(57)【要約】【課題】    異物の付着を抑制して、良好な加工形状を得ることのできるプラズマエッチング処理装置を提供する。【解決手段】  処理室内に高周波電界を印加し、処理室内に導入したエッチングガスを解離してプラズマを形成し、試料裁置電極１０７上に載置した試料にエッチング処理を施すプラズマエッチング処理装置において、前記試料載置電極１０７上の試料を載置する領域の外周部にカーボンを含む材料により形成した試料台リング１１２を配置した。【選択図】  図１
2005259805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に高周波電界を印加し、処理室内に導入したエッチングガスを解離してプラズマを形成し、試料裁置電極上に載置した試料にエッチング処理を施すプラズマエッチング処理装置において、
前記試料載置電極上の試料を載置する領域の外周部にカーボンを含む材料により形成した試料台リングを配置したことを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項２】
処理室内に高周波電界を印加し、処理室内に導入したエッチングガスを解離してプラズマを形成し、試料裁置電極上に載置した試料にエッチング処理を施すプラズマエッチング処理装置において、
前記試料載置電極上の試料を載置する領域の外周部に試料台リングを配置し、該試料台リングに高周波バイアス電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項３】
処理室内に高周波電界を印加し、処理室内に導入したエッチングガスを解離してプラズマを形成し、試料裁置電極上に載置した試料にエッチング処理を施すプラズマエッチング処理装置において、
前記試料載置電極上の試料を載置する領域の外周部にカーボンを含む材料により形成した試料台リングを配置し、該試料台リングに高周波バイアス電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマエッチング処理装置において、
前記試料台リングは前記試料載置電極上に誘電体製リングを介して載置し、前記高周波バイアス電圧は試料載置電極から前記誘電体製リングを介して印加することを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマエッチング処理装置において、
前記誘電体製リングの寸法または材質を調整して、前記試料台リングに印加する高周波バイアス電圧を調整することを特徴とするプラズマエッチング処理装置。
【請求項６】
処理室内に高周波電界を印加し、処理室内に導入したエッチングガスを解離してプラズマを形成し、該プラズマにより試料裁置電極上に載置した試料にエッチング処理を施すプラズマエッチング処理方法において、
前記試料載置電極上の試料を載置する領域の外周部にカーボンを含む材料により形成した試料台リングを配置し、該試料台リングに前記試料の被エッチング面積に応じた高周波バイアス電圧を印加することを特徴とするプラズマエッチング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング処理装置及び処理方法に係り、特に、良好な加工形状を得ることのできるプラズマエッチング処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高速化、高集積化に伴い、デバイスを構成する配線は微細化し、更に配線の低抵抗化のために配線材料はＣｕへ移行している。しかし、配線材料としてＣｕを採用する場合、そのドライエッチングは技術的に困難である。
【０００３】
このため、Ｃｕ配線の周囲に位置する層間絶縁膜に予めエッチングを施した後、メッキ処理等によりＣｕを埋め込み、平坦化ＣＭＰ (Chemical Mechanical Polishing）処理して、余分なＣｕを削りとって配線パターンを形成する、いわゆるダマシン（Damascene）技術が採用される。
【０００４】
ところで、半導体デバイス製造工程では、たとえば成膜、エッチング、アッシングなどの微細加工プロセスにおいてプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置による加工プロセスは、処理室内に導入したプロセスガスをプラズマ発生手段によりプラズマ化し、半導体ウエハ表面で反応させて微細加工を行うとともに、揮発性の反応生成物を排気することにより、所定の処理を行うものである。
【０００５】
このプラズマ処理プロセスでは、処理室内部を構成する材料、ウエハの温度、あるいは処理室内部を構成する材料表面への反応生成物の堆積状態がプロセスに大きな影響を及ぼす。また、処理室内部に堆積した反応生成物が剥離すると、異物の発生原因となり、素子特性の劣化や歩留まりの低下につながる。このため、プラズマ処理装置においては、プロセスを安定に保ち、更に異物の発生を抑制するため、処理室内部温度や処理室表面への反応生成物の堆積を制御し、反応生成物を迅速に排気することが重要である。
【０００６】
例えば、特許文献１には、プラズマ処理装置のクランプリング及びフォーカスリングに加熱手段を備え、該手段により、プラズマ処理により生じる反応生成物が付着しない温度に昇温・維持することが示されている。加熱手段としては抵抗発熱体を用い、この加熱手段により反応生成物の付着を防止することにより、反応生成物の剥離や被処理基板への異物の付着を低減している。
【０００７】
また、図４は従来のＵＨＦ波を用いたＥＣＲプラズマエッチング装置を説明する図である。図４において、１００は処理室、１０１は上部アンテナ、１０２は高周波電源、１０３はマッチング・フィルタ回路、１０４は磁場発生用コイル、１０５はプラズマ、１０６は側壁スリーブ、１０７はウエハ載置電極、１０８は試料となるウエハ（被処理基板）、１０９マッチング・フィルタ回路、１１０はＲＦバイアス電源、１１１はリング、１１２は半導体製の試料台リング、１１３はアルミナ製リング、１１５はターボ分子ポンプである。
【０００８】
図４に示すように、ターボ分子ポンプ１１５により真空排気した処理室１００内にエッチングガスを供給する。エッチングガスは、図示しないボンベからガス配管、マスフローコントローラ等を介して処理室にシャワー状に供給する。このとき、供給するエッチングガスの圧力は可変バルブにより所望の値に調整する。
【０００９】
また、高周波電源１０２（例えば、周波数４５０ＭＨｚのＵＨＦ電源および周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源）から発生した高周波は、マッチング・フィルタ回路１０３及び上部アンテナ１０１を介して処理室１００内に導入する。これにより、処理室１００の周辺に配置されたコイル１０４により形成された磁場とＵＨＦ波との相互作用により、ＥＣＲ放電が生じ、エッチングガスを解離しプラズマ１０５を形成する。
【００１０】
処理室１００内の下方に設けられたウエハ載置電極１０７上には、ウエハ１０８を載置する。ウエハ基板載置電極１０７には、例えば８００ＫＨｚのＲＦバイアス電源１１０をマッチング・フィルタ回路１０９を介して接続する。これにより、プラズマ中のイオンをウエハ１０８上に引き込み、表面に吸着したラジカルとの相互作用によるイオンアシスト反応により、異方性エッチングが進行する。エッチング進行中に生成する反応生成物は、ターボ分子ポンプ１１５により排気する。
【特許文献１】特開平５−２７５３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、プラズマ処理装置においては、エッチングにより発生する反応生成物を迅速に排気し、処理室内部を構成する部材への堆積を抑制することが必要である。
【００１２】
しかしながら、ＳｉＯ２等のハードマスクを用いた有機膜のエッチングにおいては、シリコン（Ｓｉ）系の反応生成物に起因すると推定される異物が発生する。このシリコン系異物は、ハードマスクおよび処理室内部構成部材がエッチングあるいはスパッタリングされて発生すると考えられている。発生したシリコン系異物は処理室構成部材に一定量堆積し、その後剥離することで異物となる。このようにして生成した異物はウエハに付着し、マスクととして機能することになり、例えばダマシン溝加工処理に際して、断線などの加工不良を発生させる。
【００１３】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、異物の付着を抑制して、良好な加工形状を得ることのできるプラズマエッチング処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１５】
処理室内に高周波電界を印加し、処理室内に導入したエッチングガスを解離してプラズマを形成し、試料裁置電極上に載置した試料にエッチング処理を施すプラズマエッチング処理装置において、前記試料載置電極上の試料を載置する領域の外周部にカーボンを含む材料により形成した試料台リングを配置した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以上の構成を備えるため、異物の付着を抑制して、良好な加工形状を得ることのできるプラズマエッチング処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＵＨＦ波を用いたＥＣＲプラズマエッチング装置を説明する図である。
【００１８】
図１において、１００は処理室、１０１は上部アンテナ、１０２は高周波電源、１０３はマッチング・フィルタ回路、１０４は磁場発生用コイル、１０５はプラズマ、１０６は側壁スリーブ、１０７はウエハ載置電極、１０８は試料となるウエハ（被処理基板）、１０９マッチング・フィルタ回路、１１０はＲＦバイアス電源、１１１はリング、１１２は試料台リング、１１３はリングＡ、１１４はリングＢ、１１５はターボ分子ポンプである。
【００１９】
図１に示すように、ターボ分子ポンプ１１５により真空排気した処理室１００内には、窒素（Ｎ2）及び水素（Ｈ2）の混合ガスあるいは、アンモニア（ＮＨ3）等のエッチングガスを供給する。エッチングガスは、図示しないボンベからガス配管、マスフローコントローラ及び上部アンテナ１０１表面に設けた微細な孔を介して処理室にシャワー状に供給する。このとき、供給するエッチングガスの圧力は可変バルブにより所望の値に調整する。
【００２０】
また、高周波電源１０２（例えば、周波数４５０ＭＨｚのＵＨＦ電源および周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源）から発生した高周波は、マッチング・フィルタ回路１０３及び上部アンテナ１０１を介して処理室１００内に導入する。これにより、処理室１００の周辺に配置されたコイル１０４により形成された磁場とＵＨＦ波との相互作用により、ＥＣＲ放電が生じ、エッチングガスを解離しプラズマ１０５を形成する。
【００２１】
処理室１００内の下方に設けられたウエハ載置電極１０７上には、例えば直径２００ｍｍのウエハ１０８を載置する。ウエハ基板載置電極１０７には、例えば８００ＫＨｚのＲＦバイアス電源１１０をマッチング・フィルタ回路１０９を介して接続する。これにより、プラズマ中のイオンをウエハ１０８上に引き込み、表面に吸着したラジカルとの相互作用によるイオンアシスト反応により、異方性エッチングが進行する。エッチング進行中に生成する反応生成物は、ターボ分子ポンプ１１５により排気する。
【００２２】
ウエハ載置電極１０７上に載置したウエハ１０８の外周部には、リング１１１及びカーボン成分を含む材料よりなる試料台リング１１２を配置する。また、これらのリング１１１及び１１２は、アルミナよりなるリングＡ１１３及び表面を酸化処理したアルミ材よりなるリングＢ１１４を介してウエハ載置電極１０７上に配置される。
【００２３】
ここで、例えば、前記ウエハ１０８は直径２００ｍｍ、厚み０．６ｍｍ程度であり、その外周部に配置する試料台リングの内径は２００ｍｍ強、外径は２８０ｍｍ、厚みは３ｍｍ程度である。また、リング１１１の内径は２８０ｍｍ強、外径は３００〜３５０ｍｍ、厚みは３ｍｍ程度であり、例えば半導体製のリングを用いることができる。
【００２４】
この試料台リング１１２に対するウエハ載置電極１０７側からのＲＦバイアスの洩れ量は、リングＢ１１４の材質あるいは形状を変更することにより調整できる。また、試料台リング１１２の外径（リング１１１の内径）とリングＢの外径（リングＡの内径）位置を変更することにより調整できる。これにより、有機膜に対するハードマスクの面積比率の異なるウエハのエッチングに対しても、試料台リング１１２上へのＳｉ系反応生成物の堆積が目標値と略一致するように安定的に制御することができる。
【００２５】
また、ウエハの被エッチング面積に応じてＲＦバイアスの洩れ量を調整することにより、異物発生量を管理値以下に抑制することができる。これにより、試料台リング１１２へのＳｉ系反応生成物の堆積を異物発生量が管理値以下に抑制でき、かつ、例えば、ロット毎の処理の間に実施されるクリーニングプロセスが到来するまでの間に、試料台リング１１２からのＳｉ系反応生成物の剥離が発生しないことが保証されるように制御することができる。
【００２６】
また、前記試料台リング１１２はカーボンを含む材料より形成することができる。これにより試料台リング１１２がエッチングあるいはスパッタされた場合に、処理室１００内にカーボン成分が生成される。このように、プラズマによるエッチングあるいはスパッタリングにより生成されたカーボン成分は、プラズマによって生成されたＳｉ系反応生成物であるＳｉＯと反応し、ＳｉＯ（膨張係数が小さく、付着性が低い）を還元してＳｉ（膨張係数が大きく、付着性が高い）とする。これにより、処理室側壁に堆積する反応生成物の膜を安定的に形成して膜はがれによる異物発生を抑制することができる。
【００２７】
また、反応生成物が試料台リング１１２に堆積する場合においても、イオンエネルギーによるアシストにより緻密な膜として形成されることになる。これにより処理室を構成する他の部材と比較して、より厚く、かつ安定的にＳｉ系反応生成物を堆積することができる。
【００２８】
以上説明したように、ウエハ１０８の外周に配置した試料台リング１１２をエッチングあるいはスパッタすることにより生成したカーボン成分によりＳｉＯ系反応生成物を還元してＳｉとするすることができる。これにより、ＳｉＯ系反応生成物を安定な堆積膜として堆積させることができる。また、Ｓｉ系反応生成物は試料台リング１１２のカーボン成分と容易に結合して、試料台リング１１２上に安定したＳｉ系反応生成物を堆積することができる。これによりウエハ１０８上における異物の発生と残渣の形成を抑制することができる。
【００２９】
図２は、図１に示すＥＣＲプラズマエッチング装置におけるエッチング処理条件の例を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、エッチングガスとしてＮＨ３を用い、プラズマソース電力１０００Ｗ、処理ガス圧力０．５Ｐａ、ウエハ温度２０℃、基板バイアス電力８５０Ｗで、ハードマスクを備えた有機膜（ハードマスク面積比５０％）を形成したウエハを３００枚、連続してエッチング処理した。処理したウエハを検査したところ、すべてのウエハ１０８に残渣は検出されなかった。また、異物は管理基準以下で、かつ、従来と同様な良好な加工形状が得られた。
【００３１】
なお、以上の例では、ウエハ１０８の外周部に、表面を酸化処理したアルミ材からなるリングＢ１１４を配置して、ハードマスク面積比５０％のウエハを処理する例を示した。  しかし、、ハードマスク面積比６０％のウエハを処理する場合には、前記アルミ材のリングに代えてジルコニアからなるリングを用いることができる。
【００３２】
ジルコニアからなるリングを用いる場合には、ウエハ載置電極１０７とリング１１２間のインピーダンスが高く設定されることになる。この場合にも、ウエハを３００枚、連続してエッチング処理し、処理したウエハを検査したところ、すべてのウエハ１０８に残渣は検出されなかった。また、異物は管理基準以下で、かつ、従来と同様な良好な加工形状が得られた。
【００３３】
図３は、本実施形態にかかるプラスマエッチング処理装置により得られる効果を説明する図であり、従来技術（図４に示す装置を使用）と第１の実施形態（図１に示す装置を使用）における、有機膜エッチング速度、対ＨＭ（ハードマスク）選択比、ウエハ１枚当たりの異物数（０．２０μｍ以上）、残渣の有無をそれぞれ対比して表している。
【００３４】
図３より明らかなように、本実施形態によれば、従来技術に比してエッチング速度は若干遅くなるものの実用上問題のないエッチング速度が確保される。また、対ＨＭ選択比が向上し、異物数は従来技術よりも１桁少なく、管理基準以下を容易にクリアできている。また、エッチング残渣の発生もない。このため、有機膜の特性および加工形状を劣化させることなく、異物の発生と残渣の形成を抑制することができる。
【００３５】
以上説明したように、各実施形態においては、プラズマエッチング装置において、ウエハ基板１０８の外周部にカーボン成分を含む材料よりなる試料台リング１１２を配置し、この試料台リング１１２にバイアス電圧を印加する。このとき、エッチングガスとしてＮＨ３を用いた。また、図２に示すエッチング処理条件で、ハードマスク構造の有機膜（ハードマスク面積比５０％）をもつウエハを３００枚連続してエッチング処理し、処理したウエハを検査したところ、すべてのウエハ１０８に残渣はなく、異物は管理基準以下で、かつ、従来と同様な良好な加工形状を得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るＵＨＦ波を用いたＥＣＲプラズマエッチング装置を説明する図である。
【図２】ＥＣＲプラズマエッチング装置におけるエッチング処理条件の例を示す図である。
【図３】プラスマエッチング処理装置により得られる効果を説明する図である。
【図４】従来のＵＨＦ波を用いたＥＣＲプラズマエッチング装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  処理室
１０１  上部アンテナ
１０２  高周波電源
１０３  マッチング・フィルタ回路
１０４  コイル
１０５  プラズマ
１０６  側壁スリーブ
１０７  ウエハ載置電極
１０８  ウエハ
１０９  マッチング・フィルタ回路
１１０  ＲＦバイアス電源
１１１  リング
１１２  試料台リング
１１３  リングＡ
１１４  リングＢ
１１５  ターボ分子ポンプ
【図１】
2005259805.tif 000003
【図２】
2005259805.tif 000004
【図３】
2005259805.tif 000005
【図４】
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