JP2009500836A - ウエハのスタックのエッチングを行うための反応装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、マスクされたウエハ（１）のスタックのエッチングを行うための反応装置（１１）であって、エッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用いている形式のものに関し、本発明に基づき、反応装置はプラズマ処理の実施のための装置（１５）を含んでいる。さらに、マスクされたウエハのためのエッチング法であって、エッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用い、この場合にウエハを、エッチング処理の前にプラズマ処理によって前処理する形式のものに関し、本発明に基づき、マスクされたウエハのスタックのためのウエハ前処理並びにエッチング処理を１つの反応装置室内で行うようになっている。

Description

本発明は、マスクされたウエハから成るスタックのエッチングを行うための反応装置であって、エッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用いている形式のものに
ＣＶＤ−装置（化学気相成長［Chemical Vapor Deposition］）の洗浄のために、三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）は処理ガスとして知られている。さらに三フッ化塩素は近年マイクロパターン形成の技術でも用いられるようになっている。三フッ化塩素は酸化珪素（ＳｉＯ_２）に対する高い選択性を有している。つまり珪素はエッチングされ、不動態としてＳｉＯ_２を用いてある。エッチング過程は自然発生し、つまりつまり所定の処理範囲（圧力、温度及びガス流）ではプラズマは不要であり、若しくは比較的高い温度による熱作用はエッチング過程のために必要とされる。エッチング処理によるマイクロパターン形成のために用いられる個別のウエハは、エッチング処置の前に行われる処置過程において、準備及び／又は調整室内で前処理される。次いでウエハは前記室から取り出されて、別の室、例えばエッチング室内でエッチングされる。

本発明の課題は、ウエハの処理のための冒頭に述べた形式の装置を改善すること、並びにウエハの処理のための改善された方法を提供することである。

前記課題を解決するために本発明では、マスクされた複数のウエハから成る１つのスタック若しくは積層体のエッチングを行うための反応装置であって、ウエハはエッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用いてエッチングされるようになっている形式のものにおいて、反応装置はプラズマ処理の実施のための装置をも含んでいる。

本発明の手段は、複数のウエハの処置に際して、例えば複数のウエハから成る１つのスタックの処置に際して二次的な複数の処理過程を一度に行うという認識に基づいている。これによって、エッチング処理に付随して必要な工程、例えば処理室内へのウエハの装填、反応室の排気及び温度調整過程は減少されて、著しい時間及びコストの節減になっている。

さらに本発明の手段は、必要に応じて各エッチング行程間に、若しくは必要に応じて１つのエッチング行程中にもウエハのエッチングすべき表面領域の洗浄のための付加的なプラズマ処理を行うことによって、エッチング処理の改善を達成できるという認識に基づいている。このために、有利にはスパッタリング処理、特に不活性ガススパッタリング処理を用いるとよい。

ウエハを、第１の準備及び／又は調整室から取り出して、再びエッチング処理のための第２の室内へ装填しなくてすむようになっているので、ウエハの取り出し並びに装填の際の生じてしまうような汚れ若しくは損傷は避けられて有利である。

有利には反応装置は、電極を有する船形のウエハ支持体（ウエハ・ボート）を含んでおり、さらに有利な実施態様では、電極はウエハのための受容部を形成しており、これによってウエハは、清潔に配置されてウエハ支持体と一緒に反応装置に装填されるようになっている。

反応装置の容量増大のために有利な実施態様では、各電極は、それぞれ２つのウエハを受容できるように形成されている。

特にプレート状に形成されて互いに絶縁された状態でウエハ支持体内に配置された電極は、交互の極性を有している。このような構成により、所定の間隔を置いて互いに隣接する、つまり所定の間隔で相対する電極間で、該電極に保持されたウエハの処理のためのプラズマを形成することができるようになっている。

本発明の別の実施態様では、電極の極性を切り換えるための切り換え装置若しくはスイッチ装置を設けてあり、該切り換え装置若しくはスイッチ装置は、反応装置の機能を付加的に拡大している。

ウエハ支持体内に配置された電極と電気的な接続部若しくは所定の通路との接続のために、ウエハ支持体は適切に形成された接続ユニットを備えている。接続ユニットは、反応装置の外側と電極との簡単かつ確実な接続結合を保証するように形成されている。

反応装置の個別の各処理過程、若しくはプラズマ処理過程、スパッタリング処理過程やエッチング処理過程を適切に規定若しくは調整するため、若しくはプラズマ処理過程とエッチング処理過程との切り換えるため、若しくはプラズマ処理とエッチング処理とを適切に組合せるため、若しくは必要に応じて先行の処理過程と後行の処理過程とを組み合わせるために、反応装置は所定の制御装置を含んでいる。このように形成された反応装置内においては、エッチングすべきウエハの前処理若しくは調整処理とエッチング処理とは、組み合わされた１つの処理過程で、若しくは連続する処理過程で行われ、この場合に処理過程は同一の処理室で実施される。

マスクされたウエハのためのエッチング法であって、エッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用い、この場合にウエハを、エッチング処理の前にプラズマ処理によって前処理する形式のものにおいて、本発明では、マスクされた複数のウエハの１つのスタック若しくは積層体のためのウエハ前処理並びにエッチング処理を１つの反応装置室内で行うようになっている。

本発明の実施態様では、ウエハ前処理とエッチング処理とは組み合わせて反応装置室内で行われる。エッチング法はウエハ前処理のための不活性ガススパッタリング処理を含んでいる。本発明の実施態様では、不活性ガスを用いたスパッタリング処理は、エッチング処理の前及び／又はエッチング処理中に行われる。不活性ガススパッタリング処理は、エッチング処理と交互に行われてよい。

次に本発明を、図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、プラズマ発生器を備えていて、マスクで被覆され、つまりマスクされたウエハから成るスタックをエッチング処理する反応装置のための処理設備の概略図であり、
図２は、電極と該電極に配置されていてエッチング過程及びプラズマ過程によって処理されるウエハを備えているウエハ支持体の概略的な部分図であり、
図３は、マスクされて本発明に基づく反応装置によって処理されるウエハの概略的な部分断面図であり、
図４は、図３のウエハをプラズマ照射と一緒に示す概略的な部分断面図であり、
図５は、図３のウエハを、図４のプラズマ処理の後の状態で示す概略的な部分断面図であり、
図６は、図５のウエハを、後行のＣＩＦ_３・処理中の状態で示す概略的な部分断面図である。

図１に示してある処理設備１０は、マスクされたウエハのスタックのエッチングの実施のための反応装置１１を備えている。反応装置は本発明に基づきプラズマ発生器１５を備えており、したがって、エッチング処理のために反応装置内に装填されるウエハは、付加的な中間工程なしに前処理されて、次いで直ちにエッチング処理できるようになっている。つまり反応装置（反応器）は、前処理室若しくは調整室としても、回分操作式のエッチング処理、すなわち複数のウエハから成る１つのスタック全体のためのエッチング処理の実施のためのエッチング室としても用いられ、この場合にエッチングガスとしては有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用いている。

プラズマ発生器１５は原理的には反応装置内部でのプラズマ処理の導入のために用いられ、この場合にプラズマ処理は、三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用いた回分操作式のエッチング処理の前に、若しくは該エッチング処理の後に、若しくは該エッチング処理と交互に、若しくは該エッチング処理と同時に又は並列的に行われる。さらに、所定の処理に必要な反応温度は、プラズマの触媒作用に基づき減少されており、スパッタリング処理の実施、特にウエハのエッチングすべき表面の洗浄のための不活性ガススパッタリング処理の実施も可能である。

実施例では反応装置内に片持ち式に保持されるウエハ支持体１２は、電極１３，１４を含んでおり、各電極は、該電極が反応装置内で処理すべきウエハ１の受容のために、有利には各２つのウエハの受容のために適しているように形成されている。この場合に互いに絶縁して形成された電極１３，１４は、極性を交互にしてウエハ支持体に配置されている。電極の極性を切り換えるための切り換え装置は、反応装置の機能性を高めるものである。切り換え装置１５は、有利にはプラズマ発生器１５内に組み込まれている。反応装置１１内に装着されたウエハ支持体１２の電極１３，１４の接続のために、反応装置１１はさらに接続ユニット２５を含んでいる。これによって、ウエハ支持体は反応装置内への装着に際して反応装置の電気的な接続部若しくは所定の通路と接続され、つまりつながれるようになっている。

個別の各処理過程、例えばプラズマ処理過程、スパッタリング処理過程、若しくはエッチング処理過程を制御し、各処理過程間の切り換えを制御し、或いは複数の処理過程の組み合わせ、若しくは必要に応じて先行の処理過程と後行の処理過程との組み合わせを制御するために、反応装置は有利にはさらに、制御装置１５を含んでおり、該制御装置もプラズマ発生器１５内に収容され、若しくはプラズマ発生器の構成部分として形成されている。

前述の反応装置構成要素のほかに、処理設備はさらに、この種の設備にとって一般的に設けられている構成要素、例えばヒーター１６、真空通路１７、真空調整弁１８、ガス通路１９，２０、該ガス通路用の弁２１，２２、ガス接続部２３、並びに圧力検出装置若しくは圧力表示装置２４を含んでいる。

反応装置を含む処理装置においては、ウエハの処理にとって、温度は２０℃乃至６００℃の範囲に調節され、圧力は数ｍトル（Ｔｏｒｒ）乃至約８トルに調節され、かつ流量は数sscm(Standard Cubic Centimeter Minute[ cm³／分])から数slm(Standard Liter/Minute)に調節されている。反応装置の構成にとって有利にはLPCVD・管(Low Pressure Chemical Vaper Deposition Rohr)も用いられ、ＬＰＣＶＤ・管内にウエハ支持体を装着するようになっている。

図２には電極１３，１４を概略的に示してあり、この場合に電極は例としてウエハ・ボート１２上に配置されている。有利にはプレート状に形成された電極１３，１４にウエハ１は固定されていて、プラズマ発生器２５の作動に際して、概念的に示すプラズマ領域２６によってスパッタリングされるようになっている。電極の極性は有利には切り換え可能であり、両方のウエハにとって電極１３，１４の極性の切り換えによって同じ処理条件を生ぜしめるようになっている。

電気的な接続ユニット２５は、垂直な線によって概略的に示してあり、該線は、ウエハ支持体を取り囲む領域１２とプラズマ発生器１５の領域とを分離して、つまり区分けしている。

図３乃至図６には、表面のマスクされたウエハの部分断面を種々の処理過程で示してある。図３には、犠牲材料、例えばエピポリ、ＬＰＣＶＤポリシリコン、シリコン・ゲルマニウムや類似のものから成る層２を備えるウエハ１の断面を示してある。層２上に、機能材料、例えば例えばエピポリ、ＬＰＣＶＤポリシリコン、シリコン・ゲルマニウム若しくは別の材料から成る層２ｂを設けてあり、該層はＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、フォトラッカ若しくは別の材料から成るマスク３で覆われている。エッチング作用に対して下方及びあらゆる側から保護された機能層２ｂの固定のために犠牲材料（２）と機能材料２ｂとの間に保護層２ｃを設けてある。

保護層は、エッチング処理時に犠牲材料に対する高い選択性を有するように選ばれている。この場合に有利にはＳｉＯ_２である。

さらに機能材料を備える領域間に、天然の酸化物、残留酸化物若しくは一般的なマスク残留物から成る微小皮膜４が存在している。

図４には、図３と同じ構造を示してあり、該構造はプラズマを作用させてあることによって異なっており、プラズマ作用はウエハの表面に垂直に延びる線５によって示してあり、該線は図２の符号２６に対応するものである。プラズマ５若しくはスパッタリング５は、支持体上へのウエハの装着の後にプラズマ発生器１５を接続してガス及び温度を安定化させて生ぜしめられる。この場合に、酸化物マスク３でパターン形成されたウエハ１は、スパッタリング処理によって自然の酸化物４若しくはエッチング領域での先行の処理時のラッカ残留物を除去される。純然たるスパッタリング処理の場合には、処理ガスとして窒素若しくは不活性ガス、例えばアルゴンも用いられる。物理的若しくは機械的な衝撃によって自然の酸化物４は、後続のＣＩＦ_３−エッチング処理のために完全に除去される（図５）。原理的には物理・化学的なエッチング処理も、処理ガス及び材料特性の適切な選択によって可能である。

酸化物のエッチングは選択的に行われないので、マスク厚さはエッチングしない領域にとって相応に厚く選ばれる。自然の酸化物の数ｎｍの最小の厚さに基づき、該酸化物は問題にならず、多くの場合に無視されてもよい。

エッチングすべき箇所から自然の酸化物４を完全に除去した後に（図５）、図６に示すエッチング処理はＣＩＦ_３を用いて行われる。ウエハ１へのＣＩＦ_３・エッチングガスの作用は、図６でも概略的にウエハ表面に垂直に向けられた線６によって示してある。

前述のエッチング処理によって犠牲層２はエッチングされ、あらゆる側から保護されている機能層２ｂは露出される。開かれた領域内へのガスの妨げのない入り込みにより、エッチング面は一様に前進し、横方向で不均一なエッチング作用は起こらなくなっている。

ＣＩＦ_３−エッチング処理によって化学的な層がエッチングすべき領域に生じて、開かれたエッチング面へのエッチングガスの進入を妨げてエッチング率を低下させるような場合には、スパッタリングとＣＩＦ_３−エッチング処理とを交互に行って、ウエハのできるだけ最適な処理結果を生ぜしめることも可能である。

スタックをエッチング処理する反応装置のための処理設備の概略図 ウエハ支持体の概略的な部分図 反応装置によって処理されるウエハの概略的な部分断面図 図３のウエハをプラズマ照射と一緒に示す概略的な部分断面図 図３のウエハを、図４のプラズマ処理の後の状態で示す概略的な部分断面図 図５のウエハを、後行のＣＩＦ_３・処理中の状態で示す概略的な部分断面図

符号の説明

１ ウエハ、 １１ 反応装置、 １２ ウエハ支持体、 １５ プラズマ発生器、 １３，１４ 電極、 ２５ 接続ユニット

Claims (13)

1. マスクされたウエハのスタックのエッチングを行うための反応装置であって、エッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用いている形式のものにおいて、反応装置はプラズマ処理の実施のための装置を含んでいることを特徴とする、ウエハのスタックのエッチングを行うための反応装置。
2. 反応装置は不活性ガススパッタリング処理の実施のための装置を含んでいる請求項１に記載の反応装置。
3. 反応装置は、電極を備えたウエハ支持体を含んでいる請求項１又は２に記載の反応装置。
4. 電極はウエハのための受容部を含んでいる請求項１から３のいずれか１項に記載の反応装置。
5. 各電極は、２つのウエハを受容できるように形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の反応装置。
6. 電極の極性の切り換えのための切り換え装置を設けてある請求項１から５のいずれか１項に記載の反応装置。
7. ウエハ支持体は、電極と反応装置の電気的な接続部若しくは所定の通路との接続のための接続ユニットを含んでいる請求項１から６のいずれか１項に記載の反応装置。
8. 制御装置を設けてあり、該制御装置は、個別の処理過程、若しくはプラズマ処理、エッチング処理、及びプラズマ処理とエッチング処理との切り換え、若しくはプラズマ処理とエッチング処理との組合せを制御するようになっている請求項１から７のいずれか１項に記載の反応装置。
9. マスクされたウエハのためのエッチング法であって、エッチングガス、有利には三フッ化塩素（ＣＩＦ_３）を用い、この場合にウエハを、エッチング処理の前にプラズマ処理によって前処理する形式のものにおいて、マスクされたウエハのスタックのためのウエハ前処理並びにエッチング処理を１つの反応装置室内で行うことを特徴とする、マスクされたウエハのためのエッチング法。
10. ウエハ前処理とエッチング処理を組み合わせて反応装置室内で行う請求項９に記載のエッチング法。
11. エッチング法はウエハ前処理のための不活性ガススパッタリング処理を含んでいる請求項９又は１０に記載のエッチング法。
12. 不活性ガススパッタリング処理は、エッチング処理の前及び／又はエッチング処理中に行われる請求項１１に記載のエッチング法。
13. 不活性ガススパッタリング処理は、エッチング処理と交互に行われる請求項１１又は１２に記載のエッチング。

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