JP4237317B2

JP4237317B2 - Plasma processing equipment

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Publication number: JP4237317B2
Application number: JP37038398A
Authority: JP
Inventors: 主人高橋; 三郎金井; 仁昭佐藤; 尚澄石津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JPH11243077A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理基板にエッチング処理等の処理を行うプラズマ処理に関し、被処理基板の中央部と周辺部の処理特性が均一になるようにしたプラズマ処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプラズマ処理装置は、プラズマ密度（イオン電流値）やイオンエネルギー（高周波バイアス電圧）を基板（ウエハ）面内で均一化するとともに基板温度を均一にするため、種々の工夫が凝らされてきた。例えば、特開平７−１８４３８号公報には、平板状電極の基板支持面の絶縁物表面に凹凸面を形成し、この凹凸面の密度あるいは深さを絶縁物表面内で変化させて、静電吸着力に分布を与えることにより、基板内の温度分布の均一化を図るものが示されている。
【０００３】
ところが、基板サイズが大口径化しエッチングサイズが微細化するとともに、基板中央部と周辺部でのエッチング反応生成物の分布の影響が顕在化してきた。
【０００４】
図１５は、エッチング反応生成物の挙動を説明する図である。図に示すように、Ａｌ，Ｃｌ，Ｃ等のエッチング反応生成物は被処理基板２の表面でプラズマエッチングガス（イオンやラジカル）と反応して気相中に気化しＡｌ₂Ｃｌ₆等となるが、再度被処理基板に入射したり、あるいはプラズマ中で再解離してから入射するなど、複雑な挙動を示す。すなわち、基板の底面でエッチングされたＡｌは、反応生成物として気相中に放出されるが、その一部は、プラズマ中で再び解離し、基板２上へ再入射する。また、フォトレジスト２５も同じように、エッチングされるために、レジストの反応生成物も基板２上に再入射する。これらの反応生成物がプラズマ中で解離した内で電気的に中性な成分は、被エッチング部の側壁にも入射して付着する。このような成分や、あるいは底面でエッチングされて直接側壁に入射して付着した成分、または、入射イオンによって物理的に、あるいは化学的な要素も含んでスパッタされて側壁に入射した成分などが付着して側壁保護膜２６が形成される。
【０００５】
このうち、反応生成物の再入射に関しては、基板面内での入射量の不均一が発生しやすい。なぜならば、気相中にエッチングされて放出された反応生成物はガスとしてエッチング室から排気されることになるが、反応生成物の排気は、基板の外周程効率が良い。従って、図１６に示すように、気相中の反応生成物の密度分布、すなわち反応生成物の再入射量分布は、基板中央が高く、周辺部で低いという分布にならざるを得ない。
このように、反応生成物の量は基板周辺部では、エッチングガスとともに排気されるため基板中央部に比較して少なくなっている。メタルエッチングの場合、側壁保護膜が多い（厚い）と、イオンアシスト反応による側壁のエッチング速度が遅くなる。そのため、例えば溝の加工を例にとると、被エッチング部の形状はエッチング深さが増す程幅が狭くなる、いわゆるテーパ状の形状となる。逆に側壁保護膜が薄すぎると、側壁がエッチングされ、被エッチング部の幅が目標寸法よりも広くなってしまう。従って、被エッチング部として垂直形状を得るためには、側壁保護膜の付着量を、厚くもなく薄くもない厚さに適正化して、側壁が太ったり、細ったりすることのないようにしなければならない。
【０００６】
一方、エッチングサイズの微細化が進むとともに、被処理寸法の加工精度に対する要求が厳しくなってきた。例えば、設計寸法の約１／１０が許容レベルとした場合、０．５μｍでは許容レベルが±０．０５μｍであったものが、０．２５μｍ、０．１３μｍと微細化が進むにつれ、許容レベルは±０．０２５μｍ、±０．０１３μｍとなる。このような要求仕様を達成するためには、加工寸法に影響を及ぼす因子を明らかにし、それらを制御しなければならない。
【０００７】
また、エッチングサイズの微細化に伴い、微細パターンとそれほど密ではない疎なパターンが混在する疎密パターンにおいても、被処理寸法の加工精度に対する要求は厳しくなってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、エッチング等のプラズマ処理における反応生成物の処理特性への影響を相殺して、基板面内において均一な処理特性の得られるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、エッチング等のプラズマ処理時における反応生成物の影響を考慮し、処理形状の基板面内での均一性を向上したプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、疎密パターンで加工寸法のバラツキの無いエッチング処理特性の得られるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、処理室内において、マスクを介してガスプラズマを用いて被処理基板をエッチング処理するプラズマ処理方法において、前記被処理基板の被エッチング部の側壁に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理することにある。
上記プラズマ処理方法を達成するプラズマ処理装置は、処理室内において、ガスプラズマを用いて基板載置電極上の被処理基板をエッチング処理するプラズマ処理装置であって、前記プラズマ処理装置は、前記基板載置電極に高周波バイアス電圧を印加する高周波電源と、前記被処理基板と前記基板載置電極の表面との間に伝熱用ガスを供給する手段と、前記被処理基板面内の温度分布を制御する制御手段を備えており、前記基板載置電極は、静電吸着電極であり、かつ、該基板載置電極を冷却する媒体の通路を備えており、前記制御手段は、前記基板載置電極の表面と前記被処理基板の間の複数の領域にそれぞれ独立したガス供給通路から供給される前記伝熱用ガスの圧力をそれぞれ調節することにより、前記被処理基板の中央部の温度を周辺部の温度よりも高くするように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の特徴は、処理室内において、マスクを介してガスプラズマを用いて被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記被処理基板に形成される側壁保護膜の付着量を被処理基板の中央と端部との間で等しくし、側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理することにある。
【００１３】
本発明の他の特徴は、処理室内において、レジストをマスクとしてガスプラズマを用いて被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、前記被処理基板とプラズマとの反応によって発生した反応生成物が前記被処理基板に入射して付着する付着量の均一性を前記被処理基板の面内で維持しながら、前記被処理基板のプラズマ処理を行い、前記被処理基板に面内均一な側壁保護膜を形成することにある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、処理室内において、レジストをマスクとしてガスプラズマを用いて被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記被処理基板の温度を制御することにより前記被処理基板に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理することにある。
【００２１】
エッチングの場合は、通常、マスクを介して加工寸法を忠実にかつ垂直にエッチングすることが要求される。この際、エッチング方向に垂直な方向へのエッチング、すなわち、側壁部のエッチングが加工寸法に影響を及ぼす。側壁部のエッチングにおいて、エッチング圧力が高い場合は入射イオンもエッチングに寄与するが、エッチング圧力が十分低くなるとイオン入射がほとんど無視できる。このようなイオン入射をほとんど無視できる状況では、側壁部のエッチングは、側壁とラジカルの化学反応に大きく依存する。化学反応は、温度や入射して付着しているラジカル密度、種類に依存するが、エッチングの場合は、化学反応を抑制する反応生成物が側壁に付着し、この付着量の多少、すなわち側壁保護膜の厚さが、側壁エッチングの速度を決めていると言って良い。換言すると、側壁保護膜の膜厚制御が、加工精度向上のキーとなる。
【００２２】
従って、反応生成物の影響が大きくなってきている微細パターンのエッチングにおいては、特に、気相中での反応生成物が基板の面内で不均一であり基板の外周部で少なくなるという分布特性を考慮し、その影響を相殺して側壁保護膜の基板の面内分布が均一となる様なプラズマ分布や基板温度分布にする必要がある。
【００２３】
本発明によれば、処理室内においてマスクを介してガスプラズマを用いて被処理基板を処理するプラズマ処理方法において、被処理基板がこの被処理基板に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理される。このように、被処理基板の側壁保護膜の面内均一性を維持することにより、イオンアシスト反応による側壁のエッチング速度が均一になるため、微細パターンであっても、被エッチング部の垂直形状を得ることが容易になる。
【００２４】
被処理基板に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持するために、例えば、基板面内の温度分布を制御する。基板に再入射する反応生成物がエッチング等の処理部の側壁に付着する確率は基板温度が高いほど小さい。すなわち、基板温度が一定であれば、基板面内での反応生成物の付着確率が一定となるから、処理部側壁への付着量すなわち側壁保護膜の厚さは反応生成物の再入射量に比例する。したがって、基板中央部での処理部側壁への反応生成物付着量が多くなり、基板周辺部との処理形状差が生ずる。
【００２５】
これを解決し被処理基板の側壁保護膜の面内均一性を維持するために、プラズマ処理時に、例えば、基板中央部の温度が周辺部に比較して高くなるように制御する。基板中央部の温度が高と反応生成物の付着確率が低くなるので、反応生成物の再入射量が多くても処理部側壁に付着する反応生成物の量は少なくなる。基板温度は、基板面内における処理部側壁への反応生成物付着量が同じになるように、基板面の内外で高低差を有する特性に調節する。これにより、基板面内での処理特性を均一にすることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に述べる。
まず、図１７は本発明が適用されるプラズマ処理装置の模式図である。図１７の装置はマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ発生方法を採用したエッチング装置であるが、本発明の適用装置はプラズマ処理装置であれば他の方式のものでも良く、図１７の装置に特に限定されるものではない。
【００３０】
図１７において、１はエッチング室、２は電極３の上に載置された基板である。４は基板にＲＦバイアスを印加するための高周波電源である。５はマイクロ波をエッチング室１に導く導波管、６は石英窓である。７はマイクロ波に磁場を加えてエッチング室内に電子サイクロトロン共鳴領域を生成するための電磁コイル、８は真空ポンプ、９は圧力調節弁、１０は圧力などのセンサーである。
【００３１】
電極３は静電吸着電極であり、該電極表面の一部が基板２の裏面と接触する静電吸着面となっている。図２、図３に示すように、静電吸着電極３の環状の静電吸着面３１，３２、３３の間には、凹部３４，３５，３６が形成されている。なお、３８は基板裏面へ伝熱ガスの供給口、３９は電極を冷却する媒体の通路である。静電吸着電極３の中央から外側に向かって、凹部３４，３５，３６の深さｄが、ｄ３＞ｄ２＞ｄ１のように、順次浅くなっている。凹部の代わりに、静電吸着面に溝が形成される場合も、静電吸着電極３の中央から外側に向かって、深さを順次浅くすれば良い。
【００３２】
このように、静電吸着電極３の中央から外側に向かって、凹部３４，３５，３６の深さｄが順次浅くなっていることにより、静電吸着電極３は、図１に示したように、エッチング処理時における基板中央部の温度を基板周辺部に比較して高く維持する機能がある。エッチング処理時に、基板中央部の温度が高いと、反応生成物の付着確率が低くなるので、反応生成物の再入射量が多くてもエッチング部側壁に付着する反応生成物の量は少なくなる。基板温度の高低差はエッチング部側壁への反応生成物付着量が同じになるように調節する。これにより、以下に説明するように、基板面内でのエッチング特性を均一にすることが可能となる。
【００３３】
ここで、プラズマ処理のメカニズムをアルミニウム配線のエッチングを例にとり説明する。
【００３４】
図４は、アルミニウム配線をエッチングしている途中の模式図である。アルミニウム配線として、下地のＳｉＯ₂酸化膜２１の上に、バリアと称する拡散防止用の膜２２が形成され、その上に、アルミニウム配線膜２３が形成されている。バリア２２は、ＴｉやＴｉＮから成り、アルミニウム配線はＡｌ−ＣｕやＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの合金が使用される。ＣｕやＳｉ、Ｃｕの組成比は、通常０．５〜１．５％程度となっている。
【００３５】
さらに、アルミニウム配線の上には、ＴｉＮなどから成るキャップ層２４が形成される。キャップ層は、その上に、レジスト２５を有している。キャップ層２４は、微細パターンをリソグラフィーにより露光する際に、アルミニウム配線のままだと反射光が強く、露光の解像度が減少するのを防ぐために設けられた反射防止膜である。
【００３６】
アルミのエッチングは、塩素ガスを用いて実施される。通常は、アルミの自然酸化膜のエッチングも必要になるため、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂の混合ガスが使用される。アルミと塩素は、Ａｌ₂Ｃｌ₆なって気化するが、この反応は常温でも生じ易く、塩素ガスとＡｌが接するだけでも進行する。
【００３７】
従って、図４のように、レジストをマスクとして異方性で垂直な形状を得ようとする場合は、アルミの側壁がエッチングされるのを防止しなければならない。ところが、プラズマエッチングでは、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂がプラズマ状態となるため、Ｃｌイオン等の他に、Ｃｌラジカルのような中性の活性種が発生する。中性活性種は、電場や磁場の影響を受けないために、エッチング室内をランダムな方向に飛び交っており、側壁へも多数突入する。従って、これらのＣｌラジカルとアルミの側壁の反応を防止しなければならない。この役目を果たすのが、側壁保護膜２６である。
【００３８】
ＣｌとＡｌはラジカル同士でも反応するが、垂直形状を得るためと、より高速でエッチングするために、基板２に高周波電源４でＲＦバイアスを印加し、イオンを基板に垂直な方向に入射させる。イオンは、ＲＦバイアスにより加速されて高エネルギー状態となり、アルミニウム配線のエッチング底面に入射する。イオンの入射により、エッチング底面に吸着しているＣｌはＡｌと速やかに反応する。イオンの運動エネルギーがエッチング底面でＣｌとＡｌの反応に転換されるエッチングは、イオンアシストエッチングと呼ばれている。
【００３９】
底面でエッチングされたアルミは、反応生成物として気相中に放出されるが、その一部は、プラズマ中で再び解離し、基板上へ再入射する。また、レジストも同じように、エッチングされるために、レジストの反応生成物も基板上に再入射する。これらの反応生成物がプラズマ中で解離したうちで電気的に中性な成分は、被エッチング部の側壁にも入射して付着する。このような成分や、あるいは底面でエッチングされて直接側壁に入射して付着した成分、または、入射イオンによって物理的に、あるいは化学的な要素も含んでスパッタされて側壁に入射した成分などが付着して側壁保護膜が形成される。このうち、反応生成物の再入射に関しては、基板面内での不均一が発生しやすい。なぜならば、気相中にエッチングされて放出された反応生成物はガスとしてエッチング室から排気されることになるが、図１６で述べたように、反応生成物の排気は、基板外周程効率が良い。従って、基板の温度分布が面内で均一な場合、気相中の反応生成物の密度分布は、基板中央が高く、周辺部で低いという分布にならざるを得ない。
【００４０】
そこで、本発明では、図１のように基板中央の温度を高くすることにより、図５に示したように反応生成物の付着確率を基板面内で変え、側壁保護膜となる反応生成物の付着量を基板面内で均一にするものである。すなわち、反応生成物の付着確率を基板面内の中央部で小さく、周辺部で大きくする。その結果、側壁保護膜の厚さ分布特性を、図５のように基板面内で均一にすることができる。
【００４１】
基板中央の温度を基板外周部に比べて高くする特性を得るためには、例えば、静電吸着電極３の中央から外側に向かって、凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の深さｄを順次浅する。
【００４２】
次に図７に、基板裏面の圧力Ｐａとガス分子による熱通過率（Ｗ／ｍ²・Ｋ）の関係を示す。図７から、裏面圧力が高いほど熱通過率は大きくなることが分かる。これにより、圧力を一定としたときの、基板裏面と電極表面の距離（ｄ）とガス分子による熱通過率の関係が、図８のように求まる。
【００４３】
従って、図８の特性を利用することにより、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の深さｄをの中央から外側に向かって変化させて設定することにより、図１に示すような基板面内の温度分布を得ることができる。
【００４４】
実用上は、基板の面内における反応生成物の付着量を、±１０％の面内均一性に維持出来るように、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の深さｄを設定すれば良い。
【００４５】
本発明の方法は、基板の口径が２００ｍｍ以上、基板に形成されるパターンが０．３５μｍ以下のものに、特に有効に適用可能である。
【００４６】
なお、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の深さｄをの中央から外側に向かって変化させて設定するために、図９に示したように、凹部の深さを予め等しくしておき、厚さの異なるスペーサ３７を配置して深さを調節しても良い。
【００４７】
また、スペーサ３７の厚みを代える代わりに、電極表面と基板とのギャップ（溝）にポリイミドフィルムなどを貼付して熱伝導特性を変化させて、所定の基板面内の温度分布を得るようにしても良い。さらに、フィルムの種類や厚さを調節することで温度をプロセスに合わせて変えることができる。また、フィルムを再貼付することで容易に清掃することができる。なお、フィルムはプラスチックスである必要はない。金属やセラミックスでもよい。
【００４８】
また、図１０に示すように、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の幅Ｗ（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）を電極の中央から外側に向かって順次狭くなるように変化させて、図１に示すような基板面内の温度分布を得ることもできる。さらに、図１１に示すように、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の深さｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３，）と幅Ｗ（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）の双方を電極の中央から外側に向かって順次変化させて、図５に示すような基板面内の温度分布を得ることもできる。
【００４９】
あるいはまた、図１２に示すように、基板２の温度をセンサー４２、４３、４４で計測し、この温度に基づいて基板２と電極３の間に通路３８を介して供給される伝熱用ガスの圧力をコントローラ４５を介してバルブ４６で制御することにより、図１に示すような基板面内の温度分布を得ることもできる。
【００５０】
伝熱用ガスの基板裏面の圧力は、伝熱用ガスの流量を増せば増加させることができる。一方、裏面圧力と熱通過量との間には、図１３に示すような関係がある。また、静電吸着電極３の凹部（もしくは溝）の深さと電極裏面における圧力損失（Ｐａ）との間には、図６のような関係がある。図６から、溝深さｄが深くなるほど圧力損失ΔＰａが小さくなることが分かる。したがって、各凹部３４，３５，３６を連通する放射状の凹部または溝の形状によって圧力損失が生じるように、伝熱用ガスの供給圧力を調節して、各凹部３４，３５，３６の伝熱用ガスの圧力を適宜調節することにより、図１に示すような基板面内の温度分布を得ることが可能となる。
【００５１】
なお、各凹部３４，３５，３６内に供給される伝熱用ガスの圧力をそれぞれに調節可能になるように、各凹部３４，３５，３６それぞれに独立した伝熱用ガスの供給用の通路を設けても良い。
【００５２】
さらに、本発明の他の実施例として、図１４に示したように、処理室１内からの反応生成物の排気量を排気手段５０で制限しながら基板２をエッチング処理することにより、反応生成物の付着量を基板面内で均一にすることもできる。
【００５３】
次に、エッチング中に反応生成物の付着量を基板面内で均一にするためにプロセスガスを調整する方法について述べる。すなわち、以下の範囲、方法でパラメータを変化させプロセスガスを調整する。
【００５４】
（１）ガス種BCl₃,Cl₂,添加ガスとしてCHF₃,CF₄,CH₂F₂,Ar+CH₄
（２）ガス流量 BCl₃；10ml/min〜100 ml/min
Cl₂；50ml/min〜400 ml/min
（３）ガス圧力；0.1Pa〜6Pa
（４）マイクロ波(2.45GHz)出力２００Ｗ〜２０００Ｗ
（５）ＲＦ出力１０Ｗ〜５００Ｗ(使用周波数100KHz〜13.56MHz)
（６）基板温度範囲；50℃〜100℃
（７）マスクはレジストを使用。
【００５５】
上記条件の調整範囲で、面内反応生成物密度分布差を（基板中央高、周辺低い）低く（小さい）する方向としては、
（１）ガス圧力を低くする（０.1Pa〜１Pa）
ガス圧力を下げ、ガス滞在時間を短縮、生成物の揮発性をあげることによりエッチング後の反応生成物再付着回数を少なくする。このような状況では、反応生成物が排気されるまでに基板の中央でも外周部でも、他のガス分子と衝突する回数が少ないために、基板の中央と外周部における排気速度の差が発生しにくい。これにより、基板面内における反応生成物の付着量分布のバラツキを低減する。
【００５６】
（２）ガス流量を多くし且つ塩素流量比率を大きくする。（＞８０％）
流量増加によるガス滞在時間を短縮することにより、生成物の揮発性をあげエッチング後の反応生成物再付着回数を少なくする。
且つ質量の大きいＢＣｌ_３イオンを少なくすることにより、イオンアタックによるレジストからのサイドウオール付着物の量を低減し面内反応生成物付着密度分布のバラツキを低減する。
【００５７】
（３）基板全体の温度を高くする。(70℃〜100℃)
基板全体の温度を上げることにより再付着回数を低減できる。
基板温度を高くすること自体は、面内バラツキには直接寄与しない。しかし、基板内の温度を制御する、例えば、基板温度を高くすれば、入射した反応生成物の付着確率が小さくなるので、面内反応生成物の付着量そのものが少なくなり、基板面内での反応生成物の付着密度分布のバラツキの絶対値を低減できる。
【００５８】
（４）プラズマ密度を低くする（マイクロ波出力を低くする）
プラズマを低密度化することにより反応生成物量を抑制し面内反応生成物付着密度分布のバラツキを低減する。
【００５９】
（５）基板に入射するイオンエネルギーを低くする。（ＲＦ出力を低くする）
ＲＦ出力を下げることによりイオンアタックによるレジストからの側壁付着物の量を低減し面内反応生成物付着密度分布のバラツキを低減する。
【００６０】
上記パラメータを最適化することにより、種々の被エッチング面積、好ましくは基板の口径が２００ｍｍ以上でかつ基板に形成されるパターンが０．３５μｍ以下の、半導体の配線加工に適用することにより、基板の面内で加工寸法のバラツキの無いエッチングを行うことができる。
【００６１】
また、基板のほぼ同じ場所で微細なパターンとそれほど微細でない疎なパターンとが混在している所謂粗密パターンにおいも、加工寸法のバラツキを改善できる。すなわち、パターンが微細になるほど、入射粒子がパターン内の深いところまで進入して側壁に付着する確率が減少し、側壁保護膜も薄くなるが、本発明によれば、粗密パターン内での均一性も、基板面内での側壁保護膜の均一化と同様な理由で達成することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プラズマ処理における反応生成物のエッチング特性への影響を相殺して、基板面内において均一な処理特性の得られるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、基板面内の温度を変化させる等の簡単な方法でプラズマ処理特性の面内分布を均一にすることができるので、デバイスの生産歩留まりが向上するという効果がある。また、基板温度をプロセスに合わせて変えることができるので、エッチング等の処理において種々の仕様に対応できるという利点もある。
【００６４】
本発明によれば、さらに、疎密パターンで加工寸法のバラツキの無いエッチング処理特性の得られるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における基板の面内温度の制御特性の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例になるプラズマエッチング装置おける電極の要部を示す縦断面図である。
【図３】図２の電極の要部平面図である。
【図４】本発明の方法により、アルミニウム配線をエッチングしている途中の模式図である。
【図５】本発明における、プラズマエッチング時の基板温度と反応生成物の発生量、再入射分布の関係を示す図である。
【図６】静電吸着電極の凹部（もしくは溝）の深さと電極裏面における圧力損失（Ｐａ）の関係を示す図である。
【図７】基板裏面の圧力Ｐａとガス分子による熱通過率（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）の関係を示す図である。
【図８】圧力を一定としたときの、基板裏面と電極表面の距離（ｄ）とガス分子による熱通過率の関係を示す図である。
【図９】本発明の他の実施例になる電極の縦断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例になる電極の説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例になる電極の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施例になる基板面内の温度制御方法を説明する図である。
【図１３】基板の裏面圧力と熱通過量と関係を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施例になるエッチング処理方法の説明図である。
【図１５】従来例におけるプラズマエッチング時のエッチング反応生成物の挙動を説明する図である。
【図１６】従来例におけるプラズマエッチング時の基板温度と反応生成物の発生量、再入射分布の関係を示す図である。
【図１７】本発明が適用されるプラズマエッチング装置の模式図である。
【符号の説明】
１…エッチング室、２…基板、３…電極、４…高周波電源、５…導波管、６…石英窓、７…電磁コイル、８…真空ポンプ、９…圧力調節弁、１０…センサー、３１，３２、３３…静電吸着面、３４，３５，３６…凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to plasma processing for performing processing such as etching processing on a substrate to be processed, and relates to a plasma processing method and apparatus in which processing characteristics at a central portion and a peripheral portion of a substrate to be processed are made uniform.
[0002]
[Prior art]
Conventional plasma processing apparatuses have been devised in various ways to equalize plasma density (ion current value) and ion energy (high-frequency bias voltage) in the substrate (wafer) plane and uniform substrate temperature. . For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-18438, an uneven surface is formed on an insulator surface of a substrate support surface of a flat electrode, and the density or depth of the uneven surface is changed in the insulator surface, thereby It is shown that the distribution of the adsorptive force provides a uniform temperature distribution within the substrate.
[0003]
However, the substrate size has become larger and the etching size has become finer, and the influence of the distribution of etching reaction products in the central and peripheral portions of the substrate has become apparent.
[0004]
FIG. 15 is a diagram for explaining the behavior of the etching reaction product. As shown in the figure, etching reaction products such as Al, Cl and C react with the plasma etching gas (ions and radicals) on the surface of the substrate 2 to be vaporized in the gas phase, and Al.₂Cl₆However, they exhibit complicated behavior such as being incident on the substrate to be processed again or incident after being re-dissociated in plasma. That is, Al etched on the bottom surface of the substrate is released into the gas phase as a reaction product, but part of it is dissociated again in the plasma and re-enters the substrate 2. Similarly, since the photoresist 25 is etched, the reaction product of the resist is incident on the substrate 2 again. While these reaction products are dissociated in the plasma, the electrically neutral component is incident on and adhered to the side wall of the etched portion. Such components, or components that are etched on the bottom surface and directly incident on the side walls, or components that are sputtered by incident ions physically or including chemical elements, are incident on the side walls. Thus, the sidewall protective film 26 is formed.
[0005]
Among these, regarding the re-incidence of the reaction product, the non-uniformity of the incident amount within the substrate surface is likely to occur. This is because the reaction product etched and released in the gas phase is exhausted as a gas from the etching chamber, but the exhaust of the reaction product is more efficient at the outer periphery of the substrate. Therefore, as shown in FIG. 16, the density distribution of the reaction product in the gas phase, that is, the re-incidence distribution of the reaction product must be a distribution in which the center of the substrate is high and low in the peripheral part.
Thus, the amount of the reaction product is reduced in the peripheral portion of the substrate together with the etching gas, and thus is smaller than that in the central portion of the substrate. In the case of metal etching, if the side wall protective film is large (thick), the etching rate of the side wall due to the ion assist reaction becomes slow. Therefore, for example, when processing a groove, the shape of the etched portion becomes a so-called tapered shape in which the width becomes narrower as the etching depth increases. On the contrary, if the sidewall protective film is too thin, the sidewall is etched, and the width of the etched portion becomes wider than the target dimension. Therefore, in order to obtain a vertical shape as the etched portion, the amount of the sidewall protective film must be optimized to a thickness that is neither thick nor thin so that the sidewall is not thickened or thinned. Don't be.
[0006]
On the other hand, as the etching size becomes finer, the demand for the processing accuracy of the dimension to be processed has become strict. For example, when about 1/10 of the design dimension is an allowable level, the allowable level is ± 0.05 μm at 0.5 μm, but as the miniaturization progresses to 0.25 μm and 0.13 μm, the allowable level is ± 0.025 μm and ± 0.013 μm. In order to achieve such required specifications, it is necessary to clarify the factors affecting the processing dimensions and control them.
[0007]
As the etching size is miniaturized, the demand for processing accuracy of the dimension to be processed has become severe even in a dense pattern in which a fine pattern and a sparse pattern that is not so dense are mixed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of obtaining uniform processing characteristics in a substrate surface by offsetting the influence of reaction products on the processing characteristics in plasma processing such as etching. .
[0009]
Another object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus in which the influence of reaction products during plasma processing such as etching is taken into consideration and the uniformity of the processing shape within the substrate surface is improved. .
[0010]
Another object of the present invention is to provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of obtaining etching processing characteristics with a dense pattern and no variation in processing dimensions.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is characterized in that, in a plasma processing method for etching a substrate to be processed using a gas plasma through a mask in a processing chamber, a surface of a sidewall protective film formed on a sidewall of an etching target portion of the substrate to be processed The plasma treatment is performed while maintaining the uniformity inside.
A plasma processing apparatus that achieves the above plasma processing method is a plasma processing apparatus that etches a substrate to be processed on a substrate mounting electrode using gas plasma in a processing chamber, and the plasma processing apparatus includes: A high-frequency power source for applying a high-frequency bias voltage to the placement electrode, a means for supplying a heat transfer gas between the substrate to be treated and the surface of the substrate placement electrode, and a temperature distribution in the surface of the treatment substrate The substrate mounting electrode is an electrostatic adsorption electrode, and has a medium passage for cooling the substrate mounting electrode, and the control unit includes the substrate mounting electrode. The temperature of the central portion of the substrate to be processed is adjusted by adjusting the pressure of the heat transfer gas supplied from independent gas supply passages to a plurality of regions between the surface of the substrate and the substrate to be processed, respectively. Characterized in that it is configured to be higher than the temperature of the side portion.
[0012]
Another feature of the present invention is a plasma processing method for processing a substrate to be processed using a gas plasma through a mask in a processing chamber, wherein the adhesion amount of the sidewall protective film formed on the substrate to be processed is determined. In other words, the plasma processing is performed while maintaining the in-plane uniformity of the side wall protective film.
[0013]
Another feature of the present invention is that in a plasma processing method for processing a substrate to be processed using a gas plasma with a resist as a mask in a processing chamber, a reaction product generated by a reaction between the substrate to be processed and the plasma is applied to the substrate. Plasma treatment of the substrate to be processed is performed on the surface of the substrate to be processed while maintaining the uniformity of the amount of adhesion incident on the substrate to be processed to form a uniform sidewall protective film on the substrate to be processed. There is to do.
[0014]
Another feature of the present invention is a plasma processing method for plasma processing a substrate to be processed using a gas plasma with a resist as a mask in a processing chamber, and formed on the substrate to be processed by controlling the temperature of the substrate to be processed. The plasma processing is performed while maintaining the in-plane uniformity of the sidewall protective film.
[0021]
In the case of etching, it is usually required to etch the processing dimension faithfully and vertically through a mask. At this time, etching in a direction perpendicular to the etching direction, that is, etching of the side wall portion affects the processing dimension. In the etching of the side wall portion, when the etching pressure is high, incident ions also contribute to the etching, but when the etching pressure is sufficiently low, the ion incidence can be almost ignored. In such a situation where ion incidence can be almost ignored, the etching of the side wall portion largely depends on the chemical reaction between the side wall and the radical. The chemical reaction depends on the temperature, the density of incident radicals, and the type of radicals attached, but in the case of etching, reaction products that suppress the chemical reaction adhere to the side walls, and this amount of adhesion, that is, side wall protection. It can be said that the thickness of the film determines the rate of sidewall etching. In other words, the film thickness control of the sidewall protective film is a key for improving the processing accuracy.
[0022]
Therefore, in the etching of fine patterns in which the influence of reaction products is increasing, the distribution characteristics that reaction products in the gas phase are not uniform in the plane of the substrate and are reduced at the outer periphery of the substrate. In view of this, it is necessary to cancel the influence and make the plasma distribution and the substrate temperature distribution such that the in-plane distribution of the sidewall protective film becomes uniform.
[0023]
According to the present invention, in a plasma processing method for processing a substrate to be processed using a gas plasma through a mask in the processing chamber, the in-plane uniformity of the sidewall protective film formed on the substrate to be processed is increased. Plasma treatment while maintaining. In this way, by maintaining the in-plane uniformity of the sidewall protective film of the substrate to be processed, the etching rate of the sidewall due to the ion assist reaction becomes uniform, so the vertical shape of the etched portion can be changed even for a fine pattern. Easy to get.
[0024]
In order to maintain the in-plane uniformity of the sidewall protective film formed on the substrate to be processed, for example, the temperature distribution in the substrate surface is controlled. The probability that the reaction product that re-enters the substrate adheres to the side wall of the processing section such as etching is smaller as the substrate temperature is higher. That is, if the substrate temperature is constant, the reaction product adhesion probability within the substrate surface is constant, so the amount of adhesion to the processing unit side wall, that is, the thickness of the sidewall protective film, is the amount of reaction product re-incident. Proportional. Therefore, the amount of reaction product attached to the side wall of the processing unit at the center of the substrate increases, resulting in a difference in processing shape from the peripheral part of the substrate.
[0025]
In order to solve this problem and maintain the in-plane uniformity of the sidewall protective film of the substrate to be processed, during the plasma processing, for example, control is performed so that the temperature at the central portion of the substrate is higher than that at the peripheral portion. If the temperature at the center of the substrate is high, the probability of attachment of the reaction product is low, so that the amount of reaction product attached to the side wall of the processing unit is small even if the amount of re-incidence of the reaction product is large. The substrate temperature is adjusted to a characteristic having a difference in height between the inside and outside of the substrate surface so that the amount of reaction product attached to the side wall of the processing unit in the substrate surface is the same. This makes it possible to make the processing characteristics uniform within the substrate surface.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, FIG. 17 is a schematic view of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied. The apparatus shown in FIG. 17 is an etching apparatus that employs a plasma generation method using electron cyclotron resonance by microwaves. However, the apparatus of the present invention may be of any other type as long as it is a plasma processing apparatus. It is not specifically limited to.
[0030]
In FIG. 17, 1 is an etching chamber, and 2 is a substrate placed on the electrode 3. Reference numeral 4 denotes a high frequency power source for applying an RF bias to the substrate. Reference numeral 5 denotes a waveguide for guiding microwaves to the etching chamber 1, and 6 denotes a quartz window. 7 is an electromagnetic coil for applying a magnetic field to the microwave to generate an electron cyclotron resonance region in the etching chamber, 8 is a vacuum pump, 9 is a pressure control valve, and 10 is a sensor such as pressure.
[0031]
The electrode 3 is an electrostatic chucking electrode, and a part of the electrode surface is an electrostatic chucking surface in contact with the back surface of the substrate 2. As shown in FIGS. 2 and 3, recesses 34, 35, and 36 are formed between the annular electrostatic adsorption surfaces 31, 32, and 33 of the electrostatic adsorption electrode 3. Reference numeral 38 denotes a heat transfer gas supply port to the back surface of the substrate, and 39 denotes a medium passage for cooling the electrodes. From the center of the electrostatic chucking electrode 3 to the outside, the depth d of the recesses 34, 35, and 36 gradually decreases as d3> d2> d1. In the case where a groove is formed on the electrostatic chucking surface instead of the recess, the depth may be gradually decreased from the center of the electrostatic chucking electrode 3 to the outside.
[0032]
As described above, the depth d of the recesses 34, 35, and 36 is gradually decreased from the center of the electrostatic chucking electrode 3 to the outside, so that the electrostatic chucking electrode 3 is as shown in FIG. There is a function of maintaining the temperature at the center of the substrate during the etching process higher than that at the periphery of the substrate. When the temperature of the central portion of the substrate is high during the etching process, the probability of attachment of the reaction product decreases, so that the amount of reaction product attached to the etched portion side wall decreases even if the amount of re-incidence of the reaction product is large. The difference in substrate temperature is adjusted so that the amount of reaction product attached to the etched portion side wall is the same. This makes it possible to make the etching characteristics uniform within the substrate surface, as will be described below.
[0033]
Here, the plasma processing mechanism will be described by taking the etching of aluminum wiring as an example.
[0034]
FIG. 4 is a schematic diagram in the middle of etching the aluminum wiring. As aluminum wiring, the underlying SiO₂A diffusion preventing film 22 called a barrier is formed on the oxide film 21, and an aluminum wiring film 23 is formed thereon. The barrier 22 is made of Ti or TiN, and the aluminum wiring is made of an Al—Cu or Al—Si—Cu alloy. The composition ratio of Cu, Si, and Cu is usually about 0.5 to 1.5%.
[0035]
Further, a cap layer 24 made of TiN or the like is formed on the aluminum wiring. The cap layer has a resist 25 thereon. The cap layer 24 is an antireflection film provided to prevent a reduction in exposure resolution due to strong reflected light when the fine pattern is exposed as it is when the fine pattern is exposed by lithography.
[0036]
Etching of aluminum is performed using chlorine gas. Normally, it is necessary to etch the natural oxide film of aluminum, so BCl_Three/ Cl₂The mixed gas is used. Aluminum and chlorine are Al₂Cl₆However, this reaction is likely to occur even at room temperature, and proceeds even when chlorine gas and Al are in contact with each other.
[0037]
Therefore, as shown in FIG. 4, when an anisotropic and vertical shape is to be obtained using a resist as a mask, the aluminum side walls must be prevented from being etched. However, in plasma etching, BCl_Three/ Cl₂Becomes a plasma state, and in addition to Cl ions and the like, neutral active species such as Cl radicals are generated. Since the neutral active species is not affected by an electric field or a magnetic field, the neutral active species flies in a random direction in the etching chamber, and enters a large number of side walls. Therefore, the reaction between these Cl radicals and the aluminum side walls must be prevented. The sidewall protective film 26 plays this role.
[0038]
Although Cl and Al react with each other even with radicals, an RF bias is applied to the substrate 2 by a high-frequency power source 4 so as to obtain a vertical shape and etching at a higher speed, and ions are incident in a direction perpendicular to the substrate. The ions are accelerated by the RF bias to be in a high energy state and enter the etching bottom surface of the aluminum wiring. Due to the incidence of ions, Cl adsorbed on the etching bottom reacts quickly with Al. Etching in which the kinetic energy of ions is converted into a reaction between Cl and Al at the bottom of the etching is called ion-assisted etching.
[0039]
The aluminum etched on the bottom surface is released as a reaction product into the gas phase, but a part of it is dissociated again in the plasma and re-enters the substrate. Similarly, since the resist is etched, the reaction product of the resist is incident again on the substrate. While these reaction products are dissociated in the plasma, the electrically neutral component is incident on and adhered to the side wall of the etched portion. Such components, or components that are etched on the bottom surface and directly incident on the side walls, or components that are sputtered by incident ions physically or including chemical elements, are incident on the side walls. Thus, a sidewall protective film is formed. Among these, regarding the re-incidence of the reaction product, non-uniformity tends to occur within the substrate surface. This is because the reaction product etched and released into the gas phase is exhausted from the etching chamber as a gas. As described with reference to FIG. good. Therefore, when the temperature distribution of the substrate is uniform in the plane, the density distribution of the reaction product in the gas phase must be a distribution in which the center of the substrate is high and low in the peripheral portion.
[0040]
Therefore, in the present invention, by increasing the temperature at the center of the substrate as shown in FIG. 1, the adhesion probability of the reaction product is changed within the substrate surface as shown in FIG. The adhesion amount is made uniform in the substrate surface. That is, the reaction product adhesion probability is reduced at the central portion of the substrate surface and increased at the peripheral portion. As a result, the thickness distribution characteristic of the sidewall protective film can be made uniform in the substrate surface as shown in FIG.
[0041]
In order to obtain the characteristic that the temperature at the center of the substrate is higher than that at the outer peripheral portion of the substrate, for example, the depth d of the recesses 34, 35, 36 (or grooves) is increased from the center of the electrostatic adsorption electrode 3 to the outside. Shallow one after another.
[0042]
Next, FIG. 7 shows the pressure Pa on the back surface of the substrate and the heat transmission rate (W / m by gas molecules).²-The relationship of K) is shown. From FIG. 7, it can be seen that the higher the back pressure, the greater the heat transfer rate. As a result, the relationship between the distance (d) between the back surface of the substrate and the electrode surface and the heat transfer rate due to gas molecules when the pressure is constant is obtained as shown in FIG.
[0043]
Therefore, by using the characteristics shown in FIG. 8, the depth d of the recesses 34, 35, 36 (or grooves) on the surface of the electrostatic chucking electrode is set to change from the center to the outside, thereby setting the depth of FIG. A temperature distribution in the substrate surface as shown in FIG.
[0044]
Practically, the depth of the recesses 34, 35, 36 (or grooves) on the surface of the electrostatic chucking electrode is maintained so that the amount of the reaction product deposited on the surface of the substrate can be maintained within the in-plane uniformity of ± 10%. d may be set.
[0045]
The method of the present invention can be particularly effectively applied to a substrate having a diameter of 200 mm or more and a pattern formed on the substrate of 0.35 μm or less.
[0046]
In order to set the depth d of the recesses 34, 35, 36 (or grooves) on the surface of the electrostatic adsorption electrode by changing from the center to the outside, as shown in FIG. And the depth may be adjusted by arranging spacers 37 having different thicknesses.
[0047]
Further, instead of changing the thickness of the spacer 37, a polyimide film or the like is attached to the gap (groove) between the electrode surface and the substrate to change the heat conduction characteristics so as to obtain a predetermined temperature distribution in the substrate surface. Also good. Furthermore, the temperature can be changed according to the process by adjusting the type and thickness of the film. Moreover, it can clean easily by reattaching a film. The film need not be plastics. Metal or ceramics may be used.
[0048]
Further, as shown in FIG. 10, the width W (W1, W2, W3) of the recesses 34, 35, 36 (or grooves) on the surface of the electrostatic chucking electrode is changed so as to be gradually reduced from the center of the electrode toward the outside. Thus, the temperature distribution in the substrate surface as shown in FIG. 1 can be obtained. Further, as shown in FIG. 11, both the depth d (d1, d2, d3) and the width W (W1, W2, W3) of the recesses 34, 35, 36 (or grooves) on the surface of the electrostatic chucking electrode are set. The temperature distribution in the substrate surface as shown in FIG. 5 can be obtained by sequentially changing the electrode from the center to the outside.
[0049]
Alternatively, as shown in FIG. 12, the temperature of the substrate 2 is measured by sensors 42, 43, and 44, and the heat transfer gas supplied via the passage 38 between the substrate 2 and the electrode 3 based on this temperature. 1 is controlled by the valve 46 via the controller 45, the temperature distribution in the substrate surface as shown in FIG. 1 can be obtained.
[0050]
The pressure on the back surface of the heat transfer gas substrate can be increased by increasing the flow rate of the heat transfer gas. On the other hand, there is a relationship as shown in FIG. 13 between the back surface pressure and the heat passage amount. Further, there is a relationship as shown in FIG. 6 between the depth of the recess (or groove) of the electrostatic chucking electrode 3 and the pressure loss (Pa) on the back surface of the electrode. FIG. 6 shows that the pressure loss ΔPa decreases as the groove depth d increases. Therefore, the supply pressure of the heat transfer gas is adjusted so that the pressure loss is caused by the shape of the radial recesses or grooves communicating with the recesses 34, 35, 36, and the heat transfer of the recesses 34, 35, 36 is achieved. By appropriately adjusting the gas pressure, it is possible to obtain a temperature distribution in the substrate surface as shown in FIG.
[0051]
In addition, supply of heat transfer gas independent to each recess 34, 35, 36 so that the pressure of the heat transfer gas supplied into each recess 34, 35, 36 can be adjusted respectively.forA passage may be provided.
[0052]
Further, as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 14, the reaction product is produced by etching the substrate 2 while restricting the exhaust amount of the reaction product from the processing chamber 1 by the exhaust means 50. It is also possible to make the adhesion amount of the object uniform within the substrate surface.
[0053]
Next, a method for adjusting the process gas in order to make the deposition amount of the reaction product uniform in the substrate surface during etching will be described. That is, the process gas is adjusted by changing parameters in the following range and method.
[0054]
(1) Gas type BCl_Three, Cl₂, CHF as additive gas_Three, CF_Four, CH₂F₂, Ar + CH_Four
(2) Gas flow rate BCl_Three; 10ml / min to 100ml / min
Cl₂; 50ml / min to 400ml / min
(3) Gas pressure: 0.1 Pa to 6 Pa
(4) Microwave (2.45GHz) output 200W to 2000W
(5) RF output 10W to 500W (operating frequency 100KHz to 13.56MHz)
(6) Substrate temperature range: 50 ° C to 100 ° C
(7) Use a resist mask.
[0055]
In the adjustment range of the above conditions, as the direction of decreasing (small) the in-plane reaction product density distribution difference (the center height of the substrate is low and the periphery is low)
(1) Lower gas pressure (0.1 Pa to 1 Pa)
Reducing the number of reaction product redepositions after etching by lowering gas pressure, shortening gas residence time, and increasing product volatility. In such a situation, there is a small number of collisions with other gas molecules at the center and the outer periphery of the substrate before the reaction product is exhausted, resulting in a difference in exhaust speed between the center and the outer periphery of the substrate. Hateful. This reduces variations in the amount distribution of reaction products in the substrate surface.
[0056]
(2) Increase the gas flow rate and increase the chlorine flow rate ratio. (> 80%)
By shortening the gas residence time by increasing the flow rate, the volatility of the product is increased, and the number of times of redeposition of the reaction product after etching is reduced.
BCl with large mass₃By reducing the number of ions, the amount of sidewall deposits from the resist due to ion attack is reduced, and variations in the in-plane reaction product deposit density distribution are reduced.
[0057]
(3) Increase the temperature of the entire substrate. (70 ℃ ~ 100 ℃)
The number of redepositions can be reduced by raising the temperature of the entire substrate.
Increasing the substrate temperature itself does not directly contribute to in-plane variation. However, if the temperature inside the substrate is controlled, for example, if the substrate temperature is increased, the probability of attachment of the incident reaction product decreases, so the amount of in-plane reaction product attached itself decreases, and the in-plane reaction product adheres to the substrate. The absolute value of variation in the adhesion density distribution of the reaction product can be reduced.
[0058]
(4) Lower plasma density (lower microwave output)
By reducing the density of the plasma, the amount of reaction products is suppressed, and variations in the in-plane reaction product adhesion density distribution are reduced.
[0059]
(5) The ion energy incident on the substrate is lowered. (Low RF output)
By reducing the RF output, the amount of side wall deposits from the resist due to ion attack is reduced, and variations in the in-plane reaction product deposit density distribution are reduced.
[0060]
By optimizing the above parameters, various areas to be etched, preferably the diameter of the substrate is 200 mm or more and the pattern formed on the substrate is 0.35 μm or less. Etching without variation in processing dimensions can be performed in the surface.
[0061]
In addition, variation in processing dimensions can be improved also in a so-called coarse / dense pattern in which a fine pattern and a sparse pattern that is not so fine are mixed in almost the same place on the substrate. That is, as the pattern becomes finer, the probability that incident particles enter deeper in the pattern and adhere to the side wall decreases, and the side wall protective film also becomes thinner. According to the present invention, the uniformity in the dense pattern is reduced. This can also be achieved for the same reason as the uniformization of the sidewall protective film within the substrate surface.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there are provided a plasma processing method and a plasma processing apparatus that can obtain uniform processing characteristics within a substrate surface by offsetting the influence of reaction products on the etching characteristics in plasma processing. be able to.
[0063]
In addition, according to the present invention, since the in-plane distribution of plasma processing characteristics can be made uniform by a simple method such as changing the temperature in the substrate surface, there is an effect that the production yield of devices is improved. In addition, since the substrate temperature can be changed according to the process, there is an advantage that various specifications can be accommodated in processing such as etching.
[0064]
According to the present invention, it is possible to further provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus capable of obtaining etching processing characteristics with a sparse / dense pattern without variation in processing dimensions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of control characteristics of an in-plane temperature of a substrate in the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a main part of an electrode in a plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.
3 is a plan view of an essential part of the electrode of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic view in the middle of etching an aluminum wiring by the method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the substrate temperature during plasma etching, the amount of reaction product generated, and the re-incidence distribution in the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the depth of the recess (or groove) of the electrostatic chucking electrode and the pressure loss (Pa) on the back surface of the electrode.
FIG. 7 shows heat pressure (W / m) due to pressure Pa and gas molecules on the back side of the substrate.²-It is a figure which shows the relationship of K).
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the distance (d) between the back surface of the substrate and the electrode surface when the pressure is constant, and the heat transfer rate by gas molecules.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an electrode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of an electrode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an electrode according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram for explaining a temperature control method in a substrate surface according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a back surface pressure of a substrate and a heat passing amount.
FIG. 14 is an explanatory diagram of an etching method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram for explaining the behavior of an etching reaction product during plasma etching in a conventional example.
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the substrate temperature, the amount of reaction product generated, and the re-incidence distribution during plasma etching in a conventional example.
FIG. 17 is a schematic view of a plasma etching apparatus to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Etching chamber, 2 ... Substrate, 3 ... Electrode, 4 ... High frequency power supply, 5 ... Waveguide, 6 ... Quartz window, 7 ... Electromagnetic coil, 8 ... Vacuum pump, 9 ... Pressure control valve, 10 ... Sensor, 31 , 32, 33 ... electrostatic attracting surface, 34, 35, 36 ... concave portion

Claims

処理室内において、ガスプラズマを用いて基板載置電極上の被処理基板をエッチング処理するプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ処理装置は、前記基板載置電極に高周波バイアス電圧を印加する高周波電源と、前記被処理基板と前記基板載置電極の表面との間に伝熱用ガスを供給する手段と、前記被処理基板面内の温度分布を制御する制御手段を備えており、
前記基板載置電極は、静電吸着電極であり、かつ、該基板載置電極を冷却する媒体の通路を備えており、
前記制御手段は、前記基板載置電極の表面と前記被処理基板の間の複数の領域にそれぞれ独立したガス供給通路から供給される前記伝熱用ガスの圧力をそれぞれ調節することにより、前記被処理基板の中央部の温度を周辺部の温度よりも高くするように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。A plasma processing apparatus for etching a substrate to be processed on a substrate mounting electrode using gas plasma in a processing chamber,
The plasma processing apparatus includes a high frequency power source for applying a high frequency bias voltage to the substrate mounting electrode, a means for supplying a heat transfer gas between the substrate to be processed and the surface of the substrate mounting electrode, A control means for controlling the temperature distribution in the processing substrate surface is provided,
The substrate mounting electrode is an electrostatic adsorption electrode, and includes a medium passage for cooling the substrate mounting electrode.
Wherein, by adjusting, respectively it the pressure of the heat transfer gas supplied from independent gas supply passage into a plurality of areas between the surface and the substrate to be processed of the substrate holding electrode, A plasma processing apparatus, wherein the temperature of the central portion of the substrate to be processed is configured to be higher than the temperature of the peripheral portion.

請求項１において、
前記制御手段は、前記伝熱用ガスの流量を増すと前記伝熱用ガスの圧力が増加する関係を利用して、前記伝熱用ガスの圧力の調整を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。In claim 1,
Wherein said control means uses the relationship that the pressure of the heat transfer gas and increasing the flow rate of the heat transfer gas is increased, a plasma treatment, characterized that you adjust the pressure of the heat transfer gas apparatus.

請求項１において、
前記処理室内を排気する排気手段を備えており、前記エッチング処理によって発生する反応生成物の排気効率は、前記被処理基板の外周ほど効率が良く、前記反応生成物の再入射量分布は前記被処理基板の中央部が高く、周辺部が低い分布であることを特徴とするプラズマ処理装置。In claim 1,
And an exhaust means for exhaust the process chamber, the exhaust efficiency of the reaction product generated by the etching process, the more efficient the more the outer periphery of the substrate to be processed, reentering weight distribution of said reaction product is the the plasma processing apparatus, wherein the central portion of the substrate is high, the peripheral portion is low distribution.