(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳデバイス用途で用いられるＳＦ6ガスによるエッチングとＣ4Ｆ8ガスによる側壁保護膜生成を繰り返すＳｉディープエッチングにおいて、簡単な構成でオーバーエッチングをなくし所定の深さで高精度にエッチングを終了するドライエッチング方法を提供する。【解決手段】エッチングチャンバ１０１内の圧力を圧力コントロールバルブ１０３にて所定圧力値に維持しつつエッチングを進行させる際、エッチングチャンバ１０１内で所定圧力値に維持されている圧力が一時的に急激に上昇した時点Ｐをエッチング終了点と認定して、エッチング側壁のオーバーエッチングを時間制御しエッチングを終了させる方法であり、これにより低コストで加工断面形状の品質を向上することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機成分を含むエッチングストップ層上に、所定形状のマスクを有した処理対象物となる無機材料の被エッチング層を、反応性ガスよりなるプラズマを用いてエッチングチャンバ内でエッチングするドライエッチング方法であって、
被エッチング層をエッチング開始後、前記エッチングチャンバ内の圧力が上昇する時点までの時間で被エッチング層のエッチングを終了させるドライエッチング方法。
【請求項２】
有機成分を含むエッチングストップ層上に、所定形状のマスクを有した処理対象物となる無機材料の被エッチング層を、反応性ガスよりなるプラズマを用い、圧力コントロールバルブの開度を調整して所定圧力を維持するエッチングチャンバ内でエッチングするドライエッチング方法であって、
被エッチング層をエッチング開始後、前記圧力コントロールバルブの開度が急上昇する時点までの時間で被エッチング層のエッチングを終了させるドライエッチング方法。
【請求項３】
有機成分を含むエッチングストップ層上に、所定形状のマスクを有した処理対象物となる無機材料の被エッチング層を、高周波電源からの電力印加によりプラズマ源を発生させてドライエッチングする処理室を有したエッチングチャンバと、
前記エッチングチャンバに圧力コントロールバルブを介して接続する真空ポンプと、
前記圧力コントロールバルブの開度をモニター表示する圧力コントロールバルブ開度モニターとを備え、
前記圧力コントロールバルブの開度に基づき前記高周波電源の電力印加を停止させる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】
本発明は総括的にＭＥＭＳデバイス、半導体集積回路製造時のプラズマドライエッチングに関するドライエッチング方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドライエッチング加工において、所定の深さでエッチングを停止させるために反応室にプラズマ発光検出装置を設け、エッチングが開始されてからの経過時間に対応して、所定のプラズマからのプラズマ発光の強度を検出し、その変化により所定の深さを予測し、エッチングを停止させていた。
【０００３】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００６−２２２３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＭＥＭＳデバイス用途で用いられるＳＦ6ガスによるエッチングとＣ4Ｆ8ガスによる側壁保護膜生成を繰り返すシリコンディープエッチング（Ｓｉディープエッチング）についてはプラズマ発光が数秒〜数十秒で周期的に変化するために、発光強度変化が検出できないため、複雑なアルゴリズムを用いた高価なデータ解析ソフト等を利用しなければ、所定の深さでエッチングを停止させることができなかった。また、プラズマ発光検出装置を取り付けの際には、装置設計や装置コストに大きな負担がかかった。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、ドライエッチングにおいて加工断面形状の品質を向上することができ、信頼性の高いデバイス製造方法を提供する事を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、被エッチング層をエッチング開始後、前記エッチングチャンバ内の圧力が上昇する時点までの時間で被エッチング層のエッチングを終了させるドライエッチング方法であり、高精度にＳｉからなる被エッチング層のエッチング処理が行え、エッチング側壁のオーバーエッチングをなくし、Ｓｉからなる被エッチング層のディープエッチングが時間制御により簡単にできるという作用効果を奏する。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、被エッチング層をエッチング開始後、前記圧力コントロールバルブの開度が急上昇する時点までの時間で被エッチング層のエッチングを終了させるドライエッチング方法であり、高精度にＳｉからなる被エッチング層のエッチング処理が行え、エッチング側壁のオーバーエッチングをなくし、Ｓｉからなる被エッチング層のディープエッチングが時間制御により簡単にできるという作用効果を奏する。
【０００９】
また本発明によれば、高価なデータ解析ソフトや、プラズマ発光検出装置が不要であり、低コストで所定の深さでエッチングを停止させることができ、Ｓｉからなる被エッチング層のエッチング側壁のオーバーエッチングを簡易なシステムで時間制御できる。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、有機成分を含むエッチングストップ層上に、所定形状のマスクを有した処理対象物となる無機材料の被エッチング層を、高周波電源からの電力印加によりプラズマ源を発生させてドライエッチングする処理室を有したエッチングチャンバと、前記エッチングチャンバに圧力コントロールバルブを介して接続する真空ポンプと、前記圧力コントロールバルブの開度をモニター表示する圧力コントロールバルブ開度モニターとを備え、前記圧力コントロールバルブの開度に基づき前記高周波電源の電力印加を停止させることを特徴とするドライエッチング装置であり、簡単な構成で低コストにて所定の深さのエッチングを停止させることができ、側壁のオーバーエッチングを時間制御できる作用効果を有する装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプラズマドライエッチング方法及びその装置は、エッチングストップ層上にＳｉからなる被エッチング層が形成され、かつこの被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物に対する、ドライエッチング方法であって、エッチングチャンバ内の圧力を圧力コントロールバルブにて所定圧力値に維持しつつエッチングを進行させる際、前記エッチングチャンバ内で所定圧力値に維持されている圧力が一時的に急激に上昇した時点を、エッチングが前記Ｓｉのエッチングからエッチングストップ層のエッチングに移行した時点、即ちＳｉのエッチング終了点と認定して、前記Ｓｉエッチング側壁のオーバーエッチングを時間制御できる作用効果を有し、これによりドライエッチングによる加工断面形状の品質を向上することができ、低コストにて信頼性の高いデバイス製造が可能となるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
なお、背景の技術において説明したものと同じ構成部材などについては、同じ符号を付与し、詳細な説明は省略する。
【００１４】
（実施の形態）
本発明の請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態における、ドライエッチング装置の構成模式図である。図２は、同、処理対象物の模式図である。図３は、同、圧力とエッチング経過時間の関係を示す図である。図４は、同、被エッチング層が貫通された処理対象物の模式図である。図５は、同、圧力コントロールバルブ開度とエッチング経過時間の関係を示す図である。
【００１６】
図１の１０１は、内部を真空状態にしてＨＦ6ガスなどのエッチングガスとなる反応性ガスを導入し、所定圧力の雰囲気条件にて処理対象物となる被エッチング体１０をドライエッチング処理する処理室を有したエッチングチャンバである。エッチングチャンバ１０１の外側にはマッチング回路を介して高周波電源１１に電気的接続したアンテナ１２を設けており、この高周波電源１１でアンテナ１２に高周波電力を印加してエッチングチャンバ１０１の処理室にプラズマ源１０３を発生させ、被エッチング体１０を所定のマスク形状に対応させてエッチングを行う。
【００１７】
１４は、被エッチング体１０を搭載する載置電極にバイアス電圧を印加するバイアス電源であり、プラズマ源１３で生成したプラズマイオンを加速させて被エッチング体１０に衝突させ、エッチングを進行させる。
【００１８】
１０２は、エッチングチャンバ１０１内の圧力をモニターする圧力計、１０３は、真空ポンプとなるターボポンプ１０５とドライポンプ１０６に接続してエッチングチャンバ１０１内の圧力を調整する圧力コントロールバルブである。また、１０４は、圧力コントロールバルブ１０３の開度をモニターする圧力コントロールバルブ開度モニタである。
【００１９】
図２は、処理対象物となる被エッチング体１０であり、支持基板２０４の上にエッチングレートの低い有機成分を含む接着層となるエッチングストップ層２０３を有し、その上にシリコン（Ｓｉ）よりなる無機材料の被エッチング層２０２とさらにその被エッチング層２０２表面に所定形状のマスク２０１を形成している。
【００２０】
前述のシリコン（Ｓｉ）ディープエッチング装置（図１）を用いて、被エッチング体１０（図２）に、ドライエッチングを実施する方法について説明する。
【００２１】
まず、エッチングチャンバ１０１の処理室にプラズマ源１３を発生させ、被エッチング体１０のドライエッチングを開始する。そのドライエッチング中は、エッチングチャンバ１０１内の圧力は圧力計１０２によりモニター（監視）されている。なお、このエッチング開始後、エッチングがエッチングストップ層２０３近傍まで進行してきた際は、エッチングチャンバ１０１内を所定圧力値に維持する圧力コントロールバルブ１０３の開度調整は停止させている。そして、エッチングを進行させていき、エッチングチャンバ１０１内で所定圧力値に維持されていた圧力が一時的に急激に上昇し終えた時点を圧力計１０２でモニターし、この急激な圧力上昇をし終えた圧力（またはエッチング開始時から圧力上昇し終えるまでの経過時間）で高周波電源１１を停止しエッチングを終了させる。こうすることで、Ｓｉからなる被エッチング層２０２のエッチング側壁のオーバーエッチングをなくし、Ｓｉディープエッチングを時間制御することができる。
【００２２】
尚、エッチングを進行させている間のエッチングチャンバ１０１内の圧力は、図３に示すように、エッチングストップ層２０３のエッチングに移行した時点で、それまで所定圧力値に維持されていた圧力が一時的に急激に上昇するといった変化は、多数の実験により経験的に確認している。そして、この圧力が急上昇するのは、エッチングが進行して図４に示すように被エッチング層２０２が貫通した時点では、エッチングガスとなるＳＦ6ガスによる反応が抑制され、非反応ガス量が増加することに起因して生じている。尚、図３のエッチング経過時間にともなう圧力の挙動は、ＳＦ6ガスによるエッチングとＣ4Ｆ8ガスによる側壁保護膜生成（被エッチング層２０２の非エッチング部となる側壁を保護する膜の生成）を繰り返すプロセスを行っているためパルス状になっている。
【００２３】
上述のように、エッチングチャンバ１０１内の急激な圧力上昇が終了した時点を、Ｓｉの被エッチング層２０２のエッチングからエッチングストップ層２０３へのエッチングに移行した時点、すなわち被エッチング層２０２のエッチング終了点と認定し、このＳｉの被エッチング層２０２のエッチング開始からエッチングチャンバ１０１内の急激な圧力上昇が終了した時点の経過時間の管理により、高精度にＳｉからなる被エッチング層２０２のエッチング処理が行え、エッチング側壁のオーバーエッチングをなくし、Ｓｉからなる被エッチング層２０２のディープエッチングが時間制御により簡単にできるという作用効果を奏する。
【００２４】
尚、被エッチング層２０２のエッチング終了点を、エッチングチャンバ１０１内の急激な圧力上昇が終了した時点と認定したが、エッチングチャンバ１０１内の急激な圧力上昇が開始した時点としても同様な効果を奏し、さらにエッチング側壁のオーバーエッチングのないディープエッチング処理が時間制御により簡単にできるという作用効果を奏する。
【００２５】
次に、本発明の請求項２から３に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
上述の請求項１に関する実施の形態ではエッチングチャンバ１０１内の圧力変化に基づき被エッチング層２０２へのエッチング時間を制御した。その時の基本構成は上述した通りであるが、一部異なる点について以下に説明する。
【００２７】
本発明の他の実施の形態となる相違点は、エッチングを進行させている間は、プロセス安定性を改善するために、圧力計１０２の圧力データに基づき圧力コントロールバルブ１０３の開度を調整するフィードバック制御により、エッチングチャンバ１０１内の圧力を所定値に維持する圧力制御を常時行いながらエッチングを実施することである。この時、エッチングチャンバ１０１内の圧力上昇は発生しないが、圧力コントロールバルブ１０３の圧力制御により、図５に示すように圧力コントロールバルブ１０３の開度が、圧力制御しない場合に圧力上昇するタイミングで同様に上昇する。この圧力コントロールバルブ１０３の開度を圧力コントロールバルブ開度モニター１０４でモニターし、この開度上昇が終了した時点を、Ｓｉの被エッチング層２０２のエッチングからエッチングストップ層２０３へのエッチングに移行した時点、すなわち被エッチング層２０２のエッチング終了点と認定し、このＳｉの被エッチング層２０２のエッチング開始から圧力コントロールバルブ１０３の開度上昇が終了した時点の経過時間の管理により、高精度にＳｉからなる被エッチング層２０２のエッチング処理が行え、エッチング側壁のオーバーエッチングをなくし、Ｓｉからなる被エッチング層２０２のディープエッチングが時間制御により簡単にできるという作用効果を奏する。
【００２８】
尚、被エッチング層２０２のエッチング終了点を、圧力コントロールバルブ１０３の開度上昇が終了した時点と認定したが、圧力コントロールバルブ１０３の開度上昇が開始した時点としても同様な効果を奏し、さらにエッチング側壁のオーバーエッチングのないディープエッチング処理が時間制御により簡単にできるという作用効果を奏する。
【００２９】
また本発明によれば、高価なデータ解析ソフトや、プラズマ発光検出装置が不要であり、低コストで所定の深さでエッチングを停止させることができ、Ｓｉからなる被エッチング層２０２のエッチング側壁のオーバーエッチングを簡易なシステムで時間制御できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかるドライエッチング方法、及びその装置は、エッチングストップ層上にＳｉからなる被エッチング層が形成され、かつこの被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物に対する、ドライエッチング方法であって、エッチングチャンバ内の圧力を圧力コントロールバルブにて所定圧力値に維持しつつエッチングを進行させる際、前記エッチングチャンバ内で所定圧力値に維持されている圧力が一時的に急激に上昇した時点を、エッチングが前記Ｓｉのエッチングからエッチングストップ層のエッチングに移行した時点、即ちＳｉのエッチング終了点と認定して、前記Ｓｉエッチング側壁のオーバーエッチングを時間制御できる作用効果を有し、これにより加工断面形状の品質を向上することができる構成であり、信頼性の高いデバイス製造が可能となり、ＭＥＭＳデバイス、半導体集積回路製造時のプラズマドライエッチングなどの用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態における、ドライエッチング装置の構成模式図
【図２】同、処理対象物の模式図
【図３】同、圧力とエッチング経過時間の関係を示す図
【図４】同、被エッチング層が貫通された処理対象物の模式図
【図５】同、圧力コントロールバルブ開度とエッチング経過時間の関係を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１０  被エッチング体
１１  高周波電源
１２  アンテナ
１３  プラズマ源
１４  バイアス電源
１０１  エッチングチャンバ
１０２  圧力計
１０３  圧力コントロールバルブ
１０４  圧力コントロールバルブ開度モニタ
１０５  ターボポンプ
１０６  ドライポンプ
２０１  マスク
２０２  被エッチング層（Ｓｉ）
２０３  エッチングストップ層
２０４  支持基板
【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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