(57)【要約】      （修正有）【課題】大口径のウエハを用いた場合でも、ウエハ周辺部とウエハ中心部とのエッチング反応生成物の入射量を均一にして、ウエハ面内で均一なエッチングを実現するドライエッチング装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウエハとウエハと対向する対向面との距離が、ウエハの直径の１／２以下としたドライエッチング装置を用いて、ウエハをエッチングする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、前記容器内に設置された直径が８インチよりも大きい被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマを発生する手段とを有し、前記被処理物と前記被処理物と対向する面の間隔が、前記被処理物の直径の２／３以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記対向する面には、前記エッチングガスを導入する複数の導入口が設けられていること特徴とする第１項記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記複数の導入口は、前記被処理物の略中心部に設けられ、前記複数の導入口の全体の直径は、前記被処理物の直径の１／３以上２／３以下であることを特徴とする第１項記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記被処理物の直径は３００ｍｍ以上であることを特徴とする第１項乃至第３項何れかに記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
前記間隔は、前記被処理物の直径の１／４以上であることを特徴とする第１項記載のドライエッチング装置。
【請求項６】
前記プラズマ化する手段は、３００ＭＨｚ以上９００ＭＨｚ以下の高周波と、前記容器周囲に設置された電磁コイルを用い、前記高周波を、前記容器内に設けられた金属板から導入する手段であることを特徴とする第１項乃至第５項何れかに記載のドライエッチング装置。
【請求項７】
容器と、前記容器内に設置された直径が８インチよりも大きい被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマを発生する手段とを有し、前記被処理物と前記被処理物と対向する面の間隔が、前記被処理物の直径の１／２以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項８】
前記対向する面には、前記エッチングガスを導入する複数の導入口が設けられていること特徴とする第７項記載のドライエッチング装置。
【請求項９】
前記複数の導入口は、前記被処理物の略中心部に設けられ、前記複数の導入口の全体の直径は、前記被処理物の直径の１／３以上２／３以下であることを特徴とする第８項記載のドライエッチング装置。
【請求項１０】
前記被処理物の直径は３００ｍｍ以上であることを特徴とする第７項乃至第９項何れかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１１】
前記間隔は、前記被処理物の直径の１／４以上であることを特徴とする第７項記載のドライエッチング装置。
【請求項１２】
前記プラズマ化する手段は、３００ＭＨｚ以上９００ＭＨｚ以下の高周波と、前記容器周囲に設置された電磁コイルを用い、前記高周波を、前記容器内に設けられた金属板から導入する手段であることを特徴とする第７項乃至第１１項何れかに記載のドライエッチング装置。
【請求項１３】
容器と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記容器内に、直径が１２インチ以上でかつ表面にアルミニウムを含む膜が形成されたウエハを設置する台と、前記エッチングガスをプラズマ化する手段とを有し、前記ウエハと前記ウエハに対向する面との間隔が、前記ウエハの半径の３／５以上４／５以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１４】
容器と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記容器内に、直径が１２インチ以上でかつ表面にシリコン膜が形成されたウエハを設置する台と、前記エッチングガスをプラズマ化する手段とを有し、前記ウエハと前記ウエハに対向する面との間隔が、前記ウエハの半径の７／１０以上９／１０以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１５】
容器と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記容器内に、直径が１２インチ以上でかつ表面にシリコン酸化膜が形成されたウエハを設置する台と、前記エッチングガスをプラズマ化する手段とを有し、前記ウエハと前記ウエハに対向する面との間隔が、前記ウエハの半径の１／２以上２／３以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１６】
容器と、前記容器内に設けられた、被エッチング物を設置する台と、前記台の周囲に設けられ、その高さが、前記被エッチング物より高く前記被エッチング物と前記被エッチング物と対向する面との距離の半分以下のフォーカスリングと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１７】
前記高さは、前記被エッチング物の直径の１／４以下であることを特徴とする第１６項記載のドライエッチング装置。
【請求項１８】
容器と、前記容器内に設けられた、被エッチング物を設置する台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマ化する手段と、前記エッチングガスを排出する排気口とを有し、前記排気口は複数設けられ、前記被エッチング物と前記被エッチング物と対向する面との距離は、前記被エッチング物の直径の０．３倍以上０．６倍以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１９】
前記被エッチング物の直径は１２インチ以上であることを特徴とする第１８項記載のドライエッチング装置。
【請求項２０】
容器と、前記容器内に設置された直径が８インチよりも大きい被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマを発生する手段とを有し、前記エッチングガスを導入する手段は、複数の導入口を有するシャワープレート状であって、前記被処理物の対向する面に、前記被処理物方向に向かって凸状に設けられ、前記被処理物と前記シャワープレートの間隔が、前記被処理物の直径の１／２以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２１】
前記被処理物の直径は１２インチ以上であることを特徴とする第２０項記載のドライエッチング装置。
【請求項２２】
前記間隔は６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする第２０項または第２１項記載のドライエッチング装置。
【請求項２３】
容器と、前記容器内に設置された被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスを電子サイクロトロ共鳴によりプラズマを発生する手段とを有し、前記被処理物と前記被処理物と対向する面の間隔が、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２４】
前記被処理物は、直径が６インチのウエハで、前記間隔は６０ｍｍ以下であることを特徴とする第２３項記載のドライエッチング装置。
【請求項２５】
前記被処理物は、直径が８インチのウエハで、前記間隔は８０ｍｍ以下であることを特徴とする第２３項記載のドライエッチング装置。
【請求項２６】
前記被処理物は、直径が１２インチのウエハで、前記間隔は１２０ｍｍ以下であることを特徴とする第２３項記載のドライエッチング装置。
【請求項２７】
前記被処理物は、直径が１６インチのウエハで、前記間隔は１７０ｍｍ以下であることを特徴とする第２３項記載のドライエッチング装置。
【請求項２８】
容器内に被処理物を設置する工程と、前記容器内に処理ガスを導入し、前記処理ガスをプラズマ化し、前記被処理物と前記被処理物に対向する面の距離を制御することによって、ニアサーフェス領域の厚さを制御してドライエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２９】
前記距離Ｇ（ｍｍ）と、前記被処理物の半径Ｒ（ｍｍ）、前記処理ガス圧力Ｐ（Ｐａ）、前記処理ガス流量Ｑ（ｃｍ３／ｍｉｎ）との関係が
Ｇ＜Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）
であることを特徴とする第２８項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
前記被処理物周辺にサセプタが設けられ、前記距離Ｇ（ｍｍ）と前記サセプタの幅Ｄ（ｃｍ）との関係が、
Ｇ≧Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）×（０．５＋０．１２×Ｄ０．５）
であることを特徴とする第２８項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
前記被処理物周辺にフォーカスリングが設けられ、前記距離Ｇ（ｍｍ）と、前記フォーカスリングの高さＨとの関係が、
Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）×（０．５＋０．１２×Ｄ０．５）＋Ｈ≦Ｇ≦Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）＋Ｈ
であることを特徴とする第２８項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
処理室に直径が８インチを超える被処理物を設置する工程と、前記処理室に処理ガスを導入し、前記処理ガスをプラズマ化し、前記被処理物と前記被処理物に対向する面の距離が、前記被処理物の直径の１／２以下で、前記被処理物をドライエッチングする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３３】
前記距離は１／４以上であることを特徴とする第３２項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３４】
前記処理ガスの圧力は、０．１Ｐａ以上５Ｐａ以下であることを特徴とする第３２項または第３３項記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３５】
前記被処理物は、アルミニウム膜、シリコン膜、シリコン酸化膜の何れかを含むことを特徴とする第３２項乃至第３４項何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３６】
前記プラズマは、高周波を印加することによって形成され、前記高周波の周波数は、３００ＭＨｚ以上９００ＭＨｚ以下であることを特徴とする第３２項乃至第３５項何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３７】
処理室に直径が８インチを超える被処理物を設置する工程と、前記処理室に処理ガスを導入し、前記処理ガスをプラズマ化し、前記被処理物と前記被処理物に対向する面の距離が、前記被処理物の直径の２／３以下１／４以上で、前記被処理物をドライエッチングする工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３８】
直径が３００ｍｍ以上の半導体ウエハ上にアルミニウム膜を形成する工程と、
前記アルミニウム膜が形成された前記半導体ウエハを、エッチング室内に設置
する工程と、
前記アルミニウム膜と、前記半導体ウエハに対向する面との距離が前記半導体
ウエハの半径の３／５から４／５の範囲内で、前記アルミニウム膜をドライエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３９】
直径が３００ｍｍ以上の半導体ウエハ上にシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜が形成された前記半導体ウエハを、エッチング室内に設置する
工程と、
前記シリコン膜と、前記半導体ウエハに対向する面との距離が前記半導体ウエ
ハの半径の７／１０から９／１０の範囲内で、前記アルミニウム膜をドライエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４０】
直径が３００ｍｍ以上の半導体ウエハ上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜が形成された前記半導体ウエハを、エッチング室内に設置
する工程と、
前記シリコン酸化膜と、前記半導体ウエハに対向する面との距離が前記半導体
ウエハの半径の１／２から２／３の範囲内で、前記シリコン酸化膜をドライエッチングする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の微細加工するドライエッチング装置および配線等をドライエッチング加工して半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細加工を行う技術の１つにドライエッチング技術がある。ドライエッチングでは、エッチングガスを真空容器に導入し、このガスに高周波バイアスもしくはμ波を印加してプラズマを発生させ、エッチングガスをプラズマ化し、プラズマ中で生成した活性種およびイオンによって、半導体ウエハ上に形成された多結晶Ｓｉ膜およびＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ膜等の薄膜を加工する。薄膜上にはマスクパターンを転写したレジスト膜が形成され、レジスト膜で覆われていない部分のみをドライエッチング方法で除去することにより、ウエハ上に配線や電極等の集積化された半導体デバイス構造を形成する。
ドライエッチングにおけるエッチング機構を、塩素ガスによるＳｉ膜エッチングを例に簡単に説明する。エッチング装置に導入された塩素ガスおよびプラズマで生成された塩素ラジカルがＳｉ表面に付着する。また、プラズマ中で生成された正イオンが入射することにより、表面が局所的に加熱される。この加熱により、Ｓｉが塩素と反応して反応生成物を形成し脱離する。この繰り返しによりＳｉ膜のエッチングが進む。
【０００３】
通常エッチングが行われる圧力領域では、反応生成物の平均自由行程が１ｃｍ以下でエッチング装置のサイズ（高さ２０ｃｍ程度）に比べ短いため、ウエハ表面で発生した反応生成物は、他のガス分子との衝突による拡散過程を経る。このため、反応生成物は、ウエハに入射する確率を持つ。入射した反応生成物が付着すると、エッチングの進行が妨げられることになる。この反応生成物の入射フラックスがウエハ面内で分布を持つ場合、入射の多いところではエッチング速度が低下するため、ウエハ面内で均一なエッチングを行うことが難しくなる。
【０００４】
ウエハ中心部と周辺部の反応生成物の入射フラックスは、中心部が反応生成物の発生部に囲まれているのに対し、周辺部はその片側のみに反応生成物の発生部がある。したがって、ウエハ中心部の反応生成物の入射フラックスは、ウエハ周辺部より多くなくなる。この結果、イオン入射量が均一なエッチング装置では、ウエハ周辺部のエッチング速度が周辺部に比べ速くなってしまう。さらに、反応生成物は、パターン側面に付着し、付着量が多いとパターンが太り、少ないとサイドエッチングが発生してしまう。したがって、加工形状をウエハ面内で均一にするには、反応生成物の入射量を均一にする必要がある。より正確には、ウエハの周辺３ｍｍ程度の領域ではチップを形成しないので、ウエハの周囲３ｍｍ程度を除いた領域で反応生成物の入射量を均一にする必要がある。
【０００５】
従来のエッチング装置では、上述の反応生成物の入射フラックスの分布制御は、ガス流れの最適化やフォーカスリングの設置等によって行われてきた。しかしながら、エッチングプロセスの低ガス圧力化により、ガス流れだけでは、均一性を改善することが難しくなってきた。また、フォーカスリングを設置してプラズマ密度に分布を持たせると、ウエハの大口径化に伴って、プラズマ密度に極度な分布が生じ、ウエハ面内にチャージ分布が発生し、半導体デバイスが破壊される確率が高くなる。さらに、ウエハ径が大きくなるに伴い、フォーカスリングの高さを高くする必要があるが、この高さを高くすると、フォーカスリングに反応生成物が付着し、異物および粉塵の原因となってしまう。すなわち、従来のエッチング装置では、１２インチ程度の大口径ウエハの均一加工が難しくなる。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１３４９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、反応生成物の再入射回数をウエハ面内で均一化することにより、ウエハ面内で均一なエッチング速度、均一な加工形状が得られるドライエッチング装置及びこのようなドライエッチング工程を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、ニアサーフェス領域の厚さを均一化することによって達成される。具体的には、大口径のウエハをエッチングする際、ウエハとウエハに対向する部材との距離を所定の値に設定して、ニアサーフェス領域の厚さの面内分布を均一化する。
【０００９】
はじめに、反応生成物の入射メカニズムについて説明する。ウエハで発生した反応生成物は、拡散過程に従って運動する。すなわち、ウエハで発生した生成物は、平均自由行程がエッチング装置のサイズに比べ１／１００程度であるため、装置内のガス分子と衝突する。この衝突により反応生成物の運動方向が変わり、その一部はウエハ方向に進むことになる。ウエハから離れる方向にその運動を維持できたとしても、再度、ガス分子と衝突することになる。この結果、反応生成物の運動方向が変化し結果として、ウエハに何回も再入射することになる。このような拡散現象により、反応生成物はウエハ近傍でその濃度が高く、ウエハから離れるに従って濃度は低くなる。拡散理論によれば、反応生成物の濃度が高い領域はウエハからウエハ半径程度までの距離になる。一方、ウエハ半径より離れると反応生成物の分布はほぼ均一で、ウエハより離れた領域の反応生成物の濃度は、反応生成物の滞在時間でほぼ決まる。このようにウエハ近傍の反応生成物濃度が滞在時間で決まる濃度よりも高くなる領域を、をニアサーフェス領域と呼ぶことにする。ニアサーフェス領域の厚さは、後述するが、ウエハ位置、ガス圧力およびガス流量に依存して変化する。
【００１０】
以上のように、反応生成物は、ニアサーフェス領域を形成することにより、ウエハに何回も再入射することになる。ニアサーフェス領域内で、反応生成物がガス分子と衝突する回数は、ニアサーフェス領域の厚さ（Ｄ）に対する平均自由行程（Ｌ）、すなわち、Ｄ／Ｌになる。１回の衝突で反応生成物がウエハ方向に向かう確率とウエハから離れる方向に向かう確率は等しいので、Ｄ／Ｌ回の衝突のうち半分がウエハに入射することになる。すなわち、再入射回数は、ニアサーフェス領域の厚さ（Ｄ）と平均自由行程（Ｌ）から、Ｄ／２Ｌとなる。
【００１１】
ウエハ対向部にガス導入用のシャワープレート構造がある場合、ガス流量が多くなると、ニアサーフェス領域が小さくなるとともに、拡散方程式によると反応生成物が再入射する回数（再入射回数）は、少なくなる。また、ガス圧力を高くすると、反応生成物の拡散係数が小さくなるため、ニアサーフェス領域は短くなる。ニアサーフェスの厚さは、ガス流量が１００ｓｃｃｍ増加すると１０％程度薄くなり、ガス圧力が、１Ｐａ増加すると５％程度薄くなる。ガス流量をＱ（ｓｃｃｍ）で表し、ガス圧力をＰ（Ｐａ）で表すと、ウエハ中心部のニアサーフェス領域の厚さＤｃは、ウエハ半径（Ｒ）に対し、概ねＤｃ＝Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）になる。再入射回数はニアサーフェス領域の厚さに比例し、平均自由行程Ｌはガス圧力に反比例するので、再入射回数（ｎ＝Ｄｃ／２Ｌ）は、ガス圧力とともに増加し、高ガス流量で少なくなる。なお、ウエハが完全な円形とは限らない。このような場合には、ウエハ半径を、ウエハの端から端までの距離で最も長い距離の半分と定義する。
【００１２】
上記ニアサーフェス領域の厚さは、ウエハ中心部では、その周囲から反応生成物が発生しているため、ニアサーフェス領域の厚さは、ウエハ半径程度になるが、ウエハ周辺部では、ウエハ外側で反応生成物の発生は無く、排気口になるため、ニアサーフェス領域の厚さは中心部の半分程度、すなわちウエハ半径の半分程度になる。ここで、１２インチウエハ（直径３００ｍｍ）でガス圧力１Ｐａ、Ｃｌ２＋ＢＣｌ３ガス流量３００ｓｃｃｍで、Ａｌのエッチングした場合の、ウエハ中心部からの距離とニアサーフェス領域との関係を図１に示す。ウエハ対向面が十分離れている場合、ニアサーフェス領域は、図１の１０１に示すようにウエハ上空に広がっている。反応生成物の再入射回数は、ニアサーフェス領域に比例する。ウエハ中心部のニアサーフェス領域が大きい領域では、再入射回数が増加し、反応生成物は被エッチング物に付着してエッチングレートが遅くなるのに対し、ウエハ周辺部ではニアサーフェス領域が小さく、再入射回数は少なく、エッチングレートは速くなる。
【００１３】
実際には、ウエハを設置するウエハテーブル（処理台）があるため、このウエハテーブルまで考慮すると、ウエハ周辺部の外側には、ウエハを定位置に設置するためにサセプタが存在するため、サセプタ表面で反応生成物が反射し、その一部がウエハ周辺部に再入射することになる。ウエハテーブルの半径がウエハ半径よりも２０ｍｍほど大きい、すなわちウエハ周辺部に幅２０ｍｍのサセプタがある場合、図１の曲線１０１に示すように、ニアサーフェス領域はウエハ中心に比ベウエハ周辺では約２／３になる。ここで、図１の、１２インチでギャップ１４０ｍｍ以上におけるニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布を示す曲線１０１は、図２の、再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線２０１に対応する。この場合、図２の曲線２０１に示すように、ウエハ周辺部の再入射回数は、ウエハ中心部の２／３程度になる。ウエハ周辺部のニアサーフェス領域では、反応生成物が戻る効果は距離が離れるに伴い小さくなる。このため、サセプタの幅１７０ｍｍ以内では、ニアサーフェス領域の厚さは、おおむねサセプタの幅の平方根に比例し、サセプタの幅が１７０ｍｍ以上では、周辺部のニアサーフェス領域の厚さは変わらなくなる。したがって、サセプタの幅１７０ｍｍ以内では、ウエハ周辺部のニアサーフェス領域の厚さＤｅは、サセプタの幅をｄで表すと、Ｄｅ＝Ｄｃ×（０．５＋ｋ√ｄ）で表される。ここで、ｋは比例定数で、ｄの単位がｃｍの時、ｋ＝０．１２になる。
【００１４】
以上述べたように、ニアサーフェス領域の厚さは、ウエハ上に分布があるため、ウエハ上での反応生成物の再入射回数はウエハ周辺部でウエハ中心部より少なくなる（図１の曲線１０１）。この結果、プラズマが均一であっても、反応生成物の入射フラックスに分布があるため、従来装置では、均一なエッチング速度で均一な加工形状を得ることが難しくなるのである。
【００１５】
そこで、不均一の原因が、ニアサーフェス領域の厚さが、ウエハ周辺で薄く中心で厚くなって、ウエハ上で不均一であるので、それを一定化することにより面内均一性を向上させることができる。
ウエハ上部が自由空間である場合、ニアサーフェス領域は、ウエハ半径程度まで広がることができるが、ウエハとウエハと対向面の距離（ギャップ）がウエハ半径よりも短かい装置構造にすると、ウエハ中心部のニアサーフェス領域は、ウエハ対向面で遮られることになる。ここで、ウエハ対向面に凹凸がある場合、その凹凸が微細なものであれば、ウエハ表面と最も近い部分がギャップである。ウエハ対向面が凹型や凸型である場合、ウエハ位置によってギャップが異なるが、各ウエハ位置でのギャップは、ウエハ中心の鉛直上のウエハ対向面までの距離である。特に断らない限り、ギャップはウエハ中心部のギャップとして説明する。
【００１６】
具体的に１２インチのウエハを用い、ギャップ１１０ｍｍと８０ｍｍにおけるニアサーフェス領域の厚さを、それぞれ図１の曲線１０２と１０３で示す。ウエハ周辺部のニアサーフェス領域Ｄｅの厚さは約８０ｍｍであるので、ギャップを８０ｍｍにし、ウエハ中心部のニアサーフェス領域を厚さを周辺部に合わせることにより、その厚さがウエハ面上で均一になる。ここで、図１のギャップ１１０ｍｍにおけるニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布を示す曲線１０２は、図２の曲線２０２に対応し、図１のギャップ８０ｍｍにおけるニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布を示す曲線１０３は、図２の曲線２０３に対応する。
【００１７】
反応生成物の再入射回数は、図１と図２の比較でわかるようにニアサーフェス領域の厚さに比例するので、プラズマが均一な場合、ウエハ周辺部のニアサーフェス領域Ｄｅと同じになるようにギャップを調整すればよいことになる。したがって、上述のニアサーフェス領域の厚さの式を基に、ガス圧力Ｐ、ガス流量Ｑ、ウエハ径Ｒを含めて定式化すると、望ましいギャップＧは、Ｇ＝Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）×（０．５＋ｋ√ｄ）で表される。均一性改善の効果は、ギャップがウエハ中心部のニアサーフェス領域の厚さより短くなる場合で、そのギャップＧ０は、Ｇ０＝Ｒ×０．９（Ｑ−１００）／１００×０．９５（Ｐ−１）になる。すなわち、Ｇ０以下のギャップで均一性が改善され、ギャップＧ程度でほぼ均一になる。さらにギャップを短くすると、圧力差の発生やプラズマの不安定化により、再び不均一になる場合がある。したがって、均一性の制御は、ＧとＧ０の間で行うことが望ましい。
次に、ウエハ径、ガス圧力、ガス流量、サセプタ幅に対する再入射回数のウエハ面内分布のギャップ依存性を図３、図４、図５および図６に示す。
【００１８】
ガス圧力を１Ｐａ、Ｃｌ２＋ＢＣｌ３ガス流量を１００ｓｃｃｍとして、プラズマ処理した場合の、再入射回数の分布と、処理台と処理台対向面の距離との関係を図３に示す。図３中の曲線３０１は、６インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、曲線３０２は、８インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、曲線３０３は、１２インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、曲線３０４は、１６インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線である。ウエハ周辺部のニアサーフェス領域は中心部に比べ２／３程度と短いので、図３の曲線３０２に示すように、８インチウエハでウエハ中心部のニアサーフェース領域の厚さをウエハ周辺部と同程度にするためには、ウエハとウエハ対向面の距離（ギャップ）がウエハ半径の２／３の７０ｍｍ程度になるように調整すればよいことがわかる。ギャップ７０ｍｍで、再入射回数はほぼ均一になる。これに対し、同じ流量で６インチウエハでは、曲線３０１に示すようにギャップを５０ｍｍ程度にすればよく、１２インチウエハ（曲線３０３）では、ギャップは約１００ｍｍで、１６インチウエハの場合、ギャップ１３０ｍｍで再入射回数はほぼ均一になると推定できる。なお、再入射回数の分布が０になるように設定する必要は必ずしもなく、分布が１０％以下、好ましくは５％以下に設定すれば均一性の効果が改善される。
【００１９】
さらに、ギャップを短くすると、ウエハ周辺部のニアサーフェス領域もウエハ対向面で遮られるようになるが、ニアサーフェス領域の厚さは、中心部と周辺部でほぼ等しくなる。したがって、ウエハとウエハ対向面の距離をウエハの半径の２／３以下にしても、ウエハ面内のガス圧力が均一に保持できる範囲内でウエハ面内の反応生成物の再入射回数の均一性が改善される。以上述べたように、ギャップをウエハとウエハ対向面の距離をウエハ半径の２／３以下にすることにより、反応生成物の入射フラックスが均一になるので、エッチング速度および加工形状がウエハ面内で均一になる。
【００２０】
しかしながら、特に平行平板型のエッチング装置を用いた場合、ギャップを極端に短く５０ｍｍ以下にすると、ウエハ面内でのガス圧力分布大きくなる。特に、数Ｐａの低ガス圧力、もしくは数百ｓｃｃｍの高ガス流量では、ガス圧力分布が大きくなり、エッチング速度、均一性の確保が難しくなる。従って、このように極端に短くしないことが好ましい。
【００２１】
ガス圧力に対する再入射回数の分布は、図４に示すように、ガス圧力の増加に伴い、ギャップを短くする必要があることが分かる。図４は、ウエハ径を１２インチ（３００ｍｍ）とし、ガス流量を３００ｓｃｃｍとした場合を示す。図４中、曲線４０１はガス圧力０．２Ｐａにおける再入射回数のウエハ面内分布、曲線４０２はガス圧力１Ｐａにおける再入射回数のウエハ面内分布、曲線４０３はガス圧力３Ｐａにおける再入射回数のウエハ面内分布、曲線４０４はガス圧力５Ｐａにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線である。ガス圧力１Ｐａ以下（曲線４０１と曲線４０２）では、ギャップ８０ｍｍで反応生成物の再入射回数は均一（分布がほぼ０％ということ）になる。ガス圧力５Ｐａ（曲線４０４）では、ギャップを約６０ｍｍとする必要がある。しかしながら、ギャップ６０ｍｍでは、ガス圧力分布が生じる場合があるため、低ガス圧で行うことが好ましい。
【００２２】
図５は、再入射回数の分布のガス圧力依存性を示す図である。図５中、曲線５０１は、ガス流量１００ｓｃｃｍにおける再入射回数のウエハ面内分布、曲線５０２は、ガス流量３００ｓｃｃｍにおける再入射回数のウエハ面内分布、曲線５０３は、ガス流量５００ｓｃｃｍにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線である。ガス流量５００ｓｃｃｍ（曲線５０３）では、ギャップを６０ｍｍにすると再入射回数の分布がなくなり均一になる。
【００２３】
再入射回数のウエハ面内分布のサセプタ幅依存性を図６に示す。図中、曲線６０１は、サセプタがない場合の再入射回数のウエハ面内分布、曲線６０２はサセプタの幅が２０ｍｍにおけるウエハ面内分布、曲線６０３はサセプタの幅が５０ｍｍにおけるウエハ面内分布、曲線６０４はサセプタの幅が１００ｍｍにおけるウエハ面内分布を示す曲線である。サセプタ幅２０ｍｍ（曲線６０２）では、再入射回数が均一になるギャップは、８０ｍｍ程度であるが、幅を５０ｍｍ、１００ｍｍと大きくすると、必要なギャップは、９０ｍｍおよび１００ｍｍと広がる。
【００２４】
８インチウエハの場合、均一性を確保するためには、ギャップを７０ｍｍ程度にすればよいが、従来の装置構造では、高密度プラズマを安定に生成することが難しい場合がある。例えば、平行平板型のエッチング装置では、３０ｍｍ以上のギャップで高密度プラズマを生成することが難しく、ギャップ７０ｍｍでは、エッチング速度が極端に遅くなってしまう。この密度の低下を補うには、密度の低下がプラズマの拡散とギャップ増大による電界強度の低下によるので、プラズマを閉じこめられる装置構造、磁場の印加によるプラズマ拡散の抑制、高周波パワーの増加による対処が必要となる。
誘導結合型の装置では、プラズマ生成部分が周辺の処理室壁側にあるため、ギャップを短くすると、特に大口径ウエハではウエハ中心部で密度が低くなり均一なプラズマの生成が難しくなる。そこで、誘導結合型のエッチング装置の場合、高周波導入アンテナの配置が中心部に近くなるような構造にする必要がある。
【００２５】
有磁場マイクロ波エッチング装置の場合、マイクロ波をエッチング処理室に伝搬し、装置周辺に設けられたソレノイドコイルによる磁場と電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によってプラズマを形成している。そのため、磁場でＥＣＲ点を制御することにより、ウエハ上の任意の位置で高密度プラズマを発生させることが、理論的には可能である。しかしながら、ウエハがウエハ対向部にあるマイクロ波導入窓に近くすると、装置そのものがマイクロ波に対する空洞共振器であるため、共振がとれにくくなり、プラズマが不安定になる。これは、マイクロ波導入窓の上部にある空洞共振器の高さを調整することで対応することができる。通常７０ｍｍ程度の共振器の高さを１５０ｍｍ程度にする必要がある。
【００２６】
これに対し、上記マイクロ波エッチング装置において、アンテナでマイクロ波を導入する場合、アンテナが共振器であるので、ギャップの間隔を自由に調整することが可能になる。ウエハの大口径化に対しては、波長が１２０ｍｍ程度のマイクロ波の場合、節の発生により均一性が確保できない場合もありうる。これに対し、波長が６００ｍｍ程度のＵＨＦ波の場合そのような問題がない。しかしながら、高周波をアンテナで導入する場合、アンテナ周辺部の電界により、イオン入射量が周辺部で多くなる場合があるので、ギャップは概ね５０ｍｍ以上にすることが望ましい。
【００２７】
上記は、ウエハ対向面がほぼ平坦でガス導入用のシャワープレート構造があり、サセプタの高さもほぼウエハの高さと同程度でその幅が２０ｍｍ程度あると想定してエッチング装置での課題解決の手段を述べた。ウエハ上のニアサーフェス領域を均一にする手段として、ウエハ対向面の中心付近とウエハの距離がウエハ周辺部に比べ広くなる構造（Ｖ型、凹型）や、ウエハ周辺部のサセプタを広げ、ウエハ半径の２／３より広いギャップで均一にする方法、ウエハ周辺部にウエハを囲むように高さのあるリング（フォーカスリング）を設置し、ウエハ半径の２／３より広いギャップで均一にする方法がある。
【００２８】
この他、シャワープレートのガス吹き出し口の位置を、ウエハ中心部上に、ウエハ直径のほぼ２／３から１／３の直径となるように寄せることによって、ガス流れによって中心部の反応生成物を押し流し、ギャップをウエハ半径の２／３より広いギャップでも、ニアサーフェス領域を均一にする方法がある。
【００２９】
エッチング速度の分布を決める因子として、反応生成物の再入射回数に着目したが、エッチング速度は、イオン電流にも依存する。その依存性は、被エッチング膜に依存する。Ａｌ膜のエッチング速度は、通常エッチングが行われるイオン電流（２から４ｍＡ／ｃｍ２）の範囲内では、ほとんど変化がないが、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜や酸化膜の場合、エッチング速度はイオン電流密度にほぼ比例する。したがって、ｐｏｌｙ−Ｓｉや酸化膜エッチングについては、反応生成物の再入射回数のウエハ面内分布にあわせてイオン電流密度のウエハ面内分布を凸型分布に成形することで、エッチング速度をウエハ面内で均一にする方法がある。
【００３０】
イオン電流密度の分布制御はプラズマを発生手段によって異なる。具体的には、２つ以上のソレノイドコイルを有する有磁場マイクロ波エッチング装置や有磁場ＵＨＦ波エッチング装置の場合、磁場プロファイル制御することにより、イオン電流密度のウエハ面内分布を制御する。磁場プロファイルを凹型にするとウエハ周辺部がプラズマから離れるため、凸型分布になる。２ターン以上のコイル型アンテナを有する誘導結合型の装置の場合、１番目と２番目のアンテナの径が異なり、１番目と２番目のターンに異なった電流を印加する手段等により、イオン電流密度の分布を制御する。内径が小さい方のアンテナの電流を多くすると、イオン電流密度は凸型になる。
【００３１】
上述の発明を完成させてから公知例調査を行った結果、公知例である特開平９−１３４９０６号が見いだされた。この公知例には、直径２００ｍｍのウエハをエッチングする装置で、上部電極とこの上部電極に対向するウエハを保持するサセプタとの距離が７０ｍｍとして、ＳｉＮ膜に対してＳｉＯ２膜を選択的にエッチングすることが記載されている。しかし、本願発明のように、ウエハの口径とギャップ距離との関係については示唆されていない。
【発明の効果】
【００３２】
上記構成によって、反応生成物の入射フラックスをウエハ面内で均一化することにより、ウエハ面内で均一なエッチングを達成することができる。
さらに、本発明により、ウエハ面内でのパターンでの加工精度が向上、すなわち形状の面内差が低減するため、半導体デバイスの配線抵抗および容量のばらつき、ゲート長のばらつきが無くなり、デバイス特性のばらつきの少ない、半導体デバイスの量産化が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施例１）
本発明に用いるドライエッチング装置を図７に示す。この装置ではエッチング処理室１にエッチングガスを導入し、マイクロ波発生器２において８００ＭＨｚから２．４５ＧＨｚの間の高周波を発生させ、この高周波を導波管３、空洞共振器４を通しエッチング処理室１に輸送してガスプラズマを発生させる。空洞共振器は、５０ｍｍから２００ｍｍの間で任意にその高さを調整できる構造になっている。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル５をエッチング処理室周辺に２つ配置し、８７５ガウスの磁場が処理台のほぼ真上にくるように３つのコイル電流を制御し、電子サイクロトロン共鳴を用いて高密度プラズマを発生させる。エッチング処理室１には処理台７があり、この上に被処理物（ウエハ）６を設置して、ガスプラズマによりエッチング処理する。プラズマ密度は、マイクロ波のパワーで制御し、イオン電流密度は０．５ｍＡ／ｃｍ２から２０ｍＡ／ｃｍ２の範囲で制御できる。処理台の位置は、シャワープレート１４からの距離が１０ｍｍから２００ｍｍの間で調整できる構造になっている。エッチングガスは、ガス流量制御装置１９を通してシャワープレート１４よりエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ１７によりエッチング処理室１の外に排気される。シャワープレートには、中心部直径１７０ｍｍの中にガス導入用の１ｍｍ径ガス吹き出し口１１が設けられている。被処理物を設置する処理台７には高周波電源１２を備え、４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚまでの高周波バイアスを、処理台の中にある金属電極７に印加きる。金属電極と被処理物６の間には、被処理物を電気的に処理台に密着させるように静電チャック９が設けられている。さらに被処理物６の周辺には、処理台のプラズマから保護、被処理物の搬送をスムーズに行えるように、幅約２０ｍｍのサセプタ１０が設けられている。
この装置に、被処理物として８インチシリコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚さ約５００ｎｍの酸化ケイ素膜、約１００ｎｍの下部ＴｉＮ膜、約４００ｎｍのＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜、約１００ｎｍの上部ＴｉＮ膜およびマスクパターンを転写したレジストマスクが形成されている。レジストマスクのパターン幅は、２００ｎｍである。このウエハをエッチング装置に搬送し、エッチングガスとして、塩素ガス７０ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素ガス３０ｓｃｃｍをエッチング装置に導入し、全圧が２ＰａになるようにしてＴｉＮ膜およびＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜の一括エッチングを行う。エッチング時の処理台の温度を５０℃とし、マイクロ波パワーは２．４５ＧＨｚで１０００Ｗ、ウエハに印加する高周波バイアスは、８００ｋＨｚで１００Ｗ（０．３Ｗ／ｃｍ２）印加する。エッチングは上部ＴｉＮ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金、下部ＴｉＮの順番でエッチングされ、ＴｉＮ膜の平均エッチング速度は約４００ｎｍ／ｍｉｎ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜は約８００ｎｍ／ｍｉｎで、レジストのエッチング速度は約３００ｎｍ／ｍｉｎである。多層膜がエッチングされた後、さらに、加工を確実なもの（ショートや残膜がない）にするため、エッチング時間に対し約３０％のオーバーエッチングを行う。空洞共振器の高さは、処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）が１９０ｍｍでは５５ｍｍ、ギャップが１００ｍｍでは９５ｍｍ、ギャップ７０ｍｍでは１２５ｍｍと、ギャップを短くすると、それに比例して空洞共振器の高さを高くしている。この装置では、プラズマ密度に分布があるため、イオン電流密度はウエハ周辺で中心部の約１割減になる。ウエハ中心では、約２．５ｍＡ／ｃｍ２、周辺では、約２．３ｍＡ／ｃｍ２である。
【００３４】
処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）が約１９０ｍｍでは、ウエハ周辺部（ウエハ端から３ｍｍ内側）のＡｌエッチング速度は、約９００ｎｍ／ｍｉｎ、ウエア中心部は、約７００ｎｍ／ｍｉｎとなり、ウエハ周辺部で中心部の約１．３倍エッチング速度が速くなる。エッチング速度の均一性で±１３％になる。このため、ウエハ周辺部では、実効的なオーバーエッチング時間が長くなり、レジストの削れ量、下地酸化膜の削れ量が大きくなってしまう。さらに、加工形状は、ウエハ周辺部に比ベウエハ中心部で太り、順テーパ形状になる。孤立ラインのＣＤバイアスのウエハ面内差は、１００ｎｍ程度である。
【００３５】
処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）をウエハ半径（１００ｍｍ）以下にすると、ウエハ中心部のエッチング速度が速くなり、ギャップ８０ｍｍでエッチング速度の面内分布は±５％以下になり、ギャップを約７０ｍｍにすると、ウエハ中心のエッチング速度はほぼ９００ｎｍ／ｍｉｎになり均一なエッチング速度が得られる。加工形状についても、ウエハ中心部と周辺部でほぼ同様な加工形状になる。さらに距離を５０ｍｍより短くすると、ウエハ中心部の圧力が周辺部に比べ高くなり、ウエハ中心のエッチング速度が周辺部より速くなってしまう。ギャップ５０ｍｍの均一性は、ギャップ７０ｍｍから急激に上昇し±６％程度になる。ガス圧力を約５Ｐａまで上げても同様な効果が得られる。５Ｐａでは、ギャップ６０ｍｍ程度でエッチング速度の均一性は、±３％程度になる。
【００３６】
メタル配線加工では、ギャップをウエハ半径からウエハ半径の１／２程度で均一性が改善され、望ましいギャップはウエハ半径の３／５から４／５である。
被エッチング膜が多結晶シリコン膜の場合においてもメタル膜と同様である。
【００３７】
ただし、ガス種が異なり、反応生成物の発生量はメタル配線加工に比べ少ない点、エッチング速度がイオン電流密度に依存する点が異なる。導入ガスとして塩素ガス３０ｓｃｃｍ、臭化水素ガス４６ｓｃｃｍおよび酸素ガス６ｓｃｃｍを用い、ガス圧力０．８Ｐａ、マイクロ波パワー６００Ｗ、ＲＦバイアス６０Ｗ、ウエハ温度０℃とした場合、多結晶シリコン膜の平均エッチング速度は、約３００ｎｍ／ｍｉｎになる。イオン電流密度は、ウエハ中心で約１．５ｍＡ／ｃｍ２、周辺部で約１．３ｍＡ／ｃｍ２である。反応生成物の発生量が少なく、ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチング速度はイオン電流密度に敏感であることから、ギャップ２００ｍｍにおけるエッチング速度の均一性は、メタル配線よりも良く、±６％程度で周辺高になる。しかしながら、ウエハ面内における形状差があり、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の膜厚が３００ｎｍの場合、ゲート電極の太り（ＣＤバイアス）は周辺に比べ中心で５０ｎｍ程度太り量が大きくなる。シャワープレートとウエハの距離（ギャップ）を１００ｍｍ以下で均一性の改善が見られ）ギャップ９０ｍｍで均一性は±５％以下になり、ギャップ８０ｍｍでエッチング速度は均一になる。さらにギャップを短くすると、ウエハ中心部のエッチング速度が周辺よりも速くなる。ギャップ６０ｍｍでは、エッチング速度の均一性は、±４％であるが、ギャップを５０ｍｍ以下にすると均一性は±５％を越える。加工形状については、ギャップ８０ｍｍでウエハ面内でほぼ均一な形状が得られる。ギャップ９０ｍｍから７０ｍｍの間で形状の均一性は、１０ｎｍ以下になる。加工形状の均一性は、ギャップ１００ｍｍから５０ｍｍで改善される。ガス圧力を下げ０．１Ｐａとしても、塩素の分圧が小さくなるため、エッチング速度は約２５０ｎｍ／ｍｉｎに低下するが、同様な効果が得られる。さらに、ガス圧力を下げると、ガス分子の平均自由行程が長くなるため、処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）を短くしても均一性は十分に改善されない。
【００３８】
ｐｏｌｙ−Ｓｉエッチングの場合、ギャップをおおむねウエハ半径からウエハ半径の３／５程度にすることで均一性が改善され、望ましいギャップはウエハ半径の７／１０から９／１０である。
【００３９】
（実施例２）
次に図８の装置を用いた別の実施形態について説明する。この装置ではエッチング処理室１にエッチングガスを導入し、高周波電源８１において生成した３００ＭＨｚから９００ＭＨｚの間の高周波をアンテナ８２からエッチング処理室１に導入してガスプラズマを発生させる。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル５をエッチング処理室周辺に３つ配置し、０から３２０ガウスの間の磁場が処理台のほぼ真上にくるように２つのコイル電流を制御し、エレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて電子密度が１０１０個／ｃｍ３以上の高密度プラズマを発生させる。エッチング処理室１には処理台７があり、この上に被処理物６を設置して、ガスプラズマによりエッチング処理する。エッチングガスは、ガス流量制御装置１９を通してシャワープレート１４よりエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ１７によりエッチング処理室１の外に排気される。
【００４０】
シャワープレートには、中心部直径２３０ｍｍの中にガス導入用のガス吹き出し口１１が設けられている。被処理物を設置する処理台６には高周波電源１２を備え、４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚまでの高周波バイアスを印加きる。処理台の位置は、シャワープレートからの距離が１０ｍｍから２００ｍｍの間で調整できる構造になっている。
【００４１】
この装置に、被処理物として１２インチシリコンウエハ（直径３００ｍｍ）を搬送する。このシリコンウエハ上には厚さ約５００ｎｍの酸化ケイ素膜、約５０ｎｍの下部ＴｉＮ膜、約４００ｎｍのＡｌ−Ｃｕ合金膜、約１００ｎｍの上部ＴｉＮ膜およびマスクパターンを転写したレジストマスクが形成されている。レジストマスクのパターン幅は、１５０ｎｍである。このウエハをエッチング装置に搬送し、エッチングガスとして、塩素ガス１５０ｓｃｃｍ、三塩化ホウ素ガス５０ｓｃｃｍおよびクロロホルムガス２ｓｃｃｍをエッチング装置に導入し、全圧が１ＰａになるようにしてＴｉＮ膜およびＡｌ−Ｃｕ合金膜の一括エッチングを行う。エッチング時の処理台の温度を４０℃とし、マイクロ波パワーは４５０ＭＨｚで１２００Ｗ、ウエハに印加する高周波バイアスは、８００ｋＨｚで２００Ｗ印加する。ウエハの真上４０ｍｍの位置で磁場強度が１６０ガウス、その位置における磁場勾配が４ガウス／ｃｍとなるようにコイル電流を調整する。エッチングは上部ＴｉＮ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金、下部ＴｉＮの順番でエッチングされ、ＴｉＮ膜の平均エッチング速度は約４００ｎｍ／ｍｉｎ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜は約８００ｎｍ／ｍｉｎで、レジストのエッチング速度は約２５０ｎｍ／ｍｉｎである。多層膜がエッチングされた後、さらに、加工を、ショートや残膜がない、確実なものにするため、エッチング時間に対し約３０％のオーバーエッチングを行う。この装置では、プラズマはほぼ均一であり、ウエハ面内でほぼ均一なイオン電流密度になる。
【００４２】
処理台とシャワープレートの距離が約２００ｍｍでは、ウエハ周辺部のＡｌエッチング速度は、約９００ｎｍ／ｍｉｎ、ウエア中心部は、約６５０ｎｍ／ｍｉｎとなり、ウエハ周辺部で中心部の約１．４倍エッチング速度が速くなる。このため、ウエハ周辺部では、実効的なオーバーエッチング時間が長くなり、レジストの削れ量、下地酸化膜の削れ量が大きくなってしまう。さらに、ウエハ中心部では、反応生成物の再入射が大きいため、加工形状は、ウエハ周辺部に比べ中心部の孤立ラインが１５０ｎｍ程度太り量（ＣＤバイアス量）が大きくなってしまう。
【００４３】
処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）を１５０ｍｍ（ウエハ半径）以下にすると、ウエハ中心部のエッチング速度が速くなる。このギャップを１００ｍｍとするとウエハ面内のエッチング速度はほぼ均一で、約９００ｎｍ／ｍｉｎになる。ギャップ９０ｍｍから１２０ｍｍでエッチング速度の均一性は±５％以下になる。をさらにギャップを７０ｍｍ以下に短くすると、ウエハ面内の圧力差が増加し中心部のエッチング速度が周辺部に比べ大きくなってしまう。
【００４４】
メタル配線の加工では、ギャップをウエハ半径からウエハ半径の１／２程度で均一性が改善され、望ましいギャップは、ウエハ半径の３／５から４／５である。
ガス流量を大きくすると、ガス流れによって反応生成物が押し流される効果が働く。このため、ニアサーフェス領域は、ガス流量を高くするとその厚さが短くなることが期待できる。具体的には、シャワープレートのガス吹き出し口の位置をウエハ中心部に寄せることにより、ウエハ中心部のニアサーフェス領域の厚さが薄くなる。シャワープレートの中心部直径２３０ｍｍ内にあるガス吹き出し口を、中心部直径１５０ｍｍ内のみにして、上記と同様のエッチングを行う。処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）を１５０ｍｍ以下にすると、ウエハ中心のエッチング速度が速くなりはじめる。ウエハ中心部のガス流れの効果により、ギャップを約１３０ｍｍにするとほぼ均一なエッチング速度分布が得られる。
【００４５】
シャワープレートのガス吹き出し口の位置を中心部直径１００ｍｍから２００ｍｍでほぼ同様な効果が得られる。しかしながら、ガス吹き出し口の位置を中心部直径を１００ｍｍより小さくすると、ウエハ中心部にガス流れが集中するため、ウエハ中心部のエッチング速度が周辺部より速くなってしまう。逆に２００ｍｍを越えるとガス流れがウエハ中心部にほとんど集中しないため、流れによるニアサーフェス領域の変化はほとんど生じない。８インチウエハを用いる場合、処理台とシャワープレートの距離はウエハ半径以下で、シャワープレートのガス吹き出し口の位置は、約６５ｍｍから約１４０ｍｍで同様な効果が得られる。シャワープレートのガス吹き出し口の位置は、直径がウエハ直径の２／３から１／３の中心部の円内に設けることにより、エッチング速度のウエハ面内均一性が改善される。
直径４００ｍｍのシリコンウエハを用いた場合、処理台とシャワープレートの距離（ギャップ）が２００ｍｍ以下で同様な効果が得られ、ギャップ１２０ｍｍから１６０ｍｍで、ウエハ面内でほぼ均一なエッチング速度、加工形状が得られる。
【００４６】
１２インチウエハ上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチングの場合、導入ガスとして塩素ガス５０ｓｃｃｍ、臭化水素ガス１００ｓｃｃｍおよび酸素ガス１０ｓｃｃｍを用い、ガス圧力０．４Ｐａ、ＵＨＦ波パワー８００Ｗ、ＲＦバイアスは４００ｋＨｚで１００Ｗ、ウエハ温度０℃とした場合、多結晶シリコン膜の平均エッチング速度は、約３００ｎｍ／ｍｉｎになる。均一性は約±７％である。
ギャップは１４０ｍｍから１００ｍｍで、エッチング速度、加工形状ともにほぼ均一になり、ギャップ１５０ｍｍから８０ｍｍの間で均一性改善の効果が得られる。
【００４７】
（実施例３）
図９に示す装置を用いた場合を、本実施例に示す。図９に示す装置では、シャワープレート９１のガス吹き出し部分が下側（ウエハ側）につきだした構造をしてる。その他の構成は実施例２と同様である。本装置でもウエハとガス吹き出し部の距離（ギャップ）を制御することにより、ニアサーフェス領域の制御が行え、１２インチウエハの場合、ギャップ１００ｍｍ程度でウエハ面内で均一なエッチングが行える。しかしながら、ギャップを６０ｍｍ程度にすると、中心部のガス圧力が周辺より高くなり、エッチング速度の均一性は±５％以上になってしまう。従って、１２インチのウエハをエッチングする場合、ギャップを６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４８】
（実施例４）
図１０に示す装置を用いた場合を、本実施例に示す。図１０の装置では、別の排気口９２を設け、排気効率を高めている。その他の構成は実施例２で用いた装置と同様である。この装置では、ウエハ周辺部の排気効率が中心部に比べ高くなるため、図８の装置に比べウエハ周辺部のニアサーフェス領域の厚さが、１０％程度小さくなる。このため、１２インチウエハでは、ギャップ９０ｍｍ程度でエッチング速度、加工形状が均一になる。
図１０の装置では、装置の上部に排気口９２を設けたが、装置の横部に設けても、効果は同様である。また、３つ以上の排気口を設けた場合も、効果は同様である。
このように、排気口を複数設ける場合には、ギャップをウエハ径の０．３倍以上０．６倍以下とすれば面内均一性が向上する。
【００４９】
（実施例５）
図１１に示す装置を用いた場合を、本実施例に示す。図１１の装置は図８の装置のサセプタ上にフォーカスリング９３を設置した構造で、フォーカスリングによってニアサーフェス領域はフォーカスリングの高さ分高くなり、ウエハ周辺部のニアサーフェス領域の厚さが特に厚くなる。高さ２０ｍｍのフォーカスリングを設置する場合、１２インチウエハでは、１２０ｍｍでほぼ均一なエッチングが行える。フォーカスリングの効果は、１２インチウエハでギャップが１５０ｍｍ以下では、概ねフォーカスリング高さの分だけ、ギャップを短くしたエッチング特性が得られる。すなわち、課題を解決するための手段で述べたＧおよびＧ０の値は、ほぼフォーカスリングの高さ分だけ、高くなる。
ギャップ１００ｍｍでフォーカスリングの高さを５０ｍｍ以上にすると、ガスの流れが滞り、フォーカスリング内側で粉塵が発生しやすくなる。ギャップ１５０ｍｍでは、７５ｍｍ以上で粉塵が発生しやすい。フォーカスリングの高さは、概ねギャップの半分以下であるこのが望ましい。すなわち、ギャップとの相関で、フォーカスリングの高さは、１２インチウエハの場合、７５ｍｍ以下であることが望ましい。
このように、フォーカスリングは、その高さをウエハ直径の１／４以下、ウエハの高さ以上とすることによって、ウエハ面内均一性の効果を高めることができる。
【００５０】
（実施例６）
本発明に用いるドライエッチング装置を図１２に示す。この装置では図８のエッチング装置のアンテナ部が処理室内に設置された構造で、アンテナ９４はシャワープレートを有している。
この装置に、被処理物として１２インチシリコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚さ０．１μｍの窒化ケイ素膜（窒化膜）、その上に厚さ１．５μｍの酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されその上部にはマスクパターンを転写したレジストマスクが形成されている。レジストマスクには、１５０ｎｍ径のホールが形成されている。
【００５１】
この装置に、Ａｒガスを３００ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ガスを１２ｓｃｃｍおよび酸素ガスを８ｓｃｃｍガス導入口より処理室に導入しガス圧力を２Ｐａにする。
４５０ＭＨｚ、２ｋＷの高周波をアンテナよりエッチング処理室１に導入し、ガスプラズマを生成する。処理台に２ＭＨｚ、２．４ｋＷのバイアスを印加し、酸化膜をエッチングする。プラズマ密度は、５×１０１１／ｃｍ３で、イオン電流密度は７ｍＡ／ｃｍ２程度である。イオン電流密度は、ウエハ面内でほぼ均一である。
【００５２】
この条件で、ギャップが１５０ｍｍの場合、酸化膜のエッチング速度は約７５０ｎｍ／ｍｉｎで、レジストに対する選択比は１０、下地の窒素化膜に対する選択比は、ウエハ周辺部で１０である。酸化膜のエッチング速度は、イオン電流で決まるので、ウエハ面内分布は、±４％程度であるが、窒化膜は、Ｆラジカルでエッチングされ、ＣＦｘラジカルでエッチングが抑制される。レジスト生成物はＣＦｘの組成に近いため、窒化膜のエッチング速度は、レジスト生成物の再入射量に依存する。窒化膜のエッチング速度は、ウエハ周辺部ではレジスト生成物の再入射量が少ないため、ウエハ中心部に比べ周辺部で倍程度になる。また、中心部では、レジスト生成物が過剰になり、加工形状は順テーパになってしまう。しかし、ギャップを１２０ｍｍから７０ｍｍの間にするとニアサーフェス領域の厚さが、ウエハ中心部で薄くなり、均一性が改善される。さらに、ギャップ１００から７５ｍｍで窒化膜のエッチング速度がほぼ均一になり、加工形状もほぼ均一になる。
なお、酸化膜の加工において望ましいギャップは、ウエハの半径の２／３から１／２程度である。
【００５３】
（実施例７）
本発明のドライエッチング方法による半導体装置の製造を本実施例に示す。図１３に、ゲート酸化膜９０３及びゲート電極である、多結晶Ｓｉ膜９１０、Ｗ膜９１１からなる電界効果型トランジスタ構造９１４、およびコンデンサー９１２、第一の配線層９１３を有する半導体装置の断面概念図を示す。図中、９０１はシリコン基板、９０２は素子分離用ＳｉＯ２膜、９０４は窒化ケイ素膜、９０５は層間絶縁用ＳｉＯ２膜、９０６は上部ＴｉＮ膜、９０７はＡｌ−Ｃｕ合金膜、９０８は下部ＴｉＮ膜、９０９はコンタクトホール、９１３はメタル配線を示す。
本構造体を、１２インチウエハ上に本発明のドライエッチング方法で加工する。
【００５４】
トランジスタ部９１４には、不純物としてＰがドーピングされた多結晶Ｓｉ膜９１０とＷ膜が積層構造になったゲート電極がある。この電極の加工を実施例２で示したエッチング装置図８を用いて加工する。ゲート電極の幅は、約１５０ｎｍである。エッチング装置のギャップを１３０ｍｍとし多結晶Ｓｉ膜とＷの積層膜を実施例２で示したｐｌｏｙ−Ｓｉ膜の加工条件、すなわち、塩素ガス、臭化水素ガス、酸素ガスを用いる条件でエッチングする。ただし、Ｗのエッチング時は、塩素ガス流量を１２０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量を２０ｓｃｃｍとし、ウエハ温度を１００℃とする。なお、マスク材料はＳｉＯ２を用いる。
コンタクトホール部９０９の加工については、ＳｉＯ２膜の孔加工に図１２に示す装置を用いる。ホール上部の径は１７０ｎｍ程度で、狭い部分は、約８０ｎｍである。ギャップを８０ｍｍとし、エッチングを行う。エッチング条件は、実施例６で示した酸化膜のエッチング条件と同じ条件を用いる。マクス材は、有機レジストマスクである。
配線層９１３の加工については、図８の装置を用いる。配線の幅は、約２５０ｎｍで、ＴｉＮ膜、Ａｌ−Ｃｕ合金膜およびＴｉＮ膜の３層構造である。ギャップを１００ｍｍとし、シャワープレート径を２３０ｍｍとする。エッチング条件は、実施例２で示した１２インチウエハ上のＴｉＮ膜Ａｌ−Ｃｕ合金膜の多層膜エッチングと同じ条件を用いる。マスク材は、有機レジストである。
以上のように、ゲート電極、コンタクトホール加工および、配線加工に本発明の装置を用い、図１３に示す構造の半導体装置が製造する。各エッチング工程でウエハ面内で均一に加工されるため、半導体装置はウエハ面内で均質である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布のギャップ依存性を示す図。
【図２】反応生成物の再入射回数のウエハ面内分布のギャップ依存性を示す図。
【図３】いくつかのウエハ径に対する再入射回数のウエハ面内分布のギャップ依存性を示す図。
【図４】いくつかのガス圧力に対する再入射回数のウエハ面内分布のギャップ依存性を示す図。
【図５】いくつかのガス流量に対する再入射回数のウエハ面内分布のギャップ依存性を示す図。
【図６】いくつかのサセプタ幅に対する再入射回数のウエハ面内分布のギャップ依存性を示す図。
【図７】発明の実施の形態で用いるドライエッチング装置の断面図。
【図８】発明の実施の形態で用いる別のドライエッチング装置の断面図。
【図９】発明の実施の形態で用いる凸型のシャワープレートを有するドライエッチング装置の断面図。
【図１０】発明の実施の形態で用いるウエハ上部に排気口を有するドライエッチング装置の断面図。
【図１１】発明の実施の形態で用いるフォーカスリングを有するドライエッチング装置の断面図。
【図１２】発明の実施の形態で用いる真空アンテナを有するドライエッチング装置の断面図。
【図１３】発明の実施の形態で説明するドライエッチング方法によって加工する半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１．エッチング処理室、２．マイクロ波発生器、３．導波管、４．空洞共振器、５．ソレノイドコイル、６．ウエハ、７．ウエハテーブル、８．金属電極、９．静電チャック、１０．サセプタ、１１．ガス吹き出し口、１２．高周波電源、１３．石英チャンバー、１４．シャワープレート、１５．マイクロ波導入窓、１６．排気ポンプ、１７．排気バルブ、１８．コンダクタンスバルブ、１９．ガス流量コントローラ、２０．ゲートバルブ、２１．ウエハ搬送口、８１．高周波電源、８２．アンテナ、８３．アース電極、８４．石英、９１．凸型シャワープレート、９２．第２の排気口、９３．フォーカスリング、９４．真空アンテナ、
１０１．１２インチウエハでギャップ140mm以上におけるニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布を示す曲線、
１０２．ギャップ110mmにおけるニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布を示す曲線、
１０３．ギャップ80mmにおけるニアサーフェス領域の厚さのウエハ面内分布を示す曲線、
２０１．１２インチウエハでギャップ140mm以上における再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
２０２．ギャップ110mmにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
２０３．ギャップ80mmにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
３０１．６インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
３０２．８インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
３０３．１２インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
３０４．１６インチウエハにおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
４０１．ガス圧力0.2Paおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
４０２．ガス圧力１Paおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
４０３．ガス圧力３Paおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
４０４．ガス圧力５Paおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
５０１．ガス流量100sccmおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
５０２．ガス流量300sccmおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
５０３．ガス流量500sccmおける再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
６０１．サセプタが無い場合の再入射回数のウエハ面内分布を示す曲線、
６０２．サセプタの幅20mmにおけるウエハ面内分布を示す曲線、
６０３．サセプタの幅50mmにおけるウエハ面内分布を示す曲線、
６０４．サセプタの幅100mmにおけるウエハ面内分布を示す曲線。
【図１】
2005286344.tif 000003
【図２】
2005286344.tif 000004
【図３】
2005286344.tif 000005
【図４】
2005286344.tif 000006
【図５】
2005286344.tif 000007
【図６】
2005286344.tif 000008
【図７】
2005286344.tif 000009
【図８】
2005286344.tif 000010
【図９】
2005286344.tif 000011
【図１０】
2005286344.tif 000012
【図１１】
2005286344.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月27日(2005.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、前記容器内に設置された直径が８インチよりも大きい被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマを発生する手段とを有し、その高さが、前記被エッチング物より高く前記被エッチング物と前記被エッチング物と対向する面との距離の半分以下のフォーカスリングと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２】
請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置において、
前記高さは、前記被エッチング物の直径の１／４以下であることを特徴とする第１項記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
容器と、前記容器内に設けられた、被エッチング物を設置する台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマ化する手段と、前記エッチングガスを排出する排気口とを有し、前記排気口は複数設けられ、前記被エッチング物と前記被エッチング物と対向する面との距離は、前記被エッチング物の直径の０．３倍以上０．６倍以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項記載のドライエッチング装置において、
前記被エッチング物の直径は１２インチ以上であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項５】
容器と、前記容器内に設置された直径が８インチよりも大きい被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスのプラズマを発生する手段とを有し、前記エッチングガスを導入する手段は、複数の導入口を有するシャワープレート状であって、前記被処理物の対向する面に、前記被処理物方向に向かって凸状に設けられ、前記被処理物と前記シャワープレートの間隔が、前記被処理物の直径の１／２以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項６】
請求の範囲第５項記載のドライエッチング装置において、
前記被処理物の直径は１２インチ以上であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項７】
請求の範囲第５項または第6項記載のドライエッチング装置において、
前記間隔は６０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項８】
請求の範囲第５項から第７項のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、
前記複数の導入口は、前記被処理物の略中心部に設けられ、前記複数の導入口の全体の直径は、前記被処理物の直径の１／３以上２／３以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項９】
請求の範囲第５項から第８項のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、
前記プラズマを発生する手段は、ＵＨＦ帯の電力を印加する手段であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１０】
請求の範囲第５項から第９項のいずれか１項に記載のドライエッチング装置において、
前記被処理物は、表面にメタル膜が形成された被処理物であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１１】
容器と、前記容器内に設置された直径が８インチよりも大きい被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスをプラズマを発生する手段とを有し、前記被処理物は、直径が１２インチのウエハで、前記台と前記台との対抗する面の間隔が５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載のドライエッチング装置において、
前記容器内にエッチングガスを導入する手段は、複数のガス導入口からエッチングガスを導入する手段であり、前記複数の導入口の全体の直径は、前記ウェハの直径の１／３以上２／３以下であることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項１３】
容器と、前記容器内に設置された被処理物を設置するための台と、前記容器内にエッチングガスを導入する手段と、前記エッチングガスを電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させる手段とを有し、前記被処理物は直径が１６インチのウェハで、前記台と前記台との対抗する面の間隔が５０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とするドライエッチング装置。