JP2000331989A

JP2000331989A - シリコン酸化膜のドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2000331989A
Application number: JP11142789A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kitsunai; 浩之橘内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】製造装置内壁に付着した堆積膜の剥離を防止し
異物の発生を抑制することを可能とするドライエッチン
グ方法および装置を提供する。【解決手段】基板の連続処理工程の途中に、シリコン酸
化膜が表面に露出している面積が大きいダミー基板のエ
ッチング処理を施す工程を行い、処理室内壁に付着した
剥離しやすい堆積膜を、剥離しづらい強固な保護膜で覆
って、異物の発生を防止することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において、基板上に微細加工を施すのに使用される
処理室内のドライクリーニングに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、塵埃
（異物）が基板に付着すると、目的のデバイスのパター
ン欠陥を引き起こし、製造工程における歩留まりを低下
させる。一方、近年の製造工程の微細加工においては、
プラズマを利用するドライエッチングプロセスが重要に
なっている。すなわち、各種ガスを装置内に導入し、導
入したガスのプラズマの反応を利用してエッチングを行
うものである。このようなプロセスでは、エッチングに
ともなって発生する生成物が装置内壁のいたるところに
堆積膜となって付着する。このような堆積膜は、処理枚
数が増加し膜厚が厚くなると部分的に剥離して塵埃とな
り、デバイスパターンの欠陥となる。

【０００３】従来、このような付着堆積物の剥離防止法
として、堆積物の膜質を変えて剥離しにくくする方法が
知られている。このような剥離防止方法の例としては、
特開平5−144779 号公報が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法は以下に示すような理由で長期的な異物防止効果
を得るのは困難であると思われる。特開平5−144779 号
公報が開示した技術は、シリコンハロゲン化物を処理室
内壁にわざと堆積させて、エッチング反応によりできた
堆積膜を、シリコンハロゲン化物で覆い剥離し難くする
ことが特徴となっている。

【０００５】一般的に酸化膜エッチングにおける堆積物
はエッチングガスの重合物であるフッ化炭素膜である。
上記従来例ではシリコンハロゲン化物を剥離防止の目的
で付着させるが、エッチングにおける堆積膜であるフッ
化炭素膜とは別材料であるために返って両者の界面にて
剥離を生じさせやすくする場合が生じる。

【０００６】また、処理室内壁面に堆積膜は処理室内に
均一に付着するわけではなく、処理条件、すなわちガス
の種類や流量，添加ガスの混合比，圧力，プラズマへの
入力電力などにより、その膜厚は様々な値となる。前記
従来例では、エッチング反応によりできた堆積膜と剥離
防止のために堆積させるシリコンハロゲン化物の積算膜
厚が比較的薄い場合には有効であるが、基本的に堆積膜
を上塗りしているために通常の装置使用状態よりも厚い
堆積膜を形成させることになる。堆積膜の持つ内部応力
は膜厚とともに増加し、内部応力の増加にともない堆積
膜にはき裂が入り易くなるので、短期的には効果がある
が飛躍的効果の持続は期待できないということも懸念さ
れる。

【０００７】本発明の目的は、これらの問題を解決する
ことにあり、製造装置内壁に付着した堆積膜の剥離防止
を効果的に行うことのできるシリコン酸化膜のドライエ
ッチング方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板の連続
処理工程の途中に、処理しようとする基板よりもシリコ
ン酸化膜が表面に露出している面積が大きいダミー基板
のエッチング処理を施す工程を行うことにより達成させ
る。

【０００９】また上記目的は、酸素ガスのプラズマを発
生させる工程を前記手段の前の工程として付け加えるこ
とにより、より効果的に達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図を参照に
して説明する。

【００１１】図１は本発明の実施例を説明するための、
通常良く用いられる平行平板型のプラズマエッチング装
置を示したものである。図２，図３にはその時の壁面の
状態を示す模式図を示した。図１において、１はエッチ
ング加工を施される基板、ここではシリコンウエハであ
り、２はエッチングチャンバー、３は上部電極、４は上
部電極を固定する絶縁板、５はウエハを積載するための
基板ステージ、６はウエハを所定の位置に置くためのサ
セプタ、７，８はエッチングチャンバーにエッチングガ
スを導入するためのガス導入管およびチャンバー内に拡
散させるためのシャワー穴、９はエッチングチャンバー
内を真空雰囲気に減圧しかつ一定圧力に保つ排気口であ
る。

【００１２】このように構成されたプラズマエッチング
装置において、まず加工を施す基板であるウエハ１を搬
入し、発生させるプラズマのガスを導入管７，シャワー
穴８を通してチャンバー２内へ導入し、所定の圧力に保
つ。その後、高周波電源１０より上部電極３に高周波電
力を印加してプラズマ１４を発生させ、ウエハ１上のエ
ッチング加工を行う。最近では異方性エッチングを行う
必要性からイオンを引き込む目的で基板ステージ５にバ
イアス電圧を印加する高周波電源１３を設けてある装置
も多い。ウエハ１にはパターン形成のために、レジスト
でマスクが形成されている。マスクされていない部分が
エッチングを受けマスクされている部分は残ることによ
ってパターンが形成される。酸化シリコンは主に層間の
絶縁膜に用いられるので、形成されるパターンは穴、す
なわち各層の導通を取るためのコンタクトホールである
ことが多い。したがって、マスクされている部分が多く
酸化シリコンが露出していてエッチングを受ける面積は
全体ウエハの数パーセントから十数パーセントであるこ
とが多い。

【００１３】エッチングガスとしてフッ化炭素系ガス、
もしくはフッ化炭素系ガスを含む混合ガス、例えば四フ
ッ化炭素（Ｃ₄Ｆ₈），アルゴン（Ａｒ）の混合ガスを用
いた場合、処理室内の部品、例えば、絶縁板４，サセプ
タ６，処理チャンバーの壁２等の表面に、炭素，フッ
素，水素等からなる炭素化合物重合膜１５が付着する。
これらは、エッチング反応による生成物がプラズマ中で
分解や結合して形成される重合物であり、反応生成物起
因の堆積膜と呼ばれるものである。

【００１４】図２に反応生成物起因の堆積膜の処理室壁
面２への付着状況を示す。これらの堆積膜は意図して形
成したものでなく、エッチング処理の副産物として堆積
したものであるため、図２に示したように付着する場所
によって強固に付着している堆積膜１６や剥離しやすい
堆積膜１７といったまちまちの膜質となる。酸化膜エッ
チング工程における異物発生は、剥離しやすい膜質を持
つ堆積膜１７からのものである。

【００１５】本願の発明者の実験によると、エッチング
ガスとして四フッ化炭素（Ｃ₄Ｆ₈),アルゴン（Ａｒ）の
混合ガス、または四フッ化炭素(Ｃ₄Ｆ₈），アルゴン(Ａ
ｒ),酸素（Ｏ₂ ）の混合ガスを用いた場合、酸化シリコ
ン膜の露出面積、すなわちエッチングされる面積が大き
いほど処理室内の部品に堆積する膜は、膜厚が厚くまた
剥離しづらいという結果が得られた。エッチングにより
シリコン酸化膜が分解され、その結果としてガス化した
酸素が、かい離したエッチングガス中の炭素と結合し一
酸化炭素を形成、一酸化炭素が処理室内部品表面のダン
グリングボンドに結合し堆積膜を作りやすくしているも
のと解釈している。

【００１６】そこで、基板の連続処理工程の中に、ある
エッチング処理枚数の間隔で、例えば全面に酸化膜が成
膜されているダミー基板を基板ステージに設置してエッ
チング処理を行えば、図３に示したように堆積膜１６，
１７を剥離しづらい強固な保護膜１８で覆うことができ
る。つまり、剥離しやすい堆積膜１７を保護膜１８によ
って覆い異物の発生を防止することが可能となる。ま
た、連続処理工程の最初に本処理を行えば、常に処理室
壁面を炭素化合物重合物が覆うことになり、一定の処理
室壁面状態でエッチング処理を行うことが可能となる。

【００１７】次に、第二の実施例について図４（ａ)〜
(ｃ）を用いて説明する。本実施例では、基板の連続処
理工程の中において、あるエッチング処理枚数の間隔
で、酸素プラズマを発生させる工程と全面に酸化膜が成
膜されているダミー基板のエッチング処理を続けて行
う。

【００１８】基板の連続処理によって、装置壁面には図
４（ａ）に示すような炭素化合物重合物からなる堆積膜
１６，１７が堆積する。ここでまず、酸素プラズマを発
生させることによって炭素化合物重合物からなる堆積膜
１６，１７は一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂），水（Ｈ₂Ｏ）の気体に分解されて真空排気，除去
される。すなわち酸素プラズマによりクリーニングされ
る。ただし、酸素プラズマによるクリーニングで完全に
除去されるわけではなく、図４（ｂ）に示すように微量
ではあるが堆積膜の残留物１９が残される。微量な残留
物１９は、壁面２から剥離しやすかったり、表面が荒れ
ているなどして異物になることが多く、酸素プラズマク
リーニングの直後は異物が発生するケースが良く見られ
る。この状態で、連続して全面に酸化膜が成膜されてい
る基板のエッチング処理、すなわち保護膜形成処理を行
えば、図４（ｃ）に示したように微量残留した堆積膜１
９を剥離しづらい強固な保護膜１８で覆うことになり、
異物の発生を防止することが可能となる。

【００１９】本実施例では、任意の一定の処理枚数ｎ枚
ごとに堆積膜をクリーニングにより除去し、あらためて
保護膜１８と付着させるので、（酸素プラスマクリーニ
ング後に堆積させた保護膜の膜厚）＋（一枚処理当たり
の堆積膜）×ｎが装置壁面に堆積する最大の膜厚であ
る。たとえ強固な保護膜を堆積させても、膜厚が厚くな
ればなるほど膜の持つ内部応力は大きくなり、いずれは
膜にき裂が発生して異物を発生させることになる。

【００２０】本実施例では、適当な処理間隔を選択する
ことによって、ある膜厚、（酸素プラスマクリーニング
後に堆積させた保護膜の膜厚)＋(一枚処理当たりの堆積
膜）×ｎ以上にはならないようにできるために、長期間
に渡って安定した異物低減効果を得ることが可能とな
る。なお、全面に酸化膜が成膜されているダミー基板が
必要であるのは保護膜１８を形成する工程であるが、ダ
ミー基板の表面は酸化物（酸化シリコン膜）であるため
に、酸素プラズマを発生させる工程で基板ステージ５に
設置されていても、プラズマによりダミー基板上の膜が
減ることがなく差し支えはない。

【００２１】本発明を実施するに当たっては、連続処理
工程において何枚エッチング処理を行った後に、本発明
の処理を行うかの間隔、処理時間を任意に設定できる機
能，処理時に自動的にシリコン酸化膜付き基板を供給す
る機能をエッチング装置側に準備しておけば、異物発生
の少ないドライエッチング装置を提供することが可能と
なる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、異物発生
源となるエッチング処理室内壁に付着した堆積膜の剥離
を防止でき、異物の発生を抑制することが可能となっ
て、製造工程における歩留まりの向上，製造装置の稼働
率向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すエッチング装置の処理
室の横断面図。

【図２】本発明第一の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図。

【図３】本発明第一の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図。

【図４】本発明第二の実施例を示すエッチング装置の処
理室内壁面の模式図。

【符号の説明】

１…半導体基板、２…エッチングチャンバー、２′，
２″…処理チャンバーの壁表面、３…上部電極、４…絶
縁板、５…基板ステージ、６…サセプタ、７…ガス導入
管、８…シャワー穴、９…排気口、１０，１３…高周波
電源、１１…下部電極のカバー、１２…アース、１４…
プラズマ、１５…エッチング反応生成物による堆積膜、
１６…イオンスパッタによる堆積物、１７…異物、１８
…保護膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内に供給されたフッ化炭素系ガス、
もしくはフッ化炭素系ガスを含む混合ガスのプラズマを
用いてシリコン酸化膜のエッチング処理を行うドライエ
ッチング方法において、基板の連続処理工程の中において、任意のエッチング処
理枚数を選択し、該処理枚数毎に、少なくともエッチン
グ処理を施す基板のマスク開口面積以上のシリコン酸化
膜が表面に露出しているダミー基板を、前記フッ化炭素
系ガス、もしくはフッ化炭素系ガスのプラズマを用いて
エッチングする工程を備えてなるシリコン酸化膜のドラ
イエッチング方法。