(57)【要約】【課題】  機械的な手法を用いず、かつ迅速にエッチング対象物に悪影響を及ぼすパーティクルの飛来、付着を抑制する。【解決手段】  真空チャンバ１と、真空チャンバ１内を排気する排気部７とを備え、真空チャンバ１内に導入されるエッチング用ガスをプラズマ化することで、真空チャンバ１内のエッチング対象物１３をドライエッチングするプラズマエッチング装置であって、真空チャンバ１内下部に、排気部７方向にガスを放出するガス噴出部１２を設けた。エッチング終了直後にガス噴出部１２よりガスを噴射し、エッチング対象物１３へのパーティクルの飛来、付着を抑制することができる。これにより、従来のカバー収納用のチャンバを省くことができ、チャンバの省スペース化が図れると伴に、スループットを向上することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、前記真空チャンバ内を排気する排気部とを備え、前記真空チャンバ内に導入されるエッチング用ガスをプラズマ化することで、前記真空チャンバ内のエッチング対象物をドライエッチングするプラズマエッチング装置であって、前記真空チャンバ内下部に、前記排気部方向にガスを放出するガス噴出部を設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記真空チャンバ内に設けられた下部電極に前記エッチング対象物が設置され、前記ガス噴出部は前記下部電極に設けた請求項１記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記真空チャンバ内に設けられた下部電極に前記エッチング対象物が設置され、前記ガス噴出部は前記下部電極上の前記エッチング対象物の周辺のリング部に設けた請求項１記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマエッチング装置を用いたエッチングプロセスの終了時に、前記エッチング対象物周辺の前記ガス噴出部より不活性ガスを排気部方向へ噴出することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記ガス噴出部より噴出する不活性ガスは、エッチング用ガスと同程度の流量である請求項４記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空チャンバ内に導入されるドライエッチング用ガスを、これに電圧を印加してプラズマ化することで、前記チャンバ内のエッチング対象物をドライエッチングする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】
近年、半導体素子の製造工程の一つであるドライエッチングには平行平板型のプラズマエッチング装置が広く用いられている。この装置は図７に概略を示すように真空ポンプ７とそれに接続されたチャンバ１とチャンバ１内に上下に設置された電極２，４からなる。エッチングに用いるガスは配管９を通して上部電極に設けられた多数の孔を通じて所定の高真空状態を保ちながらチャンバ１内に導入される。真空チャンバ１内に導入されたエッチング用ガスは高周波電源３，５より印加される高周波電圧のもとにプラズマ化され、エッチング対象物１３は、このプラズマに曝されることでエッチングされる。前記の装置において所定のエッチングが終了すると高周波電圧印加、エッチング用ガスの導入を停止し、チャンバ内のガスを排気し、Ａｒガスを導入してベント処理を行い、エッチング対象物１０をチャンバ１より取り出す。
【０００３】
図８に前記エッチング工程の概略を示す。図８の１３はエッチング対象物であるシリコン基板、４は下部電極を示す。通常前記シリコン基板上にはシリコン酸化膜、レジストが存在している。図８（ａ）においてプロセスガスに高周波電圧が印加されガスのプラズマ化が起き、プラズマ１４が発生する。前記プロセスガスのプラズマ化によって生じたラジカル、イオンがレジスト、シリコン酸化膜と物理的、化学的反応を起こし、エッチング反応を促進していく。高周波電圧の印加が終了し、プラズマ状態が再びガス状態に戻るとき、図８（ｂ）に示すようにチャンバ内にはプラズマ重合によって発生したポリマーを主とする分子１５が浮遊している。次にチャンバ内にはＡｒガスが導入され、図８（ｃ）に示すように分子１５は排気される。前記エッチング終了に伴い、高周波電圧印加及びエッチング用ガス導入を停止しガス排気を行いつつ、Ａｒガスを導入するに当たりチャンバ１内に浮遊していた分子が、その排気操作中に、エッチング対象物１３上に降り注ぎ、パーティクルとなり付着するという問題がある。
【０００４】
このようなパーティクルは半導体素子上に付着することにより欠陥となり、半導体素子の動作不良を起こし、歩留まりに深刻な影響を及ぼす。
【０００５】
特許文献１では、この課題に対し、前記エッチング対象物を覆うためのカバー及びその駆動装置を設け、エッチング終了時にエッチング対象物へのパーティクルの付着を防止している。
【特許文献１】特開平５−２９２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらこの手法ではカバー収納用の真空チャンバを新たに設け、前記チャンバに接続する必要があり、半導体製造装置の体積の増加を招く。またカバーを前記収納部から前記エッチング対象物上方にまで駆動させるという機械的な動作により新たにパーティクルが発生する恐れがあり、更にカバーの駆動に時間がかかり、スループットの低下を招くという問題が発生する。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、機械的な手法を用いず、かつ迅速にエッチング対象物に悪影響を及ぼすパーティクルの飛来、付着を抑制することが出来る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を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、この発明の請求項１記載のプラズマエッチング装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内を排気する排気部とを備え、前記真空チャンバ内に導入されるエッチング用ガスをプラズマ化することで、前記真空チャンバ内のエッチング対象物をドライエッチングするプラズマエッチング装置であって、前記真空チャンバ内下部に、前記排気部方向にガスを放出するガス噴出部を設けた。
【０００９】
請求項２記載のプラズマエッチング装置は、請求項１記載のプラズマエッチング装置において、前記真空チャンバ内に設けられた下部電極に前記エッチング対象物が設置され、前記ガス噴出部は前記下部電極に設けた。
【００１０】
請求項３記載のプラズマエッチング装置は、請求項１記載のプラズマエッチング装置において、前記真空チャンバ内に設けられた下部電極に前記エッチング対象物が設置され、前記ガス噴出部は前記下部電極上の前記エッチング対象物の周辺のリング部に設けた。
【００１１】
請求項４記載のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング装置を用いたエッチングプロセスの終了時に、前記エッチング対象物周辺の前記ガス噴出部より不活性ガスを排気部方向へ噴出する。
【００１２】
請求項５記載のプラズマエッチング方法は、請求項４記載のプラズマエッチング方法において、前記ガス噴出部より噴出する不活性ガスは、エッチング用ガスと同程度の流量である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の請求項１記載のプラズマエッチング装置によれば、真空チャンバ内下部に、排気部方向にガスを放出するガス噴出部を設けたので、エッチング終了直後にガス噴出部よりガスを噴射し、チャンバ内にプラズマ重合によって生じたポリマーを主とするパーティクルのエッチング対象物への飛来、付着を抑制することができる。これにより、従来のカバー収納用のチャンバを省くことができ、チャンバの省スペース化が図れる。また、前記カバーの駆動により生じるパーティクルを抑制することができ、スループットの向上も図れる。
【００１４】
請求項２では、請求項１記載のプラズマエッチング装置において、真空チャンバ内に設けられた下部電極にエッチング対象物が設置され、ガス噴出部は下部電極に設けたので、ガス噴出部を別に設けるスペースが不要となる。
【００１５】
請求項３では、真空チャンバ内に設けられた下部電極にエッチング対象物が設置され、ガス噴出部は下部電極上のエッチング対象物の周辺のリング部に設けたので、従来の下部電極を利用してガス噴出部を設けることができる。
【００１６】
この発明の請求項４記載のプラズマエッチング方法によれば、請求項１記載のプラズマエッチング装置を用いたエッチングプロセスの終了時に、エッチング対象物周辺のガス噴出部より不活性ガスを排気部方向へ噴出するので、エッチング対象物へのパーティクルの飛来、付着を抑制することができ、スループットの向上が可能となる。また、ガス噴出部から噴射するガスはエッチングに寄与しない、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを用いるのが好ましい。
【００１７】
請求項５では、ガス噴出部より噴出する不活性ガスは、エッチング用ガスと同程度の流量であるので、エッチング時に発生した浮遊物が基板に降り注ぐ前に排気方向に向けることができる。その結果、チャンバ内に浮遊しているパーティクルがエッチング対象物に付着するのを制御することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の第１の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態のエッチング装置の概略断面図を示す。
【００１９】
このエッチング装置は、真空チャンバ１、チャンバ１内に設置した上部電極２及び上部高周波電源３、下部電極４及び下部高周波電源５、チャンバ１に電磁弁バルブ６を介して接続したドライポンプとターボポンプより成る排気機構（排気部）７およびエアオペレーションバルブ８を介したプロセスガス導入管９を備えている。またエッチング対象物１３は下部電極３の中央部に設置され、ドライエッチング処理を行う。すなわち、真空チャンバ１内に導入されるエッチング用ガスを、これに高周波電圧を印加してプラズマ化することで、チャンバ１内のエッチング対象物１３をドライエッチングする。
【００２０】
このエッチング装置は更に、真空チャンバ１内下部に、排気部７方向にガスを放出するガス噴出部１２を設けている。具体的には、下部電極３にエアオペレーションバルブ１０を介したガス導入部１１を備えている。ガス導入部１１の先端ノズル（ガス噴出部）１２は、排気方向に向かって５度〜１０度傾斜を付けており、導入されたガスの排気を迅速かつ、円滑に行えるようにしている。
【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における前記下部電極４の上面及び断面の概略を示したものである。図２に示すように、下部電極４の同心円上に複数のノズル１２を備えている。これらのノズル１２は、エッチング対象物１３周辺に設けられ、全て排気方向に傾斜を付けている。
【００２２】
図３は本発明の第１の実施形態のドライエッチング装置を用いたドライエッチング工程の概略を示している。図３において、４は下部電極、１３はエッチング対象物、１２は本実施形態のガス噴出部を示す。
【００２３】
図３（ａ）では高周波電圧の印加によるプラズマエッチングが行われている最中であり、プラズマ相１４中のイオン、ラジカルがエッチング処理を進めている。所定のエッチング終了直後、すなわち高周波電圧印加終了直後にチャンバ内の真空度が実質変化しない間に、チャンバ下部にガスを噴射する。すなわち、図３（ｂ）では高周波電圧の印加が終了し、プラズマ相１４が消え、チャンバ内にプラズマ重合によって生じたポリマー１５が発生している。前記高周波電圧の印加の終了直前または直後にガス噴出部１２より不活性ガスを噴射し、ポリマー１５がエッチング対象物１３に付着するのを防ぐ。図３（ｃ）ではポリマー１５が前記エッチング対象物１３に付着することなく排気が進んでいることを示す。これによりエッチング工程が終了する。
【００２４】
以上の装置を以下の条件で処理を行う。なお本実験では装置に上下２周波の電源を持つＲＩＥ装置を用いたが、１周波、ＩＣＰ、ＥＣＲ方式の装置を用いても良い事は言うまでも無い。またエッチング用ガスにはＣ5Ｆ8を用いているがＣ4Ｆ8、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ6等のフルオロカーボン系のガスを用いても同様の効果が期待できる。
【００２５】
高周波電源４：１８００Ｗ、１３.５６ＭＨｚ
高周波電源５：１５３０Ｗ、８００ＫＨｚ
チャンバ１の真空度：エッチング時４.０Ｐａ
アイドル状態：２.５Ｐａ
エッチング用ガス：Ｃ5Ｆ8  ２５ｓｃｃｍ、Ｏ2  ２０ｓｃｃｍ、Ａｒ  ８３０ｓｃｃｍ
上部電極温度：６０.０℃
チャンバ側壁温度：５０.０℃
下部電極温度：０.０℃
本発明のガス噴射機構１２：Ａｒ  ８８０ｓｃｃｍ
エッチング対象物１３：Ｓｉ基板上にＳｉＯ2  １０００ｎｍ、パターン有レジスト７００ｎｍ
以上の条件のもと、エッチング処理を行ったところ、図４のような結果が得られた。エッチング前後での０.２μｍ以上のパーティクルの増加は８個であった。従来の装置における同種のパーティクルの増加は２０〜３０個であった。このことから本発明の適用が、エッチング対象物へのパーティクルの付着の抑制に効果的である事が分かる。
【００２６】
図５に本発明の実施の際の時間、ガス流量のグラフを示す。エッチング処理後のガスの噴射はエッチング処理時のガス総流量と同等に保たれ（ガスの総流量が同等であるので真空チャンバ内の圧力の変化が抑えられる）、またガスの噴射時間は６秒で効果が出ている事が分かる。
【００２７】
従来のカバーを用いた機械的な手法では６秒という短時間で処理を行うことは不可能であり、本発明の実施形態のプラズマエッチングプロセスによりパーティクルの抑制と同時にスループットの向上が図れたことが分かる。また、本発明の実施形態のプラズマエッチング装置にはカバー収納用のチャンバが不要であり、装置の省スペース化が図れていることが分かる。
【００２８】
なお、本実施形態では、ガス噴出部を排気方向に傾けているが、傾けなくてもガス噴出部から噴出される不活性ガスが排気方向に向けて噴出されればよい。
【００２９】
この発明の第２の実施形態を図６に基づいて説明する。図６は本発明の第２の実施形態のエッチング装置の概略断面図を示す。
【００３０】
本実施形態では第１の実施形態と異なり、ガス噴出部１２−ａを真空チャンバ１の下部、具体的には、真空チャンバ１の底部に設置されている。この場合もエッチング終了時に、ガス噴出部１２−ａから、エッチングガスと同程度のガスが排気方向に向けて噴出される。これによりエッチング時に発生した浮遊物が基板に降り注ぐ前に排気方向に向けることができるので、パーティクルの抑制について第１の実施形態と同等の効果が得られた。
【００３１】
なお、ガス噴出部は下部電極上のエッチング対象物の周辺のリング部に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る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は、エッチング終了直後にガス噴出部よりガスを噴射し、チャンバ内にプラズマ重合によって生じたポリマーを主とするパーティクルのエッチング対象物への飛来、付着を抑制することができる等の効果を有し、半導体素子の製造工程の一つであるドライエッチングに用いられる平行平板型のプラズマエッチング装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態のプラズマエッチング装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態における下部電極の概略上面図、（ｂ）はその概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のドライエッチング装置を用いたドライエッチング工程図である。
【図４】本発明の実施例と従来例のパーティクル増加数を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態の処理時間とガス流量のグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態のプラズマエッチング装置の概略断面図である。
【図７】従来例のプラズマエッチング装置の概略断面図である。
【図８】従来例のドライエッチング工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  真空チャンバ
２  上部電極
３  上部高周波電源
４  下部電極
５  下部高周波電源
６  電磁弁バルブ
７  真空ポンプ
８  エアオペレーションバルブ
９  ガス配管
１０  エアオペレーションバルブ
１１  ガス配管
１２  ガス導入部ノズル
１３  エッチング対象物
１４  プラズマ
１５  プラズマ重合ポリマー
【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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【図８】
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