(57)【要約】エッチングプロセスにおけるエッチング生成物を低減させ、エッチング対象物に対する面内均一性の向上を図るドライエッチング方法の提供。電極の上表面の周辺部分に、イットリウム含有酸化物からなる表面層を少なくとも有する電極押さえ部材を設けた電極を用い、電極上に基板を載置し、電極周辺部分からのエッチング生成物を制御してドライエッチングを行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に設置された電極上に基板を載置し、この基板をドライエッチングする方法において、前記電極の上表面の周辺部分に、イットリウム含有酸化物からなる表面層を少なくとも有する電極押さえ部材を設けた電極を用いてエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記電極押さえ部材が、イットリウム含有酸化物で構成されているものであるか、又はその部材の全表面がイットリウム含有酸化物膜で覆われているものであることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記電極押さえ部材が、石英、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮで構成されており、かつその部材の全表面がイットリウム含有酸化物膜で覆われているものであることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記電極押さえ部材が、イットリウム含有酸化物を、電極押さえ部材の全表面に対して溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法で成膜したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記電極押さえ部材が、イットリウム含有酸化物の燒結体で構成されていることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
前記イットリウム含有酸化物がイットリウム酸化物であり、その純度が９９．５〜９９．９％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
前記イットリウム含有酸化物が透明Ｙ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング方法に関し、特に特定の電極押さえ部材を設けた電極を用いて行うドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライエッチングプロセスにおいて、エッチング中に電極周辺部分がエッチングされるのを防護するために、この周辺部分に外周リングのような電極押さえ部材が設けられる。しかるに、この電極押さえ部材にもエッチング中に高周波(ＲＦ)は印加されるので、この部材もエッチングされてしまい、エッチング生成物が真空チャンバー内に飛散する。その結果、エッチング対象物である基板に対する面内均一性に大きな影響を及ぼすことになる。【０００３】
例えば、エッチングプロセスがフッ素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いて行われる場合、電極押さえ部材である上記外周リングが石英やシリコン等で作製されていると、エッチングプロセス中に、基板のみならずこの外周リングもエッチングされて、消耗していく。そのため、外周リングからのエッチング生成物が基板の外周近傍から大量に放出されることになり、その生成物が基板に再入射してエッチング速度を支援若しくは抑制する現象を引き起こすという問題がある。あるいはまた、プラズマ源から基板に入射するイオンやラジカルの入射を妨げることでエッチング速度を抑制する現象を引き起こすという問題がある。このような現象は、真空チャンバー、ひいてはエッチング装置のメンテナンス頻度の増加等のデメリットにもつながる。【０００４】
なお、基板支持用基板台に向けて基板の縁を押さえつける基板押さえを基板台の周辺部に設けることについては知られている(例えば、特許文献１参照)。しかし、この場合、基板押さえを設けることにより基板台周辺部がエッチングされるのを防護することについて、また、基板押さえの材質については何ら開示されていない。【０００５】
【特許文献１】特開平７−７６７７４号公報(特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、外周リングである電極押さえ部材を特定の材料で構成することにより、エッチングプロセスにおけるエッチング生成物を低減させ、エッチング対象物である基板に対する面内均一性の向上を図るドライエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のドライエッチング方法は、真空チャンバー内に設置された電極上に基板を載置し、この基板をドライエッチングする方法において、この電極の上表面の周辺部分に、イットリウム含有酸化物からなる表面層を少なくとも有する電極押さえ部材を設けた電極を用いてエッチングを行うことを特徴とする。このような電極押さえ部材を設けることにより、電極周辺部分からのエッチング生成物を制御して、基板面内均一性に優れたドライエッチングプロセスを実施することができる。【０００８】
前記電極押さえ部材は、イットリウム含有酸化物で構成されているものであるか、又はその部材の全表面がイットリウム含有酸化物膜で覆われているものであることが好ましい。【０００９】
前記電極押さえ部材は、石英、Ａｌ２Ｏ３又はＡｌＮで構成されており、かつその部材の全表面がイットリウム含有酸化物膜で覆われているものであることが好まし。【００１０】
前記電極押さえ部材は、イットリウム含有酸化物を、電極押さえ部材の全表面に対して溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法で成膜したものであることが好ましい。【００１１】
前記電極押さえ部材は、イットリウム含有酸化物の燒結体で構成されていることが好ましい。【００１２】
前記イットリウム含有酸化物はイットリウム酸化物であり、その純度は９９．５〜９９．９％であることが好ましい。【００１３】
前記イットリウム含有酸化物は、透明Ｙ２Ｏ３等のイットリウム酸化物であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ドライエッチングプロセスにおいて、電極周辺部分からのエッチング生成物を低減させ、エッチング対象物である基板に対する面内均一性の向上が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】真空チャンバー内に設置する電極とその上表面周辺部分に設ける電極押さえ部材との関係を模式的に示す断面図であって、(ａ)はイットリアで構成された電極押さえ部材を有する場合、(ｂ)は表面にイットリア膜を有する電極押さえ部材を有する場合である。
【図２】本発明のドライエッチング方法で用いることができるエッチング装置の一例の構成を模式的に示す構成図である。
【図３】電極押さえ部材の材質によるエッチング速度の相違を示すグラフである。
【図４】フッ素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた場合の基板の面内均一性を示す図であって、(ａ)はイットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いた場合であり、(ｂ)は合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合である。
【図５】酸素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた場合の基板の面内均一性を示す図であって、(ａ)はイットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いた場合であり、(ｂ)は合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合である。
【図６】実施例２におけるエッチングプロセス終了後の電極押さえ部材の表面のＳＥＭ写真であって、(ａ−１)及び(ａ−２)は、それぞれ、片面にイットリア溶射膜を形成した場合、(ｂ−１)及び(ｂ−２)は、それぞれ、全表面にイットリア溶射膜を形成した場合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るドライエッチング方法の一実施の形態によれば、真空チャンバー内に設置された電極の上表面の周辺部分をカバーして、電極の周辺部分からエッチング生成物が生じないようにするための電極押さえ部材を備えた電極上に静電チャック手段やクランプ手段等により載置された基板を、プラズマ源からのエッチャントを用いて、エッチング生成物を制御してエッチングするものである。【００１７】
本発明によれば、石英、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＮからなる群から選ばれた誘電体で構成されているだけの従来の電極押さえ部材の代わりに、透明Ｙ２Ｏ３を含む酸化イットリウム(イットリア)等のイットリウム含有酸化物燒結体で構成されている電極押さえ部材を用いるか、又は石英、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＮ等からなる群から選ばれた誘電体で構成されている電極押さえ部材の全表面にイットリア膜等のイットリウム含有酸化物膜を形成した電極押さえ部材を用いることにより、この電極及び従来の電極押さえ部材から生じるエッチング生成物を減少させることができる。この場合、イットリア燒結体で構成されている電極押さえ部材の表面にさらにイットリア膜を形成しても良い。また、イットリアの代わりにイットリウム含有酸化物、例えば、３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３等の複酸化物であっても良い。【００１８】
前記イットリア燒結体は、公知の方法、例えば特開平１１−１８９４１３号公報記載の方法等で作製したものでも良く、特に制限されるものではない。例えば、イットリウム塩含有溶液に塩基剤を添加して水酸化イットリウム凝集粒子を生成せしめ、これに硫酸イオン含有化合物を添加した後、この凝集粒子を仮焼して形成した易燒結性粉末を成形し、所定の雰囲気下で焼成して作製された燒結体でも良い。【００１９】
前記イットリア膜は、電極押さえ部材表面に十分に密着して形成されることが必要であり、例えば電極押さえ部材の全表面に対して溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法で形成することができる。このイットリア膜の膜厚は、１００〜３００μｍ程度であることが好ましい。この範囲内の膜厚であれば、スパッタリング中に膜剥離が生じることもない。【００２０】
上記溶射法によるイットリア膜は、公知の方法、例えば特開２００３−１６６０４３号公報記載の方法等で形成でき、特に制限されるものではない。例えば、公知の減圧プラズマ溶射法等のプラズマ溶射法に従って、所定の温度で、密着性の良い緻密なイットリア溶射膜を所定の膜厚で形成することができる。【００２１】
また、上記ＣＶＤ法又はスパッタ法によるイットリア膜は、公知のプロセス条件で形成できる。【００２２】
スパッタ法の場合、基板ホルダー上に基板を載置した後、真空ポンプによって高真空状態まで排気し、ガス導入孔からアルゴンガスを６．７×１０−２Ｐａの圧力まで導入し、その後、ＲＦ電源を起動して高周波電圧を発生させ、イットリア膜形成用ターゲットに１．０ｋＷのＲＦスパッタ電力を投入し、磁気回路によって基板表面に平行磁場を形成しながらＲＦマグネトロンスパッタを行い、基板全表面に密着性の良い緻密なイットリア膜を所定の膜厚で形成することができる。マグネトロンスパッタ中は、基板加熱用ヒータを用い、基板の温度を２７０℃程度に保つことが好ましい。【００２３】
ＣＶＤ法の場合、例えば、前駆体材料としてＹ(Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２)３、キャリアガスとして窒素(１０ｓｃｃｍ)、希釈ガスとしてＯ２(５００〜１０００ｓｃｃｍ)を用い、基板温度４００〜５００℃、チャンバ圧力１〜１０Ｔｏｒｒの条件で、基板全表面に密着性の良い緻密なイットリア膜を所定の膜厚で形成することができる。【００２４】
本発明のドライエッチング方法を実施するためのエッチング装置は、真空チャンバーを有する公知のドライエッチング装置であれば特に制限はなく、この真空チャンバー内部に設置する電極とその上表面に設ける電極押さえ部材との関係を第１図に示す。第１図に示すように、電極１の上表面の周辺部分には、上記した電極押さえ部材２が設けられている。この電極押さえ部材２は、イットリアバルクで作製された燒結体(第１(ａ)図)であっても、また、誘電体で構成された電極押さえ部材２の全表面に対して溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法でイットリア膜を形成したもの(第１(ｂ)図)であっても良い。電極１の上方に、エッチング対象物である基板３を静電チャック手段４により十分に密着して載置し、この基板に対して公知のドライエッチング処理を行う。【００２５】
上記した電極押さえ部材を備えた電極を載置するためのドライエッチング装置としては、公知のドライエッチング装置(特開２００２−３４３７７５号公報等に記載された装置)であれば良く、例えば、第２図に示す装置を挙げることができる。【００２６】
第２図に示すエッチング装置において、２０は真空チャンバーで、上部のプラズマ発生部２０ａと下部の基板電極部２０ｂとを備えている、基板電極部２０ｂには排気口２０ｃが設けられ、適当な排気系に接続される。プラズマ発生部２０ａは円筒形の誘電体側壁２０１を備え、誘電体側壁２０１の外側には、真空チャンバー２０内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している三つの磁場コイル２０２、２０３、２０４が設けられ、これらの磁場コイルは真空チャンバー２０の上部のプラズマ発生部２０ａ内に磁気中性線２０５を形成する。真空チャンバー２０の下部には、基板電極２０６が絶縁体部材２０７を介して設けられ、この基板電極２０６はブロッキングコンデンサ２０８を介してＲＦバイアスを印加する高周波電源２０９に接続されている。【００２７】
中間の磁場コイル２０３と誘電体側壁２０１の外側との間にはプラズマ発生用の二つの高周波コイル２１０が配置され、これらの高周波コイル２１０は可変コンデンサ２１１を介して高周波電源２１２に接続され、上記三つの磁場コイルによって真空チャンバー２０の上部のプラズマ発生部２０ａ内に形成された磁気中性線２０５に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしている。【００２８】
真空チャンバー２０の上部のプラズマ発生部２０ａの天板２１３は絶縁体２１４を介して誘電体側壁２０１の上部フランジに密封固着され、対向電極として構成されている。またこの天板２１３は内壁材料として炭素材を用いて構成されている。そして対向電極として機能する天板２１３には、プラズマ発生用高周波電源２１２から可変コンデンサ２１１を介して高周波アンテナコイル２１０へ至る給電路の途中から分岐してコンデンサ２１５を介して高周波電力が印加されるようにし、この対向電極に自己バイアスを発生するように構成されている。【００２９】
さらに、真空チャンバー２０の上部のプラズマ発生部２０ａには、真空チャンバー２０内へエッチングガスを導入するガス導入口２１６が設けられ、このガス導入口２１６は、図示していないがガス供給通路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続される。
【実施例１】
【００３０】
真空チャンバー内に、第１(ａ)図に示す電極押さえ部材(イットリアバルクで構成された部材)２を備えた電極１を設置した第２図に示すエッチング装置を用い、電極１上に石英基板３を静電チャック手段により密着して載置し、フッ素原子含有ガスベースのエッチングプロセス条件で、以下の通りエッチングを行った。【００３１】
プラズマ発生用高周波電源(１３．５６ＭＨｚ)の電力を１５００Ｗ(アンテナパワー)、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を５００Ｗ(バイアスパワー)の条件下で、エッチングガス(Ｃ４Ｆ８／ＣＨＦ３＝１０／１１６(ｓｃｃｍ))を導入し、０．６７Ｐａの圧力下、基板設定温度０℃で所定の時間放電し、基板のエッチングを行った。【００３２】
また、比較のために、酸素原子含有ガスベースのエッチングプロセス条件で以下の通りエッチングを行った。プラズマ発生用高周波電源(１３．５６ＭＨｚ)の電力を１２００Ｗ(アンテナパワー)、基板バイアス高周波電源(１２．５６ＭＨｚ)の電力を６００Ｗ(バイアスパワー)の条件下で、エッチングガス(Ｏ２／ＣＦ４＝９５／５(ｓｃｃｍ))を導入し、０．６７Ｐａの圧力下、基板設定温度−１０℃で所定の時間放電し、基板のエッチングを行った。【００３３】
さらに、比較のために、合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合について、上記したフッ素原子含有ガスベース及び酸素原子含有ガスベースのエッチングプロセス条件で同様にエッチングを行った。【００３４】
イットリアバルクで構成された電極押さえ部材及び合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合について、それぞれ、フッ素原子含有ガスベース及び酸素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いてエッチングを行った結果を第３図に示す。第３図において、縦軸はエッチング速度(Å／ｍｉｎ)を示す。【００３５】
第３図から明らかなように、イットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いた場合には、いずれのガスベースのエッチングであっても、合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合と比べて、ほとんどエッチングされておらず、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング生成物が低減できることが分かる。【００３６】
第４図にフッ素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた場合の基板の面内均一性を示す。第４(ａ)図は、イットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いた場合についての面内均一性を示し、また、第４(ｂ)図は、合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合についての面内均一性を示す。さらに、第５図に酸素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた場合の基板の面内均一性を示す。第５(ａ)図は、イットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いた場合についての面内均一性を示し、また、第５(ｂ)図は、合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合についての面内均一性を示す。【００３７】
第４(ａ)図及び第５(ａ)図から明らかなように、イットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いた場合は、フッ素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた時の面内均一性は±０．９６％であり、酸素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた時の面内均一性は±１．４７％であった。また、第４(ｂ)図及び第５(ｂ)図から明らかなように、合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合は、フッ素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた時の面内均一性は±４．９９％であり、酸素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いた時の面内均一性は±２．３１％であった。このことから、イットリアバルクで構成された電極押さえ部材を用いれば、優れた基板面内均一性を達成できることが分かる。【００３８】
第４及び５図を比較すると、合成石英で構成された電極押さえ部材を用いた場合、基板の周辺部分のエッチング速度が遅い傾向があることが分かる。これは、プラズマ源で生成したエッチャントが基板周辺部分の石英で消耗され、周辺部分でのエッチャント量の不足を引き起こし、その結果、周辺部分のエッチング速度が遅くなったものと考えられる。一方、イットリアバルクで構成された電極押さえ部材の場合には、基板の周辺部分でのエッチング速度の低下は起こらず、面内均一性が±１％前後という極めて低い均一エッチングが実現できた。
【実施例２】
【００３９】
電極押さえ部材として、合成石英で構成された電極押さえ部材の両面(電極に接している面も含めて全表面)及び片面(電極に接していない表面のみ)のそれぞれに公知の減圧プラズマ溶射法により１００μｍのイットリア膜を形成した電極押さえ部材を用い、実施例１記載のフッ素原子含有ガスベースのエッチングガスを用いて、同様の条件下でエッチングプロセスを繰り返した。【００４０】
エッチングプロセスの終了後の電極押さえ部材の表面のＳＥＭ写真を第６図に示す。第６(ａ−１)及び(ａ−２)図は、片面にイットリア溶射膜を形成した場合の電極押さえ部材の上表面部分(第１(ｂ)図におけるＡ部分)のＳＥＭ写真を示し、第６(ｂ−１)及び(ｂ−２)図は、全表面にイットリア溶射膜を形成した場合の電極押さえ部材の上表面部分(第１(ｂ)図におけるＡ部分)のＳＥＭ写真を示す。第６(ａ−１)、(ａ−２)、(ｂ−１)及び(ｂ−２)図から明らかなように、片面に溶射膜を形成した場合にはクラックが発生しているが、全表面に溶射膜を形成した場合にはクラックが発生していないことが分かる。
産業上の利用可能性【００４１】
本発明によれば、ドライエッチングプロセスにおけるエッチング生成物を低減させ、エッチング対象物に対する面内均一性の向上が図れるので、本発明は半導体技術分野等のドライエッチングの技術分野で利用可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月4日(2009.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記イットリア膜は、電極押さえ部材表面に十分に密着して形成されることが必要であり、例えば電極押さえ部材の全表面に対して溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法で形成することができる。このイットリア膜の膜厚は、１００〜３００μｍ程度であることが好ましい。この範囲内の膜厚であれば、エッチング中に膜剥離が生じることもない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明のドライエッチング方法を実施するためのエッチング装置は、真空チャンバーを有する公知のドライエッチング装置であれば特に制限はなく、この真空チャンバー内部に設置する電極とその上表面に設ける電極押さえ部材との関係を第１図に示す。第１図に示すように、電極１の上表面の周辺部分には、上記した電極押さえ部材２が設けられている。この電極押さえ部材２は、イットリアバルクで作製された燒結体(第１(ａ)図)であっても、また、誘電体で構成された電極押さえ部材５の全表面に対して溶射法、ＣＶＤ法又はスパッタリング法でイットリア膜６を形成したもの(第１(ｂ)図)であっても良い。電極１の上方に、エッチング対象物である基板３を静電チャック手段４により十分に密着して載置し、この基板に対して公知のドライエッチング処理を行う。
【国際調査報告】
2008032627.tif 000009
2008032627.tif 000010
2008032627.tif 000011
2008032627.tif 000012