JP2008193024A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】希ガスの供給口、室内大気の排気口、高周波電源へ結線された下部電極とその対向電極となる上部電極とを備えたエッチング室と、エッチング室のプラズマ環境中でつくられた希ガス原子の反応性ラジカル種と被エッチング膜の原子との反応によって、被エッチング膜をエッチングするドライエッチング装置において、エッチング後のマスクが、面内の寸法バラツキが減少する、パターン疎密による寸法バラツキが減少するドライエッチング装置を提供することにより、面内の寸法バラツキが少ないマスクを提供すること。
【解決手段】下部電極が複数個に分割してアレイ状に配置し、各々分割した下部電極毎に高周波電源を配置したドライエッチング装置であって、ドライエッチング時では、分割した各々下部電極毎にエッチング条件を個別に設定することができるドライエッチング装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライエッチング起因の面内の寸法バラツキを改善するドライエッチング装置であって、特に下部電極をアレイ状（ＡＲＲＡＹ状）に複数個搭載するドライエッチング装置に関する。

半導体装置の製造では、種々のエッチング装置が用いられている。従来のエッチング装置は、ウエットエッチングによる方法とドライエッチングによる方法が用いられている。ウエットエッチング方法は、薬液からなるエッチング液や溶媒等、液体を用いたプロセスであり、エッチング後の、仕上がり精度と基板面の薬品汚染等に問題が発生する場合がある。近年、半導体装置では、その回路の高集積化、配線の微細化が加速されている。その影響で回路基板のエッチング品質、例えば、寸法バラツキ等の高精度化が要求されている。

一方、ドライエッチング方法は、薬液等の溶液を用いない方法であり、プラズマエッチング等を用いたプロセスであり、エッチング後の、仕上がり精度の改善と薬品汚染等が発生しない方法である。プラズマエッチングは、プラズマ環境中でつくられたフッ素原子、塩素原子等の反応性ラジカル種と被エッチング膜の原子との反応によって揮発性分子がつくられ、被エッチング膜から近傍空間に運ばれるエッチング方法である。

半導体装置の製造に用いるフォトマスクは、フォトリソグラフィプロセスを用いて配線等の回路のパターンを形成している。フォトリソグラフィプロセスは、フォトマスク用のガラス基板上に感光性レジストを塗布する工程と、描画装置等を用いたパターンを露光する工程と、該感光性レジストを現像する工程と、該レジストパターンをマスクとして露出面である遮光膜をエッチングする工程と、前記レジストパターンを剥膜する工程を用いたプロセスである。なお、フォトマスク用のガラス基板は、予めガラス基板の片面には遮光膜が基板全面に形成されている。前記遮光膜のエッチング工程では、プラズマエッチング等のドライエッチング装置が用いられている。

従来のドライエッチング装置には、エッチング室内に対向電極である上部電極と、ドライエッチング時のエッチング速度（エッチングレート）やエッチング形状等のエッチング仕上がり精度に影響する下部電極が配置されている。前記下部電極は、単一の高周波電源に結線された、１個の電極からなる構成である。すなわち、被エッチング基板の面内では、同一の高周波電源の条件下での下部電極、一つの下部電極のパワー調整でドライエッチングする。

図２は、従来のドライエッチング装置の一例を説明する部分装置図であり、（ａ）は、側断面図であり、（ｂ）は、下部電極の上面図である。

図２（ａ）〜（ｂ）を用いて、従来のドライエッチング装置の一例を以下に説明する。

図２（ａ）に示すように、従来のドライエッチング装置２０は、装置台上にエッチング室２１と、その室内に被エッチング基板であるガラス基板若しくはウエハ（以下マスク１と記す）を移載するステージと、ドライエッチング装置全体を管理制御する制御装置が配置されている。エッチング室２１は、下方に下部電極２２とマスク１の載置のステージが配置されており、上方に下部電極２２の対向電極となる上部電極２５が配置されている。下部電極２２は、一つの高周波電源２６と結線されており、下部電極２２と上部電極２５
間では、高周波電源２６の設定条件を加減して所定のドライエッチング条件、例えばドライエッチングレートが設定できる。エッチング室２１には、室内を減圧するための排気口２４が配置され、室内へ希ガス、例えばフッ素、塩素を供給する供給口２３が配置されている。

ドライエッチング装置２０は、エッチング室内２１を減圧環境まで排気して、希ガスを供給しながら、上下電極間でグロー放電のプラズマ環境中でつくられたフッ素原子、塩素原子等反応性ラジカル種を下部電極で加速させながら被エッチング膜に衝突させ、被エッチング膜の原子との反応によって揮発性分子がつくられ、被エッチング膜から近傍空間に運ばれるエッチングが行われる。この場合では、フッ素原子、塩素原子等反応性ラジカル種と、被エッチング膜の原子との反応による揮発性分子の生成は、プラズマの密度に比例する。プラズマの密度の調整は、下部電極のパワー調整、すなわち高周波電源の条件を加減する方法で行われている。

図２（ｂ）の下部電極２２では、全面１個の電極であり、その電極は１個の高周波電源に結線されており、１つの制御条件のみが設定できる。この場合、下部電極の面内でのエッチング速度の差を補正する方法が複雑化する。エッチング処理時、下部電極表面では、電極中央部と電極外周部でのエッチング速度差、若しくはエッチング面積の大小による影響での差が発生する場合があり、下部電極面内が均一のプラズマ密度に調整することができない問題がある。以下に、下部電極の面内での寸法バラツキを具体的に説明する。

図２（ａ）に示すマスク１では、図上のマスク左側は、パターン密１ａであり、マスク右側は、パターン疎１ｂであり、マスク中央は、マスク中央１ｃである。ドライエッチング装置２０を用いたドライエッチングでは、マスク１での面内バラツキが発生する、すなわちマスクの外周は寸法のバラツキが大きく、マスク中央１ｃは、バラツキが小さくなる問題が発生する。この場合、マスク面内の寸法差の調整は、主として、エッチング時間を加減する調整方法、又はエッチングレートの加減、例えば高周波電源の条件を変更する方法があり、エッチング時間の加減のみでは不可能であり、エッチングレートをマスク面内で変更する方法が必要となる。

ドライエッチング装置２０を用いたドライエッチングでは、マスク１でのパターンの疎密差による寸法のバラツキが発生する、すなわちマスクのパターン密１ａは寸法が大きくなる、パターン疎１ｂは寸法が小さくなる問題が発生する。この場合、マスク面内の寸法差の調整は、主として、エッチングレートの加減、例えばエッチングレートをマスク面内で変更する方法が必要となる。

図２（ａ）に示すように、マスク１では、パターンの配置密度、すなわち、パターン疎があり、マスク左側のパターン密１ａ、マスク右側のパターン疎１ｂ、マスク中央１ｃ等、下部電極の面内でのエッチング速度の差を補正する方法が複雑化する。ドライエッチング装置２０を用いたドライエッチングでは、マスク１の大型化する、すなわち、マスクの外周とマスク中央１ｃとの寸法差が大きくなり、マスク１でのパターンの微細化する、すなわち、疎密差が拡大することによる寸法差が発生する。エッチング速度の差を補正では、マスク外周での下部電極の条件補正、パターン密１ａでの下部電極の条件補正が必要となる。

従来のドライエッチング装置２０では、マスク面内の位置により寸法バラツキが発生した場合、寸法バラツキを修正する方法が不十分であり、下部電極の面内でのプラズマ密度の部分変更が出来ない問題がある。すなわち、下部電極２２が１個のみであり、部分的に変更出来ない。

以下に公知文献を記す。
特開２０００−２６８９９４号公報

本発明の課題は、ドライエッチング装置を用いたマスクのエッチングにおいて、面内の寸法バラツキが減少する、パターン疎密による寸法バラツキが減少するドライエッチング装置を提供することにより、面内の寸法バラツキが少ないマスクを提供すること。

本発明の請求項１に係る発明は、希ガスの供給口、室内大気の排気口、高周波電源へ結線された下部電極とその対向電極となる上部電極とを備えたエッチング室と、エッチング室のプラズマ環境中でつくられた希ガス原子の反応性ラジカル種と被エッチング膜の原子との反応によって、被エッチング膜をエッチングするドライエッチング装置において、下部電極が複数個に分割してアレイ状に配置したドライエッチング装置であって、各々分割した下部電極毎に高周波電源を配置し、分割した各々下部電極毎にエッチング条件を個別に設定することができることを特徴とするドライエッチング装置である。

本発明のドライエッチング装置を用いることで、ＡＲＲＡＹ状に配置した下部電極の各々高周波電源の設定条件、すなわち電源パワーを変更し、マスクの外周のＡＲＲＡＹ状下部電極はパワーを大きくし、マスク中央のＡＲＲＡＹ状下部電極はパワーを小さくしたことで、寸法が外周と中央とが均一となり寸法の面内バラツキが小さくなる。

本発明のドライエッチング装置を用いることで、ＡＲＲＡＹ状に配置した下部電極の各々高周波電源の設定条件、すなわち電源パワーを変更し、マスクのパターン密のＡＲＲＡＹ状下部電極はパワーを小さくし、パターン疎のＡＲＲＡＹ状下部電極はパワーを大きくしたことで、寸法がパターン密とパターン疎とが均一となり、パターン疎密での寸法バラツキが小さくなる。

本発明の下部電極をアレイ状（ＡＲＲＡＹ状）に複数個搭載するドライエッチング装置を一実施形態に基づいて以下説明する。

本発明のドライエッチング装置は、下部電極が複数個に分割してアレイ状に配置したドライエッチング装置である。本発明のドライエッチング装置は、各々分割した下部電極毎に高周波電源を配置し、分割した各々下部電極に結線した高周波電源毎にエッチング条件を個別に設定することによりドライエッチングすることができる特徴を備えている装置である。

図１は、本発明の下部電極をアレイ状（ＡＲＲＡＹ状）に複数個搭載するドライエッチング装置の一例の装置説明図で、（ａ）は、側断面図であり、（ｂ）は、下部電極の上面図である。

図１（ａ）の本発明の下部電極をアレイ状（ＡＲＲＡＹ状）に複数個搭載するドライエッチング装置１０は、装置台上にエッチング室１１と、被エッチング基板であるマスク１を移載する装置と、装置を制御する制御装置が配置されている。エッチング室１１は、下方に複数個に分割してアレイ状に配置した下部電極（以下アレイ状下部電極１２と記す）１２とマスク１の載置部位が配置されており、上方にアレイ状下部電極１２の対向電極と
なる上部電極１５が配置されている。アレイ状下部電極１２は、各々高周波電源１６と結線されており、個別に所定の条件に設定ができる。エッチング室１１は、室内を減圧するための排気口１４が配置され、室内へ希ガス、例えばフッ素、塩素を供給する供給口１３が配置されている。

本発明のドライエッチング装置１０は、エッチング室内１１を減圧環境まで排気して、希ガスを供給しながら、アレイ状下部電極１２、上部電極１５でグロー放電のプラズマ環境中でつくられたフッ素原子、又は塩素原子等反応性ラジカル種を下部電極で加速させながら被エッチング膜に衝突させ、被エッチング膜の原子との反応によって揮発性分子がつくられ、被エッチング膜２から近傍空間に運ばれるエッチングが行われる。この場合では、フッ素原子、塩素原子等反応性ラジカル種と、被エッチング膜２の原子との反応による揮発性分子の生成は、プラズマの密度に比例する。エッチング寸法、すなわちエッチング速度差が発生した場合は、その位置に相当するアレイ状下部電極のみ設定した高周波条件を加減して調整することができる。

図１（ｂ）のアレイ状配置下部電極１２では、その電極面積を保ち、複数個に分割してアレイ状に配置した下部電極であり、例えば、６×６に分割し、アレイ状に配置されており、その各々下部電極は１個の高周波電源に結線されており、各々下部電極毎に１つの制御条件が設定できる。この場合、下部電極の面内でのエッチング速度の差を補正する方法が単純化する。寸法差の調整は、電極面内の差を調整して後に、パターン密、パターン疎の位置に相当するアレイ状下部電極を微調整することが重要となる。以下に、下部電極の面内での寸法バラツキを具体的に説明する。

図１（ａ）に示すマスク１では、図上のマスク左側は、パターン密１ａであり、マスク右側は、パターン疎１ｂであり、マスク中央は、マスク中央１ｃである。本発明のドライエッチング装置１０を用いたドライエッチングでは、マスク１での面内バラツキを防止するために、マスクの外周、すなわちアレイ状配置下部電極の周辺はパワーをプラス補正し、プラズマの密度を補正する。

本発明のドライエッチング装置１０を用いたドライエッチングでは、マスク１でのパターンの疎密差による寸法のバラツキを防止するために、マスクのパターン密１ａ、すなわちアレイ状配置下部電極の左側はパワーをマイナス補正し、マスクのパターン疎１ｂ、すなわちアレイ状配置下部電極の右側はパワーをプラス補正し、プラズマの密度を補正する。

本発明の下部電極をアレイ状（ＡＲＲＡＹ状）に複数個搭載するドライエッチング装置の一例を説明する装置図面で、（ａ）は、側断面図であり、（ｂ）は、下部電極の上面図である。 従来のドライエッチング装置の一例を説明する装置図で、（ａ）は、側断面図であり、（ｂ）は、下部電極の上面図である。

符号の説明

１…マスク
２…被エッチング膜
３…レジスト（エッチング防止膜）
１０…本発明のドライエッチング装置
１１…エッチング室
１２…（複数個に分割してアレイ状に配置した下部電極の）アレイ状下部電極
１３…供給口
１４…排気口
１５…上部電極
１６…高周波電源
２０…従来のドライエッチング装置
２１…エッチング室
２２…下部電極
２３…供給口
２４…排気口
２５…上部電極
２６…高周波電源

Claims (1)

1. 希ガスの供給口、室内大気の排気口、高周波電源へ結線された下部電極とその対向電極となる上部電極とを備えたエッチング室と、エッチング室のプラズマ環境中でつくられた希ガス原子の反応性ラジカル種と被エッチング膜の原子との反応によって、被エッチング膜をエッチングするドライエッチング装置において、
   下部電極が複数個に分割してアレイ状に配置したドライエッチング装置であって、各々分割した下部電極毎に高周波電源を配置し、分割した各々下部電極毎にエッチング条件を個別に設定することができることを特徴とするドライエッチング装置。

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