KR20090103805A - Plasma processing apparatus and plasma etching method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피처리 기판에 플라즈마(plasma) 처리를 실시하는 기술에 관한 것으로서, 특히 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치 및 이것을 사용하는 플라즈마 에칭(etching) 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for performing a plasma treatment on a substrate to be treated, and more particularly, to a capacitively coupled plasma processing apparatus and a plasma etching method using the same.
반도체 디바이스나 FPD(Flat Panel Display)의 제조 프로세스에 있어서의 에칭(etching), 퇴적, 산화, 스퍼터링(sputtering) 등의 처리에서는 처리 가스에 비교적 저온에서 양호한 반응을 실행시키기 위해 플라즈마가 흔히 이용되고 있다. 종래부터, 낱장식의 플라즈마 처리 장치에서는 대구경(大口徑) 플라즈마를 용이하게 실현할 수 있는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치가 주류로 되고 있다. Plasma is often used in the process of etching, deposition, oxidation, sputtering, etc. in a semiconductor device or a manufacturing process of a flat panel display (FPD) to perform a good reaction at a relatively low temperature with a processing gas. . Background Art Conventionally, in the single-piece plasma processing apparatus, a capacitively coupled plasma processing apparatus capable of easily realizing large-diameter plasma has become a mainstream.
일반적으로, 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(chamber)로서 구성되는 처리용기내에 상부 전극과 하부 전극을 평행하게 배치하고, 하부 전극의 위에 피처리 기판(반도체 웨이퍼(wafer), 유리 기판 등)을 탑재하고, 양 전극간에 고주파를 인가한다. 그러면, 양 전극간에서 고주파 전계(電界)에 의해서 가속된 전자, 전극으로부터 방출된 2차 전자, 또는 가열된 전자가 처리 가스의 분자와 전리(電離) 충돌을 일으켜, 처리 가스의 플라즈마가 발생하고, 플라즈마중의 래디컬(radicals)이나 이온(ions)에 의해서 기판 표면에 원하는 미세가공 예를 들면 에칭 가공이 실시된다. In general, a capacitively coupled plasma processing apparatus arranges an upper electrode and a lower electrode in parallel in a processing chamber configured as a vacuum chamber, and processes a substrate (semiconductor wafer, glass substrate, etc.) on the lower electrode. ), And a high frequency is applied between both electrodes. Then, electrons accelerated by the high frequency electric field, secondary electrons emitted from the electrode, or heated electrons between the electrodes cause ionization collision with molecules of the processing gas, and plasma of the processing gas is generated. The desired microprocessing, for example, etching is performed on the surface of the substrate by radicals or ions in the plasma.
플라즈마 에칭 장치에 있어서는 플라즈마 생성(고주파 방전)에 바람직한 비교적 높은 주파수(통상 40㎒ 이상)의 제 1 고주파와 기판에의 이온의 인입(바이어스(bias))에 바람직한 비교적 낮은 주파수(통상 13.56㎒ 이하)의 제 2 고주파를 하부 전극에 동시에 인가하는 하부 2주파 인가 방식이 다용되고 있다. In the plasma etching apparatus, a relatively high frequency (typically 40 MHz or more), which is preferable for plasma generation (high frequency discharge), and a relatively low frequency (typically 13.56 MHz or less), which is preferable for the introduction (bias) of ions to a substrate. The lower 2 frequency application system which simultaneously applies the 2nd high frequency of to the lower electrode is used widely.
그런데, 대구경 플라즈마를 취급하는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치에서는 기판상의 각 위치에서 플라즈마 프로세스를 균일하게 하는 것이 곤란하고, 제품 양품률의 관점에서 이것을 해결하는 것이 큰 과제로 되어 있다. 일반적으로, 플라즈마 처리 장치에 있어서는 프로세스 파라미터(process parameter)(압력, RF파워, 가스종(種) 등)에 따라 챔버내의 플라즈마 밀도 분포가 변동하기 쉽기 때문에, 임의의 프로세스 조건 하에서 균일성이 좋은 프로세스 결과가 얻어져도, 가공 특성의 요구 사양에 맞추어 프로세스 조건을 변경하면, 균일성이 악화되는 경우가 많이 발생하고, 광범위한 프로세스 조건에 대해 항상 프로세스의 균일성을 보증할 수 있는 챔버 구조를 실현하는 것은 곤란하다. 특히, 기판상의 다층 구조의 막을 복수의 스텝에서 연속적으로 에칭 가공하는 경우, 각 스텝 또는 각 피가공막마다 사용하는 프로세스 파라미터나 에칭 마스크(etching mask)의 재질이 다르므로, 모든 스텝을 통해 에칭 특성이 양호한 균일성을 얻는 것은 곤란하다. By the way, in the capacitively coupled plasma processing apparatus which handles large diameter plasma, it is difficult to make a plasma process uniform at each position on a board | substrate, and solving this from a viewpoint of product yield is a big subject. In general, in the plasma processing apparatus, the plasma density distribution in the chamber tends to vary according to process parameters (pressure, RF power, gas species, etc.), so that the process has good uniformity under any process conditions. Even if the results are obtained, the uniformity often deteriorates when the process conditions are changed in accordance with the requirements of the processing characteristics, and it is necessary to realize a chamber structure that can guarantee the uniformity of the process at all times over a wide range of process conditions. It is difficult. In particular, in the case where the multi-layered film on the substrate is etched continuously in a plurality of steps, the process parameters and etching masks used in each step or each of the processed films are different. It is difficult to obtain this good uniformity.
그 점에서, 플라즈마 밀도 분포를 가변하기 위해 종래 알려져 있는 전극의 임피던스를 전기 회로에서 제어하는 방법(특허문헌 1)은 액티브한 제어법이 아니기 때문에, 다종 다양한 프로세스 혹은 프로세스 조건의 변경에 대해 플렉시블(flexible)하게 대응하는 것이 곤란하여, 오늘날의 플라즈마 프로세스에서 요구되는 균일성의 레벨에 대해 불충분하였다. In this regard, since the method of controlling the impedance of an electrode known in the electric circuit (patent document 1) in order to vary the plasma density distribution is not an active control method, it is flexible to various kinds of processes or changes of process conditions. It was difficult to cope with, and was insufficient for the level of uniformity required in today's plasma processes.
(특허문헌 1) 일본국 특허공개공보 제2004-96066호 (Patent Document 1) Japanese Patent Laid-Open No. 2004-96066
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 피처리 기판상의 전자 밀도 혹은 프로세스 특성의 분포 특성을 용이하고 또한 자유롭게 제어할 수 있는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치를 제공 하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 각종 에칭 가공에 있어서 에칭 특성의 균일성을 향상시키는 플라즈마 에칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object thereof is to provide a capacitively coupled plasma processing apparatus which can easily and freely control the distribution characteristics of electron density or process characteristics on a substrate to be processed. Moreover, an object of this invention is to provide the plasma etching method which improves the uniformity of an etching characteristic in various etching processes.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 진공배기 가능한 처리용기와, 상기 처리용기내에서 피처리 기판을 탑재하는 하부 전극과, 상기 처리용기내에서 상기 하부 전극의 정면에 배치되는 내측 상부 전극과, 상기 처리용기내에서 상기 내측 상부 전극으로부터 절연해서 그 반경 방향 외측에 링형상으로 배치되는 외측 상부 전극과, 상기 내측 및 외측 상부 전극과 상기 하부 전극의 사이의 처리공간에 원하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급부와, 고주파 방전에 의해서 상기 처리 가스의 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파를 상기 하부 전극 혹은 상기 내측 및 외측 상부 전극에 인가하는 제 1 고주파 급전부와, 상기 내측 상부 전극에 가변(可變)의 제 1 직류 전압을 인가하는 제 1 직류 급전부와, 상기 외측 상부 전극에 가변의 제 2 직류 전압을 인가하는 제 2 직류 급전부를 갖는다. In order to achieve the above object, the plasma processing apparatus of the present invention is disposed in front of the lower electrode in the processing container, the lower electrode for mounting the substrate to be processed in the processing container, the vacuum dischargeable; Desired processing for an inner upper electrode, an outer upper electrode which is insulated from the inner upper electrode in the processing vessel, and arranged in a ring shape outside the radially outer side, and a processing space between the inner and outer upper electrodes and the lower electrode; A processing gas supply unit for supplying a gas, a first high frequency power supply unit for applying a first high frequency wave for generating a plasma of the processing gas by high frequency discharge to the lower electrode or the inner and outer upper electrodes, and the inner upper electrode A first DC power supply for applying a variable first DC voltage to the first DC power supply; And a second all-level direct current for applying a side of the second DC voltage.
상기의 구성에 있어서는 제 1 직류 급전부로부터 내측 상부 전극에 인가하는 제 1 직류 전압과 제 2 직류 급전부로부터 외측 상부 전극에 인가하는 제 2 직류 전압을 독립적으로 가변함으로써, 하부 전극에 탑재되는 기판상에서 전자 밀도 분포 혹은 프로세스 특성을 제어하는 것이 가능하고, 양 직류 전압의 적절한 조합에 의해 프로세스의 균일성을 향상시킬 수 있다. In the above configuration, the substrate mounted on the lower electrode is independently varied by varying the first DC voltage applied from the first DC feeder to the inner upper electrode and the second DC voltage applied from the second DC feeder to the outer upper electrode independently. It is possible to control the electron density distribution or the process characteristics in the phase, and the uniformity of the process can be improved by appropriate combination of both DC voltages.
본 발명의 바람직한 1형태로서, 제 1 및 제 2 직류 급전부가 각각 독립된 직류 전원을 가져도 좋다. 별도의 바람직한 1형태로서, 제 1 및 제 2 직류 급전부가 공통(단일)의 직류 전원을 갖고, 제 1 직류 급전부가 해당 직류 전원의 출력 단자와 내측 상부 전극의 사이에 접속되는 전압 강하용의 가변 저항기를 갖는 구성으로 해도 좋다. As one preferable aspect of the present invention, the first and second DC power supply units may have independent DC power supplies, respectively. As another preferable aspect, the variable for voltage drop in which a 1st and 2nd DC feeder has a common (single) DC power supply, and a 1st DC feeder is connected between the output terminal of the said DC power supply, and an inner upper electrode. It is good also as a structure which has a resistor.
또한, 제 2 직류 전압의 작용 효과를 강하게 하기 위해 내측 상부 전극보다도 외측 상부 전극을 하부 전극측으로 한층 돌출시켜 배치하는 구성도 바람직하다. Moreover, in order to strengthen the effect of a 2nd DC voltage, the structure which further protrudes and arrange | positions the outer upper electrode to the lower electrode side rather than an inner upper electrode is also preferable.
본 발명은 임의의 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하지만, 특히 플라즈마중의 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파를 하부 전극에 인가하는 제 2 고주파 급전부를 갖는 타입의 플라즈마 처리 장치에 바람직하게 적용할 수 있다. The present invention is applicable to any plasma processing apparatus, but is particularly preferably applicable to a plasma processing apparatus of a type having a second high frequency feeding portion for applying a second high frequency wave for introducing ions in the plasma to the lower electrode. .
본 발명의 제 1 관점에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은 본 발명의 상기 플라즈마 처리 장치를 이용하여 Si를 함유하는 절연막을 에칭 가공하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 상기 제 1 및 제 2 직류 전압이 모두 0V보다 크지 않고, 상기 제 2 직류 전압의 절대값이 상기 제 1 직류 전압의 절대값 이상인 것을 특징으로 한다. The plasma etching method according to the first aspect of the present invention is a plasma etching method for etching the insulating film containing Si using the plasma processing apparatus of the present invention, wherein both the first and second DC voltages are larger than 0V. Instead, the absolute value of the second DC voltage is equal to or greater than the absolute value of the first DC voltage.
본 발명의 더욱 구체적인 1형태에 있어서는 SiO2막에 콘택트 홀(contact hole)을 형성하는 에칭 가공에 있어서, 제 1 직류 전압이 -600V∼-150V로 선정되고, 제 2 직류 전압이 -1000V∼-150V로 선정된다. 제 2 고주파의 주파수는 2㎒∼3.2㎒로 선정되어도 좋다. 제 2 직류 전압을 가변함으로써, 기판 중심부의 에칭 레이트(etching rate)를 거의 또는 그다지 변경하지 않고 기판 에지(edge)부의 에칭 레이트를 효과적으로 가변하는 것이 가능하여, 에칭 레이트의 균일성을 향상시킬 수도 있다.In one more specific aspect of the present invention, in an etching process for forming a contact hole in a SiO 2 film, the first DC voltage is selected from -600V to -150V, and the second DC voltage is from -1000V to-. It is selected at 150V. The frequency of the second high frequency may be selected from 2 MHz to 3.2 MHz. By varying the second DC voltage, it is possible to effectively change the etching rate of the substrate edge portion with little or no change in the etching rate of the center portion of the substrate, thereby improving the uniformity of the etching rate. .
별도의 1형태에 있어서는 SiOC막에 비어 홀(via hole)을 형성하는 에칭 가공에 있어서, 제 1 직류 전압이 -900V∼-300V로 선정되고, 제 2 직류 전압이 -1500V∼-300V로 선정된다. 제 2 고주파의 주파수는 10㎒∼13.56㎒로 선정되어도 좋다. 또한, 처리 가스로서, 플로로카본(fluorocarbon) 가스와 불활성 가스와 O2 가스 또는 N2 가스를 포함하는 에칭 가스를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 제 2 직류 전압을 가변함으로써, 기판 중심부의 에칭 레이트를 거의 또는 그다지 변경하지 않고 기판 에지부의 에칭 레이트를 효과적으로 가변하는 것이 가능하여, 에칭 레이트의 균일성을 향상시킬 수도 있다.In another one aspect, in the etching process of forming a via hole in the SiOC film, the first DC voltage is selected from -900V to -300V, and the second DC voltage is selected from -1500V to -300V. . The frequency of the second high frequency may be selected from 10 MHz to 13.56 MHz. As the processing gas, an etching gas containing a fluorocarbon gas, an inert gas, an O 2 gas or an N 2 gas can be preferably used. In addition, by varying the second DC voltage, it is possible to effectively change the etching rate of the substrate edge portion with little or no change in the etching rate of the center portion of the substrate, thereby improving the uniformity of the etching rate.
별도의 1형태에 있어서는 다층 레지스트(resist)법에 있어서 중간층 또는 최하층의 SiN막에 마스크 패턴(mask pattern)을 전사(轉寫)하기 위한 에칭 가공에 있어서, 제 1 직류 전압이 -300V∼0V로 선정되고, 제 2 직류 전압이 -900V∼-300V로 선정된다. 제 2 고주파의 주파수는 10㎒∼13.56㎒로 선정되어도 좋다. 이 경우는 제 2 직류 전압을 가변함으로써, 역시 기판 중심부의 에칭 레이트를 거의 또는 그다지 변경하지 않고 기판 에지부의 에칭 레이트를 효과적으로 가변할 수 있을 뿐 아니라, 패턴의 CD 시프트(shift)도 기판 중심부에 비해 기판 에지부에서 효과적으로 가변할 수 있으므로, CD 균일성을 향상시킬 수 있다. In another embodiment, the first DC voltage is -300 V to 0 V in an etching process for transferring a mask pattern to a SiN film of an intermediate layer or a lower layer in a multilayer resist method. The second DC voltage is selected from -900V to -300V. The frequency of the second high frequency may be selected from 10 MHz to 13.56 MHz. In this case, by varying the second DC voltage, not only can the etching rate of the substrate center be changed, but also the etching rate of the substrate edge portion can be effectively changed, and the CD shift of the pattern is also lower than that of the substrate center. Since it can be effectively varied at the substrate edge portion, CD uniformity can be improved.
본 발명의 제 2 관점에 있어서의 플라즈마 에칭 방법은 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 유기막을 에칭 가공하는 플라즈마 에칭 방법으로서, 제 1 및 제 2 직류 전압이 모두 0V보다 크지 않고, 제 2 직류 전압의 절대값이 제 1 직류 전압의 절대값보다도 큰 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 제 1 직류 전압이 -100V∼0V로 선정되고, 제 2 직류 전압이 -900V∼0V로 선정된다. 제 2 고주파의 주파수는 10㎒∼13.56㎒로 선정되어도 좋다. 또한, 처리 가스로서, O2 가스 또는 N2 가스를 포함하는 에칭 가스를 바람직하게 사용할 수 있다. 이 경우는 제 2 직류 전압을 가변함으로써, 기판 에지부의 에칭 레이트를 거의 또는 그다지 변경하지 않고 기판 중심부의 에칭 레이트를 효과적으로 가변하는 것이 가능하여, 에칭 레이트의 균일성을 향상시킬 수도 있다.The plasma etching method according to the second aspect of the present invention is a plasma etching method for etching an organic film by using the plasma processing apparatus of the present invention, wherein both the first and second DC voltages are not greater than 0V, and the second DC voltage The absolute value of is greater than the absolute value of the first DC voltage. Preferably, the first DC voltage is selected from -100V to 0V and the second DC voltage is selected from -900V to 0V. The frequency of the second high frequency may be selected from 10 MHz to 13.56 MHz. As the processing gas, an etching gas containing an O 2 gas or an N 2 gas can be preferably used. In this case, by varying the second DC voltage, the etching rate of the center portion of the substrate can be effectively changed with little or no change in the etching rate of the substrate edge portion, thereby improving the uniformity of the etching rate.
본 발명의 플라즈마 처리 장치에 따르면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 피처리 기판상의 전자 밀도 혹은 프로세스 특성의 분포 특성을 용이하고 또한 자유롭게 제어할 수 있다. According to the plasma processing apparatus of the present invention, the distribution characteristics of the electron density or the process characteristics on the substrate to be processed can be easily and freely controlled by the above-described configuration and operation.
또한, 본 발명의 플라즈마 에칭 방법에 따르면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 각종 에칭 가공에 있어서 에칭 특성의 균일성을 향상시킬 수 있다. Moreover, according to the plasma etching method of this invention, the uniformity of an etching characteristic can be improved in various etching processes by the above structures and functions.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 있어서의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타내는 종단면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the capacitively coupled plasma etching apparatus in one Embodiment of this invention.
도 2는 실시형태에 있어서의 SiO2막 전면 에칭의 실험에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면.Figure 2 is a diagram showing the radial distribution characteristics of the etching rate (E / R) obtained in the experiment of the front etching SiO 2 film according to the embodiment.
도 3은 도 2의 에칭에 있어서 외측 상부 전극에 인가하는 제 2 직류 전압의 값을 바꾸었을 때의 E/R 변화율의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. 3 is a diagram showing an in-plane distribution characteristic of an E / R change rate when the value of the second DC voltage applied to the outer upper electrode in the etching of FIG. 2 is changed.
도 4는 실시형태에 있어서의 SiO2막에 콘택트 홀을 형성하는 HARC 에칭의 실험에서 얻어지는 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면.4 is a diagram showing in-plane distribution characteristics of an etching rate (E / R) obtained in an experiment of HARC etching in which contact holes are formed in a SiO 2 film according to an embodiment.
도 5는 도 4의 에칭에 있어서 외측 상부 전극에 인가하는 제 2 직류 전압의 값을 바꾸었을 때의 E/R 변화율의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. Fig. 5 is a diagram showing the in-plane distribution characteristic of the E / R change rate when the value of the second DC voltage applied to the outer upper electrode in the etching of Fig. 4 is changed.
도 6은 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에 있어서 내측 상부 전극과 외측 상부 전극의 사이에 전극 갭 방향에서 단차를 마련하는 구성을 나타내는 도면. FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which a step is provided in an electrode gap direction between an inner upper electrode and an outer upper electrode in the plasma etching apparatus of the embodiment; FIG.
도 7은 도 6의 전극 구조를 이용하는 HARC 에칭의 실험에서 얻어지는 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. FIG. 7 is a diagram showing an in-plane distribution characteristic of an etching rate (E / R) obtained in an experiment of HARC etching using the electrode structure of FIG. 6.
도 8은 실시형태에 있어서의 HARC 에칭의 실험에서 얻어진 전자 밀도(Ne)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. The figure which shows in-plane distribution characteristic of the electron density Ne obtained by the experiment of HARC etching in embodiment.
도 9는 도 8의 에칭에 있어서 외측 상부 전극에 인가하는 제 2 직류 전압의 값을 바꾸었을 때의 Ne 변화율의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. 9 is a diagram showing an in-plane distribution characteristic of Ne change rate when the value of the second DC voltage applied to the outer upper electrode is changed in the etching of FIG.
도 10a 내지 도 10d는 실시형태에 있어서의 다층 레지스트법의 공정 수순을 나타내는 도면. 10A to 10D are views showing the procedure of the multilayer resist method in the embodiment.
도 11은 도 10a 내지 도 10d의 다층 레지스트에 포함되는 유기막의 에칭에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. FIG. 11 is a diagram showing an in-plane distribution characteristic of an etching rate (E / R) obtained by etching of an organic film included in the multilayer resist of FIGS. 10A to 10D.
도 12는 도 8의 에칭에 있어서 외측 상부 전극에 인가하는 제 2 직류 전압의 값을 바꾸었을 때의 E/R 변화율의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. FIG. 12 is a diagram showing an in-plane distribution characteristic of an E / R change rate when the value of the second DC voltage applied to the outer upper electrode in the etching of FIG. 8 is changed. FIG.
도 13은 도 10a 내지 도 10d의 다층 레지스트에 포함되는 반사 방지막 및 유기막의 에칭에서 얻어지는 패턴의 형상을 나타내는 단면도(SEM 사진). FIG. 13 is a cross-sectional view (SEM photograph) showing the shape of a pattern obtained by etching of an antireflection film and an organic film included in the multilayer resist of FIGS. 10A to 10D.
도 14는 도 10a 내지 도 10d의 다층 레지스트에 포함되는 SiN막의 에칭에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. FIG. 14 is a diagram showing in-plane distribution characteristics of an etching rate (E / R) obtained by etching of a SiN film included in the multilayer resist of FIGS. 10A to 10D.
도 15는 도 8의 에칭에 있어서 외측 상부 전극에 인가하는 제 2 직류 전압의 값을 바꾸었을 때의 CD 시프트(shift)의 면내 분포 특성을 나타내는 도면. FIG. 15 is a diagram showing an in-plane distribution characteristic of a CD shift when the value of the second DC voltage applied to the outer upper electrode in the etching of FIG. 8 is changed. FIG.
도 16은 실시형태에 있어서의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치의 일변형예의 구성을 나타내는 종단면도.16 is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration of a modification of the capacitively coupled plasma etching apparatus according to the embodiment.
부호의 설명Explanation of the sign
10: 챔버(처리용기) 10: chamber (processing container)
12: 서셉터(하부 전극) 12: susceptor (lower electrode)
26: 배기 장치26: exhaust system
30: 제 1 고주파 전원30: the first high frequency power supply
32: 제 2 고주파 전원32: second high frequency power supply
60: 내측 상부 전극(샤워헤드) 60: inner upper electrode (shower head)
62: 외측 상부 전극62: outer top electrode
76: 처리 가스 공급부76: process gas supply
80, 82, 110: 가변 직류 전원80, 82, 110: Variable DC Power
118: 가변 저항기118: variable resistor
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing.
도 1에, 본 발명의 1실시형태에 의한 플라즈마 에칭 장치의 구성을 나타낸다. 이 플라즈마 처리 장치는 하부 2주파 인가 방식을 취하는 캐소드 커플(cathod coupling)의 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치로서 구성되어 있고, 예를 들면 알루미늄 또는 스테인리스강(stainless steel) 등으로 이루어지는 금속제의 원통형 챔버(처리용기)(10)를 갖고 있다. 챔버(10)는 보안 접지되어 있다. In FIG. 1, the structure of the plasma etching apparatus by one Embodiment of this invention is shown. This plasma processing apparatus is constituted as a capacitively coupled plasma etching apparatus of a cathode coupling that adopts a lower two-frequency application method, and is made of, for example, a metallic cylindrical chamber made of aluminum or stainless steel or the like (processing) Container) 10. Chamber 10 is securely grounded.
챔버(10)내에는 피처리 기판으로서 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하는 원반(円盤)형상의 서셉터(susceptor)(12)가 하부 전극으로서 수평으로 배치되어 있다. 이 서셉터(12)는 예를 들면 알루미늄으로 이루어지고, 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장하는 절연성의 통형상 지지부(14)에 지지되어 있다. 이 통형상 지지부(14)의 외주를 따라 챔버(10)의 바닥으로부터 수직 위쪽으로 연장하는 도전성의 통형상 지지부(내벽부)(16)와 챔버(10)의 측벽의 사이에 환상(環狀)의 배기로(18)가 형성되어 있고, 이 배기로(18)의 입구에 링(ring)형상의 배플(baffle)판(배기 링)(20)이 부착되고, 배기로(18)의 바닥에 배기구(22)가 마련되어 있다. 배기구(22)에는 배기관(24)을 거쳐서 배기 장치(26)가 접속되어 있다. 배기 장치(26)는 터보(turbo) 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있어, 챔버(10)내의 처리공간을 원하는 진공도까지 감압할 수 있다. 챔버(10)의 측벽에는 반도체 웨이퍼(W)의 반출입구를 개폐하는 게이트밸브(gate valve)(28)가 부착되어 있다.In the chamber 10, a disk-shaped susceptor 12 on which a semiconductor wafer W is mounted, for example, as a substrate to be processed is arranged horizontally as a lower electrode. The susceptor 12 is made of aluminum, for example, and is supported by an insulating cylindrical support 14 extending vertically upward from the bottom of the chamber 10. An annular shape is formed between the conductive cylindrical support portion (inner wall portion) 16 extending vertically upward from the bottom of the chamber 10 along the outer circumference of the cylindrical support portion 14 and the side wall of the chamber 10. An exhaust path 18 is formed, and a ring-shaped baffle plate (exhaust ring) 20 is attached to the inlet of the exhaust path 18, and the bottom of the exhaust path 18 is attached. An exhaust port 22 is provided. An exhaust device 26 is connected to the exhaust port 22 via an exhaust pipe 24. The exhaust device 26 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can reduce the processing space in the chamber 10 to a desired degree of vacuum. A gate valve 28 is attached to the sidewall of the chamber 10 to open and close the carrying in and out of the semiconductor wafer W. As shown in FIG.
서셉터(12)에는 제 1 및 제 2 고주파 전원(30, 32)이 매칭 유닛(matching unit)(34) 및 급전막대(36)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 제 1 고주파 전원(30)은 주로 플라즈마의 생성에 기여하는 주파수(통상 40㎒ 이상)의 제 1 고주파를 출력한다. 제 2 고주파 전원(32)은 주로 서셉터(12)상의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 이온의 인입에 기여하는 주파수(통상 13.56㎒ 이하)의 제 2 고주파를 출력한다. 매칭 유닛(34)에는 제 1 고주파 전원(30)측의 임피던스(impedance)와 부하(주로 전극, 플라즈마, 챔버)측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 제 1 정합기와, 제 2 고주파 전원(32)측의 임피던스와 부하측의 임피던스의 사이에서 정합을 취하기 위한 제 2 정합기가 수용되어 있다. First and second high frequency power supplies 30 and 32 are electrically connected to the susceptor 12 via a matching unit 34 and a feed bar 36. Here, the 1st high frequency power supply 30 outputs the 1st high frequency of the frequency (usually 40 MHz or more) which mainly contributes to generation | occurrence | production of a plasma. The second high frequency power supply 32 mainly outputs a second high frequency of a frequency (usually 13.56 MHz or less) that contributes to the introduction of ions into the semiconductor wafer W on the susceptor 12. The matching unit 34 includes a first matcher for matching between an impedance on the first high frequency power supply 30 side and an impedance on a load (mainly electrode, plasma, chamber) side, and a second high frequency power supply 32. A second matcher for matching between the impedance on the side and the impedance on the load side is accommodated.
서셉터(12)의 위에는 처리 대상의 반도체 웨이퍼(W)가 탑재되고, 이 반도체 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 포커스 링(focus ring)(보정 링)(38)이 마련되어 있다. 이 포커스 링(38)은 프로세스에의 악영향이 적은 도전재 예를 들면 Si, SiC 등으로 이루어지고, 소모 부품으로서 서셉터(12)의 상면에 장착 및 분리 가능하게 부착된다. The semiconductor wafer W to be processed is mounted on the susceptor 12, and a focus ring (correction ring) 38 is provided to surround the semiconductor wafer W. As shown in FIG. The focus ring 38 is made of a conductive material having a low adverse effect on the process, for example, Si, SiC, etc., and is attached to the upper surface of the susceptor 12 so as to be detachable and detachable.
서셉터(12)의 상면에는 웨이퍼 흡착용의 정전척(40)이 마련되어 있다. 이 정전척(40)은 막형상 또는 판형상의 유전체의 내에 시트(sheet) 형상 또는 메쉬(mesh) 형상의 도전체를 사이에 두고 있다. 해당 도전체에는 챔버(10)의 외측에 배치되는 직류 전원(42)이 온/오프 전환 스위치(44) 및 급전선(46)을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 직류 전원(42)으로부터 인가되는 직류 전압에 의해, 쿨롱(Coulomb)력으로 반도체 웨이퍼(W)를 정전척(40)상에 흡착 유지할 수 있다. The upper surface of the susceptor 12 is provided with an electrostatic chuck 40 for wafer adsorption. The electrostatic chuck 40 has a sheet-shaped or mesh-shaped conductor interposed therebetween in a film-like or plate-like dielectric. A DC power supply 42 disposed outside the chamber 10 is electrically connected to the conductor via an on / off switching switch 44 and a feed line 46. By the DC voltage applied from the DC power supply 42, the semiconductor wafer W can be adsorbed and held on the electrostatic chuck 40 with a Coulomb force.
서셉터(12)의 내부에는 예를 들면 원주 방향으로 연장하는 환상의 냉매실(48)이 마련되어 있다. 이 냉매실(48)에는 칠러 유닛(chiller unit)(도시하지 않음)으로부터 배관(50, 52)을 거쳐서 소정 온도의 냉매 예를 들면 냉각수가 순환 공급된다. 냉매의 온도에 의해서 정전척(40)상의 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 웨이퍼 온도의 정밀도를 한층 높이기 위해, 전열 가스 공급부(도시하지 않음)로부터의 전열 가스 예를 들면 He 가스가, 가스 공급관(54) 및 서셉터(12) 내부의 가스 통로(56)를 거쳐서 정전척(40)과 반도체 웨이퍼(W)의 사이에 공급된다. Inside the susceptor 12, for example, an annular coolant chamber 48 extending in the circumferential direction is provided. The refrigerant chamber 48 is circulated and supplied with a coolant, for example, a predetermined temperature, from a chiller unit (not shown) through the pipes 50 and 52. The temperature of the semiconductor wafer W on the electrostatic chuck 40 can be controlled by the temperature of the refrigerant. In addition, in order to further increase the accuracy of the wafer temperature, the heat transfer gas, for example, the He gas from the heat transfer gas supply unit (not shown) passes through the gas supply pipe 54 and the gas passage 56 inside the susceptor 12. It is supplied between the electrostatic chuck 40 and the semiconductor wafer W.
챔버(10)의 천장에는 서셉터(12)와 평행하게 대향해서 원반형상의 내측(또는 중심) 상부 전극(60) 및 링형상의 외측(또는 주변) 상부 전극(62)이 동심(同心)형상으로 마련되어 있다. 내측 상부 전극(60)은 바람직하게는 반도체 웨이퍼(W)와 동일 정도의 구경(직경)을 갖고, 외측 상부 전극(62)은 바람직하게는 포커스 링(보정 링)(38)과 동일 정도의 구경(내경·외경)을 갖고 있다. 단, 내측 상부 전극(60)과 외측 상부 전극(62)은 서로 전기적(더욱 정확하게는 DC적)으로 절연되어 있다. 도시한 구성예에서는 양 전극(60, 62)의 사이에 예를 들면 세라믹(ceramic)으로 이루어지는 링형상의 절연체(63)가 삽입되어 있다. On the ceiling of the chamber 10, the disk-shaped inner (or center) upper electrode 60 and the ring-shaped outer (or peripheral) upper electrode 62 face concentrically in parallel with the susceptor 12. It is prepared. The inner upper electrode 60 preferably has the same diameter (diameter) as the semiconductor wafer W, and the outer upper electrode 62 preferably has the same diameter as the focus ring (correction ring) 38. It has (inner diameter and outer diameter). However, the inner upper electrode 60 and the outer upper electrode 62 are electrically insulated from each other (more precisely, DC). In the illustrated structural example, a ring-shaped insulator 63 made of, for example, ceramic is inserted between the two electrodes 60 and 62.
내측 상부 전극(60)은 서셉터(12)와 바로 정면으로 대향하는 전극판(64)과, 이 전극판(64)을 그 배후(背後)(위)로부터 장착 및 분리 가능하게 지지하는 전극 지지체(66)를 갖고 있다. 전극판(64)의 재질은 프로세스에의 악영향이 적고 또한 양호한 DC 인가 특성을 유지할 수 있는 Si 혹은 SiC 등의 실리콘 함유 도전재가 바람직하다. 전극 지지체(66)는 알루마이트(alumite) 처리된 알루미늄으로 구성되어도 좋다.The inner upper electrode 60 has an electrode plate 64 directly facing the susceptor 12 and an electrode support for supporting the electrode plate 64 so that the electrode plate 64 can be mounted and detached from the rear thereof. Has 66. The material of the electrode plate 64 is preferably a silicon-containing conductive material such as Si or SiC capable of less adversely affecting the process and maintaining good DC application characteristics. The electrode support 66 may be made of alumite treated aluminum.
외측 상부 전극(62)도, 서셉터(12)와 대향하는 전극판(68)과, 이 전극판(68)을 그 배후(위)로부터 장착 및 분리 가능하게 지지하는 전극 지지체(70)를 갖고 있다. 이들 전극판(68) 및 전극 지지체(70)도, 내측 상부 전극(60)의 전극판(64) 및 전극 지지체(66)와 각각 동일한 재질로 구성되어도 좋다. The outer upper electrode 62 also has an electrode plate 68 facing the susceptor 12 and an electrode support 70 for supporting the electrode plate 68 so as to be detachable from the rear thereof. have. These electrode plates 68 and the electrode support 70 may also be made of the same material as the electrode plate 64 and the electrode support 66 of the inner upper electrode 60, respectively.
이 실시형태에서는 상부 전극(60, 62)과 서셉터(12)의 사이에 설정되는 처리공간(PS)에 처리 가스를 공급하기 위해, 내측 상부 전극(60)를 겸하는 샤워헤드(shower head)를 마련하고 있다. 더욱 상세하게는 전극 지지체(66)의 내부에 가스 확산실(72)을 마련하고, 이 가스 확산실(72)로부터 서셉터(12)측으로 관통하는 다수의 가스 토출 구멍(74)을 전극 지지체(66) 및 전극판(64)에 형성하고 있다. 가스 확산실(72)의 상부에 마련되는 가스 도입구(72a)에는 처리 가스 공급부(76)로부터의 가스 공급관(78)이 접속되어 있다. 또, 내측 상부 전극(60) 뿐만 아니라 외측 상부 전극(62)도 샤워헤드를 겸하도록 마련하는 구성으로 해도 좋다. In this embodiment, in order to supply the processing gas to the processing space PS set between the upper electrodes 60 and 62 and the susceptor 12, a shower head serving as the inner upper electrode 60 is provided. I am preparing. More specifically, a gas diffusion chamber 72 is provided inside the electrode support 66, and a plurality of gas discharge holes 74 penetrating from the gas diffusion chamber 72 toward the susceptor 12 side are provided in the electrode support ( 66 and the electrode plate 64. The gas supply pipe 78 from the processing gas supply part 76 is connected to the gas introduction port 72a provided in the upper part of the gas diffusion chamber 72. In addition, not only the inner upper electrode 60 but also the outer upper electrode 62 may be provided to serve as a shower head.
챔버(10)의 외측에는 예를 들면 -2000∼+1000V의 범위에서 가변의 직류 전압 VC, VE를 각각 출력할 수 있는 2개의 가변 직류 전원(80, 82)이 배치되어 있다. 본 발명의 플라즈마 에칭 방법에 있어서는 후술하는 바와 같이, 양 직류 전압 VC, VE는 통상은 0V 이하의 값, 즉 부극성(負極性) (-)의 값에서 사용되고, 각각의 절대값을 |VC|, |VE|로 하면, |VC|≤|VE|의 관계를 유지해서 병용된다.Outside the chamber 10, for example, two variable DC power supplies 80 and 82 capable of outputting variable DC voltages V C and V E in the range of -2000 to +1000 V, respectively, are disposed. In the plasma etching method of the present invention, as will be described later, both DC voltages V C and V E are usually used at a value of 0 V or less, that is, a negative polarity (−) value, and each absolute value | When V C | and | V E | are set, the relationship of | V C | ≤ | V E | is maintained and used together.
한쪽의 가변 직류 전원(80)의 출력 단자는 온/오프 전환 스위치(84) 및 필터(filter) 회로(86)를 거쳐서 내측 상부 전극(60)에 전기적으로 접속되어 있다. 필터 회로(86)는 가변 직류 전원(80)으로부터 출력되는 제 1 직류 전압 VC를 통과시켜 내측 상부 전극(60)에 인가하는 한편, 서셉터(12)로부터 처리공간(PS) 및 내측 상부 전극(60)을 통해 직류 급전 라인(88)에 들어온 고주파를 접지 라인에 흘리고 가변 직류 전원(80)측에는 흘리지 않도록 구성되어 있다.The output terminal of one variable DC power supply 80 is electrically connected to the inner upper electrode 60 via an on / off switching switch 84 and a filter circuit 86. The filter circuit 86 passes through the first DC voltage V C output from the variable DC power supply 80 to the inner upper electrode 60, while the processing space PS and the inner upper electrode from the susceptor 12. It is comprised so that the high frequency which entered the DC power supply line 88 through 60 may flow to a ground line, and not to the variable DC power supply 80 side.
다른쪽의 가변 직류 전원(82)의 출력 단자는 온/오프 전환 스위치(90) 및 필터 회로(92)를 거쳐서 외측 상부 전극(62)에 전기적으로 접속되어 있다. 필터 회로(92)는 가변 직류 전원(82)으로부터 출력되는 제 2 직류 전압 VE를 통과시켜 외측 상부 전극(62)에 인가하는 한편, 서셉터(12)로부터 처리공간(PS) 및 외측 상부 전극(62)을 통해 직류 급전 라인(94)에 들어온 고주파를 접지 라인에 흘리고 가변 직류 전원(82)측에는 흘리지 않도록 구성되어 있다.The output terminal of the other variable DC power supply 82 is electrically connected to the outer upper electrode 62 via the on / off switching switch 90 and the filter circuit 92. The filter circuit 92 passes through the second DC voltage V E output from the variable DC power supply 82 to the outer upper electrode 62, while the processing space PS and the outer upper electrode from the susceptor 12. It is comprised so that the high frequency which entered the DC power supply line 94 through 62 may flow to a ground line, and not to the variable DC power supply 82 side.
또한, 챔버(10)내에 처리 공간(PS)에 면하는 적당한 개소(箇所)로서 예를 들면 외측 상부 전극(62)의 반경 방향 외측에 예를 들면 Si, SiC 등의 도전성 부재로 이루어지는 링형상의 DC 그라운드(ground) 부품(직류 접지 전극)(96)이 부착되어 있다. 이 DC 그라운드 부품(96)은 예를 들면 세라믹으로 이루어지는 링형상의 절연체(98)에 부착되는 동시에 챔버(10)의 천장벽에도 접속되어 있고, 챔버(10)를 거쳐서 상시 접지되어 있다. 플라즈마 처리중에 가변 직류 전원(80, 82)으로부터 상부 전극(60, 62)에 직류 전압(VC, VE)을 인가하면, 플라즈마를 거쳐서 상부 전극(60, 62)과 DC 그라운드 부품(96)의 사이에서 직류의 전자 전류가 흐르도록 되어 있다.In addition, as a suitable location facing the processing space PS in the chamber 10, for example, a ring shape made of, for example, a conductive member such as Si or SiC on the radially outer side of the outer upper electrode 62. A DC ground component (direct current ground electrode) 96 is attached. The DC ground component 96 is attached to a ring-shaped insulator 98 made of ceramic, for example, and is also connected to the ceiling wall of the chamber 10 and is always grounded through the chamber 10. When the DC voltages V C and V E are applied from the variable DC power supplies 80 and 82 to the upper electrodes 60 and 62 during the plasma treatment, the upper electrodes 60 and 62 and the DC ground component 96 are passed through the plasma. The direct current electron current flows in between.
이 플라즈마 에칭 장치내의 각 부 예를 들면 배기 장치(26), 고주파 전원(30, 32), 정전척용의 온/오프 전환 스위치(44), 처리 가스 공급부(76), DC 인가용의 온/오프 전환 스위치(84, 90), 칠러 유닛(도시하지 않음), 전열 가스 공급부(도시하지 않음) 등의 개개의 동작 및 장치 전체의 동작(시퀸스(sequence))은 예를 들면 마이크로 컴퓨터(microcomputer)로 이루어지는 제어부(도시하지 않음)에 의해서 제어된다. Each part in this plasma etching apparatus, for example, the exhaust device 26, the high frequency power supplies 30 and 32, the on / off switching switch 44 for the electrostatic chuck, the processing gas supply unit 76, and the on / off for DC application Individual operations such as changeover switches 84 and 90, chiller units (not shown), electrothermal gas supply units (not shown), and operations of the entire apparatus (sequences) are, for example, performed by a microcomputer. Controlled by a control unit (not shown).
이 플라즈마 에칭 장치에 있어서, 에칭을 실행하기 위해서는 우선 게이트밸브(28)를 열림 상태로 해서 가공 대상의 반도체 웨이퍼(W)를 챔버(10)내에 반입하여, 정전척(40)의 위에 탑재한다. 그리고, 처리 가스 공급부(76)로부터 에칭 가스(일반적으로 혼합 가스)를 소정의 유량으로 챔버(10)내에 도입하고, 배기 장치(26)에 의해 챔버(10)내의 압력을 설정값으로 조절한다. 또한, 제 1 및 제 2 고주파 전원(30, 32)을 온(on)으로 해서 제 1 고주파(40㎒ 이상) 및 제 2 고주파(13.56㎒ 이하)를 각각 소정의 파워로 출력시키고, 이들 고주파를 매칭 유닛(34) 및 급전막대(36)을 거쳐서 서셉터(12)에 인가한다. 또한, 스위치(44)를 온으로 하고, 정전 흡착력에 의해서, 정전척(40)과 반도체 웨이퍼(W)의 사이의 접촉 계면(界面)에 전열 가스(He 가스)를 감금한다. 샤워헤드(60)로부터 토출된 에칭 가스는 양 전극(12),(60, 62)간에서 고주파의 방전에 의해서 플라즈마화하고, 이 플라즈마에 의해 생성되는 래디컬이나 이온에 의해서 반도체 웨이퍼(W) 표면의 피가공막이 원하는 패턴으로 에칭된다. In this plasma etching apparatus, in order to perform etching, first, the semiconductor wafer W to be processed is brought into the chamber 10 with the gate valve 28 opened, and mounted on the electrostatic chuck 40. Then, the etching gas (generally mixed gas) is introduced into the chamber 10 from the processing gas supply unit 76 at a predetermined flow rate, and the pressure in the chamber 10 is adjusted to the set value by the exhaust device 26. Further, by turning on the first and second high frequency power supplies 30 and 32, the first high frequency (40 MHz or more) and the second high frequency (13.56 MHz or less) are output at predetermined powers, respectively, The susceptor 12 is applied to the susceptor 12 via the matching unit 34 and the feeding rod 36. In addition, the switch 44 is turned on, and the electrothermal gas (He gas) is confined to the contact interface between the electrostatic chuck 40 and the semiconductor wafer W by the electrostatic attraction force. The etching gas discharged from the shower head 60 is made into a plasma by the high frequency discharge between both electrodes 12 and 60 and 62, and the surface of the semiconductor wafer W is generated by radicals and ions generated by this plasma. The processed film of is etched in a desired pattern.
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치는 서셉터(12)에 40㎒ 이상이라는 플라즈마 생성에 적합한 비교적 높은 주파수의 제 1 고주파를 인가하는 것에 의해, 플라즈마를 바람직한 해리(解離) 상태에서 고밀도화하고, 더욱 저압의 조건하에서도 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다. 그와 동시에, 서셉터(12)에 13.56㎒ 이하라는 이온 인입에 적합한 비교적 낮은 주파수의 제 2 고주파를 인가하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 피가공막에 대해 선택성이 높은 이방성의 에칭을 실시할 수 있다. 무엇보다도, 플라즈마 생성용의 제 1 고주파는 어떠한 플라즈마 프로세스에서도 반드시 사용되지만, 이온 인입용의 제 2 고주파는 프로세스에 따라서 사용되지 않는 경우가 있다.This capacitively coupled plasma etching apparatus applies the first high frequency of a relatively high frequency suitable for plasma generation of 40 MHz or more to the susceptor 12, thereby densifying the plasma in a preferable dissociation state and further reducing the pressure. High density plasma can be formed even under the conditions. At the same time, a highly selective anisotropic etching is performed on the processing film of the semiconductor wafer W by applying the second high frequency wave of a relatively low frequency suitable for ion implantation below 13.56 MHz to the susceptor 12. can do. First of all, although the first high frequency wave for plasma generation is necessarily used in any plasma process, the second high frequency wave for ion introduction may not be used depending on the process.
이 용량 결합형 플라즈마 에칭 장치에 있어서의 주된 특징은 상기와 같이 상부 전극을 직경 방향에서 내측 상부 전극(60)과 외측 상부 전극(62)으로 2분할하고, 2개의 가변 직류 전원(80, 82)으로부터 제 1 및 제 2 직류 전압 VC, VE를 양 상부 전극(60, 62)에 동시에 인가하는 구성에 있다. 이들 2개의 직류 전압 VC, VE의 조합을 적절히 선택하는 것에 의해, 각종의 어플리케이션(application)에 있어서 플라즈마 프로세스나 에칭 특성의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이하, 이 플라즈마 에칭 장치를 사용하는 에칭 방법의 실시예를 설명한다.The main feature of this capacitively coupled plasma etching apparatus is that the upper electrode is divided into the inner upper electrode 60 and the outer upper electrode 62 in the radial direction as described above, and the two variable DC power supplies 80 and 82 are used. The first and second DC voltages V C and V E are simultaneously applied to both upper electrodes 60 and 62. By the two direct-current voltage V C, appropriately selecting the combination of the V E, it is possible to improve the uniformity of the plasma etching process, or characteristic in a variety of applications (application) of the. Hereinafter, the Example of the etching method using this plasma etching apparatus is described.
Si를 포함하는 절연막의 에칭 가공으로서, SiO2막이나 SiOC막 등에 가늘고 깊은 콘택트 홀(contact hole)을 형성하는 HARC(High Aspect Ratio Contact)나 비교적 얕은 비어 홀(via hole)을 형성하는 BEOL(Back End Of Line)의 어플리케이션이 잘 알려져 있다.As an etching process of an insulating film containing Si, a high aspect ratio contact (HARC) for forming thin and deep contact holes in an SiO 2 film or a SiOC film, or a BEOL (Back for forming a relatively shallow via hole) End Of Line applications are well known.
도 2에, 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용해서, 블랭킷(blanket) SiO2막을 전면(全面) 에칭한 실험에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타낸다. 주된 에칭 조건은 다음과 같다.FIG using, embodiment of a plasma etching apparatus in Figure 2, shows the characteristic radial distribution of the blanket (blanket) etching rate (E / R) obtained in the front (全面) etching a test SiO 2 film. Main etching conditions are as follows.
웨이퍼 구경: 300㎜ Wafer diameter: 300 mm
에칭 가스: C4F8/Ar/O2=45/200/30sccmEtching gas: C 4 F 8 / Ar / O 2 = 45/200 / 30sccm
챔버내의 압력: 15mTorrPressure in chamber: 15 mTorr
고주파 전력: 40㎒/2㎒=1000/3000W High frequency power: 40MHz / 2MHz = 1000 / 3000W
온도: 상부 전극/챔버 측벽/하부 전극=60/60/20℃ Temperature: Top electrode / chamber sidewall / bottom electrode = 60/60/20 ° C.
직류 전압:VC=-300V,VE=-300V, -900V(2가지)DC voltage: V C = -300V, V E = -300V, -900V (2 types)
또한, 도 3에, 제 2 직류 전압 VE를 -300V에서 -900V로 바꾸었을 때의 웨이퍼상의 각 위치의 E/R 변화율을 나타낸다.Further, FIG. 3, the second indicates the E / R rate of change in angular position on the wafer when eoteul change the direct current voltage V E from -300V to -900V.
도 2에 나타내는 바와 같이, VC/VE=-300V/-300V의 경우에는 웨이퍼상의 E/R은 에지(edge)부가 중심부보다도 크게 움푹 패이지만, VC/VE=-300V/-900V로 하면 중심부와 에지부의 차가 줄어들어 면내 균일성이 크게 개선된다. 여기서 중요한 것은 도 3에 나타내는 바와 같이, 중심부의 E/R은 거의 변화하지 않고, 에지부의 E/R이 현저히 변화하는 것이다. 따라서, 내측 상부 전극(60)에 인가하는 제 1 직류 전압 VC를 적당한 값(바람직하게는 -600V∼-150V)으로 선정하고, 외측 상부 전극(62)에 인가하는 제 2 직류 전압 VE를 적당한 범위(바람직하게는 -1500V∼-300V)내에서 가변함으로써, E/R의 면내 분포 특성을 자유롭게 제어하는 것이 가능하고, 면내 균일성도 용이하게 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 2, in the case of V C / V E = -300 V / -300 V, the E / R on the wafer is larger than the center of the edge, but V C / V E = -300 V / -900 V. This reduces the difference between the center and the edge and greatly improves in-plane uniformity. What is important here is that as shown in FIG. 3, E / R of the center part hardly changes, but E / R of the edge part changes remarkably. Therefore, the first DC voltage V C applied to the inner upper electrode 60 is selected to an appropriate value (preferably -600V to -150V), and the second DC voltage V E applied to the outer upper electrode 62 is selected. By varying within an appropriate range (preferably -1500 V to -300 V), it is possible to freely control the in-plane distribution characteristic of the E / R, and the in-plane uniformity can also be easily improved.
BEOL의 에칭도 블랭킷 SiO2막의 에칭과 마찬가지의 프로세스이므로, 상기 플라즈마 에칭 방법을 그대로 적용할 수 있다. 또, Si함유 절연막의 에칭에 이용하는 에칭 가스의 첨가 가스로서 O2 가스 대신에 N2 가스를 사용해도 좋다.Since the etching of BEOL is also the same process as the etching of the blanket SiO 2 film, the plasma etching method can be applied as it is. In addition, it may be used in place of the N 2 gas O 2 gas as an additive gas in the etching gas used for etching of the Si-containing insulating film.
도 4에, 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여, SiO2막에 구경 0.25㎛의 콘택트 홀을 형성하는 HARC 에칭의 실험에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타낸다. 주된 에칭 조건은 상기 블랭킷 SiO2막의 에칭과 동일하고, 제 2 직류 전압 VE는 -300V와 -900V의 2가지이다. 도 5에, 제 2 직류 전압 VE를 -300V에서 -900V로 바꾸었을 때의 웨이퍼상의 각 위치의 E/R변화율을 나타낸다.4 in using an embodiment of a plasma etching apparatus, shows the radial distribution characteristics of the etching rate (E / R) obtained in the experiment of HARC etching to form the contact hole of the aperture 0.25㎛ the SiO 2 film. The main etching conditions are the same as the etching of the blanket SiO 2 film, and the second DC voltage V E is two kinds of -300V and -900V. 5 shows the E / R change rate at each position on the wafer when the second DC voltage V E is changed from -300V to -900V.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, HARC에서도, 블랭킷 SiO2막의 에칭과 마찬가지의 특성이 얻어졌다. 즉, 내측 상부 전극(60)에 인가하는 제 1 직류 전압 VC를 적당한 값(예를 들면 -300V)으로 선정하고, 외측 상부 전극(62)에 인가하는 제 2 직류 전압 VE를 -900V∼-300V의 범위내에서 가변하면, 중심부의 E/R을 거의 변경하지 않고, 에지부의 E/R을 현저하게 변화시키고, 웨이퍼상의 E/R 분포 특성에 있어서 에지부가 중심부보다도 낮은 프로파일(profile), 중심부와 에지부가 대략 플랫(flat)(균일)으로 되는 프로파일, 및 에지부가 중심부보다도 높아지는 프로파일을 모두 용이하게 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.And Fig. 4, a blanket etching SiO 2 film and the properties of the same in, HARC, as shown in Figure 5 were obtained. That is, the first DC voltage V C to be applied to the inner upper electrode 60 is selected to an appropriate value (for example, -300 V), and the second DC voltage V E to be applied to the outer upper electrode 62 is -900 V to. When it is variable within the range of -300 V, the E / R of the edge portion is changed significantly with little change of the E / R of the center portion, and the edge portion of the E / R distribution characteristic on the wafer is lower than the center portion, It can be seen that both the profile in which the central portion and the edge portion become substantially flat (uniform) and the profile in which the edge portion becomes higher than the central portion can be easily realized.
이 실시형태의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 내측 상부 전극(60)과 외측 상부 전극(62)의 사이에 전극 갭(gap) 방향으로 높이차를 마련하는 구성도 가능하고, 바람직하게는 도 6에 나타내는 바와 같이 내측 상부 전극(60)에 대해 외측 상부 전극(62)을 아래쪽으로 돌출시키는 구성을 취할 수 있다. 도 6에 있어서, 내측 상부 전극(60)과 서셉터(12)상의 반도체 웨이퍼(W)의 전극간 갭 DC는 예를 들면 30㎝로 설정되고, 외측 상부 전극(62)과 서셉터(12)상의 포커스 링(38)의 전극간 갭 DE는 예를 들면 20∼25㎝로 설정되어도 좋다.In the plasma etching apparatus of this embodiment, a configuration in which a height difference is provided between the inner upper electrode 60 and the outer upper electrode 62 in the electrode gap direction is also possible. As described above, the outer upper electrode 62 may be protruded downward from the inner upper electrode 60. In FIG. 6, the inter-electrode gap D C of the semiconductor wafer W on the inner upper electrode 60 and the susceptor 12 is set to 30 cm, for example, and the outer upper electrode 62 and the susceptor 12 are set. The inter-electrode gap D E of the focus ring 38 on the ()) may be set to, for example, 20 to 25 cm.
도 7에, 도 6의 단차(段差)형 전극 갭 구조를 취하는 실시형태의 플라즈마 에칭 장치를 이용하여 상기와 마찬가지의 에칭 조건에서 HARC에 본 발명을 적용한 실험 결과(E/R 분포 특성)를 나타낸다. 이 실험 결과에 의하면,VC=-300V, VE=-600V의 조건하에서 E/R의 면내 균일성을 ±0.9%까지 개선할 수 있었다.In FIG. 7, the experimental result (E / R distribution characteristic) which applied this invention to HARC in the etching conditions similar to the above using the plasma etching apparatus of embodiment which takes the stepped electrode gap structure of FIG. 6 is shown. . According to the experimental results, the in-plane uniformity of E / R can be improved to ± 0.9% under the conditions of V C = -300 V and V E = -600 V.
또, 본 발명의 HARC에의 적용에 있어서는 |VC|≤|VE|의 관계가 유지된 조건하에서, 제 1 직류 전압 VC는 -600V∼-150V의 범위내에서 선정 가능하고, 제 2 직류 전압 VE는 -1000V∼-150V의 범위내에서 선정 가능하다. 또한, 접속 구멍의 에칭 가공에서는 이온을 피가공막에 강하게 주입하도록, 서셉터(12)에 인가되는 제 2 고주파는 낮은 주파수가 바람직하고, 바람직하게는 2㎒∼3.2㎒로 선정되어도 좋다.In the application to the HARC of the present invention, the first DC voltage V C can be selected within the range of -600 V to -150 V under the condition that | V C | ≤ | V E | The voltage V E can be selected within the range of -1000V to -150V. In the etching processing of the connection hole, the second high frequency applied to the susceptor 12 is preferably a low frequency, and preferably 2 MHz to 3.2 MHz so as to strongly inject ions into the processing film.
Si 함유막의 에칭에 있어서, 상기와 같이 제 2 직류 전압 VE의 값을 변경하는 것에 의해서 반도체 웨이퍼(W)상의 E/R 분포 특성의 프로파일을 제어할 수 있는 것은, 제 2 직류 전압 VE의 값을 변경하는 것에 의해서 반도체 웨이퍼(W)상의 전자 밀도(Ne) 분포 특성을 제어할 수 있기 때문이며, Ne 분포 특성과 E/R 분포 특성의 사이에 상관 관계가 있기 때문이다.In the Si-containing film is etched, it is capable of controlling the second DC voltage E / R profile of the distribution characteristics on the semiconductor wafer (W) by changing the value of the V E as described above, the second DC voltage V E This is because the electron density Ne distribution characteristics on the semiconductor wafer can be controlled by changing the value, and there is a correlation between the Ne distribution characteristics and the E / R distribution characteristics.
일예로서, 상기 HARC의 에칭에서 제 2 직류 전압 VE의 값을 가변했을 때에 얻어진 Ne 분포 특성 및 Ne 변화율 분포 특성을 각각 도 8 및 도 9에 나타낸다. 도시한 바와 같이, 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 0V→300V→600V→900V로 크게 하면, 웨이퍼 중심부의 Ne가 조금밖에 변화하지 않는데 웨이퍼 주변부의 Ne가 크게 상승 변화해 있어, E/R 분포 특성과 상관성이 있는 것을 확인할 수 있었다.As an example, Ne distribution characteristics and Ne change rate distribution characteristics obtained when the value of the second DC voltage V E is varied in the etching of the HARC are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. As shown in the figure, when the absolute value of the second DC voltage V E is increased from 0 V to 300 V to 600 V to 900 V, the Ne at the center of the wafer is little changed, but the Ne at the periphery of the wafer is greatly increased and changed to E / R. It was confirmed that there was a correlation with the distribution characteristics.
본 발명의 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법은 기판 표면의 다층막을 복수의 스텝에서 연속적으로 에칭 가공하는 어플리케이션에 바람직하게 적용할 수 있다. 이하, 도 10a 내지 도 10d에 나타내는 바와 같은 다층 레지스트법에 관한 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. The plasma etching apparatus and the plasma etching method of the present invention can be preferably applied to an application in which a multilayer film on a substrate surface is continuously etched in a plurality of steps. Hereinafter, the Example of this invention regarding the multilayer resist method as shown to FIG. 10A-10D is demonstrated.
도 10a 내지 도 10d에 있어서, 가공 대상의 반도체 웨이퍼(W)의 주면에는 본래의 피가공막(예를 들면 게이트(gate)용의 Si막)(100)의 위에 최하층(최종 마스크)으로서 SiN층(102)이 형성되고, 그 위에 중간층으로서 유기막(예를 들면 카본(carbon))(104)이 형성되고, 그 위에 Si함유의 반사 방지막(BARC(bottom antireflection coating))(106)을 거쳐서 최상층의 포토 레지스트(108)가 형성된다. SiN층(102), 유기막(104) 및 반사 방지막(106)의 성막에는 CVD(화학적 진공 증착법) 혹은 스핀 온(spin-on)에 의한 도포막이 이용되고, 포토 레지스트(photoresist)(108)의 패터닝(patterning)에는 포토리소그래피(photolithography)가 이용된다. 10A to 10D, the SiN layer is formed on the main surface of the semiconductor wafer W to be processed as a lowermost layer (final mask) on the original processed film (for example, a Si film for a gate) 100. 102 is formed, and an organic film (for example, carbon) 104 is formed thereon as an intermediate layer, and an uppermost layer is formed thereon via an Si-containing antireflection coating (BARC) (bottom antireflection coating) 106. Photoresist 108 is formed. In order to form the SiN layer 102, the organic film 104, and the anti-reflection film 106, a coating film by CVD (chemical vacuum deposition) or spin-on is used, and the photoresist 108 is formed. Photolithography is used for patterning.
우선, 도 10a에 나타내는 바와 같이 패터닝된 포토 레지스트(108)를 마스크로 해서 Si함유 반사 방지막(106)을 에칭하였다. 주된 에칭 조건은 다음과 같다. First, as shown in FIG. 10A, the Si-containing antireflection film 106 was etched using the patterned photoresist 108 as a mask. Main etching conditions are as follows.
웨이퍼 구경: 300㎜ Wafer diameter: 300 mm
에칭 가스:CF4/O2=250/13sccmEtching gas: CF 4 / O 2 = 250 / 13sccm
챔버내의 압력: 30mTorrPressure in chamber: 30 mTorr
고주파 전력: 40㎒/13㎒=400/0W High frequency power: 40MHz / 13MHz = 400 / 0W
직류 전압:VC=0V, VE=0V, -300V, -600V(3가지)DC voltage: V C = 0 V, V E = 0 V, -300 V, -600 V (3 types)
도시는 생략하지만, 반사 방지막(106)의 에칭시에, 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 변화시킴으로써, 에칭 레이트의 면내 분포 특성을 변화시킬 수 있다.Although not shown, the in-plane distribution characteristic of the etching rate can be changed by changing the absolute value of the second DC voltage V E during the etching of the antireflection film 106.
다음에, 도 10b에 나타내는 바와 같이 포토 레지스트(108) 및 반사 방지막(106)을 마스크로 해서 유기막(104)을 에칭 가공하였다. 주된 에칭 조건은 다음과 같다. Next, as shown in FIG. 10B, the organic film 104 was etched using the photoresist 108 and the antireflection film 106 as a mask. Main etching conditions are as follows.
웨이퍼 구경: 300㎜ Wafer diameter: 300 mm
에칭 가스:O2=750sccmEtching gas: O 2 = 750sccm
챔버내의 압력: 20mTorrPressure in chamber: 20 mTorr
온도: 상부 전극/챔버 측벽/하부 전극=150/150/30℃ Temperature: Top electrode / chamber side wall / bottom electrode = 150/150/30 ° C.
고주파 전력: 40㎒/13㎒=400/200W High frequency power: 40MHz / 13MHz = 400 / 200W
직류 전압:VC=0V, VE=0V, -300V, -600V(3가지)DC voltage: V C = 0 V, V E = 0 V, -300 V, -600 V (3 types)
도 11에, 상기 유기막(104)의 에칭 가공에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타낸다. 도 12에, E/R의 변화율의 면내 분포 특성을 나타낸다. 11 shows in-plane distribution characteristics of the etching rate (E / R) obtained by the etching process of the organic film 104. 12 shows in-plane distribution characteristics of the rate of change of E / R.
도 11에 나타내는 바와 같이, 유기막 에칭에 있어서는 내측 상부 전극(60)에 인가하는 제 1 직류 전압 VC를 일정값(0V)으로 고정시키고, 외측 상부 전극(62)에 부극성(-)으로 인가하는 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 변경하면, 웨이퍼 에지부의 E/R은 대략 일정하고, VE=0V인 경우에는 웨이퍼 중심부에서 크게 부풀어 오르는 높은 산(山)형의 프로파일로 되고, VE=-300V의 경우는 E/R이 웨이퍼 중심부에서 작게 부풀어 오르는 낮은 산형의 프로파일로 되고, VE=-600V인 경우에는 웨이퍼 중심부에서 크게 움푹 패이는 냄비바닥형의 프로파일이 된다. 따라서, VE=-600V∼-300V의 중간(-400V 부근)에서 대략 플랫(flat)의 E/R 프로파일이 얻어지는 것을 용이하게 추측할 수 있다.As shown in FIG. 11, in organic film etching, the first DC voltage V C applied to the inner upper electrode 60 is fixed at a constant value (0 V), and the outer upper electrode 62 is negatively negative (−). If the absolute value of the second DC voltage V E to be applied is changed, the E / R of the wafer edge portion is substantially constant, and if V E = 0 V, a high mountain profile that swells greatly at the center of the wafer becomes large. In the case of V E = -300 V, the E / R becomes a low-profile profile that swells small at the center of the wafer, and in the case of V E = -600 V, it becomes a pot bottom profile that is largely recessed in the center of the wafer. Therefore, it can be easily estimated that an approximately flat E / R profile is obtained in the middle of V E = -600 V to -300 V (near -400 V).
이와 같이, 본 발명의 유기막 에칭에의 적용에 있어서, 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 바꾸면, Si함유 절연막의 에칭과는 달리, 웨이퍼 주변부의 E/R이 거의 변하지 않고 웨이퍼 중심부의 E/R이 변화한다. 이 원리(작용)는 아직 명확하지는 않지만, 전자 밀도(Ne)의 분포 특성보다도 플라즈마(산소 플라즈마)와 상부 전극(60, 62)의 상호작용이 지배적으로 영향을 주는 것으로 고려된다.In this way, in the application to the organic film etching of the present invention, when the absolute value of the second DC voltage V E is changed, unlike the etching of the Si-containing insulating film, the E / R of the wafer periphery hardly changes and the E of the wafer center is changed. / R changes Although this principle (action) is not yet clear, it is considered that the interaction between the plasma (oxygen plasma) and the upper electrodes 60, 62 dominates more than the distribution characteristic of the electron density Ne.
또, 본 발명에 의한 유기막 에칭에 있어서는 제 1 직류 전압 VC는 -100V∼0V의 범위내에서 선정되어도 좋고, 제 2 직류 전압 VE는 -900V∼0V의 범위내에서 선정되어도 좋다. 또한, 패턴 가공 형상의 정밀도를 중시하는 경우에는 이온 인입의 에너지를 약간 낮게 하도록, 제 2 고주파의 주파수를 약간 높은 영역(바람직하게 10㎒∼13.56㎒)으로 선정해도 좋다. 에칭 가스로서 O2 가스에 N2 가스나 CO, COS, H2, NH3을 첨가해서 사용해도 좋다. 유기막 에칭에 있어서의 가스의 조합으로서, 다음과 같은 것을 들 수 있다 .In the organic film etching according to the present invention, the first DC voltage V C may be selected within the range of -100V to 0V, and the second DC voltage V E may be selected within the range of -900V to 0V. In the case where emphasis is placed on the accuracy of pattern processing shapes, the frequency of the second high frequency may be selected to a slightly higher region (preferably 10 MHz to 13.56 MHz) so as to lower the energy of ion induction slightly. N 2 gas, CO, COS, H 2, may be used by the addition of NH 3 in the O 2 gas as an etching gas. As a combination of gases in organic film etching, the following are mentioned.
O2, O2/N2, O2/CO, O2/SO2, O2/COS, O2/NH3, N2/H2, NH3, N2/H2/O2 O 2 , O 2 / N 2 , O 2 / CO, O 2 / SO 2 , O 2 / COS, O 2 / NH 3 , N 2 / H 2 , NH 3 , N 2 / H 2 / O 2
도 13에, 상기 반사 방지막(106) 및 유기막(104)의 에칭 가공에서 얻어진 패턴의 단면도(SEM 사진)를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 0V→400V→900V로 높게 해 가면, 패턴 상단부의 반사 방지막(106)의 어깨 붕괴(106')가 감소하여 패턴의 수직성이 향상하는 것을 알 수 있다. 이 효과는 밀한 패턴(좌측)보다도 소한 패턴(우측)에 있어서 현저하게 나타난다. 또한, 제 2 직류 전압 VE의 값을 바꾸면, 웨이퍼 반경 방향에서(중심부와 에지부의 사이에서) 패턴 CD의 정밀도 및 균일성이 변화하고, VE를 0V→400V→900V로 높게 해 가면 CD 정밀도 및 균일성이 향상하는 것도 알 수 있다.13, sectional drawing (SEM photograph) of the pattern obtained by the etching process of the said anti-reflective film 106 and the organic film 104 is shown. As shown in the figure, when the absolute value of the second DC voltage V E is increased from 0 V to 400 V to 900 V, the shoulder collapse 106 ′ of the antireflection film 106 at the upper end of the pattern is reduced, thereby improving the verticality of the pattern. It can be seen that. This effect is more remarkable in a smaller pattern (right) than in a dense pattern (left). In addition, if the value of the second DC voltage V E is changed, the precision and uniformity of the pattern CD in the radial direction of the wafer (between the center and the edge) are changed, and the CD precision is increased by increasing V E from 0 V to 400 V to 900 V. It is also understood that uniformity is improved.
다시 도 10a 내지 도 10d에 있어서, 도 10c 및 도 10d에 나타내는 바와 같이, 패터닝된 반사 방지막(106) 및 유기막(104)을 마스크로 해서 SiN막(102)을 에칭 하였다. 주된 에칭 조건은 다음과 같다. 10A to 10D, as shown in FIGS. 10C and 10D, the SiN film 102 was etched using the patterned antireflective film 106 and the organic film 104 as a mask. Main etching conditions are as follows.
웨이퍼 구경: 300㎜ Wafer diameter: 300 mm
에칭 가스: CHF3/CF4/Ar/O2=125/225/600/60sccmEtching Gas: CHF 3 / CF 4 / Ar / O 2 = 125/225/600 / 60sccm
챔버내의 압력: 75mTorrPressure in chamber: 75 mTorr
온도: 상부 전극/챔버 측벽/하부 전극=150/150/30℃ Temperature: Top electrode / chamber side wall / bottom electrode = 150/150/30 ° C.
고주파 전력: 40㎒/13㎒=0/1000W High frequency power: 40MHz / 13MHz = 0 / 1000W
직류 전압:VC=-300V, VE=0V, -300V, -900V(3가지)DC voltage: V C = -300 V, V E = 0 V, -300 V, -900 V (3 types)
도 14에, 상기 SiN막(102)의 에칭 가공에서 얻어진 에칭 레이트(E/R)의 면내 분포 특성을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 제 1 직류 전압 VC를 일정값(-300V)으로 유지하고, 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 0V→300V→900V로 올리면, 웨이퍼 중심부의 E/R은 그다지 변화하지 않고 웨이퍼 주변부의 E/R이 크게 상승 변화한다. 이 점은 상기 HARC나 BEOL의 경우와 동일하다.14 shows in-plane distribution characteristics of the etching rate (E / R) obtained by the etching process of the SiN film 102. As shown in the figure, if the first DC voltage V C is maintained at a constant value (-300 V) and the absolute value of the second DC voltage V E is increased from 0 V to 300 V to 900 V, the E / R at the center of the wafer does not change very much. E / R of the wafer periphery is greatly increased and changed. This point is the same as in the case of HARC or BEOL.
다음에, 도 15에 나타내는 바와 같이, 제 2 직류 전압 VE의 절대값을 300V→900V로 바꾸면, 패턴의 CD 시프트(shift)가 웨이퍼 중심부보다도 웨이퍼 주변(에지)부에서 크게 변화한다. 따라서, 제 2 직류 전압 VE의 값을 적절히 선택함으로써, 각 반도체 웨이퍼마다 CD의 균일성·정밀도를 향상시키고, 더 나아가서는 다층 레지스트법에 있어서의 패턴 전사 정밀도를 향상시킬 수 있다.Next, as shown in FIG. 15, when the absolute value of the second DC voltage V E is changed from 300 V to 900 V, the CD shift of the pattern changes more at the wafer periphery (edge) than the wafer center. Therefore, by appropriately selecting the value of the second DC voltage V E , the uniformity and precision of the CD can be improved for each semiconductor wafer, and further, the pattern transfer accuracy in the multilayer resist method can be improved.
본 발명에 의한 SiN막의 에칭에 있어서는 제 1 직류 전압 VC는 -300V∼0V의 범위내에서 선정되어도 좋고, 제 2 직류 전압 VE는 -900V∼-300V의 범위내에서 선정되어도 좋다. 또한, SiN막의 에칭에 있어서도, 래디컬에 의한 고밀도의 패턴 에칭이 요구되기 때문에, 이온 인입의 에너지를 약간 낮게 하는 것이 바람직하고, 제 2 고주파의 주파수를 약간 높은 영역(바람직하게는 10㎒∼13.56㎒)으로 선정해도 좋다.In the etching of the SiN film according to the present invention, the first DC voltage V C may be selected within the range of -300V to 0V, and the second DC voltage V E may be selected within the range of -900V to -300V. In addition, in the etching of the SiN film, since high-density pattern etching by radicals is required, it is preferable to slightly lower the energy of ion induction, and to increase the frequency of the second high frequency slightly higher (preferably 10 MHz to 13.56 MHz). ) May be selected.
이상, 본 발명의 바람직한 1실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 결코 아니고, 각종 변형이 가능하다. 특히, 본 발명의 플라즈마 에칭 장치에 있어서는 내측 상부 전극(60) 및 외측 상부 전극(62) 주위의 구성에 대해 각종 선택·변형을 실행할 수 있다. As mentioned above, although one preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment at all, A various deformation | transformation is possible. In particular, in the plasma etching apparatus of the present invention, various selections and modifications can be made to the configurations around the inner upper electrode 60 and the outer upper electrode 62.
예를 들면, 내측 상부 전극(60) 및 외측 상부 전극(62)에 대해, 단일 또는 공통의 가변 직류 전원을 이용하여 독립된 제 1 및 제 2 직류 전압 VC, VE를 각각 인가하는 구성도 가능하다. 예를 들면, 도 16에 나타내는 구성예에서는 가변 직류 전원(110)의 출력 단자를, 필터 회로(112) 및 전환 스위치(114)를 거쳐서 외측 상부 전극(62)에 접속하는 동시에, 필터 회로(112), 전환 스위치(116) 및 가변 저항기(118)를 거쳐서 내측 상부 전극(60)에 접속하고 있다. 가변 직류 전원(110)으로부터 출력되는 직류 전압 VA를 전압강하 없이 그대로 제 2 직류 전압 VE로서 외측 상부 전극(62)에 인가하는 동시에, 직류 전압 VA로부터 가변 저항기(118)의 전압강하분을 뺀 것을 제 1 직류 전압 VC로서 내측 상부 전극(60)에 인가하도록 하고 있다. 각 전환 스위치(116, 114)는 각 대응하는 상부 전극(60, 62)을 향해 가변 직류 전원(110)의 출력 전압을 통과시키기 위한 단자와, 각 대응하는 상부 전극(60, 62)을 그라운드 전위에 접속하기(즉 0V를 인가하기) 위한 단자의 사이에서 전환되도록 되어 있다.For example, a configuration in which independent first and second DC voltages V C and V E are applied to the inner upper electrode 60 and the outer upper electrode 62 using a single or common variable DC power supply, respectively, is also possible. Do. For example, in the structural example shown in FIG. 16, the output terminal of the variable DC power supply 110 is connected to the outer upper electrode 62 via the filter circuit 112 and the switching switch 114, and the filter circuit 112 ), And are connected to the inner upper electrode 60 via the changeover switch 116 and the variable resistor 118. The DC voltage V A output from the variable DC power supply 110 is applied to the outer upper electrode 62 as a second DC voltage V E without a voltage drop as it is, and the voltage drop of the variable resistor 118 from the DC voltage V A is applied. The subtracted out is applied to the inner upper electrode 60 as the first DC voltage V C. Each changeover switch 116, 114 has a terminal for passing the output voltage of the variable DC power supply 110 toward the corresponding upper electrode 60, 62, and the ground potential of each corresponding upper electrode 60, 62. It is to be switched between terminals for connecting to (i.e. applying 0 mu s).
또한, 도 16에 나타내는 구성예에서는 내측 상부 전극(60) 및 외측 상부 전극(62)의 쌍방에 샤워헤드를 마련하고 있다. 각각의 샤워헤드로부터 토출하는 가스의 종류 또는 유량을 독립적으로 선택· 제어하는 것도 가능하다. In addition, in the structural example shown in FIG. 16, the shower head is provided in both the inner upper electrode 60 and the outer upper electrode 62. As shown in FIG. It is also possible to independently select and control the type or flow rate of the gas discharged from each shower head.
또한, 본 발명은 상기 실시형태와 같은 하부 2주파 인가 방식에의 적용에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 상부 전극(60, 62)에 플라즈마 생성용의 제 1 고주파를 인가하는 방식의 플라즈마 에칭 장치에도 적용 가능하다. In addition, the present invention is not limited to the application to the lower two-frequency application method as in the above embodiment, and is, for example, a plasma etching apparatus of applying the first high frequency for plasma generation to the upper electrodes 60 and 62. Applicable to
또한, 본 발명은 플라즈마 에칭 장치에 한정되지 않고, 플라즈마 CVD, 플라즈마 산화, 플라즈마 질화, 스퍼터링 등의 다른 플라즈마 처리 장치에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서의 피처리 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니고, 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 각종 기판이나, 포토 마스크(photo mask), CD 기판, 프린트 기판 등도 가능하다.In addition, the present invention is not limited to the plasma etching apparatus, and is applicable to other plasma processing apparatuses such as plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitriding, sputtering, and the like. In addition, the to-be-processed board | substrate in this invention is not limited to a semiconductor wafer, Various board | substrates for flat panel displays (FPD), a photo mask, a CD board | substrate, a printed board, etc. are also possible.
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KR20160108176A (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-19 | 램 리써치 코포레이션 | Method and apparatus to minimize seam effect during teos oxide film deposition |
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