JP2005109030A - 電子デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
有機物のマスク材が除去される若しくは損傷されることなく被エッチング材に残留したハロゲン化物を除去することができる電子デバイス製造処理装置及び電子デバイス製造方法を提供することである。
【解決手段】
対向する位置に設置された電極を設け、これらの電極の一方に接続された高周波電源によってエッチングを行うエッチング工程を有し、前記エッチング工程で発生するハロゲン化物を除去するために、アンモニア雰囲気下または水蒸気雰囲気下で加熱をすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エッチング工程後に電子デバイス上に残留するハロゲン化物の除去を目的とした電子デバイス製造方法に関する。

従来、同一の有機物のマスク材を使用して複数種類のエッチングを行うエッチング方法において、そのエッチング工程毎に異なる装置若しくはチャンバを必要とする場合は、エッチング工程毎に被エッチング材を大気開放後、次の装置若しくはチャンバへ移動して処理を行っている。この場合問題となるのは、被エッチング材に残留したハロゲン化物と大気中の水分とが反応してフッ酸、塩酸、シュウ酸等を生成し、エッチング工程後に被エッチング材を溶かして所望の形状でなくしてしまうコロージョンである。

また、残留するハロゲン化物や、大気中の水分との反応により生成される酸化物が次工程へ影響し、所望の形状が得られなくなるなど種々の問題を引き起こす。

これを防止するためには、次装置若しくは次チャンバへ移動する時間を短くするか、マスク材を含む被エッチング材表面から、次エッチング工程で必要なマスク材の機能を残しながらハロゲン化物を除去する必要がある。

前者の方法は、次装置若しくは次チャンバへの搬送を真空中で行っており、次チャンバでの処理が終了次第、被エッチング材の搬出・搬入を行っている。

一方、後者におけるハロゲン化物の除去については、真空中のプラズマ処理によるアッシング（灰化）技術を利用した方法がある。
特開平０６−２０４１９１号公報（第５頁、図１）

前者における移動時間を短く制御する方法では、次装置若しくは次チャンバへの移動は、次装置若しくは次チャンバが稼動中の場合には行うことができない。このため次装置若しくは次チャンバの稼動状況により移動時間を短くすることには限界がある。また、次装置若しくは次チャンバへ移動する時間を短くできても、部屋の湿度や温度によりコロージョンの生成状況が変化する。さらに、チャンバ間を真空搬送して連続処理を行う場合においては次チャンバのエッチング処理が終了するまで搬送が不可能となり、装置のスループットを低下させ、生産性が低下する問題もある。

又、後者におけるハロゲン化物の除去方法では、プラズマ処理により有機物のマスク材が除去されたり、損傷されたりして、次のエッチング工程においてマスク材としての機能が維持できなくなるという問題がある。

この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、複数種類のエッチング工程で用いる有機物のマスク材が除去される若しくは損傷されることなく被エッチング材に残留したハロゲン化物を除去することができる電子デバイス製造処理装置及び電子デバイス製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の電子デバイス製造方法はハロゲン化物を含有したガス雰囲気下でプラズマを生成し、被処理物上に形成された有機物のマスク材を利用してエッチング処理をする第１のエッチング処理工程と、アンモニア雰囲気下または水蒸気雰囲気下で該第１のエッチング処理後の被処理物を加熱することで、前記第１のエッチング処理工程で前記被処理物表面に残留付着したハロゲン化物を除去するハロゲン化物除去工程と、前記有機物のマスク材を利用して前記被処理物に対してエッチング処理する第２のエッチング工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、有機物のマスク材が除去される若しくは損傷されることなく被エッチング材に残留したハロゲン化物を除去することができる電子デバイス製造処理装置及び電子デバイス製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電子デバイス製造方法に関し、図１乃至図５を参照しながら説明する。

図１は、本発明の電子デバイス製造方法を実施するための処理装置を示したものである。図２は、図１中の第１のエッチング室１を詳細に示したものである。図３は、図１中のアンモニア（NH3）加熱室を詳細に示したものである。図４は、エッチングのプロセスフローを示したものである。図５は、フッ素の除去能力を４つの条件ごとに示したものである。図６は、電子デバイスを加熱する際の温度の変化とフッ素の除去状態を示したものである。

図１に示す処理装置は、第１のエッチング室１、第２のエッチング室２、アンモニア（NH3）加熱室４、及びカセットロード/アンロード室５が真空搬送室３を中心に設置されている。第１及び第２のエッチング室１、２は、有機物であるフォトレジストマスクを使用して被エッチング材（例えばSi+SiO,SiNが形成されたウェハ）をエッチングするチャンバである（詳細は図２に記載されている）。アンモニア（NH3）加熱室４は、アンモニアガス雰囲気でウェハの加熱を行うことでハロゲン化物を除去するチャンバである。

真空搬送室３は、搬送ロボット６を有しており、この搬送ロボット６により、第１のエッチング室１と、第２のエッチング室２、アンモニア加熱室４及びカセットロード/アンロード室５間のウェハの搬送を行っている。

カセットロード／アンロード室５は、未処理のウェハ１０を複数枚収納したカセット、及びエッチング等の処理が終了した処理後のウェハ１０を複数枚収納するカセットが設置され、未処理のウェハ１０の搬入、及び処理後のウェハ１０の搬出を行っている。

ウェハ１０の処理の流れとしては、搬送ロボット６が未処理のウェハ１０をカセットロード/アンロード室５から取り出し、第１のエッチング室１へ搬入する。第１のエッチング室１では、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６ＨＢＲ、ＮＦ３，Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ等のハロゲン化物を含有したガスをプラズマ化してエッチングする第１のエッチング処理を行う。この第１のエッチング処理では、エッチング終了後にガスに含まれるハロゲン化物がマスクを含むウェハ１０表面に残留する。

第１のエッチング処理が終わると搬送ロボット６により処理済のウェハ１０を第１のエッチング室１から搬出し、アンモニア加熱室４へ搬入する。アンモニア加熱室４では、搬入されたウェハ１０をアンモニア雰囲気下で加熱し、表面に残留付着しているハロゲン化物とアンモニアを反応させてハロゲン化物を除去する処理を行う。

表面に残留付着していたハロゲン化物が除去されたウェハ１０をアンモニア加熱室４から搬出し、第２のエッチング室２へ搬入する。第２のエッチング室２では、第１のエッチング工程と同様に、例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６ＨＢＲ、ＮＦ３，Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ等のハロゲン化物を含有したガスをプラズマ化してエッチングする第２のエッチング処理を行う。第２のエッチング処理が終わると搬送ロボット６により処理済のウェハ１０を搬出し、カセットロード/アンロード室５へ搬送して処理を終了する。

次に、ここの処理装置について図面を参照しながら説明する。図２は第１のエッチング室１の詳細を示している。第１のエッチング室１は、上部電極７と下部電極１１が対向する位置関係に設置されており、平行平板型のチャンバを構成している。下部電極１１の上部電極７と対向する面には、ウエハ１０が載置される。下部電極１１にはマッチングボックス１２を介して高周波電源１３が接続されている。また、上部・下部電極７，１１間に生じさせるプラズマ密度を大きく、均一化するための永久磁石９を上部、下部電極７，１１の間と対応するチャンバ外に設置している。また、第１のエッチング室１には図示しない排気ポンプが接続されており、該エッチング室１を排気可能としている一方、該エッチング室１内にプラズマ化する処理ガス（例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６ＨＢＲ、ＮＦ３，Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ等のハロゲン化物を含有したガス）供給するためのガス供給手段（図示しない）も接続されている。図３はアンモニア加熱室４の詳細を示している。チャンバ２５の上部には、アンモニアガスを導入するためのガス導入部１７が設置されており、ガス導入部１７はチャンバ２５の内部上面に設けた拡散部２３と接続している。この拡散部２３は、細かい穴を多数有するプレートを有し、導入されてきたアンモニアガスを多数の穴から供給することでチャンバ２５内の広い範囲に拡散して噴射することができる。拡散部２３と対向する位置には、ウエハ１０を載置することができるステージ１５が配置され、このステージ１５は下部に設けたヒータ１６によりウエハ１０を所望の温度に加熱可能な構成となっている。更に、チャンバ２５下部には、チャンバ２５内部を減圧及び排気するための排気ポンプ２４が設けられている。このような構成のアンモニア加熱室４では、チャンバ２５内を減圧した後、アンモニアガスを所定量導入し、ステージ１５上に載置されたウエハ１０をヒータ１６によって250〜350℃にすることでウエハ１０表面に残留付着したハロゲン化物の除去を行う。

図４を参照しながら、上述した各装置を利用しての処理プロセスについて説明する。ウエハ１０は、シリコンウエハそのものであるウエハ下地２１、例えばゲート電極として利用するＰｏｌｙ−Ｓｉからなる第１のエッチング材２０、絶縁膜として利用する例えばＳｉＮからなる第２のエッチング材１９、マスクとして利用する有機物のマスク材からなるフォトレジスト１８の順で積み重なった構造をしている。

処理プロセスとしては、先ず、第１及び第２のエッチング材２０，１９をエッチングするためにフォトレジスト１８を露光、現像して所望のパターニングを行う（図４(a)）。次に、第１のエッチング室１で第1のエッチング材１９をエッチングする。先ず、図示しない排気ポンプにより排気を行なった後、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６ＨＢＲ、ＮＦ３，Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ等のハロゲン化物を含有した処理ガスを投入して所定の圧力状態とする。続いて、前記高周波電源１３により高周波（例えば１３．５６MHz）を上部・下部電極７，１１間にかけてプラズマ８を発生させ、下部電極１１上に載置されたウエハ１０に対し、プラズマ処理（第１のエッチング工程）を行う。この第１のエッチング工程を行うと、フォトレジスト１８を含むウエハ１０表面に処理ガスに含まれるハロゲン化物２２が残留付着してしまう（図４(b)）。第１のエッチング室１で第１のエッチング工程を終えたウエハ１０は、搬送ロボット３により第１のエッチング室１から搬出され、真空搬送室３を通ってアンモニア加熱室４に運び込まれる。アンモニア加熱室４ではウエハ１０に残留・付着したハロゲン化物２２の除去を行う（図４(c)）。具体的な工程としては、ウエハステージ１５上にウエハ１０を載置し、ヒータ１６によりウエハ１０を例えば２５０度〜３５０度に加熱する。そして、ウエハステージ１５と対向する位置に設置されているガス導入部１７からアンモニアガスを導入し、拡散部２３を経由させてチャンバ２５内に拡散させながら噴射する。第１のエッチング工程の際に生成されたハロゲン化物は、大気中の水分と反応してコロージョンを発生してしまうが、アンモニア加熱室４内の圧力、温度をハロゲン化水素の飽和蒸気圧曲線よりも圧力、温度の高い領域に設定して処理することにより、生成したフッ酸や塩酸、シュウ酸等を揮発除去させ、コロージョンの発生を抑止している。数値の一例を挙げると、処理チャンバ内の圧力50Pa 、プラズマ処理を行う場合はマイクロ波パワーは1.0kW、ウエハステージ温度２５０℃、処理時間60sec、ガス流量 50sccm(standard cc/min)の条件下で行う。

アンモニア加熱室４でのハロゲン化物の除去工程の後、ウエハ１０は、搬送ロボット３によりアンモニア加熱室４から搬出され、真空搬送室３を通って第２のエッチング室２に運び込まれる。第２のエッチング室２では、フォトレジスト１８及びエッチングされてパターニングされた第２のエッチング材をマスクに第１のエッチング材２０に対し、第2のエッチング工程が行われる（図４(d)）。処理プロセスの内容は、第１のエッチング室１で行った第1のエッチング工程と同様である。この第２のエッチング工程においてハロゲン化物が生成したとしても、その後の工程であるアッシング工程では、通常ウエハ１０を250℃程度まで加熱するため、ハロゲン化物は問題ない程度まで除去されるので、コロージョンの発生は抑制される。アッシングにより、加工が終了する（図４(e)）。

上述した実施の形態では、第１のエッチング工程と第２のエッチング工程でチャンバが異なっている。このときアンモニア加熱室４でハロゲン化物２２を除去する処理を行わず、２つのエッチング工程間の放置時間が長いと第１のエッチング工程終了後、ウエハ１０表面に残留・付着したハロゲン化物が大気中の水分と反応してコロージョンが発生してしまうが、本実施の形態では、２つのエッチングの工程間でアンモニア加熱処理を行うことでハロゲン化物を除去し、コロージョン発生を抑えることができる。アンモニア加熱処理の代わりに水蒸気を加熱して処理をすることで、ハロゲン化物の除去を行うことができる。

図５は、ハロゲン化物の一種であるフッ素を異なる条件下で除去した時の除去能力を示したもので、横軸はH2/Arガス加熱処理（H2/Ar Heart Only）、H2/Arガス(H2/Ar （５％）)加熱とプラズマ処理、NH3ガス加熱処理（NH3 Heart Only）、NH3ガス（NH3 （１００％））加熱とプラズマ処理の場合のそれぞれの項目を示しており、縦軸は、各条件下でハロゲン化物の除去処理を行った後のウエハ１０表面をＸ線光電子分光（X-ray Photo-Electron Spectroscopy：XPS）装置により分析した結果であり、第１のエッチング工程後のフッ素量を１としたときのウエハ表面に残留しているフッ素量を示している。H2/Arガス加熱処理、H2/Arガス加熱＋プラズマ処理に関しては比較の為に示している。H2/Arガス雰囲気で加熱のみした場合、フッ素は約７０％までしか減少していないが、H2/Arガス加熱に加え、プラズマ処理を施すと、フッ素量は約２０％まで減少することが分かる。しかし、プラズマ処理を施すことでフォトレジストマスクが形を崩し、第2のエッチング工程以降でマスクとしての役割を発揮しないという問題が発生する。

一方、NH3ガス雰囲気で２５０℃加熱することで、ハロゲン化物（この場合はフッ素）は約５％まで除去することができるのに対し、従来技術のようにNH3ガス加熱に加えプラズマ処理を施した場合でも、約４％までしかハロゲン化物の除去量を増やすことはできない。これらの結果、NH3ガス雰囲気加熱のみでもプラズマ処理を施した場合と同等程度までハロゲン化物が除去されていることが分かる。つまり、プラズマ処理を施すことで得られる差分は１％除去率を向上させることだけだが、プラズマ処理を行うと、前述のようにマスクの形が崩れ、以降の処理工程においてマスクとしての役割を発揮できないという不具合を生じることを考えると、加熱処理のみの方が優位である。

図６にH2/Ar雰囲気加熱処理時のハロゲン化物（この場合はフッ素）の除去能力の温度依存性を示す。H2/Ar雰囲気において加熱処理をしたもの、ＮＨ３雰囲気において加熱処理をしたもの、H2/Ar雰囲気において加熱処理とプラズマ処理をしたもの、ＮＨ３雰囲気において加熱処理とプラズマ処理をしたものの以上４つの条件について示した。縦軸はウエハ１０に残ったハロゲン化物の量を示しており、処理前のハロゲン化物の量に対する処理後の量の割合を示したものである。横軸は処理温度である。

この結果から３５０℃の高温処理でH2/Ar雰囲気、及びＮＨ３雰囲気において加熱のみでプラズマ処理なしでもハロゲン化物が約２０％まで除去できる。しかし、３５０℃まで加熱するとフォトレジストの軟化温度を超えてしまい、レジストの焼けが発生するといった問題を引き起こす。

以上の結果から、２５０℃でNH3ガス雰囲気加熱処理をすることによりフォトレジストの損傷を極力抑えつつ、ハロゲン化物を効率的に除去することができる。

本発明のエッチング処理装置及びエッチング後処理装置の概要図。 本発明のエッチング室の断面図。 本発明のアンモニア加熱室の断面図。 エッチング処理フロー図。 加熱処理およびプラズマ処理とフッ素の減少量との関係図。 H2/Ar加熱処理及びアンモニア加熱処理及びそれぞれのプラズマ処理とフッ素の減少量と処理温度の関係図。

符号の説明

１ 第１のエッチング室１
２ 第２のエッチング室２
３ 真空搬送室
４ アンモニア加熱室
５ カセットロード／アンロード室、
６ 搬送ロボット
７ 上部電極
８ プラズマ
９ 永久磁石
１０ ウエハ
１１ 下部電極
１２ マッチングボックス
１３ 高周波電源
１５ ウエハステージ
１６ ヒータ
１７ ガス導入部
１８ フォトレジストマスク
１９ 第２のエッチング材
２０ 第１のエッチング材
２１ ウエハ下地
２２ ハロゲン化物
２５ チャンバ

Claims (4)

1. ハロゲン化物を含有したガス雰囲気下でプラズマを生成し、被処理物上に形成された有機物のマスク材を利用してエッチング処理をする第１のエッチング処理工程と、
   アンモニア雰囲気下または水蒸気雰囲気下で該第１のエッチング処理後の被処理物を加熱することで、前記第１のエッチング処理工程で前記被処理物表面に残留付着したハロゲン化物を除去するハロゲン化物除去工程と、
   前記有機物のマスク材を利用して前記被処理物に対してエッチング処理する第２のエッチング工程と
   を有することを特徴とする電子デバイス製造方法。
2. 前記ハロゲン化物除去工程は、アンモニア雰囲気下または水蒸気雰囲気下での加熱処理のみであることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス製造方法。
3. 前記ハロゲン化物除去工程では、前記被処理物を２５０度〜３５０度に加熱して処理することを特徴とする請求項１或いは２のいずれかに記載の電子デバイス製造方法。
4. 前記ハロゲン化物除去工程は、ハロゲン化水素の飽和蒸気圧曲線よりも高い温度条件下で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子デバイス製造方法。
   
   
   
   
   

Images