(57)【要約】【課題】  半導体装置加工時に，他の加工特性を損なわないで，欠陥発生の原因となる異物を低減し，生産歩留まりを向上させる。【解決手段】  ウエハ１０４が載置される電極１０３部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された導体リング部材１２２に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に導体リング部材１２２に印加される電圧が小さくなるように調整して、プラズマシースの境界部に滞留している浮遊粒子を導体リング１２２上に移行させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
２種以上の積層された膜に対して同じパターンを転写加工するプラズマ処理において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】
２種以上の膜を積層形成するプラズマ処理において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に相対的に後者の電圧比率が小さくなるように調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
２種以上の積層された膜に対して同じパターンを転写加工するプラズマ処理において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に相対的に後者の電圧比率が小さくなるように調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
２種以上の膜を積層形成するプラズマ処理において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に相対的に後者の電圧比率が小さくなるように調整することを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積装置の加工に用いられるプラズマ処理方法、特にプラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、高機能化のため高密度で素子を集積する方向にあり、このため加工寸法がますます微細化されている。一方、その製造工程の一部であるプラズマエッチング加工においては加工精度の確保のために堆積性のガスを多く用いる傾向にある。堆積性のガスは、ウエハ表面以外のプラズマに接する加工処理室部材表面で膜を形成し、その一部がやがて剥離することにより半導体装置の加工寸法に近い大きさの微粒子となってプラズマ中を浮遊する。その微粒子の一部は、加工途中の半導体装置上に落下付着し、加工を阻害し所望の加工結果を得られなくしている。
【０００３】
この問題を解決する従来の技術として、加工処理室内に副ポテンシャル分布形成手段を導入し、処理中の半導体装置を有するウエハ上の空間から異物（微粒子）を除去することによって半導体装置上への落下異物を低減するようにした半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−４７７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術で用いられている副ポテンシャル形成手段は反応排気ガス流路に設置する必要があるが、排気のポンプ抵抗となって微細加工性能の高い低圧力での処理を制約し、加工性能を高める上で支障となっていた。さらに、副ポテンシャル形成手段は電力導入のための給電路を必要とするが、その表面がプラズマにさらされて堆積性ガスによって膜を形成し、この膜の除去のためプラズマクリーニングや大気開放による手作業でのクリーニングが必要で、装置稼働率の低下を招いていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、ウエハ周辺部に載置されたリングに印加するバイアス電力を処理時間中に調整することによってウエハ上の空間に滞留する異物を該リング上に導き、該リング上に落下させる。該リング上に落下した異物は他の処理時間中に印加されるバイアスによって徐々にエッチング除去されるためクリーニングの必要がない。また、該リングは反応ガス排気路途上になく、排気を妨げることがないため低圧で高精度の加工処理が可能となる。
【０００６】
すなわち、本発明は、プラズマ処理方法において、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に調整するようにした。
【０００７】
さらに、本発明は、２種以上の積層された膜に対して同じパターンを転写加工するプラズマ処理方法において、処理対象の膜が切り替わる際，ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を調整するようにした。
【０００８】
本発明は、２種以上の膜を積層形成するプラズマ処理方法において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を調整するようにした。
【０００９】
本発明は、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に相対的に後者の電圧比率が小さくなるように調整するようにした。
【００１０】
本発明は、２種以上の積層された膜に対して同じパターンを転写加工するプラズマ処理において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に相対的に後者の電圧比率が小さくなるように調整するようにした。
【００１１】
本発明は、２種以上の膜を積層形成するプラズマ処理において、処理対象の膜が切り替わる際、ウエハが載置される電極部分に印加される電圧と、その周辺部に載置された部材に印加される電圧の比率を、プラズマが停止される前に相対的に後者の電圧比率が小さくなるように調整するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体集積装置の生産歩留まりを向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施例を、図１および図２を使って説明する。図１は、ＵＨＦ−ＥＣＲを用いたプラズマエッチング装置の概略断面図である。プラズマエッチング装置は、真空処理室１０１と、ＵＨＦ電磁界を真空処理室１０１内に通過させるための石英窓１０２と、石英窓１０２に対向して真空処理室１０１内に配置され半導体集積装置が形成されるウエハ１０４を載置する電極１０３と、電極１０３にバイアス電圧を印加する高周波電源１０５と、石英窓１０２に連結され真空処理室１０１内にプラズマを発生させるための電磁界をＵＨＦ電源１１０から導入するアンテナ１０７と、真空処理室１０１内に磁場を形成するソレノイドコイル１０８と、エッチングレシピに従ってマスフローコントローラ１１１から供給されたガスを真空処理室内１０１に分散させ均一に導入するガス分散板１０９を有して構成される。
【００１４】
電極１０３のウエハ非載置部（周縁部）には絶縁リング１２３、導体リング１２２を介してシリコンリング１２１（フォーカスリング）が設置されている。導体リング１２２には真空処理室１０１外からインピーダンス調整回路１２４を介して高周波電源１０５が接続されている。
【００１５】
図２を用いて、本実施例において、ウエハ上でエッチング加工される半導体集積装置の最表面の構造の一部を説明する。絶縁膜２０１はフォトレジストパターン２０３に従って配線パターンが上記エッチング装置により転写加工される。フォトレジスト２０３の露光時に絶縁膜２０１からの反射光による露光不良を避けるために絶縁膜２０１とフォトレジスト２０３との間に反射防止膜２０２が設けられている。本実施例では、絶縁膜２０１としてＯＳＧ（Ｏｒｇａｎｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜を、反射防止膜として有機系膜を用いた場合について説明する。
【００１６】
図３（ａ）を用いて、従来のエッチング加工の処理手順を説明する。まず、処理室１０１にウエハ１０４を搬入し（Ｓ１）、電極１０３の所定の位置に置いた後、マスフローコントローラ１１１から反射防止膜エッチング用に調整された流量でエッチングガスを導入し、所定の圧力に調整する（Ｓ２）。その後、ＵＨＦ電源１１０からアンテナ１０７、石英窓１０２を介して真空処理室１０１にＵＨＦ電磁界を導入し、プラズマを生成する（Ｓ３）。プラズマ生成の直後、高周波電源１０５により所定のバイアス電圧が印加され、反射防止膜のエッチングが開始される（Ｓ４）。被エッチング部の反射防止膜のエッチングの終了が検知され所定の時間経過後、絶縁膜エッチングステップに移行するためバイアス、プラズマ、ガスの供給が順に停止されて排気される（Ｓ５）。
【００１７】
次に、絶縁膜エッチング用ガスの導入が開始され（Ｓ６）、ＵＨＦ電源１１０からアンテナ１０７、石英窓１０２を介して真空処理室１０１にＵＨＦ電磁界を導入し、プラズマを生成する（Ｓ７）。次いで絶縁膜のエッチングが行われ（Ｓ８）、一連の処理を終了し、バイアス、プラズマ、ガスの供給が順に停止され、排気がなされ（Ｓ９）、処理室１０１からウエハ１０４が搬出された（Ｓ１０）後、次のウエハが搬入されて再び、図３（ａ）の処理がウエハ１枚毎に繰り返し行われる。
【００１８】
図３（ｂ）を用いて、本発明による処理手順を説明する。本発明による処理手順は、従来の反射防止膜エッチングとステップ移行のための一連の手続きの間に異物をダンプする処理を設けた点が従来と異なる点である。
【００１９】
すなわち、本発明の処理手順では、まず、処理室１０１にウエハ１０４を搬入し（Ｓ１１）、電極１０３の所定の位置に置いた後、マスフローコントローラ１１１から反射防止膜エッチング用に調整された流量でエッチングガスを導入し、所定の圧力に調整する（Ｓ１２）。その後、ＵＨＦ電源１１０からアンテナ１０７、石英窓１０２を介して真空処理室１０１にＵＨＦ電磁界を導入し、プラズマを生成する（Ｓ１３）。プラズマ生成の直後、高周波電源１０５により所定のバイアス電圧が印加され、反射防止膜のエッチングが開始される（Ｓ１４）。被エッチング部の反射防止膜のエッチングの終了が検知され所定の時間経過後、シリコンリング（フォーカスリング）１２１に印加されている電圧を低下させ、プラズマシースの境界に滞留しており、例えば負に帯電した浮遊粒子を導体リング１２２上に移行させる（Ｓ１５）。その後、絶縁膜エッチングステップに移行するためバイアス、プラズマ、ガスの供給が順に停止されて排気される（Ｓ１６）。
【００２０】
次に、絶縁膜エッチング用ガスの導入が開始され（Ｓ１７）、ＵＨＦ電源１１０からアンテナ１０７、石英窓１０２を介して真空処理室１０１にＵＨＦ電磁界を導入し、プラズマを生成する（Ｓ１８）。次いで絶縁膜のエッチングが行われ（Ｓ１９）、一連の処理を終了し、バイアス、プラズマ、ガスの供給が順に停止され、排気がなされ（Ｓ２０）、処理室１０１からウエハ１０４が搬出された（Ｓ２１）後、次のウエハが搬入されて再び、図３（ｂ）の処理がウエハ１枚毎に繰り返し行われる。
【００２１】
次に、従来の方法と本発明による方法との違いを処理制御ダイアグラムによって説明する。図４、図５に示す処理制御ダイアグラムの横軸はエッチング処理開始からの経過時間を、縦軸はその処理経過時間に対応したフォーカスリングと電極に印加される電圧を示している。図４に示す従来の方法では、バイアス印加中は、高周波電源１０５とフォーカスリング、電極との間のそれぞれの伝送線路のインピーダンスによって印加電圧が決まり、バイアス電源の出力にかかわらずその比率は一定の値を取るようになっていた。
【００２２】
一方、本発明の実施例では、図１のインピーダンス調整回路１２４により、反射防止膜エッチング終了時のバイアス停止前に、図５に示すようにインピーダンス調整回路１２４を用いてフォーカスリング側にかかるバイアス電圧を相対的に低下させるように調整した２秒間の異物ダンプステップを付加した。
【００２３】
本発明実施例の効果を確認するため、この方法を用いて処理したウエハと従来の方法で処理したウエハに、同じ配線用メタル材の埋め込み処理を行った後で配線の導通試験を行った。二つのエッチング処理方法の不良率の統計比較を行ったところ、本発明実施例を用いた場合に従来方法に比べ３．２％の不良率低減効果が得られることがわかった。
【００２４】
この不良率低減効果が得られた原因について、図６および図７の模式図を用いて定性説明を行う。図６は従来の方法での、反射防止膜エッチング終了直前から、絶縁膜エッチング開始前のプラズマ停止時の様子を示したものである。反射防止膜エッチング中、浮遊してきた粒子は負に帯電しやすく、ウエハ上のプラズマシース境界に滞留している。この状態から絶縁膜エッチングステップに移行する際のプラズマ停止時に、この滞留していた粒子はウエハ上に落下する。この後に引き続いて行われる絶縁膜のエッチング時にこのウエハ上に落下した異物は、エッチングに対しマスクとなるので、これにより配線を断線させたことが不良発生の一因となっていたと考えられる。
【００２５】
一方、本発明の場合は、図７に示すようにプラズマ停止前にフォーカスリングに印加される電圧を下げることにより、プラズマ境界面が図のように山型の形状となり滞留粒子をフォーカスリング上に移動させることができたと考えられる。このことによりプラズマ停止時、粒子はウエハではなくフォーカスリング上に落下する。この結果、異物がマスクとなって生じる加工不良を減少できたと考えられる。
【００２６】
本発明は、高集積の半導体装置ではこのような加工を繰り返しながら積層配線を形成していくので、本発明の適用による歩留まり向上の効果は大きく、特にチップ収量の多いウエハエッジ部分で不良率を低減できることの寄与が大きい。
【００２７】
なお、上記不良低減効果の考察から、処理を繰り返していくと、異物はフォーカスリング上に蓄積され、経時後に新たな異物発生源になることが懸念されるが、通常の処理室メンテナンス間でそのような不具合の発生は見られなかった。これはフォーカスリングにはエッチング時には高いバイアスが印加されているため付着した異物が徐々にエッチングされ消滅しているためと考えられる。
【００２８】
また、本発明では、ガス排気路に対して抵抗となるものの設置を必要としないため、従来と比較して同じプロセスレシピを用いて加工形状、処理速度などまったく変化なかった。
【００２９】
以上、本発明により、半導体集積装置の生産歩留まりを高める効果を得ることができ、かつ他の特性に対してトレードオフを生じない技術を提供することができることが示めされた。
【００３０】
また、本発明はエッチングに限らずバイアスＣＶＤの連続成膜にも応用可能である。ＣＶＤの場合も膜間の条件切り替え時に本方式を応用することによって粒子のウエハへの落下を減少させることができ、異物によって生じる膜間のボイドを低減し、信頼性の高い半導体装置の生産を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例を説明するプラズマ処理装置の断面図。
【図２】本発明実施例で加工対象とする半導体集積装置の最表面の一部の断面図。
【図３】従来及び本発明の加工手順を示すフロー図。
【図４】本発明を用いない場合の処理制御ダイアグラム。
【図５】本発明を用いた場合の処理制御ダイアグラム。
【図６】本発明を用いない場合のプラズマ停止時の浮遊粒子の状況を説明する図。
【図７】本発明を用いた場合のプラズマ停止時の浮遊粒子の状況を説明する図。
【符号の説明】
【００３２】
１０１…真空処理室、１０３…電極、１０４…ウエハ、１２１…シリコンリング（フォーカスリング）、１２２…導体リング、１２４…インピーダンス調整回路、２０１…ＯＳＧ（絶縁膜）、２０２…反射防止膜（有機膜）、２０３…レジストマスク。
【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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【図７】
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