JP2004304147A - 加熱装置、加熱方法及び処理基板 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単な構成で複雑な温度分布パターンで被処理体を加熱することで、エッチング等の後処理を良好に行うことができる加熱装置を提供すること。
【解決手段】処理基板Ｗに向けて照射光を照射することで処理基板Ｗを昇温させる赤外線ランプ４１と、赤外線ランプ４１と処理基板Ｗとの間に配置され、照射光の波長に対し反射する銅材で形成されるとともに所定のパターンで開口部Ｍａが形成されたマスクＭとを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体デバイス等の被処理体を加熱する加熱装置、加熱方法及び処理基板に関し、特にエッチング等の後処理を良好に行うことができるように所望の温度分布で加熱できるものに関する。

半導体デバイス、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ用デバイス、リソグラフィのマスクとなるレチクル、ＭＥＭＳ等の被処理体にプラズマ処理等の所定の処理を行う前に、反応を促進させるためにランプ加熱することで被処理体を昇温させることがあった。

この際、Ｅ／Ｒ（エッチングレート）を均一化するために被処理体の表面の温度分布を均一にしたり、所定の温度分布を持たせるために、光学レンズを用いて光の照射パターンを変えるようにしていた（例えば特許文献１，２参照）。
実開平６−３４２４４号公報 特公平３−４５５３４号公報

上述した光学レンズを用いて光の照射パターンを変化させる加熱方法であると次のような問題があった。すなわち、光学レンズを用いて照射パターンを作るために、光学系の調整が必要となり煩雑だった。また、温度分布パターンが異なる被処理体を同一の加熱装置で加熱しようとすると、多数の光学レンズが必要となり、加熱装置のコストが高くなったり、制御が複雑になる等の問題があった。さらに、光学レンズのみで複雑な温度分布パターンを形成することは困難であった。

一方、Ｅ／Ｒは基板の表面温度分布、プラズマのイオン及びラジカルフラックスの分布、下部電極の自己バイアスエネルギーの分布、磁場分布、ガスの流れ、排気等の様々の要因で決定されるために、Ｅ／Ｒ分布を自由に制御することは困難であった。

そこで本発明は、より簡単な構成で複雑な温度分布パターンで被処理体を加熱することで、エッチング等の後処理を良好に行うことができる加熱装置、加熱方法及び処理基板を提供することを目的としている。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の加熱装置及び加熱方法は次のように構成されている。

（１）被処理体に向けて照射光を照射することで上記被処理体を昇温させるランプと、このランプと上記被処理体との間に配置され、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたマスクとを備えていることを特徴とする。

（２）上記（１）に記載された加熱装置であって、上記マスクは、上記照射光を透過する透過板と積層されて形成されていることを特徴とする。

（３）被処理体に向けて照射光を照射することで上記被処理体を昇温させるランプと、上記被処理体の上記ランプ側に積層して配置され、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたパターンマスクとを備えていることを特徴とする。

（４）被処理体に向けて照射光を照射することにより上記被処理体を昇温させるランプ照射工程と、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたマスクにより照射光の一部を遮光する遮光工程とを備えていることを特徴とする。

（５）被処理体に向けて照射光を照射することにより上記被処理体を昇温させるランプ照射工程と、上記被処理体の上記ランプ側に積層して配置され、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたパターンマスクにより照射光の一部を遮光する遮光工程とを備えていることを特徴とする。

（６）表面温度により処理効率が変動する処理が施される基板本体と、この基板本体の一方の面側に積層して配置され、上記一方の面側から照射される照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成からなるパターンマスクとを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、より簡単な構成で複雑な温度分布パターンで被処理体を加熱することで、エッチング等の後処理を良好に行うことが可能となる。

処理基板（被処理体）Ｗに向けて照射光を照射することで処理基板Ｗを昇温させる赤外線ランプ４１と、この赤外線ランプ４１と処理基板Ｗとの間に配置され、照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたマスクＭとを備えている。

表面温度により処理効率が変動する処理が施される基板本体Ｋと、基板本体Ｋの一方の面側に積層して配置され、上記一方の面側から照射される照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成からなる反射層Ｊとを備えた処理基板Ｌを用いる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るエッチング装置１０の概要を示す説明図である。エッチング装置１０、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬに使用されるＴＦＴ基板等の処理基板（被処理体）Ｗを製造する際、ゲート電極をドライエッチングにより加工するものである。なお、処理基板Ｗは７３０×９２０ｍｍのガラス基板Ｇ上にＭｏＷ膜Ｐをスパッタにより２００ｎｍ成膜したものである（図２参照）。

エッチング装置１０は、処理基板Ｗの出し入れを行うロードロック室２０と、処理基板Ｗの搬送方向を変えるトランスファチャンバ３０と、処理基板Ｗの加熱処理を行う加熱処理室（加熱装置）４０と、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ）装置によるプラズマ処理を行うプロセス処理室５０と、各室２０〜５０を気密に隔てるゲートバルブ６０とを備えている。

加熱処理室４０は、図２に示すように、赤外線ランプ４１と、処理基板Ｗを支持する処理基板支持部４２と、赤外線ランプ４１と処理基板支持部４２との間に配置され後述するマスクＭを支持するマスク支持部４３とを備えている。また、複数のマスクＭを交換するためのマスク交換機構（不図示）が設けられている。なお、マスクＭは、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、８００×１０００×１５ｍｍの石英ガラスＦ上に、銅製薄膜Ｃでパターニングを行なったものである。

プロセス処理室５０は、図４に示すように、気密に形成され処理基板Ｗを収容する真空チャンバ５１を備えている。真空チャンバ５１の上部には、プラズマ生成室５２が形成されている。真空チャンバ５１内部には、処理基板Ｗを載置する下部電極５３が配置され、放電周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５４が接続されている。また、真空チャンバ５１には、処理ガスを導入するガス導入口５１ａと、内部を減圧するための排気口５１ｂが設けられている。

プラズマ生成室５２の一部には誘電体窓５２ａが形成されており、この誘電体窓５２ａに対向してコイル装置５５が配置されている。このコイル装置５５には放電周波数１３。５６ＭＨｚのＲＦ電源５６が接続されている。

このように構成されたエッチング装置１０では次のようにしてエッチングを行う。すなわち、最初にエッチングを行う処理基板Ｗをロードロック室２０からエッチング装置１０内部に搬入する。次に、トランスファチャンバ３０を経由して、加熱処理室４０に搬入する。ここでは、図２に示すようにして赤外線ランプ４１からマスクＭを介して処理基板Ｗに所定時間だけ赤外線を照射する。

次に、処理基板Ｗをトランスファチャンバ３０を経由して、プロセス処理室５０に搬入する。プロセス生成室５２では、プラズマＲを発生させ、所定の条件でエッチングを行う。

次に、処理結果について比較例と実施例１及び実施例２とを比較して説明する。なお、Ｅ／Ｒの算出にあたっては、図５の（ａ）に示すように面内１３点をポリイミドテープでマスクした状態でエッチングを行ない、その後、マスクをはがし、アルコールで粘着面を取り除いた後、段差計によって測定した。エッチングには、ＳＦ６／Ｏ_２＝５００／５００ｓｃｃｍ、１０Ｐａ、ＩＣＰパワーを５ＫＷ、バイアスパワーを１ＫＷ印加した。また、下部電極５３の温度は７０℃に設定した。

（比較例１）
マスクＭを用いないで加熱を行った場合における比較例について説明する。図５の（ｂ）はＥ／Ｒの分布を示す図である。図に示すように、処理基板Ｗの中央のＥ／Ｒが高く外周部のＥ／Ｒが低くなる分布となっている。また、複数枚の処理基板Ｗについて連続して処理を行なった場合のＥ／Ｒは、１枚目、２枚目、３枚目でそれぞれ１３７、１５９、１６４ｎｍ／ｍｉｎと変化する。このように、１枚目のＥ／Ｒが低く、２枚目以降のＥ／Ｒは高くなっている。また、Ｅ／Ｒの分布に関しても、基板中央部のがＥ／Ｒの上昇率が高く、この結果均一性が１枚目、２枚目、３枚目でそれぞれ１２、３７、４３％と悪化する傾向にある。

（実施例１）
マスクＭを用いた場合における実施例１について説明する。前述したように、処理基板Ｗの外周部のエッチングレートが低くなる傾向があるため、外周部にのみランプが照射されるようなパターンのマスクＭを用いて、外周部のみを局所的に加熱した。この結果、外周部のみのＥ／Ｒを高めることが可能となり、しかも連続３枚処理した場合には、３枚目の均一性を４３％から１５％まで改善することができた。

また、１枚目のＥ／Ｒが低いことに関しては、マスクＭを用いず、基板全体を赤外線ランプ４１で加熱することで、１３７ｎｍ／ｍｉｎから１６０ｎｍ／ｍｉｎまで改善することができた。１枚目に関して、マスクＭを用いず基板全体を加熱したとき、均一性が悪化する場合は、１枚目用に合わせ込んだ専用マスクを使用することで、均一性を改善させることもできる。

（実施例２）
マスクＭを用いた場合において、高いＥ／Ｒを得るためにソースパワーを５ｋＷから７ｋＷへプロセス条件を変更した実施例２について説明する。Ｅ／Ｒは１８３ｎｍ／ｍｉｎとなったが、均一性は２０％となり、実施例１の場合と比較し悪化した。これは、基板中央部のＥ／Ｒの上昇率が基板外周部よりも大きいためである。このような場合、５ｋＷで加熱した際よりも基板外周にランプの照射時間を長くするようなマスクＭを用いることにより、Ｅ／Ｒの均一性を１２％まで改善することができた。

上述したように本発明の実施の形態に係るエッチング装置１０に組み込まれた加熱処理室４０によれば、マスクＭを用いて赤外線ランプ４１の照射パターンを変化させることで処理基板Ｗ上の温度分布を制御することが可能となる。また、このとき温度分布パターンはマスクＭの開口部の形状を変えるだけで良いので、複雑な温度分布を簡単な構成で実現することができる。さらに温度分布の制御が可能となることにより、Ｅ／Ｒの制御も容易となる。したがって、基板の表面温度分布、プラズマのイオン及びラジカルフラックスの分布、下部電極の自己バイアスエネルギーの分布、磁場分布、ガスの流れ、排気等の複雑な要因で決まっていたＥ／Ｒ分布を自由に制御することが可能となり、各パラメータに対してマージンを広げることができる。

なお、マスクＭの開口部Ｍａは、銅板を切除するようにしていたが、例えば図６の（ａ）に示すように、スリット状の開口部Ｍａを設けたり、図６の（ｂ）に示すようにパンチングにより開口部Ｍａを形成しても同様の効果が得られる。

図７の（ａ）は処理基板Ｗとして７３０×９２０ｍｍのものを使用した例である。この処理基板Ｗでは、１４．１インチサイズのディスプレイのパネルＤが９枚分取得できる。この場合、装置や膜質に起因するＥ／Ｒ分布のほかに、面内の被覆率の違いにより、Ｅ／Ｒが異なるローディング効果が問題となる。すなわち、パネルＤ相互間Ｎはパターンがなく被覆率が小さい影響を受け、パネルＤの周辺部はＥ／Ｒが低下する傾向となる。このため、図７の（ｂ）に示すようなマスクＭを用いることで、パネルＤ周辺のみの温度を上昇させることにより、Ｅ／Ｒの均一性を向上することができる。

この他に、ディスプレイ部分と周辺回路を同時に形成するポリシリコンＴＦＴを製造する場合には、周辺回路の影響でパネル間の被覆率が高いために、パネル周辺のＥ／Ｒが高くなる傾向がある。このような場合にも、温度分布によりＥ／Ｒ分布が補正できるような適正なマスクを用いることで、Ｅ／Ｒの均一性を改善できる。

別の適用例としては、半導体デバイスをドライエッチングにより加工するものにおいて広く適用することができる。例えば、ＰＺＴ、Ｐｔ、ＳＲＯ等膜を加工するＦｅＲＡＭデバイスや磁性材料を加工するＭＲＡＭ、ＺｒＯ、ＴａＯ等の高誘電体材料を加工する際は、電極温度を高温にする必要があり、これらの膜のエッチングにも適用することができる。また、Ｌｏｇｉｃデバイスに代表されるように、同一チップ内において、配線幅や穴径のデザインルールや被覆率が異なる場合においても、マイクロローディング効果やＲＩＥラグを抑制することができる。この場合は、ランプを照射する面積が小さいためより高精度なパターニングが要求されるため、レンズを用いた縮小投影を用いるとよい。

さらに、別の適用例としては、例えば露光描画装置のマスクとなるレチクル作成やドライエッチングよるＭＥＭＳ作成に適用することもできる。レチクルは、石英ガラス上のＣｒやＭｏＳｉＯｘ等の金属薄膜をドライエッチングによりパターニングする。この場合も、高精度な仕上がり寸法が要求されるため、パターンサイズによってＥ／Ｒが異なるＲＩＥラグが問題となる。また、形状が四角であるためＥ／Ｒの面内均一性を確保することが困難であった。

図８及び図９は本発明の第２の実施の形態に係る処理基板Ｌを示す図であって、図８は下面図、図９は断面図である。本実施の形態で用いる処理基板Ｌは次のようにして製造する。すなわち、７３０×９２０ｍｍのガラス基板（基板本体）Ｋの裏面（図９下面）の斜線領域に赤外光を反射する物質としてＡｌをスパッタにより成膜し、反射膜Ｊを形成する。次に、ＳｉＯ_２をプラズマＣＶＤにより５００ｎｍ成膜し、保護膜Ｑを形成する。この保護膜Ｑは、反射膜Ｊが後工程におけるウェット処理等で反応するのを防止したり、処理装置や基板表面への金属汚染を防止するために設けられている。次に、ガラス基板Ｋの表面（図９上面）に、ＭｏＷを２００ｎｍスパッタにより成膜する。

このように構成された処理基板Ｌはエッチング装置１０により次のようにしてエッチングを行う。すなわち、最初にエッチングを行う処理基板Ｌをロードロック室２０からエッチング装置１０内部に搬入する。次に、トランスファチャンバ３０を経由して、加熱処理室４０に搬入する。次に、図１０に示すようにして赤外線ランプ４１により処理基板Ｌの裏面側から所定時間だけ反射膜Ｊが形成されている部分は赤外線を照射する。

このとき、ガラス基板Ｋのうち赤外光を反射するため加熱されず、逆に、反射膜Ｊが形成されていない部分、すなわち保護膜Ｑとガラス基板Ｋは赤外光を吸収するため加熱される。このため、ガラス基板Ｋのうち基板周辺部の温度が基板中央部に比べて高くなる。

次に、処理基板Ｌをトランスファチャンバ３０を経由して、プロセス処理室５０に搬入する。プロセス生成室５２では、プラズマＲを発生させ、所定の条件でエッチングを行う。最後に、反射膜Ｊ及び保護膜Ｑをウエットエッチングにより剥離した。

次に、処理結果について比較例２と実施例３とを比較して説明する。なお、Ｅ／Ｒの算出にあたっては、図５の（ａ）に示すように面内１３点をポリイミドテープでマスクした状態でエッチングを行ない、その後、マスクをはがし、アルコールで粘着面を取り除いた後、段差計によって測定した。エッチングには、ＳＦ_６／Ｏ_２＝５００／５００ｓｃｃｍ、１０Ｐａ、ＩＣＰパワーを５ＫＷ、バイアスパワーを１ＫＷ印加した。また、下部電極５３の温度は７０℃に設定した。

（比較例２）
反射膜Ｊ及び保護膜Ｑが形成されていない処理基板を用いた場合には、前述した比較例１と同様に、基板中央部のＥ／Ｒが高く、基板外周部のＥ／Ｒが低くなる分布となり、均一性が１２％となった。

（実施例３）
処理基板Ｌを用いた場合における実施例３について説明する。前述したように、基板外周部のエッチングレートが低くなる傾向があるため、基板外周部にのみ赤外線が照射されるようなパターンの反射膜Ｊを形成することで、基板外周部のみを局所的に加熱した。ＭｏＷのＥ／Ｒは高温になると高くなる傾向があるため、基板外周部のＥ／Ｒが増大し、図１１に示すように均一性は５％まで改善することができた。

次に、半導体デバイスの金属配線材として広く使用されているＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金をドライエッチングで加工する場合に適用した例について比較例３と実施例４とを比較して説明する。この場合の処理基板は、直径２００ｍｍ、フォトレジスト／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／下地ＳｉＯ_２であり、公知のリソグラフィ技術を用いてエッチングのマスクとなるパターンを形成したものである。

エッチングには、Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３／ＣＨＦ_３混合ガス、１Ｐａ、ＩＣＰパワーを７００Ｗ、バイアスパワーを１００Ｗ印加した。また、下部電極５３の温度は４０℃に設定した。

（比較例３）
最初に、反射膜Ｊを用いない場合について示す。このときのＥ／Ｒのシリコンウエハ面内分布は図１２に示すように、基板中央部が遅く、基板外周部が速い分布となり、Ｅ／Ｒの均一性は１８％であった。

（実施例４）
次に、シリコンウエハの裏面に、図１３の斜線部で示した部分のみＡｌの反射膜Ｊを同心円状に１００ｎｍスパッタにより成膜した。その後、保護膜（ＳｉＯ_２膜）ＱをプラズマＣＶＤにより３００ｎｍ成膜することで処理基板Ｌを製造した。

処理基板Ｌによれば、図１４に示すように、基板中央部のＥ／Ｒが増大し、均一性は１１％に改善された。なお、シリコンウエハは、ガラス基板と比較して熱伝導率が高いため、拡散により、シリコンウエハ面内の温度分布が時間と共に小さくなりやすいため、加熱からエッチングまでの処理時間を最小限にする必要がある。

上述したように本発明の実施の形態に係る処理基板Ｌによれば、反射膜Ｊを用いて赤外線ランプ４１の照射パターンを変化させることでガラス基板あるいはシリコンウエハ上の温度分布を制御することが可能となり、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態においては、反射膜ＪとしてＡｌ、透過膜（保護膜Ｑ）としてＳｉＯ_２を用いたが特にこれらに限定するわけではない。例えば、反射膜としてＣｕ、透過膜としてＳｉＮを用いても同様の効果が得られる。また、反射膜のパターニングにより温度分布を発生させたが、ガラス基板Ｋではシリコンのほうが光の吸収率が高いため、アモルファスシリコンをパターニングし、このアモルファスシリコンが成膜された部分を選択的に加熱することで、温度分布を発生させるようにしてもよい。

さらに、光源に関しては赤外線ランプに限定するわけではなく、ハロゲンランプ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザを用い、これらの光源に適した反射膜・透過膜を基板裏面にパターニングすることで同様の効果が得られる。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。例えば、エッチングプロセスについて適用した例を説明したが、プラズマを使用するプラズマＣＶＤに適用して場合には、デポジションレートや膜質を制御することが可能となる。また、スパッタ等の成膜、また、温度に対してプロセス特性が変化するあらゆる工程に適用することができる。さらに、固定されたランプを使用したが、ランプをスキャンあるいは回転等により照射してもよい。

また、被処理膜であるＭｏＷは、赤外光に対する吸収波長がないために、処理基板Ｗ上部からランプを照射しても加熱されないことから、基板の裏面からランプを照射したが、被処理膜の吸収波長に適したものを選択したり、ランプにバンドパスフィルタ等を具備することで上部からランプを配置するようにしてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明によれば、より簡単な構成で複雑な温度分布パターンで被処理体を加熱することで、エッチング等の後処理を良好に行うことができる加熱装置、加熱方法及び処理基板が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置が組み込まれたエッチング装置の構成を示す説明図。 同エッチング装置に組み込まれた加熱処理室の構成を示す説明図。 同加熱処理室で用いられるマスクを示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。 同エッチング装置に組み込まれたプロセス処理室を示す断面図。 同エッチング装置において処理される処理基板を示す図であって、（ａ）はＥ／Ｒの測定ポイントを示す説明図、（ｂ）は比較例のＥ／Ｒを示す説明図。 同加熱処理室で用いられるマスクの変形例を示す平面図。 （ａ）は処理基板の別の例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の処理基板に適したマスクを示す平面図。 本発明の第２の実施の形態に係る処理基板を示す下面図。 同処理基板を示す縦断面図。 同処理基板を加熱処理室で加熱する状態を示す説明図。 同処理基板のＥ／Ｒを示す説明図。 比較例として反射膜を設けない処理基板のＥ／Ｒの基板面内分布を示す説明図。 処理基板に反射膜を設けた状態を示す下面図。 加熱処理した反射膜を設けた処理基板のＥ／Ｒを示す説明図。

符号の説明

１０…エッチング装置、４０…加熱処理室（加熱装置）、４１…赤外線ランプ、４２…処理基板支持部、４３…マスク支持部、５０…プロセス処理室、Ｍ…マスク、Ｍａ…開口部、Ｗ…処理基板、Ｇ…ガラス基板、Ｐ…ＭｏＷ膜、Ｌ…処理基板、Ｋ…基板本体、Ｊ…反射膜、Ｑ…保護膜。

Claims (6)

1. 被処理体に向けて照射光を照射することで上記被処理体を昇温させるランプと、
   このランプと上記被処理体との間に配置され、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたマスクとを備えていることを特徴とする加熱装置。
2. 上記マスクは、上記照射光を透過する透過板と積層されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 被処理体に向けて照射光を照射することで上記被処理体を昇温させるランプと、
   上記被処理体の上記ランプ側に積層して配置され、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたパターンマスクとを備えていることを特徴とする加熱装置。
4. 被処理体に向けて照射光を照射することにより上記被処理体を昇温させるランプ照射工程と、
   上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたマスクにより照射光の一部を遮光する遮光工程とを備えていることを特徴とする加熱方法。
5. 被処理体に向けて照射光を照射することにより上記被処理体を昇温させるランプ照射工程と、
   上記被処理体の上記ランプ側に積層して配置され、上記照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成されるとともに所定のパターンで開口部が形成されたパターンマスクにより照射光の一部を遮光する遮光工程とを備えていることを特徴とする加熱方法。
6. 表面温度により処理効率が変動する処理が施される基板本体と、
   この基板本体の一方の面側に積層して配置され、上記一方の面側から照射される照射光の波長に対し吸収または反射する材料で形成からなるパターンマスクとを備えていることを特徴とする処理基板。

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