(57)【要約】【課題】シースの表面を処理対象物との対応域ではほぼ平坦に保って処理対象物の外周部の角がチルト形状になるようなことを防止できるようにする。【解決手段】 反応室１内にガスを供給しつつ排気しながらプラズマ７を発生させて、反応室１内の電極６上に載置された処理対象物８をドライエッチングするのに、  処理対象物８とその外まわりの環状部材９との、電気絶縁性の違い、高さ関係、印加電圧の違い、環状部材９の表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物８および環状部材９とプラズマ７との間に形成されるシース１１の表面１１ａを処理対象物８との対応域Ｘの外周部を含む範囲Ｘ１で中央部側Ｘ２とほぼ平坦になるように制御して、処理対象物８を処理することにより、上記の目的を達成する。【選択図】図１
2007294722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内にガスを供給しつつ反応室内を排気し所定の圧力に制御しながら、プラズマソースまたは反応室内の電極もしくはその双方に高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、反応室内の前記電極上に載置された処理対象物を処理するドライエッチング方法において、
処理対象物とそのまわりに配置した環状部材との、電気絶縁性の違い、高さ関係、印加電圧の違い、環状部材の表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物および環状部材とプラズマとの間に形成されるシースの表面を処理対象物との対応域の外周部を含んで中央部側とほぼ平坦になるように制御して、処理対象物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】
シースの処理対象物との対応域から外まわりの表面を、前記対応域の表面とほぼ同じ高さか、それ以上に外向きに盛上がらせるように制御する請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
処理対象物がＳｉ、環状部材の少なくとも表層がＳｉＯ2の関係にある請求項２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
反応室と、反応室内にガスを供給するガス供給手段と、反応室内を排気し所定の圧力に維持する排気手段と、プラズマソースまたは反応室内の電極もしくはその両方に高周波電力を供給することによりプラズマを発生させる高周波電力供給手段とを備え、前記電極上の処理対象物を処理するプラズマ処理装置において、
前記電極のまわりに、電極との絶縁性の違い、高さ関係、印加電圧の違い、表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物および環状部材とプラズマとの間に形成されるシースの表面を処理対象物との対応域の外周部を含んで中央部側とほぼ平坦になるように制御する外周部材を配置したことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項５】
環状部材は、シースの処理対象物との対応域から外まわりの表面を、前記対応域の表面とほぼ同じ高さか、それ以上に外向きに盛上がらせる高さまたは外方への盛上がり形状を有している請求項４に記載のドライエッチング装置
【請求項６】
処理対象物がＳｉであるのに対し、環状部材がＳｉＯ2である請求項５に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】
この発明は、半導体装置の製造工程において、プラズマ処理であるドライエッチングを行うドライエッチング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用するドライエッチングは、真空容器内にガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマソースまたは真空容器内の電極もしくはその両方に高周波電力を供給することにより、真空容器内にプラズマを発生させ、真空容器内の電極上に載置された基板を処理する。このとき、エッチングレートは基板面内においてある程度のばらつきを持つことが通常であり、おおむね基板の周辺部分が中央部分に比べて大きくなる。
【０００３】
これを解消するのに従来、フォーカスリングと呼ばれる高さ一定のリングを基板から一様に離れた距離に基板の周囲を囲うように立て、基板の周辺部分のエッチャントの流入と気体反応生成物の流出を制御することによって、周辺のエッチングレートを落とし中央部と周辺部のエッチングレート差を小さくし、ばらつきを低減させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。このものは、特に、電子デバイスの高度化につれて求められるドライエッチング特性は高度になり、エッチングレートの面内のばらつきを低減させ、均一性をあげることに加え、半導体に代表される円形の基板よりも、特に液晶デバイスなどのコーナー部と直線部により周囲が構成される基板では顕著に現れる、直線部と、コーナー部のエッチングレート差の問題に対応できる。
【０００４】
また、上記の技術が、電界によるプラズマシースの分布によるプラズマ処理特性のバラツキを、反応ガスのガス流れ制御で補正するもので、プラズマシースの分布のばらつきは依然として存在し、根本的な解決になっていないことに対し、前記基板の外周に設けるリングを、基板の外縁部を内包し、内包面と基板の上面間にクリアランスを有したものとすることで、一様な電界を発生させることができ、基板外縁部で近傍のプラズマシースが極端に増加する現象およびプラズマ処理特性にバラツキが発生するのを制御でき、均一な処理ができるようにした技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この技術は処理対象物の外周部をリングが所定のクリアランスを持って内包するという覆い効果によるもので、イオンの注入を大きく妨げることが懸念されるし、経時的にクリアランスが増大する問題や処理対象物単独での出し入れができない不便があるので実用しにくい。
【０００５】
また、フォーカスリングが一様なアルミナ材である場合に、ハロゲン系ガスプラズマを用いると、処理対象物のエッチングに寄与するハロゲンのイオンやラジカルによりアルミナ粒子が侵食されて表面にアルミハロゲン化物系膜が生成され、この膜がイオンのアタックにより剥離してアルミハロゲン化物系パーティクルとなり、このパーティクルをマスクとして処理対象物の被エッチング材料がエッチング処理されるため、処理対象物の歩留が低下することに対し、フォーカスリングを上下の２部材にすることで、劣化してパーティクルの発生源となる上の部材を劣化に応じ交換できるようにして対応する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
一方、Ｓｉフォーカスリングを用いてプラズマ処理時のＳｉＯ2比／Ｓｉ比率を高めるのに、処理対象物の表面層である酸化膜のエッチング形状が所望の垂直形状にならないでテーパ形状になり、寸法シフト量が大きくなってしまうことが、エッチャントが不足しデポ種が過剰となるアンバランスの結果であるとして、フォーカスリングの表面積を処理対象物のパターン開口率に応じて調節することで対応した技術も知られている（例えば、特許文献４参照。）。具体的には、プラズマ中のフッ素ラジカルと反応するＳｉと、フッ素ラジカルとの反応が低い材料（例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3等）とを用いてフォーカシングを二重または多重に組み合わせて用いている。
【特許文献１】特開２０００−３１５６７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５６４５号公報
【特許文献３】特開２００２−９０４８号公報
【特許文献４】特開２００４−３１１９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、人工的にプラズマを発生させるのに固体壁まで一様に形成されることはあり得ない。一般的に電子はイオンに比してはるかに速く飛びまわって磁力線に沿った方向にはたちまち壁に消失してしまうとされる。しかし、実際には固体壁は電子の過度な流入を防ぐように固体壁表面近くに電場が形成されて電子を追い返し、イオンを引き込んでプラズマから固体壁への正・負の荷電粒子束は平衡する。この結果、電荷の中性が破られ電場の発生する層ができこれがシースと呼ばれる（例えば、（非特許文献１）参照。）。
【０００８】
このシース内のイオンはイオンシース内の電場で処理対象物に向かって直角に加速され、処理対象物に注入されるので、三次元形状の立体形状物に対しても、表面全体に一様にイオンを注入できることが知られ（例えば、ＵＲＬ＜ｈｔｔｐ：／／ｅ−ｓｅｒｖｅｒ．ｃｎｔｅ．ｈｉｍｅｊｉ−ｔｅｃｈ．ａｃ．ｊｐ／ｅｌｃｔ５／５ｋｏｕｚａ＿ｉ／ｅｘｐ／ｐｂｉｉ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ＞（非特許文献２）参照。）、前記のようなシースのプラズマと処理対象物との境界間の距離であるシース幅を検出する技術も知られている（例えば、特開２００３−２０８９９８号公報（特許文献５）参照。）。
【０００９】
本発明者はより確実で安定した一様なドライエッチングに向け実処理し、また研究する中、既述のエッチングレートが処理対象物の周辺部分で中央部分に比べて大きくなる点につき、図５に模式的に示すように処理対象物ａの周辺部の角ａ１がチルトする処理状態として経験することが少なくない。このようなときのシースの層ｂにつきモニタすると、シース層ｂが処理対象物ａ表面との対応域ｘの外周近傍から外側ｘ１へ薄くなっている、特許文献５でいうシース幅が小さくなっていることが多々あり、シース層ｂの表面は前記対応域ｘの外周近傍から外側へやや丸みを帯びて段落ちしているのが観察された。
【００１０】
ここに、図５に示した処理対象物ａの外周角ａ１に見られる過剰エッチングによるチルト形態は、シース層ｂの表面の段差Δ１を持った段落ち形状がそれに直角に矢印で示すように注入するイオンの集中を招くことが主体的な原因になって生じたものであると思われる。
【００１１】
しかし、非特許文献１ではプラズマ中に置いた導体の電位によってシースの厚みが変化すること、プラズマ中に置いた絶縁体に生じる壁電位がシースを形成することなどを開示し、特許文献５はシース幅測定技術を開示しているが、特許文献１〜４に記載のものはもとより、特許文献５に記載のもの、また非特許文献１、２に記載のものを併せてもシースの前記のような段落ち状態についての解明はできないし、処理対象物外周の角部がチルト形態になる問題を解決することはできない。
【００１２】
そこで、本発明者はシース層の段落ち形状と周辺環境との関係について種々に実験をし検討を重ねた結果、シース層の形成形態を制御できるパラメータを見出し本発明を想到するに至った。
【００１３】
本発明の目的は、シースの表面を処理対象物との対応域ではほぼ平坦に保って処理対象物の外周部の角がチルト形状になるようなことを防止できるドライエッチング方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、反応室内にガスを供給しつつ反応室内を排気し所定の圧力に制御しながら、プラズマソースまたは反応室内の電極もしくはその双方に高周波電力を供給することによりプラズマを発生させ、反応室内の前記電極上に載置された処理対象物を処理するドライエッチング方法において、処理対象物とそのまわりに配置した環状部材との、電気絶縁性の違い、高さ関係、印加電圧の違い、環状部材の表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物および環状部材とプラズマとの間に形成されるシースの表面を処理対象物との対応域の外周部を含んで中央部側とほぼ平坦になるように制御して、処理対象物を処理することを１つの特徴としている。
【００１５】
このような方法では、反応室内でプラズマを発生させて電極上の処理対象物を処理しドライエッチングする際、処理対象物およびその外まわりに配置した環状部材とが固体壁となってプラズマとの間で形成されるシースにつき、処理対象物と環状部材との、電気絶縁性の違い、高さ関係、印加電圧の違い、環状部材の表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって制御して、シースの表面が処理対象物との対応域の外周部を含む範囲が中央部側とほぼ平坦になるようにし、シースの表面に対し直角に加速され注入されるイオンが処理対象物の全表面に均等に働くドライエッチングが実現する。
【００１６】
また上記の方法は、本発明の第４の態様によれば、反応室と、反応室内にガスを供給するガス供給手段と、反応室内を排気し所定の圧力に維持する排気手段と、プラズマソースまたは反応室内の電極もしくはその両方に高周波電力を供給することによりプラズマを発生させる高周波電力供給手段とを備え、前記電極上の処理対象物を処理するプラズマ処理装置において、前記電極のまわりに、電極との絶縁性の違い、高さ関係、印加電圧の違い、表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物および環状部材とプラズマとの間に形成されるシースの表面を処理対象物との対応域の外周部を含んで中央部側とほぼ平坦になるように制御する外周部材を配置したことを特徴とするドライエッチング装置によって自動的に達成することができる。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、シースの処理対象物との対応域から外まわりの表面を、前記対応域の表面とほぼ同じ高さか、それ以上に外向きに盛上がらせるように制御することを特徴としている。
【００１８】
このような方法では、第１の態様の場合に加え、さらに、シースの処理対象物との対応域から外まわりの表面を、前記対応域の表面とほぼ同じ高さか、それ以上に外向きに盛上がらせる比較的幅広い制御によって、シースの表面に対し直角に加速され注入されるイオンが処理対象物の全表面に均等に働くドライエッチングが実現する。
【００１９】
これは、本発明の第５の態様による環状部材が、シースの処理対象物との対応域から外まわりの表面を、前記対応域の表面とほぼ同じ高さか、それ以上に外向きに盛上がらせる高さまたは外方への盛上がり形状を有しているドライエッチング装置として実現する。
【００２０】
本発明の第３及び第６の態様によれば、処理対象物がＳｉ、環状部材の少なくとも表層がＳｉＯ2の関係にあればよく、処理対象物が半導体ウエハである場合に適合し、高さの違いに加え、絶縁性の違いもシースの制御に好適に働く。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１、第４の態様によれば、シースの表面が処理対象物との対応域の外周部を含んで中央部側とほぼ平坦になるようにし、シースの表面に対し直角に加速され注入されるイオンが処理対象物の全表面に均等に働くドライエッチングが実現し、処理対象物の外周部でも中央部と同様に処理でき角がチルト形態になるようなことを回避することができる。
【００２２】
本発明の第２、第５の態様によれば、第１、第４の態様の場合に加え、さらに、シースの処理対象物上面との対応表面域から外まわりの表面の比較的幅広い制御によってイオンが処理対象物の全表面に均等に働くドライエッチングが実現できる。
【００２３】
本発明の第３、第６の態様によれば、処理対象物が半導体ウエハである場合に適合し、高さの違いに加え、絶縁性の違いもシースの制御に好適に働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明のドライエッチング方法及び装置の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。しかし、以下の説明は本発明の具体例であって特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。
【００２５】
本発明者は、まず、図５に示すような従来のシースｂの形態につき処理対象物ａの上面全域が均一なシースｂを形成する固定壁の役目をなしていないことに着目して、その原因につき究明した。その結果、処理対象物ａがセラミックなどの絶縁体ｄを介するなどして電極ｆと完全に絶縁であれば、処理対象物ａ外まわりの環状部材ｃも同じ電位になるはずのところ、処理対象物ａと環状部材ｃとは材質による絶縁性の違いなども含め異なった電位を持つことで、シースｂの処理対象物ａとの対応域ｘの外周部を含む範囲ｘ１にまで環状部材ｃの影響が及んで中央部域ｘ２と平坦にならず、図５に示すように丸みを持って環状部材ｃ側にΔ１の段差で段落ちする形態が生じることが判明した。
【００２６】
このようなシースｂの段落ち形態を矯正するのに、単純に、環状部材ｃによる固定壁の壁面を図４に示すように図５に示す場合よりも押出して見た。すると、シースｂの環状部材ｃ側で処理対象物ａ側よりも高くなる結果が得られた。この場合、環状部材ｃによりシースｂの処理対象物ａとの対応域ｘの外周部を含む範囲ｘ１にまで及ぶ影響が、図５に示す場合と逆で中央部域ｘ２から範囲ｘ１へ丸みを持ってΔ２の段差で段上がりする形態となり、シースｂの表面から処理対象物ａの外周部へのイオンの注入が矢印で示すように拡散する傾向を示す。従って、図５に示すような場合のイオンの注入の集中によるエッチング過剰は緩和する。しかし、処理対象物ａの中央部域ｘ２よりも外周部でエッチングが不足する原因になる。
【００２７】
ここに、環状部材ｃの処理対象物ａに対する高さ関係はシースｂの形態を左右する１つのパラメータである。また、図５、図４の場合処理対象物ａはＳｉウエハであり、環状部材ｃがＳｉＯ2であることから、これらの材質の違いによる絶縁性の違い、絶縁構造が反映した電位の違いも反映しており、これらもシースｂの形態を左右する１つのパラメータである。同時に、処理対象物ａと環状部材ｃとの電位関係が反映していることから、双方に印加する電位を個別に制御することもシースｂの形態を左右する１つのパラメータである。
【００２８】
本実施の形態のドライエッチング方法は、図１に示す本実施の形態のドライエッチング装置を参照して、反応室１内にガス２を供給口３から供給しつつ反応室１内から排気ガス４を排気口５を通じ排気し所定の圧力に制御しながら、プラズマソースまたは反応室１内の電極６もしくはその双方に高周波電力を供給することによりプラズマ７を発生させ、反応室１内の前記電極６上にセラミック１２を介し載置された処理対象物８を処理することを基本構成としている。しかし、上記のようなパラメータを利用してシースの形態を有利に制御する上で、処理対象物８とそのまわりに配置した環状部材９との、電気絶縁性の違い、高さの違い、印加電圧の違い、環状部材９の表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物８および環状部材９とプラズマ７との間に形成されるシース１１の層形態を制御する。具体的には図１に示すようにシース１１の表面１１ａを処理対象物８との対応域Ｘの外周部を含む範囲Ｘ１で中央部側Ｘ２とほぼ平坦になるように制御して、処理対象物８を処理する。
【００２９】
このように、反応室１内でプラズマ７を発生させて電極６上の処理対象物８を処理しドライエッチングする際、処理対象物８およびその外まわりに配置した環状部材９とが固体壁となってプラズマ７との間で形成されるシース１１につき、処理対象物８と環状部材９との、電気絶縁性の違い、高さの違い、印加電圧の違い、環状部材９の表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって制御することができる。この制御によってシース１１の表面１１ａが処理対象物８との対応域Ｘの外周部を含む範囲Ｘ１が中央部側Ｘ２とほぼ平坦になるようにするので、シース１１の表面１１ａに対し直角に加速され注入されるイオンが処理対象物８の全表面に均等に働くドライエッチングが実現する。従って、処理対象物８の外周部でも中央部と同様に処理でき角が過剰にエッチングされてチルト形態になるようなことを回避することができる。
【００３０】
このような方法を実現するのに、図１に示すドライエッチング装置は、反応室１と、反応室１内にガス２を供給するガス供給手段２１と、反応室１内を排気し所定の圧力に維持する排気手段２２と、プラズマソースまたは反応室１内の上部の対向電極２４を持った下部の電極６もしくはその両方に高周波電力を供給することによりプラズマ７を発生させる高周波電力供給手段２３とを備え、前記電極６のまわりに、電極６との絶縁性の違い、高さの違い、印加電圧の違い、表面の内径側から外径側への盛上がり形状、の少なくとも１つによって、処理対象物８および環状部材９とプラズマ７との間に形成されるシース１１の表面１１ａを処理対象物８との対応域Ｘの外周部を含んだ範囲Ｘ１で中央部側Ｘ２とほぼ平坦になるように制御する環状部材９を配置している。
【００３１】
図１ではシース１１の表面１１ａが対応域Ｘの範囲を越えてまで平坦な例を示しているが、これに限られることはなく、図２に示すように対応域Ｘの範囲でほぼ平坦であれば実用上問題はない。従って、シース１１の表面１１ａにつき処理対象物８との対応域Ｘから外まわりの部分を、前記対応域Ｘの部分とほぼ同じ高さか、図３に示すようにそれ以上に外向きに盛上がらせるように制御することもできる。つまり、シース１１の表面１１ａの処理対象物８との対応域Ｘから外まわりの部分を、前記対応域Ｘの部分とほぼ同じ高さか、それ以上に外向きに盛上がらせる比較的幅広い制御によって、シース１１の表面１１ａに対し直角に加速され注入されるイオンが処理対象物８の全表面に均等に働くドライエッチングが実現する。
【００３２】
図２に示す例では、図５の段差Δ１をほぼ半減した段差Δ３となるように環状部材９の高さを図５に示す場合よりも高めている。この結果、図示例では環状部材９の高さは処理対象物８の高さの途中位置程度となった。しかし、このような最適高さの関係は処理対象物８と環状部材９との電位差などによって変化する。
【００３３】
図３に示す例では、環状部材９が、シース１１の表面１１ａの処理対象物８との対応域Ｘから外まわりの部分を、前記対応域Ｘの部分以上に外向きに盛上がらせる外方への盛上がり形状、具体的には楔形状を有したものとしている。これによれば、シース１１の表面１１ａに対応域Ｘから外側に外れた位置に窪みが形成されてイオンの注入が矢印で示すように拡散するが、処理対象物８外周でのイオン注入による均一なエッチングには影響しない。しかし、盛上がり形状は楔形状に限られることはない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明はウエハのドライエッチングに実用してシースを制御し、その中央部から外周部まで均一なエッチング処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る実施形態のドライエッチング装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置でのドライエッチングの１つの具体例を示す要部断面図である。
【図３】図１の装置でのドライエッチングの別の具体例を示す要部断面図である。
【図４】図１の装置でのドライエッチングの１つの実験例を示す要部断面図である。
【図５】従来のドライエッチング装置を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  反応室
２  ガス
３  供給口
４  排気ガス
５ 排気口
６ 電極（下部）
７ プラズマ
８  処理対象物
９  環状部材
１１  シース
１１ａ  表面
２１  ガス供給手段
２２  排気手段
２３  高周波電力供給手段
【図１】
2007294722.tif 000003
【図２】
2007294722.tif 000004
【図３】
2007294722.tif 000005
【図４】
2007294722.tif 000006
【図５】
2007294722.tif 000007