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JPH0629262A - Plasma etching method - Google Patents

Plasma etching method

Info

Publication number
JPH0629262A
JPH0629262A JP11933692A JP11933692A JPH0629262A JP H0629262 A JPH0629262 A JP H0629262A JP 11933692 A JP11933692 A JP 11933692A JP 11933692 A JP11933692 A JP 11933692A JP H0629262 A JPH0629262 A JP H0629262A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
wafer
electrode
plasma
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11933692A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Sakai
善行 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP11933692A priority Critical patent/JPH0629262A/en
Publication of JPH0629262A publication Critical patent/JPH0629262A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】ゲートに感応膜を備えるイオン感応性トランジ
スタを用いるイオン濃度センサを小形化し検出感度の安
定性を高める。 【構成】n形とp形のサブストレート2と3の表面上に
それぞれ感応膜7を備えるpチャネル形トランジスタ21
とnチャネル形トランジスタ22および両者に共通なゲー
ト電極30を半導体チップ10内に作り込み、感応膜7とゲ
ート電極30を電解液等の検出対象40に接触させ,かつゲ
ート電極30に極性が正負に切り換わるゲート電圧Vgを与
えた状態でトランジスタ21と22によるイオン検出信号S1
とS2の差信号をイオン濃度信号Soとして取り出す。
(57) [Abstract] [Purpose] To reduce the size of the ion concentration sensor that uses an ion-sensitive transistor with a sensitive film at its gate, and to improve the stability of detection sensitivity. A p-channel transistor 21 having sensitive films 7 on the surfaces of n-type and p-type substrates 2 and 3, respectively.
And the n-channel transistor 22 and the gate electrode 30 common to both are formed in the semiconductor chip 10, the sensitive film 7 and the gate electrode 30 are brought into contact with the detection target 40 such as an electrolytic solution, and the polarity of the gate electrode 30 is positive or negative. The ion detection signal S1 by the transistors 21 and 22 with the gate voltage Vg switched to
The difference signal between S2 and S2 is taken out as the ion concentration signal So.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はエッチングガスを電離し
たプラズマのふん囲気内で半導体ウエハ面を覆う金属膜
や絶縁膜等のエッチングの対象膜をフォトレジスト膜を
マスクとして所定のパターンにエッチングするエッチン
グ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention etches a film to be etched such as a metal film or an insulating film covering a semiconductor wafer surface into a predetermined pattern in the atmosphere of plasma ionized with an etching gas using a photoresist film as a mask. The present invention relates to an etching method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置とくに集積回路装置の製造時
のウエハプロセスはドライプロセス化が進んでおり、ウ
エハの表面上に配設される種々な絶縁膜, 多結晶シリコ
ン膜,金属膜等に対するエッチングにはほぼ例外なくプ
ラズマエッチングを採用されるに至っている。周知のよ
うに、プラズマエッチングはエッチングガスを減圧下,
かつ高周波電界下で電離したプラズマによってこれらの
対象膜をエッチングするものであるが、そのエッチング
パターンの指定にはフォトプロセスで形成されるフォト
レジスト膜が一般的に用いられる。
2. Description of the Related Art As a wafer process for manufacturing a semiconductor device, particularly an integrated circuit device, a dry process is being advanced, and various insulating films, polycrystalline silicon films, metal films, etc. provided on the surface of a wafer are etched. In almost all cases, plasma etching has been adopted. As is well known, plasma etching is performed under a reduced pressure of etching gas,
Moreover, these target films are etched by plasma ionized under a high-frequency electric field, and a photoresist film formed by a photo process is generally used to specify the etching pattern.

【0003】よく知られていることではあるが、フォト
レジスト膜をマスクとしてプラズマエッチングを施す要
領を図3(a) を参照して簡単に説明する。図示のウエハ
10はMOS集積回路装置のごく一部であり、例えばp形
の半導体領域1の表面の分離絶縁膜2で囲まれた範囲内
にゲート酸化膜3を付け、その上に多結晶シリコンのゲ
ート4を配設してそれをマスクとして図ではソース層5
をn形で拡散し、その上を覆うように層間絶縁膜6が成
膜されている。図はこの層間絶縁膜6に明けた窓内でソ
ース層5に製造するよう全面被着したアルミ配線用の金
属膜7に対するエッチング工程を示し、フォトプロセス
により形成されたフォトレジスト膜20をマスクとして、
例えば4塩化炭素等を含む塩素系エッチングガスのプラ
ズマ内で金属膜7が所定のパターン, 図示の例ではソー
ス層5に対する配線用パターンにエッチングされる。
As is well known, the procedure for plasma etching using a photoresist film as a mask will be briefly described with reference to FIG. Illustrated wafer
Reference numeral 10 is a very small part of the MOS integrated circuit device. For example, a gate oxide film 3 is provided in a region surrounded by the isolation insulating film 2 on the surface of the p-type semiconductor region 1, and a gate 4 of polycrystalline silicon is formed thereon. And the source layer 5 is used as a mask in the figure.
Is diffused as an n-type and an interlayer insulating film 6 is formed so as to cover it. The figure shows an etching process for the metal film 7 for aluminum wiring which is entirely deposited so as to manufacture the source layer 5 in the window opened in the interlayer insulating film 6, and the photoresist film 20 formed by the photo process is used as a mask. ,
For example, the metal film 7 is etched into a predetermined pattern, that is, a wiring pattern for the source layer 5 in the illustrated example, in plasma of chlorine-based etching gas containing carbon tetrachloride or the like.

【0004】かかるプラズマエッチングはもちろん金属
膜7のほかに種々の対象膜に対して施され、この図3
(a) の場合でもゲート4用の多結晶シリコンに対するパ
ターンニングや層間絶縁膜6用の燐シリケートガラス膜
に対する窓明けにも用いられ、この際にもフォトレジス
ト膜をマスクとして用いるのは同じであってエッチング
ガスにふっ素系を用いる点が異なるのみである。
Such plasma etching is, of course, performed on various target films in addition to the metal film 7.
Even in the case of (a), it is also used for patterning the polycrystalline silicon for the gate 4 and opening a window for the phosphosilicate glass film for the interlayer insulating film 6. At this time, the photoresist film is also used as a mask. The only difference is that a fluorine-based etching gas is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述のプラズマエッチ
ングは化学エッチングに比べてサイドエッチングが僅か
なので対象膜をフォトレジスト膜20で指定したパターン
どおり正確にエッチングでき、エッチング速度もプラズ
マ発生用高周波電力にほぼ比例して高めることができ
る。しかし、例えば対象膜の膜厚が大な場合にエッチン
グ速度を高めるため高周波電力を上げると、フォトレジ
スト膜20が高温プラズマにより異常な損耗を受けてパタ
ーンニングが不正確になったり、本来はエッチングすべ
きでない部分までが局部的に異常エッチングされてしま
う問題がある。
Since the above plasma etching has a smaller side etching than chemical etching, the target film can be accurately etched according to the pattern specified by the photoresist film 20, and the etching rate is also high frequency power for plasma generation. It can be increased almost in proportion. However, for example, if the high frequency power is increased to increase the etching rate when the film thickness of the target film is large, the photoresist film 20 is abnormally worn by the high temperature plasma and the patterning becomes inaccurate, or the original etching is performed. There is a problem that even abnormal portions are locally abnormally etched.

【0006】図3(b) にこの様子をウエハ10の図3(a)
に対応する断面により示す。フォトレジスト膜20は表面
から高温プラズマによる損耗を全体的に受けるが図のよ
うに一部に異常損耗21が発生することがあり、このため
その下の金属膜7までが異常エッチング7aを受けて例え
断線に至らないまでも長期使用中に過熱や劣化を招くお
それがある。かかる問題への対策としては、フォトレジ
スト膜20の損耗が主にプラズマの高温によるからウエハ
10を冷却するのがかなり有効なことが従来から知られて
いる。ところが、ウエハ10を極力に冷却すると今度はエ
ッチングにより除去すべき金属膜7の一部が残ってしま
い、図3(b) に示すようにエッチングの残渣8が発生し
やすい問題が派生する。本発明はかかる従来の問題を解
決して、異常エッチングやエッチング残渣の発生を防止
できるプラズマエッチング方法を得ることを目的とす
る。
This state is shown in FIG. 3 (b) of the wafer 10 in FIG. 3 (a).
The cross section corresponding to The photoresist film 20 is generally worn by the high temperature plasma from the surface, but abnormal wear 21 may occur in a part as shown in the figure. Therefore, even the metal film 7 thereunder receives the abnormal etching 7a. Even if the wire does not break, it may cause overheating or deterioration during long-term use. As a measure against such a problem, the wear of the photoresist film 20 is mainly caused by the high temperature of the plasma,
It has been previously known that cooling 10 is quite effective. However, if the wafer 10 is cooled as much as possible, a part of the metal film 7 that should be removed by etching will remain, resulting in a problem that etching residues 8 are likely to occur as shown in FIG. 3B. An object of the present invention is to solve the conventional problems and to obtain a plasma etching method capable of preventing abnormal etching and generation of etching residues.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の方法で
は、プラズマエッチング装置の電極上に装荷したウエハ
を電極に向け所定のクランプ圧力で押し付けた状態で対
象膜にエッチングを施す第1工程と,クランプ圧力を第
1工程より弱めた状態でオーバエッチングによりエッチ
ング残渣を除去する第2工程とを経てプラズマエッチン
グを行ない、また本発明の第2の方法では、電極上に装
荷されたウエハを周縁部から電極に向けて押し付けるク
ランプ治具の温度を電極とほぼ同温度に保った状態で対
象膜を所定パターンにエッチングし,かつオーバエッチ
ングによりエッチングの残渣を除去することにより、そ
れぞれ上述の目的を達成する。
According to a first method of the present invention, a first step of etching a target film in a state where a wafer loaded on an electrode of a plasma etching apparatus is pressed against the electrode with a predetermined clamp pressure. And the second step of removing the etching residue by overetching with the clamping pressure weaker than in the first step, and in the second method of the present invention, the wafer loaded on the electrode is removed. The target film is etched into a predetermined pattern while the temperature of the clamp jig that is pressed from the peripheral edge toward the electrode is maintained at about the same temperature as the electrode, and the etching residue is removed by over-etching to achieve the above-mentioned purposes. To achieve.

【0008】上記の第1の方法はプラズマ電力を上げて
エッチング速度を高めるのに適し、とくにその第1工程
ではウエハの冷却効果を強めるのが有利である。このた
めに電極によりウエハを冷却し、またはウエハと電極の
間に冷却ガスを供給するのが有利である。この第1の方
法においてウエハに対するクランプ圧力を工程ごとに切
り換えないしは各工程中で制御するためにクランプ治具
を空気圧制御するのが構造が簡単で, 動作が速やかで,
かつ圧力制御が正確である。第1および第2の方法のい
ずれでもウエハにクランプ圧力を賦与するためにその周
縁部を電極との間に抱持する環状のクランプ治具を利用
するのがよい。第2の方法においてこのクランプ治具の
温度を電極とほぼ同温度に保つには電極と治具の内部に
流体路を設けて両路に同じ温度の熱媒体を通流させるの
が有利である。
The first method described above is suitable for increasing the plasma power to increase the etching rate, and it is particularly advantageous to enhance the cooling effect of the wafer in the first step. For this purpose, it is advantageous to cool the wafer with the electrodes or to supply a cooling gas between the wafer and the electrodes. In this first method, the clamp jig is pneumatically controlled in order to switch the clamp pressure for the wafer for each process or to control it in each process. The structure is simple and the operation is quick.
And the pressure control is accurate. In both of the first and second methods, it is preferable to use an annular clamp jig that holds the peripheral edge between the wafer and the electrode in order to apply the clamp pressure to the wafer. In the second method, in order to keep the temperature of the clamp jig at substantially the same temperature as the electrode, it is advantageous to provide a fluid path inside the electrode and the jig and allow the heat medium of the same temperature to flow in both paths. .

【0009】[0009]

【作用】高速プラズマエッチング中はウエハが高温プラ
ズマにより加熱されて温度上昇するが、本発明の第1の
方法はウエハを電極に押し付けるクランプ圧力によって
ウエハ温度を調整できる点に着目したもので、その第1
工程では所定のクランプ圧力下でウエハを電極により冷
却してフォトレジスト膜の損耗を減少させて異常エッチ
ングの発生を防止し、第2工程ではクランプ圧力を弱め
てウエハの温度を高めた状態で第1工程では除去し切れ
なかった対象膜の残渣をオーバエッチングにより速やか
に除去することにより、異常エッチングとエッチング残
渣の発生を防止して前述の課題を解決する。
While the wafer is heated by the high temperature plasma to increase its temperature during the high speed plasma etching, the first method of the present invention focuses on the fact that the wafer temperature can be adjusted by the clamping pressure for pressing the wafer against the electrodes. First
In the process, the wafer is cooled by the electrode under a predetermined clamp pressure to reduce the abrasion of the photoresist film to prevent the occurrence of abnormal etching, and in the second process, the clamp pressure is weakened to increase the wafer temperature. The residue of the target film that cannot be completely removed in one step is quickly removed by overetching, thereby preventing abnormal etching and generation of etching residue and solving the above-mentioned problems.

【0010】なお、ウエハ温度が高い第2工程ではフォ
トレジスト膜の損耗速度は第1工程より当然高くなる
が、エッチング残渣は元々微量なのでその除去に要する
オーバエッチングの時間は第1工程と比べて僅かで、こ
の短時間内に異常エッチングが発生するおそれはほとん
どない。また、ウエハの温度を電極の温度によって調整
することも可能であるが、クランプ圧力により調整する
方がウエハの温度変化がずっと速やかなので、第1工程
から時間のむだなく第2工程に流れを移行させて作業能
率を高めることができる。
In the second step where the wafer temperature is high, the rate of wear of the photoresist film is naturally higher than in the first step, but since the etching residue is originally small in amount, the over-etching time required for its removal is smaller than that in the first step. It is slight, and there is almost no possibility of abnormal etching occurring within this short time. It is also possible to adjust the temperature of the wafer by the temperature of the electrodes, but the temperature change of the wafer is much quicker if it is adjusted by the clamp pressure, so the flow shifts from the first step to the second step without time. The work efficiency can be improved.

【0011】本発明の第2の方法はウエハ面内の温度分
布が均一でないと対象膜のプラズマエッチング速度やオ
ーバエッチングによるその残渣の除去速度に面内ばらつ
きが出やすくなる点に着目し、ウエハを周縁部から電極
に押し付けるクランプ治具の温度を前項の構成にいうよ
う電極とほぼ同温度に保ってウエハ面内の温度分布を均
一化することにより、プラズマエッチングの局部的な進
行による対象膜の異常エッチングとオーバエッチングの
局部的な不進行によるエッチング残渣の除去のし残りを
防止するものである。
In the second method of the present invention, attention is paid to the fact that if the temperature distribution in the wafer surface is not uniform, in-plane variation easily occurs in the plasma etching rate of the target film and the removal rate of its residue due to overetching. The temperature of the clamp jig that pushes the edge from the peripheral edge to the electrode is kept at about the same temperature as the electrode as in the configuration of the previous section, and the temperature distribution in the wafer surface is made uniform, so that the target film due to the local progress of plasma etching. It is intended to prevent the etching residue from being left unremoved due to the local non-progress of abnormal etching and over-etching.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明の第1の方法の実施に適するプラズマ
エッチング装置とウエハに対するクランプ治具の構造例
を示し、図2は本発明の第2の方法の実施に適するクラ
ンプ治具の構造例を示す。なお、図示の実施例ではクラ
ンプ圧力は空気圧制御されるされるものとするが、本発
明はもちろんこれに限らず種々の態様で実施が可能であ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a structure example of a plasma etching apparatus and a clamp jig for a wafer suitable for carrying out the first method of the present invention, and FIG. 2 shows a structure example of a clamp jig suitable for carrying out the second method of the present invention. Show. Although the clamp pressure is pneumatically controlled in the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this and can be implemented in various modes.

【0013】図1のプラズマエッチング装置30は、基台
31と容器蓋32からなる真空容器内にウエハ10を支承する
下側電極33と対向する板状の上側電極34を備え、基台31
側の排気管32aから真空容器内を真空Vに減圧した後に
容器蓋32側の給気管32aからエッチングガスEGを導入
し、容器蓋32に絶縁32bを介し支承された上側電極34の
支持体34aに接続された電源35から高周波電圧を両電極
33と34間に掛けてエッチングガスEGをプラズマ化するよ
うになっている。ウエハ10は例えば容器蓋31側の開閉窓
36から自動ウエハ装出入機等により下側電極33上に装荷
されあるいは真空容器外に取り出される。第1の方法で
はウエハ10に強力な冷却を効かせ得るようにして置くの
が有利なので、下側電極33を図のようにブロック状に形
成して定温制御された冷却媒体を流通させる流体路33a
を設けて置くのがよい。冷却をより強力に効かせるため
下側電極33の上面の中央部にガス供給口を開口してウエ
ハ10の下面との微小な隙間にヘリウム等の不活性ガスを
冷却媒体としてごく少量ずつ流すようにしてもよい。
The plasma etching apparatus 30 shown in FIG.
A vacuum container composed of a container 31 and a container lid 32 is provided with a lower electrode 33 supporting the wafer 10 and a plate-shaped upper electrode 34 facing the lower electrode 33.
After the inside of the vacuum container is depressurized to vacuum V from the exhaust pipe 32a on the side, the etching gas EG is introduced from the air supply pipe 32a on the side of the container lid 32, and the support 34a of the upper electrode 34 supported on the container lid 32 via the insulation 32b. High frequency voltage from the power supply 35 connected to both electrodes
The etching gas EG is turned into plasma by being applied between 33 and 34. The wafer 10 is, for example, an opening / closing window on the container lid 31 side.
From 36, it is loaded on the lower electrode 33 by an automatic wafer loading / unloading machine or the like, or is taken out of the vacuum container. In the first method, since it is advantageous to place the wafer 10 so that strong cooling can be exerted, the lower electrode 33 is formed in a block shape as shown in the figure, and a fluid path for circulating a cooling medium whose constant temperature is controlled. 33a
It is good to set up. In order to make the cooling effect stronger, a gas supply port is opened in the center of the upper surface of the lower electrode 33, and an inert gas such as helium as a cooling medium is allowed to flow in small gaps with the lower surface of the wafer 10 little by little. You may

【0014】本発明の第1の方法ではウエハ10に対する
冷却効果をクランプ圧力で調節するので、図示の実施例
ではウエハ10の周縁部を下側電極33との間に抱持する環
状のクランプ治具40に賦与する抑圧力を可調整にする。
このため、下側電極33により案内され上端がクランプ治
具40に固定された複数の操作棒41の下端を操作板42に固
定し、この操作板42の周縁と基台31の間に上下に伸縮自
在な筒状のベロー43を設け、その中央部と下側電極33の
間にもベロー44を設ける。さらに、操作板42の中央に接
続管45を設けて可撓性管を介しクランプ圧力P1とP2用の
圧力源に通じる弁51と52, および大気Aに通じる弁53と
接続する。ベロー43と44で取り囲まれた空間は操作棒41
と電極33の間の隙間等を介して真空容器と連通された減
圧室で、ベロー43内の空間はクランプ治具40に抑圧力を
与える加圧室である。
In the first method of the present invention, the cooling effect on the wafer 10 is adjusted by the clamp pressure. Therefore, in the illustrated embodiment, an annular clamp treatment for holding the peripheral portion of the wafer 10 with the lower electrode 33 is used. The pressure applied to the ingredient 40 is adjustable.
Therefore, the lower ends of the plurality of operation rods 41, which are guided by the lower electrode 33 and whose upper ends are fixed to the clamp jig 40, are fixed to the operation plate 42, and are vertically moved between the peripheral edge of the operation plate 42 and the base 31. An expandable and contractible cylindrical bellows 43 is provided, and a bellows 44 is also provided between the central portion and the lower electrode 33. Further, a connecting pipe 45 is provided at the center of the operation plate 42 and is connected via flexible pipes to valves 51 and 52 communicating with the pressure sources for the clamp pressures P1 and P2 and a valve 53 communicating with the atmosphere A. The space surrounded by bellows 43 and 44 is the operating rod 41
The pressure reducing chamber communicates with the vacuum container through a gap between the electrode 33 and the electrode 33, and the space inside the bellows 43 is a pressurizing chamber that applies a pressure to the clamp jig 40.

【0015】図1のこのような操作機構では、クランプ
治具40を図で細線で示す上方位置に操作するには弁51と
52を閉じた状態で弁53を開く。操作板42に掛かる大気圧
Pによりベロー44内の加圧室から空気が弁53を介し大気
Aに押し出され、これによりクランプ治具40は操作板42
により操作棒41を介して上方に操作され、操作棒41の太
い部分の上端が下側電極33の下面に当接する位置で停止
する。この操作速度は弁53に付随する絞り53aで設定さ
れる。ウエハ10の装出入はこのようにクランプ治具40を
上方位置に操作した状態で行なわれる。
In such an operating mechanism shown in FIG. 1, the valve 51 and the valve 51 are used to operate the clamp jig 40 to the upper position shown by the thin line in the drawing.
Open valve 53 with 52 closed. Due to the atmospheric pressure P applied to the operation plate 42, air is pushed out of the pressurizing chamber in the bellows 44 into the atmosphere A through the valve 53, whereby the clamp jig 40 is moved to the operation plate 42.
Is operated upward through the operating rod 41, and stops at a position where the upper end of the thick portion of the operating rod 41 contacts the lower surface of the lower electrode 33. This operating speed is set by the throttle 53a attached to the valve 53. The loading / unloading of the wafer 10 is performed with the clamp jig 40 being operated to the upper position in this way.

【0016】本発明の第1の方法ではその第1工程と第
2工程でウエハ10に対するクランプ圧力を切り換える。
ウエハ10を下側電極33に装荷した後にまず弁51を開いて
第1工程用の圧力P1を加圧室に導入し、クランプ治具40
を絞り51aで設定した速度で下方に操作してウエハ10を
圧力P1による抑圧力で下側電極33に押し付ける。このク
ランプ圧力を第2工程用に切り換えるには、弁51を閉じ
弁52を開いて圧力P1をP2に切り換えればよい。なお、両
圧力P1とP2の値は第1と第2工程でウエハ10にそれぞれ
与えたいクランプ圧力に基づいて減圧室と加圧室の操作
板42上の面積比および大気圧Pに応じて設定され、ウエ
ハ10に対する実際の抑圧力とは正確には異なるが便宜上
これらをクランプ圧力ということとする。
In the first method of the present invention, the clamping pressure for the wafer 10 is switched in the first step and the second step.
After the wafer 10 is loaded on the lower electrode 33, the valve 51 is first opened to introduce the pressure P1 for the first step into the pressurizing chamber, and the clamp jig 40
Is operated downward at a speed set by the diaphragm 51a to press the wafer 10 against the lower electrode 33 by the suppression force of the pressure P1. To switch the clamping pressure for the second step, the valve 51 may be closed and the valve 52 may be opened to switch the pressure P1 to P2. The values of both pressures P1 and P2 are set according to the area ratio of the pressure reducing chamber and the pressure chamber on the operation plate 42 and the atmospheric pressure P based on the clamp pressures to be applied to the wafer 10 in the first and second steps, respectively. Although it is different from the actual suppression pressure on the wafer 10, they are referred to as clamping pressures for convenience.

【0017】第1の方法により例えば図3(a) の金属膜
7をフォトレジスト膜20をマスクとしてパターンニング
する場合、その第1工程ではウエハ10を例えば5Kg/cm
2 の強いクランプ圧力P1で下側電極33に押し付けて強力
に冷却させ、その表面温度が例えば50℃を越えない限度
内で電源35の高周波電力を強めた条件下で金属膜7のフ
ォトレジスト膜20で覆われていない広い面積部分を高速
プラズマエッチングにより除去する。この第1工程後に
前述の図3(b) のエッチング残渣8は若干残り得るが、
強いクランプ圧力P1下のウエハ10に対する冷却効果が強
力なので従来のようなフォトレジスト膜20の異常損耗21
や金属膜7の異常エッチング7aの発生をほぼ完全に防止
できる。この第1工程内で金属膜7のエッチングがほぼ
終わるとこの例ではアルミに特有なプラズマ発光が急速
に弱まるので、これを図示しない終点検出器により検出
して次の第2工程に入れる。
When the metal film 7 of FIG. 3A is patterned by the first method using the photoresist film 20 as a mask, the wafer 10 is, for example, 5 kg / cm 2 in the first step.
The photoresist film of the metal film 7 under the condition that the high-frequency power of the power supply 35 is strengthened within the limit that the surface temperature does not exceed, for example, 50 ° C. by pressing the lower electrode 33 with a strong clamping pressure P1 of 2 to cool it strongly. A large area portion not covered with 20 is removed by high speed plasma etching. Although the etching residue 8 of FIG. 3 (b) described above may slightly remain after the first step,
Since the cooling effect on the wafer 10 under the strong clamping pressure P1 is strong, abnormal wear of the photoresist film 20 as in the conventional case 21
It is possible to almost completely prevent the occurrence of abnormal etching 7a of the metal film 7. When the etching of the metal film 7 is almost finished in this first step, the plasma emission peculiar to aluminum rapidly weakens in this example, so this is detected by an end point detector (not shown) and put into the next second step.

【0018】第2工程ではクランプ圧力をP1よりも低い
例えば3Kg/cm2 の圧力P2に下げた状態で金属膜7の残
渣8をオーバエッチングにより除去する。抑圧力を下げ
るとウエハ10に対する冷却効果が低下するので、その温
度はふつう 100℃以上に急に上がってエッチング残渣8
が高速で除去される。ウエハ温度が高い第2工程中のフ
ォトレジスト膜20の損耗は第1工程よりも当然増える
が、エッチング残渣8が微量なのでその除去はごく短時
間内で済みこの間に異常エッチング7aが発生するおそれ
は非常に少ない。この第2工程中の高周波電力は第1工
程と同じか必要に応じ若干落とすようにする。第2工程
終了後は弁52を閉じ弁53を開いてクランプ治具40を上方
位置に操作した上でウエハ10を取り出せばよい。
In the second step, the residue 8 of the metal film 7 is removed by overetching while the clamping pressure is lowered to a pressure P2 lower than P1, for example 3 Kg / cm 2 . Since the cooling effect on the wafer 10 decreases when the suppression pressure is decreased, the temperature thereof usually rises rapidly above 100 ° C.
Is removed at high speed. The wear of the photoresist film 20 during the second step where the wafer temperature is high naturally increases more than that in the first step, but since the etching residue 8 is minute, its removal can be completed within a very short time, and abnormal etching 7a may occur during this time. Very few. The high frequency power in the second step is the same as that in the first step, or is slightly reduced if necessary. After completion of the second step, the valve 52 may be closed, the valve 53 may be opened, the clamp jig 40 may be operated to the upper position, and the wafer 10 may be taken out.

【0019】図2に本発明の第2の方法に適するクラン
プ治具40の構造を図1の一部に相当する要部断面で示
す。図1との対応部分には同符号が付されている。図の
例ではクランプ治具40を下側電極33と同じ温度に制御す
るためにその内部にウエハ10を囲む環状の流体路40aを
設け、下側電極33の流体路33aに供給すると同じ温度の
熱媒体HMを上端が閉じた中空体に形成した操作棒41の流
体路41aから連通孔40bを介してこの流体路40aに流す
ようになっている。
FIG. 2 shows a structure of a clamp jig 40 suitable for the second method of the present invention in a sectional view of an essential part corresponding to a part of FIG. The parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In the example of the figure, in order to control the clamp jig 40 to the same temperature as the lower electrode 33, an annular fluid passage 40a surrounding the wafer 10 is provided inside the clamp jig 40, and the temperature is the same when the fluid is supplied to the fluid passage 33a of the lower electrode 33. The heat medium HM is adapted to flow from the fluid passage 41a of the operation rod 41 formed in a hollow body with the upper end closed to the fluid passage 40a through the communication hole 40b.

【0020】この第2の方法では、下側電極33上に装荷
されたウエハ10を周縁から抱持するクランプ治具40の温
度を下側電極33とほぼ同温度に制御した状態で、ウエハ
10の対象膜をプラズマエッチングでパターンニングした
後にオーバエッチングでその残渣を除去する。図2に示
された以外のプラズマエッチング装置の構造は図1と同
じでよいが、第2の方法ではクランプ圧力をとくに切り
換える必要はないので図1中の圧力P2と弁52を省略でき
る。下側電極33およびクランプ治具40の温度は対象膜の
種類や膜厚に応じて設定され、もちろん加熱する場合も
冷却する場合もある。加熱によりエッチングを促進する
場合は上述の熱媒体によるほか電気加熱によって温度制
御の速度を高めることができる。この場合には図3(a)
のフォトレジスト膜20を第1の方法の場合より厚いめに
付けて置くのがよい。
In the second method, the temperature of the clamp jig 40 that holds the wafer 10 loaded on the lower electrode 33 from the periphery is controlled to be substantially the same as the temperature of the lower electrode 33.
After patterning the target film of 10 by plasma etching, the residue is removed by over etching. The structure of the plasma etching apparatus other than that shown in FIG. 2 may be the same as that of FIG. 1, but in the second method, it is not necessary to switch the clamping pressure, so the pressure P2 and the valve 52 in FIG. 1 can be omitted. The temperatures of the lower electrode 33 and the clamp jig 40 are set according to the type and film thickness of the target film, and of course heating or cooling may be performed. When the etching is promoted by heating, the temperature control speed can be increased by electric heating as well as by the heating medium described above. In this case, Fig. 3 (a)
It is preferable that the photoresist film 20 of 1 is attached to be thicker than in the case of the first method.

【0021】第2の方法により図3(a) の金属膜7とし
て例えば珪素や銅を含むアルミ膜を4塩化炭素等を含む
塩素系のエッチングガスEGを用いるプラズマエッチング
法によりパターンニングする場合、オーバエッチングに
より残渣を充分除去するには下側電極33とクランプ治具
40の温度を高めに, ただし 100℃以下に設定するのがよ
く経験上では70〜80℃が最適設定温度である。従来のよ
うにクランプ治具40の温度を制御しない場合はウエハ10
の周縁部等に図3(b) の残渣8が発生しやすくオーバエ
ッチングによる除去も困難であったが、第2の方法では
ウエハ10面内の温度分布が均一化されるのでプラズマエ
ッチング後の残渣8の発生が少なくなり短時間のオーバ
エッチングでほぼ完全に除去でき、図3(b) のような対
象膜7の異常エッチング7aの発生も少なくなった。
In the case of patterning the aluminum film containing silicon or copper as the metal film 7 of FIG. 3 (a) by the second method by the plasma etching method using the chlorine-based etching gas EG containing carbon tetrachloride or the like, To remove the residue sufficiently by over etching, lower electrode 33 and clamp jig
It is better to set the temperature of 40 to a higher temperature, but below 100 ℃, and from experience, 70-80 ℃ is the optimum temperature setting. If the temperature of the clamp jig 40 is not controlled as in the past, the wafer 10
Although the residue 8 of FIG. 3 (b) is likely to be generated in the peripheral portion of the wafer and it is difficult to remove it by overetching, the second method makes the temperature distribution in the surface of the wafer 10 uniform, so that after the plasma etching, The generation of the residue 8 is reduced, and the residue 8 can be almost completely removed by overetching in a short time, and the generation of the abnormal etching 7a of the target film 7 as shown in FIG.

【0022】なお、この第2の方法ではオーバエッチン
グ時に下側電極33とクランプ治具40の温度をプラズマエ
ッチング時より上げてもよく、さらには第1の方法と同
様にクランプ圧力を若干弱めるようにしてもよい。ま
た、第1と第2の方法の以上の実施例では対象膜を便宜
上金属膜としたが、その他の場合にも膜種や膜厚に応じ
エッチングガス,クランプ圧力,温度,高周波電力等を
適宜設定することにより本発明をもちろん適用すること
ができる。
In the second method, the temperature of the lower electrode 33 and the clamp jig 40 may be raised during over etching as compared with the plasma etching, and the clamping pressure may be slightly weakened as in the first method. You may Further, in the above embodiments of the first and second methods, the target film is a metal film for convenience, but in other cases, the etching gas, the clamp pressure, the temperature, the high frequency power, etc. are appropriately set according to the film type and the film thickness. Of course, the present invention can be applied by setting.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のとおり本発明の第1の方法では、
プラズマエッチング装置の電極の上に装荷されたウエハ
に対し第1工程ではそれを電極に向け所定クランプ圧力
で抑圧した状態で対象膜をプラズマエッチングによりパ
ターンニングし、第2工程ではクランプ圧力を第1工程
より弱めた状態で対象膜の残渣をオーバエッチングして
除去することにより、次の効果を上げることができる。
As described above, in the first method of the present invention,
In the first step, the target film is patterned by plasma etching while suppressing the wafer loaded on the electrodes of the plasma etching apparatus toward the electrodes by a predetermined clamping pressure. In the second step, the clamping pressure is first By removing the residue of the target film by over-etching while weakening it from the process, the following effects can be achieved.

【0024】(a) 第1工程では強いクランプ圧力でウエ
ハを電極に押し付けて強力に冷却しプラズマエッチング
時のウエハ温度を低く抑えることにより、対象膜のパタ
ーンニング用フォトレジスト膜の損耗を減少させて対象
膜の異常エッチングの発生をほぼ完全に防止でき、(b)
第2工程ではクランプ圧力をウエハ温度を若干高めた状
態で第1工程中に除去し切れなかった対象膜の残渣をオ
ーバエッチングにより短時間内に完全に除去でき、(c)
第1工程での対象膜の異常エッチングの危険が少ないの
で、その分だけエッチングガスをプラズマ化させる高周
波電力を高めることによりエッチング速度を従来より高
めることができる。
(A) In the first step, the wafer is pressed against the electrode with a strong clamping pressure to cool it strongly to keep the wafer temperature low during plasma etching, thereby reducing the wear of the photoresist film for patterning the target film. Can almost completely prevent the abnormal etching of the target film.
In the second step, the residue of the target film that could not be completely removed during the first step can be completely removed by overetching in a short time while the wafer temperature is slightly raised by the clamping pressure.
Since the risk of abnormal etching of the target film in the first step is small, the etching rate can be increased more than before by increasing the high frequency power for converting the etching gas into plasma.

【0025】本発明の第2の方法では、電極上に装荷さ
れたウエハをその周縁部から電極に向けて抑圧するクラ
ンプ治具の温度を電極とほぼ同温度に保った状態で対象
膜を所定のパターンにプラズマエッチングした後にオー
バエッチングにより対象膜のエッチング残渣を除去する
ことにより、ウエハ面内の温度分布を常に均一化して
(a) プラズマエッチングの局部進行に基づく対象膜の異
常エッチングを防止し、(b) 対象膜の残渣がオーバエッ
チング後にも局部的に除去し残るおそれを少なくするこ
とができる。このように本発明の第1と第2の方法のい
ずれも、対象膜の異常エッチングと残渣の発生を有効に
防止し、第1の方法はプラズマエッチング速度を向上で
きる効果を備え、とくに半導体集積回路装置のウエハプ
ロセス中の各種の絶縁膜,多結晶シリコン膜,金属膜等
をパターンニングする際のプラズマエッチングに適用し
てその生産効率を高め、仕損じを減少させて製造歩留ま
りを向上させる実効を奏し得るものである。
According to the second method of the present invention, the target film is predetermined while the temperature of the clamp jig for suppressing the wafer loaded on the electrode from the peripheral portion of the wafer toward the electrode is maintained at substantially the same temperature as the electrode. By removing the etching residue of the target film by over-etching after plasma etching in the pattern of, the temperature distribution in the wafer surface is always made uniform.
(a) It is possible to prevent abnormal etching of the target film due to local progress of plasma etching, and (b) it is possible to reduce the possibility that the residue of the target film is locally removed even after overetching. As described above, both the first and second methods of the present invention effectively prevent the abnormal etching of the target film and the generation of residues, and the first method has the effect of improving the plasma etching rate. Effective to improve the production efficiency by applying it to plasma etching when patterning various insulating films, polycrystalline silicon films, metal films, etc. in the wafer process of circuit devices, reduce damage and improve manufacturing yield Can be played.

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

【図1】本発明の第1の方法によるプラズマエッチング
に適するエッチング装置およびウエハ用のクランプ治具
の構造例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural example of an etching apparatus and a wafer clamping jig suitable for plasma etching according to a first method of the present invention.

【図2】本発明の第2の方法によるプラズマエッチング
に適するクランプ治具の構造例を示す要部の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of essential parts showing a structural example of a clamp jig suitable for plasma etching according to a second method of the present invention.

【図3】プラズマエッチングの対象例としてMOS集積
回路装置を示す断面図であり、同図(a) はエッチング後
の正規な状態を,同図(b) は従来方法によるエッチング
後の異常状態をそれぞれ示すウエハの一部拡大断面図で
ある。
3A and 3B are cross-sectional views showing a MOS integrated circuit device as a target example of plasma etching. FIG. 3A shows a normal state after etching and FIG. 3B shows an abnormal state after etching by a conventional method. It is a partially expanded sectional view of each shown wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 エッチングの対象膜としての金属膜 8 対象膜のエッチング残渣 10 ウエハ 20 フォトレジスト膜 30 プラズマエッチング装置 33 ウエハが装荷される電極ないしは下側電極 40 クランプ治具 40a 第2の方法で用いるクランプ治具内の流体路 41a 第2の方法で用いる操作棒内の流体路 EG エッチングガス HM 第2の方法で用いる熱媒体 P1 第1の方法の第1工程中のクランプ圧力 P2 第1の方法の第2工程中のクランプ圧力 7 Metal film as target film for etching 8 Etching residue of target film 10 Wafer 20 Photoresist film 30 Plasma etching device 33 Electrode or lower electrode on which wafer is loaded 40 Clamping jig 40a Clamping jig used in the second method Fluid path inside 41a Fluid path inside operating rod used in the second method EG Etching gas HM Heat medium used in the second method P1 Clamping pressure during the first step of the first method P2 Second of the first method Clamping pressure during the process

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エッチングガスを電離したプラズマのふん
囲気内でウエハ面を覆う対象膜をフォトレジスト膜をマ
スクとして所定のパターンにエッチングする方法であっ
て、電極上に装荷されたウエハを電極に向けて所定のク
ランプ圧力で押し付けた状態で対象膜をエッチングする
第1工程と、クランプ圧力を第1工程より弱めた状態で
オーバエッチングによりエッチング残渣を除去する第2
工程とを含むことを特徴とするプラズマエッチング方
法。
1. A method for etching a target film covering a wafer surface in a predetermined pattern in an atmosphere of plasma ionized with an etching gas, using a photoresist film as a mask, wherein a wafer loaded on the electrode is used as an electrode. A first step of etching the target film with a predetermined clamp pressure being applied toward it, and a second step of removing the etching residue by over-etching with the clamp pressure weaker than in the first step
A plasma etching method comprising the steps of:
【請求項2】請求項1に記載の方法において、ウエハの
周縁部を電極との間に抱持する環状のクランプ治具によ
ってウエハにクランプ圧力を賦与するようにしたことを
特徴とするプラズマエッチング方法。
2. The plasma etching according to claim 1, wherein a clamping pressure is applied to the wafer by an annular clamping jig that holds the peripheral portion of the wafer between the electrode and the electrode. Method.
【請求項3】請求項1に記載の方法において、エッチン
グ中にウエハを冷却するようにしたことを特徴とするプ
ラズマエッチング方法。
3. The plasma etching method according to claim 1, wherein the wafer is cooled during etching.
【請求項4】エッチングガスを電離したプラズマのふん
囲気内でウエハ面を覆う対象膜をフォトレジスト膜をマ
スクとして所定のパターンにエッチングする方法であっ
て、電極上に装荷されたウエハを周縁部から電極に向け
て押し付けるクランプ治具の温度を電極とほぼ同温度に
保った状態で対象膜を所定パターンにエッチングし、か
つオーバエッチングによってエッチング残渣を除去する
ようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法。
4. A method for etching a target film covering a wafer surface in a predetermined pattern in an atmosphere of plasma ionized with an etching gas using a photoresist film as a mask, wherein a wafer loaded on an electrode is provided with a peripheral portion. Plasma etching, characterized in that the target film is etched into a predetermined pattern while the temperature of the clamp jig that is pressed from the electrode toward the electrode is maintained at about the same temperature as the electrode, and the etching residue is removed by overetching. Method.
【請求項5】請求項4に記載の方法において、電極とク
ランプ治具の内部に流体路を設け、それらに同じ温度の
熱媒体を通流させるようにしたことを特徴とするプラズ
マエッチング方法。
5. The plasma etching method according to claim 4, wherein a fluid path is provided inside the electrode and the clamp jig, and a heat medium having the same temperature is made to flow therethrough.
JP11933692A 1991-08-05 1992-05-13 Plasma etching method Pending JPH0629262A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07221076A (en) * 1994-02-07 1995-08-18 Nec Corp Etching method and apparatus used for it

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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