JPH03134187A - Method and device for etching - Google Patents

Method and device for etching

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JPH03134187A
JPH03134187A JP26891389A JP26891389A JPH03134187A JP H03134187 A JPH03134187 A JP H03134187A JP 26891389 A JP26891389 A JP 26891389A JP 26891389 A JP26891389 A JP 26891389A JP H03134187 A JPH03134187 A JP H03134187A
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JP
Japan
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etching
wafer
temperature
atmosphere
temp
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Pending
Application number
JP26891389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tokuo Kure
久礼 得男
Hiroshi Kawakami
博士 川上
Sadayuki Okudaira
奥平 定之
Shinichi Taji
新一 田地
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Makoto Arai
眞 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03134187A publication Critical patent/JPH03134187A/en
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Abstract

PURPOSE:To control a wafer temp. with high accuracy and to stably improve working characteristics in a low-temp. etching method by changing an etching atmosphere which is a heat generating source according to the wafer temp. in addition to the temp. control by a wafer cooler. CONSTITUTION:For example, a microwave plasma etching device is used and the wafer 14 is fixed onto a cooling electrode 9 connected to a machine 8 for supplying liquid nitrogen as a refrigerant. A cooling gas is packed on the rear surface thereof. An etching gas is introduced from an introducing system 6 while the wafer is cooled and the etching is started by impressing microwave electric power. The incident heat from the etching atmosphere and the temp. rise of the wafer by reaction heat are measured by a measuring instrument 10 at this time and the set value of etching conditions are so changed by a control system 11 as not to deviate from the desired wafer temp. control range in accordance with the measured temp. The temp. control of the high degree in excess of the cooling capacity is executed by this method.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、低温ドライエツチング方法に係り。 特にエツチング中のウェーハ温度上昇を抑制し。 超低温領域で高精度に温度制御されたエツチングに好適
なエツチング方法および装置に関する。
The present invention relates to a low temperature dry etching method. Particularly suppresses wafer temperature rise during etching. The present invention relates to an etching method and apparatus suitable for highly precisely temperature-controlled etching in an ultra-low temperature region.

【従来の技術】[Conventional technology]

反応性ガスプラズマを用いて半導体集積回路の微細パタ
ーン形成するドライエツチング技術において、加工する
ウェーハを0℃以下に冷却して高精度加工する低温エツ
チング法が、特開昭60−158627号公報に開示さ
れている。この方法は、冷媒溜めを有する電極上にウェ
ーハを置いて冷却し9反応表面の低温化によりサイドエ
ツチング反応を抑制するものである。(サイドエツチン
グは、主に中性ラジカルによる熱反応でひきおこされ、
熱励起の少ない低温条件はど抑制される。 一方,エッチング底面での反応は、底面に向かって加速
されたイオンの照射エネルギによって、ウェーハ温度が
かなり低温になっても進行する。)このような低温エツ
チング法では温度制御が重要であるが,エッチング中に
おいては、プラズマからの放射熱やエツチング反応熱に
よってウェーハ温度が変動しやすい。この点に関し、常
温エツチングにおいて、プラズマを断続的に発生させれ
ば、この温度上昇が軽減されることが特開昭56−73
439に開示されている。
In dry etching technology that uses reactive gas plasma to form fine patterns on semiconductor integrated circuits, a low-temperature etching method that cools the wafer to be processed to below 0°C to process it with high precision was disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 158627/1984. has been done. In this method, the wafer is cooled by placing it on an electrode having a coolant reservoir, and the side etching reaction is suppressed by lowering the temperature of the reaction surface. (Side etching is mainly caused by a thermal reaction caused by neutral radicals,
Low temperature conditions with little thermal excitation are suppressed. On the other hand, the reaction at the etched bottom surface proceeds even if the wafer temperature becomes considerably low due to the irradiation energy of ions accelerated toward the bottom surface. ) Temperature control is important in such low-temperature etching methods, but during etching, the wafer temperature tends to fluctuate due to radiant heat from the plasma and etching reaction heat. Regarding this point, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-73 shows that if plasma is generated intermittently during room-temperature etching, this temperature rise can be reduced.
439.

【発明が解決しようとする課題1 その原理から、低温エツチング法では、より低温にウェ
ーハ温度を制御するほど加工精度が向上する。但し、冷
却温度には反応ガスの凝集温度で決まる下限がある。凝
集が生じる温度以下に冷却すると、ウェーハ面への反応
物質などの付着によってエツチングが阻害されたり進行
しなくなる。 従って、低温エツチングにおいて最も高精度加工するた
めの温度制御は、ガス凝集によってエツチングが阻止さ
れない範囲においてウェーハ面を極力低温側に制御する
ことである。 ところで、上記従来技術では、FによるSiのエツチン
グに代表される反応熱の大きいエツチングや、プラズマ
照射熱の大きい場合に、温度制御が不充分になるという
問題が生じる。また、単に間歇的にエツチングを行なう
方法では、過剰冷却によるエツチング停止が生じたり、
上限温度の抑制不十分による加工精度の低下が生じ得る
という問題を有していた。 【課題を解決するための手段】 上記目的は、ウェーハ冷却装置による温度制御に加えて
2発熱源となるエツチング雰囲気をつ工−ハ温度変化に
応じて変化させる事によって達成される。 なお、この時に変化させたエツチング雰囲気は。 主エツチング雰囲気で決まる加工特性(例えば加工形状
,エッチングマスク材料との選択比)を損なうものであ
ってはならない。従って、主エツチング雰囲気で温度上
昇傾向にある場合には、低エツチング性雰囲気や微量デ
ポ(堆積)性雰囲気もしくはエツチング休止などの発熱
作用が少なく且つエツチング形状への影響も少ない(ま
たはエツチング形状を所望のものに変化させる)雰囲気
を用いて温度調節する。
Problem 1 to be Solved by the Invention Based on the principle, in the low temperature etching method, the processing accuracy improves as the wafer temperature is controlled to a lower temperature. However, the cooling temperature has a lower limit determined by the coagulation temperature of the reaction gas. If the wafer is cooled below the temperature at which agglomeration occurs, etching may be inhibited or prevented from progressing due to adhesion of reactants to the wafer surface. Therefore, temperature control for achieving the highest precision processing in low-temperature etching is to control the wafer surface to the lowest possible temperature within a range where etching is not inhibited by gas aggregation. However, in the above-mentioned prior art, a problem arises in that temperature control becomes insufficient when etching requires a large amount of reaction heat, such as etching of Si with F, or when plasma irradiation heat is large. In addition, with a method that simply performs etching intermittently, etching may stop due to excessive cooling, or
There has been a problem in that machining accuracy may deteriorate due to insufficient suppression of the upper limit temperature. [Means for Solving the Problems] The above object is achieved by controlling the temperature by a wafer cooling device and also by changing the etching atmosphere, which serves as two heat generation sources, in accordance with changes in the process temperature. The etching atmosphere was changed at this time. It must not impair the processing characteristics determined by the main etching atmosphere (for example, processing shape, etching mask material selectivity). Therefore, when the temperature tends to rise in the main etching atmosphere, there is little heat generation effect such as a low etching atmosphere, a trace deposition atmosphere, or an etching pause, and there is also little effect on the etching shape (or the etching shape is not as desired). The temperature is controlled using the atmosphere.

【作用】[Effect]

エツチング雰囲気の変化は即座にウェーハ表面温度に反
映するので、従来のウェーハ裏面側からの冷却能力変化
による温度制御に比べて敏感に。 すなわち精密に温度制御ができる。また、冷却能力不足
で温度上昇傾向にある時に9発熱量を一旦減少させてそ
の上昇を抑えることができるので。 温度制御範囲として冷媒そのものの温度に近い非常に低
温まで用いることができる。すなわち、同じ冷却機構を
用いた場合、従来のように冷却能力と発生熱量の平衡状
態で用いるのでなく、温度上昇中の非平衡状態の範囲内
で上限下限を決めて精密に制御できる。 【実施例1 実施例1 以下9本発明の一実施°例を第1図により説明する。 第1図は9本実施例のエツチング装置の主要部構成断面
図である。本装置は、マイクロ波発生用のマグネトロン
1.導波管2.放電管3.電磁コイル4.高周波電力印
加電源5.エツチングガス導入系6.排気系7を主構成
要素とする従来のマイクロ波プラズマエツチング装置に
、冷媒供給機8に接続した冷却電極,ウェーハ温度測定
機10、及びウェーハ温度に基づいてエツチング条件設
定値を変化させる制御系11を設けたものである。 ここで、冷媒としては液体窒素を用い、冷却電極9の内
部は約−196℃に、そして熱伝導の良いアルミニウム
製のウェーハ設置面側の表面温度は約−170℃まで冷
却可能とした。エツチングするウェーハはこの冷却電極
上に置き、熱伝導の悪い窒化シリコン等のセラミクスよ
り成る押え12で固定する。ウェーハ裏面には冷却ガス
としてHe等のガスを1kPa程度に充填する。ウェー
ハ温度測定は、熱電対13を測定子とする温度測定11
10により行なう。図には記していないが。 予備排気室から自動搬送系により、ウェーハ14をエツ
チング室の真空を破らずに冷却電極上に置く。ウェーハ
設置後、約10〜20秒間でウェーハ温度は一130℃
〜−150℃に冷却される。 このような状態で2例えばエツチングガスとして六フッ
化イオウ(以下SF、と記す)をIPa程度の圧力で導
入すると共にマイクロ波電力及び必要に応じて高周波電
力も印加してシリコン(以下Siと記す)のエツチング
を開始すると、第2図のようにウェーハ温度が変化する
。すなわち。 冷却開始後ウェーハ温度は、冷却電極表面温度に等しく
なるように漸近的に冷却されて行く。そして、所望の温
度まで冷却された時点でエツチングを開始する。エツチ
ング中にウェーハに生じる熱量が冷却能力に対して小さ
い場合には,エッチング開始後もウェーハ温度が下降し
得るので、冷却能力を下げて(例えば、冷却ガス圧を下
げて)ウェーハを所望の温度に保つ。逆に発生熱量が大
きい場合は,エッチング開始後ウェーハ温度は上昇し2
次式を満たす温度Tで飽和する。 (T  To)  ・h−s =Q ここで、Toは冷却電極表面温度、hはウェーハと電極
との間の熱抵抗、Sは接触面積即ちウェーハ面積、Qは
発生熱量である。Toとhは冷却能力を表わすパラメー
タであり、Toが低くhが大きいほどある発熱Qに対し
てウェーハ温度Tを低く保つことができるがtToは冷
媒でhは冷却ガス圧等で決まる限界がある。一般に低温
エツチングでは,エッチングガスなどの凝集が生じない
範囲で、なるべく低温にウェーハ温度を制御するほど加
工精度は向上する。従って、実用的な冷却機構とエツチ
ング条件のもとでウェーハを所望の低い温度に高精度に
制御する工夫が重要である。第1図の本発明のエツチン
グ装置では,エッチング中のウェーハ温度を測定し、そ
の温度に基づいて種々のエツチング条件を変化させるこ
とができる。 すなわち、制御系11に管理すべき温度範囲と変化させ
るエツチング条件を指定しておくことによって、所望温
度範囲でのみ有効なエツチングが進行するようにでき、
冷却能力を越えた高度な温度制御が可能となった。 なお、ここではマイクロ波エツチング装置を例に取った
が、リアクティブイオンエツチング(RIEと略記され
る)のようなその他のエツチング装置に同様の温度制御
機構を設置したものでもよい。また、冷媒は、液体窒素
より低温の液体ヘリウムや、逆に高温側ではあるがより
簡便な不凍液でも同様の制御ができる。ウェーハ温度測
定は。 熱電対の他、蛍光温度計や抵抗温度計などにより。 ウェーハに直接接触して行なったり、循環させた冷却ガ
スの戻りガス温度を測定する間接的測定から見積もるこ
とができる。 実施例2 エツチング処理の一実施例を第3図に従って説明する。 4インチ径のSiウェーハのほぼ半分の゛表面積がレジ
ストのパターンで覆われた試料において、Si基板を所
望の深さだけエツチングした際の、ウェーハ温度の変化
とこれに伴うエツチング切り替えの様子を示したのが第
3図である。 エツチング制御因子の設定値は次の通りである。 まず、マイクロ波放電電力であるマグネトロン電力は5
00W,エッチングガスにSF、を50cc/minで
導入し、排気速度をコンダクタンスバルブで調節してエ
ツチング室内のガス圧をIPaにした。エツチングイオ
ンの加速電界付与のための高周波電力は2MHzの電源
によって5W印加した。 SFGによるSiエツチングの場合、ウェーハ温度とし
て一り25℃〜−135℃程度の範囲がよいことが知ら
れている(例えば特開昭64−32628号)。上記エ
ツチング条件によると、Siのエツチング速度は3〜4
μm/minであり。 S i +4 F−+s i F、、の反応熱が約45
0kcal/molと大きいことから、このような高速
エツチングのもとでウェーハに生じる反応熱は40W程
度に相当すると見積もられた。この他プラズマからの入
射熱として数十Wあり、これらの発熱のため一135℃
でエツチングを開始すると6秒後に一125℃まで上昇
した。その後エツチングのための放電を2秒間停止する
と再び一135℃まで冷却された。第2図に示したよう
に、このようにして−125℃を上限温度−135℃を
下限温度として、これらの温度を検知するする海に放電
電力を0N10FFする制御を自動的に行った。 この場合はぼ6秒間エツチングと2秒間停止を繰り返す
ことによって温度管理が達成された。合計エツチング時
間を1分に設定してエツチング終了とすると、第6図に
示すように、垂直な側壁を持つ高精度なSi溝が得られ
、広い溝部23でエツチング深さは4μmとなった。レ
ジストのエツチング量は0.2μmであり、Si対リレ
ジス1〜選択比は20と通常の選択エツチングには良好
な大きな値である。SiO2とは約50倍の更に大きい
値が得られるので、より深いエツチングを行う場合には
Sin、をエツチングマスク材料に用いることが好まし
い。なお、第6図に示したように。 サブミクロン寸法の微細溝部24では広い溝に比べてエ
ツチング深さが浅くなる傾向が認められた。 この点については後の実施例4で詳細に述べる。 本エツチングと同じ放電条件のもとて温度管理をせずに
連続エツチングを行った場合、ウェーハ温度は一90℃
程まで1分間で上昇し、加工形状は一7%5図のように
少しサイドエツチングを生じたものになった。 一般に、ウェーハ温度を制御できずに一100℃以上に
なると、サイドエツチングが顕著で形状の再現性も悪く
なる傾向がみられた。また、単にエツチングを間歇的に
行うと、冷却時間の挿入により温度上昇を緩やかにする
効果はあるが、長時間のエツチングになるほど温度変動
による加工形状不安定の問題が生じた。冷却電極表面や
エツチング室壁面の温度上昇が多少あるため,エッチン
グ時間経過とともにウェーハ温度が上昇しやすくなるた
めと思われる。 実施例3 エツチング中に直接ウェーハ温度を測定しない方法とし
て9発生熱量と冷却特性に基づいてエツチングと冷却の
時間を計算し、これに基づいてエツチング制御すること
もできる。 発生熱ff1Qは、プラズマからのイオンや光の入射熱
Q1とエツチング表面での化学反応熱Q2の和であり、
Q工は放電条件からQ2は所定のエツチング、々囲気中
で処理される被エツチング面積から予め求めておくこと
ができる。冷却特性としては。 冷却電極上にウェーハを設置してからの時間に対するウ
ェーハ温度下降特性、および一定の発熱Qのもとてのウ
ェーハ温度上昇(すなわち一定の放電条件のもとて非反
応性の材料でおおわれたつ工−ハの温度上昇)を予め測
定し制御系に入力しておく。 このような制御データをもとに,エッチング条件とエツ
チング材料および面積さらに管理温度範囲を指定すると
エツチング切り替え時間が決まり。 その制御に従って処理すると上記実施例2と同様に温度
管理がなされ、高精度加工が達成された。 なお、この方法で行う場合には,エッチング室全体の温
度上昇や冷却能力の変動を起こさないようにすることが
肝要である。このためエツチング室壁を一定温度(Lo
ot程度)に加熱するヒータ系や、電鷺表面温度を一定
に保つために冷却電模内に常に冷媒を充填するとともに
冷媒から電極表面までの熱抵抗を最小にする冷却系を設
けることが望ましい。 実施例4 エツチング中の温度上昇を回復させる時間には躯にエツ
チングを停止するだけでなく2発熱の少ない各種の放電
条件を用いることができる。第4図はその例であり、1
サイクルで(a)〜(e)までの5つの条件切り替えを
行う。 (a)ウェーハが所定の温度−135℃に冷却された後
に、CF、ガスIPa、マイクロ波電力ioowの放電
を2秒間行う。この条件ではSiのエツチングは進行せ
ずCを含む微量のデポが起こる。これは発熱の少ない条
件であり、ウェーハ温度は一135℃でほぼ一定となっ
た。 (b)続いて、CF4からHeへガスを切り替えるため
に2秒間放電を休止する。 (c)HeガスIPa、マイクロ波200Wの放電にR
Fを10W付加し,エッチング温度下限−140℃にな
る迄約2秒間エツチングした。これはSiのエツチング
には鋤らかず,エッチング面上に堆積したデポ膜のみを
除去する。 ((1)次に、ガスをSF6に切り替えながらIPa、
マイクロ波500WでSiエツチングすると。 5秒間で上限温度−130℃となる。 (e)続いて2秒間の放電停止並びにガス交換時間に移
る。 これで−周期時間tが約13秒間の2条件切り替え温度
制御エツチングとなる。長時間のエツチングになると温
度上昇が速くなり,エッチング時間が徐々に短くなる傾
向があるが(d’ ),エッチング深さはエツチング時
間の総和で制御できる。 また、このように短時間のエツチング雰囲気切り替えを
おこなうため、ガス排気速度が大きく且つガス圧力調節
速度の大きい装置構成としている。 デポ条件をエツチング周期に入れる意味は,エッチング
側壁に残留するデポ膜の側壁保護効果によりエツチング
異方性を高め、さらにデポ量を多くした場合に第7図に
示すようにやや順テーパの側壁25に制御できる効果が
あるためである。また、これに加えて第6図で示した微
細溝のエツチング遅れを第7図のように矯正する効果も
得られた。デポ物質が付着する際に微細溝内部の付着量
が少ないため相対的に微細溝底部がクリーンに保たれる
ためと思われる。 以上のように温度制御を行いながら2種々の条件を用い
てエツチングすると、よりエツチング特性を良好に制御
できる。ここではSiのエツチングについて述べたが、
多結晶シリコン、タングステン、タングステンシリサイ
ド、多層レジス1−のfffi膜その他各種材料とそれ
らに対する各種エツチングガスの組合せにおいて本エツ
チング法を用いることができることは無論である。 【発明の効果1 本は明によれば,エッチング中のウェーハの温度を高度
に制御できるので、ウェーハ温度に@感な低温エツチン
グの加工特性を安定して向上できる。
Changes in the etching atmosphere are immediately reflected in the wafer surface temperature, making it more sensitive than conventional temperature control based on changes in cooling capacity from the back side of the wafer. In other words, precise temperature control is possible. In addition, when the temperature tends to rise due to insufficient cooling capacity, it is possible to temporarily reduce the amount of heat generated and suppress the rise. The temperature control range can be very low, close to the temperature of the refrigerant itself. That is, when using the same cooling mechanism, instead of using it in an equilibrium state between the cooling capacity and the amount of heat generated as in the conventional case, it is possible to precisely control the upper and lower limits by determining the upper and lower limits within the range of the non-equilibrium state during temperature rise. [Example 1 Example 1] One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of the main parts of the etching apparatus according to the ninth embodiment. This device consists of a magnetron 1. Waveguide 2. Discharge tube 3. Electromagnetic coil 4. High frequency power application power source 5. Etching gas introduction system6. A conventional microwave plasma etching apparatus having an exhaust system 7 as a main component, a cooling electrode connected to a coolant supply device 8, a wafer temperature measuring device 10, and a control system 11 that changes etching condition settings based on the wafer temperature. It has been established. Here, liquid nitrogen was used as the coolant, so that the inside of the cooling electrode 9 could be cooled to about -196°C, and the surface temperature of the aluminum wafer mounting surface, which has good thermal conductivity, could be cooled to about -170°C. The wafer to be etched is placed on this cooling electrode and fixed with a presser foot 12 made of ceramic such as silicon nitride, which has poor thermal conductivity. The back surface of the wafer is filled with a gas such as He as a cooling gas at a pressure of about 1 kPa. Wafer temperature measurement is performed by temperature measurement 11 using thermocouple 13 as a measuring element.
10. Although not shown in the diagram. From the preliminary evacuation chamber, the wafer 14 is placed on the cooling electrode by an automatic transfer system without breaking the vacuum in the etching chamber. After installing the wafer, the wafer temperature will rise to -130℃ for about 10 to 20 seconds.
Cooled to ~-150°C. In this state, for example, sulfur hexafluoride (hereinafter referred to as SF) as an etching gas is introduced at a pressure of about IPa, and microwave power and high frequency power are also applied as necessary to remove silicon (hereinafter referred to as Si). ), the wafer temperature changes as shown in FIG. Namely. After the start of cooling, the wafer temperature is asymptotically cooled to become equal to the cooling electrode surface temperature. Etching is then started when the temperature has cooled to a desired temperature. If the amount of heat generated in the wafer during etching is small compared to the cooling capacity, the wafer temperature may drop even after etching has started, so reduce the cooling capacity (for example, by lowering the cooling gas pressure) to bring the wafer to the desired temperature. Keep it. On the other hand, if the amount of heat generated is large, the wafer temperature will rise after etching starts, resulting in
It is saturated at a temperature T that satisfies the following equation. (T To) · h−s =Q Here, To is the surface temperature of the cooling electrode, h is the thermal resistance between the wafer and the electrode, S is the contact area, that is, the wafer area, and Q is the amount of heat generated. To and h are parameters expressing cooling capacity, and the lower To is and the higher h is, the lower the wafer temperature T can be kept against a certain amount of heat generation Q, but there is a limit determined by tTo is the refrigerant and h is the cooling gas pressure etc. . Generally, in low-temperature etching, processing accuracy improves as the wafer temperature is controlled as low as possible within a range that does not cause agglomeration of etching gas, etc. Therefore, it is important to devise ways to control the wafer temperature to a desired low temperature with high precision under a practical cooling mechanism and etching conditions. In the etching apparatus of the present invention shown in FIG. 1, the wafer temperature during etching can be measured and various etching conditions can be changed based on the measured temperature. That is, by specifying the temperature range to be managed and the etching conditions to be changed in the control system 11, effective etching can proceed only within the desired temperature range.
Advanced temperature control that exceeds cooling capacity is now possible. Although a microwave etching apparatus is taken as an example here, other etching apparatuses such as reactive ion etching (abbreviated as RIE) may be equipped with a similar temperature control mechanism. Further, the same control can be performed using liquid helium, which is lower in temperature than liquid nitrogen, or antifreeze, which is higher in temperature but simpler, as the refrigerant. Wafer temperature measurement. In addition to thermocouples, use fluorescent thermometers, resistance thermometers, etc. It can be estimated from direct contact with the wafer or from indirect measurements of the return gas temperature of the circulated cooling gas. Example 2 An example of etching processing will be described with reference to FIG. This figure shows changes in wafer temperature and accompanying etching switching when etching a Si substrate to a desired depth using a sample in which approximately half of the surface area of a 4-inch diameter Si wafer is covered with a resist pattern. Figure 3 shows this. The setting values of the etching control factors are as follows. First, the magnetron power, which is the microwave discharge power, is 5
00W, SF was introduced as an etching gas at 50 cc/min, and the gas pressure in the etching chamber was adjusted to IPa by adjusting the exhaust speed with a conductance valve. A high frequency power of 5 W was applied by a 2 MHz power source to provide an accelerating electric field for etching ions. In the case of Si etching using SFG, it is known that the wafer temperature is preferably in the range of about 25 DEG C. to -135 DEG C. (for example, JP-A-64-32628). According to the above etching conditions, the etching speed of Si is 3 to 4
It is μm/min. The heat of reaction of S i +4 F-+s i F is about 45
Since it was as large as 0 kcal/mol, it was estimated that the reaction heat generated in the wafer during such high-speed etching was equivalent to about 40 W. In addition, there are several tens of W of incident heat from the plasma, and due to this heat generation, the temperature reaches -135℃.
When etching was started, the temperature rose to -125°C after 6 seconds. Thereafter, the discharge for etching was stopped for 2 seconds, and the temperature was again cooled to -135°C. As shown in FIG. 2, in this way, the upper limit temperature was set to -125°C and the lower limit temperature was set to -135°C, and the discharge power was automatically controlled to be 0N10FF to the sea where these temperatures were detected. In this case, temperature control was achieved by repeating etching for about 6 seconds and stopping for 2 seconds. When the etching was completed by setting the total etching time to 1 minute, a highly accurate Si groove with vertical side walls was obtained, as shown in FIG. 6, and the etching depth was 4 μm in the wide groove portion 23. The etching amount of the resist is 0.2 .mu.m, and the selection ratio of Si to reregistration is 1 to 20, which is a large value that is good for normal selective etching. Since a value about 50 times larger than that of SiO2 can be obtained, it is preferable to use Sin as the etching mask material when performing deeper etching. In addition, as shown in FIG. It was observed that the etching depth of the submicron-sized fine grooves 24 tended to be shallower than that of the wide grooves. This point will be described in detail in Example 4 later. If continuous etching is performed under the same discharge conditions as the main etching without temperature control, the wafer temperature will be -90°C.
It took 1 minute to reach a certain level, and the processed shape became one with slight side etching as shown in Figure 5. In general, when the wafer temperature cannot be controlled and reaches -100° C. or higher, side etching tends to be noticeable and shape reproducibility tends to deteriorate. Furthermore, if etching is simply carried out intermittently, cooling time is added to the effect of slowing down the temperature rise, but the longer the etching is carried out, the more unstable the processed shape becomes due to temperature fluctuations. This seems to be because the temperature of the cooling electrode surface and the etching chamber wall surface rises to some extent, so the wafer temperature tends to rise as the etching time elapses. Embodiment 3 As a method of not directly measuring the wafer temperature during etching, it is also possible to calculate the etching and cooling times based on the amount of heat generated and the cooling characteristics, and control the etching based on this. The generated heat ff1Q is the sum of the incident heat Q1 of ions and light from the plasma and the chemical reaction heat Q2 on the etching surface,
The Q process can be determined in advance from the discharge conditions, and the Q2 can be determined in advance from the area to be etched that is treated in a predetermined etching atmosphere. As for the cooling properties. The wafer temperature drop characteristics with respect to time after the wafer is placed on the cooling electrode, and the wafer temperature rise under constant heat generation Q (i.e., under constant discharge conditions) - temperature rise) is measured in advance and input into the control system. Based on such control data, the etching switching time is determined by specifying the etching conditions, etching material, area, and control temperature range. When processed according to this control, temperature control was achieved in the same manner as in Example 2, and high-precision processing was achieved. Note that when using this method, it is important to prevent the temperature of the entire etching chamber from rising and the cooling capacity from changing. For this reason, the walls of the etching chamber are kept at a constant temperature (Lo
It is desirable to provide a heater system that heats the electrode to a constant temperature (approximately 100 ft), a cooling system that constantly fills the cooling mold with refrigerant to keep the surface temperature of the electric heron constant, and minimizes the thermal resistance from the refrigerant to the electrode surface. . Embodiment 4 During the time to recover from the temperature increase during etching, it is possible to not only stop etching on the body but also use various discharge conditions that generate less heat. Figure 4 is an example of this, and 1
Five conditions (a) to (e) are switched in a cycle. (a) After the wafer is cooled to a predetermined temperature of −135° C., CF, gas IPa, and microwave power ioow are discharged for 2 seconds. Under these conditions, etching of Si does not proceed and a small amount of deposit containing C occurs. This was a condition with little heat generation, and the wafer temperature remained almost constant at -135°C. (b) Then, the discharge is paused for 2 seconds to switch the gas from CF4 to He. (c) He gas IPa, R for microwave 200W discharge
F was applied at 10 W and etching was carried out for about 2 seconds until the etching temperature reached the lower limit of -140°C. This does not remove Si etching, but only removes the deposited film deposited on the etched surface. ((1) Next, while switching the gas to SF6, IPa,
Si etching with microwave 500W. The upper limit temperature becomes -130°C in 5 seconds. (e) Next, the discharge is stopped for 2 seconds and the gas exchange period begins. This results in two-condition switching temperature-controlled etching with a cycle time t of about 13 seconds. When etching is performed for a long time, the temperature rises quickly and the etching time tends to become gradually shorter (d'), but the etching depth can be controlled by the total etching time. Furthermore, in order to perform etching atmosphere switching in such a short time, the apparatus is configured to have a high gas exhaust speed and a high gas pressure adjustment speed. The purpose of setting the deposition conditions in the etching cycle is to increase the etching anisotropy due to the sidewall protection effect of the deposited film remaining on the etched sidewalls, and to increase the etching anisotropy by increasing the amount of deposition, as shown in FIG. This is because it has an effect that can be controlled. In addition to this, the effect of correcting the etching delay of the fine grooves shown in FIG. 6 as shown in FIG. 7 was also obtained. This seems to be because when the deposit material adheres, the amount of deposit inside the microgrooves is small, so the bottoms of the microgrooves are kept relatively clean. If etching is performed using two different conditions while controlling the temperature as described above, the etching characteristics can be controlled more favorably. Although we talked about Si etching here,
It goes without saying that this etching method can be used in combinations of polycrystalline silicon, tungsten, tungsten silicide, the fffi film of the multilayer resist 1-, and other various materials and various etching gases therefor. Effects of the Invention 1 According to Akira, the temperature of the wafer during etching can be highly controlled, so that the processing characteristics of low-temperature etching, which is sensitive to the wafer temperature, can be stably improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のエツチング装置の断面図、第2図はエ
ツチングウェーハ温度の変化を示す図。 第3図および第4図は本発明の実施例のエツチング進行
中のウェーハ温度変化を示す図、第5図は従来のエツチ
ング形状例を示すウェーハの加工部断面図、第6図およ
び第7図は本発明の実施例によるウェーハの加工部断面
図である。 符号の説明 1・・・マグネトロン、2・・・導波管、3・・・放電
管。 5・・・高周波電源、8・・・冷媒供給機、9・・・冷
却型tM 。 10・・・ウェーハ温度測定機、11・・・制御系。 14・・ウェーハ、21・・・Si、22・・・レジス
ト第 1 図 /−77’ネトロン 2− 導治菅 3− 放電管 4−一一電繊コイル 5−一一高用濯電源 g−’xツ今ンブηス、−E人糸 2−−−−む1ぼ秀411シート ターーー ン9ヱrtth> lθ・−ラエーハ温斥;I’l定職 If −−−s’I得藷 l仝−m−つニーへ 第 図 エッケンブ間セ令 ↓ エツチンフ゛岬ト3 ル 4 簡 (分) 14間 時間− 第5図 第6図 第7図 21−4;、: 25−−−イ収り石!
FIG. 1 is a sectional view of the etching apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing changes in etching wafer temperature. 3 and 4 are diagrams showing changes in wafer temperature during etching according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view of a processed portion of a wafer showing an example of a conventional etching shape, and FIGS. 6 and 7 1 is a sectional view of a processed portion of a wafer according to an embodiment of the present invention. Explanation of symbols 1... Magnetron, 2... Waveguide, 3... Discharge tube. 5... High frequency power supply, 8... Refrigerant supply machine, 9... Cooling type tM. 10... Wafer temperature measuring device, 11... Control system. 14...Wafer, 21...Si, 22...Resist No. 1 Fig./-77' Netron 2- Doji Suga 3- Discharge tube 4-11 Electric fiber coil 5-11 High-use rinsing power supply g- 'x Twins η Su, - E people thread 2---Mu1 Bohide 411 Sheet Turn 9ヱrtth> lθ・-Raeha warmth; I'l regular job If ---s'I profit l - m - To Tsuney Fig. Eckenbu section order ↓ Etsuchinfu Cape 3 Le 4 Easy (minutes) 14 hours time - Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 Fig. 21-4; !

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.ウェーハを冷却しながらエッチング雰囲気に曝す低
温エッチング方法において,エッチング雰囲気からの入
射熱および反応熱によるウェーハ温度上昇を測定し,所
望のウェーハ温度制御範囲を逸脱せぬように雰囲気を変
化させることを特徴とするエッチング方法。
1. In a low-temperature etching method in which the wafer is exposed to an etching atmosphere while being cooled, the wafer temperature rise due to incident heat and reaction heat from the etching atmosphere is measured, and the atmosphere is changed so as not to deviate from the desired wafer temperature control range. Etching method.
2.上記の変化させる雰囲気はエッチングガス雰囲気,
デポガス雰囲気のいずれかであり,さらに非反応性雰囲
気中に放置する休止時間を必要に応じて挿入し,これら
の周期的切り替えによって,冷却電極上に置かれたウェ
ーハの温度が,該周期に呼応して,所望の上限および下
限温度間を行き来するように制御することを特徴とする
エッチング方法。
2. The above atmosphere to be changed is an etching gas atmosphere,
The temperature of the wafer placed on the cooling electrode can be changed in accordance with the cycle by inserting a rest period in which the wafer is left in either a depot gas atmosphere and a non-reactive atmosphere as necessary. An etching method characterized in that the temperature is controlled so as to move back and forth between a desired upper and lower temperature limit.
3.特許請求の範囲第1項記載のエッチング方法におい
て,ウェーハが温度制御範囲の下限に冷却された時点で
エッチングを開始した後,上限に達するとエッチング雰
囲気を遮断し再び下限まで冷却されてからエッチングを
開始するという周期を繰返し,所望の合計エッチング時
間になるまで続けることを特徴とするエッチング方法。
3. In the etching method described in claim 1, etching is started when the wafer has been cooled to the lower limit of the temperature control range, and when the upper limit is reached, the etching atmosphere is shut off, and the etching is stopped after the wafer has been cooled to the lower limit again. An etching method characterized by repeating a cycle of starting and continuing until a desired total etching time is reached.
4.ウェーハ温度を測定する手段と,該測定値によりエ
ッチング条件を変化させる手段とを有することを特徴と
するエッチング装置。
4. An etching apparatus comprising means for measuring wafer temperature and means for changing etching conditions based on the measured value.
5.上記エッチング装置はプラズマエッチング装置であ
り,変化させるエッチング条件は,反応ガスの種類,流
量,エッチング室内圧力,放電電力のいずれかであるこ
とを特徴とするエッチング装置。
5. The etching apparatus is characterized in that the etching apparatus is a plasma etching apparatus, and the etching conditions to be changed are any of the type of reaction gas, flow rate, etching chamber pressure, and discharge power.
6.被エッチング面積から,所定のエッチング雰囲気で
の処理中に発生する熱量を見積り,温度上昇を予測して
,変化させるエッチング条件と時間を予め設定しておく
ことを特徴とするエッチング方法。
6. An etching method characterized by estimating the amount of heat generated during processing in a predetermined etching atmosphere from the area to be etched, predicting temperature rise, and setting etching conditions and time to be changed in advance.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05267734A (en) * 1992-03-18 1993-10-15 Agency Of Ind Science & Technol Micro-fabrication method of oxide superconductive thin film
US5567267A (en) * 1992-11-20 1996-10-22 Tokyo Electron Limited Method of controlling temperature of susceptor
JP2008305856A (en) * 2007-06-05 2008-12-18 Tokyo Electron Ltd Plasma treatment apparatus, electrode temperature adjusting device, and electrode temperature adjusting method
JP2009111301A (en) * 2007-11-01 2009-05-21 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05267734A (en) * 1992-03-18 1993-10-15 Agency Of Ind Science & Technol Micro-fabrication method of oxide superconductive thin film
US5567267A (en) * 1992-11-20 1996-10-22 Tokyo Electron Limited Method of controlling temperature of susceptor
JP2008305856A (en) * 2007-06-05 2008-12-18 Tokyo Electron Ltd Plasma treatment apparatus, electrode temperature adjusting device, and electrode temperature adjusting method
JP2009111301A (en) * 2007-11-01 2009-05-21 Hitachi High-Technologies Corp Plasma processor

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