JPH0582474A - 枚葉式ドライエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 腐蝕防止の後処理工程を含めて、経済的、か
つ、量産的に処理を行なうことのできる枚葉式ドライエ
ッチング装置を提供する。 【構成】 被処理物を加熱板との間に隙間を設けて保持
する被処理物保持手段と、該隙間の中にガスを導入する
ガス導入手段と、該加熱板の加熱手段と、該加熱板を所
定温度範囲内に維持する温度制御手段との四者を具えた
後処理室と、ドライエッチング室を真空を保って接続で
きるように構成した枚葉式ドライエッチング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特にアルミニウムや
アルミニウム合金の配線の形成等に優れた能力を発揮す
る枚葉式ドライエッチング装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術分野においては、アルミニウ
ムやアルミニウム合金の配線膜をドライエッチングして
配線を形成することが多い。そのエッチングガスとし
て、一般に塩素あるいは塩素系の反応ガスを用いてい
る。そのため、エッチング処理後の配線、あるいはレジ
ストの表面に、アルミニウムの塩素化合物（ＡｌＣｌ₃
など）が吸着されて残る。そのため、ドライエッチング
室からエッチング処理済みの被処理物（以下、単に被処
理物をウエハと称する。）をそのまま大気中に取り出す
と、吸着残存している塩素化合物が大気中の水分と反応
して塩化水素をつくる。この塩化水素がアルミニウムや
アルミニウム合金を腐食するので、配線が断線したり、
その他の不所望な事態が生ずる。

【０００３】従来この腐食を防止するための技術とし
て、例えば、参考文献１：（特開昭５７−４７８７６
号）に開示されたものがある。この技術によれば、エッ
チング処理を終えたウエハの多数を後処理室に立てか
け、後処理室を排気しながら４０℃〜２００℃に加熱さ
れたガス、例えばＨｅ、ＡｒまたはＮｅの不活性ガス、
Ｏ₂ ガス、Ｎ₂ ガスまたはＨ₂ ガスを室内に導入してバ
ッチ式後処理を行なっていた。

【０００４】また、例えば参考文献２：（特開昭５９−
１８６３２６号）に開示されている技術によれば、エッ
チング処理を終えたウエハを、先ずＯ₂ ガスのプラズマ
に晒す。その後、ウエハをプラズマに接触させるか、ま
たは、ウェハに赤外線を照射するか、等々の方法でウェ
ハを加熱することによって、ウエハの温度を２００℃以
上に保つという、バッチ式のプラズマ後処理を行なって
いた。

【０００５】更に、例えば参考文献３：（特開昭６１−
１４７５３０号）に開示の技術によれば、エッチング処
理を終えたウエハを大気中に移してから短時間（５分）
以内に、当該ウエハを１６０℃以上の温度で熱処理し、
この熱処理によって有害な塩素化合物を昇華させて取り
除いていた。その熱処理は、例えば１８０℃に加熱され
た乾燥窒素ガスをウエハに吹き付けるとか、１６０℃以
上に加熱した熱板上にウエハを載置するとかの方法で行
なわれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の後処理方法には、次のような問題点がある。先
ず、プラズマを利用する方法ではレジストを損傷する欠
点がある。また、バッチ処理方式は工程の流れが悪いた
め量産向きでなく、また、１６０℃以上という程度の低
温処理では充分な防食効果が得られるまでの後処理時間
があまりに長く、このため短いエッチング処理時間との
間に大きいアンバランスを生じる。

【０００７】このため、後処理工程を含め、経済的かつ
量産的に処理を行なうことのできる枚葉式ドライエッチ
ング装置を作ろうとしても、装置の構造が複雑化し、そ
の構成に困難を生じていた。従来の後処理が、殆んどバ
ッチ式で行なわれているのはそのためである。

【０００８】また、後処理時間が長いと、熱が周囲の壁
に逃げてしまうため熱効率が悪く、しかも、ドライエッ
チング室内に温度勾配が生じてウエハ全体を均一に加熱
することが困難にもなる。そしてそのことは後処理時間
を一層長いものにするという悪循環を生んでいた。この
発明はこれらの問題の解決を目的とする。

【０００９】

【問題を解決するための手段】この発明は、ドライエッ
チング室と、該室と真空を保って接続される、被処理物
の腐蝕防止の後処理室を備えた枚葉式ドライエッチング
装置において、該後処理室内に、該被処理物を、加熱板
との間に隙間を設けて保持する被処理物保持手段と、該
隙間の中にガスを導入するガス導入手段と、該加熱板の
加熱手段と、該加熱板の温度範囲を所定の一定範囲に維
持する温度制御手段と、を備えて枚葉式ドライエッチン
グ装置を構成したものである。

【００１０】上述した隙間に導入するガスとしては、好
ましくは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスを使用する
のがよい。

【００１１】アルミニウム配線を対象とする枚葉式ドラ
イエッチング装置の場合は、好ましくは、前述の加熱板
の所定温度範囲を、約２５０℃から約３００℃までの間
に選定するのが良い。

【００１２】

【実施例】以下、図を参照しながらこの発明の実施例を
説明する。尚、図は、この発明が理解できる程度に装置
構造を概略的に示してある。

【００１３】図１は、この発明の実施例の枚葉式ドライ
エッチング装置の基本的な構成図である。図において、
１０はエッチング室、１２は後処理室、１４および１６
は両室を挟むカセット室である。搬送系としては従来の
さまざまな装置がここに使用できるが、搬送系は描くと
複雑であり、また発明の主旨からは外れる装置なので、
太い一本の矢印１８で省略して示す。以下の説明で「搬
送される」という言葉を使うとき、その搬送はすべてこ
の搬送系１８で行なわれるものとする。図３は加熱板２
０とその周辺部分とを拡大して概略的に示した断面図で
ある。２００は後処理室１２の室壁である。以下この図
３を併用して説明する。

【００１４】上述した各室はゲートバルブ２２ａ、２２
ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅで分離され、かつ、それぞ
れの室は排気管２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄによっ
て図示しない排気系に接続されている。エッチング室１
０内には、平行して対向する電極３０、３２が配置して
あり、上部電極３２は接地し、下部電極３０を、コンデ
ンサ３４、マッチングネットワーク３６、高周波電源３
８を介して接地している。ガス導入管４０から、反応ガ
スとして塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）、塩素（Ｃｌ₂ ）、窒
素（Ｎ₂ ）およびクロロホルム（ＣＨＣｌ₃ ）の混合ガ
スを供給する。各反応ガスの供給源の図は省略した。

【００１５】後処理室１２内には加熱板２０を設置す
る。４２は加熱板２０の支持台で、これを熱絶縁性材料
で形成する。エッチング室１０でドライエッチング処理
を終えたウエハ４４を、後処理室１２内に搬送し、この
ウエハ４４を加熱板２０上のリング状突出台４６（図
３）上に載置する。そして、ウエハ４４の周縁部を加熱
板２０に取り付けられた６個のバネ４８（図３）の、内
側に向かう突起部５０で保持するが、そのとき、ウエハ
４４の裏面には０．３ｍｍ程度の狭い間隙５２が設けら
れる。この間隙５２内には加熱用ガス導入管５４を経由
してＨｅガスを導入する。

【００１６】加熱板２０には螺旋状のシーズヒータ６０
を埋め込み、加熱板２０を熱し、かつ、その温度を常時
２５０℃以上３００℃以下に制御しその温度を維持す
る。尚、加熱用電源および温度を制御する装置の図示は
省略した。６２は温度制御装置の温度測定端、および６
４はそのリード線である。

【００１７】この発明の枚葉式ドライエッチング装置で
は、ウエハの処理は次のように行なわれる。被処理物で
あるシリコンウエハ４４の表面（図中上面）には、予め
アルミニウム合金膜が蒸着され、その上にレジストパタ
ーンが形成されている。

【００１８】はじめ、シリコンウエハ４４は、カセット
室１４を通してエッチング室１０内の下部電極３０上に
搬送される。つづいて、ガス導入管４０よりＢＣｌ
₃ （塩化ほう素）、 Ｃｌ₂ （塩素）、 Ｎ₂ （窒素）およ
びＣＨＣｌ₃ （クロロホルム）の混合ガスをエッチング
室１０内に供給する。この混合ガスの供給量を真空排気
量に対し調整して、エッチング室１０内の真空度を１０
^ー1（１０のマイナス１乗）Ｔｏｒｒ程度に設定する。そ
して高周波電源３８から高周波電力を印加すると、アル
ミニウム合金膜の選択エッチングが行なわれる。

【００１９】エッチングが終わると、エッチング室１０
内のガスを排気しその真空度が後処理室１２内と同程度
になると、ゲートバルブ２２ｃを開いて、ウエハ４４を
下部電極３０上から後処理室１２内に搬送する。そし
て、ウエハ４４を加熱板２０上に置き、４本の爪４８で
保持する。搬送系１８から爪４８への受け渡し機構の図
示と説明は省略する。

【００２０】そして、ガスバルブ５８を開いて加熱ガス
導入管５４よりＨｅガスを狭い間隙５２内に導入する。
このとき、後処理室１２内の圧力は例えば１０^-3（１０
のマイナス３乗）Ｔｏｒｒ以下、それに対して、間隙に
導入されるＨｅガスの圧力は例えば２．０Ｔｏｒｒであ
る。ガスバルブ５８はウェハーが保持されている期間だ
け開かれている。

【００２１】ウエハ４４の裏面の間隙５２にＨｅガスが
充満すると、熱せられたＨｅガスの分子運動によって、
加熱板２０の表面からウエハ４４の裏面へ熱は能率よく
伝えられてウエハ４４の温度は急速に上昇する。後述す
るように、ウエハ４４の表面温度が２５０℃〜３００℃
のときは、３分程度の極めて短い時間で、パターン表面
に付着している塩素化合物が昇華によって取り除かれ
る。以上により後処理が完了する。

【００２２】後処理が終わるとウエハ４４を、ゲートバ
ルブ２２ｄを開けてカセット室１６に搬送し、更に、ゲ
ートバルブ２２ｄを閉じゲートバルブ２２ｅを開けて大
気中へと搬送し取り出す。ウエハ４４の後処理温度を２
５０〜３００℃にする理由は次の通りである。この実施
例の装置で加熱板の温度を変え、ウエハの温度をさまざ
まに変更して加熱処理を行なった後、そのウエハに対し
て、大気放置試験（温度２０℃、湿度４５％）および、
一部のものに追加の加湿加速度試験（温度２０℃、湿度
９０％）を行い、腐食の発生を光学顕微鏡により観察し
たところ、大気放置試験で図２の（Ｂ）、追加の加湿加
速度試験で図２の（Ａ）に示す結果を得た。図２では、
横軸に加熱時間（単位は「分」）をとり、縦軸に腐食が
発生するまでの時間（単位は「分」）をとって示してあ
る。図２の（Ａ）および（Ｂ）には、ウエハの温度を２
００℃（データＩ）、２５０℃（データＩＩ）、３００
℃（データＩＩＩ）の各値にし、加熱後処理時間を０分
（処理なし）、１分、２分、３分と次第に変えて観察結
果を示してある。

【００２３】図２の（Ａ）および（Ｂ）から理解できる
ように、ウエハ温度２００℃、１〜３分の加熱処理では
防食効果は不十分で、大気放置後１０分以内に腐食の発
生がみられる。しかし、２５０℃の加熱処理では、後処
理を３分行うことにより充分な防食効果を得ている。そ
して、これに上記の加湿加速度試験を追加しても、更に
４０分までは腐食が全く発生しない。この加湿加速度試
験は、大気放置試験の数十倍の時間の試験に匹敵するの
で、大気放置試験の場合でいうと、３日以上腐食が見ら
れないことになる。通常の半導体生産ラインでは、１日
以内にウェハは次の工程に移って処理されるため、それ
までの期間に腐蝕の発生がなければ支障がなく、３日間
というのは作業の停止を含めて充分なマージンをとった
ものである。

【００２４】ウエハ温度を３００℃にした後処理では、
２分という短時間の後処理で既に充分な防食効果が得ら
れることがわかる。後処理時間は短い程生産性が上がる
ので、２分という後処理時間は極めて有利である。

【００２５】枚葉式ドライエッチング装置の場合、エッ
チング室１０内でのドライエッチング処理は、通常３分
以内に完了するので、装置を経済的なものにするために
は後処理時間をこれに合わせる必要がある。ウエハの後
処理温度を２５０℃以上に選ぶ理由はここにある。尚、
３００℃以上の温度ではレジスト膜が損傷して使用に耐
えなくなるため、３００℃が加熱処理温度の上限にな
る。

【００２６】図２の実験は、図１の後処理室１２内の圧
力１０^-3（１０のマイナス３乗）Ｔｏｒｒ以下、これに
対し間隙５２に導入されるＨｅガスの圧力は２．０Ｔｏ
ｒｒでなされたものであった。この間隙５２を設けず
に、従来のように加熱板２０の上に直接シリコンウエハ
４４を載せて、ウエハの下面と３００℃の加熱板の上面
の接触による熱伝導だけでウエハ４４を加熱する場合
は、ウエハの２５０℃以上までの温度上昇に通常２０分
以上という長い時間を必要とする。加熱板上面を鏡面仕
上げした場合でも、ゆうに１０分以上かかることが判明
した。この後処理時間では枚葉式ドライエッチング装置
を不経済なものにする。

【００２７】図４は、加熱板２０の温度が２００℃の一
定値に保たれている場合に、ウエハ４４の表面（上面）
温度が、どれほどの時間をかけて上昇してゆくかを表面
温度測定装置で測って得た経過時間−ウエハの表面温度
特性を示す図である。図４において横軸に経過時間
（分）をとり、縦軸にウエハ表面温度（℃）をとって示
してある。「接触による熱伝導だけ」の場合を曲線Ｉで
示し、この発明の「間隙５２およびＨｅガスの導入があ
る」場合を曲線ＩＩで併記して示している。ウェハーの
保持の完了と同時にガスバルブ５８を開き、経過時間は
そのときから測定している。

【００２８】図２で明らかなように、防食効果は、温度
と時間の積で決まり、処理温度が低い時には処理時間が
長くなる。通常、枚葉処理装置の生産性を考えた場合、
防食処理としては３分以内が望ましい。

【００２９】図５は、図４と同様、経過時間−ウエハの
表面温度特性を示す図であり、図４の場合と同じく横軸
に経過時間（分）をとり、縦軸にウエハ表面温度（℃）
をとって示してある。この実施例の装置で、間隙５２に
導入されるＨｅガスの圧力を１．５Ｔｏｒｒ、２．０Ｔ
ｏｒｒおよび３．０Ｔｏｒｒまで変えたときの上述した
特性の変化状態をみる実験で、ウエハ表面の温度の上昇
の速さを測定したものである。この図５の実験データか
ら理解できるように、Ｈｅガス圧が２．０Ｔｏｒｒおよ
び３．０Ｔｏｒｒ（それぞれ曲線ＩＶおよびＶで示す）
の場合には、互いに重なっており変化がない。しかし、
Ｈｅガス圧が１．５Ｔｏｒｒの場合には曲線ＩＩＩで示
すように、時間の経過とともにウエハ表面温度が曲線Ｉ
ＶおよびＶの場合よりも下がっている。従って、間隙５
２に導入されるＨｅガスの圧力は２．０Ｔｏｒｒもあれ
ば十分であることがこれでわかる。

【００３０】尚、図３で、ウエハ４４が接する加熱板２
０のリング状突出台４６の表面は、平滑に仕上げておく
だけ、もしくはここに１〜３条のリング状の溝を設ける
だけで充分である。Ｈｅガスの圧力が低いため漏洩量が
少なく、間隙５２の容量も小さいので、ウェハーが保持
されている期間のＨｅガスは流し放しにして実用上支障
はない。

【００３１】隙間５２に導入するガスは、Ｈｅのほか、
Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスが総て使用可能である。Ｈｅ
は特に熱伝導効率の点で優れる。不活性ガスに、Ｏ₂ 、
Ｎ₂ 、Ｈ₂ などのガスを混入してもよい。上述の実施例
は、アルミニウム合金配線のドライエッチングの場合の
腐食防止処理についてこの発明を説明したものである
が、この発明がアルミニウム合金に限らず、昇華性の残
存物を持つ他の金属のドライエッチング処理後の後処理
にも適用できることは明かである。その場合の加熱板の
保持温度範囲は残存物の昇華温度を勘案して選定する。

【００３２】さらに、ドライエッチング室も、その構成
は平行平板型のドライエッチング室に限らない。本発明
はまたマイクロ波放電によるドライエッチングなどにも
適用可能であることが明かである。

【００３３】実施例では加熱板を加熱するのに電気抵抗
加熱を用いているが、ハロゲンランプ加熱、高周波加
熱、マイクロ波加熱によって加熱板を加熱しても、完全
に同じ効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】この発明によれば、ウエハの温度の上昇
速度を速くし、かつ、ウエハ全体に均一な温度分布を可
能にし、エッチング処理時間と後処理時間の時間のアン
バランスを解消して経済的な枚葉式ドライエッチング装
置を構成することができる。処理後のウエハは大気中に
放置しても腐食が発生することなく、半導体生産の歩留
まりを向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドライエッチング装置の概略構成図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は加熱処理後のサンプルの
腐食試験の結果を示した表である。

【図３】加熱板とその周辺部分を拡大して示した図であ
る。

【図４】加熱板の温度が一定に保たれている場合に、ウ
エハの表面温度が、どれほどの時間をかけて上昇してゆ
くかを示す、経過時間−ウエハの表面温度特性曲線図で
ある。

【図５】間隙に導入されるＨｅガスの圧力を変えてみる
実験で、ウエハ表面の温度の上昇の速さを測定した、経
過時間−ウエハの表面温度特性曲線図である。

【符号の説明】

１０：エッチング室、 １２：後処理室、 １４，
１６：カセット室 １８：搬送系、 ２０：加熱板、 ２００：後
処理室１２の室壁 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ：ゲートバル
ブ ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：排気管、 ３
０、３２：電極 ３４：コンデンサ、 ３６：マッチ
ングネットワーク ３８：高周波電源、 ４０：ガス導入管、 ４２：加
熱板２０の支持台 ４４：被処理物（ウエハ）、 ４８：爪、 ５
２：間隙 ５４：加熱用ガス導入管、 ５８：ガスバルブ、
６０：シーズヒータ ６２：温度制御装置の温度測定端、
６４：リード線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドライエッチング室と、該室と真空を保
   って接続される、被処理物の腐蝕防止の後処理室を備え
   た枚葉式ドライエッチング装置において、該後処理室内
   に、 該被処理物を、加熱板との間に隙間を設けて保持する被
   処理物保持手段と、 該隙間の中にガスを導入するガス導入手段と、 該加熱板の加熱手段と、 該加熱板の温度範囲を所定の一定範囲に維持する温度制
   御手段と、 を具えたことを特徴とする枚葉式ドライエッチング装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１の隙間に導入するガスが不活性
   ガスを含むことを特徴とする枚葉式ドライエッチング装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１の加熱板の温度維持範囲が、約
   ２５０℃から約３００℃までの範囲であることを特徴と
   する枚葉式ドライエッチング装置。