JPS61190945A - 処理装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、処理技術、特に、半導体装置の製造における
ウェハのエツチング処理に適用して有効な技術に関する
。

［背景技術］ −ａに半導体装置の製造においては、シリコンなどの半
導体からなる円盤状の基板、すなわちつ工・ハに所定の
半導体素子を形成する過程で、たとえばアルミニウム合
金などからなる配線構造を形成する場合、ウェハ全面に
わたって形成されたアルミニウム合金の薄膜上にフォト
レジストによって所定のマスクパターンを形成し、マス
クパターンが被著された部位以外の部分を、アルミニウ
ム合金に対して蝕刻作用のあるガスなどによって除去す
る、いわゆるドライエツチングにより所望のパターンの
配線構造をウェハ上に形成することが考えられる。

上記のドライエツチングとしては、次のような反応性イ
オンエツチング装置を用いることが考えられる。

すなわち、一対の平行平板電極を水平に対向させ、一方
の電極の対向面にウェハを！！置させる。

そして、ウェハが載置された電極にプロ・ツクキャパシ
タを介して高周波電源を接続し、平行平板電極間に高周
波電力を印加しつつ、塩素化合物や弗素化合物などから
なるエツチングガスを供給して、エツチングを行うもの
である。

この場合、電極間のエンチングガスは高周波電力によっ
てエツチングガスイオンと電子からなるプラズマとされ
、さらに電荷量に比較してエツチングガスイオンと電子
の質量差が大きいため両電極の極性の変化に追随する速
度が異なり、ブロックキャパシタが設けられた電極側に
は負電荷が蓄積されて負電位となる自己バイアスが生じ
る。

この結果、エツチングの機構がエツチングガスによる化
学的な、すなわち等方的なものと、エツチングガスイオ
ンが前記の自己バイアスによって加速されてウェハ表面
に衝突するスパッタリングによる非等方的なものとが組
み合わされて起こることとなる。

従来、高周波電力を一定にしたり、自己バイアスの値が
一定となるようにする方法でエツチング処理が行われて
いるが、いずれの場合においてもエツチングによって形
成されたパターンの断面形状が逆台形、すなわちアンダ
カットとなりやすく、絶縁膜を介して配線構造を複数層
重ねて形成される多層配線においては、パターンの段差
部に対する絶縁膜の被着性が低下され、絶縁不良や腐食
などの原因となって半導体素子の特性劣化の原因となっ
ていることを本発明者は見いだした。

なお、反応性イオンエツチング技術について説明されて
いる文献としては、株式会社工業調査会、昭和５８年１
１月１５日発行「電子材料」１９８４年別冊、Ｐ９７〜
Ｐ１０１がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、良好な処理結果を得ることが可能な処
理技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 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、つぎの通りである。

すなわち、電極間に位置される被処理物に高周波電力を
印加しつつ処理流体を供給することによって所定の処理
を施す処理装置の、被処理物が載置される電極側にブロ
ックキャパシタを介して接続される高周波電源から電極
間に印加される高周波電力を、電極間に生じる自己バイ
アスの値に基づいて制御することによって、高周波電力
によって電極間に形成される処理流体のイオンの被処理
物に対する化学的な作用と、電極間の自己バイアスによ
って加速される処理流体のイオンが被処理物表面に衝突
して発生するスパッタリング作用の、処理に対する寄与
の度合を調整することを可能にして、良好な処理結果を
得るようにしたものである。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例である反応性イオンエツチ
ング装置の断面図である。

分割可能な反応容器１の内部には、ウェハ２　（被処理
物）が水平に載置される平板状のカソード３　（電極〕
が設けられ、カソード３の上方には、平板状のアノード
４　（電極）がカソード３と平行に所定の間隔で対向し
て位置されている。

ウェハ２は、全面にわたって、たとえばアルミニウム合
金などからなる金属薄膜が形成され、さらに金属薄膜上
に所定のパターンのレジストマスクが被着されており、
レジストマスクが被着された部位以外の部分が蝕刻され
ることによってレジストマスクと同一のパターンの配線
構造などが形成されるものである。

反応容器１には、排気管５が設けられ、たとえばメカニ
カルブースタポンプ、ディフュージョンポンプ、ターボ
モレキュラポンプ、クライオポンプなどで構成される排
気機構（図示せず）に接続されて、反応容器ｌの内部が
所定の真空度にされるように構成されている。

さらに、反応容器１には、エツチングガス供給管６が設
けられ、エツチングガス供給機構（図示せず）に接続さ
れて、たとえば弗素化合物や塩素化合物などからなるエ
ツチングガス（処理流体）が反応容器Ｉの内部に導入さ
れ、所定の濃度のエツチングガス雰囲気とされるように
構成されていそして、カソード３には、ブロックキャパ
シタ７を介して高周波型′ａ８が接続され、接地された
アノード４との間に高周波電力が印加される構造とされ
ている。

また、カソード３側には、カソード３とブロックキャパ
シタ７との間に自己バイアスセンサ９が設けられ、カソ
ード３とアノード４との間に高周波電力が蛸加される際
に発生される自己バイアス値が検出されるように構成さ
れている。

自己バイアスセンサ９で得られた自己バイアス値は、演
算部１０に伝達され、演算部ｌＯによって自己バイアス
センサ９で得られた自己バイアス値が制御部１１にあら
かじめ設定された値と等しくなるように、高周波型ａ！
８からカソード３およびアノード４の間に印加される高
周波電力の値が調整されるように構成されている。

そして、カソード３上に位置されたウェハ２は、カソー
ド３とアノード４との間に印加される高周波電力によっ
て形成されるプラズマ雰囲気中のエツチングガスの陽イ
オンによる化学的な、すなわち等方向なエツチング作用
とともに自己バイアスによって形成される電場でウェハ
２の表面に衝突するように加速されるエツチングガスの
陽イオンのスパッタリングによる非等方的なエツチング
作用を受けることとなる。

この場合、上記のごとく、自己バイアス値が所定の値に
調整可能であるため、たとえば、自己バイアス値がエツ
チングの進行とともに増加するように設定することによ
り、ウェハ２の厚さ方向へのエツチングの進行によって
レジストマスクの直下の部分に形成されるパターンの段
差部がエツチングガスの陽イオンの化学的で等方向なエ
ツチング作用によって蝕刻されるとき、自己バイアスの
増加とともに増大されるエツチングガスの陽イオンのス
パッタリング作用によってレジストマスクの幅が所定量
だけ徐々に縮退されるため、段差部の頂部寸法が所定量
だけ減少され、レジストマスク下に形成されるパターン
の断面形状が逆台形となることが防止され、良好なエツ
チング結果が得られるものである。

また、反応容器１の外部には、カソード３の上に載置さ
れたウェハ２の所定の部位の厚さ方向の寸法変化を観測
するエンドポイントモニタ（図示せず）が設けられ、ウ
ェハ２に対するエツチングの進行状況が外部から把握で
きるように構成されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

始めに、反応容器１が開放され、カソード３の上にウェ
ハ２が載置される。

次に、反応容器１は閉止され、排気管５を通じて反応容
器１の内部が所定の真空度になるまで減圧される。

反応容器１の内部が所定の真空度にされたのち、エツチ
ングガス供給管６を通じて所定のエツチングガスが導入
され、反応容器１の内部は、所定の濃度のエツチングガ
ス雰囲気とされるとともに、カソード３とアノード４と
の間には高周波電源８から供給される高周波電力が印加
される。

そして、アノード４とカソード３との間のエツチングガ
ス雰囲気は、高周波電力によってプラズマ化され、カソ
ード３上に載置されたウェハ２は、プラズマ中のエツチ
ングガスの陽イオンの化学的で等方向なエツチング作用
と、カソード３がアノード４に対して負電位となる自己
バイアスによってカソード方向に加速されウェハ２の表
面に衝突されるエツチングガスの賜イオンのスパッタリ
ングによる、ウェハ２の厚さ方向により大きなエツチン
グ作用を有する、非等方的なエツチング作用を受ける。

このとき、カソード３の負電位すなわち自己バイアスの
値は、自己バイアスセンサ９によって検知され、演算部
１０は、制御部１１にあらがしめ設定されている値と、
自己バイアスセンサ９の値を比較し、自己バイアスセン
サ９によって検知される値が制御部１１に設定された値
に一致するように高周波電源８から両極間に印加される
高周波電力が調整される。

この場合、制御部１１に設定される値は、たとえば、第
２図に示される線図の如く、エッチング操作の進行とと
もに徐々に変化されるように設定され、両極間の自己バ
イアスの値は、エツチングの進行とともに徐々に増加さ
れるものである。

この結果、ウェハ２の厚さ方向へのエツチングの進行に
よってレジストマスクの直下の部分に形成されるパター
ンの段差部がエツチングガスの陽イオンの化学的で等方
向なエツチング作用によって蝕刻されるとき、自己バイ
アスの増加とともに増大されるエツチングガスの陽イオ
ンのスパッタリング作用によってレジストマスクの幅が
所定量だけ徐々に縮退されるため、段差部の頂部寸法が
所定量だけエツチングによって減少され、レジストマス
ク下に形成されるパターンの断面形状が逆台形となる、
いわゆるアンダカフトが防止され、のちに、層間絶縁膜
などが上記のパターン上に被着される際に、段差部に被
着される部分の膜質がパターンのアンダカフトに起因し
て劣化されることが回避され半導体素子の信頼性が向上
される。

所定の時間経過後、うエバ２の表面に形成された薄膜の
厚さのエツチングに伴う減少量を監視するエンドポイン
トモニタの検出値が所定の値となったとき、自己バイア
スが徐々に減少されるように高周波電力が制御され、所
定量の過度なエツチングが施されるオーバーエツチング
操作を経て、高周波電源８による両極間への電力の印加
が停止される。

そして、反応容器ｌの内部が常圧にされたのち、反応容
器ｌは開放され、エツチング処理が施されたウェハ２は
外部に取り出される。

上記の一連の操作を操り返すことによって、多数のウェ
ハ２のエツチング処理が行われる。

［効果］ （１）、被処理物が載置される電極側にブロックキャパ
シタを介して接続される高周波電源から電極間に印加さ
れる高周波電力が、電極間に生じる自己バイアスの値に
基づいて制御されるため、高周波電力によって電極間に
形成される処理流体のイオンによる、被処理物に対する
化学的な作用と、電極間の自己バイアスによってイオン
が加速されて被処理物表面に衝突するスパッタリング作
用の処理に対する寄与の度合が調整でき、良好な処理結
果が得られる。

（２）、前記（１１の結果、被処理物に形成されるパタ
ーンの断面形状が逆台形となるアンダヵフトの発生が回
避され、アンダカットの発生に起因してパターンの段差
部に被着される所定の膜の膜質が低下することが防止さ
れる。

（３）、前記（２）の結果、膜質の低下に起因する半導
体素子の特性の劣化が防止され、製品の歩留りが向上さ
れる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
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で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、−回に処理されろウェハは複数であってもよ
い。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなさｈｆ、−
発明をその背景となった利用分野である反応性イオンエ
ツチング技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、高周波電力を援用して化学
反応を進行させる技術に広く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である反応性イオンエツチ
ング装置の略断面図、 第２図は、エツチング時間中において変化される自己バ
イアス値の変化の一例を示す線図である。 １・・・反応容器、２・・・ウェハ（被処理物）、３・
・・カソード（電極）、４・・・アノード（電極）、５
・・・排気管、６・・・エツチングガス供給管、７・・
・ブロックキャパシタ、８・・・高周波電源、９・・・
自己バイアスセンサ、１０・・・演算部、１１・・・制
御部。 第　　１　　図 第　　２　　図 工、ｙチ〉り碕も５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極間に位置される被処理物に高周波電力を印加し
   つつ処理流体を供給することによって所定の処理を施す
   処理装置であって、被処理物が載置される電極側にブロ
   ックキャパシタを介して接続される高周波電源から電極
   間に印加される高周波電力が、電極間に生じる自己バイ
   アスの値に基づいて制御されることを特徴とする処理装
   置。 ２、処理装置が反応性イオンエッチング装置であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の処理装置。 ３、被処理物がウェハであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の処理装置。