JPH09306891A - Etching method - Google Patents

Etching method

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JPH09306891A
JPH09306891A JP14068596A JP14068596A JPH09306891A JP H09306891 A JPH09306891 A JP H09306891A JP 14068596 A JP14068596 A JP 14068596A JP 14068596 A JP14068596 A JP 14068596A JP H09306891 A JPH09306891 A JP H09306891A
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JP
Japan
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etching
gas
plasma
processing container
flow rate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP14068596A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Fukazawa
孝之 深澤
Ryukichi Shimizu
隆吉 清水
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an etching method capable of keeping a high etching rate in a high density plasma atmosphere even if the number of works such as wafers increases. SOLUTION: A high frequency power from a second high frequency power source 47 is applied to an antenna 45 located around a treating vessel 3 to generate a plasma at a high density plasma of 10<10> cm<-3> or more in a treating chamber 3. At etching of a polysilicon film on a wafer W with a HBr gas, O2 is mixed as much as 3% or more of the total flow rate after the end of the etching and successively a plasma is generated for 1-5sec.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板に対し
て、エッチングガスを用いて高密度プラズマ雰囲気の下
で、エッチング処理行うエッチング方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method for etching a substrate to be processed in a high density plasma atmosphere using an etching gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から例えば半導体デバイスの製造プ
ロセスにおいては、半導体ウエハ(以下、「ウエハ」と
いう)などの表面にあるポリシリコン膜やタングステン
シリサイド(WSix)、シリコンなどをエッチングす
る場合、HBr(臭化水素)ガスを処理容器内に導入す
ると共に、この処理容器内にプラズマを発生させ、その
際に生ずるエッチャントイオン等によってエッチングす
ることが行われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a semiconductor device manufacturing process, when etching a polysilicon film, tungsten silicide (WSix), silicon or the like on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”), HBr ( (Hydrogen bromide) gas is introduced into the processing container, plasma is generated in the processing container, and etching is performed by etchant ions or the like generated at that time.

【0003】また今日、半導体デバイスの高集積化に伴
って、エッチング処理自体もより微細化が要求されてお
り、さらにまたスループットを向上させるため、高速エ
ッチングレートが重要視されている。そのため、前記プ
ラズマ雰囲気でエッチングするにあたっては、例えば
1.0×1010cm-3以上(Ar(アルゴン)ガスプラ
ズマの場合には、5.0×1010cm-3以上)もの高密
度プラズマ雰囲気でエッチングすることが提案されてお
り、例えばプラズマ源としてもマグネトロン放電や、E
CR(Electron Cyclotron Resonance;電子サイクロト
ロン共鳴)、誘導結合型プラズマを用いた、高密度プラ
ズマを発生させるエッチング装置が使用されることがあ
る。
Further, today, with the high integration of semiconductor devices, the etching process itself is required to be further miniaturized, and in order to further improve the throughput, a high-speed etching rate is emphasized. Therefore, when etching in the plasma atmosphere, for example, a high density plasma atmosphere of 1.0 × 10 10 cm −3 or more (5.0 × 10 10 cm −3 or more in the case of Ar (argon) gas plasma). It has been proposed to etch with a magnetron discharge or E as a plasma source.
An etching apparatus that generates high-density plasma using CR (Electron Cyclotron Resonance) or inductively coupled plasma may be used.

【0004】ところで、前記HBrガスを用いて、ウエ
ハ上のポリシリコン膜をエッチングした場合、処理する
ウエハの枚数が増加するにつれて、エッチングレートが
次第に低下する傾向がみられる。これは、レジスト中の
カーボンと、HBr中のイオンとが反応し、C−Brx
系、C−Hx系の化合物が浮遊したり、処理容器内壁に
付着するためだと考えられている。
When the HBr gas is used to etch a polysilicon film on a wafer, the etching rate tends to gradually decrease as the number of wafers to be processed increases. This is because the carbon in the resist reacts with the ions in HBr, and C-Brx
It is considered that this is because a system-based or C-Hx-based compound floats or adheres to the inner wall of the processing container.

【0005】そのため従来は、例えば所定枚数をエッチ
ングする毎にラインを止めて、処理容器内にO2ガスを
導入して、酸素プラズマによって処理容器内をクリーニ
ングすることが行われたり、また特開平1−24112
8号公報に開示されているように、O2ガスをエッチン
グガス中に当初から添加してエッチングすることが提案
されていた。
Therefore, conventionally, for example, every time a predetermined number of etchings are performed, the line is stopped, O 2 gas is introduced into the processing container, and the inside of the processing container is cleaned with oxygen plasma. 1-24112
As disclosed in Japanese Patent No. 8, it has been proposed to add O 2 gas to the etching gas from the beginning to perform etching.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発明者
らの実験によれば、所定枚数の処理終了毎に処理容器内
にO2ガスを導入して、酸素プラズマによって処理容器
内をクリーニングする方法によっても、プラズマ密度が
1010cm-3以上(Arガスプラズマの場合には、5.
0×1010cm-3以上)の高密度プラズマ雰囲気でエッ
チングした場合、HBrガスを主成分とするエッチング
ガスを使用すると、依然として処理を重ねるごとにエッ
チングレートが急激に低下する傾向は改善されないこと
が判明した。
However, according to the experiments by the inventors, according to a method of introducing O 2 gas into the processing container every time a predetermined number of processes are completed and cleaning the inside of the processing container with oxygen plasma. The plasma density is 10 10 cm −3 or more (in the case of Ar gas plasma, 5.
In the case of etching in a high density plasma atmosphere of 0 × 10 10 cm −3 or more), if an etching gas containing HBr gas as a main component is used, the tendency that the etching rate sharply decreases with each treatment is not improved. There was found.

【0007】これは、次のようなことが原因と考えられ
る。即ち低密度プラズマの場合と異なり、プラズマ密度
が1010cm-3以上(Arガスプラズマの場合には、
5.0×1010cm-3以上)の高密度プラズマ雰囲気で
エッチングした場合、水素原子の発生する赤色プラズマ
発光が強くなる。そして低密度プラズマの場合と比較す
ると、解離がより進み、より多重のBr活性主が生成さ
れているものと思われる。この結果、Brとレジスト又
はポリシリコンが反応した結果生ずる反応生成物が処理
容器内に浮遊したり、処理容器内壁に付着するためだと
考えられる。
It is considered that this is due to the following reasons. That is, unlike the case of low density plasma, the plasma density is 10 10 cm −3 or more (in the case of Ar gas plasma,
When it is etched in a high density plasma atmosphere of 5.0 × 10 10 cm −3 or more), red plasma emission generated by hydrogen atoms becomes strong. Then, it is considered that the dissociation progresses further and more multiple Br active principals are generated as compared with the case of the low density plasma. As a result, it is considered that the reaction product generated as a result of the reaction between Br and the resist or polysilicon floats in the processing container or adheres to the inner wall of the processing container.

【0008】またエッチングガス中にO2ガスをエッチ
ング処理の当初から添加したり、エッチング処理の途中
で添加してエッチングすると、所期の高速エッチングレ
ートが得られなかったり、流量の微小な変化により、エ
ッチング特性がばらつくおそれもある。
Further, if O 2 gas is added to the etching gas from the beginning of the etching process, or if it is added and etched during the etching process, the desired high-speed etching rate may not be obtained, or the flow rate may change slightly. However, the etching characteristics may vary.

【0009】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、前記した高密度プラズマ雰囲気の下でエッチング
する場合、ウエハなどの被処理基板の処理枚数が増加し
ても、高速エッチングレートを維持できるエッチング方
法を提供して、前記問題の解決を図ることを目的として
いる。
The present invention has been made in view of the above points, and maintains a high etching rate even when the number of processed substrates such as wafers increases when etching is performed in the above-described high-density plasma atmosphere. An object of the present invention is to provide a possible etching method and solve the above problems.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1によれば、エッチングガスを処理容器内に
導入して、プラズマ密度が、このエッチングガスに対し
て1010cm-3以上のプラズマ雰囲気で処理容器内の被
処理基板に対してエッチング処理を行うエッチング方法
において、エッチング終了直後(好ましくはエッチング
終了と同時)に前記エッチングガスを含めた総流量の3
%以上の流量で、前記エッチングガスに対してO2を混
入すると共に、引き続いてプラズマを1〜5秒間発生さ
せることを特徴とする、エッチング方法が提供される。
ここでエッチングガスに対して混入するO2の流量は、
エッチングガスを含めた総流量の3%以上、好ましく
は、50%〜100%がよい。またエッチング終了後の
プラズマ発生時間は、前記したように1〜5秒間でよい
が、より好ましくは1〜3秒の間がよい。またここで本
発明の所期の作用効果が得られるエッチングガスの例と
しては、実質的にHBrガスを主成分とするエッチング
ガスの他に、実質的にHClを主成分とするガスや、実
質的にCl2を主成分とするガスが挙げられる。
In order to achieve the above object, according to claim 1, an etching gas is introduced into the processing container so that the plasma density is 10 10 cm -3 or more with respect to this etching gas. In the etching method of performing the etching process on the substrate to be processed in the processing container in the plasma atmosphere, the total flow rate including the etching gas is 3 immediately after the etching is finished (preferably at the same time as the etching is finished).
An etching method is provided, wherein O 2 is mixed into the etching gas at a flow rate of not less than%, and plasma is subsequently generated for 1 to 5 seconds.
Here, the flow rate of O 2 mixed with the etching gas is
The total flow rate including the etching gas is 3% or more, preferably 50% to 100%. The plasma generation time after completion of etching may be 1 to 5 seconds as described above, but more preferably 1 to 3 seconds. In addition, as an example of the etching gas that can obtain the intended function and effect of the present invention, in addition to the etching gas containing HBr gas as a main component, a gas containing HCl as a main component or Specifically, a gas containing Cl 2 as a main component can be used.

【0011】またこの場合、請求項2に記載したよう
に、エッチングガスとして実質的にHBrガスを主成分
とするエッチングガス、即ちHBrガスの単ガスやHB
rガスを全体の80%以上含有するガスを処理容器内に
導入してエッチングするエッチング処理において、特に
効果が大きい。また実質的にHBrガスを主成分とする
エッチングガスに混入するO2の量は、この実質的にH
Brガスを主成分とするエッチングガスを含めた総流量
の3%以上、好ましくは、50%〜100%がよい。ま
たエッチング終了後のプラズマ発生時間は、好ましくは
1〜5秒、さらに好ましくは、1〜3秒の間がよい。
Further, in this case, as described in claim 2, an etching gas containing HBr gas as a main component is substantially used as an etching gas, that is, a single HBr gas or HB gas.
The effect is particularly great in an etching process in which a gas containing 80% or more of r gas is introduced into a processing container for etching. Also, the amount of O 2 mixed in the etching gas containing HBr gas as a main component is substantially
It is 3% or more, preferably 50% to 100%, of the total flow rate including the etching gas containing Br gas as a main component. The plasma generation time after completion of etching is preferably 1 to 5 seconds, more preferably 1 to 3 seconds.

【0012】さらに請求項3によれば、被処理基板を処
理容器内に搬入して、処理容器内の載置台にこの被処理
基板を保持する第1の工程と、実質的にHBrガスを主
成分とするエッチングガス(即ちHBrガスの単独ガス
やHBrガスを80%以上含有するガス)を処理容器内
に導入する第2の工程と、プラズマ密度が、このエッチ
ングガスに対して1010cm-3以上のプラズマを処理容
器内に発生させると共に、前記被処理基板に対してバイ
アス電圧を印加する第3の工程と、エッチング終了直後
に前記バイアス電圧の印加を停止する第4の工程と、前
記プラズマの発生を停止して前記エッチングガスの導入
を停止する第5の工程とを有するエッチング方法におい
て、前記第4の工程と第5の工程との間に、実質的にH
Brガスを主成分とするエッチングガスを含めた総流量
の3%以上の流量で、O2を処理容器内に1〜5秒間導
入する工程を加えたことを特徴とする、エッチング方法
が提供される。
Further, according to the third aspect, the first step of loading the substrate to be processed into the processing container and holding the substrate to be processed on the mounting table in the processing container, and substantially using HBr gas as a main component. A second step of introducing an etching gas as a component (that is, a single gas of HBr gas or a gas containing 80% or more of HBr gas) into the processing container, and a plasma density of 10 10 cm − with respect to this etching gas. A third step of applying three or more plasmas in the processing container and applying a bias voltage to the substrate to be processed, a fourth step of stopping the application of the bias voltage immediately after the end of etching, A fifth step of stopping the generation of plasma and stopping the introduction of the etching gas, wherein a substantial amount of H is provided between the fourth step and the fifth step.
Provided is an etching method characterized by adding a step of introducing O 2 into a processing container for 1 to 5 seconds at a flow rate of 3% or more of a total flow rate including an etching gas containing Br gas as a main component. It

【0013】また実質的にHBrガスを主成分とするエ
ッチングガスに混入するO2の量は、好ましくは、HB
rガスを主成分とするエッチングガスを含めた総流量の
50%〜100%がよい。またO2を導入する時間につ
いては、好ましくは1〜5秒、さらに好ましくは、1〜
3秒の間がよい。そしてこのO2を導入する時間の経過
後、プラズマを停止させることになる(第5の工程)。
したがってO2を導入している間は、処理容器内はプラ
ズマ雰囲気である。
Further, the amount of O 2 mixed in the etching gas containing HBr gas as a main component is preferably HB.
50% to 100% of the total flow rate including the etching gas containing r gas as a main component is preferable. The time for introducing O 2 is preferably 1 to 5 seconds, more preferably 1 to 5 seconds.
3 seconds is good. Then, after the lapse of the time of introducing O 2 , the plasma is stopped (fifth step).
Therefore, the inside of the processing container is in a plasma atmosphere while O 2 is being introduced.

【0014】請求項1〜3のエッチング方法によれば、
2を導入した際に生ずる酸素ラジカルやエッチングガ
ス中の特定の物質(例えばエッチングガスが実質的にH
Brガスの場合にはBrの酸化物)と、エッチング直後
にチャンバ内に浮遊したり、処理容器内表面の堆積して
いる堆積種や堆積物(例えばBrとレジスト又はポリシ
リコンが反応した結果生ずる反応生成物)とが反応し
て、排気を通じてそのまま処理容器外へ排出されると考
えられる(この種のエッチング処理においては、処理中
も常時排気されている)。従って、高密度プラズマ雰囲
気の下でエッチング処理枚数を重ねていっても、通常の
所定枚数毎に行ういわゆる酸素プラズマクリーニング直
後の高速エッチングレートを維持できる。即ちエッチン
グ処理を連続して行っても、エッチングレートは低下し
ない。
According to the etching method of claims 1 to 3,
Oxygen radicals generated when O 2 is introduced or a specific substance in the etching gas (for example, the etching gas is substantially H 2
In the case of Br gas, it occurs as a result of a reaction between Br oxide and Br oxide, floating in the chamber immediately after etching, or a deposit species or deposit (for example, Br and resist or polysilicon) accumulated on the inner surface of the processing container. It is considered that the reaction product) reacts with the reaction product and is directly discharged to the outside of the processing container through exhaust (in this type of etching process, the exhaust gas is constantly exhausted during the process). Therefore, even if the number of etching treatments is repeated under a high-density plasma atmosphere, a high-speed etching rate immediately after the so-called oxygen plasma cleaning, which is usually performed for each predetermined number, can be maintained. That is, the etching rate does not decrease even if the etching process is continuously performed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明すると、図1は本実施の形態にかかるエッ
チング方法を実施するために用いたエッチング装置1の
断面を示しており、このエッチング装置1における処理
室2は、絶縁材、例えば石英系の材質からなる円筒形状
の処理容器3内に形成され、この処理室2は気密に閉塞
自在に構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross section of an etching apparatus 1 used for carrying out an etching method according to the present embodiment. The processing chamber 2 in the etching apparatus 1 is formed in a cylindrical processing container 3 made of an insulating material such as a quartz material, and the processing chamber 2 is airtightly closed.

【0016】前記処理室2内の底部には、被処理基板で
あるウエハWを載置するための略円柱状のサセプタ4が
収容されている。このサセプタ4は、例えば酸化アルマ
イト処理されたアルミニウムからなっている。そしてこ
のサセプタ4内には、冷媒が流通する冷媒循環路5が形
成されており、冷媒導入管6から導入された冷媒は、こ
の冷媒循環路5内を巡って冷媒排出管7から処理容器3
外部に排出されるようになっている。かかる構成によ
り、サセプタ4及び前記ウエハWを所定の温度に冷却す
ることが可能になっている。また同時にサセプタ4内
に、例えばセラミックヒータなどの加熱手段を別途を設
け、適宜の温度センサによる制御によって該加熱手段を
コントロールし、前記した冷媒循環路5の作用と共に、
ウエハWを所定温度に制御する構成としてもよい。この
場合には、より微細な温度調整が可能である。
At the bottom of the processing chamber 2, a substantially columnar susceptor 4 for mounting a wafer W, which is a substrate to be processed, is housed. The susceptor 4 is made of, for example, aluminum that has been subjected to anodized alumite treatment. A refrigerant circulation path 5 through which the refrigerant flows is formed in the susceptor 4, and the refrigerant introduced from the refrigerant introduction pipe 6 circulates in the refrigerant circulation path 5 and flows from the refrigerant discharge pipe 7 to the processing container 3
It is designed to be discharged to the outside. With this configuration, the susceptor 4 and the wafer W can be cooled to a predetermined temperature. At the same time, a heating means such as a ceramic heater is separately provided in the susceptor 4, and the heating means is controlled by the control of an appropriate temperature sensor.
The wafer W may be controlled to a predetermined temperature. In this case, finer temperature adjustment is possible.

【0017】前記サセプタ4上には、ウエハWを吸着保
持するための静電チャック11が設けられている。この
静電チャック11は、例えば導電性の薄膜をポリイミド
系の樹脂フィルムによって上下から挟持した構成を有
し、処理容器3の外部に設置されている高圧直流電源1
2からの所定の直流電圧、例えば1.5kV〜2kVの
電圧が前記導電性の薄膜に印加されると、前記樹脂フィ
ルム上に発生する電荷に基づいたクーロン力によって、
静電チャック11上に載置されたウエハWは、この静電
チャック11の上面に吸着保持されるようになってい
る。
An electrostatic chuck 11 for attracting and holding the wafer W is provided on the susceptor 4. The electrostatic chuck 11 has a configuration in which, for example, a conductive thin film is sandwiched between polyimide resin films from above and below, and the high-voltage DC power supply 1 installed outside the processing container 3
When a predetermined DC voltage from 2, for example, a voltage of 1.5 kV to 2 kV is applied to the conductive thin film, the Coulomb force based on the charges generated on the resin film causes
The wafer W placed on the electrostatic chuck 11 is sucked and held on the upper surface of the electrostatic chuck 11.

【0018】また前記サセプタ4内には、処理容器3底
部を貫設した伝熱ガス導入管13が設けられ、前記静電
チャック11上面に開口したガス流路14と接続されて
いる。そして処理容器3外部から供給される適宜の伝熱
ガス、例えばHe(ヘリウム)ガスが、前記伝熱ガス導
入管13、ガス流路14を通じて、静電チャック11上
に保持されているウエハWの裏面に供給されると、ウエ
ハWと静電チャック11、即ちサセプタ4との間の熱伝
達効率が向上するようになっている。
In the susceptor 4, there is provided a heat transfer gas introducing pipe 13 penetrating the bottom of the processing container 3 and connected to a gas flow passage 14 opened on the upper surface of the electrostatic chuck 11. An appropriate heat transfer gas, such as He (helium) gas, supplied from the outside of the processing container 3 is transferred to the wafer W held on the electrostatic chuck 11 through the heat transfer gas introduction pipe 13 and the gas flow path 14. When supplied to the back surface, the heat transfer efficiency between the wafer W and the electrostatic chuck 11, that is, the susceptor 4 is improved.

【0019】なおサセプタ4の上面外周縁における静電
チャック11の周囲に、この静電チャック11を取り囲
むようにして、絶縁性を有する環状のフォーカスリング
を適宜設ければ、エッチャントイオンをウエハWに対し
て効率よく入射させることができる。
If an annular focus ring having an insulating property is appropriately provided around the electrostatic chuck 11 on the outer peripheral edge of the upper surface of the susceptor 4 so as to surround the electrostatic chuck 11, etchant ions can be applied to the wafer W. It is possible to make the light incident efficiently.

【0020】前記処理容器3内の上部には、エッチング
ガスなどのガスを処理容器3内に導入して、当該ガスを
ウエハWに対して、均一に供給するためのシャワーヘッ
ド21が設けられている。このシャワーヘッド21は、
その内部にバッフル空間Sを形成した中空構造を有し、
ウエハWとの対向面となる下面21aには、このバッフ
ル空間Sに通ずる拡散孔21bが多数形成されている。
A shower head 21 for introducing a gas such as an etching gas into the processing container 3 and uniformly supplying the gas to the wafer W is provided in the upper portion of the processing container 3. There is. This shower head 21
It has a hollow structure in which a baffle space S is formed,
A large number of diffusion holes 21b communicating with the baffle space S are formed on the lower surface 21a which is the surface facing the wafer W.

【0021】さらに前記シャワーヘッド21には、ガス
導入管22が接続され、このガス導入管22は、対応す
るバルブ23、24、対応する流量調整のためのマスフ
ローコントローラ25、26各々介して、対応するガス
供給源27、28に接続されている。そしてガス供給源
27からはエッチングガスしてHBrガスが、ガス供給
源28からは、O2ガスがそれぞれシャワーヘッド21
に供給されるようになっている。
Further, a gas introducing pipe 22 is connected to the shower head 21, and the gas introducing pipe 22 is provided with corresponding valves 23, 24 and corresponding mass flow controllers 25, 26 for adjusting the flow rate, respectively. Is connected to the gas supply sources 27 and 28. Then, the etching gas from the gas supply source 27 is HBr gas, and the O 2 gas from the gas supply source 28 is the shower head 21.
It is supplied to.

【0022】次にこのエッチング装置1の排気系につい
ていうと、処理容器3の底部には排気管32が接続さ
れ、この排気管32は、ターボ分子ポンプなどの真空引
き手段31に接続されている。またサセプタ4の周囲に
は、多数の小孔を有するバッフル板33が設けられてい
る。したがって、この真空引き手段32の作動によって
処理容器3内の雰囲気は、バッフル板33を介して均一
に真空引きされ、例えば10mTorrまでの任意の減
圧度まで真空引きして、これを維持することが可能であ
る。
Next, regarding the exhaust system of the etching apparatus 1, an exhaust pipe 32 is connected to the bottom of the processing container 3, and the exhaust pipe 32 is connected to a vacuuming means 31 such as a turbo molecular pump. . A baffle plate 33 having a large number of small holes is provided around the susceptor 4. Therefore, the atmosphere in the processing container 3 is uniformly evacuated through the baffle plate 33 by the operation of the evacuation means 32, and the atmosphere can be evacuated to an arbitrary decompression degree of, for example, 10 mTorr and maintained. It is possible.

【0023】次にこのエッチング装置1の高周波電力の
供給系について説明すると、まず下サセプタ4に対して
は、ウエハWに対してバイアス電圧を印加するため、例
えば周波数が13.56MHzの高周波電力を出力する
第1の高周波電源41が、ブロッキングコンデンサなど
を有する整合器42を介して接続されている。
Next, the high-frequency power supply system of the etching apparatus 1 will be described. First, since a bias voltage is applied to the lower susceptor 4 with respect to the wafer W, a high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz is supplied. The first high frequency power supply 41 for output is connected via a matching unit 42 having a blocking capacitor or the like.

【0024】一方処理容器3内にプラズマを発生させる
ための構成については、次のようになっている。まず、
処理容器3の外周には、図2にも示したような、静電シ
ールド部材43が配されている。この静電シールド43
の材質は、アルミニウム材からなり、その表面にはAg
(銀)メッキされ、高い導電性を確保している。この静
電シールド部材43は、接地線44によって接地されて
いる。
On the other hand, the structure for generating plasma in the processing container 3 is as follows. First,
An electrostatic shield member 43 as shown in FIG. 2 is arranged on the outer periphery of the processing container 3. This electrostatic shield 43
The material of is made of aluminum, and the surface is made of Ag.
It is plated with (silver) to ensure high conductivity. The electrostatic shield member 43 is grounded by a ground wire 44.

【0025】前記静電シールド部材43は、全体として
は処理容器3の外周を囲み得る筒状の形態をなし、さら
にこの静電シールド部材43の周囲には、縦方向に形成
されて貫通したスリット43aが、所定間隔の下でその
全周に形成されている。したがって、アンテナ45によ
って生成されるプラズマに垂直な電場のみを通すと共
に、スリット43aによって、静電シールド部材43に
渦電流が発生することを防止できる。これにより、後述
のアンテナ45によって処理容器3内に発生したプラズ
マは、偏りやねじれがなく、極めて安定したものとな
る。
The electrostatic shield member 43 has a cylindrical shape as a whole so as to surround the outer periphery of the processing container 3, and a slit formed in the longitudinal direction and penetrating the periphery of the electrostatic shield member 43. 43a is formed in the whole circumference under a predetermined interval. Therefore, it is possible to pass only an electric field perpendicular to the plasma generated by the antenna 45, and it is possible to prevent the slit 43a from generating an eddy current in the electrostatic shield member 43. As a result, the plasma generated in the processing container 3 by the antenna 45, which will be described later, is extremely stable without being biased or twisted.

【0026】そしてこの静電シールド部材43の外周
に、適宜の距離を隔てて、アンテナ45が螺旋状に配置
されている。さらにこのアンテナ45には、整合器46
を介して第2の高周波電源47が接続され、この第2の
高周波電源47から、例えば13.56MHzの高周波
が所定のパワーでアンテナ45に供給されると、処理容
器3内の処理室2に、HBrガスに対して電子密度が
1.0×1011cm-3程度の高密度プラズマが発生する
ようになっている。またアンテナ45の他端は開放され
ている。
An antenna 45 is spirally arranged on the outer periphery of the electrostatic shield member 43 at an appropriate distance. Further, this antenna 45 has a matching unit 46
A second high frequency power source 47 is connected via the second high frequency power source 47, and when a high frequency of 13.56 MHz, for example, is supplied from the second high frequency power source 47 to the antenna 45 with a predetermined power, the second high frequency power source 47 is supplied to the processing chamber 2 in the processing container 3. , HBr gas, high density plasma having an electron density of about 1.0 × 10 11 cm −3 is generated. The other end of the antenna 45 is open.

【0027】次に前記構成のエッチング装置1の制御系
について説明すると、前出静電チャック11を作動させ
る高圧直流電源12、ガス供給源27、28からのガス
導入のタイミング、そのときの流量を担う、バルブ2
3、24及びマスフローコントローラ25、26、処理
室2内を減圧する真空引き手段31、さらにはウエハW
に対してバイアス電圧を印加する第1の高周波電源4
1、処理容器3内にプラズマを発生させる第2の高周波
電源47等は、全て制御装置48によって制御されるよ
うになっている。
Next, the control system of the etching apparatus 1 having the above-described structure will be described. The timing of gas introduction from the high-voltage DC power supply 12 for operating the electrostatic chuck 11 and the gas supply sources 27 and 28, and the flow rate at that time will be described. To carry, valve 2
3, 24, the mass flow controllers 25, 26, the vacuuming means 31 for reducing the pressure in the processing chamber 2, and the wafer W.
First high frequency power source 4 for applying a bias voltage to the
First, the second high frequency power source 47 for generating plasma in the processing container 3 and the like are all controlled by the control device 48.

【0028】本実施の形態にかかるエッチング方法を実
施するために用いたエッチング装置1の主要部は以上の
ように構成されているが、このエッチング装置1の側面
には、例えばゲートバルブ(図示せず)を介して、搬送
アームなどのウエハ搬送手段等が収容されているロード
ロック室(図示せず)が並設されている。
The main part of the etching apparatus 1 used for carrying out the etching method according to the present embodiment is constructed as described above. On the side surface of the etching apparatus 1, for example, a gate valve (not shown) is provided. Load lock chambers (not shown) accommodating wafer transfer means such as transfer arms are arranged in parallel.

【0029】次に前記構成になるエッチング装置1を用
いて、例えばウエハW上のポリシリコン膜をエッチング
する場合のプロセス等について説明すると、まず前記ロ
ードロック室(図示せず)からウエハWが処理室2内に
搬入され、静電チャック11上に載置されると、高圧直
流電源12から所定の電圧が静電チャック11内の導電
性の薄膜に印加されて、ウエハWはこの静電チャック1
1上に吸着、保持される。
Next, using the etching apparatus 1 having the above-described structure, for example, a process for etching a polysilicon film on the wafer W will be described. First, the wafer W is processed from the load lock chamber (not shown). When the wafer W is loaded into the chamber 2 and placed on the electrostatic chuck 11, a predetermined voltage is applied from the high-voltage DC power supply 12 to the conductive thin film in the electrostatic chuck 11, and the wafer W is transferred to the electrostatic chuck 11. 1
1 is adsorbed and held on top.

【0030】次いで処理室2内が、真空引き手段31に
よって真空引きされていき、他方ガス供給源27からエ
ッチングガスであるHBrガスが所定の流量(例えば1
00sccm)でシャワーヘッド21からウエハWに供
給され、処理室2の圧力が所定の減圧度、例えば40m
Torrに設定、維持される。
Next, the inside of the processing chamber 2 is evacuated by the evacuation means 31, while the HBr gas as the etching gas from the gas supply source 27 has a predetermined flow rate (for example, 1).
Is supplied to the wafer W from the shower head 21 at a pressure of 00 sccm), and the pressure in the processing chamber 2 is reduced to a predetermined pressure reduction degree, for example, 40 m
Set and maintained at Torr.

【0031】次いでアンテナ45に対して、第2の高周
波電源47から周波数が13.56MHz、パワーが3
kWの高周波電力が供給されると、処理容器3内の処理
室2に、プラズマが生起される。またサセプタ4に対し
て第1の高周波電源41から周波数が13.56MH
z、パワーが40Wのバイアス用の高周波電力が供給さ
れると、前記プラズマ中のエッチャントイオンがウエハ
W表面のポリシリコン膜をエッチングしていく。
Next, with respect to the antenna 45, the frequency is 13.56 MHz and the power is 3 from the second high frequency power source 47.
When high-frequency power of kW is supplied, plasma is generated in the processing chamber 2 inside the processing container 3. Further, the frequency from the first high frequency power supply 41 to the susceptor 4 is 13.56 MH.
When high frequency bias power having a power of 40 W is supplied, the etchant ions in the plasma etch the polysilicon film on the surface of the wafer W.

【0032】そしてエッチングが終了した時点で、まず
第1の高周波電源41からのバイアス用の高周波電力の
供給を停止する。次いでガス供給源28からO2ガスを
所定流量、例えば100sccm、即ちHBrガスと同
流量で処理室2に供給する。この間、第2の高周波電源
47から周波数が13.56MHz、パワーが3kWの
高周波電力は引き続いてアンテナ45に供給されてい
る。
When the etching is completed, first, the supply of the bias high frequency power from the first high frequency power supply 41 is stopped. Next, O 2 gas is supplied to the processing chamber 2 from the gas supply source 28 at a predetermined flow rate, for example, 100 sccm, that is, the same flow rate as the HBr gas. During this period, the second high frequency power source 47 continues to supply the high frequency power having the frequency of 13.56 MHz and the power of 3 kW to the antenna 45.

【0033】そして所定時間、例えば2秒経過後、直ち
にO2ガス及びHBrガスの供給を停止し、また第2の
高周波電源47からの高周波電力の供給も停止する。そ
の後高圧直流電源12からの静電チャック11への電圧
の印加を停止して、エッチング処理が終了したウエハW
を前出ウエハ搬送手段によって、処理容器3外へ搬送す
ることになる。以上のプロセスにおける静電チャック1
1の作動、HBrガスの導入、O2ガスの導入、第1の
高周波電源41のON−OFF、第2の高周波電源47
のON−OFFのタイミングを、図3のタイミングチャ
ートに示した(なお図3のタイミングチャートにおいて
は、横軸は時間の経過を示しているが、例えばこのタイ
ミングチャートにおける実際のエッチング処理の時間と
2ガスの導入時間との割合は、実際の時間の比とはな
っていない。即ち図3のタイミングチャートは、あくま
でもタイミングのみを示している)。
Then, after a lapse of a predetermined time, for example, 2 seconds, the supply of O 2 gas and HBr gas is immediately stopped, and the supply of high frequency power from the second high frequency power supply 47 is also stopped. After that, the application of voltage from the high-voltage DC power supply 12 to the electrostatic chuck 11 is stopped, and the wafer W for which the etching process has been completed
Is transferred to the outside of the processing container 3 by the wafer transfer means. Electrostatic chuck 1 in the above process
1 operation, introduction of HBr gas, introduction of O 2 gas, ON-OFF of first high frequency power supply 41, second high frequency power supply 47
The ON-OFF timing of is shown in the timing chart of FIG. 3 (note that in the timing chart of FIG. 3, the horizontal axis indicates the passage of time. The ratio with the introduction time of O 2 gas is not the ratio of the actual time (that is, the timing chart of FIG. 3 shows only the timing).

【0034】その後、再び未処理のウエハWを処理容器
3内に搬入して、以後同様な手順でエッチング処理を行
い、エッチングが終了した直後に、再びO2ガスの供給
等、前記プロセスと同じプロセスを実施する。
After that, the unprocessed wafer W is again loaded into the processing chamber 3, and thereafter, the etching process is performed in the same procedure. Immediately after the etching is completed, the O 2 gas is supplied again and the same process as the above process is performed. Carry out the process.

【0035】このようにしてウエハWに対するエッチン
グ処理が終了した直後に、その都度プラズマ雰囲気下に
ある処理容器3内に引き続いてO2ガスの混入プロセス
を加入することにより、ウエハWの処理を連続的に行っ
ていっても、エッチングレートは低下しない。
Immediately after the etching process on the wafer W is completed in this way, the process of mixing the O 2 gas is successively added into the process container 3 under the plasma atmosphere, so that the process of the wafer W is continued. The etching rate does not decrease even if it is carried out.

【0036】このことを図4のグラフに基づいて説明す
る。図4は、従来のプロセス、即ちエッチング処理が終
了すると直ちに、HBrガスの供給と、第1の高周波電
源41、第2の高周波電源47からの高周波電力の供給
を各々停止し、次いで静電チャックをOFFにしてウエ
ハWを搬出するプロセスと、前記実施形態にかかるプロ
セス、即ちエッチング終了時に第1の高周波電源41の
みを停止して、HBrガスにO2ガスを同流量で2秒間
流す工程を加えたプロセスの、各々処理容器3内を酸素
プラズマでクリーニングした直後からの、ウエハのエッ
チング処理枚数とエッチングレートとの関係を示してい
る。なおエッチング条件は、各プロセスとも前記実施形
態と同一の条件、即ち、第1の高周波電源41のパワー
が40W、第2の高周波電源47のパワーが3kW、H
Brガスの流量が100sccmである。
This will be described with reference to the graph of FIG. In FIG. 4, the supply of HBr gas and the supply of high-frequency power from the first high-frequency power supply 41 and the second high-frequency power supply 47 are stopped immediately after the conventional process, that is, the etching process is completed, and then the electrostatic chuck is performed. Is turned off and the wafer W is unloaded, and the process according to the above-described embodiment, that is, the step of stopping only the first high-frequency power supply 41 at the end of etching and flowing O 2 gas to HBr gas at the same flow rate for 2 seconds. The relationship between the number of wafers subjected to etching processing and the etching rate in each of the added processes immediately after cleaning the inside of the processing container 3 with oxygen plasma is shown. The etching conditions for each process are the same as those in the above-described embodiment, that is, the power of the first high-frequency power source 41 is 40 W, the power of the second high-frequency power source 47 is 3 kW, and H is H.
The flow rate of Br gas is 100 sccm.

【0037】これによれば、従来の方法では、ウエハの
処理を重ねていくにつれて、エッチングレートが低下し
ていくのに対し、本実施形態によれば、20枚以上ウエ
ハに対してエッチング処理を行っても、酸素プラズマク
リーニング直後のエッチングレートである450[nm
/min]を維持している。したがって、本実施形態に
かかるエッチング方法は、エッチングレートが低下せ
ず、高いエッチングレートをそのまま維持していること
が確認できる。
According to this, according to the conventional method, the etching rate decreases as the wafers are repeatedly processed, whereas according to the present embodiment, the etching process is performed on 20 or more wafers. Even if it is performed, the etching rate immediately after oxygen plasma cleaning is 450 [nm
/ Min] is maintained. Therefore, it can be confirmed that the etching method according to the present embodiment maintains a high etching rate without lowering the etching rate.

【0038】しかもO2ガスの導入時間が2秒間という
極めて短い時間であるから、スループットに与える影響
も小さい。むしろ定期的に行う酸素プラズマクリーニン
グの時間を鑑みれば、本発明では前記図4の特性からし
て、そのクリーニングサイクルを長くすることができる
ので、全体としてみれば、スループットが向上する。
Moreover, since the introduction time of O 2 gas is as short as 2 seconds, the influence on the throughput is small. Rather, in view of the time of periodical oxygen plasma cleaning, in the present invention, the cleaning cycle can be lengthened in view of the characteristics of FIG. 4, so that the throughput is improved as a whole.

【0039】前記実施の形態で用いたエッチング装置1
は、プラズマ源を誘導結合型とした装置であったが、本
発明はこれに限らず、電子密度がAr(アルゴン)プラ
ズマの場合に、5.0×1010cm-3以上の高密度プラ
ズマを発生させるエッチング装置であれば実施できる。
したがって、マグネトロン放電やECRを用いた装置で
も実施可能である。
Etching apparatus 1 used in the above embodiment
Was an inductively coupled plasma source, but the present invention is not limited to this, and when the electron density is Ar (argon) plasma, a high density plasma of 5.0 × 10 10 cm −3 or more is used. Any etching device can be used.
Therefore, it can be implemented by an apparatus using magnetron discharge or ECR.

【0040】また前記した実施の形態は、ウエハ上のポ
リシリコンをエッチングするプロセスとして説明した
が、これに限らず本発明はタングステンシリサイド(W
Six)やシリコンなどをエッチングする場合にも有効
であり、エッチングガスとして特にHBr(臭化水素)
ガスを実質的に用いるエッチング方法に効果が大きい。
もちろん被処理基板も、ウエハに限らず、LCD基板で
あってもよい。
Although the above-described embodiment has been described as a process of etching polysilicon on a wafer, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to tungsten silicide (W.
It is also effective when etching (Six) or silicon, and especially HBr (hydrogen bromide) is used as an etching gas.
The effect is great for an etching method that substantially uses gas.
Of course, the substrate to be processed is not limited to the wafer and may be an LCD substrate.

【0041】[0041]

【発明の効果】請求項1〜3のエッチング方法によれ
ば、高密度プラズマ雰囲気の下でエッチング処理枚数を
重ねていっても、通常の所定枚数毎に行う酸素プラズマ
クリーニング直後の高速エッチングレートを維持でき
る。またO2ガスの混入は、エッチング処理後であるか
ら、エッチング特性がばらついたり、処理に不測の事態
が起こるおそれはない。
According to the etching method of the first to third aspects, even if the number of etching treatments is repeated in a high-density plasma atmosphere, the high-speed etching rate immediately after oxygen plasma cleaning, which is usually performed for each predetermined number, is achieved. Can be maintained. Further, since the O 2 gas is mixed in after the etching treatment, there is no possibility that the etching characteristics will vary and an unexpected situation will occur in the treatment.

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

【図1】本発明の実施の形態にかかるエッチング方法を
実施するために用いたエッチング装置の断面説明図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of an etching apparatus used for carrying out an etching method according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のエッチング装置に用いた静電シールド部
材の斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of an electrostatic shield member used in the etching apparatus of FIG.

【図3】本発明の実施の形態にかかるエッチング方法の
タイミングチャートの説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a timing chart of the etching method according to the embodiment of the present invention.

【図4】従来のエッチング方法と本発明の実施の形態に
かかるエッチング方法におけるウエハの処理枚数とエッ
チングレートの関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of processed wafers and the etching rate in the conventional etching method and the etching method according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エッチング装置 2 処理室 3 処理容器 4 サセプタ 11 静電チャック 12 高圧直流電源 21 シャワーヘッド 22 ガス導入管 27、28 ガス供給源 41 第1の高周波電源 43 静電シールド部材 45 アンテナ 47 第2の高周波電源 W ウエハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Etching apparatus 2 Processing chamber 3 Processing container 4 Susceptor 11 Electrostatic chuck 12 High voltage DC power supply 21 Shower head 22 Gas introduction pipe 27, 28 Gas supply source 41 First high frequency power supply 43 Electrostatic shield member 45 Antenna 47 Second high frequency Power supply W wafer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エッチングガスを処理容器内に導入し
て、プラズマ密度が、1010cm-3以上のプラズマ雰囲
気で処理容器内の被処理基板に対してエッチング処理を
行うエッチング方法において、エッチング終了直後に前
記エッチングガスを含めた総流量の3%以上の流量で、
前記エッチングガスにO2を混入すると共に、引き続い
てプラズマを1〜5秒間発生させることを特徴とする、
エッチング方法。
1. An etching method in which an etching gas is introduced into a processing container to perform etching on a substrate to be processed in the processing container in a plasma atmosphere having a plasma density of 10 10 cm −3 or more. Immediately after that, at a flow rate of 3% or more of the total flow rate including the etching gas,
O 2 is mixed into the etching gas, and plasma is subsequently generated for 1 to 5 seconds,
Etching method.
【請求項2】 実質的にHBrガスを主成分とするエッ
チングガスを処理容器内に導入して、プラズマ密度が、
1010cm-3以上のプラズマ雰囲気で処理容器内の被処
理基板に対してエッチング処理を行うエッチング方法に
おいて、エッチング終了直後に前記HBrガスを主成分
とするエッチングガスを含めた総流量の3%以上の流量
で、前記HBrガスを主成分とするエッチングガスにO
2を混入すると共に、引き続いてプラズマを1〜5秒間
発生させることを特徴とする、エッチング方法。
2. An etching gas containing HBr gas as a main component is substantially introduced into the processing chamber to reduce the plasma density.
In an etching method for etching a substrate to be processed in a processing container in a plasma atmosphere of 10 10 cm −3 or more, 3% of the total flow rate including the etching gas containing HBr gas as a main component immediately after the etching is completed. With the above flow rate, the etching gas containing HBr gas as a main component is added to O
An etching method, wherein 2 is mixed and plasma is subsequently generated for 1 to 5 seconds.
【請求項3】 被処理基板を処理容器内に搬入して、処
理容器内の載置台にこの被処理基板を保持する第1の工
程と、実質的にHBrガスを主成分とするエッチングガ
スを処理容器内に導入する第2の工程と、プラズマ密度
が、1010cm-3以上のプラズマを処理容器内に発生さ
せると共に、前記被処理基板に対してバイアス電圧を印
加する第3の工程と、エッチング終了後に前記バイアス
電圧の印加を停止する第4の工程と、前記プラズマの発
生を停止して前記エッチングガスの導入を停止する第5
の工程とを有するエッチング方法において、前記第4の
工程と第5の工程との間に、前記実質的にHBrガスを
主成分とするエッチングガスを含めた総流量の3%以上
の流量で、O2を処理容器内に1〜5秒間導入する工程
を加えたことを特徴とする、エッチング方法。
3. A first step of loading a substrate to be processed into a processing container and holding the substrate to be processed on a mounting table in the processing container; and an etching gas substantially containing HBr gas as a main component. A second step of introducing into the processing container, and a third step of generating a plasma having a plasma density of 10 10 cm −3 or more in the processing container and applying a bias voltage to the substrate to be processed. A fourth step of stopping the application of the bias voltage after the etching, and a fifth step of stopping the generation of the plasma and stopping the introduction of the etching gas.
And a flow rate of 3% or more of the total flow rate including the etching gas containing HBr gas as a main component, between the fourth step and the fifth step. An etching method characterized by adding a step of introducing O 2 into the processing container for 1 to 5 seconds.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020532129A (en) * 2017-08-25 2020-11-05 アイクストロン、エスイー Surface preparation method and equipment before epitaxial deposition

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