JPH09223685A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

Plasma processing apparatus and plasma processing method

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JPH09223685A
JPH09223685A JP8027056A JP2705696A JPH09223685A JP H09223685 A JPH09223685 A JP H09223685A JP 8027056 A JP8027056 A JP 8027056A JP 2705696 A JP2705696 A JP 2705696A JP H09223685 A JPH09223685 A JP H09223685A
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JP
Japan
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substrate
processed
exhaust
plasma processing
plasma
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Application number
JP8027056A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuji Nagayama
哲治 長山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH09223685A publication Critical patent/JPH09223685A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control an exhaust rate in a substrate surface to be processed by providing an exhaust hole at least at any one location on a vertical extention line on a principal surface of the substrate. SOLUTION: A substrate 1 to be processed is placed on a substrate stage 2 serving also as a lower electrode, and a counter electrode 4 is disposed parallely to the substrate 1. A space between the substrate 1 and the counter electrode 4 is a plasma production area, toward which gas introduction holes 5 are disposed in a ring shape to constitute a parallel flat plate type plasma etching apparatus. Thereupon, an exhaust hole 6 is formed in the center of the counter electrode 4, through which exhaust hole 6 there is exhausted exhaust gas containing a reaction product produced from the center of the substrate 1. Herein, a distance between the exhaust hole 6 and the substrate 1 is set to be within the length of a diameter of the substrate 1. Hereby, a highly uniform plasma processing is achieved.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程等
で用いられるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
に関し、さらに詳しくは、大口径の被処理基板に対して
均一なプラズマ処理を施す場合等に用いて好適なプラズ
マ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method used in a semiconductor device manufacturing process and the like, and more particularly, to a uniform plasma processing for a large-diameter substrate to be processed. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method suitable for use.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のLSI等の半導体装置は、高集積
化・高性能化が進展するに伴いチップ面積の増大が著し
い。かかる大面積チップの多数個を1枚のウェハから製
造するためには、必然的にウェハの大口径化を図らなけ
ればならない。西暦2000年には、直径12インチす
なわち30cm径の大口径ウェハが量産ベースで使用さ
れると予測されている。また液晶表示パネル等において
も14インチを超える大画面のガラス基板が採用されて
いる。被処理基板の大口径化により、半導体製造プロセ
スの諸工程には様々なブレークスルーが要求されるが、
プラズマエッチングやプラズマCVD等のプラズマ処理
の分野においてもその例外でない。
2. Description of the Related Art In recent semiconductor devices such as LSIs, the chip area has remarkably increased with the progress of higher integration and higher performance. In order to manufacture a large number of such large-area chips from a single wafer, it is inevitable to increase the diameter of the wafer. In the year 2000, large diameter wafers with a diameter of 12 inches or 30 cm are expected to be used on a mass production basis. Further, a glass substrate having a large screen exceeding 14 inches is also used in a liquid crystal display panel and the like. Various breakthroughs are required in various steps of the semiconductor manufacturing process due to the increase in the diameter of the substrate to be processed.
It is no exception in the field of plasma processing such as plasma etching and plasma CVD.

【0003】プラズマエッチングの分野では、従来より
円筒型の処理チャンバ内に多数の被処理基板を同軸上に
平行に配置して等方的なプラズマエッチングを施すもの
や、ヘキソード型のカソード電極上に複数の被処理基板
を載置してイオンを主体とするプラズマエッチングを施
すバレル型RIE装置等のバッチ式プラズマエッチング
装置が広く製造現場で用いられてきた。しかし近年の被
処理基板の大口径化や微細加工精度の要求から、バッチ
式プラズマエッチング装置では要求スペックを満たすこ
とは不可能に近く、枚葉式のプラズマエッチング装置へ
と移行しつつある。特に12インチウェハにおいては、
クリーンルーム内のプラズマエッチング装置の占有設置
面積すなわちフットプリントを考慮すると、バレル型等
のバッチ式装置は巨大化しすぎて実用的ではなく、全面
的に枚葉式に移行せざるを得ないといというのが半導体
装置製造業界の共通認識である。
In the field of plasma etching, conventionally, a large number of substrates to be processed are coaxially arranged in parallel in a cylindrical processing chamber to perform isotropic plasma etching, or on a hex type cathode electrode. A batch type plasma etching apparatus such as a barrel type RIE apparatus that places a plurality of substrates to be processed and performs plasma etching mainly using ions has been widely used in manufacturing sites. However, due to the recent demand for larger diameters of substrates to be processed and fine processing precision, it is almost impossible to meet the required specifications with a batch type plasma etching apparatus, and a single wafer type plasma etching apparatus is being shifted to. Especially for 12 inch wafers,
Considering the footprint occupied by the plasma etching equipment in the clean room, that is, the footprint, batch type equipment such as barrel type is too large to be practical, and there is no choice but to shift to single wafer type. Is a common recognition in the semiconductor device manufacturing industry.

【0004】大口径化対応の枚葉式プラズマエッチング
装置においても、被処理基板の全面にわたる処理の均一
化は重要な課題である。従来8インチ未満の中口径基板
においては、プラズマエッチング装置のプラズマ密度お
よびエッチングガス供給の均一化により、エッチング処
理の均一化はある程度達成できた。しかしながら大口径
基板においては、従来からの均一化手法に加えて、エッ
チングガスと被エッチング材料との反応により生じる蒸
気圧の大きな反応生成物等、すなわち排気ガスを被エッ
チング基板上から均一かつ速やかに除去する事が不可欠
となりつつある。この問題を図10を参照して説明す
る。
Even in the single-wafer type plasma etching apparatus corresponding to the large diameter, it is an important subject to make the processing uniform over the entire surface of the substrate to be processed. In the conventional medium-diameter substrate of less than 8 inches, the uniformization of the etching process can be achieved to some extent by the uniformization of the plasma density and the etching gas supply of the plasma etching apparatus. However, in the case of a large-diameter substrate, in addition to the conventional homogenization method, reaction products with a large vapor pressure generated by the reaction between the etching gas and the material to be etched, that is, exhaust gas, can be uniformly and promptly from the substrate to be etched. Removal is becoming essential. This problem will be described with reference to FIG.

【0005】図10は平行平板型RIE装置の処理チャ
ンバ内の被処理基板に対し、被処理基板の周縁部から、
あるいは周縁部を経由して被処理基板の下部から反応生
成物を排気する従来の方法によりプラズマエッチングを
施した場合の諸特性を示したものである。被処理基板と
しては、12インチ径の半導体基板の層間絶縁膜上にレ
ジストマスクを形成したものを採用し、この層間絶縁膜
にコンタクトホール加工を施す場合を例にとる。
FIG. 10 shows a substrate to be processed in a processing chamber of a parallel plate type RIE apparatus, from the peripheral portion of the substrate to be processed.
Alternatively, it shows various characteristics when plasma etching is performed by a conventional method of exhausting reaction products from the lower portion of the substrate to be processed via the peripheral portion. As the substrate to be processed, a semiconductor substrate having a diameter of 12 inches and a resist mask formed on the interlayer insulating film is adopted, and a case where contact hole processing is performed on the interlayer insulating film is taken as an example.

【0006】同図はいれも横軸に被処理基板中心からの
径方向の距離をとり、図10(a)は被処理基板直上で
の反応生成物の排気速度を、図10(b)はエッチング
レートとコンタクトホール側面のテーパ角度をそれぞれ
縦軸に示している。図から明らかなように、排気速度は
被処理基板中心部で小さく周縁部では大きい。この排気
速度分布に起因し、エッチングレートは被処理基板中心
部で小さく周縁部で大きくなる。またテーパ角度すなわ
ちコンタクトホール側面が半導体基板となす角度(コン
タクトホール内部から見た角度)は周縁部はほぼ垂直で
あるのに対し、中心部は順テーパ形状となっている。
In each of the figures, the horizontal axis indicates the radial distance from the center of the substrate to be processed, FIG. 10 (a) shows the exhaust speed of reaction products directly above the substrate to be processed, and FIG. 10 (b) shows The vertical axis represents the etching rate and the taper angle of the side surface of the contact hole. As is apparent from the figure, the exhaust speed is small in the central part of the substrate to be processed and large in the peripheral part. Due to this exhaust velocity distribution, the etching rate is small in the central part of the substrate to be processed and large in the peripheral part. Further, the taper angle, that is, the angle formed by the side surface of the contact hole with the semiconductor substrate (the angle viewed from the inside of the contact hole) is substantially vertical at the peripheral portion, whereas the central portion has a forward tapered shape.

【0007】このように反応生成物の排気速度によって
エッチング特性が影響を受ける例はコンタクトホールエ
ッチングに限らない。例えば、Cl2 ガスによる高融点
金属ポリサイド配線加工においては、WSix エッチン
グ時の反応生成物WClx の排気速度が被処理基板面内
で不均一であると、WSix 部分の形状が順テーパ状と
なったりサイドエッチングを生じたりする。またCl系
ガスによるAl系金属配線加工の場合には、反応生成物
AlClxや、側壁保護膜となるレジストマスクのスパ
ッタリング生成物の排気速度の不均一により、形成され
るAl系金属配線がやはり順テーパ状となったり逆テー
パ形状となったりする。
As described above, the contact hole etching is not the only example in which the etching characteristics are affected by the exhaust rate of the reaction products. For example, in refractory metal polycide wiring processing with Cl 2 gas, if the exhaust rate of the reaction product WCl x during WSi x etching is non-uniform within the surface of the substrate to be processed, the shape of the WSi x portion is forward tapered. Or side etching occurs. Further, in the case of processing an Al-based metal wiring with a Cl-based gas, the formed Al-based metal wiring is still due to the non-uniform exhaust rate of the reaction product AlCl x and the sputtering product of the resist mask that becomes the sidewall protection film. It may be forward tapered or reverse tapered.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる技術
的背景のもとに提案するものである。すなわち本発明の
課題は、大口径の被処理基板に所定のプラズマ処理を施
す際に、被処理基板面内における排気速度を制御するこ
とにより、均一なプラズマ処理を達成しうるプラズマ処
理装置およびプラズマ処理方法を提供することである。
The present invention is proposed based on such a technical background. That is, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma capable of achieving uniform plasma processing by controlling the exhaust speed in the surface of the substrate to be processed when performing a predetermined plasma process on a large-diameter substrate to be processed. It is to provide a processing method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ処理装
置は上記課題を達成するために提案するものであり、処
理チャンバ内に配設された被処理基板に対し、所定のプ
ラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、被処理基
板主面の垂直延長線上、すなわち被処理基板の直上のい
ずれか少なくとも1個所に排気孔を具備することことを
特徴とする。
The plasma processing apparatus of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and is a plasma for performing a predetermined plasma processing on a substrate to be processed arranged in a processing chamber. The processing apparatus is characterized in that an exhaust hole is provided on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed, that is, at least one position immediately above the substrate to be processed.

【0010】また本発明のプラズマ処理方法は、処理チ
ャンバ内に配設された被処理基板に対し、所定のプラズ
マ処理を施すプラズマ処理方法であって、被処理基板主
面の垂直延長線上、すなわち被処理基板の直上のいずれ
か少なくとも1個所から排気しつつプラズマ処理を施す
ことを特徴とする。
Further, the plasma processing method of the present invention is a plasma processing method for subjecting a substrate to be processed, which is disposed in a processing chamber, to a predetermined plasma processing, which is on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed. It is characterized in that the plasma processing is performed while exhausting from at least one place directly above the substrate to be processed.

【0011】本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ
処理方法において、被処理基板主面の垂直延長線上のい
ずれか少なくとも1個所の排気孔と、被処理基板との距
離は、前記被処理基板の直径の長さ以内、さらに好まし
くは被処理基板の半径の長さ以内に設定し、かかる距離
から排気することが望ましい。
In the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, the distance between at least one exhaust hole on the vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed and the substrate to be processed is the diameter of the substrate to be processed. It is desirable to set within the length, more preferably within the radius of the substrate to be processed, and exhaust from this distance.

【0012】また被処理基板主面の垂直延長線上のいず
れか少なくとも1個所の排気孔に加え、さらに被処理基
板周縁部にも排気開口を具備し、被処理基板周縁部から
も排気することが望ましい。
Further, in addition to at least one exhaust hole on the vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed, an exhaust opening is further provided in the peripheral portion of the substrate to be processed so that the peripheral portion of the substrate can also be exhausted. desirable.

【0013】また、被処理基板主面の垂直延長線上のい
ずれか少なくとも1個所の排気孔からの排気量と、被処
理基板周縁部の排気開口からの排気量とを、個別に制御
する排気量制御手段を有し、被処理基板主面の垂直延長
線上のいずれか少なくとも1個所からの排気量と、被処
理基板周縁部の排気開口からの排気量とを、個別に制御
しつつプラズマ処理を施すことが望ましい。これら複数
の排気手段の排気量を制御するためには、各排気手段の
真空ポンプとの間に介在するコンダクタンスバルブの開
度を、各プラズマ処理毎に最適な排気量データを予めイ
ンプットしたコンピュータ等により制御する方法等が採
用される。
Further, an exhaust amount for individually controlling an exhaust amount from at least one exhaust hole on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed and an exhaust amount from an exhaust opening at a peripheral portion of the substrate to be processed. The plasma processing is provided with a control means, while individually controlling the exhaust amount from at least one position on the vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed and the exhaust amount from the exhaust opening at the peripheral portion of the substrate to be processed. It is desirable to apply. In order to control the exhaust amount of the plurality of exhaust means, a computer, etc., in which the degree of opening of the conductance valve interposed between each exhaust means and the vacuum pump and the optimal exhaust amount data for each plasma processing are input in advance, are used. A method of controlling by etc. is adopted.

【0014】つぎに作用の説明に移る。本発明の技術的
思想は、例えば8インチ以上の大口径の被処理基板に均
一なプラズマ処理を施すために、プラズマ密度や処理ガ
スの供給の均一化に加え、被処理基板上からの反応生成
物を含む排気ガスの除去をも任意に制御する点にある。
特に大口径の被処理基板においては、被処理基板中央部
での排気効率が低下し、排気ガスが淀みやすい点に着目
し、被処理基板の直上に排気孔を設けこの排気孔を経て
排気することにより、均一なプラズマ処理を達成する。
この排気孔と被処理基板との距離を被処理基板の直径、
好ましくは半径の長さ以内に設定することにより、被処
理基板中央部からの排気効率は良好なものとなる。
Next, the operation will be described. The technical idea of the present invention is that, in order to perform uniform plasma processing on a substrate having a large diameter of, for example, 8 inches or more, in addition to making the plasma density and the supply of the processing gas uniform, the reaction generation from the substrate to be processed is performed. The point is that the removal of exhaust gas containing substances is also controlled arbitrarily.
In particular, for a large-diameter substrate to be processed, paying attention to the fact that the exhaust efficiency at the central part of the substrate to be processed decreases and the exhaust gas tends to stagnant, and an exhaust hole is provided directly above the substrate to be exhausted through this exhaust hole. By doing so, a uniform plasma treatment is achieved.
The distance between the exhaust hole and the substrate to be processed is the diameter of the substrate to be processed,
The exhaust efficiency from the central portion of the substrate to be processed becomes favorable by setting the radius within the radius.

【0015】また被処理基板直上の排気孔に加え、被処
理基板周縁部にも排気開口を設け、複数系統の排気手段
により排気ガスを除去することにより、排気ガス流のプ
ロファイルを高度に制御することができる。さらに被処
理基板直上の排気孔からの排気量と、被処理基板周縁部
の排気開口からの排気量を個別に制御することにより、
排気ガス流のプロファイルをより厳密に制御することが
でき、均一なプラズマ処理を施すことが可能となる。
Further, in addition to the exhaust hole directly above the substrate to be processed, an exhaust opening is also provided in the peripheral portion of the substrate to be processed, and exhaust gas is removed by a plurality of systems of exhaust means to highly control the profile of the exhaust gas flow. be able to. Further, by individually controlling the exhaust amount from the exhaust hole directly above the substrate to be processed and the exhaust amount from the exhaust opening at the peripheral portion of the substrate to be processed,
The profile of the exhaust gas flow can be controlled more strictly, and uniform plasma processing can be performed.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0017】実施例1 本実施例は、本発明の原理を平行平板型プラズマエッチ
ング装置を例とし模式的に示すものであり、これを図1
および図2を参照して説明する。このうち図1(a)で
は、例えば12インチ径の被処理基板1は、下部電極兼
基板ステージ2に載置され、対向電極4が被処理基板1
と平行に対向配置されている。被処理基板1と対向電極
4の間のスペースはプラズマ発生領域であり、この空間
に向けて処理ガスのガス導入孔5がリング状に配置され
ている。以上は通常の平行平板型プラズマエッチング装
置の構成であるが、本実施例の特徴的な構成として、対
向電極4の中央部に排気孔6が形状されており、この排
気孔6を経由して被処理基板1中央部から発生する反応
生成物を含む排気ガスを除去することができる。
Embodiment 1 This embodiment schematically shows the principle of the present invention by taking a parallel plate type plasma etching apparatus as an example.
This will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, the substrate 1 having a diameter of 12 inches, for example, is placed on the lower electrode / substrate stage 2, and the counter electrode 4 is the substrate 1 to be processed.
It is arranged parallel to and opposite to. The space between the substrate 1 to be processed and the counter electrode 4 is a plasma generation region, and gas introduction holes 5 for the processing gas are arranged in a ring shape toward this space. The above is the configuration of a normal parallel plate type plasma etching apparatus. As a characteristic configuration of the present embodiment, an exhaust hole 6 is formed in the central portion of the counter electrode 4, and the exhaust hole 6 is provided through this exhaust hole 6. Exhaust gas containing reaction products generated from the central portion of the substrate 1 to be processed can be removed.

【0018】図1(b)は平行平板型プラズマエッチン
グ装置の他の例を示す。この装置は処理ガスの均一供給
を意図してガス導入孔5が対向電極4に組み込まれてい
わゆるガスシャワーヘッドを構成している。対向電極4
の中央部に排気孔6が形状されており、この排気孔6を
経由して例えば12インチ径の被処理基板1中央部から
発生する反応生成物を含む排気ガスを除去することがで
きる点は図1(a)に示した装置と同様である。なお図
1(a)〜(b)は、いずれも説明の簡略化のために処
理チャンバや高周波電源等の装置細部は図示を省略す
る。
FIG. 1B shows another example of the parallel plate type plasma etching apparatus. This device constitutes a so-called gas shower head in which the gas introduction hole 5 is incorporated in the counter electrode 4 in order to uniformly supply the processing gas. Counter electrode 4
The exhaust hole 6 is formed in the central portion of the substrate, and the exhaust gas containing the reaction product generated from the central portion of the substrate 1 having a diameter of, for example, 12 inches can be removed via the exhaust hole 6. It is similar to the device shown in FIG. 1 (a) and 1 (b), the details of the apparatus such as the processing chamber and the high frequency power source are omitted for simplification of description.

【0019】図1(a)〜(b)の平行平板型プラズマ
エッチング装置を用い、被処理基板として12インチ径
の半導体基板の層間絶縁膜上にコンタクトホール開口用
のレジストマスクを形成したものを採用してプラズマエ
ッチングを施した。その結果を図2(a)〜(b)に示
す。同図はいれも横軸に被処理基板中心からの径方向の
距離をとり、図2(a)は被処理基板直上での反応生成
物の排気速度を、図2(b)はエッチングレートとコン
タクトホール側面のテーパ角度を縦軸におれぞれ示して
いる。図から明らかなように排気速度は被処理基板中心
部と周縁部でほぼ等しい。この均一な排気速度分布に起
因し、エッチングレートおよびテーパ角度は被処理基板
中心部と周縁部とではほぼ同じ値を示し、均一なプラズ
マエッチングが施されていることが判る。
A parallel plate type plasma etching apparatus shown in FIGS. 1A and 1B is used, in which a resist mask for opening a contact hole is formed on an interlayer insulating film of a semiconductor substrate having a diameter of 12 inches as a substrate to be processed. Adopted and subjected to plasma etching. The results are shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). In FIG. 2A, the horizontal axis indicates the radial distance from the center of the substrate to be processed, FIG. 2A shows the exhaust speed of reaction products directly above the substrate, and FIG. 2B shows the etching rate. The vertical axis indicates the taper angle of the side surface of the contact hole. As is clear from the figure, the pumping speed is almost equal in the central portion of the substrate to be processed and the peripheral portion. Due to this uniform exhaust velocity distribution, the etching rate and the taper angle show almost the same values in the central part and the peripheral part of the substrate to be processed, and it can be seen that uniform plasma etching is performed.

【0020】実施例2 本実施例は平行平板型プラズマエッチング装置により実
際のコンタクトホールエッチングをおこなった例であ
り、これを図3および図7を参照して説明する。図3は
本発明を適用した平行平板型プラズマエッチング装置の
概略断面図である。本プラズマエッチング装置の基本的
構成は図1(b)で説明したものと同様であり、例えば
12インチの被処理基板1を載置し、高周波電源3を接
続した下部電極を兼ねる基板ステージ2および多数のガ
ス導入孔5が開口されガスシャワーヘッドを構成してい
る対向電極4を含んで構成される。ガス導入孔5は、対
向電極4の全面より均一にエッチングガスを導入するモ
ードと、対向電極4の周縁部のみからリング状にエッチ
ングガスを導入するモードとの切り替えが可能である。
本プラズマエッチング装置の特徴部分は、対向電極4の
中央部に開口する排気孔6である。本装置においては排
気孔6と被処理基板1との距離は例えば数mmから数十
mmの間で可変である。排気系はこの他に被処理基板の
周縁部からの排気開口7がある。なお図3では各排気系
のコンダクタンスバルブおよびこの開度を制御するコン
ピュータ等の制御手段、被処理基板の保持手段や温度制
御手段、真空ポンプ等の装置細部は図示を省略する。本
プラズマエッチング装置によれば、被処理基板1直上お
よび周縁部からの2系統の排気により、被処理基板1に
対し均一なプラズマエッチングが可能である。
Embodiment 2 This embodiment is an example of actual contact hole etching performed by a parallel plate type plasma etching apparatus, which will be described with reference to FIGS. 3 and 7. FIG. 3 is a schematic sectional view of a parallel plate type plasma etching apparatus to which the present invention is applied. The basic configuration of this plasma etching apparatus is the same as that described with reference to FIG. 1B, and for example, a substrate stage 2 which also serves as a lower electrode on which a 12-inch target substrate 1 is mounted and which is connected to a high-frequency power source 3 and A large number of gas introduction holes 5 are formed and include the counter electrode 4 which constitutes a gas shower head. The gas introduction hole 5 can be switched between a mode in which the etching gas is uniformly introduced from the entire surface of the counter electrode 4 and a mode in which the etching gas is introduced in a ring shape only from the peripheral portion of the counter electrode 4.
A characteristic part of the plasma etching apparatus is an exhaust hole 6 that opens at the center of the counter electrode 4. In this apparatus, the distance between the exhaust hole 6 and the substrate 1 to be processed can be varied, for example, from several mm to several tens of mm. In addition to this, the exhaust system has an exhaust opening 7 from the peripheral portion of the substrate to be processed. In FIG. 3, details of the device such as the conductance valve of each exhaust system and control means such as a computer for controlling the opening degree, holding means for the substrate to be processed and temperature control means, and vacuum pump are omitted. According to the plasma etching apparatus of the present invention, it is possible to perform uniform plasma etching on the substrate to be processed 1 by exhausting two systems from directly above the substrate to be processed 1 and from the peripheral portion.

【0021】つぎに本プラズマエッチング装置によりコ
ンタクトホールエッチングを施した例を図7を参照して
説明する。本実施例で採用した被処理基板は図7(a)
に示すように、一例として12インチ径のシリコン等の
半導体基板100上に層間絶縁膜101および接続孔開
口用のレジストマスク102が形成されたものである。
層間絶縁膜101は例えば常圧CVD法で形成されたS
iO2 からなり、その厚さは1100nm、レジストマ
スク102は化学増幅型レジストからなり、エキシマレ
ーザリソグラフィにより0.3μm径の開口部を被処理
基板上全面に形成したものである。
Next, an example in which contact holes are etched by the present plasma etching apparatus will be described with reference to FIG. The substrate to be processed used in this example is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, as an example, an interlayer insulating film 101 and a resist mask 102 for opening a connection hole are formed on a semiconductor substrate 100 such as silicon having a diameter of 12 inches.
The interlayer insulating film 101 is, for example, S formed by atmospheric pressure CVD method.
The resist mask 102 is made of iO 2 and has a thickness of 1100 nm. The resist mask 102 is made of a chemically amplified resist, and an opening having a diameter of 0.3 μm is formed on the entire surface of the substrate to be processed by excimer laser lithography.

【0022】この被処理基板を図3に示した平行平板型
プラズマエッチング装置の下部電極兼基板ステージ2上
に載置し、一例として下記プラズマエッチング条件によ
りレジストマスク102から露出する層間絶縁膜101
をパターニングした。 CF4 流量 20 sccm CHF3 流量 20 sccm Ar流量 300 sccm ガス圧力 10 Pa 高周波電源パワー 1500 W(13.56MHz) 基板温度 20 ℃ 電極間距離 5 mm オーバーエッチング 30 % 本プラズマエッチング工程においては、エッチング混合
ガスは対向電極4の周縁部から供給した。エッチング反
応により発生する排気ガスは被処理基板1の中央部直上
からも排気されるので、被処理基板1中央部にも活性種
が充分に行き渡り、高アスペクト比の接続孔内部の排気
もスムーズにおこなわれる。なお本実施例においては被
処理基板1中央部直上の排気孔6と周縁部の排気開口7
からの排気量は例えば1:3に設定した。
This substrate to be processed is placed on the lower electrode / substrate stage 2 of the parallel plate type plasma etching apparatus shown in FIG. 3, and as an example, the interlayer insulating film 101 exposed from the resist mask 102 under the following plasma etching conditions.
Was patterned. CF 4 flow rate 20 sccm CHF 3 flow rate 20 sccm Ar flow rate 300 sccm Gas pressure 10 Pa High frequency power supply 1500 W (13.56 MHz) Substrate temperature 20 ° C. Electrode distance 5 mm Over etching 30% In this plasma etching process, etching mixture is used. The gas was supplied from the peripheral portion of the counter electrode 4. The exhaust gas generated by the etching reaction is also exhausted from directly above the central portion of the substrate 1 to be processed, so that the active species are sufficiently spread to the central portion of the substrate 1 to be processed, and the exhaust gas inside the connection hole having a high aspect ratio is also smooth. It is carried out. In this embodiment, the exhaust hole 6 immediately above the central portion of the substrate 1 to be processed and the exhaust opening 7 at the peripheral portion.
The exhaust amount from the engine was set to 1: 3, for example.

【0023】この結果、大口径の被処理基板1全面でエ
ッチングレートやパターン変換差のないエッチングが進
行し、図7(b)に示すように垂直側壁を有する接続孔
103が形成された。
As a result, etching with no etching rate or pattern conversion difference progressed over the entire surface of the large-diameter substrate 1 to be processed, and the connection hole 103 having vertical side walls was formed as shown in FIG. 7B.

【0024】実施例3 本実施例はプラズマエッチング装置として実施例2と同
じ平行平板型プラズマエッチング装置を採用して、コン
タクトホールエッチングをおこなった例である。被処理
基板や基本的なプラズマエッチング条件も実施例2と同
じであり、重複する説明は省略するが、本実施例が実施
例2と異なる点は、エッチング混合ガスを対向電極4の
全面から被処理基板1に向けて均一なガスシャワー状に
供給した点である。
Example 3 This example is an example in which the same parallel plate type plasma etching apparatus as in Example 2 was adopted as a plasma etching apparatus and contact hole etching was performed. The substrate to be processed and the basic plasma etching conditions are also the same as those in the second embodiment, and the overlapping description will be omitted. However, the difference of this embodiment from the second embodiment is that the etching mixed gas is applied from the entire surface of the counter electrode 4. The point is that the gas is supplied in a uniform gas shower shape toward the processing substrate 1.

【0025】本エッチング工程においては、エッチング
にあずかる活性種は被処理基板1表面に均等に供給され
るとともに、エッチング反応により発生する排気ガスは
被処理基板1の中央部直上からも排気されるので、高ア
スペクト比の接続孔内部の排気もスムーズにおこなわれ
る。なお本実施例においては被処理基板1中央部直上の
排気孔6と周縁部の排気開口7からの排気量は例えば
1:4に設定した。
In this etching step, the active species involved in the etching are evenly supplied to the surface of the substrate 1 to be processed, and the exhaust gas generated by the etching reaction is exhausted from just above the central portion of the substrate 1 to be processed. The exhaust of the inside of the high aspect ratio connection hole is also done smoothly. In this embodiment, the exhaust amount from the exhaust hole 6 immediately above the central portion of the substrate 1 to be processed and the exhaust opening 7 at the peripheral portion is set to 1: 4, for example.

【0026】この結果、大口径の被処理基板1全面でエ
ッチングレートやパターン変換差のないエッチングが進
行し、図7(b)に示すように垂直側壁を有する接続孔
103が形成された。
As a result, etching with no etching rate or pattern conversion difference progressed over the entire surface of the large-diameter substrate 1 to be processed, and the connection hole 103 having vertical sidewalls was formed as shown in FIG. 7B.

【0027】実施例4 本実施例はMCRタイプのプラズマエッチング装置によ
りゲート電極加工をおこなった例であり、これを図4お
よび図8を参照して説明する。
Embodiment 4 This embodiment is an example in which a gate electrode is processed by an MCR type plasma etching apparatus, which will be described with reference to FIGS. 4 and 8.

【0028】図4は本実施例で採用したMCR(Mag
netically Confined Reacto
r)プラズマエッチング装置の概略断面図である。同装
置において符号8は側壁電極電源9が印加される環状の
側壁電極、符号4はガスシャワーヘッド形式のガス導入
孔5を有する対向電極であり、これは接地電位に接続さ
れている。被処理基板1は高周波電源3が接続された下
部電極兼基板ステージ2上に載置される。側壁電極8お
よび対向電極4の外側には、図示しないマルチポール磁
石が配設されている。本プラズマエッチング装置の基本
的な構成は、例えば1992 18th.Teagal
Plasma Seminar Proceedin
gs,p.44に報告されている。本プラズマエッチン
グ装置によれば、側壁電極8と対向電極4の間で放電が
開始され、生成したプラズマはマルチポール磁石により
処理チャンバ内に閉じこめられて、マグネトロンRIE
装置よりも高密度のプラズマを得ることができる。また
被処理基板1への入射イオンエネルギは高周波電源3に
より制御することができる。本実施例で採用したMCR
プラズマエッチング装置の特徴は、対向電極4の中央部
に設けられた排気孔6である。排気系はこの他に被処理
基板1の周縁部からの排気を受け持つ、対向電極4周縁
部の排気開口7がある。なお図4では各排気系のコンダ
クタンスバルブおよびこの開度を制御する制御手段、被
処理基板の保持手段や温度制御手段、真空ポンプ等の装
置細部は図示を省略する。本プラズマエッチング装置に
よれば、被処理基板1直上および周縁部からの2系統の
排気により、被処理基板1に対し均一なプラズマエッチ
ングが可能である。
FIG. 4 shows the MCR (Mag) used in this embodiment.
Netly Confined Reacto
r) A schematic cross-sectional view of a plasma etching apparatus. In the same apparatus, reference numeral 8 is an annular side wall electrode to which a side wall electrode power supply 9 is applied, and reference numeral 4 is a counter electrode having a gas shower head type gas introduction hole 5, which is connected to the ground potential. The substrate 1 to be processed is placed on a lower electrode / substrate stage 2 to which a high frequency power source 3 is connected. Outside the sidewall electrode 8 and the counter electrode 4, a multi-pole magnet (not shown) is arranged. The basic configuration of this plasma etching apparatus is, for example, 1992 18th. Teagal
Plasma Seminar Proceedin
gs, p. 44. According to the present plasma etching apparatus, discharge is started between the side wall electrode 8 and the counter electrode 4, and the generated plasma is confined in the processing chamber by the multi-pole magnet, and the magnetron RIE is performed.
It is possible to obtain a higher density plasma than the device. Further, the ion energy incident on the substrate 1 to be processed can be controlled by the high frequency power source 3. MCR adopted in this embodiment
A feature of the plasma etching apparatus is the exhaust hole 6 provided in the central portion of the counter electrode 4. In addition to this, the exhaust system has an exhaust opening 7 in the peripheral portion of the counter electrode 4, which takes charge of exhaust from the peripheral portion of the substrate 1 to be processed. In FIG. 4, details of the device such as the conductance valve of each exhaust system, the control means for controlling the opening degree, the holding means for the substrate to be processed, the temperature control means, and the vacuum pump are omitted. According to the plasma etching apparatus of the present invention, it is possible to perform uniform plasma etching on the substrate to be processed 1 by exhausting two systems from directly above the substrate to be processed 1 and from the peripheral portion.

【0029】つぎに本プラズマエッチング装置によりゲ
ート電極エッチングを施した例を図8を参照して説明す
る。本実施例で採用した被処理基板は図8(a)に示す
ように、一例として12インチ径のシリコン等の半導体
基板100上に形成されたゲート絶縁膜104、多結晶
シリコン層105、WSix からなる高融点金属シリサ
イド層106およびゲート電極加工用のレジストマスク
102が順次形成されたものである。このうち、ゲート
絶縁膜104は熱酸化によりSiO2 を6nmの厚さに
形成し、多結晶シリコン層105および高融点金属シリ
サイド層106はCVD法によりそれぞれ80nmの厚
さに形成したものである。またレジストマスク102は
化学増幅型レジストからなり、エキシマレーザリソグラ
フィにより0.3μm幅のゲート電極の形状に処理基板
上全面に形成したものである。
Next, an example in which the gate electrode is etched by the present plasma etching apparatus will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8A, the substrate to be processed employed in this embodiment is, for example, a gate insulating film 104, a polycrystalline silicon layer 105, WSi x formed on a semiconductor substrate 100 such as silicon having a diameter of 12 inches. The refractory metal silicide layer 106 and the resist mask 102 for processing the gate electrode are sequentially formed. Of these, the gate insulating film 104 is formed by thermal oxidation of SiO 2 to a thickness of 6 nm, and the polycrystalline silicon layer 105 and the refractory metal silicide layer 106 are each formed by a CVD method to a thickness of 80 nm. The resist mask 102 is made of a chemically amplified resist, and is formed on the entire surface of the processed substrate by excimer laser lithography in the shape of a gate electrode having a width of 0.3 μm.

【0030】この被処理基板を図4に示したMCRタイ
プのプラズマエッチング装置の下部電極兼基板ステージ
2上に載置し、一例として下記2段階のプラズマエッチ
ング条件によりレジストマスク102から露出する高融
点金属シリサイド層106および多結晶シリコン層10
5をパターニングした。 メインエッチング工程 Cl2 流量 20 sccm Ar流量 50 sccm ガス圧力 1.0 Pa 側壁電極電源パワー 1000 W(13.56MHz) 高周波電源パワー 80 W(450kHz) 基板温度 20 ℃ オーバーエッチング工程 Cl2 流量 20 sccm HBr流量 30 sccm ガス圧力 1.0 Pa 側壁電極電源パワー 1000 W(13.56MHz) 高周波電源パワー 10 W(450kHz) 基板温度 20 ℃ オーバーエッチング 40 % 本プラズマエッチング工程においては、エッチング混合
ガスはガスシャワーヘッド構成の対向電極4の全面から
均一に供給した。エッチング反応により発生する排気ガ
スは被処理基板1の中央部直上および周縁部から排気さ
れるので、被処理パターン側壁に堆積しやすい反応生成
物の排気は被処理基板1全面でスムーズにおこなわれ
た。この結果、被処理基板1全面にわたりエッチングレ
ート差と形状差は無視できるレベルとなり、垂直形状を
有する高融点金属ポリサイド電極が形成され、対ゲート
絶縁膜選択比が確保できるとともに、残渣等の発生もな
かった。
This substrate to be processed is placed on the lower electrode / substrate stage 2 of the MCR type plasma etching apparatus shown in FIG. 4, and as an example, the high melting point exposed from the resist mask 102 under the following two stages of plasma etching conditions. Metal silicide layer 106 and polycrystalline silicon layer 10
5 was patterned. Main etching process Cl 2 flow rate 20 sccm Ar flow rate 50 sccm Gas pressure 1.0 Pa Sidewall electrode power supply power 1000 W (13.56 MHz) High frequency power supply power 80 W (450 kHz) Substrate temperature 20 ° C. Overetching process Cl 2 flow rate 20 sccm HBr Flow rate 30 sccm Gas pressure 1.0 Pa Side wall electrode power supply power 1000 W (13.56 MHz) High frequency power supply power 10 W (450 kHz) Substrate temperature 20 ° C. Overetching 40% In this plasma etching process, the etching mixed gas is a gas showerhead. It was uniformly supplied from the entire surface of the counter electrode 4 having the structure. Exhaust gas generated by the etching reaction is exhausted from directly above the central portion and the peripheral portion of the substrate 1 to be processed, so that the reaction products that are easily deposited on the sidewall of the pattern to be processed are smoothly exhausted over the entire surface of the substrate 1. . As a result, the difference in etching rate and the difference in shape are negligible over the entire surface of the substrate to be processed 1, a refractory metal polycide electrode having a vertical shape is formed, a selection ratio to the gate insulating film can be secured, and a residue or the like is generated. There wasn't.

【0031】本実施例によれば、MCRタイプのプラズ
マエッチング装置において、被処理基板直上の排気孔か
らの排気を採用することにより、大口径の被処理基板に
おいても均一なゲート電極加工を施すことが可能とな
る。
According to the present embodiment, in the MCR type plasma etching apparatus, by adopting the exhaust from the exhaust hole directly above the substrate to be processed, it is possible to uniformly process the gate electrode even on the substrate to be processed having a large diameter. Is possible.

【0032】実施例5 本実施例はICPタイプのプラズマエッチング装置に本
発明を適用し、Al系金属配線加工をおこなった例であ
り、これを図5および図9を参照して説明する。
Embodiment 5 This embodiment is an example in which the present invention is applied to an ICP type plasma etching apparatus to perform Al-based metal wiring processing, which will be described with reference to FIGS. 5 and 9.

【0033】図5は本実施例で採用したICP(Ind
uctively CoupledPlasma)エッ
チング装置の構成例を示す概略断面図である。同装置に
おいて、符号11はICP電源12からICP電源パワ
ーが印加されるICPコイルであり、被処理基板1を載
置した下部電極兼基板ステージ2には高周波電源3によ
り基板バイアスを印加して入射イオンエネルギを独立に
制御可能な構成となっている。符号4は内面をシリコン
系材料層により被覆した接地電位の対向電極であり、被
エッチング材料層に応じて対向電極4を加熱することが
できる。エッチングガスは被エッチング基板1の周縁に
リング状に配置したガス導入孔5から導入される。本プ
ラズマエッチング装置の基本構成によれば、大型マルチ
ターンのICPコイル11により励起される放電によ
り、1012/cm3 台の高密度プラズマによるエッチン
グが可能である。本装置の特徴部分は、被処理基板1の
直上の対向電極4に開口した排気孔6である。排気系は
この他に被処理基板1周縁の排気開口7がある。なお図
5では各排気系のコンダクタンスバルブおよびこの開度
を制御する制御手段、被処理基板の保持手段や温度制御
手段、真空ポンプ等の装置細部は図示を省略する。本プ
ラズマエッチング装置によれば、被処理基板1直上およ
び周縁部からの2系統の排気により、被処理基板1に対
し均一な高密度プラズマエッチングが可能である。
FIG. 5 shows the ICP (Ind used in this embodiment.
It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of an active coupled plasma) etching device. In the apparatus, reference numeral 11 is an ICP coil to which ICP power supply power is applied from an ICP power supply 12, and a substrate bias is applied from a high frequency power supply 3 to a lower electrode / substrate stage 2 on which a substrate 1 to be processed is placed and incident. Ion energy can be controlled independently. Reference numeral 4 denotes a counter electrode having a ground potential whose inner surface is covered with a silicon-based material layer, and the counter electrode 4 can be heated according to the material layer to be etched. The etching gas is introduced through gas introduction holes 5 arranged in a ring shape around the periphery of the substrate 1 to be etched. According to the basic configuration of this plasma etching apparatus, it is possible to perform etching with high-density plasma of 10 12 / cm 3 by the discharge excited by the large multi-turn ICP coil 11. The characteristic part of this apparatus is an exhaust hole 6 opened in the counter electrode 4 directly above the substrate 1 to be processed. In addition to this, the exhaust system has an exhaust opening 7 around the substrate 1 to be processed. In FIG. 5, details of the device such as the conductance valve of each exhaust system and the control means for controlling the opening degree, the holding means for the substrate to be processed, the temperature control means, and the vacuum pump are omitted. According to the present plasma etching apparatus, uniform high-density plasma etching can be performed on the substrate 1 to be processed by exhausting two systems from directly above the substrate 1 and from the peripheral portion.

【0034】つぎに本プラズマエッチング装置によりA
l系金属配線エッチングを施した例を図9を参照して説
明する。本実施例で採用した被処理基板は図9(a)に
示すように、一例として12インチ径のシリコン等の半
導体基板(図示せず)上の層間絶縁膜101上にバリア
メタル層107、Al系金属層108、反射防止層10
9およびAl系金属配線加工用のレジストマスク102
が順次形成されたものである。このうち、バリアメタル
層107はTi/TiNを40/60nm、Al系金属
層108はAl−2%Cuを400nm、反射防止層1
09はTiNを30nmの厚さにそれぞれスパッタリン
グあるいは反応性スパッタリングにより形成したもので
ある。またレジストマスク102は化学増幅型レジスト
からなり、エキシマレーザリソグラフィにより0.3μ
mの配線幅にパターニングしたものである。
Next, using the present plasma etching apparatus,
An example in which the 1-based metal wiring is etched will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9A, the substrate to be processed employed in this embodiment is, for example, a barrier metal layer 107, Al and Al on an interlayer insulating film 101 on a semiconductor substrate (not shown) such as silicon having a diameter of 12 inches. System metal layer 108, antireflection layer 10
9 and a resist mask 102 for Al-based metal wiring processing
Are sequentially formed. Of these, the barrier metal layer 107 is Ti / TiN 40/60 nm, the Al-based metal layer 108 is Al-2% Cu 400 nm, and the antireflection layer 1 is formed.
Reference numeral 09 denotes TiN formed to have a thickness of 30 nm by sputtering or reactive sputtering. The resist mask 102 is made of a chemically amplified resist and has a thickness of 0.3 μm formed by excimer laser lithography.
It is patterned to a wiring width of m.

【0035】この被処理基板を図5に示したICPエッ
チング装置の下部電極兼基板ステージ2上に載置し、一
例として下記2段階のプラズマエッチング条件によりレ
ジストマスク102から露出する反射防止層109、A
l系金属層108およびバリアメタル層107をパター
ニングした。 メインエッチング工程 Cl2 流量 20 sccm BCl3 流量 50 sccm ガス圧力 1.0 Pa ICP電源パワー 1500 W(2.0MHz) 高周波電源パワー 250 W(1.8MHz) 基板温度 30 ℃ オーバーエッチング工程 Cl2 流量 30 sccm BCl3 流量 20 sccm Ar流量 50 sccm ガス圧力 1.0 Pa ICP電源パワー 1000 W(2.0MHz) 高周波電源パワー 100 W(1.8MHz) 基板温度 30 ℃ オーバーエッチング 50 % 本プラズマエッチング工程においては、エッチング混合
ガスは被処理基板1周縁にリング状に配設されたガス導
入孔5より導入されるが、エッチング反応により発生す
る排気ガスは被処理基板1の中央部直上からも排気され
るので、被処理基板1中央部にもエッチング活性種がゆ
きわたる。またレジストマスク102の分解生成物やエ
ッチング反応生成物の排気は被処理基板1の直上および
周縁部より均一におこなわれた。この結果、被処理基板
1全面にわたりエッチングレート差と形状差は無視でき
るレベルとなり、図9(b)に示すように垂直形状を有
するAl系金属配線が形成され、残渣等の発生もなかっ
た。
This substrate to be processed is placed on the lower electrode / substrate stage 2 of the ICP etching apparatus shown in FIG. 5, and as an example, the antireflection layer 109 exposed from the resist mask 102 under the following two-step plasma etching conditions, A
The l-based metal layer 108 and the barrier metal layer 107 were patterned. Main etching process Cl 2 flow rate 20 sccm BCl 3 flow rate 50 sccm Gas pressure 1.0 Pa ICP power supply power 1500 W (2.0 MHz) High frequency power supply power 250 W (1.8 MHz) Substrate temperature 30 ° C. Overetching process Cl 2 flow rate 30 sccm BCl 3 flow rate 20 sccm Ar flow rate 50 sccm Gas pressure 1.0 Pa ICP power supply power 1000 W (2.0 MHz) High frequency power supply power 100 W (1.8 MHz) Substrate temperature 30 ° C. Overetching 50% In this plasma etching process The etching mixed gas is introduced through the gas introduction hole 5 arranged in a ring shape around the substrate 1 to be processed, but the exhaust gas generated by the etching reaction is also exhausted from directly above the central portion of the substrate 1 to be processed. , The center of the substrate 1 to be processed Active species of ching spread. In addition, the decomposition products of the resist mask 102 and the etching reaction products were uniformly exhausted right above the substrate 1 to be processed and from the peripheral portion. As a result, the difference in etching rate and the difference in shape were negligible over the entire surface of the substrate 1 to be processed, Al-based metal wiring having a vertical shape was formed as shown in FIG. 9B, and no residue was generated.

【0036】本実施例によれば、ICPエッチング装置
において、被処理基板直上の排気孔からの排気を採用す
ることにより、大口径の被処理基板においても均一なA
l系金属配線加工を施すことが可能となる。
According to this embodiment, in the ICP etching apparatus, the exhaust from the exhaust hole directly above the substrate to be processed is adopted, so that the uniform A
It is possible to perform the l-based metal wiring processing.

【0037】実施例6 本実施例はSWPタイプのプラズマエッチング装置に本
発明を適用し、コンタクトホールエッチングをおこなっ
た例であり、これを図6および図7を参照して説明す
る。
Embodiment 6 This embodiment is an example in which the present invention is applied to a SWP type plasma etching apparatus to perform contact hole etching. This will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0038】図6は本実施例で採用したSWP(Sur
face Wave Plasma)エッチング装置の
構成例を示す概略断面図である。同装置の基本的な構成
部分はAlプレート13およびフッ素系樹脂シート17
からなる積層キャビティ、マイクロ波導波管16、処理
チャンバ側壁に設けられたガス導入孔5、被処理基板1
を載置した下部電極兼基板ステージ2および高周波電源
3である。本プラズマエッチング装置によれば、マグネ
トロン(図示せず)で発生したマイクロ波がマイクロ波
導波管16中を伝播し、Alプレート13およびフッ素
系樹脂シート17からなる積層キャビティ内で表面波プ
ラズマが発生する。この表面波プラズマが誘電体である
アルミナプレート14を介して被処理基板1上に到達す
る構成となっている。また下部電極兼基板ステージ2に
接続された高周波電源により、被処理基板1への入射イ
オンエネルギをプラズマ密度とは独立に制御することが
できる。なお本装置の詳細は、例えば1994 Dry
Process Symposium予稿集,VI−
10,p235に報告されている。本実施例で採用した
SWPエッチング装置の特徴は、被処理基板1の直上に
設けた排気孔6であり、排気ガスの一部は排気プレート
15により区画された空間より処理チャンバ外へ排気さ
れる。排気系はこの他に被処理基板1周縁部の排気開口
7がある。なお図6では各排気系のコンダクタンスバル
ブおよびこの開度を制御する制御手段、被処理基板の保
持手段や温度制御手段、真空ポンプ等の装置細部は図示
を省略する。本プラズマエッチング装置によれば、被処
理基板1直上および周縁部からの2系統の排気により、
被処理基板1に対し均一なプラズマエッチングを施すこ
とが可能である。
FIG. 6 shows the SWP (Sur used in this embodiment.
It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of a face wave plasma) etching device. The basic components of the device are the Al plate 13 and the fluororesin sheet 17.
Laminated cavity consisting of, microwave waveguide 16, gas introduction hole 5 provided in the side wall of the processing chamber, substrate 1 to be processed
Are the lower electrode / substrate stage 2 and the high-frequency power source 3 on which is mounted. According to the present plasma etching apparatus, the microwave generated by the magnetron (not shown) propagates in the microwave waveguide 16 and the surface wave plasma is generated in the laminated cavity composed of the Al plate 13 and the fluorine resin sheet 17. To do. The surface wave plasma reaches the substrate 1 to be processed through the alumina plate 14 which is a dielectric. Further, the high frequency power source connected to the lower electrode / substrate stage 2 can control the ion energy incident on the substrate 1 to be processed independently of the plasma density. The details of this device are, for example, 1994 Dry.
Process Symposium Proceedings, VI-
10, p235. The feature of the SWP etching apparatus adopted in this embodiment is the exhaust hole 6 provided directly above the substrate 1 to be processed, and part of the exhaust gas is exhausted from the space defined by the exhaust plate 15 to the outside of the processing chamber. . In addition to this, the exhaust system has an exhaust opening 7 in the peripheral portion of the substrate 1 to be processed. In FIG. 6, details of the device such as the conductance valve of each exhaust system and the control means for controlling the opening, the holding means for the substrate to be processed, the temperature control means, and the vacuum pump are omitted. According to the plasma etching apparatus of the present invention, the two systems of exhaust air are provided directly above the substrate to be processed 1 and from the peripheral portion,
It is possible to perform uniform plasma etching on the substrate 1 to be processed.

【0039】つぎに本プラズマエッチング装置によりコ
ンタクトホールエッチングを施した例を図7を参照して
説明する。本実施例で採用した図7(a)に示す被処理
基板は、前実施例2で採用したものと同様であるので重
複する説明は省略する。この被処理基板を図6に示した
SWPエッチング装置の下部電極兼基板ステージ2上に
載置し、一例として下記2段階のプラズマエッチング条
件によりレジストマスク102から露出する層間絶縁膜
101をパターニングした。 メインエッチング工程 CF4 流量 50 sccm CH2 2 流量 20 sccm ガス圧力 1.0 Pa マイクロ波電源パワー 500 W(2.45GHz) 高周波電源パワー 150 W(400kHz) 基板温度 20 ℃ オーバーエッチング工程 CF4 流量 50 sccm CH2 2 流量 40 sccm ガス圧力 1.0 Pa マイクロ波電源パワー 500 W(2.45GHz) 高周波電源パワー 100 W(400kHz) 基板温度 20 ℃ オーバーエッチング 30 % 本プラズマエッチング工程においては、エッチング混合
ガスは被処理基板の周縁部から供給されているが、被処
理基板1直上の排気孔6からも排気ガスを除去している
ため、被処理基板1中央部にもエッチング活性種が均一
に供給される。この結果、12インチ径の大口径の被処
理基板の全面にわたり、図7(b)に示すように均一な
形状の接続孔103を開口することが可能であった。
Next, an example in which contact hole etching is performed by this plasma etching apparatus will be described with reference to FIG. The substrate to be processed shown in FIG. 7A used in this embodiment is the same as that used in the second embodiment, and the duplicate description will be omitted. The substrate to be processed was placed on the lower electrode / substrate stage 2 of the SWP etching apparatus shown in FIG. 6, and as an example, the interlayer insulating film 101 exposed from the resist mask 102 was patterned under the following two-step plasma etching conditions. Main etching process CF 4 flow rate 50 sccm CH 2 F 2 flow rate 20 sccm Gas pressure 1.0 Pa Microwave power supply power 500 W (2.45 GHz) High frequency power supply power 150 W (400 kHz) Substrate temperature 20 ° C. Overetching process CF 4 flow rate 50 sccm CH 2 F 2 flow rate 40 sccm Gas pressure 1.0 Pa Microwave power supply power 500 W (2.45 GHz) High frequency power supply power 100 W (400 kHz) Substrate temperature 20 ° C. Overetching 30% Etching in this plasma etching process The mixed gas is supplied from the peripheral portion of the substrate to be processed, but since the exhaust gas is also removed from the exhaust hole 6 directly above the substrate to be processed 1, the etching active species are evenly distributed in the central portion of the substrate to be processed 1. Supplied. As a result, it was possible to form the connection hole 103 having a uniform shape as shown in FIG. 7B over the entire surface of the substrate having a large diameter of 12 inches.

【0040】以上本発明を6例の実施例により説明した
が、これらは単なる例示であり、本発明はこれら実施例
に何ら限定されるものではない。すなわち、被処理基板
の垂直延長線上のいずれか少なくとも1個所に排気孔を
設けたプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理であれば
本発明の技術的思想を享受できるのであり、排気孔の位
置や数等は任意に設定してよい。またプラズマエッチン
グの他にプラズマCVD等、プラズマを利用したあらゆ
る表面処理に本発明を適用することが可能である。
Although the present invention has been described above with reference to six examples, these are merely examples and the present invention is not limited to these examples. That is, the technical idea of the present invention can be enjoyed if the plasma processing uses a plasma processing apparatus in which an exhaust hole is provided at any one position on the vertical extension line of the substrate to be processed, and the position and the number of the exhaust holes can be enjoyed. Etc. may be set arbitrarily. In addition to plasma etching, the present invention can be applied to any surface treatment using plasma, such as plasma CVD.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、
大口径の被処理基板はもとより通常の8インチ以下の被
処理基板や、液晶パネル用の矩形の被処理基板等に対し
ても、均一性の高いプラズマ処理を施すことが可能とな
る。
As is apparent from the above description, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention,
It is possible to perform highly uniform plasma processing not only on a large-diameter substrate to be processed, but also on a normal substrate to be processed having a size of 8 inches or less, a rectangular substrate to be processed for a liquid crystal panel, and the like.

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

【図1】本発明の原理を平行平板型プラズマ処理装置を
例にとって示す、模式的な概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the principle of the present invention by taking a parallel plate type plasma processing apparatus as an example.

【図2】本発明のプラズマエッチングの効果を示すグラ
フである。
FIG. 2 is a graph showing the effect of plasma etching according to the present invention.

【図3】本発明を適用した平行平板型プラズマエッチン
グ装置の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a parallel plate type plasma etching apparatus to which the present invention is applied.

【図4】本発明を適用したMCRプラズマエッチング装
置の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of an MCR plasma etching apparatus to which the present invention is applied.

【図5】本発明を適用したICPエッチング装置の概略
断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of an ICP etching apparatus to which the present invention is applied.

【図6】本発明を適用したSWPエッチング装置の概略
断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a SWP etching apparatus to which the present invention is applied.

【図7】本発明を適用したコンタクトホールエッチング
を、その工程順に示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing contact hole etching to which the present invention is applied in the order of steps thereof.

【図8】本発明を適用したゲート電極エッチングを、そ
の工程順に示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the step of etching a gate electrode to which the present invention is applied.

【図9】本発明を適用したAl系金属配線エッチング
を、その工程順に示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing Al-based metal wiring etching to which the present invention is applied in the order of steps thereof.

【図10】従来のプラズマエッチングの問題点を示すグ
ラフである。
FIG. 10 is a graph showing a problem of conventional plasma etching.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被処理基板 2 下部電極兼基板ステージ 3 高周波電源 4 対向電極 5 ガス導入孔 6 排気孔 7 排気開口 8 側壁電極 9 側壁電極電源 10 ヒータ 11 ICPコイル 12 ICP電源 13 Alプレート 14 アルミナプレート 15 排気プレート 16 マイクロ波導波管 17 フッ素樹脂シート 100 半導体基板 101 層間絶縁膜 102 レジストマスク 103 接続孔 104 ゲート絶縁膜 105 多結晶シリコン層 106 高融点金属シリサイド層 107 バリアメタル層 108 Al系金属層 109 反射防止層 1 substrate to be processed 2 lower electrode / substrate stage 3 high frequency power supply 4 counter electrode 5 gas introduction hole 6 exhaust hole 7 exhaust opening 8 sidewall electrode 9 sidewall electrode power supply 10 heater 11 ICP coil 12 ICP power supply 13 Al plate 14 alumina plate 15 exhaust plate 16 microwave waveguide 17 fluororesin sheet 100 semiconductor substrate 101 interlayer insulating film 102 resist mask 103 connection hole 104 gate insulating film 105 polycrystalline silicon layer 106 refractory metal silicide layer 107 barrier metal layer 108 Al-based metal layer 109 antireflection layer

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/205 H01L 21/205 H05H 1/46 H05H 1/46 M Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display area H01L 21/205 H01L 21/205 H05H 1/46 H05H 1/46 M

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 処理チャンバ内に配設された被処理基板
に対し、所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置で
あって、 前記被処理基板主面の垂直延長線上のいずれか少なくと
も1個所に排気孔を具備することを特徴とするプラズマ
処理装置。
1. A plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma processing on a substrate to be processed arranged in a processing chamber, wherein the plasma is exhausted to at least one position on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed. A plasma processing apparatus comprising a hole.
【請求項2】 被処理基板主面の垂直延長線上のいずれ
か少なくとも1個所の排気孔と、前記被処理基板との距
離は、 前記被処理基板の直径の長さ以内であることを特徴とす
る請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The distance between at least one exhaust hole on the vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed and the substrate to be processed is within the length of the diameter of the substrate to be processed. The plasma processing apparatus according to claim 1.
【請求項3】 被処理基板主面の垂直延長線上のいずれ
か少なくとも1個所の排気孔に加え、 さらに前記被処理基板周縁部にも排気開口を具備するこ
とを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
3. The exhaust opening is provided at at least one exhaust hole on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed, and further, an exhaust opening is provided at a peripheral portion of the substrate to be processed. Plasma processing equipment.
【請求項4】 被処理基板主面の垂直延長線上のいずれ
か少なくとも1個所の排気孔からの排気量と、 前記被処理基板周縁部の排気開口からの排気量とを、 個別に制御する排気量制御手段を有することを特徴とす
る請求項3記載のプラズマ処理装置。
4. An exhaust gas for individually controlling an exhaust gas amount from at least one exhaust hole on a vertical extension line of a main surface of a substrate to be processed and an exhaust gas amount from an exhaust opening at a peripheral portion of the substrate to be processed. 4. The plasma processing apparatus according to claim 3, further comprising a quantity control means.
【請求項5】 処理チャンバ内に配設された被処理基板
に対し、所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法で
あって、 前記被処理基板主面の垂直延長線上のいずれか少なくと
も1個所から排気しつつプラズマ処理を施すことを特徴
とするプラズマ処理方法。
5. A plasma processing method for subjecting a substrate to be processed, which is disposed in a processing chamber, to a predetermined plasma process, comprising exhausting from at least one position on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed. A plasma processing method, characterized in that the plasma processing is performed while performing the plasma processing.
【請求項6】 被処理基板主面の垂直延長線上のいずれ
か少なくとも1個所からの排気は、 前記被処理基板からの距離が、前記被処理基板の直径の
長さ以内である位置からの排気であることを特徴とする
請求項5記載のプラズマ処理方法。
6. The exhaust from any at least one position on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed is an exhaust from a position where a distance from the substrate to be processed is within a length of a diameter of the substrate to be processed. The plasma processing method according to claim 5, wherein
【請求項7】 被処理基板主面の垂直延長線上のいずれ
か少なくとも1個所からの排気に加え、 さらに前記被処理基板の周縁部からも排気しつつプラズ
マ処理を施すことを特徴とする請求項5記載のプラズマ
処理方法。
7. The plasma processing is performed while exhausting gas from at least one position on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed, and further exhausting gas from the peripheral portion of the substrate to be processed. 5. The plasma processing method according to 5.
【請求項8】 被処理基板主面の垂直延長線上のいずれ
か少なくとも1個所からの排気量と、 前記被処理基板周縁部の排気開口からの排気量とを、 個別に制御しつつプラズマ処理を施すことを特徴とする
請求項7記載のプラズマ処理装置。
8. The plasma processing is performed while individually controlling an exhaust amount from at least one position on a vertical extension line of the main surface of the substrate to be processed and an exhaust amount from an exhaust opening at a peripheral portion of the substrate to be processed. The plasma processing apparatus according to claim 7, which is performed.
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