(57)【要約】【課題】冷却溝によるエッチングレートむらの発生を防止する。【解決手段】ＧａＡｓウエハ１を静電チャック３０の静電吸着部３４によって保持した状態で、シリコン酸化膜２をエッチングするドライエッチング装置１０において、静電吸着部３４の表面には極浅い冷却溝３５が形成されており、エッチング中にヘリウムガス給排装置４０からヘリウムガス４６を冷却溝３５に供給してウエハ１の裏面に接触させることにより、ウエハ１を冷却する。【効果】冷却溝を浅く設定することで、溝の位置におけるウエハの表面の電位とプラズマ電位との電位差を冷却溝が無い位置における電位差と略同一にできるので、冷却溝が有る位置のエッチングレートを無い位置のそれと略同一に維持できる。エッチングレートをウエハの全面で均一化できるので、被エッチング面に冷却溝に対応したエッチングレートむらが形成される現象を防止できる。【選択図】　図１
2004134437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が静電吸着部に保持された状態で、処理が施される工程を備えている半導体装置の製造方法において、
前記静電吸着部の表面に極浅く形成された溝に冷媒を供給して前記基板に接触させることにより、前記処理中に前記基板を冷却することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を静電吸着部によって保持した状態で、処理を施す半導体製造装置において、
前記静電吸着部の表面には極浅い溝が形成されており、前記処理中に冷媒を前記極浅い溝に供給して前記基板に接触させることにより、前記基板を冷却することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
前記極浅い溝の深さは、５μｍ〜５０μｍに設定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記極浅い溝は、前記静電吸着部の表面をマスキングした状態でサンドブラスト加工することにより形成されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記冷媒が、ヘリウムガスであることを特徴とする請求項２、３または４に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術、特に、半導体ウエハ（半導体素子を含む集積回路が作り込まれたウエハ。以下、ウエハという。）を静電吸着保持する技術に関し、例えば、ドライエッチング技術に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造方法において使用されるドライエッチング装置では、被処理物であるウエハを電極板に静電吸着保持装置（以下、静電チャックという。）によって吸着させることにより、ウエハに効率良く電力を伝えるとともに、ウエハの反りを平坦に矯正することが実施されている。従来のこの種の静電チャックは、誘電体によって形成されて一主面に被保持物を静電吸着する保持面が形成されている静電吸着部と、この静電吸着部の保持面と反対側の主面に形成されている電極部と、この電極部に電気的に接続されている直流電源とを備えており、直流電源によって電極部を介して静電吸着部に直流電力を印加することにより、静電吸着部の保持面で被保持物を静電吸着するように構成されている。このような静電チャックがドライエッチング装置に組み込まれる場合においては、ウエハを保持する下側電極板に誘電体から成る静電吸着部が敷設されて下側電極板によって電極部が実質的に構成され、下側電極板の電気回路に直流電源が接続される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２４２９９号公報
【０００４】
ところで、静電チャックを備えたドライエッチング装置においては、プラズマの熱がウエハに入射することにより、ウエハの温度がレジストの耐熱温度以上に上昇してしまう現象を防止するために、深さが１〜２ｍｍ程度の溝を静電チャックの保持面に刻設しておき、この溝に冷媒としてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを供給してウエハに接触させることにより、ウエハを強制的に冷却する場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電チャックの保持面に刻設された溝にヘリウムガスを供給して強制的に冷却するドライエッチング装置においては、ガリウム砒素半導体ウエハ（以下、ＧａＡｓウエハという。）の上のシリコン酸化膜をエッチングした場合には、強制冷却のための溝を転写したようなエッチングレートむらが被エッチング面であるシリコン酸化膜の表面に形成されるという問題点があることが本発明者によって明らかにされた。
【０００６】
本発明の目的は、処理むらの発生を防止しつつ基板を強制的に冷却することができる半導体製造技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【０００９】
すなわち、基板を静電吸着部によって保持した状態で、処理を施す半導体製造装置において、
前記静電吸着部の表面には極浅い溝が形成されており、前記処理中に冷媒を前記極浅い溝に供給して前記基板に接触させることにより、前記基板を冷却することを特徴とする。
【００１０】
前記した手段によれば、基板を静電吸着する静電吸着部に没設される溝の深さを浅く設定することにより、溝の位置における基板の表面の電位とプラズマ電位との電位差を溝が無い位置の電位差と殆ど同一に維持することができるので、溝の位置におけるエッチングレートを溝が無い位置のエッチングレートと略同一に維持することができる。溝の位置のエッチングレートを溝が無い位置のエッチングレートと同一に維持することにより、エッチングレートをウエハの全面にわたって均等に維持することができるので、被エッチング面に溝に対応したエッチングレートむらが形成される現象を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本実施の形態において、本発明に係る半導体装置の製造方法における基板が静電吸着部によって保持された状態で処理が施される工程は、ＧａＡｓウエハのシリコン酸化膜をエッチングするドライエッチング工程として構成されており、図１に示されたドライエッチング装置によって実施される。
【００１３】
図１に示されたドライエッチング装置１０は平行平板型リアクティブイオンエッチング装置として構成されており、約８Ｐａの圧力に耐えるエッチング室１２を構成した筐体１１を備えている。筐体１１の側壁には、シリコン酸化膜２が形成されたＧａＡｓウエハ（以下、ウエハという。）１をエッチング室１２に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３が開設されており、ウエハ搬入搬出口１３はゲートバルブ１４によって開閉されるように構成されている。エッチング室１２の内面には絶縁体１５が全体的に内張りされている。筐体１１の底壁には排気口１６が開設されており、排気口１６には真空ポンプ等からなる排気装置（図示せず）が接続されている。エッチング室１２の上部にはエッチングガス吹出ヘッドを兼用する上部電極１７が吊持されている。上部電極１７は円盤形状の中空体に形成されており、下面壁には複数個の吹出口１８がエッチングガスをシャワー状に吹き出すように開設されている。上部電極１７の上面壁の中心線上にはエッチングガス２０を供給する供給管１９が接続されている。エッチング室１２の下部には静電チャック３０が組み込まれた下部電極２１が上部電極１７と対向されて設置されており、下部電極２１と上部電極１７との間には整合器２３を有する高周波電源２２から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ、最大出力１０００Ｗ）が印加されるようになっている。
【００１４】
静電チャック３０が組み込まれた下部電極２１は支持体３１によって水平に支持されており、下部電極２１には静電チャック用の直流電源３２がローパスフィルタ回路３３を介して高周波電源２２と並列に接続されており、直流電源３２は静電チャック３０の給電板としての下部電極２１に５００Ｖ以下の直流電圧を印加するように構成されている。下部電極２１はアルミニウム等の導電性が良好な金属が使用されて円盤形状に形成されており、その外径はウエハ１よりも若干小さめに設定されている。下部電極２１に組み込まれた静電チャック３０はウエハ１を静電吸着して保持する静電吸着部３４を備えており、静電吸着部３４は膜厚ｔが３００μｍ程度の誘電体薄膜によって構成されている。本実施の形態に係る静電吸着部３４は、下部電極２１の上面にアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）等のセラミック（絶縁体）の粉末に微量の導電体の粉末を混入させて溶射することによって形成された誘電体薄膜、である。
【００１５】
静電吸着部３４の保持面である上面には、冷媒としてのヘリウムガスを保持してウエハ１を強制的に冷却する溝（以下、冷却溝という。）３５が全体的に敷設されて没設されており、図２に示されているように、冷却溝３５は同心円に配置された複数条（図示例では三条）の環状溝３６と、各環状溝３６を連絡するように放射状に配置された複数条（図示例では四条）の連絡溝３７とにより構成されている。下部電極２１における連絡溝３７の途中に対応する部位には、ヘリウムガスを冷却溝３５に供給かつ排出する給排ポート３８が冷却溝３５の内部に連通するように接続されており、給排ポート３８は下部電極２１を厚さ方向に貫通する貫通孔によって構成されている。給排ポート３８にはヘリウムガスを供給かつ排出するための給排路３９が接続されており、給排路３９にはヘリウムガス給排装置４０が接続されている。ヘリウムガス給排装置４０はヘリウムガス供給源４１と、マスフローコントローラ（流量制御弁）４２と、圧力計４３と、可変流量制御弁４４と、ポンプ４５とを備えており、ヘリウムガス４６を給排路３９に供給し、かつ、排出し得るように構成されている。
【００１６】
冷却溝３５の深さＤは、５μｍ〜５０μｍに設定することが望ましく、本実施の形態に係る冷却溝３５の深さＤは１０μｍに形成されている。このように、冷却溝３５の深さＤは極浅いために、通常の研削加工によって形成するのは困難である。そこで、本実施の形態に係る冷却溝３５は、静電吸着部３４の表面をマスキングした状態でサンドブラスト加工することにより形成されている。
【００１７】
本実施の形態においては、給排ポート３８はウエハを昇降させるための昇降ピン２４のガイド孔を兼用するように構成されている。すなわち、貫通孔からなる給排ポート３８には昇降ピン２４が摺動自在に挿通されている。したがって、給排ポート３８は昇降ピン２４によって略埋められた状態になっており、静電チャック３０における給排ポート３８の空白の影響が抑制されている。
【００１８】
次に、前記構成に係るドライエッチング装置の作用を、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法におけるウエハのシリコン酸化膜をエッチングするドライエッチング工程について説明する。なお、このドライエッチング工程に供給されるワークとしてのウエハ１は、アクティブエリア側の主面の上にシリコン酸化膜２が形成され、シリコン酸化膜の上にマスクとしてのレジスト膜（図示せず）がパターニングされている。
【００１９】
ウエハ１はエッチング室１２にウエハ搬入搬出口１３から搬入されて、静電チャック３０の上方に上昇した昇降ピン２４の上に受け渡され、昇降ピン２４が下降することにより、図１に示されているように、静電チャック３０の静電吸着部３４の上に移載される。ウエハ１が静電吸着部３４に移載されると、直流電源３２によって直流電力が下部電極２１に印加される。この直流電力の印加によって、下部電極２１を通じて静電吸着部３４に負の静電気が発生するために、ウエハ１は静電吸着部３４に静電吸着されて保持された状態になる。
【００２０】
ウエハ１が静電チャック３０によってチャックされると、ヘリウムガス４６が給排ポート３８にヘリウムガス給排装置４０によって供給され、エッチング室１２が所定の真空度（８Ｐａ程度）に排気され、ＣＨＦ３　（６０ｍｌ／分）とＣＦ４　（４０ｍｌ／分）とがエッチングガス２０として供給管１９に供給され、高周波電力（１３．５６ＭＨｚ、７００Ｗ）が下部電極２１と上部電極１７との間に高周波電源２２によって印加される。これにより、プラズマ２５が高周波電力によって下部電極２１と上部電極１７との間に励起され、エッチングガス２０の化学反応によってエッチング処理がウエハ１に施される。この際、プラズマ２５に形成されたイオン２６が下部電極２１によって引き寄せられてウエハ１に衝突することにより、リアクティブイオンエッチングも引き起こされる。これにより、ウエハ１の上のシリコン酸化膜２がレジストパターンをマスクにしてエッチングされて、シリコン酸化膜２がパターニングされる。
【００２１】
以上のエッチング処理においては、プラズマ２５の熱がウエハに入射することにより、ウエハ１の温度がレジストの耐熱温度以上に上昇して、レジストが損傷してしまう現象が起こる。そこで、ヘリウムガス４６を供給することにより、ウエハ１の温度を８０〜１００℃に制御することが実施されている。すなわち、ヘリウムガス給排装置４０から給排ポート３８に供給されたヘリウムガス４６は、冷却溝３５に注入されて全体的に拡散し、ウエハ１の裏面に直接接触することにより、ウエハ１の熱を奪って冷却する。ちなみに、ヘリウムガス４６の供給量は圧力計４３の計測圧力に基づいて可変流量制御弁４４が調整されることにより、制御される。また、冷却溝３５や給排ポート３８および給排路３９のヘリウムガス４６はポンプ４５の排気力によって排気される。
【００２２】
ところで、冷却溝の深さが１〜２ｍｍ程度であってドライエッチング装置１０のワークがＧａＡｓウエハの場合には、冷却溝を転写したようなエッチングレートむらがエッチング後のシリコン酸化膜の表面に形成されるという問題点があることが本発明者によって明らかにされた。すなわち、エッチング後のシリコン酸化膜において、冷却溝に対応する部位のエッチング量は他の部位のエッチング量に比べて少なくなってしまい、冷却溝に対応する部位においてはエッチング不足が発生する懸念がある。
【００２３】
本発明者は、冷却溝に対応する部位においてエッチング量が減少するのは図３、図４に示された原理によるものであることを、究明した。図３、図４は静電吸着部からの位置と電位との関係を示すグラフであり、横軸には静電吸着部からの距離が取られており、縦軸には電位（Ｖ）が取られている。図３に示された折れ線は冷却溝が無い位置の電位の変化を示しており、図４に示された折れ線は冷却溝が有る位置の電位の変化を示している。図３に示された折れ線の場合には、絶縁体である静電吸着部３４と略絶縁体であるウエハ１とは一連に連続した状態になっているために、一定の負の電位を呈し、ウエハ１の表面から電位が急激に立ち上がってプラズマ電位Ｖｐまで上昇している。このウエハ１の表面の電位とプラズマ電位Ｖｐとの電位差Ｖａはイオン２６の加速エネルギに比例するので、冷却溝が無い位置のエッチングレートすなわちエッチング量は大きくなる。これに対して、図４に示された折れ線の場合には、絶縁体である静電吸着部３４と略絶縁体であるウエハ１との境目に介設された深い冷却溝３５’によってコンデンサ（静電容量）が介在した状態になっているために、電位が深い冷却溝３５’の底から開口（ウエハ１の裏面）までの間に一度急激に立ち上がって正の電位を超えて上昇し、ウエハ１の裏面で平行となった後に、ウエハ１の表面から電位が再び立ち上がってプラズマ電位Ｖｐまで上昇している。この場合におけるウエハ１の表面の電位とプラズマ電位Ｖｐとの電位差Ｖｂは冷却溝３５’で一度上昇することによってその分だけ小さくなるために、イオン２６の加速エネルギも小さくなり、その結果、冷却溝３５’が有る位置のエッチングレートすなわちエッチング量は小さくなる。
【００２４】
この究明に基づいて、本実施の形態においては、静電吸着部３４に没設する冷却溝３５の深さＤを１０μｍに設定している。図５に示された折れ線は本実施の形態に係る１０μｍの極浅い冷却溝３５の有る位置の電位の変化を示している。図５に示された折れ線の場合には、絶縁体である静電吸着部３４と略絶縁体であるウエハ１との境目にコンデンサを形成する冷却溝３５は極浅く設定されていることにより、冷却溝３５において上昇する電位は極小さくなるので、ウエハ１の表面の電位とプラズマ電位Ｖｐとの電位差Ｖｃは、冷却溝３５が無い位置の場合の電位差Ｖａと殆ど同程度になり、その結果、冷却溝３５が無い位置のエッチングレートすなわちエッチング量と略同一になる。
【００２５】
ちなみに、冷却溝３５の深さＤが５０μｍを超えると、冷却溝３５における電位の上昇が大きくなることにより、ウエハ１の表面の電位とプラズマ電位Ｖｐとの電位差Ｖｃが小さくなるので、冷却溝３５の有る位置のエッチングレートすなわちエッチング量は冷却溝３５が無い位置のエッチングレートすなわちエッチング量よりも小さくなってしまう。冷却溝３５の深さＤが５μｍ未満であると、ヘリウムガス４６が冷却溝３５に均一に分布しなくなるために、ウエハ１の温度分布が不均一になる現象が発生する。つまり、冷却溝３５の深さＤは５〜５０μｍが望ましい。
【００２６】
前記実施形態によれば次の効果が得られる。
【００２７】
１）　ウエハを静電吸着する静電吸着部に没設される冷却溝の深さを浅く設定することにより、冷却溝の位置におけるウエハの表面の電位とプラズマ電位との電位差を冷却溝が無い位置の電位差と殆ど同一に維持することができるので、冷却溝の位置におけるエッチングレートすなわちエッチング量を冷却溝が無い位置のそれと略同一に維持することができる。
【００２８】
２）　冷却溝の位置のエッチングレートを冷却溝が無い位置のエッチングレートと同一に維持することにより、エッチングレートをウエハの全面にわたって均一に維持することができるので、被エッチング面に冷却溝に対応したエッチングレートむらが形成される現象を防止することができる。
【００２９】
３）　被エッチング面に冷却溝に対応したエッチングレートむらが形成されるのを防止することにより、ＧａＡｓウエハのシリコン酸化膜に対するドライエッチング装置すなわちドライエッチング工程の品質および信頼性を向上させることができるので、ＧａＡｓウエハによるＩＣの製造方法の歩留りを向上させることができる。
【００３０】
４）　極浅い冷却溝を静電吸着部の表面をマスキングした状態でサンドブラスト加工して形成することにより、極浅い冷却溝を高い精度をもって再現性よく形成することができるので、エッチングレートむらの発生を確実に防止することができる。
【００３１】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３２】
例えば、静電吸着部によって静電チャックする基板は、ＧａＡｓウエハに限らず、インジウム燐（ＩｎＰ）化合物半導体ウエハ、その他の化合物半導体ウエハ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ、セラミック基板やガラスエポキシ樹脂基板および石英基板等の絶縁体ないしは略絶縁体であってもよい。
【００３３】
前記実施の形態においては、ドライエッチングを施す場合について説明したが、プラズマＣＶＤやスパッタリング等の静電吸着した基板にプラズマ雰囲気下で処理を施す場合全般に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００３５】
基板を静電吸着する静電吸着部に没設される冷却溝の深さを浅く設定することにより、基板の溝が有る位置における基板の表面の電位とプラズマ電位との電位差を冷却溝が無い位置の電位差と殆ど同一に維持することができるので、基板の溝が有る位置におけるエッチングレートを冷却溝が無い位置のエッチングレートと略同一に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるドライエッチング装置を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大断面図である。
【図２】静電チャックを示す斜視図である。
【図３】静電吸着部の位置と電位との関係を示すグラフであり、冷却溝の無い位置の場合を示している。
【図４】静電吸着部の位置と電位との関係を示すグラフであり、深い冷却溝の位置の場合を示している。
【図５】静電吸着部の位置と電位との関係を示すグラフであり、浅い冷却溝の位置の場合を示している。
【符号の説明】
１…ＧａＡｓウエハ（基板）、２…シリコン酸化膜、１０…ドライエッチング装置、１１…筐体、１２…エッチング室、１３…ウエハ搬入搬出口、１４…ゲートバルブ、１５…絶縁体、１６…排気口、１７…上部電極、１８…吹出口、１９…供給管、２０…エッチングガス、２１…下部電極、２２…高周波電源、２３…整合器、２４…昇降ピン、２５…プラズマ、２６…イオン、３０…静電チャック、３１…支持体、３２…直流電源、３３…ローパスフィルタ回路、３４…静電吸着部、３５…浅い冷却溝、３５’…深い冷却溝、３６…環状溝、３７…連絡溝、３８…給排ポート、３９…給排路、４０…ヘリウムガス給排装置、４１…ヘリウムガス供給源、４２…マスフローコントローラ（流量制御弁）、４３…圧力計、４４…可変流量制御弁、４５…ポンプ、４６…ヘリウムガス。
【図１】
2004134437.tif 000003
【図２】
2004134437.tif 000004
【図３】
2004134437.tif 000005
【図４】
2004134437.tif 000006
【図５】
2004134437.tif 000007