(57)【要約】【課題】  大口径のウエハで半導体集積回路を低いコストで生産できるプラズマ処理装置及び方法を提供する。【解決手段】  真空処理室１０１と、真空処理室１０１にガスを供給する手段と、プラズマ生成手段１０７と、ウエハ１０４を載置し電圧が印加される電極１０３とを備えるプラズマエッチング装置において、電極１０３は、その周辺部に電圧が印加される周辺部材１２１を載置しており、電極１０３に印加される電圧に対する周辺部材１２１に印加される電圧の比率が変更可能であるプラズマエッチング装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室と、該真空処理室にガスを供給する手段と、プラズマ生成手段と、ウエハを載置し電圧が印加される電極とを備えるプラズマエッチング装置において、
前記電極は、その周辺部に電圧が印加される周辺部材を載置しており、前記電極に印加される電圧に対する前記周辺部材に印加される電圧の比率が変更可能であることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマエッチング装置において、
上記周辺部材の厚さを計測するレーザ変位計を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項３】
請求項２記載のプラズマエッチング装置において、
上記レーザ変位計の出力信号を演算処理し、上記電極に印加される電圧に対する上記周辺部材に印加される電圧の比率を制御する回路を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項４】
請求項３記載のプラズマエッチング装置において、
上記レーザ変位計の変位量と、上記電極に印加される電圧に対する上記周辺部材に印加される電圧の比率との好適特性関数データを有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項５】
プラズマを生成し、ウエハを載置した電極に電圧を印加してウエハをプラズマエッチングする方法であって、
前記電極は、その周辺部に電圧が印加される周辺部材を載置しており、前記ウエハ上にアスペクト比が５以上である穴あるいは溝形状を加工する際、前記電極に印加される電圧に対する前記周辺部材に印加される電圧の比率を、ウエハ上での穴あるいは溝の加工形状結果を参照して設定することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
請求項５記載のプラズマエッチング方法において、
ウエハ上にアスペクト比が５以上である穴あるいは溝形状を加工する際、上記電極に印加される電圧に対する上記周辺部材に印加される電圧の比率を、該周辺部材の厚さを参照して設定することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマエッチング方法において、
上記周辺部材の厚さを参照する方法がレーザ変位計による厚さの計測であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【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装置及び方法であり、半導体集積回路の加工に用いられるプラズマ処理装置及び方法、特にプラズマエッチング装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度情報化社会を支える半導体デバイスは微細化、高集積化が急速に進み、最近では寸法の微細化のみならず深さ方向の空間利用によって密度を高めた構造が用いられるようになってきている。このためエッチング加工では深い穴や溝の加工が求められるようになってきている。これらの深い溝や穴の加工では、電極を通じてウエハに印加するバイアス電圧を通常より高めることによりエッチングを行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高いバイアス電圧を用いてエッチングを行うと、電極周辺部すなわちウエハのエッジ部の上方の空間でプラズマとの間に形成されるシースに歪みが生じ、加工形状にも歪みが発生してしまうという問題が発生する傾向にある。これは電極にかかるバイアス電圧が高くなる事によって、基本的にはバイアスがかからない電極のウエハ非載置部分で、プラズマとの間に形成されるシースの構造が電極のウエハ載置部のそれと相対的な差が大きくなり不連続になる事によって生じるものである。
【０００４】
加工形状が歪んだウエハのエッジ部分の穴や溝は、その後の堆積による埋め込み工程等で空隙を生じ最終的にデバイスとして動作不良となり歩留まりを低下させていた。
【０００５】
特に最近のように直径３００ｍｍのウエハを用いて半導体集積回路を生産する場合においては、ウエハエッジ部の面積が相対的に大きく、不良となるチップ数が多く、生産コスト増大の大きな要因となってきている。
【０００６】
対策の一つとしてウエハ周辺部でのシースの歪みを低減するため、電極のウエハ非載置部にもウエハ載置部と同様に電圧が印加する構造とする方法がある。この場合ウエハ非載置部の材料もウエハ同様エッチングされるため、その材料はエッチング加工への影響が少なく、またデバイス特性に影響する不純物等を含まないものを用いなければならない。この材料としてウエハと同じ高純度のシリコンをリング状に加工して用いる方法が知られている。
【０００７】
しかし、この方法ではシリコンリングがエッチングによる減耗でその表面の高さ位置がウエハのそれと相対的に変化してしまうことにより、上記同様のメカニズムによってシースに歪みが生じ徐々に加工形状の歪みが発生し始めるため、頻繁にエッチング装置の真空ブレークを行いシリコンリングの交換を行う必要があった。
【０００８】
このため装置の稼動時間の低下、さらにはこの場合もウエハ大口径化に伴ってシリコンリングの価格も高くなることから、生産コストを増大させる要因となっていた。
【０００９】
本発明は、大口径のウエハで半導体集積回路を低いコストで生産できるプラズマエッチング装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明ではウエハ非載置部の電極周辺部に設置されたリングへのバイアス電圧の供給を、ウエハ載置部のバイアス電圧供給と独立に行い、その電圧比を相対的に変化させる。その相対的な変化量は、ウエハエッジ部での加工形状歪みを直接的あるいは間接的にモニタする事によって決定する。間接的にモニタする一つの方法はレーザを用いて外部から電極周辺部に設置されたリングの厚みをモニタする方法である。
【００１１】
すなわち、本発明は、真空処理室と、該真空処理室にガスを供給する手段と、プラズマ生成手段と、ウエハを載置し電圧が印加される電極とを備えるプラズマエッチング装置において、前記電極は、その周辺部に電圧が印加される周辺部材を載置しており、前記電極に印加される電圧に対する前記周辺部材に印加される電圧の比率が変更可能であるプラズマエッチング装置である。
【００１２】
また、本発明は、上記周辺部材の厚さを計測するレーザ変位計を有するプラズマエッチング装置である。
【００１３】
そして、本発明は、上記レーザ変位計の出力信号を演算処理し、上記電極に印加される電圧に対する上記周辺部材に印加される電圧の比率を制御する回路を有するプラズマエッチング装置である。
【００１４】
更に、本発明は、上記レーザ変位計の変位量と、上記電極に印加される電圧に対する上記周辺部材に印加される電圧の比率との好適特性関数データを有するプラズマエッチング装置である。
【００１５】
また、本発明は、プラズマを生成し、ウエハを載置した電極に電圧を印加してウエハをプラズマエッチングする方法であって、前記電極は、その周辺部に電圧が印加される周辺部材を載置しており、前記ウエハ上にアスペクト比が５以上である穴あるいは溝形状を加工する際、前記電極に印加される電圧に対する前記周辺部材に印加される電圧の比率を、ウエハ上での穴あるいは溝の加工形状結果を参照して設定するプラズマエッチング方法である。
【００１６】
そして、本発明は、ウエハ上にアスペクト比が５以上である穴あるいは溝形状を加工する際、上記電極に印加される電圧に対する上記周辺部材に印加される電圧の比率を、該周辺部材の厚さを参照して設定するプラズマエッチング方法である。
【００１７】
更に、本発明は、上記周辺部材の厚さを参照する方法がレーザ変位計による厚さの計測であるプラズマエッチング方法である。
【００１８】
これらの手段によって、ウエハ周辺部まで加工形状に歪みを生じさせる事なくエッチングを行い、さらに消耗品コストを下げ、装置の稼動時間も高める事ができるので生産コストを低減する事ができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大口径のウエハで半導体集積回路を低いコストで生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のプラズマエッチング装置及び方法の一実施例について、図１を使って説明する。図１はＵＨＦ−ＥＣＲを用いたプラズマエッチング装置の概略断面図である。ここで１０１は真空処理室で、石英窓１０２はＵＨＦ電磁界を真空処理室１０１内に通過させるために設けられ、電極１０３は石英窓１０２に対向して真空処理室１０１内に配置され、半導体集積回路が形成されるウエハ１０４を載置し、バイアス電圧を発生させるための高周波電源１０５が接続されている。アンテナ１０７は石英窓１０２に連結されＵＨＦ電源１１０からの電磁界を真空処理室１０１内に導入する。ソレノイドコイル１０８は真空処理室１０１内に磁場を形成する。ガス分散板１０９はエッチングレシピにしたがってマスフローコントローラ１１０から供給されたガスを真空処理室内１０１に分散させ均一に導入する。
【００２１】
電極１０３のウエハ非載置部には絶縁リング１２３、導体リング１２２を介してシリコンリング１２１が設置されている。導体リング１２２には真空処理室１０１外からインピーダンス調整回路１２４を介して高周波電源１０５が接続されている。
【００２２】
石英窓１０２の真空外のシリコンリング１２１に対向する位置にはレーザ変位計１２５が設けられている。レーザ変位計１２５の出力信号は演算処理装置１２６に入力される。演算処理装置１２６からはインピーダンス調整回路１２４を制御する信号が出力されている。
【００２３】
本実施例の効果を説明するため、まずシリコンリング１２１の厚さが４ｍｍの場合で、ウエハ１０４とシリコンリング１２１の電圧比が１：１の場合の、穴加工後の形状を見てみる。目的とする加工形状は直径が０．２５μｍで深さ１．８μｍの穴である。図２（ａ）（ｂ）はウエハの中心部と周辺部の穴加工形状で、中心部では垂直に正常な加工ができているが、ウエハエッジ部は穴が斜に加工されている事が分る。
【００２４】
ここでインピーダンス調整回路１２４を用いてシリコンリング１２１への供給電圧をウエハ１０４への電圧の６５％に減衰させて同様にエッチングを行った結果を図３（ａ）（ｂ）に示す。ウエハセンタ部、ウエハエッジ部ともに垂直で正常な穴加工ができている事がわかる。
【００２５】
次に、上記の状態から数１００枚のウエハを逐次処理して後での穴加工形状を図４（ａ）（ｂ）に示す。ウエハエッジ部で加工形状が斜になり歪んでおり、またこの時は図２の場合とはエッチング加工時のウエハの設置状態を基準に見ると反対方向に傾斜している事がわかる。
【００２６】
この時のレーザ変位計１２５の信号をモニタするとシリコンリング１２１までの距離が＋１ｍｍ変位しており、シリコンリング１２１が１ｍｍ減耗し厚さが３ｍｍになっている事がわかった。ウエハエッジ部での加工形状の傾きは、シリコンリング１２１の表面位置とウエハ１０４の表面位置の相対関係が変化した事によって生じたと考えられる。
【００２７】
そこで本実施例を適用し、インピーダンス調整回路１２４でシリコンリング１２１への供給電圧を、ウエハ１０４への供給電圧の８０％に設定しエッチングを行ったところ、ウエハセンタ部、エッジ部ともに正常な穴加工形状を得る事ができた。
【００２８】
さらに処理を続けてレーザ変位計の指示値が＋２ｍｍになった時点での穴加工形状を確認すると、ウエハエッジ部での穴加工形状が図４同様の方向に傾斜している事が観察された。そこでインピーダンス調整回路１２４を用いてシリコンリング１２１への供給電圧を、ウエハ１０４への供給電圧の９２％に設定する事によって図３に示すような面内すべての位置で正常な加工形状を得る事ができた。
【００２９】
以上の結果から、図５に示すような、ウエハ面内で傾斜のない正常な加工形状を得るための、インピーダンス調整回路１２４とレーザ変位計１２５の出力の関係を得る事ができた。この特性曲線は、レーザ変位計変位量と非載置部／載置部電圧比との好適な関係を示した関数であり、この関数を演算処理装置１２６にプログラムし、レーザ変位計の変位出力に応じて自動的にインピーダンス調整回路１２４の出力を逐次調整するようにした。
【００３０】
この効果を確認するため、シリコンリング１２１を新規の物に交換し、レーザ変位計１２５の変位をゼロ点にリセットし連続で処理を行った。レーザ変位計の変位量の指示値が＋２．５ｍｍになった時点までの処理されたウエハについて抜き取りで加工形状の確認を行ったところ、すべて正常に加工できている事が確認された。
【００３１】
以上実施例を用いて説明したように、本発明によれば、シリコンリングが経時的に減耗しても、ウエハエッジ部まで正常に加工できる状態を自動で維持でき、シリコンリングを長期にわたって交換なく使用することができるので装置の稼動時間を高く維持できるとともにシリコンリングの交換量も少なくできるので生産コストを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例を説明するプラズマ処理装置の断面図。
【図２】調整せずにエッチングした際の加工形状の一例を示す図。
【図３】調整してエッチングした際の加工形状の一例を示す図。
【図４】調整せずにエッチングした際の加工形状の別の例を示す図。
【図５】実施例におけるバイアス電圧比の制御のために用いる演算関数を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１０１…真空処理室
１０３…電極
１０４…ウエハ
１２１…シリコンリング
１２２…導体リング
１２４…インピーダンス調整回路
１２５…レーザ変位計
１２６…演算処理装置
【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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