JPH07240402A - Dry etching method - Google Patents

Dry etching method

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JPH07240402A
JPH07240402A JP2865794A JP2865794A JPH07240402A JP H07240402 A JPH07240402 A JP H07240402A JP 2865794 A JP2865794 A JP 2865794A JP 2865794 A JP2865794 A JP 2865794A JP H07240402 A JPH07240402 A JP H07240402A
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Abstract

PURPOSE:To conduct the dry etching process ensuring excellent reproducibility and throughput by changing distance between a plasma generating section and a substrate during the dry etching process of an organic material film. CONSTITUTION:An organic material film on a substrate is selectively etched by introducing an etching gas which can produce an oxygen-based active species under the discharge dissociation condition into a plasma apparatus comprising a plasma generating section to produce the plasma with an ion density of 10<11>ion/cm<3> or more and then changing distance between the substrate held in the plasma apparatus and plasma generating section. This distance is set relatively short in the just etching process to substantially etch the organic material film as much as the thickness but is set relatively longer in the over etching process to each the remaining part of the organic material film. Moreover, this distance can be changed by moving up and down a substrate stage on which the substrate is placed along the axial direction of the plasma apparatus.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】本発明は、半導体装置の製造等の微細加工
に適用されるドライエッチング方法に関し、特に多層レ
ジスト・プロセスにおいて下地材料層に対して高選択比
を維持しながら下層レジスト膜を高速異方性エッチング
する方法に関する。
The present invention relates to a dry etching method applied to fine processing such as manufacturing of semiconductor devices, and particularly to a high speed anisotropic anisotropic etching of a lower resist film while maintaining a high selection ratio with respect to a base material layer in a multi-layer resist process. Method for conductive etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体装置のデザイン・ルールの
高度な微細化、集積回路の複雑化によるウェハの表面段
差の増大、フォトリソグラフィにおける露光波長の短波
長化等に伴い、多層レジスト・プロセスの採用は必要不
可欠なものとなりつつある。この多層レジスト・プロセ
スは、基体の表面段差を吸収するに十分な厚い下層レジ
スト膜と、高解像度を達成するに十分な薄い上層レジス
ト膜の少なくとも2種類のレジスト膜とを組み合わせて
使用する方法である。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices have been highly miniaturized in design rules, the surface steps of wafers have increased due to the complexity of integrated circuits, and the exposure wavelength in photolithography has become shorter, the multilayer resist process has become Hiring is becoming essential. This multi-layer resist process uses a combination of at least two types of resist films, a lower resist film thick enough to absorb the surface step of the substrate and a thin upper resist film sufficient to achieve high resolution. is there.

【0003】良く知られた方法としては、ジャーナル・
オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー
(J.Vac.Sci.Tech.,16,p.162
0(1979))に報告された3層レジスト・プロセス
がある。これは、ウェハ上に下層レジスト膜、SOG
(スピン・オン・グラス)等の酸化シリコン(Si
x)系材料からなる極めて薄い中間膜、およびフォト
リソグラフィにより直接にパターニングされる薄い上層
レジスト膜の3層の膜を使用するものである。このプロ
セスでは、まず上層レジスト膜がリソグラフィにより所
定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてその
下の中間膜がRIE(反応性イオン・エッチング)によ
りパターニングされ、さらにこの中間膜をマスクとして
下層レジスト膜がドライエッチングされる。
A well-known method is a journal
Of Vacuum Science and Technology (J. Vac. Sci. Tech., 16 , p. 162)
0 (1979)). This is the lower resist film, SOG on the wafer.
(Spin-on-glass) silicon oxide (Si
An extremely thin intermediate film made of an O x ) -based material and a thin upper layer resist film which is directly patterned by photolithography are used. In this process, the upper resist film is first patterned into a predetermined shape by lithography, the intermediate film thereunder is patterned by RIE (reactive ion etching), and the lower resist film is used as a mask. Are dry-etched.

【0004】ところで、上述の下層レジスト膜のドライ
エッチングは、通常、O2 ガスを用いて行われている。
このエッチング機構の本質は、O* (酸素ラジカル)に
よる有機高分子材料の燃焼反応であり、本来等方的に進
行するものである。そこで、パターンの断面形状の劣化
を防止するために、イオン入射エネルギーをある程度高
めた条件を採用することが必要である。つまり、低ガス
圧かつ高バイアス・パワーといった条件下でイオンの平
均自由行程と自己バイアス電位Vdcを増大させ、大きな
入射エネルギーを有するイオンによるスパッタ反応の寄
与を高めて高異方性を達成する必要がある。
By the way, dry etching of the lower resist film is usually performed by using O 2 gas.
The essence of this etching mechanism is the combustion reaction of the organic polymer material by O * (oxygen radicals), which essentially proceeds isotropically. Therefore, in order to prevent the cross-sectional shape of the pattern from deteriorating, it is necessary to adopt a condition where the ion incident energy is increased to some extent. That is, the mean free path of ions and the self-bias potential V dc are increased under conditions of low gas pressure and high bias power, and the contribution of the sputtering reaction by the ions having large incident energy is increased to achieve high anisotropy. There is a need.

【0005】ところが、かかるエッチング条件の採用
が、逆に多層レジスト・プロセスの実用化を妨げる原因
ともなっている。これは、オーバーエッチング時に下地
材料層のスパッタ生成物がパターン側壁に再付着してし
まい、後工程におけるその除去が困難となるからであ
る。かかる問題点としては、たとえば、第33回応用物
理学関係連合講演会(1986年春季年会)講演予稿集
p.542,演題番号2p−Q−8に記載されるAl
(アルミニウム)の再付着物の事例が知られているが、
この他にもSiOx 層間絶縁膜やW(タングステン)−
ポリサイド配線の再付着物がダストの発生等の深刻な問
題を引き起こしている。
However, the adoption of such etching conditions, on the contrary, also causes the practical application of the multilayer resist process. This is because the sputtered products of the underlying material layer are redeposited on the pattern sidewalls during overetching, which makes it difficult to remove them in a later step. Examples of such problems include, for example, Proceedings of the 33rd Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1986) p. 542, Al described in abstract number 2p-Q-8
There are known cases of redeposited (aluminum),
In addition to this, SiO x interlayer insulating film and W (tungsten)-
Reattachment of polycide wiring causes serious problems such as dust generation.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のようなスパッタ
再付着を抑制するには入射イオン・エネルギーの低減が
効果的であることは明白だが、これでは垂直方向のエッ
チング速度が低下してスループットが損なわれる他、前
述の等方的な燃焼反応が優勢となり、異方性が低下する
という問題が生ずる。
Obviously, the reduction of incident ion energy is effective for suppressing the above-mentioned reattachment of sputter, but this reduces the etching rate in the vertical direction and the throughput. Besides being impaired, the above-mentioned isotropic combustion reaction becomes predominant, which causes a problem that anisotropy is lowered.

【0007】特に、新しいプラズマとして近年相次いで
提案されているイオン密度が1011/cm3 以上の高密
度プラズマを用いた場合には、エッチング反応生成物C
xの再解離による異方性形状の劣化が顕著に現れ易
い。すなわち、ECRプラズマ(電子サイクロトロン共
鳴プラズマ)、へリコン波プラズマ、誘導結合プラズマ
等のような電子温度の高いプラズマ中では、レジストの
燃焼反応生成物であるCOx が高真空排気流に乗ってチ
ャンバ外へ排出される前に、次式 COx → COx-1 + O* で表される再解離反応を起こす。ここで生成したO
* が、下層レジスト・パターンの異方性形状を劣化させ
る。
In particular, when a high density plasma having an ion density of 10 11 / cm 3 or more, which has been proposed one after another as a new plasma, is used, the etching reaction product C
Degradation of the anisotropic shape due to the re-dissociation of O x is likely to appear remarkably. That is, in a plasma having a high electron temperature, such as ECR plasma (electron cyclotron resonance plasma), helicone wave plasma, inductively coupled plasma, etc., CO x , which is a reaction product of combustion of resist, rides on a high vacuum exhaust flow and enters the chamber. Before being discharged to the outside, a re-dissociation reaction represented by the following formula CO x → CO x-1 + O * occurs. O generated here
* Deteriorates the anisotropic shape of the lower resist pattern.

【0008】この問題を解決する一方法として、側壁保
護を併用することにより、入射イオン・エネルギーを実
用的なエッチング速度を損なわない程度に低減すること
も提案されている。たとえば、Cl2 ,HBr等のハロ
ゲン系ガスとO2 との混合ガスを用い、反応生成物であ
るCClx ポリマー,CBrx ポリマー等をパターン側
壁面に堆積させるドライエッチング方法はその一例であ
る。
As a method of solving this problem, it has been proposed to reduce incident ion energy to such an extent that a practical etching rate is not impaired by using sidewall protection in combination. For example, a dry etching method in which a mixed gas of halogen-based gas such as Cl 2 and HBr and O 2 is used and CCl x polymer, CBr x polymer and the like, which are reaction products, are deposited on the pattern sidewall surface is one example.

【0009】しかし、この方法は実用的な温度領域にお
ける異方性加工を実現した反面、下地材料層の種類によ
っては添加されたハロゲン系ガスの寄与により、複雑な
組成を有する除去困難な反応生成物を堆積させるという
新たな問題を生じた。たとえば、第40回応用物理学関
係連合講演会(1993年春季年会)講演予稿集p.5
78,演題番号30a−ZE−8には、ポリシリコン膜
上の下層レジスト膜をHBr/O2 混合ガスを用いてエ
ッチングした場合に、C,O,Si,Brを構成元素と
する堆積物が異常に堆積してマイクロローディング効果
を生ずる旨が記載されている。この堆積物にはSiが含
まれるため、エッチング終了後にO2 プラズマ処理等を
行って除去しようとしても、SiがSiOx に変化し、
パーティクル・レベルを悪化させる虞れが大きい。上記
予稿集には、かかる異常な堆積がハロゲン系ガスの添加
量を減じれば抑制できる旨も記載されている。
However, this method realizes anisotropic processing in a practical temperature range, but on the other hand, depending on the type of the underlying material layer, the halogen-based gas added contributes to the reaction formation which has a complicated composition and is difficult to remove. It created a new problem of depositing things. For example, Proceedings of the 40th Joint Lecture on Applied Physics (Spring Annual Meeting 1993) p. 5
78, Abstract No. 30a-ZE-8, when the lower resist film on the polysilicon film was etched using a HBr / O 2 mixed gas, a deposit containing C, O, Si and Br as constituent elements was found. It is described that they are abnormally deposited to cause a microloading effect. Since this deposit contains Si, even if an attempt is made to remove it by performing O 2 plasma treatment or the like after completion of etching, Si changes to SiO x ,
There is a great risk of worsening the particle level. The above-mentioned collection of abstracts also states that such abnormal deposition can be suppressed by reducing the amount of halogen-based gas added.

【0010】このように、実用的なエッチング速度、高
い下地選択性、優れた形状異方性、マイクロローディン
グ効果の抑制、パーティクルの抑制等のあらゆる条件を
いずれも満足させながら下層レジスト膜のエッチングを
行うことは容易なことではないが、ハロゲン系ガスの添
加量をゼロもしくはできる限り少量とするアプローチは
必要であると考えられる。
As described above, the etching of the lower resist film is performed while satisfying all the practical etching rate, high underlayer selectivity, excellent shape anisotropy, suppression of microloading effect, suppression of particles, etc. Although it is not easy to carry out, it is considered necessary to take an approach in which the amount of halogen-based gas added is zero or as small as possible.

【0011】一方、ECRプラズマやある種の誘導結合
プラズマについては、プラズマ生成部と基板との位置関
係によりエッチング特性が変化することが知られてい
る。たとえば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプ
ライド・フィジックス第29巻4号(Japanese Journal
of Applied Physics, vol. 29, no.4) p.792〜7
97(1990年)によると、ポリイミド層間絶縁膜の
エッチング特性をECRポジションとウェハ・ステージ
間の距離を変化させながら検討した結果、基板(ウェ
ハ)がECRポジションに近づくほどイオン電流密度が
上昇してエッチング速度が増大し、異方性が向上する。
逆にECRポジションから外れると、イオンに比べて寿
命の長いラジカルが優勢となり、異方性形状が劣化す
る。
On the other hand, it is known that the etching characteristics of ECR plasma and some types of inductively coupled plasma change depending on the positional relationship between the plasma generating portion and the substrate. For example, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 29, No. 4 (Japanese Journal
of Applied Physics, vol. 29, no.4) p. 792-7
97 (1990) examined the etching characteristics of the polyimide interlayer insulating film while changing the distance between the ECR position and the wafer stage. As a result, the ion current density increased as the substrate (wafer) approached the ECR position. The etching rate is increased and the anisotropy is improved.
On the contrary, when the ECR position is deviated, radicals having a longer lifetime than ions are predominant and the anisotropic shape is deteriorated.

【0012】また、1993年ドライプロセス・シンポ
ジウム講演予稿集には、CF4 /H 2 混合ガスを用いた
SiO2 層間絶縁膜のエッチング特性を、誘導結合プラ
ズマ装置のチャンバ上部の高周波アンテナとウェハ・ス
テージとの間の距離を変化させながら検討した結果が記
載されている。この記載によると、基板が高周波アンテ
ナに近いプラズマ生成領域に置かれている場合には、反
応生成物であるHFが高エネルギー電子の作用で再解離
されるため、対Si選択比は改善されない。しかし、基
板を高周波アンテナからやや離れたプラズマ拡散領域に
置くと、HFの再解離が減少する上に一部が排気される
ため、F原子濃度が低下して対Si選択比が改善され
る。
Also, in 1993, the dry process symposium
CF for the proceedingsFour/ H 2Using mixed gas
SiO2The etching characteristics of the interlayer insulating film are determined by the inductive coupling
The high-frequency antenna and the wafer screen above the chamber of the Zuma device.
The results of the examination while changing the distance to the
It is listed. According to this description, the substrate is a high frequency antenna.
If it is placed in the plasma generation area close to
The reaction product, HF, is re-dissociated by the action of high-energy electrons.
Therefore, the selection ratio to Si is not improved. However,
Place the plate in the plasma diffusion area, which is slightly away from the high-frequency antenna.
When placed, HF re-dissociation is reduced and part is exhausted
Therefore, the F atom concentration is reduced and the selection ratio to Si is improved.
It

【0013】これらの事実から、今後のドライエッチン
グへのアプローチとしては、上述のようなプラズマ装置
内の基板保持位置に応じたエッチング特性変化を高選択
異方性加工に積極的に利用することも、極めて有効であ
ると考えられる。そこで本発明は、下層レジスト膜に代
表される有機材料膜のドライエッチングにおいて、高速
性、異方性、高選択性、低汚染性等の各条件を高いレベ
ルで満足することが可能な方法を提供することを目的と
する。
From these facts, as a future approach to dry etching, it is possible to positively utilize the above-mentioned change in etching characteristics depending on the substrate holding position in the plasma apparatus for highly selective anisotropic processing. , Considered to be extremely effective. Therefore, the present invention provides a method capable of satisfying each condition such as high speed, anisotropy, high selectivity and low contamination at a high level in dry etching of an organic material film represented by a lower resist film. The purpose is to provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
に鑑みて検討を行った結果、高密度プラズマ装置内にお
けるO* の生成量がプラズマ生成部と該装置内に保持さ
れる基板との距離に応じた分布を示すことを利用し、エ
ッチング途中でこの距離を変化させることにより基板と
接触し得るO* の量を変化させることが形状制御を行う
上で有効であることを見出し、本発明を完成するに至っ
たものである。
As a result of a study in view of the above-mentioned object, the present inventor has found that the amount of O * generated in a high-density plasma device is a plasma generation part and a substrate held in the device. It has been found that it is effective for shape control to change the amount of O * that can come into contact with the substrate by changing this distance during etching by utilizing the fact that it shows a distribution according to the distance between The present invention has been completed.

【0015】すなわち、本発明のドライエッチング方法
は、イオン密度が1011イオン/cm3 以上のプラズマ
を生成するプラズマ生成部を有するプラズマ装置に放電
解離条件下で酸素系活性種を生成可能なエッチング・ガ
スを導入し、該プラズマ装置内に保持された基板と該プ
ラズマ生成部との間の距離を変化させながら該基板上の
有機材料膜を選択的にエッチングするものである。
That is, according to the dry etching method of the present invention, an etching process capable of generating oxygen-based active species under discharge dissociation conditions in a plasma device having a plasma generation unit for generating plasma having an ion density of 10 11 ions / cm 3 or more. A gas is introduced to selectively etch the organic material film on the substrate while changing the distance between the substrate held in the plasma apparatus and the plasma generation unit.

【0016】前記有機材料膜とは、典型的には有機レジ
スト膜である。しかも、そのパターニングを溶液現像処
理ではなくドライエッチングにより行うことから、上記
有機レジスト膜の実用上最も重要な用途のひとつは多層
レジスト・プロセスにおける下層レジスト膜である。
The organic material film is typically an organic resist film. Moreover, since the patterning is performed by dry etching instead of solution development treatment, one of the most important practical uses of the organic resist film is a lower layer resist film in a multilayer resist process.

【0017】上記距離の具体的な変化モードとしては、
前記有機材料膜を実質的にその膜厚分だけエッチングす
るジャストエッチング工程では相対的に小とし、前記有
機材料膜の残余分をエッチングするオーバーエッチング
工程では相対的に大とするモードが挙げられる。また、
この変化を実現する手段としては、前記基板を載置する
基板ステージをプラズマ装置の軸方向に沿ってさせるこ
とが最も簡便である。
As a concrete mode of changing the distance,
A mode is set to be relatively small in the just etching step of etching the organic material film substantially by the film thickness and relatively large in the overetching step of etching the remainder of the organic material film. Also,
The simplest means for realizing this change is to move the substrate stage on which the substrate is placed along the axial direction of the plasma device.

【0018】上述のような高いイオン密度を有するプラ
ズマとしては、ECRプラズマ、ヘリコン波プラズマ、
誘導結合プラズマのいずれかを用いることができる。こ
のうち、誘導結合プラズマには装置構成の異なる幾つか
のタイプが知られており、代表的なものを例示すると、
円筒形チャンバの軸方向の一部を構成する絶縁シリンダ
の周囲に高周波マルチターン・アンテナを巻回した装置
内で励起されるICP(nductively
upled lasma)、チャンバ上部の絶縁プレ
ート上に渦巻き状の高周波アンテナを配設した装置内で
励起されるTCP(ransformer oup
led lasma)、絶縁シリンダの周囲に螺旋状
の高周波アンテナを巻回したヘリカル共振器内で励起さ
れるヘリカル共振プラズマ等である。
The plasma having a high ion density as described above includes ECR plasma, helicon wave plasma,
Any of the inductively coupled plasmas can be used. Among these, several types with different device configurations are known for inductively coupled plasma.
ICP excited around the insulating cylinder constituting a part of the axial cylindrical chamber a high-frequency multi-turn antenna in the apparatus by winding (I nductively C o
upled P lasma), TCP excited in the apparatus which is disposed a spiral RF antenna on an insulating plate of the chamber top (T ransformer C oup
led P lasma), a helical resonator plasma or the like which is excited in a helical resonator wound spiral RF antenna around an insulating cylinder.

【0019】なお、ECRプラズマを用いる場合には、
磁界を生成させるためのソレノイド・コイルを複数段構
成とし、各段のソレノイド・コイルへの供給電力量を制
御することによりECRポジションをチャンバ軸方向に
移動させる方法が知られている。本発明では、上述の基
板ステージの昇降と合わせてかかるECRポジションの
移動を行っても良い。
When using ECR plasma,
A method is known in which a solenoid coil for generating a magnetic field has a plurality of stages, and the ECR position is moved in the chamber axial direction by controlling the amount of electric power supplied to each stage solenoid coil. In the present invention, the ECR position may be moved together with the elevation of the substrate stage described above.

【0020】本発明では上記有機材料膜のエッチング・
ガスとして、O2 、O3 、酸化炭素、酸化窒素、酸化イ
オウ、硫化カルボニル(COS)から選ばれる少なくと
も1種類の化合物を含むガスを用いる。ここで、上記酸
化炭素としてはCO(一酸化炭素),CO2 (二酸化炭
素),C5 2 (二酸化五炭素)を、また酸化窒素とし
てはN2 O(一酸化二窒素),NO(一酸化窒素),N
2 3 (三酸化二窒素)を、さらに酸化イオウとしては
SO(一酸化イオウ),SO2 (二酸化イオウ),SO
3 (三酸化イオウ)を典型的に用いることができる。
In the present invention, the etching of the organic material film
As the gas, a gas containing at least one compound selected from O 2 , O 3 , carbon oxide, nitric oxide, sulfur oxide, and carbonyl sulfide (COS) is used. Here, CO (carbon monoxide), CO 2 (carbon dioxide), C 5 O 2 (pentacarbon dioxide) is used as the carbon oxide, and N 2 O (dinitrogen monoxide), NO (is used as the nitrogen oxide. Nitric oxide), N
2 O 3 (dinitrogen trioxide), and as sulfur oxides, SO (sulfur monoxide), SO 2 (sulfur dioxide), SO
3 (sulfur trioxide) can typically be used.

【0021】[0021]

【作用】一般にECRプラズマ、ヘリコン波プラズマ、
誘導結合プラズマ等の高密度プラズマ中では、プラズマ
生成部の近傍においてイオン電流密度が高く、またエッ
チング反応生成物の再解離も促進されて大量のラジカル
が生成している。しかし、プラズマ生成部から遠ざかる
につれて電子温度が下がり、これによりイオン電流密度
が低下して相対的にラジカル密度は減少する。ただし、
エッチング反応生成物の再解離も減少するので、ラジカ
ルが大過剰とはならない。かかるプラズマ装置の軸方向
に沿ったプラズマ特性の変化は当然、エッチング特性に
も反映される。すなわち、プラズマ生成部近傍では高い
イオン・エキルギーと大量に生成するラジカルを用いた
高速異方性エッチングが可能となる。一方、プラズマ生
成部から離れた場所では適正量のラジカルを用いた高選
択異方性エッチングが可能となる。
[Function] Generally, ECR plasma, helicon wave plasma,
In high-density plasma such as inductively coupled plasma, the ion current density is high in the vicinity of the plasma generation part, and re-dissociation of etching reaction products is promoted to generate a large amount of radicals. However, as the distance from the plasma generating portion increases, the electron temperature decreases, which lowers the ion current density and relatively decreases the radical density. However,
Since the re-dissociation of etching reaction products is also reduced, the radicals are not in excess. Such changes in the plasma characteristics along the axial direction of the plasma device are naturally reflected in the etching characteristics. That is, it is possible to perform high-speed anisotropic etching using high ion energy and radicals generated in a large amount near the plasma generation portion. On the other hand, highly selective anisotropic etching using a proper amount of radicals can be performed at a place away from the plasma generation unit.

【0022】本発明のポイントは、かかる有機材料膜の
ドライエッチング時にプラズマ生成部と基板との間の距
離を変化させることにより、プラズマ特性の異なる領域
に基板を保持することを可能とし、それぞれの領域にお
けるエッチングのメリットを同時に得る点にある。特
に、酸素系活性種を生成可能なO2 、O3 、酸化炭素、
酸化窒素、酸化イオウ、硫化カルボニル等を含むエッチ
ング・ガスを用いて有機系材料膜をエッチングするプロ
セスでは、反応生成物としてCOx が生成し、このCO
x の再解離の程度に応じてプラズマの各領域におけるO
* 密度が変化することになる。したがって、プラズマ生
成部近傍に基板を保持してエッチングを行えば、豊富な
イオンとO* により高速異方性エッチングが可能とな
る。この過程は、ジャストエッチングに適している。一
方、プラズマ生成部から遠ざかった領域に基板を保持す
れば、高選択異方性エッチングが可能となる。この過程
は、オーバーエッチングに適している。
The point of the present invention is to make it possible to hold the substrate in regions having different plasma characteristics by changing the distance between the plasma generating part and the substrate during dry etching of the organic material film. The point is that the advantages of etching in the region are obtained at the same time. In particular, O 2 , O 3 , carbon oxide, which can generate oxygen-based active species,
In the process of etching the organic material film using an etching gas containing nitric oxide, sulfur oxide, carbonyl sulfide, etc., CO x is generated as a reaction product, and this CO
O in each region of the plasma depending on the degree of re-dissociation of x
* The density will change. Therefore, if etching is performed while holding the substrate near the plasma generating portion, high-speed anisotropic etching is possible due to abundant ions and O * . This process is suitable for just etching. On the other hand, if the substrate is held in a region away from the plasma generating unit, highly selective anisotropic etching can be performed. This process is suitable for overetching.

【0023】かかるプラズマ生成部と基板間の距離の変
化を基板ステージの昇降により行えば、プラズマ励起条
件は何ら変更することなく、機械的操作のみによって基
板をO* 密度の異なるプラズマ領域に置くことができ
る。したがって、再現性およびスループットに優れたド
ライエッチングが可能となる。
By changing the distance between the plasma generating part and the substrate by raising and lowering the substrate stage, the substrate is placed in plasma regions having different O * densities by only mechanical operation without changing the plasma excitation conditions. You can Therefore, dry etching excellent in reproducibility and throughput becomes possible.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【0025】実施例1 本実施例は、本発明をSRAMのビット線加工を行うた
めの3層レジスト・プロセスに適用し、1011イオン/
cm2 台のイオン密度を有するECRプラズマを利用し
て2層目ポリサイド膜上の下層レジスト膜をエッチング
した例である。
Example 1 In this example, the present invention is applied to a three-layer resist process for performing bit line processing of SRAM, and 10 11 ions /
This is an example of etching the lower resist film on the second-layer polycide film using ECR plasma having an ion density of cm 2 level.

【0026】まず、本実施例において用いた有磁場マイ
クロ波プラズマ・エッチング装置の構成を図1に示す。
基本的な構成要素は、2.45GHzのマイクロ波を発
生するマグネトロン1、マイクロ波を導く矩形導波管2
および円形導波管3、上記マイクロ波を利用してECR
(電子サイクロトロン共鳴)放電により内部にECRプ
ラズマPE を生成させるための石英からなるベルジャ
4、上記円形導波管3と上記ベルジャ4を周回するよう
に配設され8.75×10-2T(875G)の磁場強度
を達成できるソレノイド・コイル5、上記ベルジャ4に
接続され、排気孔8を通じて矢印A方向に高真空排気さ
れるエッチング・チャンバ6、このエッチング・チャン
バ6と上記ベルジャ4へ処理に必要なガスをそれぞれ矢
印B1 ,B2 方向から供給するガス導入管7、ウェハW
を載置するためのウェハ・ステージ9、このウェハ・ス
テージ9に埋設され、チラー等の冷却設備から供給され
る冷媒を矢印C1 ,C 2 方向に循環させてウェハWを所
定の温度に冷却するための冷却配管10、上記ウェハ・
ステージ9に基板バイアスを印加するため、マッチング
・ネットワーク(M/N)11等を介して接続される基
板バイアス印加用RF電源12等である。
First, the magnetic field my used in this embodiment was used.
FIG. 1 shows the configuration of the black plasma etching apparatus.
The basic components emit microwaves at 2.45 GHz.
Living magnetron 1, Rectangular waveguide 2 for guiding microwaves
And circular waveguide 3, ECR using the microwave
(Electron cyclotron resonance) ECR
Razma PEBell jar made of quartz for producing
4. Circling the circular waveguide 3 and the bell jar 4
Placed at 8.75 × 10-2Magnetic field strength of T (875G)
Solenoid coil 5 that can achieve
High vacuum exhaust in the direction of arrow A through the exhaust hole 8.
Etching chamber 6, this etching chamber
The gas required for processing is supplied to the bar 6 and the bell jar 4 respectively.
Mark B1, B2Gas introduction pipe 7 and wafer W supplied from the direction
Wafer stage 9 for mounting the wafer
It is buried in the tage 9 and supplied from the cooling equipment such as a chiller.
Arrow C1, C 2The wafer W by circulating it in the direction
Cooling pipe 10 for cooling to a constant temperature, the wafer
Matching to apply the substrate bias to the stage 9
-Group connected via network (M / N) 11 etc.
The RF power source 12 for plate bias application and the like.

【0027】上記ソレノイド・コイル5は上段側コイル
5aと下段側コイル5bに分割されており、各々独立に
電力供給を受けてベルジャ4内の磁界強度分布を制御す
るようになされている。この制御により、ECRプラズ
マPE の共鳴吸収点であるECRポジション13の位置
をベルジャ4の軸方向にシフトさせることができる。こ
こで、下段側コイル5bの底面からのECRポジション
13までの距離をhEとする。
The solenoid coil 5 is divided into an upper coil 5a and a lower coil 5b, each of which is independently supplied with electric power to control the magnetic field intensity distribution in the bell jar 4. By this control, the position of the ECR position 13, which is the resonance absorption point of the ECR plasma P E , can be shifted in the axial direction of the bell jar 4. Here, the distance from the bottom surface of the lower coil 5b to the ECR position 13 is h E.

【0028】一方、上記ウェハ・ステージ9は、図示さ
れない駆動機構により図中矢印D方向に昇降可能とされ
ている。ここで、下段側コイル5bの底面と該ウェハ・
ステージ8の表面までの距離をhS とする。したがっ
て、ECRポジション13とウェハ・ステージ9との距
離dは、d=hE +hS で表される。ウェハWは非常に
薄いので、この距離dを近似的にECRポジション13
とウェハWとの距離と考える。
On the other hand, the wafer stage 9 can be moved up and down in the direction of arrow D in the figure by a drive mechanism (not shown). Here, the bottom surface of the lower coil 5b and the wafer
The distance to the surface of the stage 8 is h S. Therefore, the distance d between the ECR position 13 and the wafer stage 9 is represented by d = h E + h S. Since the wafer W is very thin, this distance d is approximated to the ECR position 13
And the wafer W.

【0029】この有磁場マイクロ波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、実際に下層レジスト膜をエッチングし
た。エッチング・サンプルとして用いたウェハを図2に
示す。このウェハは、予めシャロー・トレンチ型の素子
分離領域22が形成されたSi基板21上にSiO 2
らなるゲート酸化膜を介して1層目ポリサイド膜による
ゲート電極25が形成されている。このゲート電極25
の下層側は多結晶シリコン層23、上層側はWSi
x (タングステン・シリサイド)層24からなる。さら
に、ウェハの全面はたとえばCVDにより堆積されたS
iOx 層間絶縁膜26に被覆されており、その上には2
層目ポリサイド膜29が形成されている。この2層目ポ
リサイド膜29は、SRAMのビット線を構成する部分
であり、下層側は多結晶シリコン層27、上層側はWS
x 層28からなる。
This magnetic field microwave plasma etch
The lower layer resist film is actually etched using
It was Figure 2 shows the wafer used as an etching sample.
Show. This wafer is a shallow trench device
SiO is formed on the Si substrate 21 on which the isolation region 22 is formed. 2Or
By the first layer polycide film through the gate oxide film consisting of
The gate electrode 25 is formed. This gate electrode 25
The lower layer side is a polycrystalline silicon layer 23, the upper layer side is WSi
x(Tungsten silicide) layer 24. Furthermore
In addition, the entire surface of the wafer is S deposited by, for example, CVD.
iOxIt is covered with an interlayer insulating film 26 and 2
A layer polycide film 29 is formed. This second layer
The sidewall film 29 is a portion forming the SRAM bit line.
The lower layer side is the polycrystalline silicon layer 27, and the upper layer side is WS.
ixIt consists of layer 28.

【0030】さらに、この2層目ポリサイド膜29の上
には、これをパターニングするための下層レジスト膜3
0が全面的に形成され、さらにこの上でSOG中間膜3
1と上層レジスト膜32とがパターニングされている。
ここで、上記上層レジスト膜32は、一例として化学増
幅系のネガ型3成分レジスト(シプレー社製;商品名S
AL−601)を用いて厚さ約0.5μmの塗膜を形成
した後、KrFエキシマ・レーザ・ステッパを用いて約
0.35μmの線幅でパターニングされたものである。
Further, on the second-layer polycide film 29, a lower resist film 3 for patterning the second polycide film 29 is formed.
0 is formed on the entire surface, and the SOG intermediate film 3 is further formed on this.
1 and the upper layer resist film 32 are patterned.
The upper resist film 32 is, for example, a chemically amplified negative type three-component resist (manufactured by Shipley Co .; trade name S).
After forming a coating film having a thickness of about 0.5 μm using AL-601), it is patterned with a line width of about 0.35 μm using a KrF excimer laser stepper.

【0031】SOG中間膜31は、SOG(東京応化工
業社製;商品名OCD−Type2)の塗膜(膜厚約1
00nm)を上記上層レジスト膜32のパターンをマス
クとするドライエッチングによりパターニングされてい
る。このドライエッチングは、たとえばRIE(反応性
イオン・エッチング)装置を用い、CHF3 /O2混合
ガスを用いて行った。
The SOG intermediate film 31 is a coating film of SOG (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name OCD-Type2) (film thickness of about 1).
00 nm) is patterned by dry etching using the pattern of the upper resist film 32 as a mask. This dry etching was performed using a RIE (Reactive Ion Etching) apparatus and a CHF 3 / O 2 mixed gas.

【0032】さらに、上記下層レジスト膜30は、一例
としてノボラック系ポジ型フォトレジスト(東京応化工
業社製;商品名OFPR−800)を用い、ウェハWの
表面段差をほぼ吸収して平坦化できる膜厚(約1.0μ
m)に形成されている。
Further, as the lower resist film 30, a novolac-based positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; trade name OFPR-800) is used as an example, and a film capable of substantially absorbing the surface step of the wafer W and flattening it. Thickness (about 1.0μ
m).

【0033】このウェハを上述の有磁場マイクロ波プラ
ズマ・エッチング装置のウェハ・ステージ9上にセット
し、一例として下記の条件により下層レジスト膜10の
ジャストエッチングを行った。 O2 流量 20 SCCM Cl2 流量 5 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GH
z) RFバイアス・パワー 200 W(800kHz) ウェハ・ステージ温度 −50 ℃(アルコール系冷
媒使用) ベルジャ内温度 150 ℃ 距離hE 60 mm 距離hS 200 mm 距離d(=hE +hS ) 260 mm
This wafer was set on the wafer stage 9 of the above-mentioned magnetic field microwave plasma etching apparatus, and the lower resist film 10 was just etched under the following conditions as an example. O 2 flow rate 20 SCCM Cl 2 flow rate 5 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GH
z) RF bias power 200 W (800 kHz) Wafer stage temperature −50 ° C. (using alcohol-based refrigerant) Temperature inside bell jar 150 ° C. distance h E 60 mm distance h S 200 mm distance d (= h E + h S ) 260 mm

【0034】この過程では、エッチング反応生成物とし
てCOx が生成するが、これはECRポジション13近
傍では高い確率で再解離を起こし、プラズマ中のO*
度を高める。上記のウェハ位置では、高密度・高エネル
ギーのイオンとラジカルの寄与により高速異方性エッチ
ングが進行した。なお、上記Cl2 は、ウェハ冷却条件
下でカーボン系ポリマーの側壁保護膜(図示せず。)の
堆積を促進するために少量添加されているものである。
In this process, CO x is produced as an etching reaction product, but this causes re-dissociation with a high probability in the vicinity of the ECR position 13 to increase the O * density in the plasma. At the above wafer position, rapid anisotropic etching progressed due to the contribution of high density and high energy ions and radicals. The Cl 2 is added in a small amount in order to promote the deposition of a carbon-based polymer side wall protective film (not shown) under wafer cooling conditions.

【0035】続いて、一例として下記の条件で下層レジ
スト膜30の残余部を除去するためのオーバーエッチン
グを行った。 O2 流量 20 SCCM Cl2 流量 2 SCCM ガス圧 0.27 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GH
z) RFバイアス・パワー 200 W(800kHz) ウェハ・ステージ温度 −50 ℃(アルコール系
冷媒使用) ベルジャ内温度 150 ℃ 距離hE 90 mm 距離hS 300 mm 距離d(=hE +hS ) 390 mm
Subsequently, as an example, over-etching was performed under the following conditions to remove the remaining portion of the lower resist film 30. O 2 flow rate 20 SCCM Cl 2 flow rate 2 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GH
z) RF bias power 200 W (800 kHz) Wafer stage temperature −50 ° C. (using alcohol-based refrigerant) Belljar internal temperature 150 ° C. distance h E 90 mm distance h S 300 mm distance d (= h E + h S ) 390 mm

【0036】この過程では、ウェハWとECRポジショ
ン13との間の距離をジャストエッチング時に比べて拡
大した。このウェハ位置では、COx の再解離はそれほ
ど多くはないため、O* 生成量が大過剰とはならず、し
たがって異方性形状を損なうことなく高速高選択エッチ
ングが進行した。この結果、図3に示されるように、異
方性形状を有する下層レジスト・パターン30aを形成
することができた。
In this process, the distance between the wafer W and the ECR position 13 was enlarged as compared with that during just etching. At this wafer position, the re-dissociation of CO x is not so large, so the amount of O * produced does not become excessive, and therefore high-speed high-selective etching proceeds without impairing the anisotropic shape. As a result, as shown in FIG. 3, the lower layer resist pattern 30a having an anisotropic shape could be formed.

【0037】なお、このオーバーエッチング工程ではジ
ャストエッチング工程におけるよりもCl2 流量を下げ
ているが、これは上述のように距離dの調節を通じてO
* の少ない条件下でエッチングを行うようにしたこと
で、側壁保護膜をそれほど大幅に強化する必要がなくな
ったからである。Cl2 は下地のWSix 層28を浸触
するため、このように流量を低減できることは下地選択
性を確保する観点からも極めて有利である。
In this over-etching step, the Cl 2 flow rate is lower than that in the just-etching step, but this is achieved by adjusting the distance d as described above.
By performing the etching under the condition of less * , it is not necessary to reinforce the side wall protective film so much. Since Cl 2 is in contact with the underlying WSi x layer 28, the fact that the flow rate can be reduced in this way is extremely advantageous from the viewpoint of securing the underlying selectivity.

【0038】実施例2 本実施例では、同様の下層レジスト膜30のエッチング
を、1012イオン/cm2 台のイオン密度を有するIC
Pを用いて行った。まず、本実施例において用いたIC
Pエッチング装置の構成を図4に示す。
Example 2 In this example, the same etching of the lower resist film 30 was performed with an IC having an ion density of the order of 10 12 ions / cm 2.
Performed using P. First, the IC used in this example
The structure of the P etching apparatus is shown in FIG.

【0039】この装置は、円筒形のエッチング・チャン
バ46、このエッチング・チャンバ46の天井部を構成
し、プラズマに対して大面積のDC接地電極として機能
する導電性の上蓋41、上記エッチング・チャンバ46
の軸方向の一部を構成する石英シリンダ44、この石英
シリンダ44を周回する非共鳴型のマルチターン・アン
テナ45、このマルチターン・アンテナ45に第1のマ
ッチング・ネットワーク(M/N)42を介して接続さ
れるプラズマ励起用RF電源43、上記エッチング・チ
ャンバ46の内部を矢印E方向に高真空排気するために
外部の排気系統へ接続される排気孔50、エッチング・
チャンバ46内へ矢印F方向からエッチング・ガスを導
入するガス供給管47、ウェハWを載置するウェハ・ス
テージ48、このウェハ・ステージ48上にウェハWを
固定するためのアルミナ製のクランプ49、上記ウェハ
・ステージ48にインピーダンス整合用の第2のマッチ
ング・ネットワーク(M/N)52を介して容量結合さ
れる基板バイアス印加用RF電源53、ウェハ・ステー
ジ48の内部に矢印G1 ,G2 方向に冷媒を供給・循環
させることによりウェハWを冷却するための冷却配管5
1等を主な構成要素とする。
This apparatus comprises a cylindrical etching chamber 46, a ceiling portion of the etching chamber 46, a conductive upper lid 41 which functions as a large-area DC ground electrode for plasma, and the etching chamber. 46
, A non-resonant multi-turn antenna 45 that surrounds the quartz cylinder 44, and a first matching network (M / N) 42 in the multi-turn antenna 45. An RF power source 43 for plasma excitation connected through the above, an exhaust hole 50 connected to an external exhaust system for high-vacuum exhaust of the inside of the etching chamber 46 in the direction of arrow E, an etching
A gas supply pipe 47 for introducing an etching gas into the chamber 46 from the direction of the arrow F, a wafer stage 48 on which the wafer W is mounted, an alumina clamp 49 for fixing the wafer W on the wafer stage 48, An RF power source 53 for applying a substrate bias, which is capacitively coupled to the wafer stage 48 via a second matching network (M / N) 52 for impedance matching, and arrows G 1 and G 2 inside the wafer stage 48. Cooling pipe 5 for cooling the wafer W by supplying and circulating a coolant in the direction
The first component is the main component.

【0040】上記プラズマ励起用RF電源43と基板バ
イアス印加用RF電源53のRF周波数は、両者間の干
渉を防止するために互いに若干ずれた値に設定されてお
り、一例として前者を2.2MHz、後者を2.0MH
zとした。上記ウェハ・ステージ48は、図示されない
駆動機構により図中矢印H方向に昇降可能とされてい
る。ここでは、マルチターン・アンテナ45と下端とウ
ェハ・ステージ48のウェハ載置面との間の距離h
I を、O* 密度を制御するパラメータと考える。
The RF frequencies of the plasma exciting RF power source 43 and the substrate bias applying RF power source 53 are set to values slightly different from each other in order to prevent interference between them, and the former is, for example, 2.2 MHz. , The latter is 2.0MH
z. The wafer stage 48 can be moved up and down in the direction of arrow H in the figure by a drive mechanism (not shown). Here, the distance h between the multi-turn antenna 45 and the lower end and the wafer mounting surface of the wafer stage 48 is h.
Consider I as a parameter that controls the O * density.

【0041】かかる構成において、プラズマ励起用RF
電源43からアンテナ45に高周波を印加すると、誘導
された磁界中で電子が電極とほぼ平行な面内で回転して
ガス分子との衝突確率が高められ、この結果、1012
オン/cm2 台の高イオン密度を有する誘導結合プラズ
マPI が生成される。
In such a structure, RF for plasma excitation
When a high frequency is applied to the antenna 45 from the power source 43, the electrons rotate in a plane substantially parallel to the electrodes in the induced magnetic field to increase the probability of collision with gas molecules. As a result, 10 12 ions / cm 2 An inductively coupled plasma P I having a high ion density of is generated.

【0042】次に、上述のICPエッチング装置を用
い、実施例1で用いたものと同じサンプル・ウェハに対
し、一例として下記の条件で下層レジスト膜30のジャ
ストエンチングを行った。 CO流量 50 SCCM ガス圧 0.27 Pa アンテナ出力 1200 W(2.2 MH
z) RFバイアス・パワー 200 W(2.0 MH
z) ウェハ・ステージ温度 −20 ℃(アルコール系
冷媒使用) 距離hI 50 mm この過程では、ウェハWが誘導結合プラズマPI 中のO
* 密度の比較的高い領域に置かれるため、高速異方性エ
ッチングが進行した。
Next, using the above-mentioned ICP etching apparatus, just etching of the lower resist film 30 was performed on the same sample wafer as that used in Example 1 under the following conditions as an example. CO flow rate 50 SCCM Gas pressure 0.27 Pa Antenna output 1200 W (2.2 MH
z) RF bias power 200 W (2.0 MH
z) Wafer stage temperature −20 ° C. (using alcohol-based coolant) Distance h I 50 mm In this process, the wafer W is O in the inductively coupled plasma P I.
* High-speed anisotropic etching progressed because it was placed in a relatively dense area.

【0043】なおこのとき、上記ICPエッチング装置
が上蓋41にヒータを内蔵する装置であれば、エッチン
グ中にこのヒータを作動させることにより、チャンバ壁
への炭素系ポリマーの堆積を抑制してパーティクルを低
減すると共に、ウェハW上で効率良く側壁保護膜を形成
することができる。
At this time, if the ICP etching device is a device in which a heater is built in the upper lid 41, the heater is operated during the etching to suppress the deposition of the carbon-based polymer on the chamber wall and to remove particles. In addition to reducing the number, the sidewall protection film can be efficiently formed on the wafer W.

【0044】続いて、ウェハ・ステージ48を下降させ
て距離hI を200mmとした他は同じ条件で、オーバ
ーエッチングを行った。この過程では、ウェハWがO*
密度の比較的低い領域に置かれるため、高選択異方性エ
ッチングを行うことができた。最終的には実施例1と同
様、良好な異方性形状を有する下層レジスト・パターン
30aを形成することができた。
Subsequently, over-etching was performed under the same conditions except that the wafer stage 48 was lowered to set the distance h I to 200 mm. In this process, the wafer W is O *
Since it is placed in a region having a relatively low density, highly selective anisotropic etching could be performed. Finally, as in Example 1, the lower layer resist pattern 30a having a good anisotropic shape could be formed.

【0045】このように、プラズマ励起条件を何ら変更
することなく、ウェハ・ステージ48の機械的な昇降の
みでエッチング特性を変更できることは、本発明の極め
て優れたメリットである。
As described above, the fact that the etching characteristics can be changed only by mechanically raising and lowering the wafer stage 48 without changing the plasma excitation conditions is an extremely excellent merit of the present invention.

【0046】実施例3 本実施例では、同様の下層レジスト膜30のエッチング
を、1013/cm3 台のイオン密度を有するヘリコン波
プラズマを用いて行った。まず、本実施例で用いたヘリ
コン波プラズマ・エッチング装置の構成を図5に示す。
Example 3 In this example, the same etching of the lower resist film 30 was carried out by using a helicon wave plasma having an ion density of 10 13 / cm 3 . First, the configuration of the helicon wave plasma etching apparatus used in this example is shown in FIG.

【0047】この装置のプラズマ生成部は、内部にヘリ
コン波プラズマPH を生成させるための石英からなるベ
ルジャ61、このベルジャ61を周回する2個のループ
を有し、RFパワーをプラズマへカップリングさせるた
めのループ・アンテナ62、上記チャンバ61を周回す
るごとく設けられ、該チャンバ61の軸方向に沿った磁
界を生成させるソレノイド・コイル63等を主な構成要
素とする。
The plasma generation part of this apparatus has a bell jar 61 made of quartz for generating helicon wave plasma P H inside, and two loops that circulate around the bell jar 61, and couples RF power to the plasma. The main components are a loop antenna 62 for making the chamber 61, a solenoid coil 63 provided so as to circulate around the chamber 61, and generating a magnetic field along the axial direction of the chamber 61.

【0048】ここで、上記ソレノイド・コイル63はさ
らに、主としてヘリコン波の伝搬に寄与する内周側ソレ
ノイド・コイル63a、および主としてヘリコン波プラ
ズマPH の輸送に寄与する外周側ソレノイド・コイル6
3bから構成される。
Here, the solenoid coil 63 further includes an inner circumference side solenoid coil 63a mainly contributing to the propagation of a helicon wave and an outer circumference side solenoid coil 6 mainly contributing to the transport of the helicon wave plasma P H.
3b.

【0049】上記ループ・アンテナ62にはプラズマ励
起用RF電源74からインピーダンス整合用の第1のマ
ッチング・ネットワーク(M/N)73を通じて高周波
が印加され、上下2個のループには互いに逆回り方向の
電流が流れる。ここでは、上記プラズマ励起用RF電源
74の周波数を、13.56MHzとした。なお、両ル
ープ間の距離は、所望のヘリコン波の波数に応じて最適
化されている。
A high frequency is applied to the loop antenna 62 from an RF power source 74 for plasma excitation through a first matching network (M / N) 73 for impedance matching, and the upper and lower two loops rotate in opposite directions. Current flows. Here, the frequency of the plasma excitation RF power supply 74 is set to 13.56 MHz. The distance between both loops is optimized according to the desired wave number of the helicon wave.

【0050】上記ベルジャ61はエッチング・チャンバ
67に接続され、上記内周側ソレノイド・コイル63a
と外周側ソレノイド・コイル63bが形成する発散磁界
に沿って該エッチング・チャンバ67の内部へヘリコン
波プラズマPH を引き出すようになされている。エッチ
ング・チャンバ67の側壁面および底面は、ステンレス
鋼等の導電性材料を用いて構成されている。その内部
は、図示されない排気系統により排気孔68を通じて矢
印I方向に高真空排気されており、上部の天板部分に開
口されるガス供給管65より矢印J方向にドライエッチ
ングに必要なガスの供給を受ける。また、その側壁面に
おいてゲート・バルブ66を介し、たとえば図示されな
いロード・ロック室に接続されている。
The bell jar 61 is connected to the etching chamber 67, and the inner peripheral side solenoid coil 63a is connected.
The helicon wave plasma P H is drawn into the etching chamber 67 along the divergent magnetic field formed by the outer solenoid coil 63b. The side wall surface and the bottom surface of the etching chamber 67 are made of a conductive material such as stainless steel. The inside thereof is evacuated to high vacuum in the direction of arrow I through an exhaust hole 68 by an exhaust system (not shown), and the gas required for dry etching is supplied in the direction of arrow J from a gas supply pipe 65 opened in the top plate portion. Receive. Further, the side wall surface thereof is connected to, for example, a load lock chamber (not shown) via a gate valve 66.

【0051】さらに、エッチング・チャンバ67の内部
には、その壁面から電気的に絶縁された導電性のウェハ
・ステージ69が収容され、この上にウェハWを保持し
て所定のドライエッチングを行うようになされている。
上記ウェハ・ステージ69には、プロセス中のウェハW
を所望の温度に維持するために、図示されないチラーか
ら冷媒の供給を受け、これを矢印K1 ,K2 方向に循環
させるための冷却配管70が挿通されている。
Further, inside the etching chamber 67, a conductive wafer stage 69 electrically insulated from the wall surface is housed, and the wafer W is held on the conductive wafer stage 69 to perform a predetermined dry etching. Has been done.
The wafer stage 69 has a wafer W in process.
In order to maintain the temperature at a desired temperature, a cooling pipe 70 for supplying a coolant from a chiller (not shown) and circulating the coolant in the directions of arrows K 1 and K 2 is inserted.

【0052】上記ウェハ・ステージ69には、ヘリコン
波プラズマPH 中から入射するイオンのエネルギーを制
御するために、第2のマッチング・ネットワーク(M/
N)71を介して基板バイアス印加用RF電源72が接
続されている。ここでは、この基板バイアス印加用RF
電源72の周波数を13.56MHzとした。さらに、
上記エッチング・チャンバ67の外部には、上記ウェハ
・ステージ69近傍における発散磁界を収束させるため
に、補助磁界生成ウェハ・ステージとしてマルチカスプ
磁場を生成可能なマグネット64が配設されている。
A second matching network (M / M) is applied to the wafer stage 69 in order to control the energy of the ions entering from the helicon wave plasma P H.
An RF power source 72 for applying a substrate bias is connected via (N) 71. Here, this substrate bias application RF
The frequency of the power supply 72 was 13.56 MHz. further,
Outside the etching chamber 67, a magnet 64 capable of generating a multicusp magnetic field is arranged as an auxiliary magnetic field generating wafer stage in order to converge the divergent magnetic field in the vicinity of the wafer stage 69.

【0053】上記ウェハ・ステージ69は、図示されな
い駆動機構により図中矢印L方向に昇降可能とされてい
る。ここでは、ベルジャ61下端とウェハ・ステージ6
9のウェハ載置面との間の距離hH を、O* 密度を制御
するパラメータと考える。かかる構成において、ベルジ
ャ61の内部空間に磁場を形成し、さらにこのベルジャ
61に巻回されるループ・アンテナ62に高周波を印加
して該ベルジャ61内にヘリコン波を生成させると、こ
のヘリコン波からランダウ減衰の過程を通じたエネルギ
ー輸送により電子が加速され、この加速された電子がガ
ス分子に衝突して高密度プラズマが生成する。ヘリコン
波プラズマでは、おおよそ1013/cm3 台の高いイオ
ン密度を達成することができる。
The wafer stage 69 can be moved up and down in the direction of arrow L in the figure by a drive mechanism (not shown). Here, the lower end of the bell jar 61 and the wafer stage 6
The distance h H from the wafer mounting surface of No. 9 is considered as a parameter for controlling the O * density. In this configuration, when a magnetic field is formed in the inner space of the bell jar 61 and a high frequency is applied to the loop antenna 62 wound around the bell jar 61 to generate a helicon wave in the bell jar 61, the helicon wave is generated. Electrons are accelerated by energy transport through the Landau decay process, and the accelerated electrons collide with gas molecules to generate high-density plasma. With a helicon wave plasma, a high ion density of about 10 13 / cm 3 can be achieved.

【0054】次に、このヘリコン波プラズマ・エッチン
グ装置を用い、実施例1で用いたものと同じサンプル・
ウェハに対し、一例として下記の条件で下層レジスト膜
30のジャストエッチングを行った。 NO2 流量 20 SCCM ガス圧 0.1 Pa アンテナ出力 2000 W(13.56
MHz) RFバイアス・パワー 200 W(13.56
MHz) ウェハ・ステージ温度 −30 ℃(アルコール系
冷媒使用) 距離hH 250mm この過程では、ウェハWがヘリコン波プラズマPH 中の
* 密度の比較的高い領域に置かれるため、高速異方性
エッチングが進行した。
Next, using this helicon wave plasma etching apparatus, the same sample as that used in Example 1
As an example, the lower resist film 30 was just-etched on the wafer under the following conditions. NO 2 flow rate 20 SCCM Gas pressure 0.1 Pa Antenna output 2000 W (13.56)
MHz) RF bias power 200 W (13.56)
MHz) Wafer stage temperature −30 ° C. (using alcohol-based coolant) Distance h H 250 mm In this process, the wafer W is placed in a region with a relatively high O * density in the helicon wave plasma P H , so that high-speed anisotropy is achieved. Etching progressed.

【0055】続いて、ウェハ・ステージ69を下降させ
てベルジャ−ウェハ・ステージ間距離hH を450mm
とした他は同じ条件で、オーバーエッチングを行った。
この過程では、ウェハWがO* 密度の比較的低い領域に
置かれるため、高選択異方性エッチングを行うことがで
きた。最終的には実施例1と同様、良好な異方性形状を
有する下層レジスト・パターン30aを形成することが
できた。
Then, the wafer stage 69 is lowered to set the bell jar-wafer stage distance h H to 450 mm.
Other than the above, overetching was performed under the same conditions.
In this process, since the wafer W is placed in the region having a relatively low O * density, high selective anisotropic etching can be performed. Finally, as in Example 1, the lower layer resist pattern 30a having a good anisotropic shape could be formed.

【0056】このように、プラズマ励起条件を何ら変更
することなく、ウェハ・ステージ69の機械的な昇降の
みでエッチング特性を変更できることは、本発明の極め
て優れたメリットである。
As described above, the fact that the etching characteristics can be changed only by mechanically raising and lowering the wafer stage 69 without changing the plasma excitation conditions is an extremely excellent merit of the present invention.

【0057】以上、本発明を3例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、上記実施例ではエッチング・
ガスとしてO2 ,CO,NO2 を用いたが、これら以外
の酸化炭素や酸化窒素、さらには酸化イオウや硫化カル
ボニルを用いても基本的には同様の結果が得られる。
The present invention has been described above based on the three embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above embodiment, etching
Although O 2 , CO, and NO 2 were used as the gas, basically the same result can be obtained by using carbon oxide or nitrogen oxide other than these, or sulfur oxide or carbonyl sulfide.

【0058】この他、サンプル・ウェハの構成、エッチ
ング装置の種類や構成、エッチング条件等が適宜変更可
能であることは、言うまでもない。
In addition to the above, it goes without saying that the structure of the sample wafer, the type and structure of the etching apparatus, the etching conditions and the like can be changed as appropriate.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、プラズマ励起条件を何ら変更することな
く、機械的操作のみによって基板をO* 密度の異なるプ
ラズマ領域に置き、再現性およびスループットに優れる
ドライエッチングを行うことが可能となる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the substrate is placed in the plasma region having different O * densities only by the mechanical operation without changing the plasma excitation condition and the reproducibility is improved. Further, it becomes possible to perform dry etching having excellent throughput.

【0060】特に、3層レジスト・プロセスにおける下
層レジスト膜の高速高選択異方性エッチングが可能とな
ることから、本発明は該プロセスの実用化を大きく推進
するものである。
In particular, since the high speed and high selective anisotropic etching of the lower resist film in the three-layer resist process becomes possible, the present invention greatly promotes the practical use of the process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のドライエッチング方法に用いる有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置の構成例を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of a magnetic field microwave plasma etching apparatus used in a dry etching method of the present invention.

【図2】SRAMのビット線加工用のレジスト・パター
ンの形成プロセスにおいて、上層レジスト膜のパターン
をマスクとしてSOG中間膜をエッチングした状態を示
す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an SOG intermediate film is etched by using a pattern of an upper resist film as a mask in a process of forming a resist pattern for processing a bit line of SRAM.

【図3】図2の下層レジスト膜が異方的にエッチングさ
れ、下層レジスト・パターンが形成された状態を表す模
式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the lower layer resist film of FIG. 2 is anisotropically etched to form a lower layer resist pattern.

【図4】本発明のドライエッチング方法に用いるICP
エッチング装置の構成例を示す概略断面図である。
FIG. 4 is an ICP used in the dry etching method of the present invention.
It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of an etching apparatus.

【図5】本発明のドライエッチング方法に用いるヘリコ
ン波プラズマ・エッチング装置の構成例を示す概略断面
図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration example of a helicon wave plasma etching apparatus used in the dry etching method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マグネトロン 4,61 ベルジャ 5,63 ソレノイド・コイル 6,46,67 エッチング・チャンバ 9,48,69 ウェハ・ステージ 12,53,72 基板バイアス印加用RF電源 13 ECRポジション 30 下層レジスト膜 30a 下層レジスト・パターン 31 SOG中間膜 32 上層レジスト膜 45 マルチターン・アンテナ 43,74 プラズマ励起用RF電源 44 石英シリンダ 62 ループ・アンテナ PE ECRプラズマ PI 誘導結合プラズマ PH ヘリコン波プラズマ W ウェハ1 magnetron 4,61 bell jar 5,63 solenoid coil 6,46,67 etching chamber 9,48,69 wafer stage 12, 53,72 substrate bias application RF power supply 13 ECR position 30 lower resist film 30a lower resist film Pattern 31 SOG intermediate film 32 Upper resist film 45 Multi-turn antenna 43,74 RF power supply for plasma excitation 44 Quartz cylinder 62 Loop antenna P E ECR plasma P I Inductively coupled plasma P H Helicon wave plasma W Wafer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン密度が1011イオン/cm3 以上
のプラズマを生成するプラズマ生成部を有するプラズマ
装置に放電解離条件下で酸素系活性種を生成可能なエッ
チング・ガスを導入し、該プラズマ装置内に保持された
基板と該プラズマ生成部との間の距離を変化させながら
該基板上の有機材料膜を選択的にエッチングすることを
特徴とするドライエッチング方法。
1. An etching gas capable of generating oxygen-based active species under discharge dissociation conditions is introduced into a plasma device having a plasma generation unit for generating plasma having an ion density of 10 11 ions / cm 3 or more, and the plasma is generated. A dry etching method characterized by selectively etching an organic material film on a substrate while changing a distance between the substrate held in the apparatus and the plasma generation part.
【請求項2】 前記距離を、前記有機材料膜を実質的に
その膜厚分だけエッチングするジャストエッチング工程
では相対的に小とし、前記有機材料膜の残余分をエッチ
ングするオーバーエッチング工程では相対的に大とする
ことを特徴とする請求項1記載のドライエッチング方
法。
2. The distance is set relatively small in a just etching step of etching the organic material film by substantially the film thickness thereof, and relatively set in an overetching step of etching the remainder of the organic material film. The dry etching method according to claim 1, wherein the dry etching method is large.
【請求項3】 前記距離を、前記基板を載置する基板ス
テージを前記プラズマ装置の軸方向に沿って昇降させる
ことにより変化させることを特徴とする請求項1または
請求項2に記載のドライエッチング方法。
3. The dry etching according to claim 1, wherein the distance is changed by raising and lowering a substrate stage on which the substrate is placed along an axial direction of the plasma device. Method.
【請求項4】 前記プラズマは、ECRプラズマ、ヘリ
コン波プラズマ、誘導結合プラズマのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項
に記載のドライエッチング方法。
4. The dry etching method according to claim 1, wherein the plasma is any one of ECR plasma, helicon wave plasma, and inductively coupled plasma.
【請求項5】 前記エッチング・ガスはO2 、O3 、酸
化炭素、酸化窒素、酸化イオウ、硫化カルボニルから選
ばれる少なくとも1種類の化合物を含むことを特徴とす
る請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のドラ
イエッチング方法。
5. The etching gas according to claim 1, wherein the etching gas contains at least one compound selected from O 2 , O 3 , carbon oxide, nitric oxide, sulfur oxide, and carbonyl sulfide. The dry etching method according to claim 1.
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