JP2880920B2 - エッチング装置 - Google Patents

エッチング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置に係
り、特にドライエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最初に、プラズマ雰囲気中で静電吸着装
置が用いられるプラズマエッチング装置の構成例を図4
に示す。図4(a)に示すプラズマ処理装置は、平行平
板型RIE(リアクティブイオンエッチング)装置であ
り、電極(陰極)(101)に高周波電力を印加しプラ
ズマを生成し、生成したプラズマを用い半導体ウェハ
(102)表面のエッチング処理を行うことが出来る。
【0003】プラズマ生成室(103)内へプラズマ原
料ガスをガス導入管(104)を通して導入し、排気管
(105)から真空排気し、プラズマ室(103)を所
定の圧力に保ち、電極に高周波電源(13.56MH
z)(106)より高周波電力をブロッキングコンデン
サ(107)を介し供給することによりプラズマを生成
し、このプラズマを、ウェハステージ(108)に以下
に説明する静電気吸着方式により固定された半導体ウェ
ハに照射することによりウェハ表面がエッチングされ
る。
【0004】図5に静電チャックの構造原理を示す。例
えば、ウェハステージはセラミックスから成る絶縁物
(109)であり、その中に平板電極(110)を埋設
して成るものであり、平板電極(110)に直流電源
(111)から直流電圧を印加し、両者の間に静電引力
を生じさせウェハを吸着保持させる。図5においてウェ
ハに作用する吸着力は、次式であらわせる。 F=1/2・ε・ε・(V/d)・S ………(1) ここで、εは真空中の誘電率、εは絶縁膜の被誘電
率、dは絶縁膜の厚さ、Vは印加した直流電圧、Sは電
極面積である。
【0005】図4(a)に示すエッチング装置における
電位分布を図4(b)に示す。高周波電力を静電チャッ
クを介してウェハに印加することによりプラズマが生成
され、ウェハ表面には負電位(自己バイアス)(11
2)が生じる。そのため上記(1)式における印加直流
電圧Vの値は、図4(a)に示すエッチング装置におい
ては印加直流電圧と自己バイアスの差の絶対値となる
(V´=|印加直流電圧−自己バイアス|)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図4(a)に示すエッ
チング装置においては、高周波電力の印加によりプラズ
マが生成され、ウェハに自己バイアスが生じるため、上
記(1)式におけるVは、V´=|印加直流電圧−自己
バイアス|で表すことが出来るが、自己バイアスの値は
エッチング処理中に変動する。特に、プラズマ生成直後
や、異なった膜が積層された多層膜構造膜のエッチング
をマルチステップエッチングを用いて行う場合等におい
ては顕著である。そのため、V´が変動し、それにとも
ない静電吸着力Fが変動する。
【0007】静電吸着力の変動により、ウェハの固定保
持能力の信頼性低下を招く。また、静電吸着力の変動に
より、ウェハとウェハステージの吸着状態が変化し、ウ
ェハ冷却効率が変化し、ウェハ温度の変動を招くため安
定した温度調整が行えない。本発明は、安定した吸着力
供給と温度調節をもたらすことを目的としている。これ
は自己バイアスの変動が顕著に起こるマルチステップエ
ッチングに特に効果的である。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、プラズマ雰囲気内で半導体ウェハ表面を
エッチング処理するエッチング装置であり、絶縁物から
なり絶縁物中に静電吸着用直流電圧が印加される平板電
極が埋設され、平板電極により半導体ウェハが静電吸着
されて固定される静電チャックステージと、半導体ウェ
ハの自己バイアス電圧をモニターし、静電吸着用直流電
圧と自己バイアス電圧との電圧差を計算し、電圧差の絶
対値が常に一定になるように静電吸着用直流電圧を負の
電圧の範囲で調整する手段とを有するエッチング装置で
ある。また本発明は、プラズマ雰囲気内で半導体ウェハ
表面をエッチング処理するエッチング装置であり、絶縁
物からなり絶縁物中に静電吸着用直流電圧が印加される
平板電極が埋設され、平板電極により半導体ウェハが表
面に静電吸着されて固定される静電チャックステージ
と、静電チャックステージの表面の反対側の面に設けら
れた他の電極と、他の電極に高周波電圧を供給するブロ
ッキングコンデンサ及び高周波電源を介して半導体ウェ
ハ表面での自己バイアス電圧をモニターし、静電吸着用
直流電圧と自己バイアス電圧との電圧差を計算し、電圧
差の絶対値が常に一定になるように静電吸着用直流電圧
を負の電圧の範囲で調整する手段とを有するエッチング
装置である。
【0009】
【作用】本発明において、半導体ウェハを静電気力を用
い絶縁層表面に密着状態に固定保持する静電吸着装置に
おいて、ウェハに生じる自己バイアスをモニターし、静
電吸着用電極に印加する直流電圧を、印加直流電圧と自
己バイアスの差の絶対値が一定となるように調整するフ
ィードバック機能を有することにより、エッチングガ
ス、被エッチング膜、エッチング条件の変化に対し、常
に安定した静電吸着力を確保できるものである。
【0010】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。 [実施例1]図1は、本発明の第1の実施例のエッチン
グ装置を示す図である。図1に示すプラズマ処理装置
は、平行平板型RIE(リアクティブイオンエッチン
グ)装置であり、電極(陰極)(101)に高周波電力
を印加しプラズマを生成し、生成したプラズマを用い半
導体ウェハ(102)表面のエッチング処理を行うもの
である。
【0011】プラズマ生成室(103)内へプラズマ原
料ガスをガス導入管(104)を通して導入し、排気管
(105)から真空排気し、プラズマ室を所定の圧力に
保ち、電極に高周波電源(13.56MHz)(10
6)より高周波電力をブロッキングコンデンサ(10
7)を介し供給することによりプラズマを生成し、この
プラズマを用い、静電チャックステージ(113)によ
り固定されたウェハのエッチング処理を行う。
【0012】このとき、半導体ウェハに生じる自己バイ
アスをコンピュータ(114)によりモニターし、直流
電源(111)から絶縁物(109)の中に平板電極
(110)に印加し、静電吸着用電極に印加する直流電
圧を、印加直流電圧と自己バイアスの差の絶対値が一定
となるように調整する。このフィードバック機能、即ち
自己バイアス電圧をモニターする機構と、その自己バイ
アス電圧の変化に応じて静電吸着用印加電圧と自己バイ
アス電圧の差をリアルタイムに計算する機構と、その電
圧差の絶対値が常に一定になるように静電吸着用印加直
流電圧を調整する機構により、静電チャックを用いたウ
ェハ固定方法において、安定した吸着力を供給できる。
【0013】次に配線として用いられるアルミとタング
ステンの積層構造のエッチングを行う場合について、図
2(a)〜(c)でアルミ/タングステン積層膜エッチ
ングフローを説明する。図2(a)にエッチング前のア
ルミ/タングステン積層構造の断面図を示す。Siウェ
ハ上(201)にSiO膜(202)が熱酸化法を用
いて0.4μm形成され、さらにその上に、タングステ
ン(203)が化学的気相成長法(CVD)により0.
3μm形成され、さらにアルミ(204)がスパッタ法
により0.4μm形成され、エッチングマスクとしてレ
ジスト(205)が1.5μm膜厚で形成されている。
【0014】図1に示すエッチング装置を用い、最初に
上層のアルミ(204)のエッチングのために、ガス導
入口(104)よりBClとClの混合ガス(BC
/Cl=50/50sccm)を導入し、プラズ
マ生成室(103)の圧力を20mTorrと調整す
る。続いて高周波電源(13.56MHz)(106)
よりブロッキングコンデンサ(107)を介し高周波電
力300Wを電極(101)に供給することにより、プ
ラズマを生成する。プラズマの生成により半導体ウェハ
(102)に自己バイアスが生じ、その値は−400V
であった。
【0015】高周波電力の供給と同時に直流電源(11
1)から静電吸着用の直流電圧を印加するが、自己バイ
アスと静電吸着用直流印加電圧の差の絶対値が本実施例
においては、300Vとなるように、コンピュータ(1
14)を介して静電吸着用直流印加電圧を調整する。本
実施例においては、供給直流印加電圧の極性は負であ
り、自己バイアスと静電吸着用直流印加電圧の差の絶対
値が300Vとなるように、直流印加電圧は−700V
もしくは−100Vが供給される。
【0016】図2(b)はアルミエッチング時のアルミ
/タングステン積層構造の断面図を示すもので、アルミ
のエッチングが進行し終了すると、続いて下層タングス
テンのエッチングを引き続き行う。エッチングガスとし
てSFとNの混合ガス(SF/N=85/15
sccm)を用い、反応圧力は50mTorrに調整
し、高周波電力200Wにおいてエッチングを行う。こ
の時、ウェハに生じる自己バイアスは−200Vであっ
た。
【0017】アルミのエッチング時同様、自己バイアス
と静電吸着用直流印加電圧の差の絶対値が300Vとな
るように、コンピュータ(114)を介して静電吸着用
直流印加電圧は調整され、静電吸着用直流印加電圧は−
500Vが供給される。タングステンエッチング時の断
面図を図2(c)に示す。このような2ステップエッチ
ングのように、自己バイアスが大きく変動する場合にお
いても、印加直流電圧と自己バイアスの差の絶対値が一
定となるように調整するフィードバック機能を持たせる
ことにより、安定した吸着力を供給することができる。
【0018】[実施例2]図3は、本発明の第2の実施
例のエッチング装置を示す図である。図3に示すプラズ
マ処理装置において、上記実施例1と同様に、電極(陰
極)(101)に高周波電力を印加しプラズマを生成
し、生成したプラズマを用い半導体ウェハ(102)表
面のエッチング処理を行うもので、プラズマ生成室(1
03)内へプラズマ原料ガスをガス導入管(104)を
通して導入し、排気管(105)から真空排気し、プラ
ズマ室を所定の圧力に保ち、電極に高周波電源(13.
56MHz)(106)より高周波電力をブロッキング
コンデンサ(107)を介し供給することによりプラズ
マを生成し、このプラズマを用い、静電チャックステー
ジ(113)により固定されたウェハのエッチング処理
を行うものである。
【0019】本実施例においては、自己バイアスのモニ
ターをブロッキングコンデンサ(107)と高周波電源
(13.56MHz)(106)を介して行い、コンピ
ュータ(114)によるフィードバックを行うもので、
そして絶縁物(109)の中に埋設している平板電極
(110)に直流電圧を印加し、両者の間に安定した静
電引力を生じさせものである。静電吸着用直流印加電圧
の極性は正負いずれにおいても可能である直流電源(1
15)を備えている。上記構造を採用することにより、
自己バイアスモニターを容易にし、また、静電吸着用直
流印加電圧の値の選択技も広がる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ウェハを静電チャック
をもちいて吸着固定保持する場合において、静電吸着用
電極に印加する直流電圧を、印加直流電圧と自己バイア
スの差の絶対値が一定となるように調整するフィードバ
ック機能を持たせることにより、一定の静電吸着力を供
給することができる。そのため、ウェハ固定の信頼性が
向上し、また、吸着力が一定のため熱交換率が変動せず
温度制御信頼性が向上する。これは自己バイアスが大き
く変動する多層膜構造のエッチング時に特に効果的なも
のである。即ち、エッチングガス、被エッチング膜、エ
ッチング条件の変化に対し、常に安定した静電吸着力を
確保し、ウェハの保持固定の信頼性を向上させ、ウェハ
温度コントロールを精度良く行うことができるという効
果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例のエッチング装置を示
す図。
【図2】 アルミ/タングステン積層膜エッチングフロ
ーを示す図。
【図3】 本発明の第2の実施例のエッチング装置を示
す図。
【図4】(a)従来例のエッチング装置を示す図。 (b)電位分布図。
【図5】 静電チャック構造を示す図
【符号の説明】 101 電極(陰極) 102 半導体ウェハ 103 プラズマ生成室 104 ガス導入管 105 排気管 106 高周波電源(13.56MHz) 107 ブロッキングコンデンサ 108 ウェハステージ 109 絶縁物 110 平板電極 111 直流電源 112 自己バイアス 113 静電チャックステージ 114 コンピュータ 115 直流電源(極性:正負可能) 201 Siウェハ 202 SiO膜 203 タングステン 204 アルミ 205 レジスト

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ラズマ雰囲気内で半導体ウェハ表面を
    エッチング処理するエッチング装置であり絶縁物から
    なり該絶縁物中に静電吸着用直流電圧が印加される平板
    電極が埋設され、該平板電極により前記半導体ウェハが
    静電吸着されて固定される静電チャックステージと、前
    半導体ウェハの自己バイアス電圧をモニターし、前記
    静電吸着用直流電圧と前記自己バイアス電圧電圧
    を計し、前記電圧差の絶対値が常に一定になるように
    前記静電吸着用直流電圧を負の電圧の範囲で調整する
    段とを有することを特徴とするエッチング装置。
  2. 【請求項2】 プラズマ雰囲気内で半導体ウェハ表面を
    エッチング処理するエッチング装置であり、絶縁物から
    なり該絶縁物中に静電吸着用直流電圧が印加される平板
    電極が埋設され、該平板電極により前記半導体ウェハが
    表面に静電吸着されて固定される静電チャックステージ
    と、該静電チャックステージの前記表面の反対側の面に
    設けられた他の電極と、該他の電極に高周波電圧を供給
    するブロッキングコンデンサ及び高周波電源を介して
    記半導体ウェハ表面での自己バイアス電圧をモニター
    し、前記静電吸着用直流電圧と前記自己バイアス電圧と
    の電圧差を計算し、前記電圧差の絶対値が常に一定にな
    るように前記静電吸着用直流電圧を負の電圧の範囲で調
    整する手段とを有することを特徴とするエッチング装
    置。
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