JPH07142402A - プラズマ処理方法及びその実施装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ処理の工完時間を短縮し、半導体装
置の歩留りを向上し、プラズマ処理装置の保守管理を簡
単にする。 【構成】 被加工物１を処理室２内の試料台３にセット
し、処理室２にガスを流入し、高周波を処理室２に導入
してプラズマを発生させて被加工物１を加工し、被加工
物１を加工前又は加工後に加熱処理するプラズマ処理方
法であって、処理室２内にプラズマが発生しない条件
で、高周波を被加工物１に照射して加熱処理を行う。ま
た、被加工物１を試料台３にセットした後、高周波によ
り処理室２の内壁を加熱する。これにより、プラズマ処
理の工完時間を短縮し、製造する半導体装置の歩留りを
向上できる。また、被加工物１に照射される高周波の照
射位置を制御する手段と、被加工物１の温度分布を測定
する手段とをプラズマ処理装置に設ける。これにより、
プラズマ処理装置の保守管理が簡単にできる。

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におい
て、半導体ウエハを加工するプラズマ処理方法及びその
実施装置に関し、特に半導体ウエハ又は処理室を加熱す
る必要のある、プラズマ処理方法及びその実施装置に適
用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置は、その製造工程において、
例えば、配線層や絶縁層の積層及びパターニング等でプ
ラズマ処理が施される。プラズマ処理は、例えば、プラ
ズマＣＶＤ装置、ドライエッチング装置、スパッタ装置
等により実施される。

【０００３】プラズマ処理装置の一種であるドライエッ
チング装置は、プラズマ処理を施す処理室内に半導体ウ
エハを載せる試料台が設けられている。また、処理ガス
を収納したボンベと前記処理室とを結ぶガス配管、処理
室内のガスを排気する排気配管及び排気装置が設けられ
ている。

【０００４】前記処理室内にプラズマを発生させる手段
として、一対の平行平板電極に高周波電力を印加し、プ
ラズマを発生させる高周波電力印加型や、マグネトロン
で発生させた高周波を導波管で処理室に導き、プラズマ
を発生させるマイクロ波放電励起型等がある。該マイク
ロ波放電励起型は、電磁コイルで処理室内に磁場を発生
させ、電子サイクロトロン共鳴現象を起こし、処理ガス
のイオン化効率を上げている。

【０００５】プラズマ処理の手順は、まず、半導体ウエ
ハを処理室にロード（搬入）し、試料台にセットする。
前記半導体ウエハは、主面に被エッチング材が堆積さ
れ、その上にホトレジスト等のマスク材がパターニング
されている。

【０００６】次に、処理室内を真空排気し、処理ガスを
処理室に導入し、前記電磁コイルにより処理室内に磁場
を発生させる。マグネトロンで発生させたマイクロ波を
導波管を経由させ、処理室に導入する。そして、処理室
内にプラズマを発生させ半導体ウエハのエッチングを行
う。

【０００７】そして、所定のエッチング時間の経過後、
電磁コイル、マグネトロンによるプラズマ発生を終了す
るとともに、処理ガスの導入バルブを閉じ、処理ガスの
導入を止める。

【０００８】次に、半導体ウエハを処理室からアンロー
ド（搬出）し、エッチング処理を終了する。

【０００９】また、ドライエッチング装置は、イオンに
よるスパッタ効果等により試料台や処理室の内壁等から
出るチリや、エッチング反応で生成される生成物等が、
処理室内壁に付着し、処理室内が汚染される。前記試料
室が汚染されたまま、エッチング処理を続けると、被加
工物である半導体ウエハの主面に、前記チリが乗り、マ
スクとなってしまい、特に異方性エッチングの場合は、
前記チリの下がアンダカットされないので、エッチング
されず、半導体装置が不良となる恐れがある。このた
め、ドライエッチング装置は、処理室内加熱用ヒータに
より、処理室の内壁を加熱し、チリ等の付着を防止して
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題
点を見いだした。

【００１１】一般に試料台は、ウエハがエッチングに適
した温度条件になる様に、温度調節されているが、エッ
チング条件とは別に真空中でウエハをエッチング前或い
はエッチング後、加熱する要求に対して、別の加熱手段
を真空中に設けなければならず、装置の構造が複雑にな
るという問題があった。

【００１２】また、処理室を加熱する場合、処理室にヒ
ータを設けると、前記処理室の構造が複雑になり、プラ
ズマ処理装置の保守管理が複雑になるという問題があっ
た。

【００１３】本発明の目的は簡単な構造で、被加工物或
いは処理室を加熱できるプラズマ処理方法及びプラズマ
処理装置を提供することにある。

【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１６】（１）被加工物を処理室内の試料台にセッ
トし、前記処理室にガスを流入し、高周波を前記処理室
に導入してプラズマを発生させて前記被加工物を加工
し、前記被加工物を加工前又は加工後に加熱処理するプ
ラズマ処理方法であって、前記処理室内にプラズマが発
生しない条件で、前記高周波を被加工物に照射して前記
加熱処理を行う。

【００１７】（２）（１）に記載のプラズマ処理方法で
あって、前記高周波により前記処理室の内壁を加熱す
る。

【００１８】（３）被加工物に処理を施す処理室と、前
記処理室内で被加工物を載せる試料台と、該処理室にガ
スを導入するガス導入手段と、処理室内のガスを排気す
る排気手段と、高周波を発生させる高周波発生源と、該
高周波を前記処理室に導く導波管とを有するプラズマ処
理装置において、前記被加工物に照射される前記高周波
の照射位置を可変にする手段を設ける。

【００１９】

【作用】上述した手段（１）によれば、高周波を被加工
物に照射して被加工物の加熱処理を行う。つまり、被加
工物に直接高周波を照射して加熱するので、短時間で被
加工物を加熱することができる。

【００２０】例えば、半導体ウエハ主面に配線や電極を
形成する場合、半導体ウエハ主面に積層されたアルミニ
ウム等の金属層をドライエッチング処理によりパターニ
ングを行う。該ドライエッチング処理の前或いは後、半
導体ウエハに高周波を照射すると、金属層が高周波を吸
収するので金属層のみ短時間で加熱処理することができ
る。

【００２１】上述した手段（２）によれば、前記高周波
により前記処理室の内壁を加熱する。前記処理室の内壁
に高周波を照射して加熱するので、処理室内の加熱が短
時間に行える。この結果、プラズマ処理の工完時間を短
縮することができる。

【００２２】上述した手段（３）によれば、前記被加工
物に照射される前記高周波の照射位置を制御する手段を
プラズマ処理装置に設けている。つまり、前記被加工物
をエッチングするのに適した高周波照射位置と被加工物
或いは処理室内を加熱するのに適した高周波照射位置を
可変にする事により、効率良く加熱ができる。

【００２３】また、本発明のプラズマ処理装置は、被加
工物及び処理室内に高周波を照射して加熱することがで
きる。このため、前記処理室を加熱するためのヒータ及
び前記被加工物を加熱するヒータを設けなくても良いの
で、前記処理室の構造が複雑にならず、プラズマ処理装
置の保守管理を簡単にできる。

【００２４】以下、図面を参照して本発明の一実施例に
ついて説明する。なお、実施例を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。

【００２５】

【実施例】図１は、本発明をドライエッチング装置に適
用した一実施例のプラズマ処理装置の概略構成を示す模
式構成図である。

【００２６】図２は、本発明をドライエッチング処理に
適用したプラズマ処理の処理手順を示すフローチャート
である。

【００２７】本実施例のドライエッチング装置は、図１
に示すように、エッチング処理が行われる処理室２内に
半導体ウエハ１をセットする試料台３が設けられてい
る。

【００２８】処理室１には、エッチングガスを導入する
ための配管４が接続され、該配管４は、バルブ５、マス
フローコントローラ６等を介してボンベ７が接続されて
いる。該ボンベ７は、エッチングを行う塩素ガス（Ｃｌ
₂）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）等のエッチングガスや、
エッチング処理の前後に処理室２に流入させる窒素ガス
（Ｎ₂）等が充填されている。

【００２９】処理室２の排気は、排気口８を介して処理
室２に接続された真空ポンプ９で行われる。真空ポンプ
９は、ターボ分子ポンプ等が用いられる。

【００３０】処理室２内にプラズマを発生させる手段と
して、高周波発生器１０、電磁コイル１１が設けられて
いる。高周波発生器１０は、マグネトロンと呼ばれる一
種の真空管であり、高周波（２．４５ＧＨｚ）を発生す
る。高周波発生器１０で発生させた高周波は、導波管１
２により、処理室２内に導入される。電磁コイル１１
は、処理室２を囲むように設けられ、処理室２内に磁場
を発生させる。

【００３１】処理室内２では、エッチング処理時に、電
磁コイル１１で発生させた磁場と、高周波発生器１０で
発生させた高周波とにより、電子サイクロトロン共鳴現
象が起こり、エッチングガスのイオン化効率を上げてい
る。

【００３２】前記試料台３には、コンデンサを介して高
周波電源１３が設けられている。エッチング時には、試
料台は、高周波電源１３により高周波電圧（１３．５６
ＭＨｚ）が印加され、セルフバイアス効果により、試料
台３が負電位となり、異方性エッチングを行う。

【００３３】半導体ウエハ１に照射される前記高周波の
照射位置を制御する手段として、導波可動部材２０が設
けられている。導波可動部材２０は、複数の金属片から
なり、導波管１２に支持されており、モータ等の動力に
より可動する。高周波が金属により進行方向が曲がる特
性を利用し、導波可動部材２０は、照射位置を制御して
いる。

【００３４】試料台３上の半導体ウエハ１から放出され
る赤外線を検出する赤外線温度検出器２１が設けられて
いる。赤外線温度検出器２１は、半導体ウエハの温度分
布を検出信号として制御部２２に送る。制御部２２は、
該検出信号に基づき、導波可動部材２０を可動させ、半
導体ウエハ１に照射される高周波の照射位置を制御す
る。

【００３５】処理室２の温度を測定する温度センサが処
理室の複数箇所に設けられている。温度センサ２３は、
処理室２の内壁の温度を測定し、測定信号を制御部２２
に送る。制御部２２は該測定信号に基づき、処理室２の
温度を制御している。

【００３６】次に、図２のフローチャートに従って、ド
ライエッチング処理の処理手順を説明する。

【００３７】本実施例において、被加工物は、半導体ウ
エハ１の主面に堆積されたアルミニウム薄膜とし、プラ
ズマ処理は、配線層を形成するため、前記アルミニウム
薄膜をエッチングするドライエッチング処理とする。

【００３８】ステップ２０１（半導体ウエハロード）：
処理室２内の試料台３に半導体ウエハ１をロード（搬
入）する。半導体ウエハ１は、主面にアルミニウム積層
膜が形成され、該アルミニウム積層膜上にホトレジスト
がマスクとしてパターニングされている。そして、処理
室２内に窒素（Ｎ₂）を導入し、真空ポンプ９を駆動さ
せ、処理室２内を真空排気する。

【００３９】ステップ２０２（半導体ウエハ及び処理室
加熱）：真空ポンプ９により、処理室２内を真空排気し
た状態で、高周波発生器１０で高周波を発生させ、半導
体ウエハ１、及び処理室２に照射する。この照射によ
り、半導体ウエハ１及び処理室２は、加熱され、半導体
ウエハ１主面及び処理室２の内壁に吸着したガス分子を
脱離する。

【００４０】半導体ウエハ１の温度分布は、赤外線温度
検出器２１で検出され、検出信号として、制御部２２に
送られる。そして、制御部２２は、該検出信号をもとに
導波可動部材２０を可動させ、前記高周波の照射位置を
制御し、半導体ウエハ１を均一に加熱する。なお、加熱
温度は、例えば１００℃である。

【００４１】ステップ２０３（エッチング処理）：バル
ブ５を開き、エッチングガスを処理室２に導入する。該
エッチングガスは、塩素ガス（Ｃｌ₂）、三塩化ホウ素
（ＢＣｌ₃）等である。エッチングガスの流量は、マス
フローコントローラ６で所定の量に制御される。

【００４２】そして、エッチングガスの導入状態が安定
した後、電磁コイル１１、高周波発生器１０、高周波電
源１３を動作させ、処理室２内にプラズマを発生させ
る。プラズマが発生すると、前記エッチングガスは、イ
オン、ラジカル等になり、アルミニウムと反応してエッ
チングが行われる。

【００４３】そして、所定のエッチング時間の経過後、
電磁コイル１１、高周波発生器６、及び高周波電源１３
の動作を止めて、プラズマの発生を終了し、バルブ５を
閉めて、エッチングガスの流入を止める。

【００４４】ステップ２０４（半導体ウエハ及び処理室
加熱）：配管４から処理室２内に窒素ガス（Ｎ₂）を流
入し、真空ポンプ９で真空排気し、残留しているエッチ
ングガスを排気する。そして、高周波発生器１０を動作
させ、高周波を発生させ、半導体ウエハ１に照射する。
これにより、半導体ウエハ１は、加熱され、表面に吸着
した、エッチングガス分子が脱離する。

【００４５】ステップ２０５（半導体ウエハアンロー
ド）：エッチング処理により、主面に配線がパターニン
グされた、半導体ウエハ１を処理室２からアンロードす
る。

【００４６】以上の説明からわかるように、本実施例の
プラズマ処理装置によれば、半導体ウエハ１及び処理室
２に照射される前記高周波の照射位置を制御する導波可
動部材２０と、半導体ウエハ１の温度分布を測定する赤
外線温度検出器２１と、処理室の温度を測定する温度セ
ンサ２３と、赤外線温度検出器２１及び温度センサ２３
からの信号を基づき導波可動部材２０を制御する制御部
２２とがプラズマ処理装置に設けられている。つまり、
半導体ウエハ１の温度分布を測定し、高周波の照射位置
を制御できるので、半導体ウエハ１を均一に加熱するこ
とができる。これにより、エッチング処理のバラツキを
低減できる。この結果、半導体装置の特性がばらつか
ず、歩留りを向上することができる。

【００４７】また、本実施例のプラズマ処理装置によれ
ば、半導体ウエハ１及び処理室２内を高周波を照射して
加熱することができるので、処理室２を加熱するヒータ
及び半導体ウエハ１を加熱するヒータを設けなくても良
い。この結果、処理室２の構造が複雑にならず、プラズ
マ処理装置の保守管理を簡単にできる。

【００４８】また、本実施例のプラズマ処理方法によれ
ば、高周波を半導体ウエハ１に照射して半導体ウエハ１
の加熱処理を行う。つまり、半導体ウエハ１に高周波を
照射して加熱するので、短時間で半導体ウエハ１を加熱
することができる。また、半導体ウエハ１がセットされ
ている試料台３は、加熱されていないので、加熱処理終
了後、短時間で半導体ウエハ１の温度が下がる。この結
果、プラズマ処理の工完時間を短縮できる。特に、本実
施例のようにプラズマ処理を施す部分がアルミニウム積
層膜（金属）である場合、該アルミニウム積層膜は、高
周波を吸収するので、アルミニウム積層膜を、短時間で
加熱処理することができ、温度降下も短時間で行うこと
ができる。

【００４９】また、半導体ウエハ１を試料台３にセット
した後、前記高周波により処理室２の内壁を加熱する。
処理室３の内壁に前記高周波を照射して加熱するので、
処理室２内壁の加熱が短時間に行える。この結果、プラ
ズマ処理の工完時間を短縮することができる。

【００５０】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。例えば、本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処
理装置は、ドライエッチング装置に限定されるものでは
なく、プラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置等に適用して
も良い。

【００５１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００５２】１．半導体装置の歩留りが向上できる。

【００５３】２．プラズマ処理装置の保守管理が簡単に
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明をドライエッチング装置に適用した一
実施例のプラズマ処理装置の概略構成を示す模式構成
図、

【図２】 本発明をドライエッチング処理に適用したプ
ラズマ処理の処理手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…半導体ウエハ、２…処理室、３…試料台、４…配
管、５…バルブ、６…マスフローコントローラ、７…ボ
ンベ、８…排気口、９…真空ポンプ、１０…高周波発生
器、１１…電磁コイル、１２…導波管、１３…高周波電
源、２０…導波可動部材、２１…赤外線温度検出器、２
２…制御部、２３…温度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を処理室内の試料台にセット
   し、前記処理室にガスを流入し、高周波を前記処理室に
   導入してプラズマを発生させて前記被加工物を加工し、
   前記被加工物を加工前又は加工後に加熱処理するプラズ
   マ処理方法であって、前記処理室内にプラズマが発生し
   ない条件で、前記高周波を前記被加工物に照射して前記
   加熱処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプラズマ処理方法であ
   って、前記高周波により前記処理室の内壁を加熱するこ
   とを特徴とするプラズマ処理方法。
3. 【請求項３】 被加工物に処理を施す処理室と、前記処
   理室内で前記被加工物を載せる試料台と、該処理室にガ
   スを導入するガス導入手段と、前記処理室内のガスを排
   気する排気手段と、高周波を発生させる高周波発生源
   と、該高周波を前記処理室に導く導波管とを有するプラ
   ズマ処理装置において、前記被加工物に照射される前記
   高周波の照射位置を可変にする手段を設けたことを特徴
   とするプラズマ処理装置。