JP3247079B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの製造
プロセスにおいて、ウェハ上に形成されたメタル合金膜
等の被エッチング膜に対してプラズマを用いて行なうエ
ッチング方法及び該エッチング方法に使用されるエッチ
ング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波放電を用いるプラズマ発生方法
は、半導体プロセスにおける微細加工のためのプラズマ
エッチング、薄膜形成のためのプラズマＣＶＤ等の様々
な分野で用いられている。プラズマを用いるドライエッ
チングの分野では、高精度で且つ安定している共に、再
現性、生産性及び歩留まりが高いドライエッチング技術
の確立が望まれている。

【０００３】メタル合金膜等の被エッチング膜に対する
ドライエッチングの分野においては反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）方式が主として
用いられている。

【０００４】以下、従来のプラズマエッチング装置につ
いて説明する。

【０００５】図８は、従来のＲＩＥプラズマエッチング
装置の概略構成を示しており、真空に保持されるチャン
バー１の内部には、被エッチング試料であるウェハ２を
保持すると共に下部電極となる試料台３が設けられてお
り、試料台３には高周波電源４から例えば１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力が印加される。チャンバー１には、反
応性ガスを導入するガス導入口５、反応性ガスを排出す
るガス排出口６が設けられている。また、試料台３の上
には、該試料台３に保持されるウェハ２の周囲を囲む位
置に設けられ、ウェハ２上の被エッチング膜に向かう反
応性ガスよりなるラジカルを均一にする１０〜２０ｍｍ
の高さを持つフォーカスリング（均一化リング）７が設
けられている。

【０００６】従来、メタル合金膜等の被エッチング膜を
エッチングする際には、最適なエッチング条件、例えば
エッチングレートの均一性が±５％以下になるようなエ
ッチング条件を予め求めておき、この最適なエッチング
条件で被エッチング膜に対するエッチングを行なってい
る。

【０００７】エッチング条件を最適化する方法として
は、フォーカスリング７を異なる高さのものに取り替え
る方法や、チャンバー１内に導入される反応性ガスの吹
き出し方向を調節する方法等が採用されている。すなわ
ち、フォーカスリング７の高さを変えたり、反応性ガス
の吹き出し方向を調節したりしながら、実際にエッチン
グを行ない、最も良いエッチングレートが得られる、フ
ォーカスリングの高さや反応性ガスの吹き出し方向を採
用する。

【０００８】［表１］は、メタル合金膜に対して行なう
ドライエッチングのエッチング条件の一例を示してい
る。

【０００９】

【表１】

【００１０】図９（ａ）はドライエッチングを行なう前
の被エッチング試料の断面構造を示し、図９（ｂ）はド
ライエッチングが行なわれた後の被エッチング試料の断
面構造を示している。図９（ａ）に示すように、シリコ
ンよりなる半導体基板１０の上には、ＢＰＳＧ膜１１、
第１のＴｉＮ膜１２、Ａｌ−１％Ｃｕ膜１３及び第２の
ＴｉＮ膜１４が順次堆積されており、第２のＴｉＮ膜１
４の上には０．７μｍのラインパターンを形成するため
のレジストパターン１５が形成されている。レジストパ
ターン１５をマスクとして第２のＴｉＮ膜１４及びＡｌ
−１％Ｃｕ膜１３に対して、［表１］のエッチング条件
でドライエッチングを行なうと、図９（ｂ）に示すよう
に、０．７μｍのラインパターンを持つ金属配線１６が
形成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】［表２］は、直径が８
インチのウェハの処理枚数とエッチングレートとの関係
を示している。

【００１２】

【表２】

【００１３】［表２］に示すように、処理枚数が少なく
てエッチングプロセスが安定している場合には、２５枚
のウェハのうちエッチングレートを検討した６枚のウェ
ハのすべてにおいて、エッチングレートの均一性は±５
％以内に収まっている。これに対して、処理枚数が多く
なって反応室内の状態が変わってくると、エッチングプ
ロセスが安定しなくなる。エッチングプロセスが安定し
ていない場合には、例えば５枚目、１０枚目、１５枚目
及び２０枚目のように、エッチングレートの均一性が±
５％以上になってエッチングレートが悪化する。

【００１４】前記のデータは、直径が８インチのウェハ
の処理枚数とエッチングレートとの関係を示している
が、直径が１２インチのウェハに対してエッチングを行
なう場合には、前記の傾向は一層大きくなる。つまり、
ウェハの大口径化に伴って、エッチングレートの不均一
性が顕著に現われてくる。

【００１５】ところで、従来のエッチング方法において
は、エッチングレートの均一性が悪くなっても、エッチ
ング条件を変化させることなくエッチングを続行し、問
題が発生してから、反応室を真空状態から大気状態に変
えて、フォーカスリングを異なる高さのものに変えた
り、反応性ガスの吹き出し方向を変えたりしている。

【００１６】このため、エッチングレートの均一性の悪
化に起因して、半導体デバイスの信頼性が安定しないと
共に歩留まりが低下するという問題がある。

【００１７】前記に鑑み、本発明は、エッチングレート
の不均一性に起因する半導体デバイスの信頼性及び歩留
まりの低下を解消することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、プラズマエッチングにおいてはラジカル
によるエッチングが支配的であり、被エッチング膜に対
するエッチングレートの不均一性が被エッチング膜にお
ける周縁部と中心部との間のラジカルの供給量の差に起
因して発生することが多い点に鑑み、被エッチング膜毎
に周縁部と中心部とのエッチングレートをそれぞれ検出
し、被エッチング膜毎にエッチングレートが均一になる
ようにラジカル量を調整するものである。

【００１９】本発明に係るエッチング方法は、ウェハ上
に形成された被エッチング膜をプラズマにより順次エッ
チングするエッチング方法を対象とし、第１のウェハの
上に形成された被エッチング膜（以下、便宜上、第１の
被エッチング膜と称する。）の周縁部のエッチングレー
ト及び中央部のエッチングレートをそれぞれ検出するエ
ッチングレート検出工程と、第１の被エッチング膜の周
縁部のエッチングレートが第１の被エッチング膜の中央
部のエッチングレートよりも速いときには、第１のウェ
ハよりも後にエッチングされる第２のウェハの上に形成
された被エッチング膜（以下、便宜上、第２の被エッチ
ング膜と称する。尚、第１の被エッチング膜と第２の被
エッチング膜とは同種の膜である。）の中央部に到達す
るラジカルの量が増加するか又は第２の被エッチング膜
の周縁部に到達するラジカルの量が減少するようにラジ
カル量を調整する一方、第１の被エッチング膜の周縁部
のエッチングレートが第１の被エッチング膜の中央部の
エッチングレートよりも遅いときには、第２の被エッチ
ング膜の中央部に到達するラジカルの量が減少するか又
は第２の被エッチング膜の周縁部に到達するラジカルの
量が増加するようにラジカル量を調整するラジカル量調
整工程とを備えている。

【００２０】本発明に係るエッチング方法によると、第
１の被エッチング膜の周縁部のエッチングレートが第１
の被エッチング膜の中央部のエッチングレートよりも速
いときに、第２の被エッチング膜の中央部に到達するラ
ジカルの量が増加するか又は第２の被エッチング膜の周
縁部に到達するラジカルの量が減少するようにラジカル
量を調整すると、第２の被エッチング膜に対するエッチ
ング時においては、第１の被エッチング膜に対するエッ
チング時に比べて、第２の被エッチング膜の中央部に到
達するラジカルの量が相対的に増加するため、第２の被
エッチング膜の中央部のエッチングレートが速くなるの
で、エッチングレートは均一になる。また、第１の被エ
ッチング膜の周縁部のエッチングレートが第１の被エッ
チング膜の中央部のエッチングレートよりも遅いとき
に、第２の被エッチング膜の中央部に到達するラジカル
の量が減少するか又は第２の被エッチング膜の周縁部に
到達するラジカルの量が増加するようにラジカル量を調
整すると、第２の被エッチング膜に対するエッチング時
においては、第１の被エッチング膜に対するエッチング
時に比べて、第２の被エッチング膜の周縁部に到達する
ラジカルの量が相対的に増加するため、第２の被エッチ
ング膜の周縁部のエッチングレートが速くなるので、エ
ッチングレートは均一になる。

【００２１】本発明に係るエッチング方法において、ラ
ジカル量調整工程は、第１の被エッチング膜の周縁部の
エッチングレートが第１の被エッチング膜の中央部のエ
ッチングレートよりも速いときには、第２のウェハの周
囲に上下動可能に配置されたフォーカスリングを上昇さ
せることにより第２の被エッチング膜の周縁部に到達す
るラジカルの量を減少させる工程を含むことが好まし
い。

【００２２】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、ラジカル量調整工程は、第１の被エッチング膜の周
縁部のエッチングレートが第１の被エッチング膜の中央
部のエッチングレートよりも遅いときには、第２のウェ
ハの周囲に上下動可能に配置されたフォーカスリングを
降下させることにより第２の被エッチング膜の周縁部に
到達するラジカルの量を増加させる工程を含むことが好
ましい。

【００２３】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、ラジカル量調整工程は、第１の被エッチング膜の周
縁部のエッチングレートが第１の被エッチング膜の中央
部のエッチングレートよりも速いときには、第２の被エ
ッチング膜の周縁部に向かう反応性ガスの量を減少させ
ることにより第２の被エッチング膜の周縁部に到達する
ラジカルの量を減少させる工程、及び第２の被エッチン
グ膜の中央部に向かう反応性ガスの量を増加させること
により第２の被エッチング膜の中央部に到達するラジカ
ルの量を増加させる工程のうちの少なくとも１つの工程
を含むことが好ましい。

【００２４】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、ラジカル量調整工程は、第１の被エッチング膜の周
縁部のエッチングレートが第１の被エッチング膜の中央
部のエッチングレートよりも遅いときには、第２の被エ
ッチング膜の周縁部に向かう反応性ガスの量を増加させ
ることにより第２の被エッチング膜の周縁部に到達する
ラジカルの量を増加させる工程、及び第２の被エッチン
グ膜の中央部に向かう反応性ガスの量を減少させること
により第２の被エッチング膜の中央部に到達するラジカ
ルの量を減少させる工程のうちの少なくとも１つの工程
を含むことが好ましい。

【００２５】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、エッチングレート検出工程は、第１の被エッチング
膜の表面に入射し、該第１の被エッチング膜の表面から
反射してくるプラズマ光の第１の反射光と、第１の被エ
ッチング膜の表面に入射した後、該第１の被エッチング
膜を通過し、第１のウェハの表面から反射してくるプラ
ズマ光の第２の反射光との膜干渉光の波形をモニターす
ることにより、第１の被エッチング膜の周縁部のエッチ
ングレート及び中央部のエッチングレートをそれぞれ検
出する工程を含むことが好ましい。

【００２６】本発明に係る第１のエッチング装置は、内
部が真空に保持されるチャンバーと、チャンバー内に設
けられ、被エッチング膜が形成されたウェハを保持する
試料台と、被エッチング膜の周縁部のエッチングレート
及び中央部のエッチングレートをそれぞれ検出するエッ
チングレート検出手段と、チャンバー内に反応性ガスを
導入するガス導入手段と、ガス導入手段により導入され
被エッチング膜に向かう反応性ガスをプラズマ化するプ
ラズマ発生源と、試料台に保持されるウェハの周囲を囲
む位置に試料台に対して昇降可能に設けられており、反
応性ガスよりなるラジカルを被エッチング膜に均一に照
射させるフォーカスリングと、フォーカスリングを昇降
させる駆動手段とを備えている。

【００２７】本発明に係る第１のエッチング装置による
と、エッチングレート検出手段により、被エッチング膜
の周縁部のエッチングレート及び中央部のエッチングレ
ートをそれぞれ検出することができる。試料台に対して
昇降可能に設けられているフォーカスリングと、該フォ
ーカスリングを昇降させる駆動手段とを備えているた
め、フォーカスリングを昇降させることにより、被エッ
チング膜の周縁部に到達するラジカルの量を増減するこ
とができる。すなわち、第１の被エッチング膜に対する
エッチンジ時において中央部に比べて周縁部の方がエッ
チングレートが速いときには、第２の被エッチング膜に
対するエッチング時においては、フォーカスリングを上
昇させることにより、周縁部に到達するラジカルの量を
減少させることができ、また、第１の被エッチング膜に
対するエッチンジ時において中央部に比べて周縁部の方
がエッチングレートが遅いときには、第２の被エッチン
グ膜に対するエッチング時においては、フォーカスリン
グを降下させることにより、周縁部に到達するラジカル
の量を増加させることができる。

【００２８】本発明に係る第２のエッチング装置は、内
部が真空に保持されるチャンバーと、チャンバー内に設
けられ、被エッチング膜が形成されたウェハを保持する
試料台と、被エッチング膜の周縁部のエッチングレート
及び中央部のエッチングレートをそれぞれ検出するエッ
チングレート検出手段と、チャンバー内に反応性ガスを
導入するガス導入手段と、ガス導入手段により導入され
た反応性ガスの被エッチング膜の周縁部及び中央部に向
かう量をそれぞれ増減させるガス量制御手段と、ガス導
入手段により導入され被エッチング膜に向かう反応性ガ
スをプラズマ化するプラズマ発生源とを備えている。

【００２９】本発明に係る第２のエッチング装置による
と、反応性ガスの被エッチング膜の周縁部及び中央部に
向かう量をそれぞれ増減させるガス量制御手段を備えて
いるため、第１の被エッチング膜に対するエッチンジ時
において中央部に比べて周縁部の方がエッチングレート
が速いときには、第２の被エッチング膜に対するエッチ
ング時においては、周縁部に向かう反応性ガスの量を減
少させたり、中央部に向かう反応性ガスの量を増加させ
たりすることにより、第１の被エッチング膜に対するエ
ッチング時に比べて、中央部に到達するラジカルの量を
相対的に増加させることができ、また、第１の被エッチ
ング膜に対するエッチンジ時において中央部に比べて周
縁部の方がエッチングレートが遅いときには、第２の被
エッチング膜に対するエッチング時においては、周縁部
に向かう反応性ガスの量を増加させさせたり、中央部に
向かう反応性ガスの量を減少させたりすることにより、
第１の被エッチング膜に対するエッチング時に比べて、
周縁部に到達するラジカルの量を相対的に増加させるこ
とができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態） 図１は本発明の第１の実施形態に係るエッチング装置の
概略構成を示しており、真空に保持されるチャンバー１
００の内部には、被エッチング試料であるウェハ１０１
を保持すると共に下部電極となる試料台１０２、及び該
試料台１０２を保持する保持台１０３が設けられてお
り、試料台１０２には高周波電源１０４から例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。また、チャ
ンバー１００には、反応性ガスをチャンバー１００内に
導入するガス導入口１０５、及びチャンバー１００内の
気体を排出するガス排出口１０６が設けられている。

【００３１】第１の実施形態の特徴として、チャンバー
１００の上部に、試料台１０２に保持されているシリコ
ンウェハ１０１の表面状態をモニターするＣＣＤカメラ
１０７、及びＣＣＤカメラ１０７に反応性ガスが付着す
るのを防止する石英板１０８が設けられている。

【００３２】また、保持台１０３の外側には、リング状
の凹状溝１０９を有する円筒体１１０が保持台１０３に
対して相対回転可能に設けられており、該円筒体１１０
は図示しないモータ等の駆動手段により回転される。円
筒体１１０の凹状溝１０９の内部にはフォーカスリング
１１１が円筒体１１０に対して昇降可能に設けられてい
る。すなわち、円筒体１１０の凹状溝１０９の内壁面及
びフォーカスリング１１１の外周面には互いに螺合する
ネジ部が形成されており、フォーカスリング１１１は円
筒体１１０に対して相対回転可能且つ上下動可能であ
る。また、試料台１０２の外面には数個の縦長の凹部１
１２が形成されていると共に、フォーカスリング１１１
の内周面には縦長の凹部１１２に嵌合する突起部１１３
が設けられており、フォーカスリング１１１は試料台１
０２に対して相対回転不能且つ上下動可能である。以上
の構成により、フォーカスリング１１１は円筒体１１０
と螺合していると共に試料台１０２と相対回転不能であ
るため、図示しない駆動手段により円筒体１１０を回転
すると、フォーカスリング１１０は回転することなく上
下動する。

【００３３】以下、第１の実施形態に係るエッチング装
置を用いて、試料台１０２の上に載置されたウェハ上に
形成された被エッチング膜としてのアルミニウム膜に対
して行なうエッチング方法について、図１、図２及び図
３（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

【００３４】まず、ステップＳＡ１において、アルミニ
ウム膜からの第１の反射光とシリコン基板からの第２の
反射光との膜干渉光の波形をＣＣＤカメラ１０７により
モニターしながらアルミニウム膜をエッチングする。

【００３５】図３（ａ）は、基板の上に形成された膜か
らの第１の反射光と基板からの第２の反射光との膜干渉
光を説明する図であって、入射角θ₁ で入射する入射光
は、膜の表面で反射されて第１の反射光になると共に、
屈折角θ₂ を持つ屈折光として膜中を通過した後、基板
の表面で反射されて第２の反射光になる。尚、図３
（ａ）において、ｎ₁ 、ｎ₂ 及びｎ₃ はそれぞれ空気の
屈折率、膜の屈折率及び基板の屈折率である。第１の反
射光と第２の反射光とは互いに干渉して膜干渉光となる
が、図３（ｂ）に示す膜干渉光のスペクトル強度の波形
の周期Ｔは膜厚の変化と対応する。従って、入射光（プ
ラズマ光）のアルミニウム膜からの第１の反射光とウェ
ハからの第２の反射光との膜干渉光のスペクトル強度の
波形を測定することにより、ウェハ上に形成されたアル
ミニウム膜に対するエッチングレートが速いか又は遅い
かを検出することができる。

【００３６】そこで、ステップＳＡ２において、ウェハ
面内におけるエッチングレートの分布を検出する。すな
わち、ＣＣＤカメラ１０７により検出した膜干渉光の波
形のデータをインサイチューモニタリング機器（旧：LO
W ENTROPY SYSTEMS 社（米国）製、新：LEYBOLD INFICO
N 社（米国）製）に取り込み、取り込んだデータに基づ
いて中央部のエッチングレート及び周縁部のエッチング
レートのうちのいずれが速いかを検出する。

【００３７】ここで、膜干渉光の波形のデータからエッ
チングレートが速いか又は遅いかを検出する方法につい
て説明する。

【００３８】エッチングの進行中においては、第１の反
射光と第２の反射光とが干渉して膜干渉光が形成される
ので、図３（ｂ）において一点鎖線よりも左側に示すよ
うに、膜干渉光のスペクトル強度の波形は規則正しい正
弦波であるが、エッチングが完了すると膜干渉光が形成
されないので、図３（ｂ）において一点鎖線よりも右側
に示すように、膜干渉光のスペクトル強度の波形は単調
になる。

【００３９】従って、第１の検出方法としては、アルミ
ニウム膜の膜厚を該アルミニウム膜に対するエッチング
の開始時から終了時までのエッチング時間で割ることに
より、アルミニウム膜の中央部及び周縁部におけるエッ
チングレートをそれぞれ算出し、アルミニウム膜の中央
部及び周縁部におけるエッチングレートの比較に基づい
て中央部のエッチングレートと周縁部のエッチングレー
トとのいずれが速いかを検出する。この第１の検出方法
は、アルミニウム膜の中心部における膜厚と周縁部にお
ける膜厚とが等しい場合には、中心部及び周縁部におけ
るエッチングレートの比較を簡易に行なうことができ
る。

【００４０】また、第２の検出方法としては、アルミニ
ウム膜の中央部及び周縁部における膜干渉光のスペクト
ル強度の波形が規則正しく現われる領域の正弦波の周期
Ｔの平均値を比較することにより、中央部のエッチング
レートと周縁部のエッチングレートとのいずれが速いか
を検出する。具体的には、アルミニウム膜の中央部にお
けるスペクトル強度の波形の周期Ｔ₁ が周縁部における
スペクトル強度の波形の周期Ｔ₂ よりも短いときは、中
央部に対するエッチングレートは周縁部に対するエッチ
ングレートよりも速く、中央部における膜干渉光の波形
の周期Ｔ₁ が周縁部における膜干渉光の波形の周期Ｔ₂
よりも長いときは、中央部に対するエッチングレートは
周縁部に対するエッチングレートよりも遅いと判断す
る。この第２の検出方法は、膜干渉光のスペクトル強度
の波形が規則正しく現われる領域の正弦波の周期Ｔの平
均値を比較するので、中心部及び周縁部に対するエッチ
ングレートの比較を正確に行なうことができる。

【００４１】アルミニウム膜（ウェハ）の周縁部のエッ
チングレートに比べて中心部のエッチングレートが速い
場合（ケース１）には、試料台１０２上のウェハ（第１
のウェハ）を次にエッチングするウェハ（第２のウェ
ハ）に取り替えている間に、ステップＳＡ３において円
筒体１１０を回転してフォーカスリング１１１を降下さ
せる。これにより、フォーカスリング１１１の高さは低
くなり、第２のウェハ上に形成されているアルミニウム
膜の周辺部に供給される反応性ラジカル（塩素ラジカ
ル）の量が多くなるため、第２のウェハ上に形成されて
いるアルミニウム膜の周縁部のエッチングレートが速く
なるので、第２のウェハ上に形成されているアルミニウ
ム膜の周縁部のエッチングレートと中心部のエッチング
レートとが等しくなる。

【００４２】アルミニウム膜（ウェハ）の周縁部のエッ
チングレートに比べて中心部のエッチングレートが遅い
場合（ケース２）には、試料台１０２上のウェハ（第１
のウェハ）を次にエッチングするウェハ（第２のウェ
ハ）に取り替えている間に、ステップＳＡ４において円
筒体１１０を回転してフォーカスリング１１１を上昇さ
せる。これにより、フォーカスリング１１１の高さは高
くなり、第２のウェハ上に形成されているアルミニウム
膜の周辺部に供給される反応性ラジカルの量が少なくな
るため、第２のウェハ上に形成されているアルミニウム
膜の周縁部のエッチングレートが遅くなるので、第２の
ウェハ上に形成されているアルミニウム膜の周縁部のエ
ッチングレートと中心部のエッチングレートとが等しく
なる。

【００４３】アルミニウム膜（ウェハ）の周縁部のエッ
チングレートと中心部とのエッチングレートとが等しい
か又は両者のエッチングレートの差が所定の範囲内に収
まっている場合（ケース３）には、ステップＳＡ５にお
いてフォーカスリング１１１の高さを変えない。これに
より、第２のウェハ上に形成されているアルミニウム膜
の周縁部のエッチングレート及び中心部のエッチングレ
ートは変化しない。

【００４４】次に、ステップＳＡ６において、次のウェ
ハ（第３のウェハ）上に形成されたアルミニウム膜に対
するエッチングに移行する。尚、次のエッチングにおい
ても、エッチングレートがケース１〜ケース３のいずれ
に該当するかを検出し、エッチングレートがケース３に
なるように、フォーカスリング１１１の高さを調節す
る。

【００４５】［表３］は、第１の実施形態のケース１〜
３の場合における、第２のウェハ上に形成されているア
ルミニウム膜における周縁部のエッチングレート及び中
心部のエッチングレートと、エッチングレートの均一性
との関係を示しており、ケース３の場合に該当すると、
エッチングレートの均一性は±３．９％になる。尚、エ
ッチング条件については［表１］と同様である。

【００４６】

【表３】

【００４７】尚、第１の実施形態においては、フォーカ
スリング１１１の高さを変化させることにより、アルミ
ニウム膜における周縁部のエッチングレート及び中心部
のエッチングレートを変化させたが、これに代えて、フ
ォーカスリング１１１の先端部の形状を変化させること
により、アルミニウム膜の周縁部のエッチングレート及
び中心部のエッチングレートを変化させてもよい。

【００４８】（第２の実施形態） 図４は本発明の第２の実施形態に係るエッチング装置の
概略構成を示しており、真空に保持されるチャンバー２
００の内部には、被エッチング試料であるウェハ２０１
を保持すると共に下部電極となる試料台２０２、及び該
試料台２０２を保持する保持台２０３が設けられてお
り、試料台２０２には高周波電源２０４から例えば１
３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加される。また、試料
台２０２の上には従来と同様のフォーカスリング２０５
が設けられていると共に、チャンバー２００には、反応
性ガスをチャンバー２００内に導入するガス導入口２０
６、及びチャンバー２００内の気体を排出するガス排出
口２０７が設けられている。

【００４９】第２の実施形態の特徴として、チャンバー
２００の上部に、試料台２０２に保持されているウェハ
２０１の表面状態をモニターするＣＣＤカメラ２０８、
及びＣＣＤカメラ２０８に反応性ガスが付着するのを防
止する石英板２０９が設けられている。

【００５０】また、チャンバー２００の上部には、ガス
導入口２０６から導入される反応性ガスの吹き出し量を
調節するガス量制御手段２１０が設けられており、該ガ
ス量制御手段２１０は、底部に設けられた底部吹き出し
口２１１と、側部に数カ所設けられた側部吹き出し口２
１１と、底部吹き出し口２１１から吹き出すガス量を調
整する底部シャッター２１３と、側部吹き出し口２１１
から吹き出すガス量を調整する側部シャッター２１４と
を有している。底部シャッター２１３の開閉度を調節す
ると、底部吹き出し口２１１からの反応性ガスの吹き出
し量が変化し、側部シャッター２１４の開閉度を調節す
ると、側部吹き出し口２１１からの反応性ガスの吹き出
し量が変化する。これにより、ウェハ２０１の周縁部及
び中央部に向かう反応性ガスの吹き出し量をそれぞれ制
御することができる。

【００５１】以下、第２の実施形態に係るエッチング装
置を用いて、試料台２０２の上に載置されたウェハ２０
１上に形成されたアルミニウム膜に対して行なうエッチ
ング方法について、図４〜図７を参照しながら説明す
る。

【００５２】まず、ステップＳＢ１において、アルミニ
ウム膜からの第１の反射光とウェハからの第２の反射光
との膜干渉光の波形をＣＣＤカメラ２０８によりモニタ
ーしながらアルミニウム膜をエッチングする。

【００５３】次に、ステップＳＢ２において、ウェハ面
内におけるエッチングレートの分布を検出する。すなわ
ち、第１の実施形態と同様にして、アルミニウム膜の中
央部に対するエッチングレート及び周縁部に対するエッ
チングレートのうちのいずれが速いかを検出する。

【００５４】次に、図６（ａ）に示すように、アルミニ
ウム膜（ウェハ）の周縁部のエッチングレートよりも中
心部のエッチングレートが速い場合（ケース１）には、
試料台２０２上のウェハ（第１のウェハ）を次にエッチ
ングするウェハ（第２のウェハ）に取り替えている間
に、ステップＳＢ３において、側部吹き出し口２１１か
らのガス吹き出し量（反応性ラジカル量）を相対的に多
くすると共に底部吹き出し口２１１からのガス吹き出し
量（反応性ラジカル量）を相対的に少なくする。具体的
には、図６（ｂ）において、ａに示すように、アルミニ
ウム膜の中心部及び周縁部に向かう反応性ラジカル量を
増加すると共に周縁部に向かう反応性ラジカル量の増加
量を中心部に向かう反応性ラジカル量の増加量よりも多
くしたり、ｂに示すように、アルミニウム膜の中心部に
向かう反応性ラジカル量を変えることなく、周縁部に向
かう反応性ラジカル量を増加させたり、又は、ｃに示す
ように、アルミニウム膜の中心部に向かう反応性ラジカ
ル量を減少させると共に周縁部に向かう反応性ラジカル
量を増加させる。

【００５５】これにより、第２のウェハ上に形成されて
いるアルミニウム膜の周辺部に供給される反応性ラジカ
ルの量が相対的に多くなるため、第２のウェハ上に形成
されているアルミニウム膜の周縁部のエッチングレート
が相対的に速くなって、第２のウェハ上に形成されてい
るアルミニウム膜における周縁部のエッチングレートと
中心部のエッチングレートとが等しくなる。

【００５６】また、図７（ａ）に示すように、アルミニ
ウム膜（ウェハ）の周縁部のエッチングレートよりも中
心部のエッチングレートが遅い場合（ケース２）には、
試料台２０２上のウェハ（第１のウェハ）を次にエッチ
ングするウェハ（第２のウェハ）に取り替えている間
に、ステップＳＢ４において、側部吹き出し口２１１か
らのガス吹き出し量（反応性ラジカル量）を相対的に少
なくすると共に底部吹き出し口２１１からのガス吹き出
し量（反応性ラジカル量）を相対的に多くする。具体的
には、図７（ｂ）において、ｄに示すように、アルミニ
ウム膜の中心部及び周縁部に向かう反応性ラジカル量を
増加すると共に中心部に向かう反応性ラジカル量の増加
量を周縁部に向かう反応性ラジカル量の増加量よりも多
くしたり、ｅに示すように、アルミニウム膜の周縁部に
向かう反応性ラジカル量を変えることなく、中心部に向
かう反応性ラジカル量を増加させたり、又は、ｆに示す
ように、アルミニウム膜の周縁部に向かう反応性ラジカ
ル量を減少させると共に中心部に向かう反応性ラジカル
量を増加させる。

【００５７】これにより、第２のウェハ上に形成されて
いるアルミニウム膜の中央部に供給される反応性ラジカ
ルの量が相対的に多くなるため、第２のウェハ上に形成
されているアルミニウム膜の中央部のエッチングレート
が相対的に速くなって、第２のウェハ上に形成されてい
るアルミニウム膜における周縁部のエッチングレートと
中心部のエッチングレートとが等しくなる。

【００５８】アルミニウム膜（ウェハ）の周縁部のエッ
チングレートと中心部とのエッチングレートとが等しい
か又は両者のエッチングレートの差が所定の範囲内に収
まっている場合（ケース３）には、ステップＳＢ５にお
いて、側部吹き出し口２１１からのガス吹き出し量（反
応性ラジカル量）及び底部吹き出し口２１１からのガス
吹き出し量（反応性ラジカル量）を変化させない。これ
により、第２のウェハ上に形成されているアルミニウム
膜における周縁部のエッチングレート及び中心部のエッ
チングレートは変化しない。

【００５９】次に、ステップＳＢ６において、次のウェ
ハ（第３のウェハ）上に形成されたアルミニウム膜に対
するエッチングに移行する。尚、次のエッチングにおい
ても、エッチングレートがケース１〜ケース３のいずれ
に該当するかを検出し、エッチングレートがケース３に
なるように、側部吹き出し口２１１及び底部吹き出し口
２１１からのガス吹き出し量を調節する。

【００６０】［表４］は、第２の実施形態のケース１〜
３の場合における、第２のウェハ上に形成されているア
ルミニウム膜（ウェハ）における周縁部のエッチングレ
ート及び中心部のエッチングレートと、エッチングレー
トの均一性との関係を示しており、ケース３の場合に該
当すると、エッチングレートの均一性は±３．９％にな
る。尚、エッチング条件については［表１］と同様であ
る。

【００６１】

【表４】

【００６２】第１又は第２の実施形態に係るエッチング
方法を、アルミニウム膜のようなメタル合金膜よりなる
金属配線のドライエッチング工程に適用すると、エッチ
ング工程の加工精度及び再現性が良くなって、より微細
な加工を実現できる。このため、半導体デバイスにおけ
る配線抵抗や配線遅延時間等のウェハ及びチップの面内
におけるばらつきが低減するので、半導体デバイスの特
性が向上する。

【００６３】尚、第１の実施形態においては、フォーカ
スリングの高さの調節のみを行ない、第２の実施形態に
おいては、反応性ガスの吹き出し量の制御のみを行なっ
たが、これに代えて、フォーカスリングの高さ調節と反
応性ガスの吹き出し量の制御との両方を行なってもよ
い。

【００６４】また、第１及び第２の実施形態において
は、エッチング装置として、反応性イオンエッチング装
置を用いたが、これに代えて、誘導結合プラズマ（ＩＣ
Ｐ：Inductively Coupled Plasma）エッチング装置や、
ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）エッチング装
置を用いても、同様の効果が得られることは言うまでも
ない。ＥＣＲエッチング装置を用いる場合には、スロッ
トアンテナの太さ及び位置を変化させることにより、ア
ルミニウム膜における周縁部のエッチングレート及び中
心部のエッチングレートを変化させ、これにより、エッ
チングレートの均一性の向上を図ることができる。

【００６５】また、第１及び第２の実施形態において
は、アルミニウム膜よりなるメタル合金膜に対するエッ
チングについて説明したが、本発明は、ウェハ上に形成
されたシリコン酸化膜やポリシリコン膜等のシリコン系
の膜に対するエッチングに対しても適用されることは言
うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】本発明に係るエッチング方法によると、
第１の被エッチング膜に対するエッチング時において、
中央部よりも周縁部の方がエッチングレートが速いとき
には、第２の被エッチング膜に対するエッチング時にお
いては、中央部に到達するラジカルの量が相対的に増加
するため、中央部のエッチングレートが相対的に速くな
り、また、第１の被エッチング膜に対するエッチンジ時
において、中央部よりも周縁部の方がエッチングレート
が遅いときには、第２の被エッチング膜に対するエッチ
ング時においては、周縁部に到達するラジカルの量が相
対的に増加するため、周縁部のエッチングレートが相対
的に速くなるので、第２の被エッチング膜に対するエッ
チングレートは均一になる。

【００６７】本発明に係るエッチング方法において、ラ
ジカル量調整工程が、中央部よりも周縁部の方がエッチ
ングレートが速いときには、フォーカスリングを上昇さ
せて周縁部に到達するラジカルの量を減少させる工程を
含むと、周縁部に到達するラジカルの量が減少するた
め、周縁部のエッチングレートが遅くなるので、第２の
被エッチング膜に対するエッチングレートは均一にな
る。

【００６８】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、ラジカル量調整工程が、中央部よりも周縁部の方が
エッチングレートが遅いときには、フォーカスリングを
降下させて周縁部に到達するラジカルの量を減少させる
工程を含むと、周縁部に到達するラジカルの量が増加す
るため、周縁部のエッチングレートが速くなるので、第
２の被エッチング膜に対するエッチングレートは均一に
なる。

【００６９】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、ラジカル量調整工程が、中央部よりも周縁部の方が
エッチングレートが速いときには、周縁部に向かう反応
性ガスの量を減少させて周縁部に到達するラジカルの量
を減少させる工程又は中央部に向かう反応性ガスの量を
増加させて中央部に到達するラジカルの量を増加させる
工程を含むと、反応性ガスの量を制御するだけで第２の
被エッチング膜に対するエッチングレートを均一にする
ことができる。

【００７０】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、ラジカル量調整工程が、中央部よりも周縁部の方が
エッチングレートが遅いときには、周縁部に向かう反応
性ガスの量を増加させて周縁部に到達するラジカルの量
を増加させる工程又は中央部に向かう反応性ガスの量を
減少させて中央部に到達するラジカルの量を減少させる
工程を含むと、反応性ガスの量を制御するだけで第２の
被エッチング膜に対するエッチングレートを均一にする
ことができる。

【００７１】また、本発明に係るエッチング方法におい
て、エッチングレート検出工程が、第１の被エッチング
膜の表面から反射してくる第１の反射光と第１のウェハ
の表面から反射してくる第２の反射光との膜干渉光の波
形をモニターすることにより、第１の被エッチング膜の
周縁部及び中央部のエッチングレートを検出する工程を
含むと、第１の被エッチング膜の周縁部及び中央部のエ
ッチングレートを簡易且つ確実に検出することができ
る。

【００７２】本発明に係る第１のエッチング装置による
と、試料台に対して昇降可能に設けられているフォーカ
スリングを昇降させることにより、被エッチング膜の周
縁部に到達するラジカルの量を増減できるので、被エッ
チング膜のエッチングレートを簡易且つ確実に均一にす
ることができる。

【００７３】本発明に係る第２のエッチング装置による
と、被エッチング膜の周縁部又は中央部に向かう反応性
ガスの量を増加又は減少させることにより、被エッチン
グ膜の周縁部又は中心部に到達するラジカルの量を増減
できるので、被エッチング膜のエッチングレートを簡易
且つ確実に均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に第１の実施形態に係るエッチング装置
の概略断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法
を示すフロー図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１及び第２の実
施形態に係るエッチング方法において、膜干渉光をモニ
ターする方法を説明する図である。

【図４】本発明に第２の実施形態に係るエッチング装置
の概略断面図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係るエッチング方法
を示すフロー図である。

【図６】（ａ）はアルミニウム膜の周縁部のエッチング
レートよりも中心部のエッチングレートが速い場合を示
す概念図であり、（ｂ）はアルミニウム膜の周辺部に供
給される反応性ラジカルの量を相対的に多くする方法を
示す概念図である。

【図７】（ａ）はアルミニウム膜の周縁部のエッチング
レートよりも中心部のエッチングレートが遅い場合を示
す概念図であり、（ｂ）はアルミニウム膜の中心部に供
給される反応性ラジカルの量を相対的に多くする方法を
示す概念図である。

【図８】従来のエッチング装置の概略断面図である。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は、従来のエッチング方法を
説明する断面図である。

【符号の説明】

１００ チャンバー １０１ ウェハ １０２ 試料台 １０３ 保持台 １０４ 高周波電源 １０５ ガス導入口 １０６ ガス排出口 １０７ ＣＣＤカメラ １０８ 石英板 １０９ 凹状溝 １１０ 円筒体 １１１ フォーカスリング １１２ 凹部 １１３ 突起部 ２００ チャンバー ２０１ ウェハ ２０２ 試料台 ２０３ 保持台 ２０４ 高周波電源 ２０５ フォーカスリング ２０６ ガス導入口 ２０７ ガス排出口 ２０８ ＣＣＤカメラ ２０９ 石英板 ２１０ ガス量制御手段 ２１１ 側部吹き出し口 ２１２ 底部吹き出し口 ２１３ 底部シャッター ２１４ 側部シャッター

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハ上に形成された被エッチング膜を
   プラズマにより順次エッチングするエッチング方法であ
   って、 第１のウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部
   のエッチングレート及び中央部のエッチングレートをそ
   れぞれ検出するエッチングレート検出工程と、前記エッチングレートをそれぞれ検出した結果、 前記第１のウェハの上に形成された被エッチング膜にお
   ける周縁部のエッチングレートが中央部の エッチングレ
   ートよりも速いときには、前記第１のウェハよりも後に
   エッチングされる第２のウェハの上に形成された被エッ
   チング膜をエッチングする際に、中央部に到達するラジ
   カルの量が増加するか又は周縁部に到達するラジカルの
   量が減少するようにラジカル量を調整する一方、前記第１のウェハの上に形成された被エッチング膜にお
   ける周縁部のエッチングレートが中央部の エッチングレ
   ートよりも遅いときには、前記第２のウェハの上に形成
   された被エッチング膜をエッチングする際に、中央部に
   到達するラジカルの量が減少するか又は周縁部に到達す
   るラジカルの量が増加するようにラジカル量を調整する
   ラジカル量調整工程とを備えていることを特徴とするエ
   ッチング方法。
2. 【請求項２】 前記ラジカル量調整工程は、前記第１の
   ウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部のエッ
   チングレートが中央部のエッチングレートよりも速いと
   きには、前記第２のウェハの周囲に上下動可能に配置さ
   れたフォーカスリングを上昇させることにより前記第２
   のウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部に到
   達するラジカルの量を減少させる工程を含むことを特徴
   とする請求項１に記載のエッチング方法。
3. 【請求項３】 前記ラジカル量調整工程は、前記第１の
   ウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部のエッ
   チングレートが中央部のエッチングレートよりも遅いと
   きには、前記第２のウェハの周囲に上下動可能に配置さ
   れたフォーカスリングを降下させることにより前記第２
   のウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部に到
   達するラジカルの量を増加させる工程を含むことを特徴
   とする請求項１に記載のエッチング方法。
4. 【請求項４】 前記ラジカル量調整工程は、前記第１の
   ウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部のエッ
   チングレートが中央部のエッチングレートよりも速いと
   きには、前記第２のウェハの上に形成された被エッチン
   グ膜の周縁部に向かう反応性ガスの量を減少させること
   により前記第２のウェハの上に形成された被エッチング
   膜の周縁部に到達するラジカルの量を減少させる工程、
   及び前記第２のウェハの上に形成された被エッチング膜
   の中央部に向かう反応性ガスの量を増加させることによ
   り前記第２のウェハの上に形成された被エッチング膜の
   中央部に到達するラジカルの量を増加させる工程のうち
   の少なくとも１つの工程を含むことを特徴とする請求項
   １に記載のエッチング方法。
5. 【請求項５】 前記ラジカル量調整工程は、前記第１の
   ウェハの上に形成された被エッチング膜の周縁部のエッ
   チングレートが中央部のエッチングレートよりも遅いと
   きには、前記第２のウェハの上に形成された被エッチン
   グ膜の周縁部に向かう反応性ガスの量を増加させること
   により前記第２のウェハの上に形成された被エッチング
   膜の周縁部に到達するラジカルの量を増加させる工程、
   及び前記第２のウェハの上に形成された被エッチング膜
   の中央部に向かう反応性ガスの量を減少させることによ
   り前記第２のウェハの上に形成された被エッチング膜の
   中央部に到達するラジカルの量を減少させる工程のうち
   の少なくとも１つの工程を含むことを特徴とする請求項
   １に記載のエッチング方法。
6. 【請求項６】 前記エッチングレート検出工程は、前記
   第１のウェハの上に形成された被エッチング膜の表面に
   入射し、該表面から直ちに反射してくるプラズマ光の第
   １の反射光と、前記第１のウェハの上に形成された被エ
   ッチング膜の表面に入射した後、該被エッチング膜を通
   過し、前記第１のウェハの表面から反射してくるプラズ
   マ光の第２の反射光との膜干渉光の波形をモニターする
   ことにより、前記第１のウェハの上に形成された被エッ
   チング膜の周縁部のエッチングレート及び中央部のエッ
   チングレートをそれぞれ検出する工程を含むことを特徴
   とする請求項１に記載のエッチング方法。
7. 【請求項７】 内部が真空に保持されるチャンバーと、 前記チャンバー内に設けられ、被エッチング膜が形成さ
   れたウェハを保持する試料台と、 前記被エッチング膜の周縁部のエッチングレート及び中
   央部のエッチングレートをそれぞれ検出するエッチング
   レート検出手段と、 前記チャンバー内に反応性ガスを導入するガス導入手段
   と、 前記ガス導入手段により導入され前記被エッチング膜に
   向かう反応性ガスをプラズマ化するプラズマ発生源と、 前記試料台に保持されるウェハの周囲を囲む位置に前記
   試料台に対して昇降可能に設けられており、前記反応性
   ガスよりなるラジカルを前記被エッチング膜に均一に照
   射させるフォーカスリングと、 前記フォーカスリングを昇降させる駆動手段とを備えて
   いることを特徴とするエッチング装置。
8. 【請求項８】 内部が真空に保持されるチャンバーと、 前記チャンバー内に設けられ、被エッチング膜が形成さ
   れたウェハを保持する試料台と、 前記被エッチング膜の周縁部のエッチングレート及び中
   央部のエッチングレートをそれぞれ検出するエッチング
   レート検出手段と、 前記チャンバー内に反応性ガスを導入するガス導入手段
   と、 前記ガス導入手段により導入された反応性ガスの前記被
   エッチング膜の周縁部及び中央部に向かう量をそれぞれ
   増減させるガス量制御手段と、 前記ガス導入手段により導入され前記被エッチング膜に
   向かう反応性ガスをプラズマ化するプラズマ発生源とを
   備えていることを特徴とするエッチング装置。