JP2006245097A - F density measurement method in plasma processing apparatus, plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for plasma processing a target object stored in a processing container.
例えば，半導体製造プロセスにおいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）などの被処理体の表面に形成したレジスト膜をマスクとして所望のパターンをエッチングし，その後，レジスト膜をウェハ表面から除去する処理が行われる。従来，このレジスト膜除去にあたっては，処理容器内のウェハを加熱すると共に，この処理容器内に例えばＯ2（酸素）ガスを導入し，このＯ2をプラズマ化した際に生ずるＯラジカルなどの活性種でレジスト膜をアッシング除去する方法（プラズマアッシング方法）が用いられている。このように，エッチング処理とアッシング処理を同じ処理容器内において連続的に行うことによって，被処理体を他の処理容器に移送する時間が省略され，全体の処理時間の短縮が可能となる。 For example, in a semiconductor manufacturing process, a desired pattern is etched using a resist film formed on the surface of an object to be processed such as a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) as a mask, and then the resist film is removed from the wafer surface. Processing is performed. Conventionally, when removing the resist film, the wafer in the processing vessel is heated and, for example, O 2 (oxygen) gas is introduced into the processing vessel, and the activity of O radicals and the like generated when this O 2 is turned into plasma is obtained. A method of removing the resist film by ashing with a seed (plasma ashing method) is used. As described above, by continuously performing the etching process and the ashing process in the same processing container, the time for transferring the object to be processed to another processing container is omitted, and the entire processing time can be shortened.
ところが，例えばフッ素含有処理ガスを用いてエッチング処理を行うと，処理容器の内壁にＣＦポリマ（フッ化炭素系ポリマ）が堆積するおそれがある。この状態でアッシング処理を連続して行うと，処理容器の内壁に堆積したＣＦポリマが再解離し，ウェハ上のエッチングストップ層や絶縁膜がＦ（フッ素）によってダメージを受ける恐れがある。 However, when an etching process is performed using, for example, a fluorine-containing process gas, CF polymer (fluorocarbon polymer) may be deposited on the inner wall of the processing container. If the ashing process is continuously performed in this state, the CF polymer deposited on the inner wall of the processing container is re-dissociated, and the etching stop layer and the insulating film on the wafer may be damaged by F (fluorine).
そこで従来，このようなＦによるダメージを回避するために，アッシング処理を２ステップに分けて実施する方法が採られていた。まず，第１ステップでは，ウェハにバイアス電圧を印加せずに処理容器内にプラズマを発生させ，これによって処理容器の内壁に堆積しているＣＦポリマの除去を行う。次に，第２ステップにおいて，ウェハにバイアス電圧を印加させて，ウェハ上のレジスト膜をアッシングで除去する。このような２ステップを踏んでレジスト膜を除去する処理は，「ハイブリッド・アッシング(Hybrid Ashing)」と称される。ハイブリッド・アッシングについては，例えば下記の特許文献１〜６に開示されている。
Therefore, conventionally, in order to avoid such damage caused by F, a method of performing the ashing process in two steps has been adopted. First, in the first step, plasma is generated in the processing container without applying a bias voltage to the wafer, thereby removing the CF polymer deposited on the inner wall of the processing container. Next, in a second step, a bias voltage is applied to the wafer, and the resist film on the wafer is removed by ashing. The process of removing the resist film through these two steps is called “Hybrid Ashing”. Hybrid ashing is disclosed in, for example, the following
ところで，以上のようなハイブリッド・アッシングにおいては，第１ステップでＣＦポリマの除去を行った際の終点検出が必要となる。この終点検出については，ウェハ上の発光スペクトルを検出し，Ｆを示す波長の発光強度からＦ濃度を測定することが考えられる。 By the way, in the hybrid ashing as described above, it is necessary to detect the end point when the CF polymer is removed in the first step. For this end point detection, it is conceivable to detect the emission spectrum on the wafer and measure the F concentration from the emission intensity of the wavelength indicating F.
しかしながら，ウェハ上の発光スペクトルの強度は，処理容器内に発生するプラズマ密度に左右され，発光強度のみに基いてＦ濃度を正確に測定することは困難である。また，ウェハ上の発光スペクトルを処理容器外に導出させる光学系についても，ＣＦポリマなどが堆積し，発光強度を正確に測定できない可能性もある。 However, the intensity of the emission spectrum on the wafer depends on the plasma density generated in the processing container, and it is difficult to accurately measure the F concentration based only on the emission intensity. In addition, in the optical system for deriving the emission spectrum on the wafer to the outside of the processing container, there is a possibility that CF polymer is deposited and the emission intensity cannot be measured accurately.
本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，プラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を精度よく測定できる手段を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide means for accurately measuring the F density in plasma in a plasma processing apparatus.
上記課題を解決するために，本発明によれば，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を測定する方法であって，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスを用い，被処理体表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定することを特徴とする，プラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to the present invention, there is provided a method of measuring the F density in the plasma processing object housed in the processing vessel of the plasma processing apparatus for plasma treatment, and at least O 2 gas- using a process gas containing an active gas, the ratio of the emission intensity of F radicals in the surface of the object [F *] and the emission intensity of the inert gas [inert gas *] [F *] / [inert gas * The F density measuring method in the plasma processing apparatus is provided, characterized in that the F density during the plasma processing is measured.
この測定方法によれば，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］を用いることにより，処理容器内に発生するプラズマ密度の影響や発光スペクトルを処理容器外に導出させる光学系に堆積したＣＦポリマなどの影響を取除くことができる。その結果，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定できるようになる。 According to this measurement method, by using the ratio [F * ] / [inert gas * ] of the emission intensity [F * ] of the F radical and the emission intensity [inert gas * ] of the inert gas, It is possible to eliminate the influence of the plasma density generated inside and the influence of the CF polymer deposited on the optical system for deriving the emission spectrum out of the processing vessel. As a result, the F density during plasma processing can be measured with high accuracy.
この測定方法において，前記不活性ガスは，例えばＨｅガス，Ｎｅガス，Ａｒガス，Ｋｒガス，Ｘｅガス，Ｒｎガスなどの希ガス類元素のいずれか，もしくはそれらの任意の組合せとすることができる。また，前記不活性ガスをＡｒガスとし，前記Ｆラジカルの発光強度［Ｆ＊］を波長７０３．７ｎｍで測定し，前記不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］を波長７０３．０ｎｍで測定するようにしても良い。 In this measurement method, the inert gas can be any of rare gas elements such as He gas, Ne gas, Ar gas, Kr gas, Xe gas, and Rn gas, or any combination thereof. Further, Ar gas is used as the inert gas, the emission intensity [F * ] of the F radical is measured at a wavelength of 703.7 nm, and the emission intensity [inert gas * ] of the inert gas is measured at a wavelength of 703.0 nm. You may make it do.
また，前記比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］から，例えばアクチメトリー法によってプラズマ処理中のＦ密度を測定することができる。また，前記被処理体の上方からＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］を測定するようにしても良い。 Further, from the ratio [F * ] / [inert gas * ], the F density during plasma processing can be measured by, for example, an actimetry method. Further, the emission intensity [F * ] of the F radical and the emission intensity [inert gas * ] of the inert gas may be measured from above the object to be processed.
また本発明によれば，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理する方法であって，パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて，ＣＦ系の処理ガスで被処理基板をエッチングする工程と，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスで前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程と，少なくともＯ２ガスを含む処理ガスで前記レジスト膜をアッシングする工程とを有し，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，前述の測定方法によって，プラズマ中のＦ密度を測定し，その測定結果に基いて，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程の終点を判定することを特徴とする，プラズマ処理方法が提供される。 According to the present invention, there is also provided a method of plasma processing a target object accommodated in a processing container, wherein the target substrate is etched with a CF-based processing gas using a patterned resist film as a mask. , Removing a deposit on the inner wall of the processing vessel with a processing gas containing at least O 2 gas and an inert gas, and ashing the resist film with a processing gas containing at least O 2 gas, In the step of removing the deposit on the inner wall of the processing vessel, the end point of the step of measuring the F density in the plasma by the above-described measurement method and removing the deposit on the inner wall of the processing vessel based on the measurement result A plasma processing method is provided.
このプラズマ処理方法によれば，上述した場合と同様に，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定できるので，処理容器の内壁の堆積物を除去する工程の終点も精度良く判定できるようになる。 According to this plasma processing method, as in the case described above, the F density during the plasma processing can be measured with high accuracy, so that the end point of the step of removing deposits on the inner wall of the processing vessel can be determined with high accuracy.
このプラズマ処理方法において，プラズマ中のＦ密度が所定の閾値以下となった場合に，前記終点を判定するようにしても良い。また，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，前記被処理体には電力が印加されないようにしても良い。また，前記レジスト膜をアッシングする工程において，前記被処理体には０．１９Ｗ／ｃｍ２以上の電力が印加されるようにしても良い。 In this plasma processing method, the end point may be determined when the F density in the plasma becomes a predetermined threshold value or less. Further, in the step of removing deposits on the inner wall of the processing container, electric power may not be applied to the object to be processed. Further, in the step of ashing the resist film, a power of 0.19 W / cm 2 or more may be applied to the object to be processed.
また本発明によれば，処理容器内に収納した被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって，前記処理容器内に，ＣＦ系の処理ガスと，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスと，少なくともＯ２ガスを含む処理ガスとを選択的に供給する処理ガス供給源と，前記被処理体表面における発光スペクトルを前記処理容器外に導出させる光学系と，前記光学系によって導出された被処理体表面における発光スペクトルの強度を前記処理容器外において測定する発光強度測定手段と，前記発光強度測定手段において測定された被処理体表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定し，Ｆ密度に基いてプラズマ処理装置を制御する制御手段を備えることを特徴とする，プラズマ処理装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed stored in a processing container, wherein a CF-based processing gas, at least an O 2 gas and an inert gas are contained in the processing container. A processing gas supply source for selectively supplying a processing gas containing and a processing gas containing at least O 2 gas, an optical system for deriving an emission spectrum on the surface of the object to be processed outside the processing container, and the optical system Luminescence intensity measuring means for measuring the derived emission spectrum intensity on the surface of the object to be processed outside the processing container, and F radical emission intensity [F * ] on the surface of the object to be measured measured by the emission intensity measuring means; based on the ratio [F *] / [inert gas *] of the emission intensity of the inert gas [inert gas *], the F density in the plasma treatment were measured, based on the F density flop Characterized in that it comprises a control means for controlling the Zuma processor, a plasma processing apparatus is provided.
このプラズマ処理装置によれば，上述した場合と同様に，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定できるので，プラズマ処理装置を精度良く制御できるようになる。 According to this plasma processing apparatus, as in the case described above, the F density during the plasma processing can be measured with high accuracy, so that the plasma processing apparatus can be controlled with high accuracy.
このプラズマ処理装置において，例えば前記発光強度測定手段がポリクロメータであっても良い。また，前記光学系は被処理体の上方から発光スペクトルを前記処理容器外に導出させるようにしても良い。また，前記制御手段は，前記比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］から，アクチメトリー法によってプラズマ処理中のＦ密度を測定するものであっても良い。 In this plasma processing apparatus, for example, the emission intensity measuring means may be a polychromator. Further, the optical system may be configured to derive an emission spectrum from above the object to be processed outside the processing container. Further, the control means may measure F density during plasma processing by the actimetry method from the ratio [F * ] / [inert gas * ].
本発明によれば，プラズマ処理装置におけるプラズマ中のＦ密度を精度よく測定できるようになる。 According to the present invention, the F density in plasma in a plasma processing apparatus can be accurately measured.
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１は，本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の一例として示した平行平板型のプラズマ処理装置１の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a parallel plate type
このプラズマ処理装置１は，例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムから成る円筒形状に成形されたチャンバ（処理容器）１０を有しており，このチャンバ１０は接地されている。チャンバ１０内の底部にはセラミックなどの絶縁板１１を介して，被処理体としての半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という）Ｗを載置するための略円柱状のサセプタ支持台１２が設けられている。このサセプタ支持台１２の上には，下部電極を構成するサセプタ１３が設けられている。このサセプタ１３にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１４が接続されている。
The
サセプタ支持台１２の内部には，温度調節媒体室２０が設けられている。そして，導入管２１を介して温度調節媒体室２０に温度調節媒体が導入，循環され，排出管２２から排出される。このような温度調節媒体の循環により，サセプタ１３を所望の温度に調整できる。
A temperature
サセプタ１３は，その上側中央部が凸状の円板状に成形され，その上に被処理体としてのウェハＷと略同形の静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は，絶縁材の間に電極２６が介在された構成となっている。静電チャック２５は，電極２６に接続された直流電源２７から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加される。これによって，ウェハＷが静電チャック２５に静電吸着される。
The upper center portion of the
そして，絶縁板１１，サセプタ支持台１２，サセプタ１３，および静電チャック２５には，被処理体であるウェハＷの裏面に伝熱媒体（例えばＨｅガスなどのバックサイドガス）を供給するためのガス通路３０が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ１３とウェハＷとの間の熱伝達がなされ，ウェハＷが所定の温度に維持される。
The
サセプタ１３の上端周縁部には，静電チャック２５上に載置されたウェハＷを囲むように，環状のフォーカスリング３１が配置されている。このフォーカスリング３１は，セラミックスもしくは石英などの絶縁性材料，または導電性材料によって構成されている。フォーカスリング３１が配置されることによって，エッチングの均一性が向上する。
An
また，サセプタ１３の上方には，このサセプタ１３と平行に対向して上部電極３５が設けられている。この上部電極３５は，絶縁材３６を介して，チャンバ１０の内部に支持されている。上部電極３５は，サセプタ１３との対向面を構成し多数の吐出孔３７を有する電極板３８と，この電極板３８を支持する電極支持体３９とによって構成されている。電極板３８は，絶縁性材料または導電性材料によって形成される。本実施の形態においては，電極板３８の構成材料としてシリコンが用いられている。電極支持体３９は例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどの導電性材料から成る。なお，サセプタ１３と上部電極３５との間隔は，調節可能とされている。
An
上部電極３５における電極支持体３９の中央には，ガス導入口４５が設けられている。このガス導入口４５には，ガス供給管４６が接続されている。さらにこのガス供給管４６には，バルブ４７およびマスフローコントローラ４８を介して，処理ガス供給源４９が接続されている。
A
この処理ガス供給源４９から，エッチングのためのエッチングガスやアッシングのためのアッシングガスなどといった各種処理ガスが，吐出孔３７を経てチャンバ１０の内部に供給されるようになっている。なお，図１には，ガス供給管４６，バルブ４７，マスフローコントローラ４８，および処理ガス供給源４９等から成る処理ガス供給系を１つのみ示しているが，プラズマ処理装置１は，複数の処理ガス供給系を備えている。例えば，ＣＦ４，ＣｘＯｙ，Ｏ２，Ｎ２，ＮｘＯｙ，ＮＨ３，ＣＨＦ３，Ｈ２，Ａｒ，Ｈｅ，およびＸｅ等の処理ガスが，それぞれ独立に流量制御され，任意の組合わせでチャンバ１０内に供給される。
Various processing gases such as an etching gas for etching and an ashing gas for ashing are supplied from the processing
電極板３８の中央には，ガス導入口４５の真下に配置された透過窓５５が形成されている。この透過窓５５は，例えば石英ガラス等で構成されている。この透過窓５５は，チャンバ１０の内部においてサセプタ１３上に載置されたウェハＷの中央の上方に位置している。これにより，チャンバ１０内に収納されたウェハＷの中央の表面における発光スペクトルａが，透過窓５５を通ってガス導入口４５内に入光するようになっている。
In the center of the
ガス導入口４５の内部には，透過窓５５を通ってガス導入口４５内に入光した発光スペクトルａを，チャンバ１０外に導出させる光学系としての集光レンズ５６と，プリズム５７が配置される。プリズム５７の側方には，ガス導入口４５の側面に形成された例えば石英ガラス等からなる透過窓５８が配置され，この透過窓５８の外側に，光ファイバ等の光導出路５９が接続される。光導出路５９は，発光スペクトルａの発光強度を測定する発光強度測定手段としてのポリクロメータ６０に接続されている。これにより，ウェハＷ表面の発光スペクトルａが，透過窓５５，集光レンズ５６，プリズム５７，透過窓５８および光導出路５９を通ってポリクロメータ６０に入光し，チャンバ１０外のポリクロメータ６０においてウェハＷ表面の発光スペクトルａの発光強度が測定されるようになっている。
A condensing
また，こうしてポリクロメータ６０で測定された発光強度は，制御手段６１に入力される。後に詳しく説明するように，制御手段６１は，こうしてポリクロメータ６０から入力された発光強度から，例えばプラズマ処理中のＦ密度を測定することができる。
Further, the light emission intensity thus measured by the
チャンバ１０の底部には排気管６５が接続されており，この排気管６５には排気装置６６が接続されている。排気装置６６は，ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており，チャンバ１０内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）に調整する。また，チャンバ１０の側壁にはゲートバルブ６７が設けられている。このゲートバルブ６７が開くことによって，チャンバ１０内へのウェハＷの搬入，および，チャンバ１０内からのウェハＷの搬出が可能となる。なお，ウェハＷの搬送には例えば，図示しないウェハカセットが用いられる。
An
上部電極３５には，第１の高周波電源８０が接続されており，その給電線には第１の整合器８１が介挿されている。また，上部電極３５にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２が接続されている。この第１の高周波電源８０は，４０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このように高い周波数の電力を上部電極３５に印加することにより，チャンバ１０内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ，従来と比べて低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。第１の高周波電源８０の出力電力の周波数は，４０〜８０ＭＨｚが好ましく，典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が使われる。
A first high-
下部電極としてのサセプタ１３には，第２の高周波電源８５が接続されており，その給電線には第２の整合器８６が介挿されている。この第２の高周波電源８５は数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有する電力を出力することが可能である。このような範囲の周波数の電力をサセプタ１３に印加することにより，被処理体であるウェハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源８５の出力電力の周波数は，典型的には図示した２ＭＨｚ，３．２ＭＨｚ，または１３．５６ＭＨｚ等が使われる。本実施の形態においては，２ＭＨｚとした。
A second high
以上のように構成されるプラズマ処理装置１全体は，制御手段６１によって制御されている。例えば，処理ガス供給源４９によるチャンバ１０内への各種処理ガスの供給，上部電極３５への電力供給，サセプタ１３（下部電極）への電力供給，排気装置６６によるチャンバ１０内の減圧雰囲気調整，
ゲートバルブ６７の開閉，静電チャック２５によるウェハＷの静電吸着，ガス通路３０を通じた伝熱媒体の供給によるウェハＷの温度調整，温度調節媒体室２０への温度調節媒体の循環によるサセプタ１３の温度調整等は，いずれも制御手段６１によって制御されている。
The entire
The
次に，図２は，図１で説明したプラズマ処理装置１によって，エッチング処理およびアッシング処理される被処理体としてのウェハＷの説明図である。
Next, FIG. 2 is an explanatory view of a wafer W as an object to be processed that is subjected to etching processing and ashing processing by the
この図２に示したウェハＷは，順次積層されたエッチングストップ膜１００，低誘電率膜（以下，「Ｌｏｗ−ｋ膜」という）１０１，反射防止膜（ＢＡＲＣ：Bottom Anti-Reflective Coat）１０２，およびフォトレジスト膜１０３を備えている。なお，図２には示していないが，エッチングストップ層１００の下部には，例えばＣｕ（銅）配線層などの金属層，各種半導体層，およびシリコン基板などが存在する。
The wafer W shown in FIG. 2 includes an
フォトレジスト膜１０３を構成するレジスト材は，例えば，ＫｒＦ光（波長２４８ｎｍ）に感光するタイプのもので，その膜厚は例えば４００ｎｍ程度である。そして，予めフォトリソグラフィ工程において，例えば直径２００ｎｍの円形ホールがパターニングされている。 The resist material constituting the photoresist film 103 is, for example, a type sensitive to KrF light (wavelength 248 nm), and its film thickness is, for example, about 400 nm. Then, for example, a circular hole having a diameter of 200 nm is patterned in advance in the photolithography process.
反射防止膜１０２は，フォトレジスト膜１０３をＫｒＦ光で露光する際に，下地層からの反射光を抑制する働きをする。これによって，より微細なパターニングが可能となる。なお，ここでの反射防止膜１０２の膜厚は例えば６０ｎｍ程度である。
The
Ｌｏｗ−ｋ膜１０１を構成する低誘電率材料としては，シロキサン系（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）のＨＳＱ(Hydrogen-SilsesQuioxane)やＭＳＱ(Methyl-hydrogen-SilsesQuioxane)等がある。また，このシロキサン系以外にも有機系の材料が採用される場合がある。本実施の形態においては，ＭＳＱの中からBlack
Diamond（登録商標）またはCoral（登録商標）をＬｏｗ−ｋ膜１０１の構成材料として採用している。なお，ここでのＬｏｗ−ｋ膜２０８の膜厚は例えば１０００ｎｍ程度である。
Examples of the low dielectric constant material constituting the low-k film 101 include siloxane-based (Si—O—Si) HSQ (Hydrogen-SilsesQuioxane) and MSQ (Methyl-hydrogen-SilsesQuioxane). In addition to this siloxane, organic materials may be used. In this embodiment, Black is selected from MSQ.
Diamond (registered trademark) or Coral (registered trademark) is adopted as a constituent material of the low-k film 101. Here, the film thickness of the low-k film 208 is, for example, about 1000 nm.
エッチングストップ層１００は，例えば，ＳｉＣ材によって形成されており，その膜厚は例えば８０μｍ程度である。このエッチングストップ膜１００が備えられていることによって，フォトレジスト膜１０３をマスクとして用いて，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１をエッチングしたときに，エッチングストップ膜１００の下部の層（例えば金属層）に対してエッチング処理の影響が及ばなくなる。
The
次に，この図２に示したウェハＷに対するプラズマ処理装置１を用いたプラズマエッチング処理およびプラズマアッシング処理について説明する。
Next, plasma etching processing and plasma ashing processing using the
まず，パターニングされたフォトレジスト膜１０３をマスクとして用いて，反射防止膜１０２のエッチングを行う（第１エッチング工程）。この第１エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を１０００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を１００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＦ４を用いる。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。
First, the
次に，パターニングされたフォトレジスト膜１０３をマスクとして用いて，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１のエッチングを行う（第２エッチング工程）。この第２エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を５０ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を１２００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を１７００Ｗとする。また，処理ガスとして，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ａｒ，Ｎ２，およびＯ２の混合ガスを用いる。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。
Next, the low-k film 101 is etched using the patterned photoresist film 103 as a mask (second etching step). As process conditions for performing the second etching step, for example, the pressure in the
次いで，第２エッチング工程においてＬｏｗ−ｋ膜１０１に形成されたビアホールの底部にＬｏｗ−ｋ材が残らないように，いわゆるオーバーエッチング工程（第３エッチング工程）を実施する。この第３エッチング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を７５ｍＴｏｒｒに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を１２００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を１２００Ｗとする。また，処理ガスとして，Ｃ４Ｆ８，Ａｒ，およびＮ２の混合ガスを用いる。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。
Next, a so-called over-etching process (third etching process) is performed so that the low-k material does not remain at the bottom of the via hole formed in the low-k film 101 in the second etching process. As process conditions for performing the third etching step, for example, the pressure in the
以上の第１〜３エッチング工程を実施することによって，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１にビアホールが形成される。 By performing the above first to third etching steps, a via hole is formed in the low-k film 101.
続いて，同一のチャンバ１０内において，ウェハＷに対して，フォトレジスト膜１０３の除去を目的としたプラズマアッシング処理が施される。
Subsequently, in the
ところで，ウェハＷに対する上記の第１〜３のプラズマエッチング処理が行われると，処理ガスに含まれているＦ（フッ素）がＣ（炭素）と反応して生じたＣＦポリマ（フッ化炭素系ポリマ）が，チャンバ１０の内壁に付着して徐々に堆積していく。このようにＣＦポリマがチャンバ１０の内壁に堆積した状態で，すぐにフォトレジスト膜１０３の除去のみを目的としたプラズマアッシング処理を行うと，チャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマが再解離し，例えばＬｏｗ−ｋ膜１０１やエッチングストップ層１００がＦによってエッチングされ，ダメージを受ける恐れがある。
By the way, when the above first to third plasma etching processes are performed on the wafer W, a CF polymer (fluorinated carbon-based polymer) generated by the reaction of F (fluorine) contained in the processing gas with C (carbon). ) Adheres to the inner wall of the
そこで，この実施の形態にかかるプラズマ処理では，主にチャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマを除去する第１アッシング工程と，フォトレジスト膜１０３をアッシング除去する第２アッシング工程とに分けて実施される。まず，第１アッシング工程を実施することによって，ウェハＷに影響を与えることなくチャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマが除去される。そして，ＣＦポリマの除去が終了した後，第２アッシング工程を行い，フォトレジスト膜１０３を除去する。
In view of this, the plasma processing according to this embodiment is performed mainly in a first ashing process for removing the CF polymer deposited on the inner wall of the
ここで，第１アッシング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ，上部電極３５とサセプタ１３との間隔を４０ｍｍに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を５００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を０Ｗ（すなわち，サセプタ１３には高周波電力を印加しない，いわゆる０バイアス状態）とする。このように０バイアス状態とすることにより，ウェハＷへのＦの引きこみを回避でき，ダメージを防止できる。また，処理ガス（第１処理ガス）としては，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガス，例えばＡｒ（不活性ガス）とＯ２の混合ガスを用い，Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）を例えば４５０ｓｃｃｍ／５０ｓｃｃｍとする。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。
Here, as the process conditions for performing the first ashing step, for example, the pressure in the
また，第１アッシング工程中，チャンバ１内におけるプラズマ中のＦ密度を測定し，その測定したＦ密度に基いて，第１アッシング工程の終点を判定する。この場合，第１アッシング工程中，プラズマ中のＦ密度を測定し，測定したＦ密度が例えば所定の閾値以下となった場合に，第１アッシング工程の終点を判定することができる。
Further, during the first ashing process, the F density in the plasma in the
ここで，チャンバ１０内におけるプラズマ中のＦ密度の測定は，次のように行われる。即ち，このプラズマ処理装置１においては，チャンバ１０内のサセプタ１３上に載置されたウェハＷの中央表面における発光スペクトルａが，その上方に配置された透過窓５５，集光レンズ５６，プリズム５７，透過窓５８および光導出路５９を通ってポリクロメータ６０に入光し，チャンバ１０外のポリクロメータ６０においてウェハＷ表面の発光スペクトルａの発光強度が測定される。この場合，ポリクロメータ６０において，発光スペクトルａ中から波長７０３．７ｎｍの光を分光して，その発光強度を測定することにより，ウェハＷ表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］を測定することができる。また，発光スペクトルａ中から波長７０３．０ｎｍの光を分光して，その発光強度を測定することにより，ウェハＷ表面におけるＡｒガスの発光強度［不活性ガス＊］を測定することができる。ここで，図３は，ポリクロメータ６０において測定されるウェハＷ表面の発光スペクトルａの発光強度と波長との関係を示すグラフである。この図３から理解されるように，Ａｒガスの発光強度［不活性ガス＊］は波長７０３．０ｎｍでピークを示し，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ＊］は波長７０３．７ｎｍを示している。これら二つのピークは波長が近いので，波長幅をあまり大きくできないポリクロメータ６０（高分解能ＣＣＤ）を用いて，各ピークにおいて，Ａｒガスの発光強度［不活性ガス＊］とＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］を精度良く測定できる。
Here, the measurement of the F density in the plasma in the
そして，このようにポリクロメータ６０によって測定されたウェハＷ表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス＊］が，制御手段６１に入力される。制御手段６１は，こうしてポリクロメータ６０から入力されたＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］から，次の（式１）に従ってアクチメトリー法によりプラズマ処理中のＦ密度を測定する。
Then, the emission intensity [F * ] of F radicals and the emission intensity [inert gas * ] of Ar gas on the surface of the wafer W measured by the
Ｆ密度［ｃｍ−３］＝Ａ×（Ｎ×Ｐ［Ｔｏｒｒ］）／（７６０×２２４０００［ｃｍ３］）×（ＱＡｒ／Ｑ）×（［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］） （式１）
ここで，Ａ：アクチノ係数
Ｎ：アボガドロ数
Ｐ：チャンバ１０内の圧力
ＱＡｒ：チャンバ１０内に供給するＡｒの流量
Ｑ：チャンバ１０内に供給する処理ガスの全流量
F density [cm −3 ] = A × (N × P [Torr]) / (760 × 224000 [cm 3 ]) × (Q Ar / Q) × ([F * ] / [inert gas * ]) ( Formula 1)
Where A: Actino coefficient N: Avogadro number P: Pressure Q Ar in the chamber 10 Ar : Flow rate of Ar supplied into the chamber 10 Q: Total flow rate of processing gas supplied into the
一方，このように第１アッシング工程を行っていくと，チャンバ１０の内壁に堆積したＣＦポリマが徐々に除去されるので，それに従って，チャンバ１０内におけるプラズマ中のＦ密度は次第に下がっていく傾向にある。ここで，図４は，チャンバ１０内部品（チャンバ１０の内壁も含む）へのＣＦポリマ堆積状態（堆積量）がそれぞれ異なるチャンバ１０内に，表面にＳｉＯ２膜を形成したウェハＷを収納し，アッシング処理を行った場合の，アクチメトリー法によって測定されたプラズマ処理中のＦ密度と，ウェハＷ表面のエッチング速度との関係を示すグラフである。この図３から理解されるように，アクチメトリー法によって測定されたＦ密度とエッチング速度とはほぼ比例関係にあり，このため，Ｆ密度が小さくなれば，それに従ってウェハＷ表面が受けるダメージも小さくなる。そこで，ウェハＷが受けるダメージを考慮しなくても良い状態までＦ密度が下がったら，第１アッシング工程を終了して良い。
On the other hand, when the first ashing process is performed in this manner, the CF polymer deposited on the inner wall of the
この場合，制御手段６１において，例えばＦ密度について所定の閾値を設定しておき，アクチメトリー法によって測定されたＦ密度がその閾値以下となった場合に，第１アッシング工程の終点を判定することができる。なお，そのように設定される閾値は，ウェハＷへのダメージを考慮して，影響を考慮しなくて良い状況となったことを判定できるものであればよい。そのための閾値は，ウェハＷの種類，膜種，処理の種類など，種々の要因を考慮して適宜定めれば良い。 In this case, the control means 61 sets a predetermined threshold value for F density, for example, and determines the end point of the first ashing process when the F density measured by the actimetry method is equal to or lower than the threshold value. Can do. Note that the threshold value set in this way may be any threshold value that can determine that it is not necessary to consider the influence in consideration of damage to the wafer W. The threshold value for this purpose may be appropriately determined in consideration of various factors such as the type of wafer W, the type of film, and the type of processing.
このようにＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いてプラズマ処理中のＦ密度を測定することにより，チャンバ１内に発生するプラズマ密度の影響や，発光スペクトルａをチャンバ１の外部へ導出させる透過窓５５の汚れ等による影響も取除くことができる。即ち，この第１アッシング工程においては，例えばＡｒガス（不活性ガス）とＯ２ガスの混合ガスが処理ガスとして用いられるが，Ａｒガスはチャンバ１内に発生するプラズマ密度の影響を受けないので，Ａｒガスの発光強度［不活性ガス＊］との比（［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］）に基いてプラズマ処理中のＦ密度を測定することにより，プラズマ密度の影響を排除した状態でＦ密度を測定できるようになる。また，例えばＣＦポリマなどによって透過窓５５が汚れたような場合には，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ＊］とＡｒガスの発光強度［不活性ガス＊］は，いずれも等しく汚れの影響を受けることとなる。そのため，両者の比をとることにより，汚れの影響が相殺され，汚れの影響を排除した状態でＦ密度を測定できるようになる。その結果，プラズマ処理中のＦ密度を精度よく測定でき，第１アッシング工程の終点を正確に判定できるようになる。
Thus, the F density during plasma treatment is measured based on the ratio [F * ] / [inert gas * ] of the emission intensity [F * ] of the F radical and the emission intensity [inert gas * ] of Ar gas. As a result, the influence of the plasma density generated in the
そして，このようにＦ密度に基いて終点検出し，第１工程を終了する。その後，続く第２アッシング工程において，レジスト膜１０３を除去する。 Then, the end point is detected based on the F density in this way, and the first step is completed. Thereafter, in the subsequent second ashing step, the resist film 103 is removed.
ここで，第２アッシング工程を行う際のプロセス条件としては，例えば，チャンバ１０内の圧力を１０ｍＴｏｒｒ，上部電極３５とサセプタ１３との間隔を５５ｍｍに調整し，上部電極３５に印加する高周波電力を５００Ｗ，サセプタ１３に印加する高周波電力を２００Ｗとする。また，処理ガス（第２処理ガス）として，Ｎ２（第２不活性ガス）とＯ２の混合ガスを用い，Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を６０ｓｃｃｍ／６０ｓｃｃｍとする。さらに，ウェハＷの裏面冷却ガス圧力をセンタ部１０Ｔｏｒｒ，エッジ部３５Ｔｏｒｒとする。また，チャンバ１０内の設定温度については，上部電極を６０℃，下部電極を５０℃，側壁部を２０℃とする。そして，この第２アッシング工程の時間は，２６ｓｅｃとする。これらプロセス条件は，制御手段６１によって制御される。
Here, as the process conditions for performing the second ashing process, for example, the pressure in the
なお，第１〜３エッチング工程および第１，２アッシング工程の切り替わり期間において，上部電極３５とサセプタ１３にそれぞれ高周波電力を供給する第１の高周波電源８０と第２の高周波電源８５は，一旦オフ状態とされる。一方で，第２アッシング工程におけるチャンバ１０内の圧力は１０ｍＴｏｒｒと低く，このままではチャンバ１０内に安定的にプラズマを点火させることができない。そこで，第１アッシング工程と第２アッシング工程の間に，チャンバ１０内の圧力を一時的に例えば３０ｍＴｏｒｒとするプラズマ点火工程を３ｓｅｃ間実施する。このプラズマ点火工程を実施することによって，プラズマを確実に点火させ，その後，第２アッシング工程においてチャンバ１０内の圧力を低く調整することが可能となる。
During the switching period between the first to third etching steps and the first and second ashing steps, the first high-
こうして，第２アッシング工程においては，Ｌｏｗ−ｋ膜１０１やエッチングストップ層１００がＦラジカルによるダメージを受けることなく，それらの膜質を良好な状態に保ちつつ，フォトレジスト膜１０３を除去することができるようになる。
In this way, in the second ashing process, the photoresist film 103 can be removed while the low-k film 101 and the
以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の形態を採りうるものである。例えば図示の形態では，不活性ガスの一例としてＡｒガスについて説明したが，不活性ガスとして，Ｈｅガス，Ｎｅガス，Ｋｒガス，Ｘｅガス，Ｒｎガスも使用可能である。また，Ａｒガスも含めてそれらの任意の組合せでも良い。また，Ｆラジカルの発光強度［Ｆ＊］を波長７０３．７ｎｍ以外の波長領域で測定しても良いし，不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］を波長７０３．０ｎｍ以外の波長領域で測定しても良い。また，図示の形態では，ウェハＷの上方からＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］を測定したが，例えばウェハＷの側方からそれらの発光強度を測定しても良い。また，本発明はウェハＷ以外の他の被処理体のプラズマ処理にも適用できる。 The example of the embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this example and can take various forms. For example, in the illustrated embodiment, Ar gas has been described as an example of the inert gas. However, He gas, Ne gas, Kr gas, Xe gas, and Rn gas can also be used as the inert gas. Further, any combination thereof including Ar gas may be used. Further, the emission intensity [F * ] of the F radical may be measured in a wavelength region other than the wavelength 703.7 nm, and the emission intensity [inert gas * ] of the inert gas may be measured in a wavelength region other than the wavelength 703.0 nm. It may be measured. In the illustrated embodiment, the emission intensity [F * ] of the F radical and the emission intensity [inert gas * ] of the inert gas are measured from above the wafer W. For example, the emission intensity from the side of the wafer W is measured. May be measured. The present invention can also be applied to plasma processing of a target object other than the wafer W.
本発明は，プラズマ処理に適用可能である。 The present invention is applicable to plasma processing.
ａ 発光スペクトル
Ｗ ウェハ
１ プラズマ処理装置
１０ チャンバ
１３ サセプタ
２５ 静電チャック
３５ 上部電極
４５ ガス導入口
４９ 処理ガス供給源
５５，５８ 透過窓
５６ 集光レンズ
５７ プリズム
５９ 光導出路
６０ ポリクロメータ
６１ 制御手段
１００ エッチングストップ膜
１０１ 低誘電率膜
１０２ 反射防止膜
１０２ フォトレジスト膜
a emission
Claims (13)
少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスを用い，被処理体表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定することを特徴とする，プラズマ処理装置におけるＦ密度測定方法。 A method for measuring F density in plasma in a plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed stored in a processing container,
Using a processing gas containing at least O 2 gas and an inert gas, the ratio [F * ] of the emission intensity [F * ] of F radicals on the surface of the object to be processed and the emission intensity [inert gas * ] of the inert gas / F density measuring method in plasma processing apparatus, characterized in that F density during plasma processing is measured based on [inert gas * ].
パターニングされたレジスト膜をマスクとして用いて，ＣＦ系の処理ガスで被処理基板をエッチングする工程と，
少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスで前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程と，
少なくともＯ２ガスを含む処理ガスで前記レジスト膜をアッシングする工程とを有し，
前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程において，請求項１〜５のいずれかに記載の測定方法によって，プラズマ中のＦ密度を測定し，その測定結果に基いて，前記処理容器の内壁の堆積物を除去する工程の終点を判定することを特徴とする，プラズマ処理方法。 A method for plasma processing a target object stored in a processing container,
Etching the substrate to be processed with a CF-based processing gas using the patterned resist film as a mask;
Removing deposits on the inner wall of the processing vessel with a processing gas containing at least an O 2 gas and an inert gas;
Ashing the resist film with a processing gas containing at least O 2 gas,
In the step of removing deposits on the inner wall of the processing vessel, the F density in the plasma is measured by the measurement method according to any one of claims 1 to 5, and the inner wall of the processing vessel is determined based on the measurement result. A plasma processing method, comprising: determining an end point of a step of removing the deposits.
前記処理容器内に，ＣＦ系の処理ガスと，少なくともＯ２ガスと不活性ガスとを含む処理ガスと，少なくともＯ２を含む処理ガスとを選択的に供給する処理ガス供給源と，
前記被処理体表面における発光スペクトルを前記処理容器外に導出させる光学系と，
前記光学系によって導出された被処理体表面における発光スペクトルの強度を前記処理容器外において測定する発光強度測定手段と，
前記発光強度測定手段において測定された被処理体表面におけるＦラジカルの発光強度［Ｆ＊］と不活性ガスの発光強度［不活性ガス＊］との比［Ｆ＊］／［不活性ガス＊］に基いて，プラズマ処理中のＦ密度を測定し，Ｆ密度に基いてプラズマ処理装置を制御する制御手段を備えることを特徴とする，プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for plasma processing a target object stored in a processing container,
A processing gas supply source for selectively supplying a CF-based processing gas, a processing gas containing at least O 2 gas and an inert gas, and a processing gas containing at least O 2 into the processing container;
An optical system for deriving an emission spectrum on the surface of the object to be processed out of the processing container;
Emission intensity measuring means for measuring the intensity of the emission spectrum on the surface of the object derived by the optical system outside the processing container;
Ratio [F * ] / [inert gas * ] of emission intensity [F * ] of F radicals on the surface of the object measured by the emission intensity measuring means and emission intensity [inert gas * ] of inert gas A plasma processing apparatus comprising: control means for measuring an F density during plasma processing based on the F and controlling the plasma processing apparatus based on the F density.
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