(57)【要約】【課題】  ガス導入孔への反応生成物の堆積を抑制することができるドライエチング方法およびドライエッチング装置を提供する。【解決手段】  複数のガス導入孔８が設けられた板状体からなるガス分散板７を通じて、減圧可能な処理室１に供給されるガスをプラズマ化し、当該プラズマによりエッチングを行う際に、ガス導入孔８を通過するガスの流速を求めるとともに、当該流速を所定速度に調整する。当該流速は、処理室１の圧力と温度、ガスの供給流量、および、ガス導入孔８の開口面積に基づいた演算により求めることができる。  また、上記所定速度は、処理室１内に配置された被エッチング物とプラズマとの反応により生成される反応生成物が、ガス導入孔８の内壁に付着することを抑制可能な速度とすればよい。特に好ましい流速は、秒速８０ｍ以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔が設けられたガス分散板を通じて、処理室に供給されるガスをプラズマ化し、当該プラズマによりエッチングを行うドライエッチング方法において、
前記貫通孔を通過するガスの流速を求めるステップと、
前記流速を所定速度に調整するステップと、
を有することを特徴するドライエッチング方法。
【請求項２】
前記流速が、前記処理室内部の圧力と温度、前記ガスの供給流量、および、前記貫通孔の開口面積に基づいた演算により求められる請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記所定速度は、前記処理室内に配置された被加工物と前記プラズマとの反応により生成される反応生成物が、前記貫通孔の内壁に付着することを抑制可能な速度である請求項１または２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記所定速度は、エッチングを一定時間行った際に、前記被加工物上で増加するパーティクル数に基づいて決定される請求項１または２に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記所定速度が、秒速８０ｍ以上である請求項１または２に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
前記ガスの供給流量を変化させることにより、前記流速の調整を行う請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
前記ガスの構成成分のうち希釈ガスの供給流量を変化させることにより、前記流速の調整を行う請求項６に記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
前記貫通孔の開口面積により、前記流速の調整を行う請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項９】
前記処理室内の温度を変化させることにより、前記流速の調整を行う請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項１０】
前記処理室内の圧力を変化させることにより、前記流速の調整を行う請求項１〜３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】
複数の貫通孔が設けられたガス分散板を通じて、処理室に供給されるガスをプラズマ化し、当該プラズマによりエッチングを行うドライエッチング装置において、
前記貫通孔を通過するガスの流速を求める流速検知手段と、
前記流速を所定速度に調整する流速調整手段と、
を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマにより半導体基板表面を加工するドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関し、特に、ガス分散板を通じてエッチングガスを供給するドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、半導体プロセスのエッチング工程において、平行平板型のドライエッチング装置が広く使用されている。このようなドライエッチング装置の一般的な構成を図５に示す。
【０００３】
この種の装置は、図５に示すように、内部に一対の円盤状の電極が設けられた減圧可能な処理室１を備える。この一対の電極は、通常、互いに平行に、かつ、上下に配置された上部電極２と下部電極３により構成される。また、上部電極２は中空構造を有し、当該中空部に連通されたガス供給管１０を介して処理室１内にエッチングガスが供給される。
【０００４】
例えば、シリコン酸化膜をエッチングする場合、エッチングガスとして、ＣＦ4、ＣＨＦ3等のハロゲン含有ガスが、必要に応じて添加されたＡｒ等の希釈ガスとともに処理室１内に供給される。なお、ガス供給管１０の他端には、各種のエッチングガスが格納されたボンベ群（以下、ガス供給源６という。）が、それぞれ、マスフローコントローラ９を介して接続されている。
【０００５】
なお、図５において、図示を省略しているが、処理室１には、公知のように、処理室１の内部圧力を検出する圧力計が設けられるとともに、処理室１内部の気体を吸引する真空ポンプに接続された排気管が連通されており、圧力計により検出された内部圧力に応じて、真空ポンプを駆動することにより処理室１の内部圧力が所定圧力に減圧される。また、処理室１が、処理室１内の温度を一定温度に保持する温度調整手段を備えることは勿論である。
【０００６】
上記構成のドライエッチング装置において、エッチングガスは、まず、ガス供給源６から上部電極２の中空部２ａに導入される。上部電極２は、下部電極３と対向する面に、複数の貫通孔８（以下、ガス導入孔８という。）が形成された板状体からなるガス分散板７が装着されており、中空部２ａに導入されたエッチングガスは、下部電極３に向けて均一に吐出されるようになっている。
【０００７】
また、上部電極２と下部電極３の両方、あるいは、いずれか一方には、プラズマ励起用の高周波電源４から対応する電極に印加された高周波電力により、エッチングガスがプラズマ化されて両電極間に反応性ガスプラズマが生成される。なお、図５では、高周波電源４が下部電極３に接続された状態を示している。
【０００８】
このようにして生成された反応性ガスプラズマ（以下、単にプラズマという。）が、下部電極３上に載置された被加工物であるウエハ５の表面に到達すると、エッチングが行われることになる。
【０００９】
上述のようなドライエッチング装置においてエッチングが行われる過程では、被エッチング物がエッチングされると同時に、プラズマと被エッチング物とが反応して反応生成物が生成される。この反応生成物は、ウエハ５上で被エッチング部に形成された側壁に堆積して側壁保護膜を形成し、異方性加工に大きく寄与する。しかしながら、当該反応生成物は処理室１の内壁やその他の処理室1内の部材にも堆積する。特に、ガス分散板７を備える平行平板型ドライエッチング装置では、上述のガス導入孔８の内面に反応生成物が堆積し、当該反応生成物がウエハ５上に剥がれ落ちた場合に、加工不良の原因であるパーティクルになるという課題があった。
【００１０】
この対策として、後掲の特許文献１には、ガス分散板を加熱することで反応生成物の付着を抑制する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２７４１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のガス分散板を高温に加熱する技術を採用した場合、ガス分散板自体もプラズマによってよりエッチングされ易くなるという問題が新たに生じる。すなわち、ガス分散板の消耗が早まるため、ガス分散板の交換頻度が高まり、製造コストが増大してしまうのである。
【００１２】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、ガス導入孔への反応生成物の堆積を抑制することができるドライエチング方法およびドライエッチング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明は、複数の貫通孔が設けられたガス分散板を通じて処理室に供給されるガスをプラズマ化し、当該プラズマによりエッチングを行うドライエッチング方法において、前記貫通孔を通過するガスの流速を求め、当該流速を所定速度に調整するという技術的手段を採用している。
【００１４】
上記流速は、前記処理室の圧力と温度、前記ガスの供給流量、および、前記貫通孔の開口面積に基づいた演算により求めることができる。また、上記所定速度は、前記処理室内に配置された被加工物と前記プラズマとの反応により生成される反応生成物が、前記貫通孔の内壁に付着することを抑制可能な速度とすればよい。このような速度は、例えば、エッチングを一定時間行った際に、前記被加工物上で増加するパーティクル数に基づいて決定することができる。特に好ましい流速は、秒速８０ｍ以上である。
【００１５】
また、本発明のドライエッチング方法において、上記流速の調整は、ガスの供給流量を変化させることで行うことができる。この場合、前記ガスの構成成分のうち希釈ガスの供給流量を変化させることで、前記流速の調整を行ってもよい。さらに、上記流速の調整を行う方法としては、上記貫通孔の開口面積を変化させる方法、あるいは、上記処理室内の温度を変化させる方法を採用することもできる。
【００１６】
一方、他の観点では、本発明は、上記ドライエッチング方法を実現するドライエッチング装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス導入孔内でのエッチングガスの滞留時間が短くなるため、反応生成物がガス導入孔に進入して内面に付着する確率を大幅に減少させることができる。このため、ガス導入孔からのパーティクルの発生を、従来に比べて、極めて長期間抑制することが可能である。
【００１８】
また、本発明によれば、ガス分散板の交換頻度が増大することもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るドライエッチング方法及び装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明を適用したドライエッチング装置を示す概略構成図である。
【００２０】
本発明を適用するドライエッチング装置の基本的な構成は、上述した従来のドライエッチング装置と同様である。図１に示すように、本発明に係るドライエッチング装置は、図５に示した従来のドライエッチング装置に加えて、ガス導入孔８を通過するガスの流速を求める流速検知手段１１と、当該流速を所定速度に調整する流速調整手段１２とを備えている。
【００２１】
ここで、所定速度とは、処理室１内に配置された被エッチング物とプラズマとの反応により生成される反応生成物が、ガス導入孔８の内壁に付着することを抑制することができる速度である。このような速度は、例えば、エッチングを一定時間行った際に、前記被エッチング物（ウエハ５）上で増加するパーティクル数に基づいて決定することができる。
【００２２】
流速検知手段１１は、例えば、マスフローコントローラ９により制御されたガスの流量Ｓ［sccm］、上述の圧力計により検出される処理室１の内部圧力Ｐ［Pa］、および、上記温度検知手段により検出される処理室１の内部温度Ｔ［K］に基づいて、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速ｖを演算するマイクロコンピュータ等により構成することができる。
【００２３】
この場合、一定量の気体では圧力×体積／温度が一定であることから、流速ｖは、ｖ［m／sec］＝｛（Ｓ［sccm］×１０-6／６０）／（Ｔ0［K］／Ｐ0［Pa］）｝×（Ｔ［K］／Ｐ［Pa］）／（ガス導入孔８の総開口面積［m2］）により演算することができる。ここで、温度Ｔ0は流量Ｓの基準温度であり、圧力Ｐ0は、流量Ｓの基準圧力である。すなわち、流量Ｓが標準状態において規格化された流量であれば、Ｔ0＝２７３Ｋ、Ｐ0＝１．０１３×１０6Ｐａである。なお、流速調整手段１２については後述する。
【００２４】
(第１の実施の形態)
さて、本発明の第１の実施の形態に係るドライエッチング装置では、流速調整手段１２は、上述のようにして求められるガス導入孔８を通過するガスの流速ｖを、ガス供給源６からガス供給管１０に供給されるエッチングガスの流量を変化させることにより所定速度に調整する。すなわち、流速調整手段１２は、マスフローコントローラ９に対して、エッチングガスの流量を指示する。
【００２５】
これにより、ガス導入孔８内部でのエッチングガスの滞留時間が短くなるため、ガス導入孔８にエッチング時に生成される反応生成物が進入して、ガス導入孔８の内壁に付着するのを抑制することができる。したがって、ガス導入孔８の内壁に付着した反応生成物が、ウエハ５上に剥がれ落ちることにより発生するパーティクルを無くすことができる。
【００２６】
ここで、被エッチング物がウエハ５上に形成されたシリコン窒化膜であり、エッチングガスとして、ＣＦ4、Ｏ2、Ａｒ（Ａｒは、希釈ガス）を処理室１内に供給する事例を用いて、より具体的に説明する。
【００２７】
この場合、シリコン窒化膜のエッチング条件は、例えば、高周波電源４から下部電極３に印加する高周波電力を３００Ｗ、エッチングガスを導入したときの処理室１の内部圧力を１５Ｐａ、ＣＦ4流量を３２sccm、Ｏ2流量を３sccmとすることができる。このとき、処理室１の温度は３０℃にしている。
【００２８】
以上の状態において、希釈ガスであるＡｒ流量を変化させて、ガス分散板７に設けられた各ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速ｖを変化させた場合のウエハ５上のパーティクル増加数の変化を図２に示す。図２において、横軸はガス分散板７の清掃を行うことなく連続してエッチングを行った累積処理時間であり、縦軸はパーティクル増加数である。また、図２中に、白四角で示すデータＡはＡｒ流量が４０sccm（流速６０ m／sec）の場合であり、黒三角で示すデータＢはＡｒ流量が６０sccm（流速８０ m／sec）の場合である。さらに、図２中に、黒丸で示すデータＣは、Ａｒ流量が１００sccm（流速１１７ m／sec）の場合である。なお、パーティクル増加数とは、エッチング処理後に計数したウエハ５上のパーティクル数から、エッチング処理前に計数したウエハ５上のパーティクル数を減算した値である。
【００２９】
図２において、流速６０ m／sec（データＡ）の場合は、累積処理時間が１５時間を越えると、急激にパーティクル増加数が増大している。これに対し、流速８０ m／sec（データＢ）の場合、および流速１１７ m／sec（データＣ）の場合では、累積処理時間が５０時間に到達してもパーティクル増加数に増加傾向がなく、累積処理時間が短い場合と同等のレベル（半導体集積回路の製造歩留まりに影響を与えないレベル）に維持されている。
【００３０】
したがって、本事例では、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速を８０ｍ／ｓｅｃ以上に調整すれば、エッチング時に生成される反応生成物がガス導入孔８の内壁に付着することを抑制できていることが理解できる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、エッチングガスのうち希釈ガスの流量を調整することにより、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速を調整したが、被エッチング物のエッチングが可能であれば、いずれのガスの流量を変化させて、流速を調整しても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
(第２の実施の形態)
本発明の第２の実施の形態に係るドライエッチング装置では、ガス導入孔８の開口面積（ガス導入孔８が円形の開口部を有する円筒形状の場合はその直径）を調整して、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速を所定速度に調整する。このようなガス導入孔８の開口面積の調整は、開口面積が異なるガス分散板を複数用意しておき、これらのガス分散板を、適宜、交換することで容易に行うことができる（本実施の形態では、ガス分散板７が、流速調整手段１２となる。）。
【００３３】
このように、ガス導入孔８の開口面積を調整することでも、上記第１の実施の形態と同様に、ガス導入孔８内部でのエッチングガスの滞留時間が短くなるため、ガス導入孔８にエッチング時に生成される反応生成物が進入して、ガス導入孔８の内壁に付着するのを抑制することができる。したがって、ガス導入孔８の内壁に付着した反応生成物が、ウエハ５上に剥がれ落ちることにより発生するパーティクルを無くすことができる。
【００３４】
ここで、被エッチング物がウエハ５上に形成されたシリコン窒化膜であり、エッチングガスとして、ＣＦ4、Ｏ2を処理室１内に供給する事例を用いて、より具体的に説明する。
【００３５】
この場合、シリコン窒化膜のエッチング条件は、例えば、高周波電源４から下部電極３に印加する高周波電力を３００Ｗ、エッチングガスを導入したときの処理室１の内部圧力を５Ｐａ、ＣＦ4流量を５０sccm、Ｏ2流量を３sccmとすることができる。このとき、処理室１の温度は３０℃にしている。なお、本実施の形態では、希釈ガスを添加していない。
【００３６】
また、図３は、本実施の形態で使用するガス分散板７の断面を示す断面図である。図３（ａ）は、ガス導入孔８の直径が１．０ｍｍで構成されたガス分散板７ａであり、図３（ｂ）は、ガス導入孔８の直径が０．６ｍｍで構成されたガス分散板７ｂである。なお、ガス分散板７ａ、７ｂに設けられたガス導入孔８の数は、いずれも５１２個であり、両ガス分散板７ａ、７ｂのガス導入孔８は、図３に示すように、同一のピッチ形成されている。また、上記条件下において、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速ｖは、ガス分散板７ａを使用した場合が５１ m／secであり、ガス分散板７ｂを使用した場合が１４１ m／secである。
【００３７】
図４に、上記条件下で図３に示すガス分散板７ａ、７ｂを用いて、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速ｖを変化させた場合のウエハ５上のパーティクル増加数の変化を示す。図４において、横軸は累積処理時間であり、縦軸はパーティクル増加数である。また、図４中に、白四角で示すデータＤはガス分散板７ａを使用した場合であり、黒三角で示すデータＥはガス分散板７ｂを使用した場合である。
【００３８】
図４から理解できるように、ガス導入孔８の直径が１．０ｍｍのガス分散板７ａを上部電極２に装着した場合（データＤ）は、累積処理時間が２０時間の時点でパーティクル増加数が急激に増大している。一方、ガス導入孔８の直径が０．６ｍｍのガス分散板７ｂを装着した場合（データＥ）は、累積処理時間が５０時間に到達しても、パーティクル増加数に増加傾向がなく、累積処理時間が短い場合と同等のレベル（半導体集積回路の製造歩留まりに影響を与えないレベル）に維持されている。
【００３９】
以上のように、ガス導入孔を通過するガスの流速はエッチング条件及びガス導入孔の数が同じであればガス導入孔８の径によってのみ決まる。図４に示した結果ではガス分散板７ａでは反応生成物の堆積が認められるが、ガス分散板７ｂではガス導入孔８内部の流速が８０ｍ／ｓｅｃ以上の条件を満たしているため反応生成物の堆積が抑制されている。
【００４０】
なお、第１の実施の形態ではエッチングガスの流量を変化させること、また、第２の実施の形態ではガス導入孔８の開口面積を変化させることにより、ガス導入孔８を通過するガスの流速を調整したが、所望のエッチング特性が得られる条件であれば、処理室１の内部温度や内部圧力のみを変化させることで流速を調整してもよい。
【００４１】
また、上記各実施の形態では、ガス導入孔８を通過するエッチングガスの流速ｖを演算により求めたが、流速センサ等により、流速ｖを直接求める構成であっても同様の効果が得ることは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、ドライエッチング技術においてパーティクルの低減に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のドライエッチング装置を示す概略構成図。
【図２】パーティクル増加数のガス流速に対する依存性を示す図。
【図３】ガス分散板の断面図。
【図４】パーティクル増加数のガス流速に対する依存性を示す図。
【図５】従来のドライエッチング装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００４４】
１  処理室
２  上部電極
３  下部電極
４  高周波電源
５  ウエハ
６  ガス供給源
７  ガス分散板
８  ガス導入孔
【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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