JP2607851Y2

JP2607851Y2 - 枚葉式ドライエッチング装置

Info

Publication number: JP2607851Y2
Application number: JP2000005108U
Authority: JP
Inventors: 吉三小平
Original assignee: アネルバ株式会社
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2006-09-20
Also published as: JP2001000023U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、特にアルミニウムや
アルミニウム合金の配線の形成等に優れた能力を発揮す
る枚葉式ドライエッチング装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術分野においては、アルミニウ
ムやアルミニウム合金の配線膜をドライエッチングして
配線を形成することが多い。そのエッチングガスとし
て、一般に塩素あるいは塩素系の反応ガスを用いてい
る。そのため、エッチング処理後の配線、あるいはレジ
ストの表面に、アルミニウムの塩素化合物（ＡｌＣｌ₃
など）が吸着されて残る。そのため、ドライエッチング
室からエッチング処理済みの被処理物（以下、単に被処
理物をウエハと称する。）をそのまま大気中に取り出す
と、吸着残存している塩素化合物が大気中の水分と反応
して塩化水素をつくる。この塩化水素がアルミニウムや
アルミニウム合金を腐食するので、配線が断線したり、
その他の不所望な事態が生ずる。

【０００３】従来この腐食を防止するための技術とし
て、例えば、参考文献１：（特開昭５７−４７８７６
号）に開示されたものがある。この技術によれば、エッ
チング処理を終えたウエハの多数を後処理室に立てか
け、後処理室を排気しながら４０℃〜２００℃に加熱さ
れたガス、例えばＨｅ、ＡｒまたはＮｅの不活性ガス、
Ｏ₂ガス、Ｎ₂ ガスまたはＨ₂ ガスを室内に導入してバ
ッチ式後処理を行なっていた。

【０００４】また、例えば参考文献２：（特開昭５９−
１８６３２６号）に開示されている技術によれば、エッ
チング処理を終えたウエハを、先ずＯ₂ ガスのプラズマ
に晒す。その後、ウエハをプラズマに接触させるか、ま
たは、ウェハに赤外線を照射するか、等々の方法でウェ
ハを加熱することによって、ウエハの温度を２００℃以
上に保つという、バッチ式のプラズマ後処理を行なって
いた。

【０００５】更に、例えば参考文献３：（特開昭６１−
１４７５３０号）に開示の技術によれば、エッチング処
理を終えたウエハを大気中に移してから短時間（５分）
以内に、当該ウエハを１６０℃以上の温度で熱処理し、
この熱処理によって有害な塩素化合物を昇華させて取り
除いていた。その熱処理は、例えば１８０℃に加熱され
た乾燥窒素ガスをウエハに吹き付けるとか、１６０℃以
上に加熱した熱板上にウエハを載置するとかの方法で行
なわれていた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の後処理方法には、次のような問題点がある。先
ず、プラズマを利用する方法ではレジストを損傷する欠
点がある。また、バッチ処理方式は工程の流れが悪いた
め量産向きでなく、また、１６０℃以上という程度の低
温処理では充分な防食効果が得られるまでの後処理時間
があまりに長く、このため短いエッチング処理時間との
間に大きいアンバランスを生じる。

【０００７】このため、後処理工程を含め、経済的かつ
量産的に処理を行なうことのできる枚葉式ドライエッチ
ング装置を作ろうとしても、装置の構造が複雑化し、そ
の構成に困難を生じていた。従来の後処理が、殆んどバ
ッチ式で行なわれているのはそのためである。

【０００８】また、後処理時間が長いと、熱が周囲の壁
に逃げてしまうため熱効率が悪く、しかも、ドライエッ
チング室内に温度勾配が生じてウエハ全体を均一に加熱
することが困難にもなる。そしてそのことは後処理時間
を一層長いものにするという悪循環を生んでいた。この
考案はこれらの問題の解決を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この考案は、ドライエッ
チング室と、該室と真空を保って接続される、被処理物
の腐蝕防止の後処理室とを備えた枚葉式ドライエッチン
グ装置であって、後処理室内に、被処理物を、加熱板と
の間に間隙を設けて保持する被処理物保持手段と、間隙
の中にガスを導入するガス導入手段と、加熱板の加熱手
段と、加熱板の温度範囲を所定の一定範囲に維持する温
度制御手段とを具えた枚葉式ドライエッチング装置にお
いて、後処理室内の圧力は１０^-3Ｔｏｒｒ以下であり、
被処理物が保持される被処理物保持手段の高さは実質的
に０．３ｍｍであるとともに、被処理物保持手段上に載
置され加熱板が具える複数個の爪部によって保持される
被処理物の裏面と前記加熱板との間には、被処理物保持
手段による当該実質０．３ｍｍの間隙が形成されてお
り、この間隙に圧力を２．０Ｔｏｒｒ以上３．０Ｔｏｒ
ｒ以下である不活性ガスを導入するガス導入手段は、加
熱板を支持する支持台及び加熱板に挿設されており、加
熱手段は加熱板に埋設されており、加熱板の温度維持範
囲は、被処理物に残存している昇華性を有する残存物の
昇華温度に応じて設定される。

【００１０】上述した間隙に導入するガスとしては、好
ましくは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスを使用する
のがよい。

【００１１】アルミニウム配線を対象とする枚葉式ドラ
イエッチング装置の場合は、好ましくは、前述の加熱板
の所定温度範囲を、約２５０℃から約３００℃までの間
に選定するのが良い。

【００１２】

【実施例】以下、図を参照しながらこの考案の実施例を
説明する。尚、図は、この考案が理解できる程度に装置
構造を概略的に示してある。

【００１３】図１は、この考案の実施例の枚葉式ドライ
エッチング装置の基本的な構成図である。図において、
１０はエッチング室、１２は後処理室、１４および１６
は両室を挟むカセット室である。搬送系としては従来の
さまざまな装置がここに使用できるが、搬送系は描くと
複雑であり、また考案の主旨からは外れる装置なので、
太い一本の矢印１８で省略して示す。以下の説明で「搬
送される」という言葉を使うとき、その搬送はすべてこ
の搬送系１８で行なわれるものとする。図３は加熱板２
０とその周辺部分とを拡大して概略的に示した断面図で
ある。２００は後処理室１２の室壁である。以下この図
３を併用して説明する。

【００１４】上述した各室はゲートバルブ２２ａ、２２
ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅで分離され、かつ、それぞ
れの室は排気管２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄによっ
て図示しない排気系に接続されている。エッチング室１
０内には、平行して対向する電極３０、３２が配置して
あり、上部電極３２は接地し、下部電極３０を、コンデ
ンサ３４、マッチングネットワーク３６、高周波電源３
８を介して接地している。ガス導入管４０から、反応ガ
スとして塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）、塩素（Ｃｌ₂）、窒素
（Ｎ₂）およびクロロホルム（ＣＨＣｌ₃）の混合ガスを
供給する。各反応ガスの供給源の図は省略した。

【００１５】後処理室１２内には加熱板２０を設置す
る。４２は加熱板２０の支持台で、これを熱絶縁性材料
で形成する。エッチング室１０でドライエッチング処理
を終えた被処理物としてのウエハ４４を、後処理室１２
内に搬送し、このウエハ４４を、加熱板２０上の被処理
物保持手段としてのリング状突出台４６（図３）上に載
置する。そして、ウエハ４４の周縁部を加熱板２０に取
り付けられた６個のバネ４８（図３）の、内側に向かう
爪部としての突起部５０で保持するが、そのとき、ウエ
ハ４４の裏面には０．３ｍｍ程度の狭い間隙５２が設け
られる。この間隙５２内にはガス導入手段としての加熱
用ガス導入管５４を経由してＨｅガスを導入する。

【００１６】加熱板２０には螺旋状のシーズヒータ６０
を埋め込み、加熱板２０を熱し、かつ、その温度を常時
２５０℃以上３００℃以下に制御しその温度を維持す
る。尚、加熱用電源および温度を制御する装置の図示は
省略した。６２は温度制御装置の温度測定端、および６
４はそのリード線である。

【００１７】この考案の枚葉式ドライエッチング装置で
は、ウエハの処理は次のように行なわれる。被処理物で
あるシリコンウエハ４４の表面（図中上面）には、予め
アルミニウム合金膜が蒸着され、その上にレジストパタ
ーンが形成されている。

【００１８】はじめ、シリコンウエハ４４は、カセット
室１４を通してエッチング室１０内の下部電極３０上に
搬送される。つづいて、ガス導入管４０よりＢＣｌ
₃（塩化ほう素）、Ｃｌ₂（塩素）、Ｎ₂（窒素）および
ＣＨＣｌ₃（クロロホルム）の混合ガスをエッチング室
１０内に供給する。この混合ガスの供給量を真空排気量
に対し調整して、エッチング室１０内の真空度を１０^-1
（１０のマイナス１乗）Ｔｏｒｒ程度に設定する。そし
て高周波電源３８から高周波電力を印加すると、アルミ
ニウム合金膜の選択エッチングが行なわれる。

【００１９】エッチングが終わると、エッチング室１０
内のガスを排気しその真空度が後処理室１２内と同程度
になると、ゲートバルブ２２ｃを開いて、ウエハ４４を
下部電極３０上から後処理室１２内に搬送する。そし
て、ウエハ４４を加熱板２０上に置き、４本の爪４８で
保持する。搬送系１８から爪４８への受け渡し機構の図
示と説明は省略する。

【００２０】そして、ガスバルブ５８を開いて加熱ガス
導入管５４よりＨｅガスを狭い間隙５２内に導入する。
このとき、後処理室１２内の圧力は例えば１０^-3（１０
のマイナス３乗）Ｔｏｒｒ以下、それに対して、間隙に
導入されるＨｅガスの圧力は例えば２．０Ｔｏｒｒであ
る。ガスバルブ５８はウェハが保持されている期間だけ
開かれている。

【００２１】ウエハ４４の裏面の間隙５２にＨｅガスが
充満すると、熱せられたＨｅガスの分子運動によって、
加熱板２０の表面からウエハ４４の裏面へ熱は能率よく
伝えられてウエハ４４の温度は急速に上昇する。後述す
るように、ウエハ４４の表面温度が２５０℃〜３００℃
のときは、３分程度の極めて短い時間で、パターン表面
に付着している塩素化合物が昇華によって取り除かれ
る。以上により後処理が完了する。

【００２２】後処理が終わるとウエハ４４を、ゲートバ
ルブ２２ｄを開けてカセット室１６に搬送し、更に、ゲ
ートバルブ２２ｄを閉じゲートバルブ２２ｅを開けて大
気中へと搬送し取り出す。

【００２３】ウエハ４４の後処理温度を２５０〜３００
℃にする理由は次の通りである。この実施例の装置で加
熱板の温度を変え、ウエハの温度をさまざまに変更して
加熱処理を行なった後、そのウエハに対して、大気放置
試験（温度２０℃、湿度４５％）および、一部のものに
追加の加湿加速度試験（温度２０℃、湿度９０％）を行
い、腐食の発生を光学顕微鏡により観察したところ、大
気放置試験で図２の（Ｂ）、追加の加湿加速度試験で図
２の（Ａ）に示す結果を得た。図２では、横軸に加熱時
間（単位は「分」）をとり、縦軸に腐食が発生するまで
の時間（単位は「分」）をとって示してある。図２の
（Ａ）および（Ｂ）には、ウエハの温度を２００℃（デ
ータＩ）、２５０℃（データＩＩ）、３００℃（データ
ＩＩＩ）の各値にし、加熱後処理時間を０分（処理な
し）、１分、２分、３分と次第に変えて観察結果を示し
てある。

【００２４】図２の（Ａ）および（Ｂ）から理解できる
ように、ウエハ温度２００℃、１〜３分の加熱処理では
防食効果は不十分で、大気放置後１０分以内に腐食の発
生がみられる。しかし、２５０℃の加熱処理では、後処
理を３分行うことにより充分な防食効果を得ている。そ
して、これに上記の加湿加速度試験を追加しても、更に
４０分までは腐食が全く発生しない。この加湿加速度試
験は、大気放置試験の数十倍の時間の試験に匹敵するの
で、大気放置試験の場合でいうと、３日以上腐食が見ら
れないことになる。通常の半導体生産ラインでは、１日
以内にウェハは次の工程に移って処理されるため、それ
までの期間に腐蝕の発生がなければ支障がなく、３日間
というのは作業の停止を含めて充分なマージンをとった
ものである。

【００２５】ウエハ温度を３００℃にした後処理では、
２分という短時間の後処理で既に充分な防食効果が得ら
れることがわかる。後処理時間は短い程生産性が上がる
ので、２分という後処理時間は極めて有利である。

【００２６】枚葉式ドライエッチング装置の場合、エッ
チング室１０内でのドライエッチング処理は、通常３分
以内に完了するので、装置を経済的なものにするために
は後処理時間をこれに合わせる必要がある。ウエハの後
処理温度を２５０℃以上に選ぶ理由はここにある。尚、
３００℃以上の温度ではレジスト膜が損傷して使用に耐
えなくなるため、３００℃が加熱処理温度の上限にな
る。

【００２７】図２の実験は、図１の後処理室１２内の圧
力１０^-3（１０のマイナス３乗）Ｔｏｒｒ以下、これに
対し間隙５２に導入されるＨｅガスの圧力は２．０Ｔｏ
ｒｒでなされたものであった。この間隙５２を設けず
に、従来のように加熱板２０の上に直接シリコンウエハ
４４を載せて、ウエハの下面と３００℃の加熱板の上面
の接触による熱伝導だけでウエハ４４を加熱する場合
は、ウエハの２５０℃以上までの温度上昇に通常２０分
以上という長い時間を必要とする。加熱板上面を鏡面仕
上げした場合でも、ゆうに１０分以上かかることが判明
した。この後処理時間では枚葉式ドライエッチング装置
を不経済なものにする。

【００２８】図４は、加熱板２０の温度が２００℃の一
定値に保たれている場合に、ウエハ４４の表面（上面）
温度が、どれほどの時間をかけて上昇してゆくかを表面
温度測定装置で測って得た経過時間−ウエハの表面温度
特性を示す図である。図４において横軸に経過時間
（分）をとり、縦軸にウエハ表面温度（℃）をとって示
してある。「接触による熱伝導だけ」の場合を曲線Ｉで
示し、この考案の「間隙５２およびＨｅガスの導入があ
る」場合を曲線ＩＩで併記して示している。ウェハーの
保持の完了と同時にガスバルブ５８を開き、経過時間は
そのときから測定している。

【００２９】図２で明らかなように、防食効果は、温度
と時間の積で決まり、処理温度が低い時には処理時間が
長くなる。通常、枚葉処理装置の生産性を考えた場合、
防食処理としては３分以内が望ましい。

【００３０】図５は、図４と同様、経過時間−ウエハの
表面温度特性を示す図であり、図４の場合と同じく横軸
に経過時間（分）をとり、縦軸にウエハ表面温度（℃）
をとって示してある。この実施例の装置で、間隙５２に
導入されるＨｅガスの圧力を１．５Ｔｏｒｒ、２．０Ｔ
ｏｒｒおよび３．０Ｔｏｒｒまで変えたときの上述した
特性の変化状態をみる実験で、ウエハ表面の温度の上昇
の速さを測定したものである。この図５の実験データか
ら理解できるように、Ｈｅガス圧が２．０Ｔｏｒｒおよ
び３．０Ｔｏｒｒ（それぞれ曲線ＩＶおよびＶで示す）
の場合には、互いに重なっており変化がない。しかし、
Ｈｅガス圧が１．５Ｔｏｒｒの場合には曲線ＩＩＩで示
すように、時間の経過とともにウエハ表面温度が曲線Ｉ
ＶおよびＶの場合よりも下がっている。従って、間隙５
２に導入されるＨｅガスの圧力は２．０Ｔｏｒｒもあれ
ば十分であることがこれでわかる。

【００３１】尚、図３で、ウエハ４４が接する加熱板２
０のリング状突出台４６の表面は、平滑に仕上げておく
だけ、もしくはここに１〜３条のリング状の溝を設ける
だけで充分である。Ｈｅガスの圧力が低いため漏洩量が
少なく、間隙５２の容量も小さいので、ウェハーが保持
されている期間のＨｅガスは流し放しにして実用上支障
はない。

【００３２】間隙５２に導入するガスは、Ｈｅのほか、
Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスが総て使用可能である。Ｈｅ
は特に熱伝導効率の点で優れる。不活性ガスに、Ｏ₂ 、
Ｎ₂、Ｈ₂ などのガスを混入してもよい。

【００３３】上述の実施例は、アルミニウム合金配線の
ドライエッチングの場合の腐食防止処理についてこの考
案を説明したものであるが、この考案がアルミニウム合
金に限らず、昇華性の残存物を持つ他の金属のドライエ
ッチング処理後の後処理にも適用できることは明らかで
ある。その場合の加熱板の温度維持範囲は残存物の昇華
温度を勘案して選定する。

【００３４】さらに、ドライエッチング室も、その構成
は平行平板型のドライエッチング室に限らない。本考案
はまたマイクロ波放電によるドライエッチングなどにも
適用可能であることが明らかである。

【００３５】実施例では加熱板を加熱するのに電気抵抗
加熱を用いているが、ハロゲンランプ加熱、高周波加
熱、マイクロ波加熱によって加熱板を加熱しても、完全
に同じ効果が得られる。

【００３６】

【考案の効果】この考案によれば、ウエハの温度の上昇
速度を速くし、かつ、ウエハ全体に均一な温度分布を可
能にし、エッチング処理時間と後処理時間の時間のアン
バランスを解消して経済的な枚葉式ドライエッチング装
置を構成することができる。処理後のウエハは大気中に
放置しても腐食が発生することなく、半導体生産の歩留
まりを向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ドライエッチング装置の概略構成図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は加熱処理後のサンプルの
腐食試験の結果を示した表である。

【図３】加熱板とその周辺部分を拡大して示した図であ
る。

【図４】加熱板の温度が一定に保たれている場合に、ウ
エハの表面温度が、どれほどの時間をかけて上昇してゆ
くかを示す、経過時間−ウエハの表面温度特性曲線図で
ある。

【図５】間隙に導入されるＨｅガスの圧力を変えてみる
実験で、ウエハ表面の温度の上昇の速さを測定した、経
過時間−ウエハの表面温度特性曲線図である。

【符号の説明】

１０：エッチング室１２：後処理室１４，１６：カセット室１８：搬送系２０：加熱板２００：後処理室１２の室壁２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ：ゲートバル
ブ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：排気管３０、３２：電極３４：コンデンサ３６：マッチングネットワーク３８：高周波電源４０：ガス導入管４２：加熱板２０の支持台４４：被処理物（ウエハ）４８：爪５２：間隙５４：加熱用ガス導入管５８：ガスバルブ６０：シーズヒータ６２：温度制御装置の温度測定端６４：リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ドライエッチング室と、該室と真空を保
って接続される、被処理物の腐蝕防止の後処理室とを備
えた枚葉式ドライエッチング装置であって、該後処理室
内に、該被処理物を、加熱板との間に間隙を設けて保持
する被処理物保持手段と、該間隙の中にガスを導入する
ガス導入手段と、該加熱板の加熱手段と、該加熱板の温
度範囲を所定の一定範囲に維持する温度制御手段とを具
えた枚葉式ドライエッチング装置において、前記後処理室内の圧力は１０^-3Ｔｏｒｒ以下であり、前
記被処理物が保持される前記被処理物保持手段の高さは
実質的に０．３ｍｍであるとともに、当該被処理物保持
手段上に載置され前記加熱板が具える複数個の爪部によ
って保持される前記被処理物の裏面と前記加熱板との間
には、前記実質０．３ｍｍの前記間隙が形成されてお
り、前記間隙に圧力を２．０Ｔｏｒｒ以上３．０Ｔｏｒ
ｒ以下である不活性ガスを導入する前記ガス導入手段
は、前記加熱板を支持する支持台及び前記加熱板に挿設
されており、前記加熱手段は前記加熱板に埋設されてお
り、該加熱板の温度維持範囲は、前記被処理物に残存し
ている昇華性を有する残存物の昇華温度に応じて設定さ
れることを特徴とする枚葉式ドライエッチング装置。
【請求項２】請求項１に記載の枚葉式ドライエッチン
グ装置において、前記加熱板の温度維持範囲を、約２５
０℃から約３００℃までの範囲とすることを特徴とする
枚葉式ドライエッチング装置。