(57)【要約】【課題】ドライエッチングによりサンプル基板を加工、又は表面処理、又はレジスト剥離等の処理を行なう方法において、低コストかつ短時間で多くの実験を実施可能にしたドライエッチング方法及びそのドライエッチング装置を提供する。【解決手段】一部に開口部を設けたフォーカスリングで覆うことにより、サンプル基板の露出した個所のみを処理するドライエッチング方法であって、前記フォーカスリングが、任意の回転角で回転することにより、サンプル基板の任意の個所のみを処理することが可能となり、前記フォーカスリングの回転とドライエッチング処理とを複数回繰り返すことで、１枚のサンプル基板上の複数箇所に、それぞれ異なるエッチング条件の処理が可能となるドライエッチング方法及びそのドライエッチング装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチングにより試料の加工を行なう方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリングで試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみを処理することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記フォーカスリングは、任意の回転角で回転することにより、試料の任意の個所のみを処理することが可能となることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
試料を加工するドライエッチング装置において、一部に開口部を設けたフォーカスリングを有することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項４】
前記フォーカスリングを任意の回転角で回転させる手段を有することを特徴とする請求項３記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体プロセス等の微細加工分野に適用されるドライエッチングにおいて、ドライエッチング方法とドライエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の高密度化には、デバイスの配線などの寸法幅の微細化や、接続孔の形成方法が大きな役割を担っている。これらの寸法は１００ｎｍ以下のパターンが実用化されつつあるが、こうした微細パターンの実現にはフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術の発展に負うところが大きい。
【０００３】
ドライエッチングは、適当なガスに１３．５６ＭＨｚ等の高周波（ＲＦ）電源を加えることによって生成される反応性プラズマやラジカル中に、被エッチング材料を置くとエッチングされるという現象を利用するもので、微細パターンを形成するためには通常フォトレジストや電子線レジストパターンをマスク材として用いる。最近では、自己バイアス電圧（Ｖｄｃ）を利用して、反応性イオンをプラズマから引き出し、異方性ドライエッチングを行なうＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式のドライエッチングが主流になっている。ＲＦ電源の周波数として１３．５６ＭＨｚが比較的多く用いられているのは、電波法により割り当てられている周波数であるため、多少の電波が漏れても問題は無く、シールド装置が簡単に済むためである。
【０００４】
図６は、従来の一般的なドライエッチング装置（平行平板型ＲＩＥ）を示した模式図である。真空チャンバー１の中に供給口２を通して反応性ガスを供給される。また排気口３を通してガスが排気されるので、チャンバー内は適当な圧力（約０．１〜数１００ｍＴｏｒｒ）に制御される。チャンバーの上部と下部には、それぞれアノード（陽極）４及びカソード（陰極）５がある。アノードには、インピーダンスの整合器（Ｍ．Ｂ．）６とプラズマ発生用のＲＦ電源（高周波発振器）７が接続され、チャンバー内のガス中に電力が供給されて、プラズマが発生する。カソードにはブロッキングコンデンサ８とインピーダンスの整合器（Ｍ．Ｂ．）９を介して、ＲＦバイアス制御用のＲＦ電源（高周波発振器）１０が接続され、イオンの入射エネルギーが制御される。試料（レジストパターンを付けた被エッチング材料など）１１は、カソード５上にある静電チャッキング（もしくは、メカニカルチャッキング）が可能なステージ１２によってチャッキングされる。
【０００５】
チャンバー内の反応性ガスにＲＦ電源を印可するとアノードとカソード間にグロー放電が生じ、電子とイオンが生成されてプラズマが発生する。その際、グロー放電が接する電極面積はカソード上に試料が乗っているためアノードの方が大きくなり、同時にプラズマ中の電子とイオンは、前者の移動度が後者のそれより圧倒的に大きいためカソードに電子が流れ込み、ブロッキングコンデンサが負に帯電することにより、カソードが負にバイアスされる。このバイアスを自己バイアス電圧Ｖdcという。プラズマは、電位が一定であるバルク領域と自己バイアスによってカソード電極付近で急激に電位が変化するシース領域に分けられ、イオンは主にバルク領域で生成される。バルク領域で生成されたイオンは、バルクとシースの境界からシース領域に入射し、シース領域の自己バイアスによる負電圧により加速されて被エッチング材料を衝撃してエッチング反応を生じ、異方性エッチングが得られる。さらにＲＦバイアス用のＲＦ電源により電力を投入すれば、シース領域のバイアスが大きくなり、つまりイオン衝撃エネルギーを大きくなるので、より方向性の強い異方性エッチングが可能となる。
【０００６】
ここまで、アノードとカソードの電極板が平行して配置される平行平板型ＲＩＥ方式のドライエッチング装置を例に上げて説明してきたが、これ以外にも誘導結合型（ＩＣＰ）、超高周波型（ＵＨＦ）、ＥＣＲ型、マイクロ波型、ヘリコン波型、表面波型、等の別方式のドライエッチング装置が開発されている。これらの方式の特徴は、一般に平行平板型と比較して、広い圧力範囲（０．１〜数１０Ｐａ）で、高密度なプラズマ（１０11〜１０13ｃｍ-3）が得られることである。これらは、プラズマ発生のためのエネルギー投入方式が異なるだけで、プラズマ状態を制御する電源とイオン衝撃エネルギーを制御する電源が独立して存在するという点においては、上述した図６の平行平板型ＲＩＥ方式と同じである。
【０００７】
図７（ａ）は、エッチング前の試料である。通常、被エッチング材１３上には、フォトリソグラフィもしくは電子線リソグラフィによりパターニングされたマスク材１４が配置される。半導体集積回路のエッチング工程では、被エッチング材としてシリコンや酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、メタル（アルミニウムや銅等）等があり、マスク材としてフォトレジスト、電子線レジスト、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、メタル等がある。エッチングガスには、Ｆ（フッ素原子）、Ｃｌ（塩素原子）、Ｂｒ（臭素原子）、Ｉ（ヨウ素原子）等のハロゲン元素をからなるガス、もしくはハロゲン元素を含む化合物が用いられる。また、チャンバー内の真空度は、真空ポンプによって０．１〜数１０Ｐａに排気される。
【０００８】
次に、ドライエッチング装置を用いて等方性および異方性エッチングを行なう方法を、図を用いて説明する。図８は、ドライエッチングによる等方性及び異方性エッチングを示した模式図で、（ａ）は、エッチング前の試料の状態、（ｂ）は（ａ）を等方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態であり、（ｃ）は、（ｂ）の後にレジストを剥離した状態、（ｄ）は（ａ）を異方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態で、（ｅ）は（ｄ）の後にレジストを剥離した状態である。
【０００９】
図８（ｂ），（ｃ）は、等方性エッチングの場合を説明するものであり、カソード側のＲＦ電源はＯＦＦにするか、もしくは非常に小さい電力（数Ｗ）にし、アノード側のＲＦ電源をＯＮにして、数十〜数千Ｗの電力を投入する。このときエッチングガスは、電離や解離が起こり、電子や電荷を持ったイオン、電荷を持たない中性ラジカルなどが存在する、いわゆるプラズマ状態になる。カソード側のＲＦ電源をＯＦＦ（もしくは数Ｗ程度の非常に小さい電力）にしているので、シース領域（バルク領域とカソードの間）のバイアスはほとんどなく、プラズマ中の正イオンはほとんど加速されないため、被エッチング材１５に入射するイオン１６は様々な角度で入射し、等方性エッチングが起こる（図８（ｂ）参照）。図８（ｃ）は、等方性エッチングした後のマスク剥離後の状態を示す。
【００１０】
一方、異方性エッチングの場合（図８（ｄ），（ｅ））は、カソード側のＲＦ電源も数十〜数千Ｗの電力を投入するのでシース領域にバイアスが発生し、プラズマ中の正イオン１７が試料方向に垂直に加速され、被エッチング材１８に垂直に入射するために、異方性エッチングが実現する（図８（ｄ）参照）。図８（ｅ）は、異方性エッチングした後のマスク剥離後の状態を示す（特許文献１参照）。
【００１１】
ここまで、ある１層のみのドライエッチング工程について説明してきたが、実際の半導体デバイスは、数〜数十層の立体構造を持っており、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、絶縁層や導電層の成膜、不純物注入、洗浄、等の各工程を繰り返しながら、製造される。
【００１２】
下記に公知文献を記す。
【特許文献１】特開平６−６１１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年、ＶＬＳＩ、ＵＬＳＩ等に見られる半導体デバイスの高集積化、微細化、高性能化が進展するに伴ない、半導体デバイス製造の主要なプロセスであるドライエッチング方法についても、技術的要求がますます厳しくなってきている。それと同時に、高性能化のためにデバイス・チップの面積拡大によりＳｉウェハ基板が大口径化しており、半導体製造装置の価格高騰や、ウェハ、レジスト等の材料を大量に使用するためにコスト増を余儀なくされている。つまり、近年の半導体デバイスは技術的ハードルが高いため一つのデバイスを開発・製造するために、多くの実験や条件出しを必要とするにも関わらず、実験や条件出しにおけるウェハ１枚あたりコスト（材料費や時間）はより高くなってしまっている。具体的に言えば、従来のドライエッチング装置では、エッチング実験用に各工程を経て準備された試料のウェハ１枚に対して、１つのエッチング条件しか実施出来ない。このため、ウェハ基板やレジスト、成膜用プロセスガス等の材料費や、試料の準備に要する時間等が膨大になり、コスト増になっている。
【００１４】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するものであり、低コストかつ短時間で多くの実験を実施可能にしたドライエッチング方法及びそのドライエッチング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、ドライエッチングにより試料の加工を行なう方法において、一部に開口部を設けたフォーカスリングで試料を覆うことにより、試料の露出した個所のみを処理することを特徴とするドライエッチング方法である。
【００１６】
本発明の請求項２に係る発明は、前記フォーカスリングは、任意の回転角で回転することにより、試料の任意の個所のみを処理することが可能となることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法である。
【００１７】
本発明の請求項３に係る発明は、試料を加工するドライエッチング装置において、一部に開口部を設けたフォーカスリングを有することを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１８】
本発明の請求項４に係る発明は、前記フォーカスリングを任意の回転角で回転させる手段を有することを特徴とする請求項３記載のドライエッチング装置である。
【００１９】
ドライエッチングにより試料の基板を加工・表面処理・レジスト剥離等を処理する方法において、一部のみが開口したフォーカスリング（以下、特殊フォーカスリングと記す）で対象となる試料を覆うことにより、前記開口部より露出した試料の一部のみをドライエッチングする方法とその装置を提供する。この特殊フォーカスリングには、回転機構がついており、ドライエッチングと特殊フォーカスリングの回転を繰り返すことで、１枚の試料に複数条件のドライエッチングを実施出来る。
である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のドライエッチング方法と装置によれば、多くの実験や条件出しを必要するドライエッチングにおいて、ウェハをエッチング反応容器から取り出すことなく、１枚のウェハの複数箇所に、それぞれ異なるエッチング条件を実施することが可能であり、エッチ
ング実験に要する時間の削減、使用する試料の基板数の削減、試料の作製におけるレジストやガス等の材料の削減、試料の作製のための時間削減が可能であり、費用と時間の劇的なコストダウンが可能である。また、本発明の装置は従来のエッチング装置のカソード部分（ウェハステージ部分）に回転ユニットと特殊フォーカスリングを取りつけるだけなので、低コストかつエッチング自体のパフォーマンスを変えることなく一般的なドライエッチング装置に適応可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、図を用いて詳細に説明する。従来及び本発明のドライエッチング方法と装置を説明する。図９は、従来のドライエッチング装置のカソード部分の概要図である。図９（ａ）は、上面から見た図であり、図９（ｂ），（ｃ）は図９（ａ）の点線Ａ−Ａ'に沿った断面図である。まず、Ｓｉウェハ等の試料１９は、カソードユニット２０の上面部分のステージ２１上に搬送される（図９（ｂ））。次に上下アーム２２によってフォーカスリング２３が下がり、試料１９を固定する（図９（ｃ））。この後、ドライエッチングが実施される。このような従来方式では、フォーカスリング２３が試料１９の外周部のみを抑えつける構造になっており、試料のほぼ全面がエッチング処理されるため、１つの試料につき１つの条件しか処理出来ない。
【００２２】
次に、本発明によるドライエッチング方法と装置を説明する。図１は、本発明のドライエッチング装置のカソード部分の概要図である。図１（ａ）は上面から見た平面図であり、図１（ｂ），（ｃ）は、図１（ａ）の点線Ｂ−Ｂ'に沿った側断面図である。まず、Ｓｉウェハ等の試料２４は、カソードユニット２５の上面部分のステージ２６上に搬送される（図１（ｂ））。次に上下アーム２７により、開口部２８を有する特殊フォーカスリング２９が下がり、試料２４を固定する（図１（ｃ））。また、本発明の上下アーム２７は回転ユニット３０に装着されており、上下アーム２７と特殊フォーカスリング２９は任意の角度に回転することが可能になっている。この後、ある条件でドライエッチングが実施されるが、エッチング処理される個所は、特殊フォーカスリング２９の開口部２８によって、露出した部分のみである。本発明の装置では、ドライエッチングと特殊フォーカスリング２９の回転を交互に繰り返すことで、１つの試料に複数の条件でエッチング処理することが可能である。開口部２８の大きさは、必要に応じて任意に決められる。
【００２３】
この発明の方法では、被エッチング材、マスク材、エッチングガスの材料は、ドライエッチングが可能であれば、特に制限はない。また、エッチング装置のプラズマ発生方法は、平行平板型、容量結合型（ＣＣＰ）、誘導結合型（ＩＣＰ）、超高周波型（ＵＨＦ）、ＥＣＲ型、マイクロ波型、ヘリコン波型、表面波型、等の制限はなく、これら全てのプラズマ発生方式が使用可能である。
【実施例】
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。まず、一般的なＩＣＰ型ドライエッチング装置に回転ユニット及び特殊フォーカスリングを搭載した装置を作製した。まず、図２、３を用いて本発明の装置について説明する。図２は、装置全体の概要図であり、図３は、カソードユニット部分のみの概要図である。図２に示すＩＣＰプラズマ源となる高周波発振器３１は、ＰＦＰＰ社製の型番ＲＦ−２０Ｍ（２０ＭＨｚ，２ｋＷ）で、ＲＦバイアス用の高周波発振器３２は、ＥＮＩ社製の型番ＡＧＣ−６Ｂ（１３．５６ＭＨｚ，６０〜６００Ｗ）を用いた。チャンバー１は、一般的な真空チャンバーで、プロセスガスの供給口２と排気口３があり、チャンバーの上部にはＩＣＰプラズマ発生用のアノード電極のコイル３３と、チャンバー下部にはＲＦバイアス用のカソード電極を内蔵したカソードユニット３４が接続されている。一般的なＩＣＰ型ドライエッチング装置と異なる点は、カソードユニット３４に回転ユニット３５と部分的に開口した特殊フォーカスリング３６が装着されていることである（下記の図３を参照）。図３の特殊フォーカスリング３６は、
材料にアルミナを用いて作製し、開口部３８は、頂角が４３度の二等辺三角形とした。
【００２５】
ここから、図３の本装置を用いてドライエッチングを実施した例を示す。まず、図４の（ａ）に示す通り、Ｓｉ基板４１上に、ＥＢリソグラフィプロセスによりＥＢレジストパターンを形成した。このときのＥＢレジスト４２の膜厚は５００ｎｍで、パターンは線幅２００ｎｍの孤立ラインとした。ＥＢレジスト４２はＺＥＰ−５２０（日本ゼオン（株）製）を使用し、ＥＢ描画機ＪＢＸ−７０００ＭＶ（ドーズ５０μＣ／ｃｍ2）によって描画した。
【００２６】
次に、本発明のドライエッチング装置を使用してドライエッチングを実施した。このときの特殊フォーカスリングの向きは図５（ａ）の位置である。また、エッチング条件は、ＣＦ４：２２ｓｃｃｍ、ＣＨ４：１５ｓｃｃｍ、Ａｒ：１５０ｓｃｃｍ、圧力：１０ｍＴｏｒｒ、ＲＦバイアス電極パワー：８５Ｗ、ＩＣＰプラズマ電極パワー：５００Ｗ、エッチング時間：４分であり、エッチング後の断面を図４（ｂ）に示す。その後、特殊フォーカスリングを４５°反時計回りに回転させ（図５（ｂ））、条件を変えて再びドライエッチングを実施した。その後、特殊フォーカスリングの４５°回転と条件を変えたドライエッチングを繰り返し（図５（ｃ））、１枚の試料のＳｉ基板４１に計８条件のドライエッチングを実施した（図５，（ｄ）参照）。
【００２７】
その後、本発明のドライエッチング装置から試料を取り出し、酸素プラズマアッシング装置によりレジストを除去し（図４の（ｃ）参照）、試料の８つの領域（図５（ｄ））にそれぞれエッチング条件の異なる線幅２００ｎｍの孤立ラインパターンをＳｉ基板４１に形成した。
【００２８】
このように、従来のエッチング装置では８枚の試料を用意して１枚ずつエッチングを実施しなければならない実験を、本発明の装置を用いた実験では１枚のウェハで完了出来た。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明方式のドライエッチング装置のカソードユニット部分を示した模式図、（ａ）は、カソードユニットを上から見た平面図、（ｂ）は、（ａ）の点線Ｂ−Ｂ'に沿った側断面図で、特殊フォーカスリングが上がった状態、（ｃ）は、（ａ）の断面図で、特殊フォーカスリングが下がった状態。
【図２】本発明方式により作製したドライエッチング装置を示した模式図。
【図３】本発明方式により作製したドライエッチング装置のカソードを示した模式図、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、上からみた平面図。
【図４】本発明方式によってＳｉ基板をエッチングした試料を示す側断面図、（ａ）は、エッチング前の試料、（ｂ）は、エッチング後の試料、（ｃ）は、レジスト剥離後の試料。
【図５】本発明方式によってＳｉ基板の複数箇所をそれぞれ異なる条件にてエッチングした場合の特殊フォーカスリングの位置を示す平面図、（ａ）は、条件１でエッチングしたときの特殊フォーカスリングの位置、（ｂ）は、条件２でエッチングしたときの特殊フォーカスリングの位置、（ｃ）は、条件３でエッチングしたときの特殊フォーカスリングの位置、（ｄ）は、条件１〜８でエッチングしたときのＳｉ基板の全エッチングエリアの平面図。
【図６】従来方式のドライエッチング装置（平行平板型ＲＩＥ）を示した模式図。
【図７】ドライエッチングを施す試料の構造を示した側断面図、（ａ）は被エッチング材にマスク材をコートした状態、（ｂ）はフォトリソグラフィや電子線リソグラフィによりマスク材をパターニングした状態。
【図８】ドライエッチングによる等方性及び異方性エッチングを示した側断面図、（ａ）は、エッチング前の試料の状態、（ｂ）は（ａ）を等方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態、（ｃ）は、（ｂ）の後にレジストを剥離した状態、（ｄ）は（ａ）を異方性エッチングにより被エッチング材を加工した状態、（ｅ）は（ｄ）の後にレジストを剥離した状態。
【図９】従来方式のドライエッチング装置のカソードユニット部分を示した模式図、（ａ）はカソードユニットを上から見た平面図、（ｂ）は、（ａ）の点線Ａ−Ａ'に沿った断面図で、フォーカスリングが上がった状態、（ｃ）は、（ａ）の断面図で、フォーカスリングが下がった状態。
【符号の説明】
【００３０】
１…チャンバー
２…ガス供給口
３…ガス排気口
４…アノード
５…カソ−ド
６…（インピーダンスの）整合器
７、３１…（プラズマ発生用の）高周波発振器
８…ブロッキングコンデンサ
９…（インピーダンスの）整合器
１０、３２…（ＲＦバイアス制御用の）高周波発振器
１１、１９、２４…試料
１２…（静電気チャッキングまたはメカニカルチャッキングの）ステージ
１３、１５、１８…被エッチング材
１４…マスク材
２０、２５、３４…カソ−ドユニット
２１、２６…ステージ
２２、２７、３７…上下アーム
２３…フォーカスリング
２８、３８…開口部
２９、３６…特殊フォーカスリング
３０、３５…回転ユニット
３３…コイル
４１…Ｓｉ基板
４２…ＥＢレジスト
【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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【図９】
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