JP2001217225A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

プラズマエッチング方法

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JP2001217225A
JP2001217225A JP2000028883A JP2000028883A JP2001217225A JP 2001217225 A JP2001217225 A JP 2001217225A JP 2000028883 A JP2000028883 A JP 2000028883A JP 2000028883 A JP2000028883 A JP 2000028883A JP 2001217225 A JP2001217225 A JP 2001217225A
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JP
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silicon
etching
oxide film
aluminum alloy
plasma
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Katsuhiko Mitani
克彦 三谷
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体デバイスの製造工程における試料の金属
汚染を低減する。 【解決手段】処理室103の内側に高純度の石英或いは
セラミック製の内筒108が具備されており、アルミニ
ウム合金製アース電極109にはアルマイト膜が被覆さ
れているエッチング装置を用いて、デバイス用ウエハを
エッチング処理を行う前に、前記アース電極109近傍
からTEOSガス110を流量制御して処理室103に
導入し、該アース電極109表面に酸化ケイ素膜を堆積
させる。然る後、被処理用ウエハを投入して、塩素ガス
等のハロゲンガスを主とするエッチングガス111を用
いて通常のエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体デバイスの製
造工程に用いられるプラズマエッチング方法に係わり、
特に半導体デバイスの製造工程における試料の金属汚染
を低減することが可能なプラズマエッチング方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】固体デバイス、特に半導体デバイスの微
細加工にはプラズマエッチング技術が不可欠となってい
る。プラズマエッチング装置には、高真空引き可能なエ
ッチング処理室が具備されている。高周波プラズマ放電
により、前記エッチング処理室に導入されたハロゲン系
ガスを解離させて、エッチングに必要なラジカル及びイ
オンを生成している。プラズマ放電の方式により、EC
R(Electron CyclotronResonance)方式、高周波誘導
方式、ヘリコン波方式、平行平板電極方式、及び表面波
プラズマ方式などがある。また、良好な異方性加工を実
現するため、被エッチング試料を搭載した電極には高周
波バイアスが印加される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】エッチング処理室は高
真空容器になるためステンレス鋼或いはアルミニウム合
金などで作られており、アルミニウム合金の場合はその
表面に陽極酸化被膜処理(アルマイト処理)を施すこと
でハロゲン系ガスに対する耐性を上げている。しかしな
がら、プラズマに曝されたり、高周波バイアス等でイオ
ン衝撃を受ける箇所ではステンレス鋼及びアルマイト膜
表面もわずかながら飛散、消耗する。エッチング処理中
に飛散するステンレス鋼、或いはアルマイト膜表面に含
まれる金属成分(例えば、Fe、Ni)が僅かでもウエ
ハ内に混入すると、半導体デバイスの特性及び信頼性が
劣化することが知られている。半導体デバイスの高集積
化に伴い、前述したウエハの金属汚染に対する許容レベ
ルは益々厳しくなっており、1Gビット級のDRAMで
は1E10atoms/cm2レベル以下になると考えられる。
エッチング処理中におけるアルマイト膜からの金属粒子
の飛散を抑えるために、例えば、特開平5−11458
2号公報に記載されているように、アルマイト膜を形成
した後の封孔処理に高温の加圧水蒸気を用いることで表
面をベーマイト化して下地金属或いは封孔部からの金属
の飛散を抑えようとする試みがある。前記公知例の他に
も、アルマイト処理条件の最適化することで、より緻密
なアルマイト膜を形成しようとするアプローチもある。
しかし、アルマイト膜自体の純度が下地であるアルミニ
ウム合金の影響を受けることが知られている。これを解
決するためには、高純度アルミニウム母材の採用が考え
られるが、コスト及び材質面で実用的でなくなる。ま
た、母材だけの純度を上げても、アルマイト工程は複数
の溶液処理工程よりなっているため、他の被アルマイト
処理部品、及び溶液タンク等の設備部品からの汚染を排
除する必要があり、生産管理の面で現実的ではない。前
記した高純度部品の作製、生産の困難さに加えて、これ
らの部品を大気中に放置しておくと雰囲気中の極微量な
金属が付着することが分かっている。一般に、エッチン
グ装置等の生産設備は定期的な清掃を行う必要があり、
クリーンルーム内と言えどもエッチング処理室の内部部
品を大気に曝した時には部品の表面がある程度金属汚染
されることを覚悟する必要がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】エッチング処理室内に具
備されたアルミニウム合金、該陽極酸化被膜、及びステ
ンレス鋼の1種類以上が表面に露出した部品の少なくと
も一部をケイ素、或いは酸化ケイ素膜により被覆した
後、半導体基板上の所望材料をエッチングする。これに
より、前記部品表面からのFe、Ni等のウエハへの飛
散・付着を抑制できる。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態を図1
に示すエッチング装置の概略図を用いて説明する。ここ
ではECR放電方式のドライエッチング装置を用いてお
り、マグネトロン100で発生したマイクロ波を導波管
101、及び石英窓102を経由して処理室103に導
入する。電子がマイクロ波の電界と電磁コイル104に
より磁場によりサイクロトロン運動することで高真空領
域においても高密度なプラズマ105を生成することが
できる。また、異方性加工を容易にするためにウエハを
搭載する電極106に高周波電源107を接続してバイ
アスを印加できるようになっている。真空容器となる処
理室103の構造材料にはステンレス鋼或いはアルミニ
ウム合金がよく用いられるが、エッチング処理中にこれ
らの材料から金属成分(Fe、Ni等)がウエハに飛散
するために処理室103の内側に高純度の石英或いはセ
ラミック製の内筒108を設置しており、アース電極1
09等のアルミニウム合金製部品については耐腐食性の
優れた陽極酸化被膜(アルマイト膜)を被覆している。
これにより、エッチングによるウエハ表面の汚染量は5
E10atoms/cm2レベル程度に抑えることが可能であ
る。しかし、次世代のデバイスにおいては更に大幅に安
定して汚染量を低減する必要がある。ウエハ汚染量がア
ース電極109に被覆したアルマイト膜中の微量な不純
物量に影響されることが知られている。そこで、デバイ
ス用ウエハをエッチング処理を行う前に、TEOSガス
110をアース電極109近傍から流量制御して処理室
103に導入し、アース電極109表面に酸化ケイ素膜
を堆積させた。然る後、被処理ウエハを投入して、塩素
ガス等のハロゲンガスを主とするエッチングガス111
を用いて通常のエッチングを行った。所望のエッチング
特性を得るために、酸素、アルゴン等の非腐食性ガスも
含めた複数以上のガスを用いることもある。本発明で
は、アース電極109表面のアルマイト膜を酸化ケイ素
膜により被覆しているため、エッチング中にアルマイト
膜の微量な不純物が飛散しウエハに付着することを抑制
できる。これにより、ウエハ表面の汚染量は1E10at
oms/cm2未満のレベルすることが可能である。前述した
アース電極109に酸化ケイ素膜を被覆する際に考慮す
べき点は、電極106上への酸化ケイ素膜の堆積を極力
抑えることである。近年のエッチング装置では、ウエハ
の固定は静電吸着吸着方式が用いられており、電極10
6には直流電源112によりバイアスが印加される。電
極106の表面に酸化ケイ素膜が大量に堆積すると、ウ
エハの吸着、脱離特性が劣化することが懸念される。第
1の実施形態の特徴として、上述したように、酸化ケイ
素膜の原料であるTEOSガスをアース電極109近傍
から流量制御して処理室103に導入することでアース
電極109に対して効率的に酸化ケイ素膜を被着でき
る。このとき、アース電極109を温度制御することで
更に高効率化が図れることは言うまでも無い。
【0006】上述した実施例では、アース電極109に
酸化ケイ素膜を堆積しているが、ケイ素を主とする他の
膜を被覆することでもエッチング中のウエハ表面の汚染
量を低減することは可能である。また、酸化ケイ素膜或
いはケイ素膜の原料としては、TEOSガス等の有機系
ケイ素化合物、或いはモノシラン等のケイ素の水素化合
物を用いることができる。アース電極109に被着した
酸化ケイ素膜はエッチング中に徐々に削れるため、数ロ
ット間隔で酸化ケイ素膜を被着し直す必要がある。通
常、エッチング装置はある程度定期的に処理室103を
大気解放し、清掃を行っている。クリーンルームの中と
いえども、大気中に部品を長時間放置すると表面には微
量ながら金属元素が付着することが知られている。従っ
て、前述した酸化ケイ素膜の被着処理を定期的な処理室
103の清掃後に施すことが有効である。また、上記し
た酸化ケイ素膜の被着状態をプラズマ放電中の発光スペ
クトルを用いてモニタリングすることも可能である。
【0007】本発明の第2の実施の形態を図2に示すエ
ッチング装置の概略図を用いて説明する。用いた装置は
ECR放電方式のドライエッチング装置であり、基本的
な装置構成は図1に示したものと同一である。上述した
第1の実施形態と同じく、デバイス用ウエハをエッチン
グ処理を行う前に、TEOSガス210をアース電極2
09近傍から流量制御して処理室203に導入し、ステ
ンレス鋼或いはアルミニウム合金製のアース電極209
表面に酸化ケイ素膜を堆積させることで、エッチング処
理により該アース電極209からウエハに飛散、被着す
る金属を大幅に低減できる。第2の実施形態の特徴とし
て、複数個よりなる電磁コイル204に流すコイル電流
及びその比率を変えることでプラズマ205の位置をア
ース電極209の近傍に設定している。これにより、静
電吸着吸着方式を用いた電極206上に酸化ケイ素膜を
堆積することなく、アース電極209に対して効率的に
酸化ケイ素膜を被着できる。従って、電極206の吸
着、脱離特性に影響することなくアース電極209に厚
い酸化ケイ素膜を被着でき、酸化ケイ素膜の被着処理の
間隔を長くできるメリットがある。
【0008】本発明の第3の実施の形態を図3に示すエ
ッチング装置の概略図を用いて説明する。用いた装置は
ECR放電方式のドライエッチング装置であり、基本的
な装置構成は図1に示したものと同一である。上述した
第1の実施形態とじく、デバイス用ウエハをエッチング
処理を行う前に、TEOSガス310をアース電極30
9近傍から流量制御して処理室303に導入し、ステン
レス鋼或いはアルミニウム合金製のアース電極309表
面に酸化ケイ素膜を堆積させることで、エッチング処理
により該アース電極309からウエハに飛散、被着する
金属を大幅に低減できる。また、第2の実施形態と同様
に、電磁コイル304に流すコイル電流及びその比率を
変えることでプラズマ305の位置をアース電極309
の近傍に設定することで、電極306上に酸化ケイ素膜
を堆積することなく、アース電極309に対して効率的
に酸化ケイ素膜を被着できる。さらに、第3の実施形態
の特徴として、電極306の高さを変えてプラズマ30
5から遠ざけることにより、該電極306上への酸化ケ
イ素膜の被着を抑制できる。
【0009】上述した実施の形態では、ECRプラズマ
放電を用いたドライエッチング装置を用いているが、他
の方式のドライエッチング装置においても、ガス導入位
置、放電位置、及び電極位置を工夫することにより、所
望の部品に対して、金属の飛散を抑制するための酸化ケ
イ素或いはケイ素膜をコーティングすることは可能であ
る。
【0010】
【発明の効果】本発明を用いると、エッチング処理によ
るウエハ表面の金属汚染レベルを、従来の汚染量5E1
0atoms/cm2前後から1E10atoms/cm2未満のレベル
に低減することが可能である。また、エッチング装置の
メンテナンス時の部品汚染等による変動を受けることな
く、安定して前記レベルを維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に用いた装置概略図。
【図2】第2の実施形態に用いた装置概略図。
【図3】第3の実施形態に用いた装置概略図。
【符号の説明】
100…マグネトロン、101…導波管、102…石英
窓、103…処理室、104…電磁コイル、105…プ
ラズマ、106…電極、107…高周波電源108…内
筒、109…アース電極、110…TEOSガス、11
1…エッチングガス、112…直流電源、200…マグ
ネトロン、201…導波管、202…石英窓、203…
処理室、204…電磁コイル、205…プラズマ、20
6…電極、207…高周波電源208…内筒、209…
アース電極、210…TEOSガス、211…エッチン
グガス、212…直流電源、300…マグネトロン、3
01…導波管、302…石英窓、303…処理室、30
4…電磁コイル、305…プラズマ、306…電極、3
07…高周波電源308…内筒、309…アース電極、
310…TEOSガス、311…エッチングガス、31
2…直流電源。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミニウム合金、該陽極酸化被膜、及
    びステンレス鋼の1種類以上が表面に露出した部品をエ
    ッチング処理室内部に具備されたプラズマエッチング装
    置を用いて、半導体基板上の所望材料をエッチングする
    工程において、該工程を実施する前にケイ素を含有する
    ガスをエッチング処理室に導入してプラズマ放電するこ
    とにより、前記アルミニウム合金、該陽極酸化被膜、及
    びステンレス鋼の1種類以上が表面に露出した部品の少
    なくとも一部をケイ素或いは酸化ケイ素膜を被覆する工
    程を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 【請求項2】 ケイ素を含有するガスをエッチング処理
    室に導入してプラズマ放電することにより、前記アルミ
    ニウム合金、該陽極酸化被膜、及びステンレス鋼の1種
    類以上が表面に露出した部品の少なくとも一部をケイ素
    或いは酸化ケイ素膜を被覆する工程が、前記部品の近傍
    領域でプラズマ放電することにより実施することを特徴
    とする、請求項1に記載したプラズマエッチング方法。
  3. 【請求項3】 ケイ素を含有するガスをエッチング処理
    室に導入してプラズマ放電することにより、前記アルミ
    ニウム合金、該陽極酸化被膜、及びステンレス鋼の1種
    類以上が表面に露出した部品の少なくとも一部をケイ素
    或いは酸化ケイ素膜を被覆する工程が、半導体基板を搭
    載するステージ電極より下方領域においてプラズマ放電
    することにより実施されることを特徴とする、請求項1
    に記載したプラズマエッチング方法。
  4. 【請求項4】 上述したアルミニウム合金、該陽極酸化
    被膜、及びステンレス鋼の1種類以上が表面に露出した
    部品にケイ素、或いは酸化ケイ素膜を被覆する工程が、
    複数枚の半導体基板上の所望材料をエッチングする工程
    と交互に行われることを特徴とする、請求項1に記載し
    たプラズマエッチング方法。
  5. 【請求項5】 上述したアルミニウム合金、該陽極酸化
    被膜、及びステンレス鋼の1種類以上が表面に露出した
    部品の少なくとも一部をケイ素、或いは酸化ケイ素膜に
    より被覆する工程がエッチング装置のメンテナンス後に
    行われることを特徴とする、請求項1に記載したプラズ
    マエッチング方法。
  6. 【請求項6】 上述したケイ素を含有するガスがモノシ
    ラン等のケイ素の水素化合物、或いはTEOS等の有機
    系ケイ素化合物であることを特徴とする、請求項1に記
    載したプラズマエッチング方法。
  7. 【請求項7】 上述したアルミニウム合金、該陽極酸化
    被膜、及びステンレス鋼の1種類以上が表面に露出した
    部品がアース電極であることを特徴とする請求項1に記
    載したプラズマエッチング方法。
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