JP4588595B2 - プラズマ処理装置および処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路の加工に用いられるプラズマ処理方法、特にドライエッチング方法に関する。

半導体集積回路は、高密度化の要求に応じて微細化が進展し、特に配線層では配線容量を低下させ、低消費電力で高速にデバイスを動作させることを目的として比誘電率の低い絶縁材料の導入が行われている。

さらに、これら絶縁材料は加工マスクや下地との選択比の確保が困難であるため堆積性高いガスの混合量を多くしたガスでエッチングが行われている。このためウエハ面では特にイオンの衝撃の少ないウエハエッジ部のラウンド形状部分（ベベル部）へ堆積性ガスによって膜が生成堆積しエッチング終了時には１００ｎｍ程度の厚さで膜が形成される。

この堆積した膜は、次工程の処理中にはがれて微小異物を発生させたり、下地の膜剥がれを誘発したりするなどの障害を発生させる。
従来は、例えば、特許文献１に示されるように、エッチング処理で副次的に生じる堆積膜をエッチング後に薬液による後処理で除去していた。
また、例えば、特許文献２には、堆積物と化学的に反応する作用を有する堆積物除去ガスを前記被処理基板の端部近傍に供給して、堆積物の堆積を防止するプラズマエッチング処理方法が記載されている。
特開２００１−２３７２３６号公報 特開２００４−２００３５３号公報

上記従来技術では、堆積膜除去が不十分となって続く処理工程で剥離し異物を発生させ、あるいは除去性の高い薬液で処理を行うとウエハ上のデバイスの一部である膜がダメージを受けてしまうという問題があった。特にウエハ上の膜が低誘電率絶縁膜などの場合は、低誘電率の絶縁膜は薬液に対して化学的なダメージを受けやすく、使用できる薬液が限られるため堆積膜の除去効率は低く、処理時間が長くなってスループットを低下させ、電気特性の劣化あるいは歩留まり低下の大きな要因となっていた。あるいは、ベベル部に集中的に薬液を接触させる特殊な装置の使用等も行われているが、これらは装置コストが高く生産コスト増加要因となっている。

上記ベベル部の堆積膜を、エッチング処理をウエハとフォーカスリングへの給電線を独立させた装置を用いて行い、エッチング終了後に同エッチング装置内でどちらか片側の給電ラインを接地することにより概ウエハ周辺部に集中的にプラズマを発生させ効率的に除去する。

本発明によれば、半導体集積装置の生産コストを低減できる。

本発明の実施の形態では、エッチング直後、その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で堆積膜の付着しているウエハエッジ部を中心にプラズマを集中的に発生させ、ウエハ上の膜への悪影響なく堆積膜を除去する方法を与えるものである。特にｉｎ−ｓｉｔｕで除去することによって堆積膜の経時的、あるいは大気暴露などによる膜の変質硬化を避けることが出来るのでより効率的な除去処理が出来、エッチング装置のスループットに及ぼす影響はわずかで、トータルでは高いスループットを確保できるメリットが期待できる。
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：超高周波）−ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：電子サイクロトロン共鳴）を用いたプラズマエッチング装置の概略断面図である。ここで、１０１は真空処理室で、石英窓１０２はプラズマ発生用のＵＨＦ電磁界を真空処理室１０１内に通過させるために設けられ、電極１０３は石英窓１０２に対向して真空処理室１０１内に配置され、半導体集積装置が形成されるウエハ１０４を載置し、バイアス電圧を発生させるための高周波電源１０５が接続されている。アンテナ１０７は石英窓１０２に連結され、真空処理室１０１内にプラズマを発生させるための電磁界をＵＨＦ電源１１０から導入する。ソレノイドコイル１０８は真空処理室１０１内に磁場を形成する。ガス分散板１０９はエッチングレシピにしたがってマスフローコントローラ１１０から供給されたガスを真空処理室内１０１に分散させ均一に導入する。

電極１０３のウエハ非載置部には、絶縁リング１２３、導体リング１２２を介してシリコンリング１２１が設置されている。導体リング１２２、および電極１０３には真空処理室１０１外からスイッチ回路１２４を介して高周波電源１０５が接続されている。
スイッチ回路１２４は、図２に示すように電極、フォーカスリング（導体リング）への給電線をそれぞれ高周波電源１０５、アースへの配線に切り替える機能を有する。

図２には、一つの高周波電源１０５が電極、フォーカスリング（導体リング）への給電線に接続される例が示されているが、電極に接続される高周波電源と、フォーカスリング（導体リング）に接続される高周波電源とを異なる高周波電源としても良い。また、図２には、アースへの配線を、電極用、及び、フォーカスリング（導体リング）用に別々に配置する例が示されているが、アースに接続される一本の配線が電極用、及び、フォーカスリング（導体リング）用に分岐するようにしても良い。
ウエハ１０４は直径３００ｍｍのウエハで、本実施例で用いたものは配線層形成工程のエッチング評価用の膜およびパターンが形成されたウエハである。

まず、スイッチ回路１２４で高周波電源１０５からの配線を電極およびフォーカスリングに接続した状態でウエハ１０４に対して所定のエッチングレシピでエッチング処理を行った。処理後、ウエハを取り出してウエハベベル部について堆積膜の厚さの測定結果を図３に示す。ウエハ端面の垂直部分から裏面部にかけて１００ｎｍまでの堆積膜が形成されていることがわかる。

次に、同仕様の評価用のウエハを用いて、前記と同じエッチング処理を実施後、本発明の方法を実施した場合について述べる。エッチングステップを実施後、通常の終了シーケンスを実施し、図１のスイッチ回路１２４でフォーカスリングへの給電線を高周波電源側から接地側に切り替える。その後、堆積膜のエッチングガスである水素ガスを導入し所定の圧力に調整後、高周波電源１０５から１００Ｗの電力を出力させ、その状態を３０秒間維持した。その後ウエハを取り出し、図３で示した内容と同様の測定を実施した。結果を図４に示すが、堆積膜が本発明による後処理で除去されていることがわかる。

本発明の実施例２では、エッチング処理および、終了シーケンスを第１の実施例と同様に行った後、図１のスイッチ回路１２４で電極への給電線を接地側に接続し、水素ガスを導入して所定の圧力に調整後高周波電源１０５から１５０Ｗの電力を出力し、４５秒間処理を実施し、その後同様の検査測定を行った。結果、すべての堆積膜が除去されていることが確認できた。

また、上記２つの実施例による処理を、エッチング評価用ウエハではなく、デバイスを作りこんだウエハについて行い、電気特性を評価したが従来と同様良好な特性が得られることを確認した。

これは、図５に示すように本発明による方法ではデポの付着したベベル部付近に効率的に放電プラズマを発生できるのでデバイスのあるウエハ面へのケミカルなダメージが回避できたことによると考えられる。

以上、本発明の実施によりエッチングにより生じたベベル部のデポがエッチング装置内で効率的に除去できることが例示された。この発明によりもたらされる産業上の効果は、従来の薬液処理に比較してスループットを向上し、薬液、薬液処理装置およびその廃液処理に関わるコストを不要とすることでトータルの生産コストを大幅に低減できることである。

本発明の実施例を説明するプラズマ処理装置の断面図。 スイッチ回路の機能を示す図。 エッチング処理によってベベル部に付着した堆積膜の量を示す図。 本発明の適用によってベベル部に付着した堆積膜が除去されてことを示す図。 本発明の効果が発現する理由を説明する図。

符号の説明

１０１ 真空処理室
１０３ 電極
１０４ ウエハ
１２１ フォーカスリング
１２４ スイッチ回路

Claims (3)

1. 真空処理室と、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマエッチングが施される半導体集積装置用被処理基板と、前記真空処理室内に配置され、前記被処理基板を載置する電極と、前記被処理基板周辺に設置されるシリコンからなるフォーカスリングと、前記被処理基板及び前記シリコンからなるフォーカスリングに高周波電力を印加する少なくとも一つの高周波電源とを有し、
   前記被処理基板と前記シリコンからなるフォーカスリングへの給電線をそれぞれ前記高周波電源または、アースへの配線に切り替えるスイッチ回路を備え、
   前記スイッチ回路により、前記被処理基板あるいは前記シリコンからなるフォーカスリングの一方を接地し、
   他方に前記高周波電源から高周波電力を印加することにより、前記被処理基板の周辺部下部にプラズマを発生させることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 真空処理室と、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラズマエッチングが施される半導体集積装置用被処理基板と、前記真空処理室内に配置され、前記被処理基板を載置する電極と、前記被処理基板周辺に設置されるシリコンからなるフォーカスリングと、前記被処理基板及び前記シリコンからなるフォーカスリングに高周波電力を印加する少なくとも一つの高周波電源とを有するプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法において、
   前記被処理基板と前記シリコンからなるフォーカスリングへの給電線をそれぞれ前記高周波電源または、アースへの配線に切り替えるスイッチ回路により、前記被処理基板および前記シリコンからなるフォーカスリングに前記高周波電源から高周波電力を印加しながら、前記被処理基板をプラズマエッチングする工程と、
   前記スイッチ回路により、前記被処理基板あるいは前記シリコンからなるフォーカスリングの一方を接地し、
   他方に前記高周波電源から高周波電力を印加しながら、前記プラズマエッチングされた被処理基板周辺部をプラズマエッチングする工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 請求項２記載のプラズマ処理方法において、
   前記被処理基板周辺部をプラズマエッチングする工程は、前記プラズマエッチングされた被処理基板の端部に付着した堆積膜を除去する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法。

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