JP2002043287A

JP2002043287A - ドライエッチング方法及び装置

Info

Publication number: JP2002043287A
Application number: JP2000220439A
Authority: JP
Inventors: Hironori Kobayashi; 大範小林; Masaki Suzuki; 正樹鈴木; Yoshimasa Inamoto; 吉将稲本; Hiroshi Imai; 宏今井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】塩素系ガスによるＣｕ膜のエッチングによっ
て生成した残渣を除去する。【解決手段】真空処理容器１内に塩素系ガスを含む反
応ガスを供給しつつ真空処理容器内を排気し、真空処理
容器内を所定の圧力に保持しながら、上部電極１２及び
真空処理容器内の下部電極３に高周波電力を供給するこ
とにより、真空処理容器内にプラズマを発生させ、ウェ
ハ搬送用トレー１１に載置され真空処理容器内の下部電
極上にクランプリング７によってウェハ搬送用トレーと
ともに押圧固定された被処理基板２をエッチング処理す
るドライエッチング装置において、クランプリング７上
に、スペーサーリング１５、均一化リング１０を順に配
し、クランプリング、スペーサーリング、均一化リング
の内、少なくとも１つの部材の材質をアルミニウムにす
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、ドライエッチング
装置に関し、特に半導体、ＳＡＷフィルターなどの各種
デバイスにおけるＡｌ−Ｃｕ合金配線層やＡｌ−Ｃｕ−
Ａｌ積層などＣｕ膜を含む層のエッチングに用いて好適
なドライエッチング装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エッチング用ガスをコイル状の電極への
高周波電力印加によってプラズマ化させ、該プラズマの
もとで被処理物をエッチングするドライエッチング処理
は、例えば半導体を利用したＬＳＩ等の各種デバイスを
製造するにあたり、被処理基板上に形成された金属膜か
ら配線パターン等を残してエッチングすることに広く利
用されている。

【０００３】このようなエッチング処理を行なうＩＣＰ
（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍ
ａ）型ドライエッチング装置を図４に示す。図４におい
て、エッチングに用いる反応ガスを供給する反応ガス供
給部４とエッチングを行なう真空処理容器１内を真空排
気する真空ポンプ５とを有する真空処理容器１に、被処
理基板２を載せたウェハ搬送用トレー（以下、トレーと
称す）１１を載置し保持する下部電極３が設置され、下
部電極３には高周波電源６が接続されている。反応ガス
供給部４は反応ガス供給装置２０に連結されている。上
部電極１２は真空処理容器１の上部に配され、渦巻きの
ように巻かれたコイル状の電極を備えている。１２にも
高周波電源が接続されており、下部電極３と上部電極１
２に高周波電圧をかけることにより真空処理容器内１に
プラズマを発生させる。また、真空処理容器１内には下
部電極３上に被処理基板２を載せたトレー１１を保持す
るために、下部電極３上に載置される被処理基板２の周
縁部を押圧し下部電極３にトレー１１とともに押圧固定
するためのリング形状のクランプリング７と、このクラ
ンプリング７を矢印Ａで示すように被処理基板２を載置
したトレー１１の固定位置（図４の実線位置）、または
被処理基板２を載置したトレー１１の搬入搬出に支障の
ない位置（図４の破線位置）へ移動させる駆動装置であ
るクランプ昇降ユニット８を備えている。このクランプ
昇降ユニット８は真空処理容器１に固定されている。高
周波電源６、反応ガス供給装置２０、真空ポンプ５、ク
ランプ昇降ユニット８は制御装置（図示せず）により、
動作制御されている。

【０００４】なお、クランプリング７には、被処理基板
を均一にエッチング処理を行なうために用いる均一化リ
ング１０とこれを載せるためのスペーサーリング９が載
り、これら３つの部材の材質はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）で
ある（図５のクランプリング構成図参照）。

【０００５】以上の構成のエッチング装置における動作
を説明すると、クランプリング７がクランプ昇降ユニッ
ト８にて下部電極３から上昇・後退した状態で被処理基
板２を載せたトレー１１が真空処理容器１内の下部電極
３上に設置され、その後クランプリング７がクランプ昇
降ユニット８によって下降して被処理基板２とトレー１
１がともに下部電極３に押圧固定される。次に真空処理
容器１は、真空ポンプ５により真空排気されつつ、反応
ガス供給口４よりプラズマを発生させるための反応ガス
が真空処理容器１内に導入され、適当な圧力で保持され
る。次いで高周波電源６から下部電極３に高周波電力を
印加することにより、真空処理容器１内に発生している
反応ガスによるイオンを引き込むことによって被処理基
板２に表面処理を行なうことが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体、ＳＡＷフィル
ターなどの各種デバイスの配線材料としてはＡｌ−Ｃｕ
合金などのアルミニウム（Ａｌ）系材料や銅（Ｃｕ）が
使用されている。ここで、アルミニウムに銅を添加した
アルミニウム合金はエレクトロマイグレーション耐性を
高めるのに有用である。また銅配線はアルミ配線に比べ
て抵抗が低く、エレクトロマイグレーション耐性も良
い。このようなＡｌ系材料層、Ｃｕ層またはＡｌとＣｕ
との積層膜をエッチングする場合、一般に塩素系ガスを
使用するが、このような場合、塩素系ガスを使用すると
反応生成物の蒸気圧の低さに起因して残渣が頻繁に発生
するという問題がある。このことについて図６を用いて
説明する。図６は、（ａ）は積層膜状にレジストマスク
が形成された状態、（ｂ）はＡｌ膜がエッチングされた
状態、（Ｃ）はＣｕ膜がエッチングされ、その時に残渣
が発生した状態、（ｄ）はＡｌ膜がエッチングされ、そ
の時（Ｃ）で発生した残渣に遮蔽された領域のＡｌがエ
ッチングされずに柱状に残ってしまう状態を表す。

【０００７】例えば図６（ａ）に示すように、ＬＴ基板
（ＬｉｔｈｉｕｍＴａｎｔａｌｕｍＯｘｉｄｅ）上
にＡｌ−Ｃｕ−Ａｌ積層膜が形成され、さらにこの上に
所定の形状にパターニングされたレジストマスク（Ｐ
Ｒ）を形成したウェハーを考える。ここで上記積層膜は
下層側から上層側に向かってＡｌ層、Ｃｕ層、Ａｌ層が
順次積層されているものである。

【０００８】まず、塩素系ガスでレジストマスクを介し
て１層目のＡｌ膜をエッチングした後（図６（ｂ））、
同様に塩素系ガスを用いて２層目のＣｕ膜のエッチング
を行う。このときＣｕがエッチング反応性のＣｌ^*（塩
素の遊離原子）と反応して蒸気圧の低いＣｕＣｌ、Ｃｕ
Ｃｌ₂が生成して３層目のＡｌ膜上に残渣として残って
しまう（図６（Ｃ））。

【０００９】次に３層目のＡｌ膜をエッチングするわけ
だが、その際、上述したＣｕ膜のエッチングによって生
成した残渣がさらに、微細なマスクとして機能してしま
い、このマスクに遮蔽された領域がエッチングされずに
柱状に残ってしまう（図６（ｄ））。

【００１０】そして、このような柱状の残渣が残った場
合に配線不良などの要因となる。本願発明はこのような
残渣を取り除くことにより配線不良などのない高品質の
半導体などの被処理基板を提供するものである。

【００１１】このような残渣を取り除くには、塩化アル
ミニウム（ＡｌＣｌ₃）が必要になるわけだが、ここで
本発明は、Ａｌ系材料層またＣｕ層をドライエッチング
する際に、Ｃｕに起因する残渣を防止することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるドライエ
ッチング装置及び方法は、上述の目的を達成するために
下記のような構成でエッチングを行うことを特徴とす
る。

【００１３】エッチングガスに塩素系ガスを用い、少な
くともＣｕ膜、Ｃｕを含む材料層からなる被処理基板を
エッチングする際に、アルミニウム部材を用い、塩素と
Ｃｕとからなる残渣と塩素とＡｌとからなる物質とを反
応させて、前記被処理基板に生じる残渣を除去するドラ
イエッチング方法。あるいは真空処理容器内に塩素系ガ
スを含む反応ガスを供給しつつ真空処理容器内を排気
し、真空処理容器内を所定の圧力に保持しながら、上部
電極及び真空処理容器内の下部電極に高周波電力を供給
することにより、真空処理容器内にプラズマを発生さ
せ、ウェハ搬送用トレーに載置され真空処理容器内の下
部電極上にクランプリングによって前記ウェハ搬送用ト
レーとともに押圧固定された被処理基板をエッチング処
理するドライエッチング装置において、クランプリング
上に、スペーサーリング、均一化リングを順に配し、前
記クランプリング、スペーサーリング、均一化リングの
内、少なくとも１つの部材の材質をアルミニウムにする
ことによって塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）が生成し
やすい雰囲気でＣｕ膜、Ｃｕを含む材料層をエッチング
処理するドライエッチング装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施形態にかかるドライエッチ
ング装置は、下記のような構成でエッチングを行うこと
を特徴とする。

【００１５】Ｉ．クランプリング７の上に、従来アルミ
ナを材質としていたスペーサーリングに変えて被処理基
板２の外周と同程度の内径である純度９９％以上のアル
ミニウム部材を使ったスペーサーリング（アルミニウム
リング）１５を設置する。さらに、クランプリング、均
一化リングを含め、少なくとも１つの部材を上記アルミ
ニウム部材として設置しても良い。

【００１６】II．ウェハ搬送に用いるトレーの一部をア
ルミニウム部材で構成する。

【００１７】上記Ｉ、IIで記載したアルミニウム部材
と、エッチングガスに用いる塩素系ガスとの反応によっ
て、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）が生成される。ま
た、アルミニウム部材Ｉはクランプリング上に、IIでは
トレー表面にあることから、エッチング中は被処理基板
２の近傍に存在する。そのため、Ｃｕに起因する残渣を
除去するために必要な塩化アルミニウムをエッチング中
に、常に供給することができる。

【００１８】（第１の実施形態）以下、本発明の実施形
態を図１、２を参照して説明する。図１は本発明の一実
施の形態で使用するＩＣＰ型ドライエッチング装置であ
る。この装置は図４、５に示す従来の装置の構成と同じ
機能構成には同じ番号を付し説明し、異なる構成のみ以
下に詳しく説明する。

【００１９】本実施の形態では図４、５で示すクランプ
リング７上のスペーサーリング９を、クランプリング７
内径と同程度の内径であり、材質がアルミニウムのスペ
ーサーリング１５に変更して、設置された装置である。
図４、５を参照しながらクランプリング７とスペーサー
リング１５と均一化リング１０について説明する。アル
ミニウムは酸化されておらず以下に示す作用、効果を奏
する。尚、図５では便宜上スペーサーリング９とスペー
サーリング１５とを同じ図面で表しているが、下記のよ
うに異なる構成である。

【００２０】クランプリング７は円環状のリングであ
り、その内周部分に円環状の段差部７ａを有し、この段
差部７ａに円環状のスペーサーリング１５が配置され
る。スペーサーリング１５の外周径はクランプリング７
の内周部分に設けた段差部７ａの側壁７ｂと係合可能な
ようにスペーサーリング１５の外周径と段差部７ａの側
壁７ｂの径を略同一の径としている。また均一化リング
１０もスペーサーリング１５に設けた段差部１５ａの側
壁１５ｂと均一化リングの外周径とを係合可能なように
略同一な径とし、段差部１５ａに均一化リング１０を配
している。

【００２１】本実施形態では、このように同心状にクラ
ンプリング７、スペーサーリング１５、均一化リング１
０を配し、その同心となる同心軸線（図５のＢ）方向の
下方側に被処理基板が位置される。また本実施形態では
クランプリング、スペーサーリング、均一化リング、ウ
ェハ搬送トレーは円環状の形状であり、環状のリング形
態である。

【００２２】まず本実施形態では、スペーサーリング１
５を従来のアルミナから酸化されていない純正のアルミ
ニウムの変更したものであり、スペーサーリング９を従
来のアルミナから酸化されていない純正のアルミニウム
の変更することにより、Ｃｕ層をドライエッチングする
際に、Ｃｕに起因する残渣を除去する効果を奏する。

【００２３】また本実施形態ではスペーサーリング９の
内径をクランプリング７と同程度の内径にしたものであ
る。すなわち従来のスペーサーリング９はクランプリン
グ７の内周径よりも大きな内径を有しており（図４参
照）、従来例と比べて本実施形態のスペーサーリング１
５は円環状のリング内径が、円環状のクランプリング７
の内径と略同一内径であり、両内径面７ｃ、１５ｃが同
一面に配置されている（図１参照）。このことによりア
ルミニウムが被処理基板に近づくのでエッチング反応が
向上する。

【００２４】但し、スペーサーリング１５の内径をクラ
ンプリング７と同程度の内径にすると被処理基板の外周
端部のエッチングが低下する恐れがあり、その場合には
多少、スペーサーリング１５の内径をクランプリング７
の内径よりも大きくする方が好ましい。

【００２５】尚、本実施形態ではクランプリング７、ス
ペーサーリング９、均一化リング１０を嵌め込んで係合
するように構成したが、微小な隙間を設けて載置するだ
けでも可能ではある。また単に載置するだけでもよい
が、その場合はスペーサーリング９や均一化リング１０
が、ずれたり、はずれたりする恐れがあるのでクランプ
リングの上下動には適切な制御が必要である）。

【００２６】本実施形態で使用したエッチングサンプル
は図６でも示されるように、ＬＴ基板上にＡｌ−Ｃｕ−
Ａｌ積層膜が形成され、さらにこの上にパターニングさ
れたレジストマスクが形成されたものである。ここで上
記Ａｌ膜は１９０ｎｍ、Ｃｕ膜は４０ｎｍである。この
ウェハを図１の装置に載置して１層目であるＡｌ膜をエ
ッチングした後２層目のＣｕ膜を下記の条件でエッチン
グした。

【００２７】反応ガス：塩素ガス（Ｃｌ₂）流量１０
ｓｃｃｍ、アルゴンガス（Ａｒ）流量６５ｓｃｃｍ高周波電源（上部電極側）ＲＦ・ＩＣＰパワー：２０
０Ｗ（下部電極側）ＲＦ・Ｂｉａｓパワー：２００Ｗ従来は図６に示されるように、Ｃｕに起因する残渣が発
生していたが、本実施形態においては上述したようにス
ペーサーリングにアルミニウムを使用しているため、図
２（ｂ）に示すようにＣｌ₂、Ａｒガスを真空処理容器
１内に導入後、上部電極、下部電極に高周波電力印加に
することによって、プラズマを発生させＣｌ₂からＣｌ^*
（Ｃｌの遊離原子）が発生する。このＣｌ^*と前記アル
ミニウムとの反応などにより、塩化アルミニウム（Ａｌ
Ｃｌ₃）が生成されエッチング雰囲気中に供給すること
ができる。さらにこの供給された塩化アルミニウムは、
次式のようにＣｕ膜のエッチング中に発生する残渣と反
応してこれを除去する。

【００２８】

【式１】

【００２９】従来のアルミナと本実施の形態のアルミニ
ウムとのエッチングの状態について図２を用いて更に詳
しく説明する。

【００３０】従来は、下部電極３上にトレー１１を介し
て配されたＣｕを有する被処理基板であるウエハー２上
に、ＣｌとＣｕとの反応物であるＣｕＣｌまたは、Ｃｕ
Ｃｌ ₂などの残渣が付着する。そして図６にて説明した
ようにこの残渣によりエッチング不良が生じる。従来、
クランプリング７はアルミナ、均一化リング１０はアル
ミナ、そしてスペーサーリング９にアルミナを用いてお
り、アルミナには酸化皮膜が生じているのでほとんど塩
素ガスと反応することがなくエッチングされることがな
い。すなわち従来は、図２（ａ）に示すようにクランプ
リングを構成する部材の材質はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を
使用しており、残渣を除去するために必要な塩化アルミ
ニウムを生成・供給することができない。

【００３１】本実施形態ではスペーサーリング１５に
アルミニウムを用いており、スペーサーリング１５と塩
素ガスとが反応してＡｌＣｌ₃を生じ、このＡｌＣｌ₃が
残渣となるＣｕＣｌまたは、ＣｕＣｌ₂と反応して上記
（式１）のようにＡｌＣｕＣｌ₄、Ａｌ₂ＣｕＣｌ₈を生
成し、残渣は除去されるのである（図２（ｂ）参照）
（第２の実施形態）また、上記実施形態では材質がアル
ミニウムのスペーサーリングをセットした場合について
説明したが、図３のように、ウェハ搬送に使用するトレ
ー１１表面の一部をアルミニウム部材で構成することに
よっても同様の効果を得ることができる。

【００３２】先に説明した実施形態ではトレー１１の表
面はアルマイト処理が施され、エッチングにより反応し
ないような構成である。本実施形態ではこのアルマイト
処理がなく、図３（ｂ）に示すように全面にアルミニウ
ムが露出しているものや、図３（ａ）に示すように一
部、特に被処理基板２に近い内径側にアルミニウムが露
出している（その他はアルマイト処理されている）もの
を用いている。図面ではハッチング部分が、アルミニウ
ムが露出している箇所である。

【００３３】このように本実施形態では、スペーサーリ
ングやトレーにアルミニウムを用いたが、均一化リン
グ、クランプリングにアルミニウムを用いても良い。ま
たこれらの組み合わせを行なうことも可能である。

【００３４】本発明は上記実施形態に限定されるもので
なく、真空処理容器の構造、エッチング条件、塩素系ガ
スの種類などに関し発明の要旨の範囲内において種々の
応用、変形を加えることが可能である。エッチング膜に
おいても上述のＡｌ−Ｃｕ−Ａｌ積層膜の他、Ｃｕ膜、
Ａｌ−Ｃｕ合金等であっても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、残渣を除
去する新たな工程を加えることなく、既存のユニット構
成であるクランプリング等ににアルミニウムリングを載
せたり、ウェハ搬送用トレーの一部をアルミニウムで構
成することによって残渣の除去ができるという有利な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態におけるエッチング装置の概略図

【図２】（ａ）従来の被処理基板のエッチング状態を示
す図（ｂ）本実施形態の被処理基板のエッチング状態を示す
図

【図３】第２の実施形態における搬送トレーを示す図

【図４】従来のエッチング装置の概略図

【図５】クランプリング、スペーサーリング、均一化リ
ングの構成を示す図

【図６】Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌ積層膜のエッチングを工程順
に従って説明する概略断面図

【符号の説明】

１真空処理容器２被処理基板３下部電極４ガス供給口５真空ポンプ６高周波電源７クランプリング８クランプ昇降ユニット９スペーサーリング（材質：アルミナ）１５スペーサーリング（材質：アルミニウム）１０均一化リング１１トレー（ウェハ搬送用）１２上部電極（コイル）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲本吉将大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者今井宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4K057 DA01 DA11 DA20 DB04 DB05 DD01 DE01 DE14 DM35 DM40 DN02 5F004 AA09 BA20 BB21 BB29 BC06 DA00 DA04 DA23 DB08 DB09 EB02 5F033 HH09 HH11 MM05 QQ08 QQ11 QQ15 QQ91 XX21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングガスに塩素系ガスを用い、少
なくともＣｕ膜、Ｃｕを含む材料層からなる被処理基板
をエッチングする際に、アルミニウム部材を用い、塩素
とＣｕとからなる残渣と塩素とＡｌとからなる物質とを
反応させて、前記被処理基板に生じる残渣を除去するド
ライエッチング方法。
【請求項２】真空処理容器内に塩素系ガスを含む反応
ガスを供給しつつ真空処理容器内を排気し、真空処理容
器内を所定の圧力に保持しながら、上部電極及び真空処
理容器内の下部電極に高周波電力を供給することによ
り、真空処理容器内にプラズマを発生させ、真空処理容
器内の下部電極上に固定された被処理基板をエッチング
処理するドライエッチング装置を用いて、少なくともＣ
ｕ膜、Ｃｕを含む材料層からなる被処理基板をドライエ
ッチングする際に、前記真空処理容器内にアルミニウム
部材を配設し、プラズマ発生により塩素とＣｕとからな
る残渣と塩素とＡｌとからなる物質とを反応させて、前
記被処理基板に生じる残渣を除去するドライエッチング
方法。
【請求項３】被処理基板は真空処理容器内の下部電極
上にクランプリングによって押圧固定され、前記クラン
プリングにはスペーサーリング、均一化リングと順に載
置されるとともに、前記クランプリング、スペーサーリ
ング、均一化リングの少なくとも、１つの部材の材質を
アルミニウムにし、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）が
生成しやすい雰囲気でＣｕ膜、Ｃｕを含む材料層をエッ
チング処理するようにした請求項２記載のドライエッチ
ング方法。
【請求項４】被処理基板はウェハ搬送用トレーに載置
され、かつ真空処理容器内の下部電極上にクランプリン
グによって前記ウェハ搬送用トレーとともに押圧固定さ
れ、ウェハ搬送用トレー表面の一部をアルミニウム部材
で構成し、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）が生成しや
すい雰囲気でＣｕ膜、Ｃｕを含む材料層をエッチング処
理するようにした請求項２又は３記載のドライエッチン
グ方法。
【請求項５】真空処理容器内に塩素系ガスを含む反応
ガスを供給しつつ真空処理容器内を排気し、真空処理容
器内を所定の圧力に保持しながら、上部電極及び真空処
理容器内の下部電極に高周波電力を供給することによ
り、真空処理容器内にプラズマを発生させ、ウェハ搬送
用トレーに載置され真空処理容器内の下部電極上にクラ
ンプリングによって前記ウェハ搬送用トレーとともに押
圧固定された被処理基板をエッチング処理するドライエ
ッチング装置において、クランプリング上に、スペーサ
ーリング、均一化リングを順に配し、前記クランプリン
グ、スペーサーリング、均一化リングの内、少なくとも
１つの部材の材質をアルミニウムにすることによって塩
化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）が生成しやすい雰囲気で
Ｃｕ膜、Ｃｕを含む材料層をエッチング処理するドライ
エッチング装置。
【請求項６】真空処理容器と、前記真空処理容器内に
少なくとも塩素系ガスを含む反応ガスを供給する反応ガ
ス供給装置と、前記真空処理容器内から真空排気を行な
う真空ポンプと、前記真空処理容器内でプラズマを発生
させる上部電極及び下部電極と、前記上部電極と下部電
極に高周波電圧を供給する高周波電源と、前記下部電極
上に載置した被処理基板を固定する環状のクランプリン
グと、前記クランプリング上に順に載置されるスペーサ
ーリング及び均一化リングとを有し、前記クランプリン
グ、スペーサーリング、均一化リングの少なくとも、１
つの部材の材質がアルミニウムであるドライエッチング
装置。
【請求項７】クランプリングは全体またはその一部が
アルミニウムである請求項５又は６記載のドライエッチ
ング装置。
【請求項８】被処理基板はウェハ搬送用トレーに載置
され、かつ真空処理容器内の下部電極上にクランプリン
グによって前記ウェハ搬送用トレーとともに押圧固定さ
れるとともに、ウェハ搬送用トレー表面の一部または全
部をアルミニウムで構成し、塩化アルミニウム（ＡｌＣ
ｌ₃）が生成しやすい雰囲気でＣｕ膜、Ｃｕを含む材料
層をエッチング処理するようにしたことを特徴とする請
求項５〜７のいずれか１項に記載のドライエッチング装
置。