(57)【要約】  エッチングガスをプラズマにより励起するチャンバと、前記チャンバ内に配置された、被処理基板を載置して加熱するテーブルと、前記テーブルの周囲に配置された、耐エッチング材料からなる枠部材と、を備え、前記枠部材の上面が前記テーブルの上面よりも下方に配置された装置を使用したエッチング方法であって、前記被処理基板の周縁部が前記枠部材の上方にはみ出すように、前記テーブルの上面に前記被処理基板を配置し、前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さをＧとし、前記テーブルの側面から前記被処理基板の外周までのはみ出し長さをＨとしたとき、Ｈ／Ｇが１．５以上となるように前記被処理基板を配置する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングガスをプラズマにより励起するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された、被処理基板を載置して加熱するテーブルと、
前記テーブルの周囲に配置された、耐エッチング材料からなる枠部材と、を備え、
前記枠部材の上面が前記テーブルの上面よりも下方に配置された装置を使用したエッチング方法であって、
前記被処理基板の周縁部が前記枠部材の上方にはみ出すように、前記テーブルの上面に前記被処理基板を配置し、
前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さをＧとし、前記テーブルの側面から前記被処理基板の外周までのはみ出し長さをＨとしたとき、Ｈ／Ｇが１．５以上となるように前記被処理基板を配置することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエッチング方法であって、
前記テーブルが、窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成されている。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のエッチング方法であって、
前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さが１．０ｍｍ以上となるように前記被処理基板を配置する。
【請求項４】
請求項１に記載のエッチング方法であって、
前記エッチングガスにより、被処理基板上に形成された貴金属膜および強誘電体膜をエッチングする。
【請求項５】
請求項４に記載のエッチング方法であって、
前記貴金属膜および前記強誘電体膜は、強誘電体メモリの記憶素子を構成する。
【請求項６】
請求項４に記載のエッチング方法であって、
前記貴金属膜は、少なくとも、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）、及びＳｒＲｕＯ３（酸化ストロンチウムルテニウム）の何れか１つを含む。
【請求項７】
請求項４に記載のエッチング方法であって、
前記強誘電体膜は、少なくとも、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；チタン酸ジルコン酸鉛）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９；タンタル酸ストロンチウムビスマス）、ＢＴＯ（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２；チタン酸ビスマス）、ＢＬＴ（（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２；チタン酸ビスマスランタン）の何れか１つを含む。
【請求項８】
エッチングガスをプラズマにより励起するチャンバと、
前記チャンバ内に配置された、被処理基板を載置して加熱するテーブルと、
前記テーブルの周囲に配置された、耐エッチング材料からなる枠部材と、を備え、
前記枠部材の上面が、前記テーブルの上面よりも下方に配置され、
前記テーブルの外形は、前記テーブルの上面に配置した前記被処理基板の周縁部が前記枠部材の上方にはみ出すように設定されるとともに、前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さをＧとし、前記テーブルの側面から前記被処理基板の外周までのはみ出し長さをＨとしたとき、Ｈ／Ｇが１．５以上となるように設定されていることを特徴とするエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法およびエッチング装置に関するものである。
本出願は、特願２００７−１６５０４３号を基礎出願とし、その内容を取り込むものとする。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング装置が広く利用されている。
図１は、エッチング装置の概略構成図である。エッチング装置１は、エッチングガスをプラズマにより励起するチャンバ１０と、チャンバ１０の内部に配置され基板９０を載置するテーブル５２とを備えている。テーブル５２は、基板９０を加熱するホットプレートとして機能するものであり、窒化アルミニウム等の熱伝導率の高い材料で構成されている。テーブル５２には、基板９０にバイアスを印加するための電極４１が埋め込まれている。テーブル５２の周囲には、石英等の耐エッチング材料からなるリング状のプレート５３が配置されている。【０００３】
図３は、図１のＰ部の拡大図である。プレート５３の上面は、テーブル５２の中央部５２ａの上面より下方に配置されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。これにより、プレート５３の上面に導電性を有するエッチング生成物１１０が堆積しても、エッチング生成物１１０と基板９０との間に放電が発生するのを防止することができる。テーブル５２の外径は、テーブル５２の上面に配置した基板９０の周縁部がプレート５３の上方にはみ出すように設定されている。これにより、テーブル５２の上面がプラズマに曝されるのを防止している。
【特許文献１】特開２００６−３３９３９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１３６１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したエッチング装置１では、プレート５３の上面がテーブル５２の上面より下方に配置されているので、テーブル５２の側面が露出している。そのため、プラズマにより励起されたエッチングガスが、プレート５３と基板９０との隙間を通過して、テーブル５２の側面に作用する。これにより、テーブル５２の側面からパーティクルが発生して、基板９０が汚染されるという問題がある。特に、基板９０を４００℃以上の高温に加熱する場合には、熱伝導率の高い窒化アルミニウムでテーブル５２を構成することになるが、窒化アルミニウムはパーティクルが発生しやすい材料である。【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、パーティクルによる被処理基板の汚染を防止することが可能なエッチング方法およびエッチング装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
すなわち、本発明に係るエッチング方法は、エッチングガスをプラズマにより励起するチャンバと、前記チャンバ内に配置された、被処理基板を載置して加熱するテーブルと、前記テーブルの周囲に配置された、耐エッチング材料からなる枠部材と、を備え、前記枠部材の上面が前記テーブルの上面よりも下方に配置された装置を使用したエッチング方法であって、前記被処理基板の周縁部が前記枠部材の上方にはみ出すように、前記テーブルの上面に前記被処理基板を配置し、前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さをＧとし、前記テーブルの側面から前記被処理基板の外周までのはみ出し長さをＨとしたとき、Ｈ／Ｇが１．５以上となるように前記被処理基板を配置する。
上記エッチング方法によれば、プラズマにより励起されたエッチングガスが、枠部材と被処理基板との隙間を通過しにくくなる。これにより、エッチングガスがテーブルの側面に作用してパーティクルが発生するのを抑制することが可能になる。したがって、パーティクルによる被処理基板の汚染を防止することができる。【０００７】
前記テーブルが、窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成されていても良い。
窒化アルミニウムは、熱伝導率が高く被処理基板の加熱に好適であるが、パーティクルが発生しやすい材料である。しかしながら、本発明のエッチング方法によれば、エッチングガスがテーブルの側面に作用してパーティクルが発生するのを抑制することが可能になる。したがって、テーブルが、窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成されていても、パーティクルが発生するのを抑制することが可能になり、被処理基板の汚染を防止することができる。【０００８】
前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さが１．０ｍｍ以上となるように前記被処理基板を配置しても良い。
この場合、枠部材の上面に導電性を有するエッチング生成物が堆積しても、エッチング生成物と被処理基板との間に異常放電が発生するのを防止することができる。【０００９】
前記エッチングガスにより、被処理基板上に形成された貴金属膜および強誘電体膜をエッチングしても良い。
前記貴金属膜および前記強誘電体膜は、強誘電体メモリの記憶素子を構成しても良い。
前記貴金属膜は、少なくとも、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）、及びＳｒＲｕＯ３（酸化ストロンチウムルテニウム）の何れか１つを含んでもいても良い。
前記強誘電体膜は、少なくとも、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；チタン酸ジルコン酸鉛）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９；タンタル酸ストロンチウムビスマス）、ＢＴＯ（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２；チタン酸ビスマス）、ＢＬＴ（（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２；チタン酸ビスマスランタン）の何れか１つを含んでもいても良い。
貴金属膜および強誘電体膜をエッチングする場合には、導電性を有するエッチング生成物が枠部材の上面に堆積しやすくなる。そこで、本発明では、この構成により、枠部材に堆積したエッチング生成物と被処理基板との間に異常放電が発生するのを防止することができる。【００１０】
本発明のエッチング装置は、エッチングガスをプラズマにより励起するチャンバと、前記チャンバ内に配置された、被処理基板を載置して加熱するテーブルと、前記テーブルの周囲に配置された、耐エッチング材料からなる枠部材と、を備え、前記枠部材の上面が、前記テーブルの上面よりも下方に配置され、前記テーブルの外形は、前記テーブルの上面に配置した前記被処理基板の周縁部が前記枠部材の上方にはみ出すように設定されるとともに、前記枠部材の上面から前記被処理基板の底面までの高さをＧとし、前記テーブルの側面から前記被処理基板の外周までのはみ出し長さをＨとしたとき、Ｈ／Ｇが１．５以上となるように設定されている。
上記エッチング装置によれば、プラズマにより励起されたエッチングガスが、枠部材と被処理基板との隙間を通過しにくくなる。これにより、エッチングガスがテーブルの側面に作用してパーティクルが発生するのを抑制することが可能になる。したがって、パーティクルによる被処理基板の汚染を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プラズマにより励起されたエッチングガスが、枠部材と被処理基板との隙間を通過しにくくなるので、エッチングガスがテーブルの側面に作用してパーティクルが発生するのを抑制することが可能になる。したがって、パーティクルによる被処理基板の汚染を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係るエッチング装置の縦断面図である。
【図２】図２は、同エッチング装置の平面図である。
【図３】図３は、図１のＰ部の拡大図である。
【図４】図４は、ＦｅＲＡＭの断面図である。
【図５】図５は、Ｈ／Ｇとパーティクル数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１３】
Ｇ    ギャップ（高さ）
Ｈ    オーバーハング量（はみ出し長さ）
１    エッチング装置
１０    チャンバ
５２    テーブル
５３    プレート（枠部材）
１００    ＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）
１０２    下部電極（貴金属膜）
１０３    強誘電体層（強誘電体膜）
１０４    上部電極（貴金属膜）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係るエッチング装置につき、図面を用いて説明する。以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。以下に示す実施形態では、誘導結合方式の反応性イオンエッチング装置を例にして説明する。【００１５】
図１は、本実施形態に係るエッチング装置１の縦断面図である。本実施形態に係るエッチング装置１は、円柱状のチャンバ１０を備えている。チャンバ１０の天井壁１０ａには、開口部１０ｃが形成されている。チャンバ１０の天井壁１０ａの外側には、開口部１０ｃを覆うように第１の石英板１５が載置されている。第１の石英板１５の上方には、第１の電極３１が載置されている。第１の電極３１の上方には永久磁石３２が配置され、永久磁石３２の上方にはアンテナ３３が配置されている。第１の電極３１及びアンテナ３３には、第１の高周波電源３４が電気的に接続されている。第１の電極３１、永久磁石３２、アンテナ３３および第１の高周波電源３４により、プラズマ生成手段３０が構成されている。【００１６】
図２は、エッチング装置の平面図である。上述したように、第１の石英板１５の上方には、第１の電極３１、永久磁石３２およびアンテナ３３が配置されている。第１の電極３１は、中心部３１ａから放射状に伸びる複数の腕部３１ｂを備えている。第１の電極３１の中心部３１ａには回転装置（不図示）が接続されており、第１の電極３１を円周方向に回転することができる。第１の電極３１は、チャンバ内に導入されたクリーニングガスをプラズマ化し、第１の石英板１５に付着した生成物を除去するために用いられる。【００１７】
図１に戻り、チャンバ１０の底壁１０ｂには、開口部１０ｄが形成されている。チャンバ１０の底壁１０ｂの内側には、開口部１０ｄを覆うようにベース部材４４が載置されている。ベース部材４４の上方にはテーブル５２が載置されている。テーブル５２は、基板９０を加熱するホットプレートとして機能するものであり、熱伝導率の高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等で形成されている。テーブル５２には第２の電極４１が埋め込まれている。第２の電極４１が第２の高周波電源４２に接続されて、バイアス生成手段４０が構成されている。一方、チャンバ１０の底壁１０ｂの内面には、ベース部材４４の外周に沿って加熱装置５１が載置されている。加熱装置５１には略円筒状の防着板２０が載置されている。防着板２０の上端部は第１の石英板１５に接触している。【００１８】
図３は、図１のＰ部の拡大図である。図３に示すように、テーブル５２の高さは、基板９０が載置される中央部５２ａより周縁部５２ｂの方が低くなっている。テーブル５２の中央部５２ａに埋め込まれた第２の電極４１は、基板９０を静電チャックする機能を有している。一方、テーブル５２の周縁部５２ｂの上方には、リング状のプレート（枠部材）５３が載置されている。このプレート５３は、石英等の耐エッチング材料で構成され、テーブル５２の周縁部５２ｂがプラズマに曝されるのを防止している。プレート５３の上面は、テーブル５２の中央部５２ａの上面より下方に配置されている。【００１９】
（強誘電体メモリ）
エッチング装置１を用いて、基板９０に形成されるデバイスの一例として、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）等の強誘電体メモリを挙げることができる。
図４は、ＦｅＲＡＭの断面図である。ＦｅＲＡＭ１００は、シリコン基板１０１上に下部電極１０２、強誘電体層１０３および上部電極１０４が積層されている。【００２０】
下部電極１０２および上部電極１０４は、薄膜状に形成されている。下部電極１０２および上部電極１０４の材質としては、Ｐｔ（白金）や、Ｉｒ（イリジウム）、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）、ＳｒＲｕＯ３（酸化ストロンチウムルテニウム）などの貴金属を採用することができる。強誘電体層１０３の材質としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；チタン酸ジルコン酸鉛）や、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９；タンタル酸ストロンチウムビスマス）、ＢＴＯ（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２；チタン酸ビスマス）、ＢＬＴ（（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２；チタン酸ビスマスランタン）などの強誘電体を採用することができる。【００２１】
ＦｅＲＡＭ１００では、下部電極１０２と上部電極１０４との間の電位差により強誘電体層１０３に電界を加えると、強誘電体層１０３の自発分極の方向を変化させることができる。この自発分極の方向は、下部電極１０２と上部電極１０４との間の電位差がなくなっても保持することができることから、自発分極の向きで０または１のデータを記憶できるようになっている。【００２２】
（エッチング方法）
次に、本実施形態のエッチング装置１を使用したエッチング方法につき、図１を用いて説明する。
まずテーブル５２の中央部５２ａの上面に基板９０を載置し、第２の電極４１により基板９０を静電チャックして、テーブル５２により基板９０を４００℃以上に加熱する。次に、真空排気系７０によりチャンバ１０の内部を減圧し、エッチングガス供給装置６０からチャンバ１０の内部にエッチングガスを導入する。ＦｅＲＡＭの強誘電体層や電極をエッチングするガスとして、例えばハロゲンガスやパーフルオロカーボンガスなどを導入する。【００２３】
次に、第１の高周波電源３４を駆動し、第１の電極３１およびアンテナ３３に高周波電流を供給する。チャンバ１０の内部のエッチングガスをプラズマ状態に励起させる。次に、第２の高周波電源４２を駆動し、第２の電極４１に高周波電流を供給する。これにより、プラズマ状態に励起されたエッチングガスは、基板９０に向けて誘導される。その結果、基板９０の表面に形成された強誘電体層や電極にエッチングガスが衝突してエッチングされる。このとき基板９０からは、強誘電体層や電極の構成物質や、これらとエッチングガスとの化学反応物質などの、エッチング生成物が放出される。【００２４】
電極の構成物質（貴金属）を含むエッチング生成物は導電性を有している。このエッチング生成物は、防着板２０の表面のほか、プレート５３の上面にも堆積する。
図３に示すように、プレート５３の上面は、テーブル５２の中央部５２ａの上面より下方に配置されている。このテーブル５２の中央部５２ａに基板９０を配置すれば、基板９０とプレート５３とがギャップＧを隔てて配置される。これにより、プレート５３の上面に導電性を有するエッチング生成物１１０が堆積しても、エッチング生成物１１０と基板９０との間に異常放電が発生するのを防止することができる。具体的には、ギャップＧを１ｍｍ以上とすることにより、異常放電の発生を確実に防止することができる。【００２５】
ところで、プレート５３の上面がテーブル５２の上面より下方に配置されているので、テーブル５２の中央部５２ａの側面が露出している。そのため、チャンバ１０の中央部でプラズマにより励起されたエッチングガスが、プレート５３と基板９０との隙間９２を通過してテーブル５２の側面に作用する。特に、テーブル５２の側面近傍まで第２の電極４１が配置されているので、第２の電極４１によりエッチングガスのイオンがテーブル５２の側面に引き込まれる。その結果、テーブル５２の側面からパーティクルが発生する。具体的には、ＡｌＮで構成されたテーブル５２から、ＡｌＮやＡｌＯ等のパーティクルが発生する。このパーティクルにより、基板９０が汚染されるという問題がある。【００２６】
テーブル５２の側面に作用するエッチングガスは、プレート５３と基板９０との隙間９２を通過したものである。そこで、隙間９２の通過を困難にすれば、テーブル５２の側面に作用するエッチングガスを減少させることが可能になる。隙間９２の通過を困難にする方法として、（１）プレート５３の上面から基板９０の底面までのギャップ（高さ）Ｇを小さくする方法と、（２）テーブル５２の側面から基板９０の外周までのオーバーハング量（はみ出し長さ）Ｈを大きくする方法とが考えられる。しかしながら、上記（１）の方法でギャップＧを小さくすれば、プレート５３の上面に堆積したエッチング生成物１１０と基板９０との間で異常放電が発生しやすくなる。上記（２）の方法でオーバーハング量Ｈを大きくすれば、テーブル５２によるバイアス印加や加熱が基板９０の周縁部まで及びにくくなる。その結果、基板９０の周縁部にデバイスを形成することが困難になって、歩留まりが低下することになる。【００２７】
本願の発明者は、ギャップＧおよびオーバーハング量Ｈを様々に変化させて、基板９０の表面に付着したパーティクル数を測定する実験を行った。具体的には、８インチの基板９０を用いて、ギャップＧを１．２ｍｍ、０．９ｍｍおよび０．３ｍｍの３種類に設定し、オーバーハング量Ｈを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍおよび８．５ｍｍの５種類に設定した。【００２８】
実験では、まず２５枚の基板９０につき、Ｉｒからなる電極層のエッチングを行った。その際、エッチングガスとしてＨＢｒ／Ｏ２／Ｃ４Ｆ８の混合ガスを導入し、圧力を０．５Ｐａに保持して、アンテナパワーを１４００Ｗ、バイアスパワーを１３００Ｗに設定した。
次に、パーティクル測定用の基板９０をテーブル５２に載置して、プラズマに曝した。
具体的には、チャンバ１０にＡｒガスを導入し、圧力を０．５Ｐａに保持して、アンテナパワーを１４００Ｗ、バイアスパワーを０Ｗに設定した。
次に、基板９０の表面をレーザでスキャンし、散乱光からパーティクルを測定した。パーティクルサイズにより散乱光の強度が異なることを利用し、粒径が０．２μｍ以上のパーティクルの個数を測定した。測定結果を表１に示す。【００２９】
【表１】
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【００３０】
上述したように、（１）ギャップＧがより小さく、なおかつ、（２）オーバーハング量Ｈがより大きいほど、パーティクル数が少なくなることが確認された。
図５は、Ｈ／Ｇとパーティクル数との関係を示すグラフである。図５は、オーバーハング量ＨとギャップＧとのアスペクト比を横軸にとって、前記実験結果をプロットしたものである。Ｈ／Ｇが大きいほど、パーティクル数が少なくなっている。一般的には、前記実験によって測定されるパーティクル数を１００個以下にすることが求められている。図５のグラフから、Ｈ／Ｇを約１．５以上とすれば、パーティクル数を１００個以下にすることができる。【００３１】
そこで本実施形態では、Ｈ／Ｇが１．５以上となるように設定したテーブル５２の上面に基板９０を配置してエッチングを行う構成とした。この構成によれば、プラズマにより励起されたエッチングガスが、プレート５３と基板９０との隙間９２を通過しにくくなる。これにより、エッチングガスがテーブル５２の側面に作用してパーティクルが発生するのを抑制することが可能になる。したがって、パーティクルによる基板汚染を防止することができる。【００３２】
特に、プレート５３の上面から基板９０の底面（テーブル５２の上面）までのギャップＧを１ｍｍ以上とすることが望ましい。この構成によれば、プレート５３の上面に導電性を有するエッチング生成物１１０が堆積しても、エッチング生成物１１０と基板９０との間に異常放電が発生するのを防止することができる。【００３３】
本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、プラズマにより励起されたエッチングガスが、枠部材と被処理基板との隙間を通過しにくくなるので、エッチングガスがテーブルの側面に作用してパーティクルが発生するのを抑制することが可能になる。したがって、パーティクルによる被処理基板の汚染を防止することができる。
【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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【国際調査報告】
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