JPH06177080A - ドライエッチング方法およびドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の半導体ウェハーに対して連続的にエッチ
ングを行う際、半導体ウェハーおよび反応室内の温度上
昇を十分に抑制できるようになり、１枚目の半導体ウェ
ハーと１ロット処理後の半導体ウェハーとでエッチング
特性の差が極端に発生することを防止し得るドライエッ
チング装置を提供する。 【構成】平行平板型反応性イオンエッチング装置と、こ
のエッチング装置の反応室内にパージガスを送り込むパ
ージガス供給パイプ２０と、このパージガス供給パイプ
により送り込まれるパージガスを室温より低い一定温度
に冷却する温度調節器２１とを具備することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
で使用されるドライエッチング方法およびドライエッチ
ング装置に係り、特に平行平板型反応性イオンエッチン
グ装置を用いたドライエッチング方法およびドライエッ
チング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の平行平板型反応性イオン
エッチング装置の構成を概略的に示す断面図である。こ
こで、１０は反応室、１１および１２は平行平板型の上
部電極および下部電極、１は下部電極１２上に載置され
る半導体ウェハー、１３はエッチングガス導入口、１４
はパージガス導入口、１５は真空排気口、１６および１
７はそれぞれ上部電極および下部電極の支持板中に設け
られた冷却溶媒（例えば冷却水）を流すための配管であ
る。１８は反応室外に設けられた高周波電源、１９は反
応室外に設けられた真空ポンプである。上部電極１１は
接地電位に接続され、下部電極１２は高周波電源１８か
ら高周波電力が印加される。

【０００３】上記したようなエッチング装置を用いてド
ライエッチングを行う方法は、よく知られているのでそ
の詳述を省略するが、この際、配管１６、１７内に冷却
水を流して上部電極１１および下部電極１２を冷却する
ことにより、半導体ウェハー１および反応室１０内を間
接的に冷却してその温度上昇を抑制している。また、枚
葉式処理などにより複数の半導体ウェハーに対して連続
的にエッチングを行う際には、半導体ウェハーの１枚の
処理毎にパージガス導入口１４から室温のパージガスを
導入している。

【０００４】図５は、図４のエッチング装置により１ロ
ット（例えば２４枚）の半導体ウェハーのサンプルを処
理した場合における半導体ウェハーの枚数と、半導体ウ
ェハー上のプラズマ酸化膜およびレジストのエッチング
レートとの関係を示す特性図である。

【０００５】図６は、図４のエッチング装置により１ロ
ット（２４枚）の半導体ウェハーのサンプルを処理した
場合における半導体ウェハーの枚数と、半導体ウェハー
上のプラズマ酸化膜の均一性（Ｍａｘ−Ｍｉｎ法）およ
び選択比との関係を示す特性図である。

【０００６】ここで、半導体ウェハーのサンプルは、シ
リコン基板上にプラズマ酸化膜を２．０μｍ堆積した後
にポジ型ホトレジストであるＯＦＲＰ−８００−４０ｃ
ｐ（東京応化工業商品名）のマスクをつけたものを使用
した。

【０００７】図５の特性によれば、１ロット（２４枚）
処理の前後で、プラズマ酸化膜のエッチングレートが５
２０から５４０ｎｍ／分に上昇し、レジストのエッチン
グレートが１６０から２２０ｎｍ／分に上昇している。

【０００８】図６の特性によれば、１ロット（２４枚）
処理の前後で、選択比が３．２５から２．４５と小さく
なっており、プラズマ酸化膜にピンホールが発生するお
それがある。

【０００９】即ち、従来のドライエッチング方法および
ドライエッチング装置では、半導体ウェハーおよび反応
室内を間接的に冷却するので、その温度上昇を十分に抑
制できず、以下に述べるような問題（１）、（２）が発
生する。

【００１０】（１）複数の半導体ウェハーに対して連続
的にエッチングを行う際、電極温度が徐々に上昇し、図
５、図６の特性図に示したように、１枚目の半導体ウェ
ハーと１ロット処理後の２４枚目の半導体ウェハーとで
は、エッチング特性の差が極端に発生する。

【００１１】（２）電極温度が高くなり過ぎると、半導
体ウェハー上に塗布されたレジストをマスクとしてエッ
チングする、または、上記レジスト自身をエッチングす
るプロセスの場合、レジストの発泡、白濁のおそれがあ
り、これがレジストの下地膜に転写され、その表面が荒
れるという問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
ドライエッチング方法およびドライエッチング装置は、
複数の半導体ウェハーに対して連続的にエッチングを行
う際、半導体ウェハーおよび反応室内の温度上昇を十分
に抑制できず、１枚目の半導体ウェハーと１ロット処理
後の半導体ウェハーとでは、エッチング特性の差が極端
に発生するという問題があった。

【００１３】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、複数の半導体ウェハーに対して連続的にエッ
チングを行う際、半導体ウェハーおよび反応室内の温度
上昇を十分に抑制できるようになり、１枚目の半導体ウ
ェハーと１ロット処理後の半導体ウェハーとでエッチン
グ特性の差が極端に発生することを防止し得るドライエ
ッチング方法およびドライエッチング装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、平行平板型反応性イオンエッチング装置の反
応室内で複数の半導体ウェハーに対して連続的にエッチ
ングを行う際、各半導体ウェハーに対する反応処理毎
に、その処理前または処理後に、室温より低い一定温度
に冷却されたパージガスを反応室内に送り込み、反応室
内を冷却することを特徴とする。

【００１５】また、本発明のドライエッチング装置は、
平行平板型反応性イオンエッチング装置と、このエッチ
ング装置の反応室内にパージガスを送り込む手段と、こ
の手段により送り込まれるパージガスを室温より低い一
定温度に冷却する手段とを具備することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明のドライエッチング方法およびドライエ
ッチング装置によれば、枚葉式処理などにより複数の半
導体ウェハーに対して連続的にエッチングを行う際、半
導体ウェハーおよび反応室内の温度上昇を十分に抑制で
きるようになり、１枚目の半導体ウェハーと１ロット処
理後の半導体ウェハーとでエッチング特性の差が極端に
発生することを防止することが可能になる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明のドライエッチング方法で
使用されるドライエッチング装置の構成を概略的に示す
断面図である。

【００１８】このドライエッチング装置は、図４を参照
して前述した平行平板型反応性イオンエッチング装置を
用いており、１０は反応室、１１および１２は平行平板
型の上部電極および下部電極、１は下部電極１２上に載
置される半導体ウェハー、１３はエッチングガス導入
口、１４はパージガス導入口、１５は真空排気口、１６
および１７はそれぞれ上部電極および下部電極の支持板
中に設けられた冷却溶媒（例えば冷却水）を流すための
配管である。１８は反応室外に設けられた高周波電源、
１９は反応室外に設けられた真空ポンプである。上部電
極１１は接地電位に接続され、下部電極１２は高周波電
源１８から高周波電力が印加される。２０はエッチング
装置の反応室内にパージガスを送り込む手段の一部を構
成するパージガス供給パイプである。

【００１９】さらに、このドライエッチング装置は、上
記パージガス供給パイプ２０から反応室１０内に送り込
まれるパージガスを室温より低い一定温度に冷却する冷
却手段が反応室外に設けられている。この冷却手段の一
例としては、前記パージガス導入口１４の近傍で前記パ
ージガス供給パイプ２０内のパージガスを一定温度に冷
却する機能を有する温度調節器２１と、この温度調節器
用の電源２２とを有する。

【００２０】上記したようなエッチング装置を用いて、
枚葉式処理などにより複数の半導体ウェハーに対して連
続的にエッチングを行う際、各半導体ウェハーに対する
反応処理毎に、その処理前または処理後に、室温より低
い一定温度に冷却されたパージガスを反応室内に送り込
み、反応室内を一定温度に冷却する。この場合、１ロッ
ト（２４枚）の半導体ウェハーのサンプルを処理するも
のとし、各半導体ウェハーに対する反応処理前に、例え
ば５℃に冷却されたＮ₂ ガスを送り込み、５０００ mTo
orの圧力で１０秒間冷却した。

【００２１】また、サンプルとなる半導体ウェハーは、
シリコン基板上にプラズマ酸化膜を２．０μｍ堆積した
後にポジ型ホトレジストＯＦＲＰ−８００−４０ｃｐ
（東京応化工業商品名）のマスクをつけたものを使用し
た。また、この半導体ウェハーに対してドライエッチン
グを行う際の条件は、ＣＨＦ₃ ／Ｃ₂ Ｆ₆ ／Ｈｅガスの
流量を対応して３０／２０／１００sccm、反応室内の圧
力を２．８Toor、下部電極１２に印加される高周波電力
を６００Ｗ、上部電極１１／下部電極１２の温度を対応
して２０／２５℃とした。

【００２２】図２は、図１のエッチング装置により連続
的に処理された半導体ウェハーの枚数と、半導体ウェハ
ー上のプラズマ酸化膜およびレジストのエッチングレー
トとの関係を示す特性図である。

【００２３】図３は、図１のエッチング装置により連続
的に処理された半導体ウェハーの枚数と、半導体ウェハ
ー上のプラズマ酸化膜の均一性（Ｍａｘ−Ｍｉｎ法）お
よび選択比との関係を示す特性図である。

【００２４】これらの特性から分るように、１枚目の半
導体ウェハーと１ロット処理後の半導体ウェハーとで、
プラズマ酸化膜およびレジストのエッチングレートは殆
んど上昇せず、プラズマ酸化膜のロット内均一性が良好
（±３％以下）であり、選択比も殆んど一定であり、１
ロット処理の前後でエッチング特性の差が極端に発生す
ることはない。

【００２５】即ち、本発明のドライエッチング方法によ
れば、枚葉式処理などにより複数の半導体ウェハーに対
して連続的にエッチングを行う際、各半導体ウェハーに
対する処理毎に、室温より低い一定温度に冷却されたパ
ージガスにより反応室内を一定温度に冷却することによ
り、半導体ウェハーおよび反応室内の温度上昇を十分に
抑制できるようになる。

【００２６】従って、酸化膜、レジスト、シリコンなど
の被エッチング材のエッチングを行う際、１ロット処理
の前後でエッチング特性の差が極端に発生することがな
くなり、プロセス再現性の良いエッチングを行うことが
できる。また、半導体ウェハーの温度が異常に上昇しな
くなり、半導体ウェハー上の膜質、膜表面などが劣化す
ることはない。また、上部電極／下部電極の温度変化が
少なくなり、その材質の寿命が長くなる。また、反応室
内の側壁にポリマーが堆積していくプロセスの場合、上
記側壁の温度変化に伴うポリマーの剥離によるダストの
発生が少なくなる。

【００２７】

【発明の効果】上述したように本発明のドライエッチン
グ方法およびドライエッチング装置によれば、複数の半
導体ウェハーに対して連続的にエッチングを行う際、半
導体ウェハーおよび反応室内の温度上昇を十分に抑制で
きるようになり、１枚目の半導体ウェハーと１ロット処
理後の半導体ウェハーとでエッチング特性の差が極端に
発生することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング方法で使用されるド
ライエッチング装置の一例の構成を概略的に示す断面
図。

【図２】図１のドライエッチング装置により連続的に処
理された半導体ウェハーの枚数と半導体ウェハー上のプ
ラズマ酸化膜およびレジストのエッチングレートとの関
係を示す特性図。

【図３】図１のエッチング装置により連続的に処理され
た半導体ウェハーの枚数と半導体ウェハー上のプラズマ
酸化膜の均一性および選択比との関係を示す特性図。

【図４】従来のドライエッチング方法で使用されるドラ
イエッチング装置の一例の構成を概略的に示す断面図。

【図５】図４のドライエッチング装置により連続的に処
理された半導体ウェハーの枚数と半導体ウェハー上のプ
ラズマ酸化膜およびレジストのエッチングレートとの関
係を示す特性図。

【図６】図４のエッチング装置により連続的に処理され
た半導体ウェハーの枚数と半導体ウェハー上のプラズマ
酸化膜の均一性および選択比との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…半導体ウェハー、１０…反応室、１１、１２…平行
平板型の上部電極および下部電極、１３…エッチングガ
ス導入口、１４…パージガス導入口、１５…真空排気
口、１６、１７…配管、１８…高周波電源、１９…真空
ポンプ、２０…パージガス供給パイプ、２１…温度調節
器、２２…温度調節器用の電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行平板型反応性イオンエッチング装置
   の反応室内で半導体ウェハーに対してエッチングを行う
   ドライエッチング方法において、 複数の半導体ウェハーに対して連続的にエッチングを行
   う際、各半導体ウェハーに対する反応処理毎に、その処
   理前または処理後に、室温より低い一定温度に冷却され
   たパージガスを反応室内に送り込み、反応室内を冷却す
   ることを特徴とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 平行平板型反応性イオンエッチング装置
   と、 このエッチング装置の反応室内にパージガスを送り込む
   手段と、 この手段により送り込まれるパージガスを室温より低い
   一定温度に冷却する手段とを具備することを特徴とする
   ドライエッチング装置。