(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に設けられた絶縁膜層を少なくとも部分的にエッチングするための方法であって、前記絶縁膜層は、エッチングマスクの下に設けられた部分と、前記エッチングマスクの下に設けられていない部分とを有し、
前記基板をエッチングチャンバの中に配置する工程と、
エッチャントガスを前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記エッチングチャンバの中で前記エッチャントガスから第一の密度の局所プラズマを生成する工程と、
前記エッチングマスクの下に設けられていない部分の絶縁膜層をエッチングして除去する工程と、
遠隔プラズマソースの中で遠隔プラズマを生成する工程と、
前記遠隔プラズマを前記第一の密度よりも高い第二の密度を持つ状態で前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記遠隔プラズマを使用し、前記基板が前記エッチングチャンバの中にある状態で、前記エッチングマスクを剥離する工程と、
前記基板を前記エッチングチャンバから取り出す工程と
を備え、
前記除去する工程は、第一の圧力である２０〜２００ミリトールの範囲において行い、
前記遠隔プラズマを流し込む工程は、前記エッチチャンバを第二の圧力である１００〜１０００ミリトールの範囲に保持する工程を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記基板を前記エッチングチャンバから取り出す工程の後に、前記エッチングチャンバを洗浄する洗浄プラズマを供給する工程を備える方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法であって、
前記エッチャントガスはさらに酸素を備える方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の方法であって、さらに、
前記遠隔プラズマを前記エッチングチャンバに流し込む工程の前に、前記エッチングチャンバへの前記エッチャントガスの流れを中断させる工程を備える方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の方法であって、
前記遠隔プラズマソースで生成された前記遠隔プラズマは、酸素、窒素、および水素よりなる群からのガスである方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、
前記洗浄プラズマを供給する工程は、エッチングチャンバ壁を８０度を超える温度まで加熱する工程を備える方法。
【請求項７】
請求項２または請求項６に記載の方法であって、
前記洗浄プラズマを供給する工程は、さらに、
前記遠隔プラズマソースの中で遠隔洗浄プラズマを生成する工程と、
前記遠隔洗浄プラズマを前記第一の密度よりも高い第三の密度を持つ状態で前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記遠隔洗浄プラズマを使用し、エッチングチャンバ壁から残留物を除去する工程と
を備える方法。
【請求項８】
請求項２、請求項６、および請求項７のいずれか一つに記載の方法であって、さらに、
前記プラズマを閉じ込めリングの中に閉じ込める工程を備え、
前記エッチングチャンバをプラズマ洗浄する工程は、
前記エッチャントガスを前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記エッチングチャンバの中で前記エッチャントガスから局所プラズマを生成する工程と、
前記エッチャントガスからの前記局所プラズマを使用し、前記閉じ込めリングから残留物を除去する工程と
を備える方法。
【請求項９】
請求項２、請求項６、請求項７及び請求項８のいずれか一つに記載の方法であって、
前記洗浄プラズマは、前記エッチチャンバを前記第一の圧力よりも高い第三の圧力に保持する工程を含む方法。
【請求項１０】
基板の上に設けられた絶縁膜層を少なくとも部分的にエッチングするための方法であって、前記絶縁膜層は、エッチングマスクの下に設けられた部分と、前記エッチングマスクの下に設けられていない部分とを有し、
前記基板をエッチングチャンバの中に配置する工程と、
エッチャントガスを前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記エッチングチャンバの中で前記エッチャントガスから第一の密度の局所プラズマを生成する工程と、
前記エッチングマスクの下に設けられていない部分の絶縁膜層をエッチングして除去する工程と、
遠隔プラズマソースの中で遠隔プラズマを生成する工程と、
前記遠隔プラズマを前記第一の密度よりも高い第二の密度を持つ状態で前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記遠隔プラズマを使用し、前記基板が前記エッチングチャンバの中にある状態で、前記エッチングマスクを剥離する工程と、
前記基板を前記エッチングチャンバから取り出す工程と、
前記基板を前記エッチングチャンバから取り出す工程の後に、前記エッチングチャンバを洗浄する洗浄プラズマを供給する工程と
を備え、
前記洗浄プラズマを供給する工程は、
遠隔プラズマソースの中で洗浄プラズマを生成する工程と、
前記洗浄プラズマを前記第一の密度よりも高い第三の密度を持つ状態で、前記遠隔プラズマソースから前記エッチングチャンバに流し込む工程と、
前記洗浄プラズマを使用し、前記エッチチャンバ壁から残留物を除去する工程と
を備え、
前記除去する工程は、第一の圧力である２０〜２００ミリトールの範囲において行い、
前記遠隔プラズマを流し込む工程は、前記エッチチャンバを第二の圧力である１００〜１０００ミリトールの範囲に保持し、
前記洗浄プラズマを流し込む工程は、前記エッチチャンバを第三の圧力である１００〜１０００ミリトールの範囲に保持する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、半導体デバイスの製造に関する。本発明は、特に、絶縁膜エッチングおよびレジスト剥離のための改善された技術に関する。
【０００２】
ある種の半導体デバイスの製造では、プラズマエッチングシステムを使用して絶縁膜層をエッチングすることができる。このようなプラズマエッチングシステムは、インダクティブシステムまたはＥＣＲシステムなどの高密度プラズマシステムあるいはキャパシティブシステムなどの中密度プラズマシステムとすることができる。高密度プラズマエッチャは、チャンバへの酸素供給によってチャンバ壁を洗浄できるように、ガスを解離させる。この洗浄は、プラズマにより生じる熱と、プラズマによって生成されるＵＶ放射と、プラズマによって生じる解離と、によって引き起こされる。
【０００３】
キャパシティブプラズマシステムなどの中密度プラズマエッチングシステムは、酸化膜エッチングのために使用することができる。このような中密度プラズマエッチングシステムでは、一般に、ポリマ形成用の化学剤が利用される。このような中密度プラズマエッチングシステムは、一般に、チャンバ壁上にポリマを堆積させる。このようなシステムは、一般に、ポリマ堆積物をチャンバ壁上に蓄積させ、次いで湿式洗浄して除去することができる。湿式洗浄は、一般に、中密度プラズマシステムにおいて必要とされる。これは、このようなシステムでは十分な解離が生じないのが通常であり、十分なプラズマエネルギを壁と接触させ、満足のいくポリマ洗浄を実施することができないためである。チャンバ壁が部分的にのみ洗浄され、ポリマが満足のいく程度まで除去されなかったときは、新しいポリマがチャンバ壁に十分に接着せず、さらなる汚染源となる微粒子が形成される場合がある。
【０００４】
１９９６年７月９日付けで特許されたレンツ等による米国特許第５，５３４，７５１号「プラズマの閉じ込めを利用したプラズマエッチング装置（Plasma Etching Apparatus Utilizing Plasma Confinement）」で開示されたデバイスなどのプラズマの閉じ込めを使用したプラズマエッチングシステムは、一般に、プラズマをチャンバ壁から隔離して密閉領域内に保持する閉じ込めリングの中に、プラズマを閉じ込める。プラズマを密閉領域内に保持すると、一般に、閉じ込めリングを洗浄するのに十分に密でかつ熱いプラズマが、閉じ込めリングに隣接して供給される。
【０００５】
ＣＶＤチャンバの洗浄に主として使用される遠隔プラズマソースを伴ったＣＶＤデバイスを用意することが知られている。このようなプラズマデバイスは、フッ素化学剤を使用するのが通常である。このようなＣＶＤデバイスは、蒸気蒸着のために使用される。
【０００６】
剥離チャンバでは、遠隔プラズマソースを使用することが知られており、この場合は、離れた場所で生成されたプラズマを主に使用して、エッチングマスクを剥離させる。
【０００７】
以上から、チャンバ壁を十分に洗浄できない密度のプラズマが生成される中密度プラズマシステムでは、チャンバ壁を十分に洗浄できるプラズマを供給するための手段が、望まれていることがわかる。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の一実施形態は、プラズマシステムを洗浄するために、そしてエッチングシステム内での剥離を可能にするために、追加的な遠隔プラズマソースを伴った中密度の絶縁膜プラズマエッチングシステムに関する。
【０００９】
本発明の第２の実施形態は、遠隔プラズマソースと、チャンバ壁を加熱してチャンバ壁の洗浄を可能にするためのヒータとを伴った中密度プラズマシステムに関する。
【００１０】
本発明の第３の実施形態は、局所（in-situ）剥離の速度を増大させるために、追加的な遠隔プラズマソースを伴う密閉された中密度プラズマシステムに関する。
【００１１】
添付図面を参照する以下の本発明の詳細な説明により、本発明の上述したおよびその他の特徴が、さらに詳しく示される。
【００１２】
添付図面は、限定的ではなく例示的に本発明を示すものである。なお、この添付図面においては、同様の構成要素には同様の番号体系が与えられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に例示された幾つかの好ましい実施形態に関連させて、本発明の詳しい説明を行う。以下の説明では、本発明が完全に理解されるように、多くの項目を特定している。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを実施例同様に特定しなくても実施することが可能である。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知の処理工程および／または構造に関する詳細な説明は省略した。
【００１４】
議論を容易にするため、図１に、本発明の好ましい一実施形態によるエッチングチャンバ１０の概略を示した。エッチングチャンバ１０は、接地されたチャンバ壁１２と、高周波エネルギソース１６に接続した静電チャック１４と、エッチングチャンバ１０の頂部に設けられ、エッチャントガスソース２０に接続したエッチャントガス分配システム１８と、チャンバ壁１２に隣接しチャンバ壁１２を取り囲むヒータ２２と、剥離ガスソース２５に接続した遠隔プラズマソース２４とを備える。チャンバ壁１２は、酸化皮膜が形成されたアルミまたは伝導セラミックスを用いることができる。
【００１５】
図２は、本発明の好ましい一実施形態において使用されるエッチングチャンバの動作を示したフローチャートである。ウエハ２６は、エッチングチャンバ１０の内部でかつエッチングチャンバ１０の底部近くの静電チャック１４上に搭載される（工程２０１）。ウエハ２６は、酸化ケイ素からなる酸化物層または窒化物層などの絶縁膜層２８を有し、この絶縁膜層２８は、レジストマスク３０によって覆われた部分とレジストマスク３０によって覆われていない部分とを有する。
【００１６】
次に、エッチングチャンバ１０は、レジストマスク３０によって覆われていない部分の絶縁膜層２８をエッチングして除去する（工程２０２）。これは、エッチングチャンバ１０にエッチャントガスを流し込み、エッチングチャンバ内の圧力を２０〜２００ミリトールにすることによって達成される。本発明の好ましい実施形態において、エッチャントガスは、一般の分子式：Ｃy Ｆx で表されるフッ化炭素ガスと酸素とからなる。使用されるエッチャントガスの量は、従来の技術において既に知られている。エッチャントガスは、エッチングチャンバ１０の頂部に設けられたエッチャントガス分配システム１８を介して、エッチャントガスソース２０により供給される。高周波エネルギソース１６は、静電チャック１４に高周波信号を供給する。これは、静電チャック１４と、接地されたチャンバ壁１２とのあいだに高周波の電界を生じさせるので、カソードとして機能する静電チャック１４と、アノードとして機能するチャンバ壁１２とによって、エッチャントガスが活性化される。活性化されたエッチャントガスは、イオン化する。イオンは、高周波によって活性化され、チャンバの内部でウエハ２６を取り囲むプラズマを生成する。ウエハはプラズマの中にあるので、レジストマスク３０によって覆われていない部分の絶縁膜層２８が、エッチングされて除去される。チャンバ壁１２と、静電チャック１４と、エネルギソース１６と、エッチャントガス分配システム１８と、エッチャントガスソース２０とが、ウエハを取り囲むようにプラズマを形成し、それを維持するので、これらの要素によって、局所プラズマが生成され供給される。エッチングプロセスの結果、レジストマスク３０とフッ化水素エッチャントガスとから形成されたポリマ残留物３２が、チャンバ壁１２上に形成される。絶縁膜層２８が十分にエッチングされたら、エッチング工程（工程２０２）は、局所プラズマの生成を停止することによって停止される。
【００１７】
遠隔プラズマソース２４は、チャンバ壁１２に接続した状態で示してある。遠隔プラズマソース２４は、エッチングチャンバ１０に近い別の場所に設けても良い。遠隔プラズマソース２４とチャンバ１０の内部とのあいだの入り口は、遠隔プラズマソース２４の中で作成された十分な数の酸素ラジカルが、失われることなしに遠隔プラズマソース２４からチャンバ１０の内部へと到達できるように、十分に大きくとならければならない。遠隔プラズマソース２４は、マイクロ波放電もしくはインダクティブ放電または他の何らかの高密度解離性遠隔ソースのいずれかを使用して良い。このような遠隔ソースの一例は、マサチューセッツ州ウォバーン所在のＡＳＴｅＸ社によるＡＳＴＲＯＮである。剥離ガスソース２５からは、酸素が遠隔プラズマソース２４に供給される。遠隔プラズマソース２４は、酸素によって形成される酸素ラジカルを解離させ、エッチングチャンバ１０に流し込むので、チャンバの中の圧力は、１００〜１，０００ミリトールである。酸素ラジカルは、レジストマスク３０と反応し、レジストマスク３０を剥離させる（工程２０４）。好ましい実施形態では、エッチャントガスソース２０からのエッチングガスの流れと、高周波エネルギソース１６からの電力とを中断させることによって、レジストマスク３０の剥離を、ただ酸素ラジカルによってのみ達成する。別の実施形態では、遠隔プラズマとともに局所プラズマを使用して剥離を行って良い。別の実施形態では、剥離ガスとして、水素と窒素の混合物を、酸素と別々にまたは酸素と組み合わせて使用して良い。
【００１８】
剥離工程を中断するためには、遠隔プラズマソース２４からの反応物質の流れを停止させる。そして、エッチングチャンバ１０からウエハ２６を取り出す（工程２０６）。チャンバ壁１２からポリマ残留物３２を取り除くため、チャンバ壁ヒータ２２でチャンバ壁１２を加熱する。好ましい一実施形態では、チャンバ壁を８０〜３００度まで加熱する。本発明によるさらに好ましい一実施形態では、チャンバ壁を１２０〜２００度まで加熱する。本発明による最も好ましい一実施形態では、チャンバ壁を１５０度まで加熱する。剥離ガスソース２５からは、酸素が遠隔プラズマソース２４に供給される。遠隔プラズマソース２４は、酸素によって形成される酸素ラジカルを解離させ、エッチングチャンバ１０に流し込むので、チャンバの中の圧力は、１００〜１，０００ミリトールである。酸素ラジカルは、加熱されたチャンバ壁１２と反応し、チャンバ壁１２からポリマ残留物３２を取り除く（工程２０８）。別の実施形態では、遠隔プラズマソースからのプラズマソースとして、水素と窒素の混合物を酸素と別々にまたは酸素と組み合わせて使用して良い。チャンバ壁１２が十分に清浄である場合は、遠隔プラズマソース２４からのプラズマを中断させ、エッチングチャンバ１０を次のウエハに備えさせる。
【００１９】
図３は、閉じ込めプラズマを使用した、本発明による別の好ましい実施形態によるエッチングチャンバ４０の概略図である。エッチングチャンバ４０は、チャンバ壁４２と、高周波（ＲＦ）エネルギソース４６に接続した静電チャック４４と、接地されたアノード４８と、エッチャントガスソース５０と、閉じ込めリング５２と、剥離ガスソース５５に接続した遠隔プラズマソース５４とを備える。エッチングチャンバ４０の底部においてカソードとして機能する静電チャック４４と、エッチングチャンバ４０の頂部に設けられたアノード４８とは、プラズマ領域を小領域に閉じ込めるために、互いの近くに設けられる。閉じ込めリング５２は、プラズマ領域の側方を取り囲むことによって、プラズマ領域をさらに閉じ込め、プラズマをチャンバ壁４２から離れたエッチングチャンバ４０の中心近くに維持する。閉じ込めリング５２は、石英から形成して良く、狭く間隔を開けた状態で設けられた複数のリング板として形成される。この例では、３つの閉じ込めリング５２を示したが、他の実施形態では、１つまたはそれ以上の閉じ込めリングを使用して良い。閉じ込めリング５２間の間隙は、非常に狭いので、間隙を通るプラズマの大部分が、チャンバ壁４２に到達する前に閉じ込めリング５２との衝突によって消滅し、プラズマは、チャンバ壁４２に到達することなく維持される。
【００２０】
図４は、本発明の好ましい一実施形態において使用されるエッチングチャンバの動作を示したフローチャートである。ウエハ５６は、エッチングチャンバ４０の内部でかつエッチングチャンバ４０の底部の近くにおいて、静電チャック４４上に搭載される（工程４０１）。ウエハ５６は、酸化ケイ素からなる酸化物層または窒化物層などの絶縁膜層５８を有し、この絶縁膜層５８は、レジストマスク６０によって覆われた部分とレジストマスク６０によって覆われていない部分とを有する。
【００２１】
次に、エッチングチャンバ４０は、レジストマスク６０によって覆われていない部分の絶縁膜層５８をエッチングして除去する（工程４０２）。これは、エッチングチャンバ４０にエッチャントガスを流し込み、エッチングチャンバ内の圧力を２０〜２００ミリトールにすることによって達成される。本発明の好ましい実施形態において、エッチャントガスは、一般の分子式：Ｃy Ｆx で表されるフッ化炭素ガスと酸素とからなる。使用されるエッチャントガスの量は、従来の技術において既に知られている。エッチャントガスは、エッチングチャンバ４０に接続したエッチャントガスソース５０によって供給される。高周波エネルギソース４６は、静電チャック４４に高周波信号を供給する。これは、静電チャック４４と、接地されたアノード４８とのあいだに高周波の電界を生じさせるので、エッチャントガスを活性化させる。活性化されたエッチャントガスは、イオン化する。イオンは、高周波によって活性化され、チャンバの内部でウエハ５６を取り囲むプラズマを生成する。ウエハはプラズマの中にあるので、レジストマスク６０によって覆われていない部分の絶縁膜層５８が、エッチングされて除去される。静電チャック４４と、エネルギソース４６と、アノード４８と、エッチャントガスソース５０とが、ウエハを取り囲むようにプラズマを形成し、それを維持するので、これらの要素によって、局所プラズマが提供される。エッチングプロセスの結果、レジストマスク６０とフッ化水素エッチャントガスとから形成されたポリマ残留物６２が、閉じ込めリング５２上に形成される。絶縁膜層５８が十分にエッチングされたら、エッチング工程（工程４０２）は、局所プラズマの生成を停止することによって停止される。
【００２２】
遠隔プラズマソース５４は、チャンバ壁４２に接続した状態で示してある。遠隔プラズマソース５４とチャンバ４０の内部とのあいだの入り口は、遠隔プラズマソース５４の中で作成された十分な数の酸素ラジカルが、失われることなしに遠隔プラズマソース５４からチャンバ４０の内部へと到達できるように、十分に大きくとならければならない。遠隔プラズマソース５４は、マイクロ波放電もしくはインダクティブ放電または他の何らかの高密度解離性遠隔ソースのいずれかを使用することができる。このような遠隔ソースの一例は、マサチューセッツ州ウォバーン所在のＡＳＴｅＸ社によるＡＳＴＲＯＮである。剥離ガスソース５５からは、酸素が遠隔プラズマソース５４に供給される。遠隔プラズマソース５４は、酸素によって形成される酸素ラジカルを解離させ、エッチングチャンバ４０に流し込むので、チャンバの中の圧力は、１００〜１，０００ミリトールである。酸素ラジカルは、レジストマスク６０と反応し、レジストマスク６０を剥離させる（工程４０４）。好ましい実施形態では、エッチャントガスソース５０からのエッチングガスの流れと、高周波エネルギソース４６からの電力とを中断させず、レジストマスク６０の剥離を、遠隔プラズマソース５４からの酸素ラジカルと局所プラズマによって達成する。別の実施形態では、遠隔プラズマソースからのプラズマソースとして、水素と窒素の混合物を、酸素と別々にまたは酸素と組み合わせてすることができる。剥離工程を中断するためには、遠隔プラズマソース５４からの反応物質の流れと局所プラズマとを停止させる。
【００２３】
次に、エッチングチャンバ４０からウエハ５６を取り出す（工程４０６）。閉じ込めリング５２からポリマ残留物６２を除去するためには、酸素または窒素／水素エッチャントガスをエッチングチャンバ４０に流し込み、チャンバの中の圧力を１００〜１，０００ミリトールにする。使用されるエッチャントガスの量は、従来の技術において既に知られている。高周波エネルギソース４６は、静電チャック４４に高周波信号を供給する。これは、静電チャック４４と、接地されたアノード４８とのあいだに高周波の電界を生じさせるので、エッチャントガスを活性化させる。活性化されたエッチャントガスは、イオンに解離する。イオンは、高周波によって活性化され、チャンバの内部でウエハ５６を取り囲むプラズマを生成する。局所プラズマは、静電チャック４４と、アノード４８と、閉じ込めリング５２とによって、小領域に閉じ込められるので、閉じ込めリング５２からポリマ残留物６２を除去するのに十分なだけ密でかつ高エネルギである。閉じ込めリング５２が十分に清浄である場合は、局所プラズマを中断させ、エッチングチャンバ４０を次のウエハに備えさせる。
【００２４】
別の実施形態では、局所プラズマと遠隔プラズマの両方を、閉じ込めリングを伴わないエッチングチャンバまたは閉じ込めリングを伴ったエッチングチャンバのいずれかでの洗浄のために使用する。
【００２５】
以上では、本発明をいくつかの好ましい実施形態の形で説明したが、本発明の範囲内で、種々の代替、置き換え、および等価物が可能である。また、本発明による方法および装置を実現する代替の方法が数多く存在することにも注意が必要である。したがって、添付した特許請求の範囲は、このような代替、置き換え、および等価物の全てを、本発明の真の趣旨および範囲内に含むものとして、解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  エッチングチャンバの概略構成図である。
【図２】  図１に示したエッチングチャンバを使用するプロセスほ示すフローチャートである。
【図３】  別のエッチングチャンバの概略構成図である。
【図４】  図３に示したエッチングチャンバを使用するプロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…エッチングチャンバ
１２…チャンバ壁
１４…静電チャック
１６…高周波エネルギソース
１８…エッチャントガス分配システム
２０…エッチャントガスソース
２２…チャンバ壁ヒータ
２４…遠隔プラズマソース
２５…剥離ガスソース
２６…ウエハ
２８…絶縁膜層
３０…レジストマスク
３２…ポリマ残留物
４０…エッチングチャンバ
４２…チャンバ壁
４４…静電チャック
４６…高周波エネルギソース
４８…アノード
５０…エッチャントガスソース
５２…閉じ込めリング
５４…遠隔プラズマソース
５５…剥離ガスソース
５６…ウエハ
５８…絶縁膜層
６０…レジストマスク
６２…ポリマ残留物
【図１】
0004860087.tif 000002
【図２】
0004860087.tif 000003
【図３】
0004860087.tif 000004
【図４】
0004860087.tif 000005