JPH07147267A - 微細配線形成装置 - Google Patents

微細配線形成装置

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JPH07147267A
JPH07147267A JP29231993A JP29231993A JPH07147267A JP H07147267 A JPH07147267 A JP H07147267A JP 29231993 A JP29231993 A JP 29231993A JP 29231993 A JP29231993 A JP 29231993A JP H07147267 A JPH07147267 A JP H07147267A
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wiring forming
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Abstract

(57)【要約】 【目的】石英窓22にエッチング生成物の堆積を抑制し
稼働率を低下させることなく再現性良く半導体基板12
の表面の銅の加工を行なうことを図る。 【構成】塩素系ガスをチャンバー11を導入し、赤外線
ランプ15の光を石英窓22を介して半導体基板12に
照射し、半導体基板12の銅膜を選択的にエッチングし
て配線を形成する微細配線形成装置において、石英窓2
2を加熱するヒータ24と石英窓22の温度を測定する
熱電対23とを設け、石英窓22の温度を所定範囲の温
度に制御し、チャンバー11の内壁からのガス放出や半
導体基板への再付着などによる汚染をなくすとともに石
英窓22へのエッチング生成物の堆積を抑制している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSIにおける微細配
線形成装置に関し、特に低温でかつLSI作製に充分な
異方性エッチングを実現し銅の微細配線を形成する微細
配線形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIの配線材料として一般にA
lが用いらている。しかし、配線が微細になるに従い、
Alではストレスマイグレーションおよびエレクトロマ
イグレーション耐性が悪く問題となっている。さらに、
半導体装置の高速化に伴い配線遅延の問題が大きくな
り、より抵抗の低い材料を配線として使用することが強
く要求されている。
【0003】このような要求に対して銅を配線材料とし
て用いることが検討されている。しかしながら、周知の
ようにAlなど微細加工しているドライエッチング法で
は、銅のハロゲン化物が基板表面から離脱しないためエ
ッチングが進行しない欠点がある。これは、銅ハロゲン
化物の平衡蒸気圧がAl等のそれと比較し著しく低いこ
とと、イオンアシストの効果があまり無いことに起因す
る。その結果、室温程度でCl2 プラズマガスに晒す
と、銅表面にCuCl2 等が形成されるだけでエッチン
グは進行しない。
【0004】一方、エッチング進行を促すために、基板
温度を例えば250°Cと高めることが考えられるが、
この方法であると、基板温度が高いため、エッチング中
に銅配線中に容易に塩素が残留する。その結果、空気中
の水分等と反応しコロージョンと呼ばれる配線腐食をも
たらし信頼性を低下させる。
【0005】この対策として従来、この塩素系ガスを用
いるドライエッチングにおいては、基板表面に赤外線ラ
ンプで赤外光を照射し、銅表面に形成された塩化銅に赤
外光を吸収させ、塩化銅を銅表面から離脱させ、コロー
ジョンの問題を回避するとともに低温でエッチングを促
進させていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た赤外光を基板表面に照射させる装置では、繰返してエ
ッチングするにつれて、エッチング生成物である塩化銅
が赤外光導入窓に堆積し、導入窓を透過する赤外光強度
が低下する。このため、次第にエッチング条件が変化し
エッチングの再現性を劣化させる問題がある。従って、
再現性良く銅の加工を行なうためには、頻繁に導入窓の
クリーニングを必要とし、このため装置の稼働率をも低
下させるという問題がある。
【0007】従って、本発明の目的は、導入窓にエッチ
ング生成物の堆積を抑制し稼働率を低下させることなく
再現性良く基板表面の銅の加工を行なうことのできる微
細配線形成装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、銅膜が
施された半導体基板を収納するチャンバーと、このチャ
ンバ一に塩素系ガスを導入しプラズマの物理化学的反応
を起させる手段と、該半導体基板に光導入窓を介して光
を照射する赤外線ランプと、該光導入窓を加熱する加熱
手段とを備え、該光導入窓の温度を所定の温度範囲に制
御する微細配線形成装置である。
【0009】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0010】図1は本発明の一実施例を示す微細配線形
成装置の模式図である。この微細配線形成装置は、図1
に示すように、銅膜が施された半導体基板12を収納す
るチャンバー11と、このチャンバ一11のガス導入口
16から導入される塩素系ガスの流量および供給・停止
を行なうガスフローメータ17およびバルブ18と、半
導体基板12を保持する電極14と協働しプラズマを発
生させる電極13と、半導体基板12に石英窓22を介
して照射する赤外線ランプ15と、石英窓22を加熱す
るヒータ24と、石英窓22の温度を検出する熱電対2
3とを備えている。また、この装置には電極13,14
に高周波電力を印加する高周波電源21と、導入される
エッチングガスである塩素系ガスの圧力を一定に維持す
る圧力調整用バルブ19および真空ポンプ20が設けら
れている。
【0011】図2は図1の微細配線形成装置の動作を説
明するための半導体基板の構造を示す断面図である。次
に、この微細配線形成装置の動作を図2の半導体基板を
加工する例を挙げて説明する。この供試材である半導体
基板は、図2に示すように、シリコン基板25にシリコ
ン酸化膜26およびTiN膜27を施し、その上にスパ
ッタリング法による銅28の膜を500nm厚程度に形
成してた。そして、この銅28の膜の上に赤外光反射膜
かつ酸化銅と銅の反応を抑制するバリア膜としてTiN
膜29を形成した。さらに、その上にシリコン酸化膜を
形成し選択的にエッチング除去してシリコン酸化膜30
で形成されるハードマスクを作製した。
【0012】このように準備された半導体基板を図1の
チャンバー11に収納し、真空ポンプ20によりチャン
バー11を排気し所定の真空度にする。次に、ガス導入
口16より、例えば、Cl2 を導入し圧力を3Paに維
持する。次に、ヒータ24に電流を供給し石英窓22を
加熱する。そして熱電対23による石英窓22の温度が
150°Cに達したら、赤外線ランプを点灯し半導体基
板12を加熱する。そして電極13,14に高周波電力
を印加させプラズマを発生しエッチングを開始する。
【0013】ここで、エッチングの進行中における石英
窓22の温度は、望ましくは常に150°Cに維持する
ことである。しかし、石英窓22が熱絶縁材であるパッ
キング介してチャンバー11に取付けられているので、
極めて短時間に150°Cに達し、しばしば200°C
を超えることがある。この場合はチャンバー11の内壁
に付着する分質が分離し半導体基板12を汚染したり、
あるいは石英窓のや気密封止部材からガスを放出させた
りする恐れがあるので、直ちにヒータ24への電流供給
を停止し、赤外線ランプ15の光による加熱だけにす
る。すなわち、石英窓22の温度は150°Cから20
0°C程度に留める必要がある。また、このような温度
制御は公知技術で極めて容易に実現できる。
【0014】このように温度を所定範囲内に石英窓22
を維持しながらエッチングすると、500nm厚の銅2
8の膜がハードマスクにより選択的にエッチングされ、
2分程度で銅の配線が形成された。ちなみに、同じ供試
材で1000枚処理してみたところ、石英窓22は曇る
ことなく赤外光光強度は銅を微細加工するのに十分であ
った。
【0015】図3は本発明の微細配線形成装置の他の実
施例を説明するための石英窓を示す断面図である。この
微細配線形成装置は、石英窓を加熱する手段を石英窓自
身にもたせたことである。すなわち、図3に示すよう
に、石英窓31の表面に、例えば、20nm厚のシリコ
ン窒化膜32を被着させたことである。それ以外は前述
の実施例と同じである。 このシリコン窒化膜32は、
赤外線ランプからの光の可視光領域の光を吸収し石英窓
31を加熱する。そして、長波長領域の赤外光のみを透
過し半導体基板に照射する。
【0016】この実施例の加熱手段は、前述の実施例の
ヒータによる加熱手段と比べ石英窓31を均一に加熱で
きることおよびヒータなど石英窓を遮光するものがない
という利点がある。また、この加熱手段は、赤外線ラン
プからの可視光のみ吸収し熱に変換していることから、
上述したように200°Cというような過度に石英窓を
過度に加熱することはない。このため、前述の実施例の
ように温度を検出し温度を制御する必要はない。
【0017】従って、この吸収膜の厚さおよび材質を設
計する際は、赤外線ランプからの波長毎の分光強度を測
定し、最も狭い波長から単位波長増毎の光強度を積算
し、石英窓を所定の温度まで上げる必要の積算光強度を
求め、どの波長までの光を吸収するか吸収するかを決め
れば良い。本実施例では石英窓31の大きさおよび赤外
線ランプの分光強度から試算してみたところ、20nm
のシリコン窒化膜32を施すことで、青色から赤色まで
含む可視領域の光を吸収させ石英窓31の飽和温度を1
50°C程度に加熱することが出来た。その結果、前述
の実施例と同様に1000枚の半導体基盤を処理しても
石英窓31をクリーニングすることなく再現性のある加
工が出来た。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板に照射する赤外線ランプの光を透過する光導入窓の温
度を所望の温度範囲に加熱する加熱手段を設け、エッチ
ング生成物の該光導入窓への堆積を抑制し光導入窓の透
過度を高く維持することによって、再現性良く基板表面
の銅の加工を行なうことのできるという効果がある。ま
た、エッチング生成物の付着がなくなることから、長時
間光導入窓をクリーニングする必要がなくなり装置の稼
働率も向上できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す微細配線形成装置の模
式図である。
【図2】図1の微細配線形成装置の動作を説明するため
の半導体基板の構造を示す断面図である。
【図3】本発明の微細配線形成装置の他の実施例を説明
するための石英窓を示す断面図である。
【符号の説明】
11 チャンバー 12 半導体基板 13,14 電極 15 赤外線ランプ 16 ガス導入口 17 マスフローメータ 18 バルブ 19 圧力調整用バルブ 20 真空ポンプ 21 高周波電源 22,31 石英窓 23 熱電対 24 ヒータ 25 シリコン基板 26 シリコン酸化膜 27,29 TiN膜 28 銅 32 シリコン窒化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅膜が施された半導体基板を収納するチ
    ャンバーと、このチャンバ一に塩素系ガスを導入しプラ
    ズマの物理化学的反応を起させる手段と、該半導体基板
    に光導入窓を介して光を照射する赤外線ランプと、該光
    導入窓を加熱する加熱手段とを備え、該光導入窓の温度
    を所定の温度範囲に制御することを特徴とする微細配線
    形成装置。
  2. 【請求項2】 前記加熱手段は、前記光導入窓に短くと
    も可視領域の光を吸収する膜を形成し、該赤外線ランプ
    からの前記光を前記光導入窓に吸収させて加熱するもの
    であることを特徴とする請求項1記載の微細配線形成装
    置。
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