(57)【要約】【課題】ＲＩＥ処理時に発生する反応生成物を効率よく除去できるようにする。【解決手段】ガス供給機構１０が、処理基板Ｓの周縁部Ｓａに向けて不活性ガスを噴出するため、多量の反応生成物が付着したとしても２工程以上の薬液処理を行う必要なく不活性ガスの噴出処理によって反応生成物を除去することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板を反応性イオンエッチング法によりエッチング処理するときに当該処理基板を静電的に固定する静電チャックであって、前記処理基板の裏周縁部に不活性ガスを噴出する孔部を具備した静電チャックと、
前記孔部から噴出する前記不活性ガスを供給するガス供給機構とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記孔部は前記不活性ガスが周側壁面に対して上斜方向に噴出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
処理基板を反応性イオンエッチング法によりエッチング処理するときに当該処理基板を静電的に固定する静電チャックであって、上面に、複数の孔部と、それぞれ前記孔部と繋がり前記上面に沿って前記孔部から外周端にかけて設けられた溝部とを具備した静電チャックと、
前記孔部に前記不活性ガスを供給し、前記処理基板が前記静電チャックに載置された状態で、前記処理基板の裏周縁部に不活性ガスを噴出するガス供給機構とを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項４】
前記静電チャックの前記上面には、前記複数の孔部間を繋ぐ溝が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記処理基板の温度制御機構を更に備えたことを特徴とする請求項３または４記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを使用した反応性イオンエッチング（ＲＩＥ（Reactive  Ion Etching））法によりエッチング処理するときに半導体基板を静電的に固定するための静電チャックを備えた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電膜や絶縁膜を処理基板上に成膜し、当該膜をエッチング処理して所望の形状に加工するときには、プラズマを使用したＲＩＥ法が用いられることがある。ＲＩＥ法によりエッチング処理を行うときには、処理基板を固定する必要がある。そこで処理基板を静電的に固定するための静電チャックを備えた半導体製造装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
処理基板のエッチング処理がＲＩＥ法により行われると、反応生成物がエッチング処理時に発生する。この反応生成物は、処理基板表面に付着するものの周縁部や裏面部にも付着してしまう。処理基板の表面側に堆積する反応生成物は、イオンやラジカルによって削減されるため、その積層量も少ないものの、裏周縁部ではその反応の影響も僅少であり、処理基板裏面ではほとんど反応しない。したがって、処理基板の裏周縁部や裏面部には反応生成物が多量に残留してしまう。
【０００４】
この反応生成物を剥離しないと、ダストが発生したり、後工程で使用する装置が汚染したりプロセス特性が変異する。そこで、反応生成物を除去処理する必要がある。処理基板表面に対しては、後処理を１または数工程行えば反応生成物を十分剥離できるものの、裏面部または裏周縁部に付着した反応生成物を剥離するには不十分である。特に裏面部の反応生成物を剥離するときには、剥離処理用に多数の工程を新たに追加する必要性を生じてしまう。また多量の薬品を必要としてしまう。
【０００５】
しかも、工程削減を目的として多層構造膜を一括加工するときには、使用ガスの種類や流量、高周波出力などが異なるため、反応生成物の種類や組成等も異なる。そのため反応生成物も多層構造となってしまう。
尚、ＣＶＤ装置用の静電チャックは特許文献２に開示されているが、ＲＩＥ法により処理が行われることによって発生する反応生成物を除去処理する場合には不適格である。
【特許文献１】特開２００５−６４４６０号公報
【特許文献２】特開２０００−５４１３７号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＲＩＥ処理時に発生する反応生成物を効率よく除去できるようにした半導体製造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】
【０００７】
本発明の一態様は、処理基板を反応性イオンエッチング法によりエッチング処理するときに当該処理基板を静電的に固定する静電チャックであって、前記処理基板の裏周縁部に不活性ガスを噴出する孔部を具備した静電チャックと、前記孔部から噴出する前記不活性ガスを供給するガス供給機構とを備えた半導体製造装置を提供する。
【０００８】
本発明の一態様は、処理基板を反応性イオンエッチング法によりエッチング処理するときに当該処理基板を静電的に固定する静電チャックであって、上面に、複数の孔部と、それぞれ前記孔部と繋がり前記上面に沿って前記孔部から外周端にかけて設けられた溝部とを具備した静電チャックと、前記孔部に前記不活性ガスを供給し、前記処理基板が前記静電チャックに載置された状態で、前記処理基板の裏周縁部に不活性ガスを噴出するガス供給機構とを備えた半導体製造装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ＲＩＥ処理時に発生する反応生成物を効率よく除去できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、半導体製造装置の断面構造を概略的に示している。
【００１１】
半導体製造装置１は、金属製のチャンバー２を備えており、チャンバー２内で処理基板Ｓを支持するための支持部である円板状の載置台（サセプタ）３を内蔵して構成されている。この載置台３は、例えばアルミニウムなどの金属からなり絶縁性の筒状の保持部材４により保持されている。チャンバー２の側壁と保持部材４との間には、排気路５が設けられている。排気路５には排気装置６が接続されており、当該排気装置６がチャンバー２内の所定の真空度を保つように構成されている。載置台３には、プラズマ生成用の高周波電源７が電気的に接続されている。高周波電源７が例えば数十ＭＨｚ程度の高周波電力を載置台３に印加することで、載置台３がプラズマを発生させるための電極として機能する。
【００１２】
載置台３の中央上部には静電チャック８が配設されている。この静電チャック８は、載置台３上に設置された基部８ａと、この基部８ａの中央上部に設けられた固定部８ｂとからなる。固定部８ｂの上面は平坦面に形成されている。また、固定部８ｂの側壁面は基部８ａの側壁面より内側に位置するよう構成されている。固定部８ｂには直流電源が与えられている。処理基板Ｓは、その裏面部Ｓ１が固定部８ｂの上面上に載置され、固定部８ｂは与えられた直流電源に基づいてクーロン力またはジョンソン・ラーベック力を発生し、処理基板Ｓを静電的に固定する。パーツ９は、フォーカスリングや静電チャックカバー等の保護パーツによって構成されている。このうちフォーカスリングは平面的にはリング状をなしており静電チャック８の外周に沿って配設されている。パーツ９は、固定部８ｂの外側に所定間隔をもって設けられている。
【００１３】
図２は、パーツと処理基板の設置部分の拡大図を示している。
この図２に示すように、パーツ９は下部９ａおよび上部９ｂから構成されている。下部９ａの内周端部は静電チャック８の基部８ａの外周端部上に固定されている。下部９ａ上に設けられた上部９ｂの内周側壁は、下部９ａの内周側壁より外側に位置するよう構成されている。静電チャック８の固定部８ｂの周側壁面８ｂｂは、固定部８ｂの上面に対して垂直な垂直面に形成されている。ＲＩＥ法による処理時には、処理基板Ｓは、その周縁部Ｓａ（裏周縁部）が静電チャック８の固定部８ｂの周側壁面８ｂｂよりも外側に突出して固定部８ｂ上に固定設置される。これにより、プラズマ暴露による静電チャック８の劣化を極力防止している。
【００１４】
また、処理基板Ｓの裏面部Ｓ１が固定部８ｂ上に設置されたときには、パーツ９の上部９ｂと処理基板Ｓの周縁部Ｓａとの間にクリアランスが設けられるようになっている。尚、処理基板Ｓは平板状に形成されており、その周縁部Ｓａは面取りされたベベル部として加工されている。
【００１５】
静電チャック８の固定部８ｂの周側壁面８ｂｂにはガス噴出口である孔部８ｚが形成されている。図２（ｂ）の斜視図に示すように、孔部８ｚは、静電チャック８の周側壁面８ｂｂに周方向に離間して複数設けられている。図２（ａ）に示すように、孔部８ｚは、静電チャック８の基部８ａから固定部８ｂ側にかけて形成され、静電チャック８の中心部側から上部８ｂの周側壁面８ｂｂまで放射状に形成されている。また、この孔部８ｚは、その方向が周側壁面８ｂｂに対して固定部８ｂの上面側である上斜方向に傾斜して形成されている。
【００１６】
この孔部８ｚはガス供給機構１０と繋がっている。このガス供給機構１０は、処理基板Ｓの周辺に不活性ガス（例えば、Ｈｅガス）を供給するために設けられている。ガス供給機構１０は不活性ガスを孔部８ｚから周側壁面８ｂｂの上側外方に向けて噴出する。尚、図示しないヒーターを設けて処理基板Ｓの加工中の温度制御を行っている。
【００１７】
上記構成の作用を説明する。ガス供給機構１０は静電チャック８の周側壁面８ｂｂから上側外方に向けて不活性ガスを噴出する。噴出された不活性ガスは、パーツ９と静電チャック８の周側壁面８ｂｂとの間に設けられたクリアランスを介して処理基板Ｓの上方に抜ける。処理基板Ｓは、その周縁部Ｓａが周側壁面８ｂｂから外側に突出して設置されるため、不活性ガスは処理基板Ｓの周縁部Ｓａの裏面側のベベル部に供給される。
【００１８】
このような半導体製造装置１内で処理基板ＳをＲＩＥ法によりエッチング処理すると、特に処理基板Ｓの裏面部Ｓ１と周縁部Ｓａの裏側とに反応生成物が堆積することが確認されているが、不活性ガスが処理基板Ｓの裏面側から周縁部Ｓａのベベル部に供給されるため、周縁部Ｓａの裏面側（裏周縁部）に付着した反応生成物を除去することができる。発明者らは、不活性ガスによる反応生成物除去効果の確認実験を行っている。
【００１９】
図３は、処理基板のエッチング処理後の状態を示している。
処理基板Ｓは、シリコン基板１１上に、当該シリコン基板１１を熱酸化処理して形成されたシリコン酸化膜１２、ＴＥＯＳ(Tetra EthOxy Silane: Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料ガスとして形成されたシリコン酸化膜（以下、ＴＥＯＳ膜と称す)１３、有機膜１４、塗布型絶縁膜（シリコン酸化膜)１５、レジスト１６を順次形成した後、レジスト１６を所望の形状にパターンニングした基板を適用している。
【００２０】
発明者らは、この処理基板Ｓを半導体製造装置１内の静電チャック８の固定部８ｂ上に載置して固定し、図３に示すように、パターンニングされたレジスト１６をマスクとして各層１１〜１５をＲＩＥ法によりドライエッチング処理し、その後、処理基板Ｓの裏面部Ｓ１側から周縁部（ベベル部)Ｓａの状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察し、付着した反応生成物の膜厚を測定している。
【００２１】
各層１１〜１５のエッチング処理は、（Ａ）レジスト１６をマスクとして行われる塗布型絶縁膜１５の加工処理、（Ｂ）その後、レジスト１６および塗布型絶縁膜１５をマスクとして行われる有機膜１４の加工処理、（Ｃ）その後、有機膜１４をマスクとして行われるＴＥＯＳ膜１３およびシリコン酸化膜１２の加工処理、の３ステップに分けて段階的に行われている。（Ａ）の加工処理は、ＣＨＦ３ガスなどのフロロカーボン系ガスと酸素の混合ガスを用いて行われている。（Ｂ）の加工処理は、メタンガス、一酸化炭素、酸素および窒素の混合ガスを用いて行われている。（Ｃ）の加工処理は、フロロカーボン系ガス、酸素、アルゴンの混合ガスを用いて行われている。
【００２２】
図４は、処理基板に付着した反応生成物の膜厚の測定結果を示している。
各段階のエッチング処理後、処理基板Ｓに付着した反応生成物の膜厚を測定したところ最も厚い部分では、３５ｎｍ程度と測定されている（図４のＲＩＥ処理後（２）の測定結果参照）。ガス供給機構１０が設けられていない従来構造の半導体製造装置を適用して同様に測定を行ったところ、膜厚が１５０ｎｍ程度と測定されている（図４のＲＩＥ処理後（１）の測定結果参照）。したがって、反応生成物の除去効果を確認することができた。
【００２３】
また、発明者らは、このエッチング処理後、酸素を使用したアッシング処理を追加し、同様にＳＥＭにより断面を観察している。この結果、半導体製造装置１を使用した場合には、反応生成物は完全に剥離されていることが確認されている（図４のアッシング処理後（２）の測定結果参照）。尚、前記従来構造の場合には膜厚１４８ｎｍとほぼ変化しない（図４のアッシング処理後（１）の測定結果参照）。従来構造の場合には、全ての反応生成物を除去処理するため、薬液処理を２工程追加することが必要であることが確認されている。
【００２４】
本実施形態によれば、ガス供給機構１０により処理基板Ｓの裏面側の周縁部Ｓａ（裏周縁部）に向けて不活性ガスが噴出されるため、多量の反応生成物が付着したとしても２工程以上の薬液処理を行う必要なく不活性ガスの噴出処理によって反応生成物を除去することができる。
また、ガス供給機構１０により、処理基板Ｓの表面Ｓ２に対して上斜方向に不活性ガスが噴出されるようにしているため、不活性ガスによる反応生成物の除去効果を高めることができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、静電チャックの上面上に溝部を設け、当該溝部から不活性ガスを噴出しているところにある。また、前述実施形態のガス供給機構１０とは別に温度制御を目的とした不活性ガスの供給機構を設けているところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
【００２６】
図５（ａ）は、静電チャックの表面部に形成された孔部および溝部の状態を示しており、図５（ｂ）は、静電チャック内の断面図を模式的に示している。
図５（ａ）に示すように、静電チャック８には複数の孔部８ｅが形成されている。これらの複数の孔部８ｅは静電チャック８の上面部８ｃの周縁部８ｄに対し周方向に互いに離間して設けられており、溝部８ｆがこれらの複数の孔部８ｅを結合して静電チャック８の周縁部８ｄと同心円状に周方向に沿って形成されている。また孔部８ｅは、上面部８ｃに形成された溝部８ｇと連結して形成されている。この溝部８ｇは孔部８ｅから周縁部８ｄ方向に放射状に形成されている。ガス供給機構１０が孔部８ｅに繋がっており、処理基板Ｓを上面部８ｃに載置した状態で、ガス供給機構１０により不活性ガスが処理基板Ｓの周縁部Ｓａの裏面側のベベル部に供給される。
【００２７】
また、静電チャック８の表面部８ｃの中央側には、孔部８ｅとは別に複数の孔部８ｙが設けられている。これらの複数の孔部８ｙにはガス供給機構１１が接続されている。ガス供給機構１１は孔部８ｙを通じて処理基板Ｓの裏面部８ｃに対して温度制御用（冷却用)の不活性ガスを噴出するように構成されている。
【００２８】
発明者らは、前述実施形態と同様に反応生成物の膜厚を測定している。この結果、エッチング処理後の最も厚い部分の膜厚は４３ｎｍと測定されている。すなわち、ガス供給機構１０を設けていない従来構造と比較して付着量の大幅な減少を確認している。また、アッシング処理を行うことで反応生成物を十分に剥離できることが確認されている。
【００２９】
本実施形態によれば、ガス供給機構１０が、静電チャック８の周縁部８ｄに間隔をもって設けられた複数の孔部８ｅから静電チャック８の周端部まで放射状に形成された溝部８ｇを介して不活性ガスを噴出するため、前述実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態を示すもので、前述の第２の実施形態と異なるところは周方向に沿った溝部８ｆを設けずに構成したところにある。この図６に示すように、溝部８ｆを設けなくても前述実施形態とほぼ同様の効果が得られることが確認されている。
【００３１】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、静電チャック８の上面部８ｃの溝部８ｇに代えて、孔部８ｚを設けたところにある。この図７に示すように、孔部８ｚは、静電チャック８の上面部８ｃよりわずかに下方に位置して形成されている。この孔部８ｚは、孔部８ｅと連結して形成されており、孔部８ｅから周縁部８ｄ方向に放射状に形成されている。ガス供給機構１０が孔部８ｅおよび８ｚに繋がっており、前述実施形態と同様に、ガス供給機構１０により不活性ガスが処理基板Ｓの周縁部Ｓａの裏面側のベベル部に供給される。これにより、前述実施形態とほぼ同様の作用効果を得る。
【００３２】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
不活性ガスとしてＨｅガスに代えてＡｒガスを適用しても良い。
前述実施形態では、ガス供給機構１１は不活性ガスを温度制御用に噴出するようにしているが、当該不活性ガスによって裏面部８ｃに付着した反応生成物を除去するようにしても良い。温度制御用の不活性ガスの一部を利用した場合、反応生成物の残留膜厚は７０ｎｍ程度になることが確認されており、反応生成物を十分剥離可能であることが確認されている。また、ガス供給機構１０および１１を別経路としたが、一部を同一経路としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の概略構成図
【図２】（ａ）は不活性ガスの噴出機構を概略的に示す拡大断面図、（ｂ）は不活性ガスの噴出口を概略的に示す拡大斜視図
【図３】処理基板の処理内容の説明図
【図４】実験結果を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態を示す（ａ）静電チャックの上面図、（ｂ）図２（ａ）相当図
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図５（ａ）相当図
【図７】本発明の第４の実施形態を示す図２（ａ）相当図
【符号の説明】
【００３４】
図面中、１は半導体製造装置、８は静電チャック、８ｂｂは静電チャックの周側壁面（静電チャックの側壁面)、８ｄは静電チャックの周縁部、８ｆ、８ｇは溝部、８ｅ、８ｙ、８ｚは孔部、１０、１１はガス供給機構、Ｓは処理基板、Ｓ１は処理基板の裏面部、Ｓａは処理基板の周縁部を示す。
【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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