(57)【要約】【課題】レジストの傾き、変形が無く、所望のエッチング形状、寸法を得ることの出来るプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】下部電極２３を冷却する冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラーと、ウエハ２４を加熱する為に下部電極２３内に取り付けられたヒーターを有し、放電開始前にヒーター３０でウエハを加熱し、ステップ毎に冷媒流量を変化させて、エッチング中終始ウエハ温度を一定にコントロールすることにより、デポ膜４３の熱収縮はなく、レジスト４２に応力が発生しない為、エッチング中にレジスト４２が傾斜することが無く、被エッチング膜４１は左右対称にエッチングでき、寸法精度を向上でき、高歩留を維持できる。【選択図】  図２
2005026552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理中にウェハの温度を一定に保つプラズマ処理方法において、
下部電極内に冷媒を循環する工程と、前記下部電極内にヒーターにより加熱する工程を備えることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
前記下部電極内に冷媒を循環する工程は第１ステップと、第２ステップに行なうことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマ処理方法において、
前記第２ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程は前記第１ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程よりも冷媒流量を多くすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマ処理方法において、
前記下部電極内にヒーターにより加熱する工程はプラズマ生成前と、前記第１ステップと前記第２ステップとの間の時間に行なうことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理方法のウエハの温度制御手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体デバイスの微細化に伴い、レジストパターンが細くなり、またレジストは材料が脆弱になっていることで、プラズマ耐性が低下している。このため、ドライエッチング工程ではプラズマ中でレジストが変形して、エッチング形状に影響するという問題が発生しており、歩留低下の要因となる。特に９０ｎｍ以降のデバイスにおいては、顕著になると考えられる。
【０００３】
以下、従来のプラズマ処理方法の一例を、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図４は、従来のプラズマ処理方法に用いる装置（ドライエッチング装置）の断面図である。
【０００５】
図５は、従来のプラズマ処理方法を用いて、加工するウエハの工程断面図のフローである。
【０００６】
図６は、従来のプラズマ処理方法のウエハ温度時間変化を示すグラフである。
【０００７】
図４において１はドライエッチチャンバー、２はドライエッチチャンバー１上部に設置された上部電極、３はドライエッチチャンバー１下部に設置された下部電極で静電吸着機能を有する。４は下部電極３上に設置されたウエハ、５は下部電極３を温度コントロールする為の冷媒を流すための下部電極３内の溝、６は下部電極３を温度コントロールするための冷媒の温度を一定に保つ為のチラー、７はチラー６から下部電極３内の溝５に冷媒を送る為の送り側配管、８は下部電極３内の溝５からチラー６に冷媒を戻す為の、戻り側配管である。
【０００８】
図５において１１は例えば、ポリシリコン等の下地膜、１２は下地膜上に成長した例えば酸化膜等の被エッチング膜、１３は被エッチング膜１２上にパターニングされたレジスト、１４は異方性形状に加工する為に、被エッチング膜１２側面および、レジスト１３側面に堆積するデポ膜である。
【０００９】
以上のように構成された従来の技術におけるプラズマ処理方法を図４、図５および図６を用いて説明する。
【００１０】
図５（ａ）はエッチング前のレジスト１３のパターン形状を示している。次にエッチングは２ステップで行う。第１ステップは図５（ｂ）で示すように、被エッチング膜１２を所望の寸法になるようにエッチングする。具体的には、ドライエッチングチャンバー１内にガスを例えば、ＣＦ４を１００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２を２０ｍｌ／ｍｉｎ導入し、圧力を４Ｐａに保ち、例えば下部電極３に１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ印加し、第１ステップを開始する。
【００１１】
この時、側壁保護のため、被エッチング膜１２側壁およびレジスト１３側壁にガスが重合して形成されたデポ膜１４が堆積する。このデポ膜１４の量は、エッチングガス流れ等の関係により、ウエハ４の外周側の側壁と中心側の側壁では、一般的に異なる。さらに、エッチングが進み、発光スペクトルの変化で終点検出を行う。
【００１２】
この時、図５（ｃ）に示すように、エッチングのウエハ面内不均一のため、部分的に被エッチング膜が残っている。
【００１３】
図６に示すように、第１ステップ開始時、ウエハ４の温度は冷媒の温度（６０℃）であり、高周波印加と共にプラズマより熱量を受けてウエハ４の温度は上昇する。よって、図５（ｃ）に示すように第１ステップ開始時に付着したデポ膜１４は熱収縮するが、ウエハ４の外周側と中心側で量が異なり収縮量も異なるので、応力が発生してレジスト１３が傾き、それがマスクとなって被エッチング膜が非対称にエッチングされる。
【００１４】
次に、図５（ｄ）に示すように第２ステップでは、下地膜１１を極力エッチングせずに、残った被エッチング膜１２をエッチングする。具体的には、ドライエッチングチャンバー１内にＣＨＦ３を７０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２を１５ｍｌ／ｍｉｎ導入し、圧力を４Ｐａに保ち、高周波を、例えば８００Ｗ印加する。
【００１５】
図６に示すように第２ステップでは、第１ステップより高周波電力が高い為、プラズマからの熱量を多く受ける為、ウエハ４の温度は第１ステップより上昇する。
【００１６】
よって、図５（ｄ）に示すようにデポ膜１４は更に熱収縮して、応力を受け、レジスト１３が傾くため、被エッチング膜１２がすそ引きの形状（フッティング）に加工される。
【００１７】
最後に、高周波を停止して、第２ステップを終了し、エッチングを終了する。
【００１８】
【特許文献１】
特開平０７−１３０８３０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術ではエッチング中、レジスト側壁に左右異なった量のデポ膜が付着する。
【００２０】
すなわち、プラズマからの熱量を受け、ウエハ温度が上昇することで、デポ膜が熱収縮するが、デポ膜量が同等でないので、発生する応力が左右で異なり、レジストが傾き、被エッチング膜のエッチング形状がテーパー形状やすそ引き形状になり、所望の形状が得られず、寸法が規格より大きくなり歩留り低下の要因となるという課題を有していた。
【００２１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、レジストの傾き無くエッチングでき、所望の形状、寸法を得る事の出来るプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるプラズマ処理方法は、プラズマ処理中にウェハの温度を一定に保つプラズマ処理方法であり、下部電極内に冷媒を循環する工程と、下部電極内にヒーターによりウエハを加熱する工程を備えることを特徴とするものである。
【００２３】
なお、本発明のプラズマ処理方法において、下部電極内に冷媒を循環する工程は第１ステップと、第２ステップに行なうことがより好ましい。
【００２４】
なお、本発明のプラズマ処理方法において、第２ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程は第１ステップに下部電極内に冷媒を循環する工程よりも冷媒流量を多くすることがより好ましい。
【００２５】
なお、本発明のプラズマ処理方法において、下部電極内にヒーターにより加熱する工程はプラズマ生成前と、第１ステップと前記第２ステップとの間の時間に行なうことがより好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態のプラズマ処理方法を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態）
図１は本実施形態におけるプラズマ処理方法に用いる設備（ドライエッチング装置）の断面図である。
【００２８】
図２は本実施形態のプラズマ処理方法を用いて加工するウエハの工程断面図のフローである。
【００２９】
図３は本実施形態のプラズマ処理方法のウエハ温度時間変化を示すグラフである。図３（ａ）はプラズマ処理中のウェハ温度を示し、図３（ｂ）はプラズマ処理中のヒーターと冷媒流量の状態を示している。
【００３０】
図１において、２１はドライエッチチャンバー、２２はドライエッチチャンバー２１上部に設置された上部電極、２３はドライエッチチャンバー２１下部に設置された下部電極で静電吸着機能を有する。２４は下部電極２３上に設置されたウエハ、２５は下部電極２３を温度コントロールする為の冷媒を流すための下部電極２３内の溝、２６は下部電極２３を温度コントロールするための冷媒の温度を一定に保つ為のチラー、２７はチラー２６から下部電極２３内の溝２５に冷媒を送る為の送り側配管、２８は下部電極２３内の溝２５からチラー２６に冷媒を戻す為の、戻り側配管、２９は送り側配管２７の途中に設けられ、冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラー、３０はウエハ２４を加熱する為に下部電極２３内に取り付けられたヒーター、３１はウエハ２４の温度を測定する為の温度センサーである。
【００３１】
図２において４０は例えば、ポリシリコン等の下地膜、４１は下地膜上に成長した例えば酸化膜等の被エッチング膜、４２は被エッチング膜４１上にパターニングされたレジスト、４３は異方性形状に加工する為に、被エッチング膜４１側面および、レジスト４２側面に堆積するデポ膜である。
【００３２】
以上のように構成された本発明のプラズマ処理方法を図１、図２および図３を用いて説明する。
【００３３】
図２（ａ）はエッチング前のレジスト４２のパターン形状を示している。
【００３４】
次にエッチングは２ステップで行う。図２（ｂ）に示すように第１ステップは被エッチング膜４１を所望の寸法になるようにエッチングし、発光スペクトルの変化で終点検出を行う。この時、エッチングのウエハ面内不均一のため、部分的に被エッチング膜が残っている。
【００３５】
次に図２（ｃ）に示すように、第２ステップでは、下地膜４０を極力エッチングせずに、残った被エッチング膜４１をエッチングする。まず、ウエハ２４の温度を温度センサー３１によって測定し、例えば１００℃になるようにヒーター３０によって加熱する。
【００３６】
図３で示すようにエッチング開始１０秒後、すなわち第１ステップ開始時はドライエッチングチャンバー２１内にガスを例えば、ＣＦ４を１００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２を２０ｍｌ／ｍｉｎ導入し、圧力を４Ｐａに保ち、例えば下部電極２３に１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ印加する。
【００３７】
次にエッチング開始５０秒後、すなわち第１ステップ終了時は高周波印加と同時に発生したプラズマより熱量を受ける為、ウエハ２４の温度は上昇しようとするため、ヒーターをＯＦＦし、冷媒流量を増加させ、ウエハ２４の温度を１００℃±１０℃にコントロールする。終点検出装置により、被エッチング膜４１が無くなったところで高周波を停止する。
【００３８】
高周波停止によりプラズマからの熱量が無くなる為、ウエハ２４の温度は低下しようとするため、冷媒流量を低下し、ヒーターをＯＮして、ウエハ温度が１００℃±１０℃を維持できるようコントロールする。
【００３９】
次に、図３で示すようにエッチング開始６０秒後、すなわち第２ステップ開始時はドライエッチングチャンバー２１内にＣＨＦ３を７０ｍｌ／ｍｉｎ、Ｏ２を１５ｍｌ／ｍｉｎ導入し、圧力を４Ｐａに保ち、高周波を例えば８００Ｗ印加する。
【００４０】
高周波印加と同時に発生したプラズマより熱量を受ける為、ウエハ２４の温度は上昇しようとするため、ヒーターをＯＦＦし、冷媒流量を増加させ、ウエハ２４の温度を１００℃±１０℃にコントロールする。
【００４１】
このとき、高周波は第１ステップより高パワーなため、より多くの熱量をプラズマより受ける。したがって、第１ステップより冷媒流量を多くする。最後に、高周波を停止して、第２ステップを終了し、エッチングを終了する。
【００４２】
図２の被エッチング膜４１側壁およびレジスト４２側壁にガスが重合して形成されたデポ膜４３が堆積する。デポ膜４３の堆積量は、ウエハ２４の外周側の側壁と中心側の側壁では、一般的に異なる。
【００４３】
しかし、エッチング中、終始ウエハ温度を一定にコントロールする為、デポ膜４３の熱収縮はなく、レジスト４２に応力が発生しない為、エッチング中にレジスト４２が傾斜することが無く、被エッチング膜４１は左右対称にエッチングできる。
【００４４】
以上のように本実施形態によれば、下部電極２３を冷却する冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラーと、ウエハ２４を加熱する為に下部電極２３内に取り付けられたヒーターを有し、放電開始前にヒーター３０でウエハを加熱し、ステップ毎に冷媒流量を変化させて、エッチング中終始ウエハ温度を一定にコントロールすることにより、デポ膜４３の熱収縮はなく、レジスト４２に応力が発生しない為、エッチング中にレジスト４２が傾斜することが無く、被エッチング膜４１は左右対称にエッチングでき、寸法精度を向上でき、高歩留を維持できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プラズマ処理装置において、下部電極を冷却する冷媒の流量をコントロールする為の流量コントローラーと、ウエハを加熱する為に下部電極内に取り付けられたヒーターとを有し、放電開始前にヒーターでウエハを加熱し、ステップ毎に冷媒流量を変化させて、エッチング中終始ウエハ温度を一定にコントロールすることにより、レジストパターン側壁のデポ膜の熱収縮が無くなり、レジストに応力が発生しない為、エッチング中にレジストが傾斜することが無く、被エッチング膜は左右対称にエッチングでき、寸法精度を向上できるため、高歩留を維持可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラズマ処理方法に用いる装置断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるウエハの工程断面図のフローを示す図
【図３】本発明の実施の形態におけるウエハ温度の時間変化を示すグラフ
【図４】従来例におけるプラズマ処理方法に用いる装置断面図
【図５】従来例におけるウエハの工程断面図のフローを示す図
【図６】従来例におけるウエハ温度の時間変化を示すグラフ
【符号の説明】
２１  ドライエッチチャンバー
２２  上部電極
２３  下部電極
２４  ウエハ
２５  溝
２６  チラー
２７  送り側配管
２８  戻り側配管
２９  流量コントローラー
３０  ヒーター
３１  温度センサー
４０  下地膜
４１  被エッチング膜
４２  レジスト
４３  デポ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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