過する波長を有する測定光の光源である。光源203から出力された1560nmの測定光は、サーキュレーター204を介してコリメーター207へ入力され、集光されて光ファイバ206の出力端からフォーカスリング108へ向けて出射される。コリメーター207は、第1主面で反射された測定光の第1反射光Aと、フォーカスリング108を透過して第2主面で反射された測定光の第2反射光Bとを入光する。入光された第1反射光A及び第2反射光Bは、サーキュレーター204を介して、分光器202に伝送される。図12に戻り、分光器202には制御用PC201が接続されている。制御用PC201は、分光器202から転送された第1反射光Aと第2反射光Bとの干渉強度分布をフーリエ変換して得られる波形に基づいてフォーカスリング108の温度を計測する。   First, spectrum light having a wavelength λ of 1560 nm is emitted from the light source 203. The light source 203 is a measurement light source having a wavelength that passes through the focus ring 108. The 1560 nm measurement light output from the light source 203 is input to the collimator 207 via the circulator 204, collected, and output from the output end of the optical fiber 206 toward the focus ring 108. The collimator 207 receives the first reflected light A of the measurement light reflected by the first main surface and the second reflected light B of the measurement light that has been transmitted through the focus ring 108 and reflected by the second main surface. To do. The incident first reflected light A and second reflected light B are transmitted to the spectroscope 202 via the circulator 204. Returning to FIG. 12, a control PC 201 is connected to the spectroscope 202. The control PC 201 measures the temperature of the focus ring 108 based on a waveform obtained by Fourier transforming the interference intensity distribution between the first reflected light A and the second reflected light B transferred from the spectroscope 202.

このように、本実施形態では、温度測定機構205を用いてフォーカスリング108の温度を計測し、ウェハWが載置された載置台20の温度を直接には測定していない。その理由は、載置台20の裏面の温度を直接測定すると、載置台20とウェハWとには所定の距離があるため、載置台20の裏面の測定値が実際のウェハWの表面の温度を示しておらず、ウェハWの温度制御を正確に行うことが困難になることが挙げられる。また、載置台20の裏面で温度測定を行うと、ウェハWの上方で生成されるプラズマからの入熱の影響を受け易いことや、静電チャック106の電気的な影響を受け易く、ウェハWの表面の温度を正確に測定することの妨げとなり易い。以上の理由により、本実施形態にかかる温度測定部200は、フォーカスリング108の温度を測定し、測定結果に基づきウェハWの表面の温度を推定する。   Thus, in the present embodiment, the temperature of the focus ring 108 is measured using the temperature measurement mechanism 205, and the temperature of the mounting table 20 on which the wafer W is mounted is not directly measured. The reason for this is that when the temperature of the back surface of the mounting table 20 is directly measured, there is a predetermined distance between the mounting table 20 and the wafer W. Therefore, the measured value on the back surface of the mounting table 20 indicates the actual temperature of the front surface of the wafer W. Although not shown, it is difficult to accurately control the temperature of the wafer W. Further, when the temperature is measured on the back surface of the mounting table 20, the wafer W is easily affected by heat input from the plasma generated above the wafer W, or is easily affected by the electrical influence of the electrostatic chuck 106. It is likely to hinder accurate measurement of the temperature of the surface. For the above reason, the temperature measurement unit 200 according to the present embodiment measures the temperature of the focus ring 108 and estimates the temperature of the surface of the wafer W based on the measurement result.

その際、フォーカスリング108の測定温度からウェハWの表面の温度が正確に推定できるように、エッチング処理装置1は、フォーカスリング108を冷却させる冷却機構とフォーカスリング108を静電チャック106に吸着させる吸着機構とを有する。これらの機構について、図14を参照しながら具体的に説明する。   At that time, the etching apparatus 1 causes the electrostatic chuck 106 to attract the cooling mechanism for cooling the focus ring 108 and the focus ring 108 so that the temperature of the surface of the wafer W can be accurately estimated from the measured temperature of the focus ring 108. And an adsorption mechanism. These mechanisms will be specifically described with reference to FIG.

図14の(a)は、従来の静電チャック106、フォーカスリング108及びその近傍の一例を示す。図14の(a)の例では、静電チャック106とフォーカスリング108との間に、伝熱シート300を挟んで静電チャック106とフォーカスリング108とを密着させる中間体310が設けられている。これにより、静電チャック106とフォーカスリング108とは熱的に分離された状態となる。この結果、図14(a)に示す構成例では、フォーカスリング108の測定温度からウェハWの表面の温度を正確に推定することは難しい。   FIG. 14A shows an example of a conventional electrostatic chuck 106, a focus ring 108 and the vicinity thereof. In the example of FIG. 14A, an intermediate body 310 is provided between the electrostatic chuck 106 and the focus ring 108 so that the electrostatic chuck 106 and the focus ring 108 are in close contact with the heat transfer sheet 300 interposed therebetween. . As a result, the electrostatic chuck 106 and the focus ring 108 are thermally separated. As a result, in the configuration example shown in FIG. 14A, it is difficult to accurately estimate the temperature of the surface of the wafer W from the measured temperature of the focus ring 108.

一方、図14の(b)は、本実施形態にかかるエッチング処理装置1の静電チャック106、フォーカスリング108及びその近傍を示す。本実施形態にかかるエッチング処理装置1には、フォーカスリング108と静電チャック106との間に中間体310及び伝熱シート300は把持されておらず、フォーカスリング108と静電チャック106とが直接接している。   On the other hand, FIG. 14B shows the electrostatic chuck 106, the focus ring 108 and the vicinity thereof in the etching processing apparatus 1 according to the present embodiment. In the etching processing apparatus 1 according to this embodiment, the intermediate body 310 and the heat transfer sheet 300 are not held between the focus ring 108 and the electrostatic chuck 106, and the focus ring 108 and the electrostatic chuck 106 are directly connected to each other. It touches.

また、フォーカスリング108の下方の静電チャック106の内部には、チャック電極406a、406bが設けられている。チャック電極406aには、直流電圧源412aが接続され、直流電圧源412aからチャック電極406aに直流電圧HV−Aが印加される。同様に、チャック電極406bには、直流電圧源412bが接続され、直流電圧源412bからチャック電極406bに直流電圧HV−Bが印加される。これにより、クーロン力によって静電チャック106とフォーカスリング108とが静電吸着される。   In addition, chuck electrodes 406 a and 406 b are provided inside the electrostatic chuck 106 below the focus ring 108. A DC voltage source 412a is connected to the chuck electrode 406a, and a DC voltage HV-A is applied from the DC voltage source 412a to the chuck electrode 406a. Similarly, a DC voltage source 412b is connected to the chuck electrode 406b, and a DC voltage HV-B is applied from the DC voltage source 412b to the chuck electrode 406b. Thereby, the electrostatic chuck 106 and the focus ring 108 are electrostatically attracted by the Coulomb force.

更に、本実施形態にかかるエッチング処理装置1には、フォーカスリング108の裏面にヘリウムガス(He)やアルゴンガス(Ar)等の伝熱ガスを供給するためのガス供給ライン430が設けられている。ガス供給ライン430には、図1に示す伝熱ガス供給源85が接続されている。これにより、フォーカスリング108の裏面は、ウェハWの裏面と同じように伝熱ガスにより冷却される。また、フォーカスリング108の裏面は、ウェハWの裏面と同じように冷媒流路104aにより冷却される。   Furthermore, the etching processing apparatus 1 according to the present embodiment is provided with a gas supply line 430 for supplying a heat transfer gas such as helium gas (He) or argon gas (Ar) to the back surface of the focus ring 108. . A heat transfer gas supply source 85 shown in FIG. 1 is connected to the gas supply line 430. Thereby, the back surface of the focus ring 108 is cooled by the heat transfer gas in the same manner as the back surface of the wafer W. Further, the back surface of the focus ring 108 is cooled by the refrigerant flow path 104a in the same manner as the back surface of the wafer W.

かかる構成のエッチング処理装置1によれば、フォーカスリング108の裏面とウェハWの裏面とを同一環境で冷却する構造を有するため、エッチング中のプラズマからの入熱に対してフォーカスリング108と載置台20との抜熱性能を同じにすることができる。よって、フォーカスリング108の温度を測定すれば、載置台20の材質や構造、冷媒流路104aの構造、冷媒温度等の条件に基づきウェハWの表面の温度を正確に推定することができる。これにより、フォーカスリング108の温度をリアルタイムに測定することで、ウェハWの表面の温度をリアルタイムにモニタすることができる。   According to the etching processing apparatus 1 having such a configuration, since the back surface of the focus ring 108 and the back surface of the wafer W are cooled in the same environment, the focus ring 108 and the mounting table against heat input from plasma during etching. The heat removal performance with 20 can be made the same. Therefore, if the temperature of the focus ring 108 is measured, the surface temperature of the wafer W can be accurately estimated based on the material and structure of the mounting table 20, the structure of the refrigerant flow path 104a, the refrigerant temperature, and the like. Thereby, the temperature of the surface of the wafer W can be monitored in real time by measuring the temperature of the focus ring 108 in real time.

なお、チラー107から冷媒流路104aに冷媒を供給する機構、及び伝熱ガス供給源85からガス供給ライン130、430を介して伝熱ガスを供給する機構は、載置台20に設けられた温度制御機構の一例である。温度測定部200は、温度制御機構と高周波電力RFのオン・オフ制御を用いてウェハW表面の温度を調整する。   The mechanism for supplying the refrigerant from the chiller 107 to the refrigerant flow path 104a and the mechanism for supplying the heat transfer gas from the heat transfer gas supply source 85 via the gas supply lines 130 and 430 are the temperatures provided on the mounting table 20. It is an example of a control mechanism. The temperature measurement unit 200 adjusts the temperature of the surface of the wafer W using a temperature control mechanism and on / off control of the high-frequency power RF.

具体的には、図12の制御用PC201は、フォーカスリング108の温度を所定時間毎にリアルタイムに取得する。そして、制御用PC201は、図12に示すような、予めROM110等の記録部に記録されている高周波電力RFの出力とウェハWの温度との関係グラフGh1に基づき、取得したフォーカスリング108の温度情報から高周波電力RFのオン・オフをリアルタイムに制御する。例えば、制御用PC201は、取得した温度情報が示す温度が−35℃よりも高い場合、ウェハWの表面の温度が極低温状態にないと判定し、高周波電力RFをオフにするように、制御部100に高周波電力RFをオフにする信号を出力する。制御部100は、制御用PC201から送信された信号に基づき、高周波電力RFをオフにフィードバック制御する。   Specifically, the control PC 201 in FIG. 12 acquires the temperature of the focus ring 108 in real time every predetermined time. Then, the control PC 201 obtains the temperature of the focus ring 108 obtained based on the relationship graph Gh1 between the output of the high-frequency power RF and the temperature of the wafer W that are recorded in advance in a recording unit such as the ROM 110 as shown in FIG. The on / off of the high frequency power RF is controlled in real time from the information. For example, when the temperature indicated by the acquired temperature information is higher than −35 ° C., the control PC 201 determines that the surface temperature of the wafer W is not in an extremely low temperature state, and controls the high frequency power RF to be turned off. A signal for turning off the high-frequency power RF is output to the unit 100. The control unit 100 feedback-controls the high frequency power RF off based on the signal transmitted from the control PC 201.

また、例えば、制御用PC201は、取得したフォーカスリング108の温度情報が示す温度が−35℃未満の場合、ウェハWの表面の温度が極低温状態にあると判定し、高周波電力RFをオンにするように、制御部100に高周波電力RFをオンにする信号を出力する。制御部100は、制御用PC201から送信された信号に基づき、高周波電力RFをオンにフィードバック制御する。このようにして、測定したフォーカスリング108の測定温度に基づきリアルタイムにパルス状の高周波電力RFを印加することで、ウェハWの表面の温度を−35℃未満の極低温に維持することができる。   Further, for example, if the temperature indicated by the temperature information of the acquired focus ring 108 is less than −35 ° C., the control PC 201 determines that the surface temperature of the wafer W is in an extremely low temperature state, and turns on the high-frequency power RF. Thus, a signal for turning on the high-frequency power RF is output to the control unit 100. The control unit 100 feedback-controls the high-frequency power RF based on the signal transmitted from the control PC 201. In this manner, by applying pulsed high frequency power RF in real time based on the measured temperature of the focus ring 108, the surface temperature of the wafer W can be maintained at an extremely low temperature of less than -35 ° C.

なお、制御用PC201は、高周波電力RFとして、第2高周波電源34の出力のオン・オフのみを制御してもよいし、第1高周波電源32の出力と第2高周波電源34の出力とのオン・オフを同期して制御してもよい。   Note that the control PC 201 may control only on / off of the output of the second high frequency power supply 34 as the high frequency power RF, or may turn on the output of the first high frequency power supply 32 and the output of the second high frequency power supply 34. -You may control OFF in synchronization.

以上に説明したように、温度測定部200は、フォーカスリング108の測定温度に基づき、第2高周波電源34の出力を停止するか、又は第1高周波電源32と第2高周波電源34との出力を停止し、ウェハWの表面の温度が−35℃未満の状態を維持するようにフィードバック制御を行う。以上に説明したフィードバック機能により、本実施形態によれば、ウェハWの表面の温度を極低温に維持することができる。特に、本実施形態にかかるエッチング処理装置1は、ウェハWの端部の温度制御を行うために、フォーカスリング108の下方に図14に示す温度制御機構(冷却機構及び伝熱機構)を有する。これにより、フォーカスリング108と載置台20との抜熱性能を同じにすることができる。よって、フォーカスリング108の温度を測定すれば、ウェハWの表面の温度を正確に推定することができる。これにより、フォーカスリング108の温度を測定することで、ウェハWの表面の温度を−35℃未満の極低温状態に維持するように、高周波電力RFのフィードバック制御を行うことができる。   As described above, the temperature measuring unit 200 stops the output of the second high frequency power supply 34 based on the measured temperature of the focus ring 108 or outputs the outputs of the first high frequency power supply 32 and the second high frequency power supply 34. Stop and perform feedback control so that the temperature of the surface of the wafer W is maintained below -35 ° C. With the feedback function described above, according to the present embodiment, the temperature of the surface of the wafer W can be maintained at an extremely low temperature. In particular, the etching processing apparatus 1 according to the present embodiment has a temperature control mechanism (cooling mechanism and heat transfer mechanism) shown in FIG. 14 below the focus ring 108 in order to control the temperature of the end portion of the wafer W. Thereby, the heat removal performance of the focus ring 108 and the mounting table 20 can be made the same. Therefore, if the temperature of the focus ring 108 is measured, the temperature of the surface of the wafer W can be accurately estimated. Thus, by measuring the temperature of the focus ring 108, feedback control of the high frequency power RF can be performed so that the temperature of the surface of the wafer W is maintained at an extremely low temperature of less than −35 ° C.

また、本実施形態では、フォーカスリング108の温度を測定することで、ウェハWの表面の温度を−35℃未満の極低温状態に維持するように、伝熱ガスの圧力のフィードバック制御を行うことができる。   In the present embodiment, feedback control of the pressure of the heat transfer gas is performed so that the temperature of the surface of the wafer W is maintained at an extremely low temperature of less than −35 ° C. by measuring the temperature of the focus ring 108. Can do.

図15は、一実施形態に係る極低温における伝熱ガスとフォーカスリング108の温度との関係の一例を示す。図15の横軸は、Heガスを伝熱ガスとしてフォーカスリング108の裏面に供給した場合のHeガスの圧力(FR He BP)を示す。図15の縦軸は、フォーカスリング108の温度を示す。これによれば、極低温環境において、Heガスの圧力とフォーカスリング108の温度とは、図15に示すグラフの関係があることがわかる。   FIG. 15 shows an example of the relationship between the heat transfer gas and the temperature of the focus ring 108 at a cryogenic temperature according to an embodiment. The horizontal axis of FIG. 15 shows the pressure (FR He BP) of He gas when He gas is supplied to the back surface of the focus ring 108 as heat transfer gas. The vertical axis in FIG. 15 indicates the temperature of the focus ring 108. According to this, it can be seen that in a cryogenic environment, the pressure of the He gas and the temperature of the focus ring 108 have the relationship of the graph shown in FIG.

図16は、制御用PC201によるフィードバック制御の結果の一例を示す。これによれば、高周波電力RFがオン・オフを繰り返すことで、高周波電力RFがオンしている間に上昇するウェハWの表面の温度を、高周波電力RFがオフしている間に下降させることができている。これにより、ウェハW表面の温度を−35℃未満の極低温に維持することができる。   FIG. 16 shows an example of the result of feedback control by the control PC 201. According to this, the surface temperature of the wafer W that rises while the high-frequency power RF is turned on is lowered while the high-frequency power RF is turned off by repeatedly turning on and off the high-frequency power RF. Is done. Thereby, the temperature of the surface of the wafer W can be maintained at an extremely low temperature of less than −35 ° C.

この高周波電力RFのオン・オフ制御及び伝熱ガスの圧力制御は、エッチング中のフォーカスリング108の温度測定に応じてリアルタイムに行われるため、温度制御性が高い。よって、本実施形態にかかるエッチング処理装置1によれば、フォーカスリング108の温度を測定することで、高周波電力RFのオン・オフ制御と伝熱ガスの圧力制御との両方をリアルタイムに自律制御することが可能である。この結果、ウェハWの表面の温度を−35℃未満の極低温に維持することで高いエッチングレートを得ることができ、生産性を向上させることができる。   Since the on / off control of the high-frequency power RF and the pressure control of the heat transfer gas are performed in real time according to the temperature measurement of the focus ring 108 during etching, the temperature controllability is high. Therefore, according to the etching processing apparatus 1 according to the present embodiment, by measuring the temperature of the focus ring 108, both the on / off control of the high frequency power RF and the pressure control of the heat transfer gas are autonomously controlled in real time. It is possible. As a result, a high etching rate can be obtained by maintaining the surface temperature of the wafer W at an extremely low temperature of less than −35 ° C., and productivity can be improved.

なお、制御用PC201は、Heガスの圧力制御、及び高周波電力RFのオン・オフ制御の少なくともいずれかを制御してもよい。例えば、制御用PC201は、第1高周波電力又は第2高周波電力の出力の停止と、伝熱ガスの圧力制御とは自律制御によって行われてもよい。   The control PC 201 may control at least one of He gas pressure control and high-frequency power RF on / off control. For example, in the control PC 201, the output stop of the first high-frequency power or the second high-frequency power and the pressure control of the heat transfer gas may be performed by autonomous control.

以上、エッチング処理方法及びプラズマ処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるエッチング処理方法及びプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。   As mentioned above, although the etching processing method and the plasma processing apparatus were demonstrated by the said embodiment, the etching processing method and plasma processing apparatus concerning this invention are not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is carried out within the scope of the present invention. And improvements are possible. The matters described in the above embodiments can be combined within a consistent range.

例えば、上記実施形態では、水素含有ガスとして水素ガスを例に挙げ、フッ素含有ガスとして四フッ化炭素ガスを例に挙げて説明した。しかしながら、水素含有ガスは、水素(H)ガスに限らず、メタン(CH)ガス、フルオロメタン(CHF)ガス、ジフルオロメタン(CH)ガス及びトリフルオロメタン(CHF)ガスの少なくともいずれかのガスを含んでいればよい。また、フッ素含有ガスは、四フッ化炭素(CF)ガスに限らず、C(ヘキサフルオロ1,3ブタジエン)ガス、C(パーフルオロシクロブタン)ガス、C(八フッ化プロパン)ガス、NF(三フッ化窒素)ガス、SF(六フッ化硫黄)ガスであってもよい。 For example, in the said embodiment, hydrogen gas was mentioned as an example as hydrogen-containing gas, and carbon tetrafluoride gas was mentioned as an example as fluorine-containing gas, and demonstrated. However, the hydrogen-containing gas is not limited to hydrogen (H 2 ) gas, but methane (CH 4 ) gas, fluoromethane (CH 3 F) gas, difluoromethane (CH 2 F 2 ) gas, and trifluoromethane (CHF 3 ) gas. As long as it contains at least one of the above gases. The fluorine-containing gas is not limited to carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas, but C 4 F 6 (hexafluoro1,3 butadiene) gas, C 4 F 8 (perfluorocyclobutane) gas, C 3 F 8 ( It may be octafluoropropane) gas, NF 3 (nitrogen trifluoride) gas, or SF 6 (sulfur hexafluoride) gas.

また、エッチングにより生じた反応生成物を除去する工程を、第2高周波電力のオフ時間Toff、又は第1及び第2高周波電力のオフ時間Toffに行ってもよい。例えば、オフ時間Toffに酸素(O)ガスを供給し、酸素ガスから生成されたOプラズマにより、ホールの間口に付着した反応生成物を除去してもよい。または、水素(H)ガス及び四フッ化炭素(CF)ガスを供給し、これらの混合ガスから生成されたプラズマによりエッチングを促進し、反応生成物を除去してもよい。 Further, the step of removing the reaction product generated by the etching may be performed at the off time Toff of the second high frequency power or the off time Toff of the first and second high frequency power. For example, oxygen (O 2 ) gas may be supplied during the off time Toff, and reaction products attached to the hole opening may be removed by O 2 plasma generated from the oxygen gas. Alternatively, hydrogen (H 2 ) gas and carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas may be supplied, etching may be promoted by plasma generated from these mixed gases, and reaction products may be removed.

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ(CCP:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のプラズマ処理装置に適用可能である。その他のプラズマ処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ(HWP:Helicon Wave Plasma)装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECR:Electron Cyclotron Resonance Plasma)装置等であってもよい。   The plasma processing apparatus according to the present invention is applicable not only to a capacitively coupled plasma (CCP) apparatus but also to other plasma processing apparatuses. Other plasma processing apparatuses include inductively coupled plasma (ICP), a plasma processing apparatus using a radial line slot antenna, a helicon wave excited plasma (HWP) apparatus, an electron cyclotron resonance plasma ( An ECR (Electron Cyclotron Resonance Plasma) apparatus or the like may be used.

本明細書では、エッチング対象として半導体ウェハWについて説明したが、LCD(Liquid Crystal Display)、FPD(Flat Panel Display)等に用いられる各種基板や、フォトマスク、CD基板、プリント基板等であっても良い。   In this specification, the semiconductor wafer W has been described as an object to be etched, but various substrates used for LCD (Liquid Crystal Display), FPD (Flat Panel Display), etc., photomasks, CD substrates, printed boards, etc. good.

1:エッチング処理装置
10:チャンバ
15:ガス供給源
20:載置台
25:ガスシャワーヘッド
30:電力供給装置
32:第1高周波電源
33:第1整合器
34:第2高周波電源
35:第2整合器
85:伝熱ガス供給源
106:静電チャック
107:チラー
200:温度制御部
202:分光器
203:光源
204:サーキュレーター
205:温度測定機構
207:コリメーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Etching processing apparatus 10: Chamber 15: Gas supply source 20: Mounting stand 25: Gas shower head 30: Power supply apparatus 32: 1st high frequency power supply 33: 1st matching device 34: 2nd high frequency power supply 35: 2nd matching 85: Heat transfer gas supply source 106: Electrostatic chuck 107: Chiller 200: Temperature control unit 202: Spectrometer 203: Light source 204: Circulator 205: Temperature measuring mechanism 207: Collimator

Claims (12)

基板を載置する下部電極と上部電極とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置において実行するエッチング処理方法であって、
前記基板の表面の温度を−35℃未満に制御し、第1高周波電源が出力する第1高周波電力及び第2高周波電源が出力する第2高周波電力を用いて水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第1の工程と、
前記第2高周波電源の出力を停止し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第2の工程と、
を含み、
前記第1の工程と前記第2の工程とを複数回繰り返す、エッチング処理方法。
An etching processing method executed in a parallel plate type plasma processing apparatus in which a lower electrode and an upper electrode on which a substrate is placed are arranged to face each other,
The temperature of the surface of the substrate is controlled to be less than −35 ° C., and plasma is generated from the hydrogen-containing gas and the fluorine-containing gas using the first high-frequency power output from the first high-frequency power source and the second high-frequency power output from the second high-frequency power source And a first step of etching the silicon oxide film with plasma,
A second step of stopping the output of the second high frequency power source and etching the silicon oxide film with plasma;
Including
An etching method, wherein the first step and the second step are repeated a plurality of times.
基板の表面の温度を−35℃未満に制御し、第1高周波電源が出力する第1高周波電力及び第2高周波電源が出力する第2高周波電力を用いて水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第1の工程と、
前記第1高周波電源及び前記第2高周波電源の出力を停止し、プラズマによりシリコン酸化膜をエッチング処理する第2の工程と、
を含み、
前記第1の工程と前記第2の工程とを複数回繰り返す、エッチング処理方法。
Plasma is generated from hydrogen-containing gas and fluorine-containing gas using the first high-frequency power output from the first high-frequency power source and the second high-frequency power output from the second high-frequency power source by controlling the surface temperature of the substrate to less than -35 ° C. A first step of generating and etching the silicon oxide film with plasma;
A second step of stopping the output of the first high-frequency power source and the second high-frequency power source and etching the silicon oxide film with plasma;
Including
An etching method, wherein the first step and the second step are repeated a plurality of times.
前記水素含有ガスは、水素(H)ガス、メタン(CH)ガス、フルオロメタン(CHF)ガス、ジフルオロメタン(CH)ガス及びトリフルオロメタン(CHF)ガスの少なくともいずれかのガスを含む、
請求項1又は2に記載のエッチング処理方法。
The hydrogen-containing gas is at least one of hydrogen (H 2 ) gas, methane (CH 4 ) gas, fluoromethane (CH 3 F) gas, difluoromethane (CH 2 F 2 ) gas, and trifluoromethane (CHF 3 ) gas. Including gas,
The etching processing method according to claim 1 or 2.
前記第2高周波電力の値は、単位面積あたり1.4W/cm以上である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
The value of the second high frequency power is 1.4 W / cm 2 or more per unit area.
The etching processing method as described in any one of Claims 1-3.
基板を載置する下部電極と上部電極とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置であって、
基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられた温度制御機構を用いて、前記基板の表面の温度を−35℃未満に制御する温度測定部と、
前記基板の裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
第1高周波電力を出力する第1高周波電源と、
第1高周波電力の周波数よりも低い周波数の第2高周波電力を出力する第2高周波電源と、を有し、
前記温度測定部は、前記第2高周波電源の出力を停止する、フィードバック制御を行う、
プラズマ処理装置。
A parallel plate type plasma processing apparatus in which a lower electrode and an upper electrode on which a substrate is placed are opposed to each other,
A mounting table for mounting the substrate;
Using the temperature control mechanism provided on the mounting table, a temperature measuring unit that controls the temperature of the surface of the substrate to less than -35 ° C;
A heat transfer gas supply mechanism for supplying a heat transfer gas to the back surface of the substrate;
A first high-frequency power source that outputs first high-frequency power;
A second high frequency power source that outputs a second high frequency power having a frequency lower than the frequency of the first high frequency power;
The temperature measurement unit performs feedback control to stop the output of the second high-frequency power source;
Plasma processing equipment.
基板を載置する載置台と、
前記載置台に設けられた温度制御機構を用いて、前記基板の表面の温度を−35℃未満に制御する温度測定部と、
前記基板の裏面に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給機構と、
第1高周波電力を出力する第1高周波電源と、
第1高周波電力の周波数よりも低い周波数の第2高周波電力を出力する第2高周波電源と、を有し、
前記温度測定部は、前記第1高周波電源及び前記第2高周波電源の出力を停止する、フィードバック制御を行う、
プラズマ処理装置。
A mounting table for mounting the substrate;
Using the temperature control mechanism provided on the mounting table, a temperature measuring unit that controls the temperature of the surface of the substrate to less than -35 ° C;
A heat transfer gas supply mechanism for supplying a heat transfer gas to the back surface of the substrate;
A first high-frequency power source that outputs first high-frequency power;
A second high frequency power source that outputs a second high frequency power having a frequency lower than the frequency of the first high frequency power;
The temperature measurement unit performs feedback control to stop the outputs of the first high-frequency power source and the second high-frequency power source;
Plasma processing equipment.
前記第1高周波電力及び前記第2高周波電力の両方又は前記第2高周波電力は、パルス波によって出力される、
請求項5又は6に記載のプラズマ処理装置。
Both the first high-frequency power and the second high-frequency power or the second high-frequency power are output by a pulse wave.
The plasma processing apparatus according to claim 5 or 6.
前記第1高周波電力又は前記第2高周波電力の出力の停止と、前記伝熱ガスの圧力制御とは自律制御によって行われる、
請求項5〜7のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
The stop of the output of the first high frequency power or the second high frequency power and the pressure control of the heat transfer gas are performed by autonomous control.
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 5-7.
前記基板の表面の温度をリアルタイムにモニタするモニタ機構を有する、
請求項5〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
Having a monitoring mechanism for monitoring the temperature of the surface of the substrate in real time;
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 5-8.
前記モニタ機構は、フォーカスリングの温度測定の結果から前記基板の表面の温度をモニタする、
請求項9に記載のプラズマ処理装置。
The monitoring mechanism monitors the temperature of the surface of the substrate from the result of temperature measurement of the focus ring,
The plasma processing apparatus according to claim 9.
前記温度測定部は、干渉温度計によって前記基板の表面の温度を測定する、
請求項10に記載のプラズマ処理装置。
The temperature measuring unit measures the temperature of the surface of the substrate with an interference thermometer;
The plasma processing apparatus according to claim 10.
前記温度測定部は、前記第2高周波電源の出力を停止するか、又は前記第1高周波電源及び前記第2高周波電源の出力を停止し、前記基板の表面又はフォーカスリングの温度が−35℃未満の状態を維持するようにフィードバック制御を行う、
請求項5〜8のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
The temperature measurement unit stops the output of the second high-frequency power source or stops the output of the first high-frequency power source and the second high-frequency power source, and the temperature of the surface of the substrate or the focus ring is less than −35 ° C. Feedback control to maintain the state of
The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 5-8.
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