(57)【要約】【課題】試料の観察面より下層にダメージを与えることなく、良好な観察面を得ることが可能なエッチング方法及びエッチング装置を提供する。【解決手段】ＨＦ溶液４を薬品溶液トレー３に入れ、作業マット１上に置くと共に、エッチング試料６を作業マット１上の薬品溶液トレー３の横に置いた後、エッチング試料６及び薬品溶液トレー３上に密閉カバー２を被せ、ＨＦ溶液４から発生したＨＦガスを密閉カバー２内部に充満させ、エッチングを行う。エッチングは、例えば１５秒という短時間で一旦終了し、密閉カバー２を開けてエッチング試料６を取り出し、洗浄した後、乾燥させる。エッチング状況を確認し、必要であればエッチング（１５秒）、洗浄及び乾燥を繰り返す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング方法において、試料のエッチングと、前記試料の洗浄及び乾燥とを、交互に複数回繰返すことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング方法において、エッチング中に試料を加熱することを特徴とするエッチング方法。
【請求項３】
前記ガスはＨＦガスであることを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング方法。
【請求項４】
ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング装置において、エッチングにより生じる液滴の試料への付着を低減する低減手段を備えることを特徴とするエッチング装置。
【請求項５】
前記ガスを供給するガス供給手段と、洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給手段とを備え、
前記低減手段は、前記ガス供給手段による試料のエッチングと、前記洗浄水供給手段及び乾燥用ガス供給手段による前記試料の洗浄及び乾燥とを切換える切換手段を含むことを特徴とする請求項４記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記低減手段は、試料を加熱する加熱手段を含むことを特徴とする請求項４記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング方法及びエッチング装置に関し、特に、故障解析対象のデバイスの観察面を露出させる為の絶縁膜のエッチング方法及びエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造において故障デバイスの解析は非常に重要であり、特に絶縁膜のエッチング処理及び観察を繰り返し行い、故障原因を究明する故障解析は必要不可欠である。近年、半導体プロセスの微細化が進み、多層配線デバイスが一般的になってきており、デバイスの不良原因を究明する故障解析においては、観察面を良好に露出させることが非常に重要である。
【０００３】
観察面を露出させる為の絶縁膜のエッチング方法として、例えば薬品溶液を用いたウエットエッチング、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いたドライエッチング、研磨による機械的なエッチングなどがある。また、酸溶液から発生したガスを用いてエッチングを行う方法もある。このガスを用いる方法は、半導体に悪影響を及ぼす不純物を分析する為の前処理に用いられ、エッチングによって生じたウエハ上の液滴中に不純物を取込んでいる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１１２２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ウエットエッチングは、エッチング対象物全体を薬品溶液に浸してエッチングを行い、観察面を露出させるため、特殊なエッチング装置は必要としない。しかし、溶液に浸してエッチングを行うため、密着性が他の部分よりも劣るパターン側壁部や微小なクラック部等から薬品溶液が染込み、観察面より下層にダメージを与えるオーバーエッチが生じ、観察に支障をきたす場合がある。
【０００６】
図５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）に、ウエットエッチングの例を示す。図５（ａ）〜（ｃ）において、符号３１は絶縁膜、３２はゲート、３０はプラグであり、ゲート３２及びゲート３２に接続されたプラグ３０が絶縁膜３１で覆われている。図５（ａ）の状態からウエットエッチングを行った場合、図５（ｂ）に示すようにプラグ３０周辺部分に薬品溶液が染込み、図５（ｃ）に示すようにプラグ３０周辺部分にオーバーエッチが生じることがある。
【０００７】
また、図６（ａ）、（ｂ）において、符号３１は絶縁膜、３２はゲート、３３はＴｏｐＳｉ、３４は埋込み酸化膜であり、埋込み酸化膜３４上のＴｏｐＳｉ３３及びＴｏｐＳｉ３３上のゲート３２が絶縁膜３１で覆われている。図６（ａ）の状態からウエットエッチングを行った場合、図６（ｂ）に示すように、ゲート３２が露出する前に、埋込み酸化膜３４がエッチングされ、ＴｏｐＳｉ３３が剥離されることがある。
【０００８】
ＲＩＥを用いたドライエッチングは、反応性スパッタエッチング装置を用いて、試料表面のエッチングを行い、観察面を露出させる方法であり、特殊な専用装置及び特殊ガス設備が必要となる。また、エッチング対象物と観察面である下層との良好な選択比を得る為、エッチング条件の確定に多大な時間を要する場合がある。
【０００９】
研磨による機械的なエッチングは、エッチング対象物を研磨して除去するため、精度が高い特殊な研磨装置が必要となる。また、機械的な研磨だけを行うわけではなく、観察面を完全に露出させる前に研磨を止め、他のエッチング方法でエッチングを行い、最終的に試料を仕上げるのが一般的である。
【００１０】
このように、従来のエッチング方法においては、観察面より下層にダメージを与えて観察に支障をきたす場合があったり、特殊な専用装置，特殊ガス設備が必要であったり、エッチング条件の確定に多大な時間を要する場合などがあるため、故障原因究明率を低下させたり、作業効率を低下させることが多い。
【００１１】
また、酸溶液から発生したガスを用いるエッチング方法を、故障解析時の絶縁膜のエッチングに用いた場合、反応過程で生成された液滴の影響により良好な観察面を得る事はできず、故障解析を行うことは困難である。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、デバイス（試料）の観察面より下層にダメージを与えることなく、良好な観察面を得ることが可能なエッチング方法及びエッチング装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエッチング方法は、ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング方法において、試料のエッチングと、前記試料の洗浄及び乾燥とを、交互に複数回繰返すことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るエッチング方法は、ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング方法において、エッチング中に試料を加熱することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るエッチング方法において、前記ガスはＨＦガスであることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るエッチング装置は、ガスによるエッチングで試料内部を露出させるエッチング装置において、エッチングにより生じる液滴の試料への付着を低減する低減手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るエッチング装置においては、前記ガスを供給するガス供給手段と、洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、乾燥用ガスを供給する乾燥用ガス供給手段とを備え、前記低減手段は、前記ガス供給手段による試料のエッチングと、前記洗浄水供給手段及び乾燥用ガス供給手段による前記試料の洗浄及び乾燥とを切換える切換手段を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るエッチング装置において、前記低減手段は、試料を加熱する加熱手段を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、ガスによるエッチングによって生じる液滴の試料（故障解析対象の試料）への付着を低減させる。例えば、ＨＦガスでＳｉＯ２  絶縁膜をエッチングした際に生じる液滴（Ｈ２  Ｏ）の試料への付着を低減させる。液滴が試料に付着した場合、液滴に前記ガスが溶込むことにより、液滴が付着した部分でオーバーエッチが生じる可能性が高くなる。試料への液滴の付着を低減することにより、オーバーエッチなどの試料の観察面より下層に与えるダメージを低減することが可能になる。
【００２０】
本発明においては、ガスによる試料のエッチングと、前記試料の洗浄及び乾燥とを、交互に繰返す。試料に付着した液滴に溶込んだ前記ガスの濃度は、エッチング時間に比例して濃くなり、オーバーエッチの進行も速くなる。試料のエッチングと洗浄及び乾燥とを交互に繰返すことにより、エッチング中に試料に付着した液滴は、洗浄及び乾燥によって除去されるため、オーバーエッチの進行を抑制することが可能になる。エッチングの時間が短いほど、液滴中の前記ガスの濃度を低く抑えて、オーバーエッチの進行をより抑制することが可能である。
【００２１】
本発明においては、ガスによる試料のエッチング中に、前記試料を加熱する。試料に付着した液滴に溶込んだ前記ガスの濃度は、エッチング時間に比例して濃くなり、オーバーエッチの進行も速くなる。エッチング中に試料を加熱することにより、試料に付着した液滴は蒸発されやすくなり、液滴を減少させてオーバーエッチの進行を抑制することが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明のエッチング方法の例を図１に示す。図１において、符号１は耐薬品性の作業マット、２は密閉カバー、３は薬品溶液トレー、６は故障解析対象の試料（以下、エッチング試料）である。まずＨＦ溶液４を薬品溶液トレー３に入れ、作業マット１上に置く。次にエッチング試料６を作業マット１上の薬品溶液トレー３の横に置き、エッチング試料６及び薬品溶液トレー３上に密閉カバー２を被せ、ＨＦ溶液４から発生したＨＦガスを密閉カバー２内部に充満させ、エッチングを行う。この場合、ＲＩＥ装置を用いたドライエッチング処理のように特殊なガス設備は必要としない。
【００２３】
ＨＦガスで絶縁膜ＳｉＯ２  をエッチングする場合の化学反応式は以下の式となる。
ＳｉＯ２  ＋６ＨＦ  →  Ｈ２  ＳｉＦ６  ＋２Ｈ２  Ｏ
この式から分かるように、エッチングの際、液滴（Ｈ２  Ｏ）が生成される。本発明においては、例えば１５秒という短時間でエッチングを一旦終了し、密閉カバー２を開け、エッチング試料６を取り出して洗浄し、乾燥させた後、エッチング状況を確認し、必要であればエッチング作業（１５秒）、洗浄及び乾燥を繰り返す。
【００２４】
ＨＦガスに試料を曝した状態で長時間エッチングを行った場合、試料表面に付着した液滴にＨＦガスが吸収され、ＨＦ溶液を用いたウェットエッチングと同様に、オーバーエッチングが発生する可能性があると考えられる。図２（ａ）に、ＨＦガスで絶縁膜をエッチングした場合の処理時間とエッチレートとの計測結果の一例を示す。図２（ａ）より、処理時間が長くなるに従い、エッチレートが増加することがわかる。この増加原因は、エッチング過程でエッチング面に生成された液滴中にＨＦガスが溶け込むことにより、液滴中のＨＦ濃度が増加するためであると考えられる。
【００２５】
図２（ｂ）に、異なる処理条件（Ａ，Ｂ，Ｃ）で絶縁膜をエッチングした場合のエッチレートの計測結果の一例を示す。条件Ａは、１回（６０ｓｅｃ）でエッチング処理を完了しており、条件Ｂは、４回（１５ｓｅｃ×４＝６０ｓｅｃ）に分けてエッチング処理を実施した例である。同じ処理時間（６０ｓｅｃ）であっても、１回でエッチング処理を完了したＡ条件に比べ、エッチング処理を４回に分けて行ったＢ条件の方がエッチレートは低い。
【００２６】
短時間のエッチング処理を複数回に分けて行ったＢ条件は、ＨＦ溶液でのウエットエッチングと同様の状態となることを抑制する効果、即ち、試料表面の液滴付着残留の抑制に効果があり、オーバーエッチなどの観察面の下層に与えるダメージを低減することが可能である。
【００２７】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、エッチング処理を複数回に分けることにより、ＨＦガスで絶縁膜ＳｉＯ２  をエッチングする際に生成される液滴の悪影響を低減させたが、試料又は試料載置周辺を加熱することにより、液滴の悪影響を低減させることも可能である。図２（ｂ）に、エッチング処理は１回（６０ｓｅｃ）であるが、試料を加熱してエッチングを実施した条件Ｃのエッチレートを示す。常温のＡ条件（及びＢ条件）に比べ、試料を加熱したＣ条件の方がエッチレートは低い。
【００２８】
試料を加熱してエッチング処理を行ったＣ条件は、ＨＦ溶液でのウエットエッチングと同様の状態となる事を抑制する効果、即ち、試料表面の液滴付着残留の抑制に効果があり、オーバーエッチなどの観察面の下層に与えるダメージを低減することが可能である。
【００２９】
（第３の実施の形態）
本発明に係るエッチング装置の構成例を図３に示す。エッチング装置下部には、ＨＦ溶液タンク７及び廃液タンク８が配置され、ＨＦ溶液タンク７及び廃液タンク８上に第１処理切換部１３を挟んで処理チャンバ９が配置されている。処理チャンバ９底部は、ＨＦ溶液タンク７側が高く、廃液タンク８側が低くなるように傾斜されている。第１処理切換部１３は、処理切換仕切板１４を備え、ＨＦ溶液タンク７及び処理チャンバ９間の仕切の開閉と、廃液タンク８及び処理チャンバ９間の仕切の開閉とを切換える。
【００３０】
処理切換仕切板１４の例を図４（ａ）〜（ｄ）に示す。処理切換仕切板１４は、第１処理切換部１３に固定された固定仕切板２２と、固定仕切板２２に対して移動可能な可動仕切板２５とを備える。固定仕切板２２には、図４（ａ）に示すように、ＨＦガス導入口２３及び洗浄水排出口２４が同一直線上に形成されており、可動仕切板２５には、図４（ｂ）に示すように、ＨＦガス導入口２６及び洗浄水排出口２７が、平行な異なる各直線上に夫々形成されている。可動仕切板２５が前記直線と垂直な方向（図４（ｄ）の矢印Ａ）に移動することにより、図４（ｃ）に示すＨＦガス導入口２３が開き、洗浄水排出口２４が閉じた状態から、図４（ｄ）に示すＨＦガス導入口２３が閉じ、洗浄水排出口２４が開いた状態へと切換わる。前記両状態の切換（可動仕切板２５の移動）は制御部１７で制御される。例えば、モータを制御し、モータの回転力によって可動仕切板２５を移動させる。ＨＦ溶液タンク７及び第１処理切換部１３は、ガスを処理チャンバ９（エッチング試料６）に供給する手段として動作する。
【００３１】
処理チャンバ９には、エッチング試料６が載置される試料ステージ１１と、エッチング試料６を出入する試料出入口１０が設けられている。試料出入口１０を閉じる扉は、ＨＦガス等の漏れが生じないように、例えばバリトン製ゴムパッキン構造のような密閉性の高い構造になっている。また、試料ステージ１１下方に、エッチング試料６を加熱する試料ヒータ（加熱手段）１２が設けられている。試料ヒータ１２のオン／オフは制御部１７によって制御される。
【００３２】
処理チャンバ９上方には、第２処理切換部１６を挟んで、洗浄水ノズル２０と、Ｎ２  ノズル２１と、排気ダクト１８とが配置されている。処理チャンバ９上方の第２処理切換部１６は、処理チャンバ９下方の第１処理切換部１３と同様の構成をしており、洗浄水ノズル２０，Ｎ２  ノズル２１及び排気ダクト１８と処理チャンバ９との仕切の開閉を切換える。切換は、第１処理切換部１３と同様に、制御部１７によって制御される。
【００３３】
洗浄水タンク１５に貯蔵されている洗浄水が、洗浄水ノズル２０から処理チャンバ９内に供給される。また、図示しないＮ２  タンクに貯蔵されているＮ２  ガスが、Ｎ２  ノズル２１から処理チャンバ９に供給される。洗浄水の供給及びＮ２  ガスの供給は、制御部１７によって夫々制御される。例えば、ポンプを制御して洗浄水を供給したり、ガス弁を制御してＮ２  ガスを供給する。また、排気ファン１９により、処理チャンバ９内の気体は、排気ダクト１８を通して、エッチング装置外部に排出される。排気ファン１９のオン／オフは、制御部１７によって制御される。洗浄水タンク１５、洗浄水ノズル２０及び第２処理切換部１６は、処理チャンバ９に洗浄水を供給する手段として動作する。また、Ｎ２  タンク、Ｎ２  ノズル２１及び第２処理切換部１６は、処理チャンバ９に乾燥ガスを供給する手段として動作する。制御部１７は、ＨＦガスを用いたエッチング処理と、洗浄水を用いた洗浄処理及びＮ２  ガスを用いた乾燥処理とを切換える手段として動作する。
【００３４】
以下、試料のエッチングの処理手順の例を説明する。
まず試料出入口１０を開けて、試料ステージ１１上にエッチング試料６をセットする。エッチング試料６のセット終了後、試料出入口１０を閉じて、以下の処理を制御部１７の設定により自動的に行う。処理チャンバ９下方の処理切換部１３の可動仕切板２５が、図４（ｃ）に示すＨＦガス導入口２３が開いた状態になるように移動し、ＨＦ溶液タンク７よりＨＦガスが処理チャンバ９内に導入され、エッチング処理が開始される。また、制御部１７により、試料ヒータ１２が作動する。
【００３５】
一定時間のエッチング処理後、処理仕切板１４が、図４（ｄ）に示すＨＦガス導入口２３が閉じた状態に移動することで、処理チャンバ９内へのＨＦタンク７からのＨＦガスの供給が停止されると共に、処理チャンバ９上部の第２処理切換部１６の図示しない可動仕切板が、仕切が開いた状態になるように即座に移動し、排気ファン１９の作動及び洗浄水ノズル２０からの洗浄水の噴出が開始され、洗浄処理が行われる。洗浄処理時の洗浄廃液は、傾斜となっている処理チャンバ９底部の処理切換部１３の洗浄水排出口２４から廃液タンク８へ即座に排出される。次に、洗浄水の噴出を停止すると共に、Ｎ２  ノズル２１よりＮ２  ガスが噴出し、エッチング試料６の乾燥処理が行われ、処理完了となる。以上のエッチング、洗浄、乾燥処理の３工程を一つの処理チャンバ９内で連続して行う。
【００３６】
エッチングの処理時間は、制御部１７に予め設定しておくことが可能である。上述した実施の形態においては、エッチング処理と洗浄及び乾燥処理とを切換える第１及び第２処理切換部１３，１６と、試料を加熱する試料ヒータ１２との両方を備えているが、いずれか一方のみを備えることも可能である。すなわち、図３に示したエッチング装置から試料ヒータ１２を省くことが可能である。また、洗浄及び乾燥を行わずに、試料ヒータ１２でエッチング試料６を過熱しながらエッチングを行うことも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチングにより生じる液滴の試料への付着を低減することにより、試料内部の観察面より下層にダメージを与えずに、良好な観察面を得ることが可能になる。
【００３８】
本発明によれば、試料のエッチングと洗浄及び乾燥とを交互に繰返すことにより、エッチングにより生じる液滴の試料への付着を低減し、試料の観察面より下層にダメージを与えずに、良好な観察面を得ることが可能になる。
【００３９】
本発明によれば、エッチング中に試料を加熱することにより、エッチングにより生じる液滴の試料への付着を低減し、試料の観察面より下層にダメージを与えずに、良好な観察面を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチング方法の例を示す図である。
【図２】（ａ）はＨＦガスで絶縁膜をエッチングした時の処理時間とエッチレートとの計測結果の一例を示す図であり、（ｂ）は異なる処理条件で絶縁膜をエッチングした時のエッチレートの計測結果の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るエッチング装置の構成例を示す図である。
【図４】処理切換仕切板の例を示す図である。
【図５】ウエットエッチングの例を示す図である。
【図６】ウエットエッチングの他の例を示す図である。
【符号の説明】
１  作業マット
２  密閉カバー
３  薬品溶液トレー
４  ＨＦ溶液
６  エッチング試料
７  ＨＦ溶液タンク
８  廃液タンク
９  処理チャンバ
１０  試料出入口
１１  試料ステージ
１２  試料ヒータ
１３  第１処理切換部
１４  処理切換仕切板
１５  洗浄水タンク
１６  第２処理切換部
１７  制御部
１８  排気ダクト
１９  排気ファン
２０  洗浄水ノズル
２１  Ｎ２  ノズル
２２  固定仕切板
２３  ＨＦガス導入口
２４  洗浄水排出口
２５  可動仕切板
２６  ＨＦガス導入口
２７  洗浄水排出口
【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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