JPH027520A - ドライエッチング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概賛〕 半導体装置の製造に使用するドライ、エッチング装置に
関し、 その周波数が、周波数の比較的低い高周波の一つとして
１ＭＨｚ未満の高周波を印加して、イオンエネルギーの
制御をより簡単にし、かつ同時は、静電チャックで、ウ
ェハとの間は、熱的コンタクトをと９、常に良好表冷却
効果を得ろ、ドライ、エッチング装ｇＬ’ｘ　ｍ供する
ことを目的とし、、エッチング被加工物３を、絶縁層２
ｏに埋め込まれた、少なくとも一対の平面電極２５を有
する静電吸着機構２００を用いて、高周波電圧を印加し
て、プラズマ中で、エッチングを行う、エッチング装置
ＶＣおいて、絶縁ｌ６２０に埋め込まれた、該一対の平
面電極２５０間は、直流電圧を印加し、さらに咳一対の
平面電極は、重畳して高周波電圧を印加して、エッチン
グするようにし、＠記平面寛極２５に印加する高周波は
ｌ　；５ｉｌＸｚ未満でろるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造に使用するドライエ、チング
装置に関する。

近年半導体装置の量産化、微細化に伴い、高速かつ高精
度のドライ、エッチング技術が費求されている。このた
めプラズマ、エッチング装置等において、微細な半導体
素子のパターンを、エッチングするプラズマ、エッチン
グ装置が必要でおる。

〔従来の技術〕

ドライ、エッチング技術は、プラズマ、エッチング。

スバッタエツテノグもしくハ反応性スパッタ、エッチン
グ装置を用いてシリコン（Ｓｉ）−二酸化シリコン（Ｓ
ｉ０１）　、窒化シリコン（Ｓｉ、Ｎ４）などのＳｉ化
合物、並びにアルミニウム（ＡＩ）、タングステン（Ｗ
）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）など金属、及
びレジスト等のポリマーの破、エッチング物を、エッチ
ングする技術として知られている。

そしてこれらには、リアクティブイオン、エッチング（
ＲＩＥ）ｉ子すイクロトａノ共鳴、エッチング（ＥＣＲ
）、ｆｆ；ｔン７０−エッチング、イオンビーム、エッ
チング等％ｆ！Ｉｉｋのものがろる。このうちでも、ｔ
ｉ性と、微細パターン形Ｍ、ｔ−可能にする異方性、エ
ッチング特性を兼ね備えたものとして、ＲＩＥ−？ＲＦ
バイアスＥＣＲ、エッチング（別名ＲＦバイアス有ｍ４
マイクロ波、エッチング）等が、半導体！！譚の製造は
、従来から広く用いられてきた。

ｓ３図ｒｘ、従来のドライ、エッチング装置の一例のＲ
ＩＥ装置を模式的に示したものである。まず、ウェハ３
をＲＦ＊極２上に設望し、排気口８よリテヤンバ１内を
いったん排気した後、ガス導入ロアよりプラズマ発生用
のガス？、チャ／バｌ内に導入し、ガス流欺、排気速度
１に調整して所定の圧力にする。次は、ＲＦｔ極２は、
・ンツテングボックス５を通じて、高周波（１３，５６
ＭＨｚ等）を印加し、チャンバ１内は、プラズマを発生
させる。そして、前記プラズマは、ウニノー表面をさら
して反応させ、ウェハ３を、エッチングするものである
。

第３図ではウェハは、表面にａＩ＠が付着することを防
止するため、重力に逆らう形で取り付けられて、、エッ
チングされる。目的とする場所のみ、選択的に、エッチ
ングするため、ウニ八表面には、周知の如く、、エッチ
ングマスクとしてレジストが、塗布されている。、エッ
チングの際、ウェハ３がプラズマとの化学反応熱や、イ
オンまたはｔ子たどの、！Ａ撃入射エネルギーにより加
熱される。そうすると、マスクとして、レジストを用い
た場合、ウェハ３の表面のレジストが、１３０℃程度で
焦げてしまうので、ウエノ・３を冷却する必要かわる。

また、エッチングプロセスが、温度の影響を受けやすい
ため、ウェハの１ｕｌＪｌ精密に制御することが、微細
パターンを形成する上で、極めて１要である。

そのために＋’ｆｆ、、ウェハ３と、これを載せる水冷
等によ！ｌｌｔｍ度１Ｍ整されたＲＦｔ極２との間の、
熱伝４ｔよくする必Ａがあり、それにはウエノ・３と、
ＲＦｔ極２とを密着させる必要かりる。このため従来、
ＲＦ電極上は、静電吸ｉ機４１１１（以下静電チャック
］を設け、ウェハを、静電チャックに密着させ、接触面
積を増して、熱的コンタクトをとり、ウェハの温度制御
を効果的にすることが行われている。

この静電チャックによる方法は、ウニ／Ｓを機械的に押
さえる、メカニカルクランプ法に比べ１ウエハの表側に
接触するものがないので、発塵や、エッチングプロセス
における、ウエノ・の汚染が少なくなる等の利点がある
。

第４図は、係る従来の静電チャックの一例を示す図でろ
る。この図は、第３−のＲＦｉｔ極２は、特公昭５７−
４４７４７の静電チャックを用いた場合について、静電
チャックの部分を拡大して示している。この静電チャッ
クは、絶縁層２０の中は、一対の平面電極２５１に埋め
込んだものからなり、この平面電極２５にローパスフィ
ルター２１Ａじて、直ｆＬ電源２２より直流電圧を印加
する。こうすることにより、浮遊電位にめるウエノ１３
と、−対の各平Ｌｌｏ電極の間に働くクー０ン力により
、ウェハが静電チャック２００に吸着される。この静電
チャック２００は、、エッチングを行わない時でも、直
流電圧を印加しさえすれば、常にウエノ１３′ＩＣ静寛
チャック２００は、吸着させることが１２Ｔｋ’ｌ：で
ろる。

また、静電チャックの眩層力は、ＲＦ電極２に印加する
高周波の有無、及びその周改数にはほとんど依存しない
。

また第５図に示すようは、従来この他の静電チャックと
して、特公昭５６−５３８５３のような静電チャックが
ｂりた。これは、直流電圧を印加する電極１０２が、前
記の静電チャックと違い、一つしかたい単極のもので、
ＲＦ％源１０６と直流電源１２２は、同一の電極１０２
は、接続されているものでｂる。この静電チャックは、
先の述べた第４図の静電チャックと異なって、高周波電
圧を印加した時に発生する７、ウェハ１０３のセルフバ
イアス電圧によって、吸着力を生じるもので、高尚［’
ｋｔ圧を印加しない、即ち、エッチングをしない時は、
静電チャックとして動作したい。

ウェハの冷却に前記２種類の静電チャックを使用して、
プラズマの励起に１３．５６ＭＨｚ　尋の高周波を使用
する、従来のＲＩＥ等のドライ、エッチング装ｒＩＬ′
１に用いると、アルミニウムやポリシリコンの微細加工
が可能である。

しかし、近年、アルミニウムに代わる配線材料として注
目されている、銅（Ｃｕ）−？アルミニウムー銅（Ａｌ
−Ｃｕ）合金の、エッチングに困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＣｕやＡＩ　−Ｃｕ　ｆ、エッチングするには、スパッ
タ性を上げる必債があることが仰られている。

このため、Ａｌ−Ｃｕ合金やＣｕｆ用いる場合、スノく
ツタ性をめげるようは、イオンエネルギーを制御するた
めの一つの方法として、印加する高周波の周波数を低く
する方法がらり、例えば１ＭＨｚ未満の高周波を、ＲＦ
電極に印加することが検討されている。以下本明細書で
は、周波数の比較的低い高周波の−ｆｉｔとして、１Ｍ
Ｈｚ未満の高周波について説明する。

第４図、第５図の静゛区チャックを用いる従来の装置で
は、単は、ＲＦｔ極は、Ｉ　ＭＨｚ未満の高周波を印加
しただけでは、冷却効果が十分得られなかったり、、エ
ッチングは、不均一ができる等の問題があった。

まず第１は、第５図に示したような単極の静電チャ、り
を用いた場合、プラズマ発生に使われるＲＦｔ極１０２
は、１ＭＨｚ未満の高周波を印加する場合は、久のよう
な課題があった。周知の如く、ウェハのセルフバイアス
電圧は、印加する高周波の周波数に依存するので、１３
．５６ＭＨｚ等周α数が高ければ、ウェハを静電チャッ
クに吸着させるのは、十分である。しかし、１ＭＨｚ未
満の低い周波数の高周波１ｆｌいた場合、セルフバイア
ス電圧に減少するので、静電チャックの吸着力が十分得
られない。よって、ウェハ１０３と静電チャックとの間
の接触面積がろま９得られず、十分な冷却効果が得られ
ない。

また、ＲＦ’ｉｌＬｍ１０２は、１ＭＨｚ未満の高周波
を印加した場合、静電チャックの吸着力が低下すること
により、はなはだしい場合は、ウエノ・１０３と誘電体
膜２０５（前記第４因の絶縁層２０に相当するもの）と
の間は、隙間１２４ができてしまう。そウスると、イン
ピータンスのうち、コンタクタンスは、電極１０２と対
向電極１０４との距離と、周波数に反比例するので、誘
電体膜２０５を介する電ｆｆｌ　１０２と対問′ｇ極１
０４との間の、インピータンスＺｌ　（図示）が、電極
１０２の痛と対同電極１０４との間の、インピータンス
Ｚ２（図示］よジ、大きくな／）。この結果、電極１０
２の周辺部分ＶＣ１ＲＦパワーが束中し、フ゛ラズマ１
１１（図示］のようは、偏って発生するようになる。な
お、プラズマ１１１は、図が煩雑になるのを避けるため
、部分的にしか示していない。また、図中の隙間１２４
は、わかりゃ１−＜するためは、大きく描いである。

、エッチング速度は、プラズマ密度に依存するのＣ１こ
のようは、プラズマが不拘−ＶＣ発生すると、工、チン
グがウェハ１０３の周辺部では、エッチングが早く、そ
の一方甲央部では、はとんど、エッチングされなくなっ
たり、ウェハ１０３の周辺部分は、異常放′区が束中す
るため、七の部分の静電チャックが、損傷を受けてしま
う。さらは、この静電チャックでは、高周波を印加しな
い状態で、単に直流電源１２２の出力を、電極１０２に
印カロしただけでは、ウェハ１０３に電荷が伝わらない
ため、クーロン力が発生せず、吸着力が得られない。つ
まり、プラズマ発生中でしか、静電チャックの吸着力が
イ０られず、作業性が悪い等の不都合も生じてい１こ◎ 第２は、Ａ４因に示した靜ζチャンクを用いた場合、Ｒ
Ｆ電極２は、１ＭＨｚ未満の一周波を印加すると、次の
ような課題を生じた。

この静電チャνりにおいては、静電チャック自身が、エ
ッチングされないようは、七の大きさが、その上に載せ
るウェハに比べて、小さくなっており、゛また、そのａ
＋面を保護するためは、′ｔＪ１極カバー２３が設けら
れている。そして、静電チャック２００とウェハ３との
密着を確笑にするため、ウェハと電極カバー２３の間に
わずかでほめるが、隙間２４が設けられている。

ＲＦ電椿に印加する周波数が、１ＭＨｚ禾満等低い周波
数の場合、電極カバー２３．ウエノ１３とｌｔＦ電柩２
との隙間２４を介する、プラズマ（不図示）との間のイ
ンピータンスカニ、他の経路より小さくなる。そうする
と、ＲＦパワーが、′成極カバー２３゜ウェハ３とＲＦ
電極２との隙間２４に果申してしまい、ウェハ３にかか
るパワーは、非常に小嘔くなってし゛まう。この結果、
プラズマが９エバ３の周辺部のみに強く発生し、、エッ
チングが周辺部で早く、その一方中央部がほとんど、エ
ッチングされなくなったり、隙間２４に異常放電が集中
するため、その部分の静電チャックの絶縁層が損傷を受
けてしまう。

この静電チャックの場合、吸着力は印加する高周波の周
波数には、はとんど依存しないので、吸着力には変化が
ない。従って、第４図に示した静電チャックを用いた装
置において、印加する高周波が１ＭＨｚ未満の場合でも
、安定して均一なプラズマを、発生させることが、線類
となっていた。

本発明は、係る従来のドライ、エッチング装置の欠点を
除くため創作されたもので、ＲＦ電極に印加する高周波
の周波数を、Ｉ　ＭＨｚ未満にして、イオンエネルギー
の制御をより簡単にし、かつ同時は、静電チャフ・りで
、ウェハとの熱的コンタクトをとり、常に十分な冷却効
果を得る、ドライ、エッチング装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明画である。静電チャ、り２０
０の絶ｌ＃！、廖２０に埋め込まれた、一対の平面電極
２５の少なくとも一方は、クーバスフィルター２１を通
じて、直流電圧２２を印加する。

さらは、この同じ平面電極２５は、コンデンサー２６を
通じて、周波数の比較的低い高周波として、例えばＩ　
ＭＨｚ未満の高周波全印加する。

〔作用〕

本発明では第１図の如く、高尚ｔＨＬは静電チャック２
００内の、一対の平面電極２５から、静電チャックの絶
縁層２０を介して、水冷等により温度調整された支持台
１１及びウェハ３に印加されろ。

こうすることにより、ウェハに近い側の絶縁層９を介す
る、ウェハ上のプラズマとの間のインピータンスが他の
経路、例えば電析の側方から隙間２４を通る経路による
ものより小さくなる。従って、ウェハ３上にバランスよ
くプラズマが発生し、この結果、エッチングの分布は良
くなり、また隙間２４での異常放電も発生しなく　ｆｘ
　！ｌ　、　１ＭＨｚ以上の高周波を用いた場合と同様
は、良好な、エッチングが行える。また、一対の平面電
極を有する静電チャ、りを用いたため、ＲＦ電極に印加
する高周波の周波数が、１ＭＨｚ未満の低いものでろり
てもその吸着力が落ちることなく、安定した冷却効果が
、得られる。

〔実施例１〕 １面にしたがって本発明の詳細な説明する。

第３図のＲＩＥ装置で、本発明のｉ１図の電極を持つ、
ドライ、エッチング装置で、、エッチングを行った。

本発明の一夾施例では、第１図に示した構造のｔＯ寛チ
ャックを便用した。静電チャック２００の絶縁層２０に
は、シリコン樹脂やポリイミド等ノ樹脂や、アルミナ等
のセラミックが使用される。

この絶縁層２０は、プラズマにさらされると、、エッチ
ングされてその消耗が早いことや、その時発生するガス
等が、、エッチングプロセスに悪影響ヲ及ばずこと等を
避けるため、静電チャック２００をウェハ３よシ小さく
作９、ウェハ３で靜電チクッり２００　ｆ覆い、プラズ
マにさらされないようにする。この時、ひさし状に飛び
出たウェハ３の下部には、電極カバー２３′ｆｔ設置し
ている。

この電極カバー２３は、、エッチングプロセスは、悪影
響を与えないようは、石英、アルミナ等が使われる。絶
縁層２０の厚さは、ウェハ３に近い側９が２００μｍｓ
　　ウェハ３に遠い側１０が３００μｍ程度で、ウェハ
３上にプラズマがバランスよく発生する。すなわち、一
対の平面電極２５は、絶縁層２０に埋め込まれたものな
ので、第４図の従来例よシも、ウェハに高周波を印加す
る電極がより近くなるので、効率的にＲＦパワーがウェ
ハに伝わる。また、直流電源２２の極性は、静電チャッ
クの機能には無関係であり、一対の平面電極２５に直流
電圧を印加しさえすればよい。なおローパスフィルター
２１は、印加した高周波が直流１１Ｌ源へ流れるのを防
止するためにある６第１図では、因が煩雑になるのを避
けるため、静電チャックを冷却する手段は省いであるが
、冷却には静電チャックを保持する支持台１１内に水等
の冷媒を流して、支持台を介して静電チャックを冷や丁
。また、ウェハと静電チャックとの間の熱伝導をよりよ
くするには、ウェハと静電チャックの間は、ヘリウム（
Ｈｅ　）等のガスを満たす、ガス伝導冷却方法がある。

以上のような、静電チャックを用い、Ｓｉ基板上の、Ｓ
ｉ酸化膜上の、厚さ１ａｍ（Ｄ　Ａｌ　−Ｃｕ　（Ｃｕ
４％）合金の、エッチングを行った。

まず、ウェハ３を静電チャック２００に吸着させた後、
排気口８よりチャンバ内を排気し、ガス導入ロアよりプ
ラズマ発生用のガスを、チャンバ１内に導入し、所定の
圧力にする。次は、マツチングボックス５を通じて、Ｒ
Ｆ電源６より、数千ｐＦのコンデンサー２６を通して、
４００ＫＨｚの高周波を印加し、チャンバー１内にプラ
ズマを発生させ、、エッチングを行った。マスクとして
、紫外線を照射して、いわゆるｄｅｅｐＵＶキュアと、
２００’Ｏベ一／１行ッｆｃポジレジスト０ＦＰＲ８０
０（東京応化製］と、１１０°Ｃベークを行ったレジス
）ＯＦＰＲ８８００（東京応化製〕を用いた。、エッチ
ング条件は、ガスは四塩化硅素と塩素の混合ガス（Ｓｉ
Ｃ１４＋ＣＩ、）、ガスの圧力は０．０５Ｔｏｒｒ　、
　４周波入力は５００Ｗ（０，１ン凍）、ウェハの温度
は１００℃で、３分間、エッチングを行った。結果は、
、エッチングされなかった所（残滓］がなく、ウェハが
５インチのウニ凸面内での、エッチングのばらつきは、
１５％という良好な、エッチングが行えた。

静電チャ、り２００を介した冷却効果により、レジスト
に熱損傷は受けず、またアンダーカットも発生しなかっ
た。

一方、同じ条件下で、第４図の従来の静電チャックを用
いた場合は、プラズマがウェハ３の周辺部にのみ発生し
、ウェハ３の周辺は、、エッチングされたが、中央部は
、エッチングされなかった〇〔実施例２〕 第２図に示すようは、第３図のＲＩＥの変形の一種であ
る、トライオード型、エッチング装置は、本発明を応用
した装置！を用いて、Ｓｉ）レンチの、エッチングを行
った。

トライオード型、エッチング装置は、ウェハ３側の一対
の平面電極２５に１００ＫＨｚ等、Ｉ　ＭＨｚ未満の高
周波を、数千ｐＦのコンデンサー２６を通して印加し、
また対向電極４に１３．５６ＭＨｚ等、１ＭＨｚ以上の
高周波を印加するところが、先に述べたＲＩＥ装置と違
う点である。これは、１３．５６ＭＨｚテフラスマを発
生し、１００ＫＨｚでイオンを加速することにより、ラ
ジカルの発生と、イオンエネルギーとを独立に制御し、
より高精度で、効率のよい、エッチングを行うことを、
目的とする、エッチング装置でちる。

この装置において、厚さ１　／Ｉ　１１１のＳｉ叡化Ｉ
Ｉ５！をマスクとし、６インチのＳｉウェハに直径１μ
ｍ。

深さ７μｍの孔を、エッチングした。、エッチング条件
は、、エッチングガスとしてプロモトリフルオロメタｙ
（ＣＢｒＦｓ）の流量は２．５　ｓｃｃｍ　ｓウェハ側
の平面電極２５に印加する、ＲＦ電源６−ｂの周波数は
１００ＫＨｚ、その高周波入力は１８０Ｗ、対同電極の
ＲＦｌｕ源６−ａの周波数は１３．５６ＭＨｚ　。

その高周波入力はｓ　ｏ　ｏｗ　、圧力は０．５Ｔｏｒ
ｒでらる。

なお、冷却方法は、実施例１の時と同様である。

静電チャックは、実施例１と同一の物を用いた場合、エ
ッチレートは１．２μｍ／分、Ｓ＋酸化膜に対する選択
比は１０で、死石に、エッチングすることができた。一
対の平面電極２５を有する静電チャック２００の冷却効
果により、ウエノ・３の温度は、５０℃〜６０°０に冷
却されて、良好な、エッチングとなった。しかし、この
静電チャック２００を、用いなかった場合、ウェハ３の
温度は、２００℃〜３００℃まで上がり、円弧状にアン
ダーカットされる、いわゆるボーイングが発生し、た。

また同じ条件下で、従来の第４同の静電チャックを使用
した場合は、ウェハ３と電極カバー２３の隙間２４で異
常放電が発生し、静電チャック２００の絶縁膜が破壊さ
れ、正常な、エッチングは行われなかった。

以上の２つの実施例で、一対の平面電極に印加した高周
波の周波数は、実施例の中で用いたものに限足されるも
のではなく、所望のイオンエネルギーを得るべく変えら
れることは言うまでもない。

また、高周波の周波数を変えても、本発明の効果に変わ
りはない。

以上本発明を実施例により説明したが、ウェハの温度の
制御機構等、本発明の趣旨に反しない範囲で、種々の変
形が考えられるが、実施例により本発明からこれらを排
除するものではない、〔効果〕 以上説明したようは、本発明によれば、ドライ、エッチ
ング装置において、プラズマ発生は、イオンエネルギー
の制御性のよい、周波数の比較的低い高周波で例えばＩ
　ＭＨｚ未満の高尚改を使用でき、かつウェハの温度制
御も、同時に行えるという効果を奏し、残滓がない、分
布のよいａ′＆！な、エッチングが可能となり、高密度
なパターンを有する、高集積度半導体装置の製造は、寄
与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図でろｐ′、第２図に本発明
の一実施例の説明図であり、第３図は１ｔＩＥ、エッチ
ング装置の概略口である。 第４図、第５図は従来の静電チャックの部分拡大図でろ
る。 １と１０１　・・・・チャンバー ２と１０２・　・・ＲＦ電極。 ３と１０３・・・・・ウェハ ４と１０４・・・・対向電極 ５と１０５・・・・・マツチングボックス（ｇ１合器）
６と１０６・・・・・・ＲＦＩＫ源。 ７・・・・・・・・・・・・・・・ガス導入口８・・・
・・・・・・・・・・・・排気口９　　　・　・・　ウ
ェハに近い側の絶縁１−１０・・・・・・・・・ウェハ
に遠い側の絶縁層１１・・・　・　・・・支持台 ２０・・・・・・・・・・・絶縁層 ２１と１２１　　・・・ローパスフィルター２２と１２
２　・・・直流電源 ２３・・・・・・・・・・・・・・電極カバー２４と１
２４　・・隙間 ２５・・・・・・・・・・・・・一対の平面電極２６　
・ ・・・・・・コンデンサー 静電チャック ・・・・・誘電体膜 ・・・・・・プラズマ 代理人　弁理士　井　桁　貞　二 不発ｖＰＩｔｒ＋原理誂男凹 ＲＩＥ工・・ノチング装置の概峰図 茅ｊ図 、本、イ色日８の一フぐ７７ｔＺｆｌσ）８ＬＥ１月図
努２図 従来パ１１チャックｔ＋　−４ｆ’Ｉ　ｓ　ｕ　：す孤
九砧％４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エッチング被加工物（３）を、絶縁層（２０）に埋
   め込まれた、少なくとも一対の平面電極（２５）を有す
   る静電吸着機構（２００）を用いて吸着し、高周波電圧
   を印加して、プラズマ中でエッチングを行うエッチング
   装置において、該一対の平面電極（２５）の間に、直流
   電圧を印加し、さらに該一対の平面電極に、重畳して高
   周波電圧を印加してエッチングすることを特徴とする、
   ドライエッチング装置。 ２、上記平面電極（２５）に印加する高周波は、その周
   波数が１ＭＨｚ未満であることを特徴とする請求項１記
   載のドライエッチング装置。