(57)【要約】【課題】配線回路パターンを形成するエッチングにおいて、加工変換差のバラツキを抑制すると共に、ウエハを載置する下部電極の温度を短時間で切り替え可能にする。【解決手段】本発明の半導体製造装置は、反応室２と、半導体基板５を載置する下部電極４と、反応室２内に下部電極４と対向するように配設された上部電極３とを備え、２つの電極３、４間に高周波電力を供給してプラズマを発生させるように構成されたものであって、反応室２の外側に、発光した光を反応室２の透明な室壁２ａを通して上部電極３の周辺部に照射して加熱する発光加熱装置６を配設したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の処理を行う反応室と、この反応室を真空排気する排気ラインと、前記反応室内に反応性/非反応性のガスを供給するガスラインと、前記半導体基板を載置する下部電極と、前記反応室内に前記下部電極と対向するように配設された上部電極とを備え、前記２つの電極間に高周波電力を供給してプラズマを発生させるように構成された半導体製造装置であって、
前記反応室の外側に配設され、発光した光を前記反応室の透明な室壁を通して前記上部電極の周辺部に照射して前記周辺部を加熱する発光加熱装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
半導体基板の処理を行う反応室と、この反応室を真空排気する排気ラインと、前記反応室内に反応性/非反応性のガスを供給するガスラインと、前記半導体基板を載置する下部電極と、前記反応室内に前記下部電極と対向するように配設された上部電極とを備え、前記２つの電極間に高周波電力を供給してプラズマを発生させるように構成された半導体製造装置であって、
前記反応室内における前記下部電極の外側下方部位に配設され、発光した光を前記上部電極の周辺部に照射して前記周辺部を加熱する発光加熱装置を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
前記周辺部の温度を、前記上部電極の中央部の温度よりも高く設定したことを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記周辺部の温度について、前記中央部に接する部分から外側へ進むほど温度が徐々に高くなる温度勾配を設定したことを特徴とした請求項３記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記発光加熱装置はハロゲンランプヒータで構成されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
【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に好適するものであって、エッチング機能を改善することができる半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
年々、高集積化の進む半導体装置においては、微細化への要求として回路設計ルールの縮小化が取り入れられている。この回路設計の微細化は、直接、回路面積の縮小に直結してしまう為、アスペクト比の増加のみならず、仕上がり寸法の規格、寸法バラツキ規格、合わせ精度規格等厳しくなる状況にある。例えば配線パターンでは微細化に伴い、密パターンと孤立パターンとで、ウエハ面内で寸法バラツキが生じるが、管理規格が非常に厳しいため、仕上がり寸法だけで無く、ウエハ面内で生じる寸法バラツキの許容範囲も小さくする必要がある。このため、高性能なエッチング処理が求められている。この場合、所望のデザインで回路パターンが形成されない場合、安定的なデバイス動作を得ることが一層困難になる。
【０００３】
上記問題は、微細化やウェーハの大口径化において直面する問題であり、所望の寸法と許容されるバラツキ範囲で回路パターンの形成ができない場合には、デバイス動作の不良に直結するという問題点があった。
【０００４】
さて、従来周知の平行平板型のＲＩＥ装置を用いて、例えば３００ｍｍのウエハをエッチングして配線回路パターンを形成した場合について、密度パターン部と孤立パターン部とについて加工変換差（エッチング後の寸法−レジスト寸法）を測定してみた。その測定結果によると、密度パターン部においては、ウエハの中央部（Center）と外周端部（Edge）との間で、加工変換差のバラツキが、約３．５ｎｍ程度付いていることがわかった。また、孤立パターン部においては、ウエハの中央部（Center）と外周端部（Edge）との間で、加工変換差のバラツキが、約１２．０ｎｍ程度付いていることがわかった。
【０００５】
このような加工変換差バラツキが存在すると、そのまま配線パタンの仕上がり寸法に直結してしまうため、配線抵抗のバラツキや、配線間距離によっては電気的短絡や寄生容量の誘発を起こしてしまうという問題点があった。
【０００６】
これに対して、従来技術においては、エッチング・パラメータの中の圧力やガスの導入比や、下部電極温度を調整すると共に、リソグラフィー工程で部分的に露光量を変える（マルチドーズ）ことにより、加工変換差のバラツキを補い、所望の仕上がり寸法（バラツキ規格内）とデバイス性能を得ていた。しかし、回路設計ルールの縮小により、加工変換差の許容できるバラツキ量自体が厳しくなり、更に、ウエハの大口径化に対しては、加工変換差のバラツキを抑制することは、これまで以上に難しく、従来技術では対応できないことが予想されている。
【０００７】
上記加工変換差のバラツキを抑制する技術の一例として、特許文献１に記載された装置が知られている。この装置では、ウエハを載置する下部電極の中央部と周辺部とで温度差を持たせることにより、ウエハ面内の選択比の均一性を良好にするようにしている。しかし、上記装置では、下部電極の中央部と周辺部とで温度差を持たせるに当たって、下部電極用チラーと下部電極周辺部用チラーとを通電制御することによって実現している。このため、下部電極の温度分布を短時間で切り替えることができない、または、下部電極の温度分布を細かく制御できないという不具合があった。
【特許文献１】特開平６−３７０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、配線回路パターンを形成するドライエッチングにおいて、加工変換差のバラツキを抑制することができると共に、上部電極の温度分布を短時間で切り替えることができる等の効果を奏する半導体製造装置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】
【０００９】
本発明の半導体製造装置は、半導体基板の処理を行う反応室と、この反応室を真空排気する排気ラインと、前記反応室内に反応性/非反応性のガスを供給するガスラインと、前記半導体基板を載置する下部電極と、前記反応室内に前記下部電極と対向するように配設された上部電極とを備え、前記２つの電極間に高周波電力を供給してプラズマを発生させるように構成されたものであって、前記反応室の外側に配設され、発光した光を前記反応室の透明な室壁を通して前記上部電極の周辺部に照射して前記周辺部を加熱する発光加熱装置を備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線回路パターンを形成するエッチングにおいて、加工変換差のバラツキを抑制することができると共に、上部電極の温度分布を短時間で切り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を平行平板型ドライエッチング設備に適用した場合の第１の実施形態について、図１ないし図５を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施例の平行平板型ドライエッチング設備の概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、平行平板型ドライエッチング設備１は、反応室（チャンバー）としての例えば真空容器２と、この真空容器２内の上下部にほぼ平行に配設された上部電極３及び下部電極４とを備えて構成されている。真空容器２は、例えば円筒状の容器で構成されており、その周壁部の上半部には、光を透過可能な部材である例えば石英で形成された石英側壁部２ａが設けられている。
【００１２】
上部電極３及び下部電極４は、それぞれ例えば円形板状の部材で構成されている。下部電極４上に、半導体基板としてのウエハ５が例えば静電チャックにより載置固定されている。上記ウエハ５は、例えばシリコン基板上にＳｉＯ２膜を成膜し、レジストにより配線パターンを形成したものである。
【００１３】
また、上部電極３と真空容器２の側壁は、図示しない電気ヒータと、温度制御用のチラー（図示しない）から循環供給される液冷媒（水等）と、真空容器２の外側に配設された複数個の発光加熱装置６とによって温度調整される。図２に示すように、上部電極３は、電気ヒータとチラーにより温度調整されることにより、上部電極３のうちの、対向するウエハ５の中央部（Center）から中間部（Middle）までの部分（中央部）に対応する第１の部分領域３ａの温度は、例えばほぼ６０℃程度になるように構成されている。
【００１４】
そして、上部電極３のうちの残りの部分領域、即ち、ウエハ５の中間部（Middle）から端部（Edge）までの部分に対応する第２の部分領域（周辺部）３ｂの温度が例えばほぼ１００℃程度になるように構成されている。この場合、第２の部分領域３ｂは、電気ヒータと、チラーから循環供給される液冷媒（水等）とにより加熱されると共に、真空容器２の外側の発光加熱装置６から発光された光７が石英側壁部２ａを通って第２の部分領域３ｂに照射されることにより加熱される構成となっている。尚、発光加熱装置６は、例えばハロゲンランプヒータで構成されており、その照射角度を例えば電動で調整可能なように構成されている。この発光加熱装置６からの光７の照射量や照射時間（オンオフ時間等）や照射角度等を制御することにより、部分領域３ｂの温度を制御している。
【００１５】
また、下部電極４の温度は、電気ヒータや温度制御用のチラー（図示しない）から循環供給される液冷媒（水等）により設定温度に保持されるように構成されている。
上記構成の場合、上部電極３に設けられたガスノズル８よりプロセスガス（例えばＣ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝２０／５００／１０ｓｃｃｍ）を真空容器２内に導入し、真空容器２の底部に設けられた排気口９から排気を行うことにより、真空容器２内を所望の圧力になるように制御可能な構成となっている。この場合、ガスノズル８がガスラインを構成し、排気口９が排気ラインを構成している。
【００１６】
そして、上部電極３と下部電極４の間に、高周波電源１０から高周波電力を供給してプラズマ放電を行うことにより、プラズマ１１を生成し、ドライエッチング処理を実行するように構成されている。尚、高周波電源１０は、一方の端子が下部電極４にコンデンサ１２を介して接続され、他方の端子がアースされている。そして、高周波電源１０は、下部電極４の下方に配設されている。また、上部電極３はアースされている。
【００１７】
ここで、上記した構成のドライエッチング設備１によるドライエッチング処理の動作について、図３を参照して説明する。図３は、図１及び図２に示すドライエッチング設備１においてエッチング中の状態を示したものである。図３に示すように、プラズマ１１により生成されたイオン（ＣＦ＋）１３は、ウエハ５上に誘起されたＶｄｃ電位（−）により加速され、レジストをマスクにしてＳｉＯ２膜をエッチングする。これに対して、同じくプラズマ１１により生成されたラジカル（ＣＦ＊）１４は，電気的に中性な性質のため、イオン１３と異なり、従来構成のドライエッチング設備であれば、進行方向に規則性は無い。このため、従来構成においては、上記ラジカル（ＣＦ＊）１４は、ランダムに、ウエハ５上のみならず、上部電極３や真空容器２内にも方向性無く拡散していた。
【００１８】
これに対して、本実施例のドライエッチング設備１（図１及び図２）においては、上部電極３の温度を、第１の部分領域３ａについてはほぼ６０℃に設定し、第２の部分領域３ｂについてはほぼ１００℃に設定し、図２に示すような温度分配となるように温度制御した。これにより、従来構成の温度と同じほぼ６０℃設定の部分領域３ａでは、ラジカル１４は、上部電極３の部分領域３ａの下面に到達後、従来構成と同じく部分領域３ａの下面に対して反応性生成物として堆積が進行する。これに対して、温度が高い部分領域３ｂでは、ラジカル１４は、部分領域３ｂの下面に到達しても高温化の効果により反応生成物としての堆積が進行し難い。
【００１９】
そして、このとき、部分領域３ｂの下面への堆積が妨げられたラジカル１４は、ウエハ５の上面における上記部分領域３ｂに対向する部位（対面）に堆積が進行するようになる。これにより、イオン１３には干渉せずに、ウエハ５の上面に堆積するラジカル１４（即ち、反応性生成物）の供給量をウエハ５の上面における位置に応じてコントロールすることが可能となる。
【００２０】
図４は、上記した本実施例の上部電極３の温度制御を実行した場合と、従来構成の温度制御を実行した場合とについて、それぞれ配線回路パタンの中の密部パタン部（Cell）における加工変換差（エッチング後の寸法−レジスト寸法）を測定した結果である。この場合、ウエハ５としては例えば３００ｍｍのウエハを使用し、図４の横軸はウエハ５の測定位置を示し、図４の縦軸は加工変換差を示す。横軸のウエハ５の測定位置として、Centerはウエハ５の中心を示し、Middleはウエハ５の中心から７０ｍｍの位置を示し、Edgeはウエハ５中心から１３０ｍｍの位置を示す。
【００２１】
また、図４において、実線Ｐ１は本実施例による測定結果を示し、実線Ｐ２は従来構成による測定結果を示す。本実施例では、上部電極３の第１の部分領域３ａ（ウエハ５のCenterからMiddle領域）を中温、例えばほぼ６０℃で温度制御し、第２の部分領域３ｂ（Edge領域）を高温、例えばほぼ１００℃で温度制御して、エッチング処理を行った。尚、従来構成では、上部電極の全領域を中温、例えばほぼ６０℃で温度制御してエッチング処理を行った。
【００２２】
この図５から、Edeg領域（第２の部分領域３ｂ）において加工変換差バラツキが、従来構成の場合、３．５ｎｍあったものが、本実施例では、２．０ｎｍに向上した。
次に、配線回路パタンの中の孤立パタン部（Isolation）における加工変換差（エッチング後の寸法−レジスト寸法）を、本実施例の上部電極３の温度制御を実行した場合と、従来構成の温度制御を実行した場合とについて、それぞれ測定した結果を、図５に示す。この図５において、実線Ｑ１は本実施例による測定結果を示し、実線Ｑ２は従来構成による測定結果を示す。尚、温度制御やウエハの領域等の条件は、図４と同じである。
【００２３】
上記図５から、Edeg領域（第２の部分領域３ｂ）において加工変換差バラツキが、従来構成の場合、１２．２ｎｍあったものが、本実施例では、２．０ｎｍに向上した。
ところで、エッチング処理により発生するウエハ面内での寸法バラツキ、即ち、加工変換差のバラツキを改善する場合、従来構成においては、圧力やガスの導入比、下部電極の温度の調整等により、加工変換差バラツキの改善を試みて来た。しかし、回路設計ルールの微細化により、許容されるバラツキ範囲も極めて厳しくなり、達成が困難な状況となっていた。これに対して、本実施例の上部電極３の第１の部分領域３ａ及び第２の部分領域３ｂの温度制御機能を備えたドライエッチング設備１を使用することにより、特にウエハ５上の位置に対するエッチング中に発生するラジカル（反応性生成物）１４の供給量をコントロールすることが可能となり、加工変換差のバラツキの発生を大きく抑制することが可能となる。この結果、今後の微細化やウエハの大口径化に対しても、寸法制御性に優れた半導体回路の形成と製造が可能となる。
【００２４】
図６は、本発明の第２の実施形態を示すものである。尚、第１の実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第２の実施形態では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上部電極３の第２の部分領域３ｂ内において、中心側、即ち、部分領域３ａに近づくほど温度が低くなる（６０℃に近づく）と共に、外周側へ向かうほど温度が高くなる（１００℃に近づく）ような線形の温度勾配が設定されている。この場合、発光加熱装置６からの光７の照射量や照射時間（オン／オフ時間等）や照射角度等を制御することにより、第２の部分領域３ｂの温度（温度勾配）を制御している。
【００２５】
そして、上記した以外の第２の実施形態の構成は、第１の実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２の実施形態によれば、発光加熱装置６により上部電極３の第２の部分領域３ｂ内において温度勾配を付けるように構成したので、複数の膜種を連続的に加工する場合に、必要な膜種に限定して、ステップ・エッチングのパラメータの一つとして使用することができるというメリットを有する。
【００２６】
図７は、本発明の第３の実施形態を示すものである。尚、第１の実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第３の実施形態では、図７に示すように、複数の発光加熱装置６を、真空容器２内における下部電極４の外周側の下方に配設した。この構成の場合、発光加熱装置６から発光した光は、下部電極４の外周側に設けられたメッシュ１５を通して上部電極３の部分領域３ｂに照射されるように構成されている。
【００２７】
そして、上記した以外の第３の実施形態の構成は、第１の実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第３の実施形態においても、第１の実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第３の実施形態によれば、発光加熱装置６を真空容器２内に配設するので、真空容器２の側壁に透明な石英側壁部２ａを設ける必要が無くなり、製造コストを低減できる。尚、上記第３の実施形態においても、前記第２の実施形態と同様にして、上部電極３の第２の部分領域３ｂに温度勾配を設定するように構成しても良い。
【００２８】
（他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
【００２９】
まず、上記第１の実施形態では、上部電極３の第１の部分領域３ａの温度よりも、第２の部分領域３ｂの温度を高くするように構成したが、プロセス特性に応じて、温度設定を逆にしても、即ち、上部電極３の第１の部分領域３ａの温度を、第２の部分領域３ｂの温度よりも高くするように構成しても良い。
【００３０】
また、第１の実施形態では、温度を変えたいところに対して温度を高くするように構成したが、同様の温度の相違（分布）が得られるのであれば、温度を下げる方向で温度の相違（分布）を付けるように構成しても良い。更に、第１の実施形態では、上部電極３の第１の部分領域３ａの温度をほぼ６０℃、第２の部分領域３ｂの温度をほぼ１００℃と設定したが、所望のプロセスに応じて設定する温度は他の温度でも良い。
【００３１】
また、第１の実施形態では、上部電極３の２つの部分領域３ａ、３ｂの温度を異ならせるように構成したが、プロセス特性に応じて温度を異ならせる領域を３つ以上設けるように構成しても良い。この場合、３つ以上の領域の各設定温度は、プロセス特性に応じて適宜温度設定を行えば良い。
【００３２】
上記各実施形態においては、絶縁膜（ＳｉＯ２）のドライエッチング処理に適用したが、他の膜種のドライエッチング処理に適用しても良い。
また、上記各実施形態では、単一条件で上部電極３に温度分布（温度勾配等）を設け、エッチング処理を行うように構成したが、複数の膜種を連続的にエッチングする際に、必要とするプロセス条件に限り、ステップ・エッチング中のパラメータとして使用しても良い。
【００３３】
また、上記各実施形態では、上部電極３に温度分布（温度勾配等）を設けるに際して、発光加熱装置６の光により温度制御を実現するように構成したが、上部電極３に温度分布（温度勾配等）を設定可能であれば、ヒーター加熱機能やチラ−循環機能や、その他の加熱機能で実現するように構成しても良い。このような構成の場合、特許文献１に記載された構成に近くなるが、両者は高周波電源の装備位置が相違する。
【００３４】
即ち、特許文献１の構成の場合、図８（ｂ）に示すように、下部電極（ウエハ載置電極）４にウエハ載置電極用交流電源（高周波電源１０のうちのバイアス電源）１６を接続すると共に、上部電極（対向電極）３に対向電極用交流電源（高周波電源１０のうちのソース電源）１７を接続している。この構成の場合、ソース電源１７が上部電極（アノード側）３に接続（装備）されているため、上部電極３への反応性生成物は堆積され難い（上部電極側にイオンのアタックが発生し堆積し難い）。その結果、上部電極３の温度分布を変えても、そこから跳ね返る反応性生成物の量は元から少なく、ウエハ５への供給も期待し難い。
【００３５】
これに対して、図８（ａ）に示すように、高周波電源１０、即ち、バイアス電源１６及びソース電源１７を下部電極に接続（装備）し、上部電極３をアースする（高周波電源を装備しない）と、上部電極１０に高周波電源がないため、上部電極３に堆積した反応性生成物を除去できない（反応性生成物が堆積し易い）。そして、上部電極３に堆積する反応性生成物は、上部電極３の温度を高くすることにより、堆積し難くなり、その結果、反応性生成物は対面するウエハ５上に降り注ぐことになる。従って、上記各実施形態のように、上部電極３の部分領域３ａ、３ｂの温度を異ならせる制御を行うことで、ウエハ５へ供給する反応性生成物の量を制御することが可能になる。
【００３６】
尚、上記各実施形態では、配線パターンを形成するドライエッチング処理に適用したが、コンタクトパターン等を形成するドライエッチング処理に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すドライエッチング設備の概略断面図
【図２】上部電極の平面図
【図３】ドライエッチングの作用を説明するドライエッチング設備の概略断面図
【図４】密度パターン部の加工変換差の変化を示す特性図
【図５】孤立パターン部の加工変換差の変化を示す特性図
【図６】本発明の第２の実施形態を示すもので、上部電極の温度勾配を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図８】本発明の変形形態を説明する図１相当図
【符号の説明】
【００３８】
図面中、１は平行平板型ドライエッチング設備、２は真空容器（反応室）、２ａは石英側壁部、３は上部電極、３ａは第１の部分領域、３ｂは第２の部分領域、４は下部電極、５はウエハ、６は発光加熱装置、７は光、８はガスノズル（ガスライン）、９は排気口（排気ライン）、１０は高周波電源、１１はプラズマである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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