(57)【要約】【課題】上部電極に設けられた複数の穴の各々の内壁に生成物が付着することを防止できるようにしたドライエッチング装置とドライエッチング装置の調整方法、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】反応室１内に上部電極１０と下部電極２０とが対向して配置され、上部電極１０に設けられた複数のガス穴１１の各々からプロセスガスを供給して、下部電極２０上に配置されるウエーハ５０にドライエッチング処理を施すプラズマエッチング装置であって、上部電極１０と下部電極２０との間の空間でプロセスガスの成分同士が反応して生じる生成物が、複数のガス穴１１の各々の内側へ入り込まないように、複数のガス穴１１の各々におけるガス流速が調整されている。ガス流速の調整は、ガス穴径を変更することにより行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に第１の電極と第２の電極とが対向して配置され、前記第１の電極に設けられた複数の穴の各々からガスを供給して、前記第２の電極上に配置される半導体基板にドライエッチング処理を施すドライエッチング装置であって、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間で前記ガスの成分同士が反応して生じる生成物が前記複数の穴の各々の内側へ入り込まないように、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速が調整されていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記複数の穴の各々における前記ガスの流速は、０．２７ｍ／ｓｅｃ以上、０．３６ｍｍｓｅｃ以下に調整されていることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記複数の穴の各々の直径は、０．３５ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
反応室内に第１の電極と第２の電極とが対向して配置され、前記第１の電極に設けられた複数の穴の各々からガスを供給して、前記第２の電極上に配置される半導体基板にドライエッチング処理を施すドライエッチング装置の調整方法であって、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間で前記ガスの成分同士が反応して生じる生成物が前記複数の穴の各々の内側へ入り込まないように、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速を調整することを特徴とするドライエッチング装置の調整方法。
【請求項５】
反応室内に第１の電極と第２の電極とが対向して配置され、前記第１の電極に設けられた複数の穴の各々からガスを供給するドライエッチング装置について、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間で前記ガスの成分同士が反応して生じる生成物が前記複数の穴の各々の内側へ入り込まないように、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速を予め調整しておく工程と、
前記ガスの流速を予め調整した後で、前記第２の電極上に半導体基板を配置して、前記半導体基板にドライエッチング処理を施す工程と、を含む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、ドライエッチング装置とドライエッチング装置の調整方法、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際に、ウエーハ上に形成された絶縁膜等をドライエッチングする装置として、平行平板型のプラズマエッチング装置が知られている。平行平板型のプラズマエッチング装置は、反応室内に配置された上部電極と下部電極とを備える。真空に排気された反応室内にプロセスガスを導入し、高周波電源を用いて上部電極と下部電極との間に電力を供給することで、反応室内に導入されたガスはプラズマ化される。そして、このプラズマ化されたプロセスガスが、絶縁膜等の表面に化学的に作用して、これらをエッチングする（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２４５９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、平行平板型のプラズマエッチング装置において、プロセスガスは、上部電極に設けられた複数の穴（即ち、ガス穴）を通って反応室内に導入される。そして、反応室内に導入されたプロセスガスは、プラズマ化されて成分が解離し、解離した成分の一部が互いに反応して重合膜（即ち、生成物）を形成する。ここで、従来の技術では、生成物の一部が、上部電極に設けられたガス穴に入り込んで、ガス穴の内壁に付着し易いという課題があった。
【０００５】
ガス穴の内壁に付着した生成物は、そのまま固着して剥がれない場合もあるが、プロセスガスの流れや真空度の変化、振動等、様々な要因によりガス穴から塊となってウエーハ上に落下する場合もある。ウエーハ上に生成物が落下してしまうと、落下した生成物は異物（即ち、パーティクル）として、ウエーハ上にそのまま残る可能性があった。パーティクルの存在は歩留まり低下の原因となり得るため、好ましくない。
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、上部電極に設けられた複数の穴の各々の内壁に生成物が付着することを防止できるようにしたドライエッチング装置とドライエッチング装置の調整方法、半導体装置の製造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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るドライエッチング装置は、反応室内に第１の電極と第２の電極とが対向して配置され、前記第１の電極に設けられた複数の穴の各々からガスを供給して、前記第２の電極上に配置される半導体基板にドライエッチング処理を施すドライエッチング装置であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間で前記ガスの成分同士が反応して生じる生成物が前記複数の穴の各々の内側へ入り込まないように、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速が調整されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、「半導体基板にドライエッチング処理を施す」とは、例えば、半導体基板上に形成された絶縁膜、半導体膜若しくは導電膜をドライエッチングする、又は、半導体基板の表面をドライエッチングする、ということである。半導体膜は例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等である。半導体膜は例えばポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜等である。導電膜は例えばアルミニウム膜等である。また、「ガスの流速」調整は、例えば、複数の穴の各々の径を変更したり、複数の穴の個数を変更したり、或いは、反応室に供給されるプロセスガスの単位時間当たりの量（即ち、ガス流量）を変更したりすることにより、行うことができる。
【０００８】
このような構成であれば、生成物の穴への進入をガスの流れで阻むことができ、穴の内壁に生成物を付着させないようにすることができる。従って、穴の内壁から生成物が塊となって落下することを未然に防ぐことができ、この塊が異物（即ち、パーティクル）として半導体基板上に載ることを防ぐことができる。これにより、半導体基板上でのパーティクル数を低減することができ、パーティクルに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。なお、本発明の「第１の電極」としては、例えば、後述する上部電極１０が該当する。「第２の電極」としては、例えば、後述する下部電極２０が該当する。「複数の穴」としては、例えば、後述する複数のガス穴１１が該当する。
【０００９】
また、上記のドライエッチング装置において、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速は、０．２７ｍ／ｓｅｃ以上、０．３６ｍｍｓｅｃ以下に調整されていることを特徴とする。このような構成であれば、パーティクル数を十分に低減することができる。
また、上記のドライエッチング装置において、前記複数の穴の各々の直径は、０．３５ｍｍ以上、０．４ｍｍ以下であることを特徴とする。このような構成であれば、ガスの流速を容易に高めることができる。
【００１０】
本発明の別の態様に係るドライエッチング装置の調整方法は、反応室内に第１の電極と第２の電極とが対向して配置され、前記第１の電極に設けられた複数の穴の各々からガスを供給して、前記第２の電極上に配置される半導体基板にドライエッチング処理を施すドライエッチング装置の調整方法であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間で前記ガスの成分同士が反応して生じる生成物が前記複数の穴の各々の内側へ入り込まないように、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速を調整することを特徴とする。
【００１１】
このような調整方法であれば、穴の内壁に生成物を付着させないようにすることができ、穴の内壁から生成物が塊となって落下することを未然に防ぐことができる。これにより、半導体基板上でのパーティクル数を低減することができ、パーティクルに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
本発明のさらに別の態様に係るドライエッチング装置の調整方法は、反応室内に第１の電極と第２の電極とが対向して配置され、前記第１の電極に設けられた複数の穴の各々からガスを供給するドライエッチング装置について、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空間で前記ガスの成分同士が反応して生じる生成物が前記複数の穴の各々の内側へ入り込まないように、前記複数の穴の各々における前記ガスの流速を予め調整しておく工程と、前記ガスの流速を予め調整した後で、前記第２の電極上に半導体基板を配置して、前記半導体基板にドライエッチング処理を施す工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このような製造方法であれば、穴の内壁に生成物を付着させないようにすることができ、穴の内壁から生成物が塊となって落下することを未然に防ぐことができる。これにより、半導体基板上でのパーティクル数を低減することができ、パーティクルに起因する歩留まりの低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、生成物の穴への進入をガスの流れで阻むことができ、穴の内壁に生成物を付着させないようにすることができる。このため、穴の内壁から生成物が塊となって落下することを未然に防ぐことができ、この塊が異物（即ち、パーティクル）として半導体基板上に載ることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るプラズマエッチング装置１００の構成例を示す図。
【図２】ガス流速とパーティクル数との関係を示す図。
【図３】ガス流速の大小と、ガス穴への生成物の入り込みとの関係を示す図。
【図４】ガス穴径とガス流速との関係を示す表。
【図５】図４に示した条件でプラズマエッチングし、パーティクル数を測定した結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（１）構造
図１は、本発明の実施形態に係る平行平板型のプラズマエッチング装置１００の構成例を示す概念図である。図１に示すように、このプラズマエッチング装置１００は、反応室１と、反応室１の内部に配置された上部電極１０と、反応室１の内部に配置されて上部電極１０と向かい合う下部電極２０と、上部電極１０と下部電極２０との間に高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を供給する高周波電源３０と、反応室１の内部を排気するための排気装置（図示せず）と、を備えている。
【００１６】
反応室１は、エッチング処理を行うための密閉可能なチャンバーである。この反応室１には排気口（図示せず）が設けられている。図示しない排気装置が稼働し、排気口から排気されることによって、反応室１の内部は真空に近い減圧された状態となる。
上部電極１０は、例えば高周波電源３０に接続されている。この上部電極１０には、エッチングプロセスに使用されるガス（即ち、プロセスガス）を反応室１の内部に供給するための、複数のガス穴１１が設けられている。複数のガス穴１１は、例えば等間隔に配置されている。また、複数のガス穴１１の一端の側はプロセスガスを供給するガス供給部（図示せず）にバルブ１６を介して接続されている。複数のガス穴１１の他端の側は、上部電極１０の下面（即ち、下部電極２０と向かい合う面）でそれぞれ開口している。これにより、複数のガス穴１１の各々は、その他端の側から反応室１の内部へプロセスガスを供給するようになっている。一方、下部電極２０は、例えば接地電位に接続されている。半導体装置の製造工程では、この下部電極２０上にウエーハ５０が配置される。
【００１７】
ところで、プロセスガスの種類は、被エッチング材の種類に応じて適宜に選択される。例えば、ウエーハ上にシリコン酸化膜が形成されており、その一部がレジストパターンで覆われている場合を想定する。そして、シリコン酸化膜のレジストパターンから露出している部分に、異方性のドライエッチング処理を施す場合を想定する。このような場合は、プロセスガスとして、例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３との混合ガス（以下、ＣＦ４／ＣＨＦ３ガス）が選択される。ＣＦ４／ＣＨＦ３ガスは、複数のガス穴１１の各々を通って、上部電極１０と下部電極２０との間の空間に導入され、この空間でプラズマ化されて下記のようにそれぞれ解離する。
（ＣＦ４のプラズマ中での解離）
ＣＦ４→ＣＦ３＋Ｆ＊
ＣＦ２＋Ｆ＊
ＣＦ＋Ｆ＊
（ＣＨＦ３のプラズマ中での解離）
ＣＨＦ３→ＣＦ２＋Ｆ＊＋Ｈ＊
ＣＦ＋Ｆ＊＋Ｈ＊
【００１８】
上記のように解離して生じるＣＦ／ＣＦ２は、不対電子を多く有する。このため、ＣＦ／ＣＦ２が互いに反応して重合膜（即ち、生成物）-(ＣＦ)ｎ-が形成され易い。そこで、図１に示すプラズマエッチング装置１００では、この生成物が複数のガス穴１１の各々の内側へ入り込まないように、複数のガス穴１１の各々におけるプロセスガスの流速（即ち、ガス流速）が調整されている。次に、ガス流速の調整方法について説明する。
【００１９】
（２）方法
図２は、ガス流速とパーティクル数との関係を示す図である。図２の横軸はガス流速を示し、縦軸はパーティクル数を示す。また、図３（ａ）及び（ｂ）は、ガス流速の大小と、ガス穴１１への生成物-(ＣＦ)ｎ-の入り込みとの関係を模式的に示す図である。
【００２０】
本発明者は、ガス流速と、ウエーハの表面上で計測されるパーティクル数との間には相関があり、例えば図２に示すように、ガス流速が大きくなるほどパーティクル数は少なくなる傾向がある、ということを見出した。このような傾向は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すようなメカニズムによる。
【００２１】
即ち、図３（ａ）に示すように、ガス流速が大きいと、生成物のガス穴１１への入り込み（即ち、進入）をプロセスガスの流れで阻むことができ、ガス穴１１の内壁に生成物を付着させないようにすることができる。これにより、ガス穴１１の内壁から生成物が塊となって落下することを未然に防ぐことができる。一方、図３（ｂ）に示すように、ガス流速が小さいと、生成物のガス穴１１への進入をプロセスガスの流れで十分に阻むことができず、ガス穴１１の内壁に生成物が付着してしまう。その結果、ガス穴１１の内壁から生成物が塊となって落下し易くなる。本発明者は、このガス流量に依存した生成物の落下の有無（量的な大小）が、図２に示すようにパーティクル数として現れる。
【００２２】
そこで、本発明の実施形態では、上記の調整を行うに際し、まず始めに、ガス流速とパーティクル数との関係を予め調査する。そして、この調査の結果から、例えば図２に示すように、パーティクル数の上限管理値（例えば、１００個／ウエーハ）に対応するガス流速を求め、その値をガス流速の下限値Ａに設定する。
また、ガス流速の下限値Ａだけでなく、その上限値Ｂも設定することが好ましい。例えば、ガス流速が大きすぎると、反応室内でのプロセスガスの流れが乱れて、エッチングの均一性が損なわれる可能性がある。そこで、ガス流速とエッチングの均一性との関係を予め調査する。そして、この調査の結果から、例えば図２に示すように、エッチングの均一性が許容できないレベルとなるときのガス流速を求め、その値をガス流速の上限値Ｂに設定する。
【００２３】
図２において、横軸の下限値Ａと上限値Ｂとの間が、ドライエッチングの均一性を確保しつつ、ウエーハ上でのパーティクル数を管理値以下に抑えることが可能な、ガス流速の好適な範囲である。この好適な範囲に収まるように、ガス流速を調整すればよい。
例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガス穴１１の直径（即ち、ガス穴径）を変更することで、ガス流速を調整することができる。具体的には、反応室１に供給されるプロセスガスの単位時間当たりの量（即ち、ガス流量）を一定量にし、且つ、上部電極１０におけるガス穴１１の個数を一定数にすることを前提に、ガス穴径のみを小さくする。これにより、複数のガス穴１１の各々において、ガス流速を高めることができる。また、上記の前提でガス穴径を大きくする。これにより、複数のガス穴１１の各々において、ガス流速を低くすることができる。
【００２４】
図４は、ガス穴径とガス流速との関係を示す表である。この実施形態では、図４に示すように、ガス穴径について３つの条件を設定する。第１の条件はガス穴径が０．５ｍｍであり、第２の条件はガス穴径が０．４ｍｍであり、第３の条件はガス穴径が０．３５ｍｍである。図４に示すように、各条件の間で、ガス流量は同一とし、且つ、ガス穴の個数も同一とする。なお、ガス穴の開口面積は、ガス穴径×ガス穴の個数で算出される。
【００２５】
図４に示すように、ガス穴の個数を３５７個に設定し、ガス流量を１．２５Ｅ−０５ｍ３／ｓｅｃに設定すると、第１の条件ではガス流速は０．１７８ｍ／ｓｅｃとなり、第２の条件ではガス流速は０．２７９ｍ／ｓｅｃとなり、第３の条件ではガス流速は０．３６４ｍ／ｓｅｃとなる。このように、ガス穴径を０．５ｍｍから０．４ｍｍに変更することでガス流速は１．５６倍に増加する。ガス穴径を０．５ｍｍから０．３５ｍｍに変更することで、ガス流速は２．０４倍に増加する。
【００２６】
そこで、この実施形態では、ガス穴径を変更してガス流速を調整する。そして、ガス流速を調整した後は、下部電極２０上にウエーハを配置して、ウエーハ上の膜又はウエーハの表面をエッチングする。これにより、ウエーハ５０上でのパーティクル数を低減することができる。
このパーティクル数の低減効果について、本発明者は実際に調査を行った。以下にその結果を示す。
【００２７】
図５は、図４に示した３つの条件でプラズマエッチングし、パーティクル数を測定した結果を示す図である。図５の横軸はロットを示し、縦軸はパーティクル数を示す。また、この調査に用いたウエーハは、表面にシリコン酸化膜が形成され、その上にレジストパターンが形成された、パターン付きのシリコンウエーハである。また、パーティクル測定に用いた測定器は、「日立ハイテクノロジーズ社製  ＩＳ２５１０」である。なお、このパーティクル測定は、シリコン酸化膜上からレジストパターンを剥離する前に行った（つまり、プラズマエッチング装置から搬出した直後の状態で行った）。
図５に示すように、第１の条件（ガス流速：０．１７８ｍ／ｓｅｃ）と比較して、第２の条件（ガス流速：０．２７９ｍ／ｓｅｃ）、第３の条件（ガス流速：０．３６４ｍ／ｓｅｃ）では、パーティクル数が著しく低減され、ロット間やロット内でのバラツキも小さいことが確認された。
【００２８】
（３）実施形態の効果
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、生成物-(ＣＦ)ｎ-のガス穴１１への進入をプロセスガスの流れで阻むことができ、ガス穴１１の内壁に生成物-(ＣＦ)ｎ-を付着しないようにすることができる。従って、ガス穴１１の内壁から生成物-(ＣＦ)ｎ-が塊となって落下することを未然に防ぐことができ、この塊が異物（即ち、パーティクル）としてウエーハ５０上に載ることを防ぐことができる。これにより、ウエーハ５０上でのパーティクル数を低減することができ、パーティクルに起因する歩留まり低下を抑制することができる。
【００２９】
（４）その他の実施形態
なお、上記の実施形態では、ガス流速の調整方法として、ガス穴径を変更する場合について説明した。しかしながら、本発明において、ガス流速の調整方法はこれに限定されるものではない。例えば、図４において、ガス穴の個数を変更したり、ガス流量を変更したりしてもよい。このような場合でも、ガス流速を調整することができる。
【００３０】
また、上記の実施形態では、被エッチング材が、ウエーハ上に形成されたシリコン酸化膜であり、その一部がレジストパターンで覆われている場合について説明した。しかしながら、本発明において、被エッチング材はこれに限定されるものではない。被エッチング材は、ウエーハ上に形成されたシリコン窒化膜等の絶縁膜、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン等の半導体膜、アルミニウム膜等の導電膜であってもよい。また、被エッチング材は、基板そのもの（例えば、シリコンウエーハの表面）であってもよい。
さらに、被エッチング材は、レジストパターンで覆われていなくてもよい。プロセスガスの種類も、被エッチング材の種類に応じて適宜に選択してよい。
このような場合であっても、プロセスガスの成分同士が反応して生じる生成物が複数の穴１１の各々の内側へ入り込まないように、複数の穴１１の各々におけるプロセスガスの流速を調整する。これにより、上記の実施形態と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３１】
１  反応室
１０  上部電極
１１  ガス穴
１６  バルブ
２０  下部電極
３０  高周波電源
５０  ウエーハ
１００  プラズマエッチング装置
【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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