JP3542514B2 - ドライエッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を製造する際のドライエッチング工程に用いられる有磁場プラズマ発生装置、およびこの有磁場プラズマ発生装置を用いた半導体装置の配線等のドライエッチング工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造の際に用いられるプラズマ処理の工程に、有磁場プラズマ発生装置が用いられてきた。この有磁場プラズマ発生装置については、例えば特開平８−３３７８８７や特開平９−３２１０３１に記載されている。
【０００３】
特開平８−３３７８８７は、図２に示すようにアースに接地された円盤状電極１と誘電体２および誘電体を介して対向する面に設置された高周波の印加された円盤状電極３よりなるマイクロストリップアンテナ（以下ＭＳＡと略する）に、高周波としてマイクロ波を供給した際にＭＳＡから放射される電磁波と、ソレノイドコイルによって形成される磁場との電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって、真空処理室内に反応性ガスのプラズマを形成するものである。このプラズマを、試料台上に保持された試料に照射することによって試料を加工する。反応性ガスは、試料に対向する面に設置された誘電体のシャワープレート構造から供給される。また、ＭＳＡは真空処理室の内部と外部を分ける誘電体の大気側に設置される構造になっている。
【０００４】
特開平９−３２１０３１は、真空処理室内に設置したＭＳＡにＵＨＦ波を供給することによってＭＳＡから放射される電磁波と、ソレノイドコイルによって形成される磁場のＥＣＲ共鳴によって、プラズマを形成するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年半導体の微細加工では、異方性エッチングのために０．５Ｐａ以下の低圧力での処理が必須になっている。また、チャージアップによるゲート破壊防止のため、ゲート配線やゲート配線に電気的につながったメタル配線をエッチングする場合、（１）ウエーハ上のイオン電流密度を低減することと（２）イオン電流密度の面内分布を均一にすることの二つが重要になっている。
【０００６】
しかし、従来の有磁場プラズマ発生装置では、低圧力の条件で、低イオン電流密度で安定均一な放電をさせることが難しかった。前記の特開平８−３３７８８７は、マイクロ波を用いているため、波長が処理室に対して短く、処理室内では複数のモードのプラズマが存在可能である。そのため、低圧低イオン電流の条件では、プラズマが存在可能なモード間で頻繁に転位し、放電が安定しないことがわかった。また、前記の特開平９−３２１０３１は、ＭＳＡを真空処理室内部に設置しているため、近接場によるＭＳＡの円盤状電極３の端部の強電界によって、アンテナ端部の付近で高密度のプラズマが生成され、低圧領域で均一なプラズマを生成できないことがわかった。
【０００７】
また、イオン電流密度の面内分布が不均一になってしまうと、面内のエッチング速度が不均一になってしまい、ひいては歩留まりに影響してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、イオン電流密度やエッチング速度の面内分布が均一で、低圧の条件で、かつの低イオン電流密度で安定な均一な放電のできる有磁場プラズマ発生装置及びこの装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、（１）分離板を介した真空処理室外部に設置したアンテナ（ＭＳＡ）に３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下のＵＨＦ波を供給することによってＭＳＡから放射される電磁波と、ソレノイドコイルによって形成される磁場のＥＣＲ共鳴によって、プラズマを形成する方式を用いることで達成される。ＵＨＦ波を用いているため、波長が処理室内径と同等となり、単一モードのプラズマしか存在できない。そのため、モード間転位によるプラズマの不安定がなくなる。また、真空処理室の内部と真空処理室内よりも圧力が高い大気側の外部を分ける誘電体（分離板）の大気側にＭＳＡを設置した構造にすることで、近接場による円盤状電極ＭＳＡ端部の、強電界による高密度プラズマの生成が抑制され、低圧でも均一なプラズマが生成できる。なお、本明細書では、ＵＨＦ帯とは、３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周波数領域をいう。
【００１０】
また、ガスを供給するシャワープレートと試料台との距離を１００ｍｍ未満とすることで、密パターンと疎パターンのＣＤゲインの差が小さくなる効果がある。さらに、シャワープレート径をウエハー径の３／４以下とすることで、さらにＣＤゲインの差を小さくすることが可能となる。
【００１１】
（２）また、ＵＨＦ帯の周波数を用い、０．１Ｐａ〜０．５Ｐａの低圧の条件で、かつ、０．６ｍＡ／ｃｍ２〜２ｍＡ／ｃｍ２の低イオン電流密度でプラズマ処理を行うことで達成される。０．１Ｐａ以上の圧力、かつイオン電流密度０．６ｍＡ／ｃｍ２以上とすることで、実用的なエッチング速度を維持することができる。一方、チャージアップ低減のため、イオン電流密度は２ｍＡ／ｃｍ２以下とすることが、また異方性エッチングを達成するため、０．５Ｐａ以下の圧力とすることが必要である。
【００１２】
ここで、０．５Ｐａの条件でＭＳＡに印加する周波数を変化させた場合の放電特性を図５に示す。周波数が１ＧＨｚ以上では、０．５Ｐａ以下の低圧では、放電不安定の問題があるため、２ｍＡ／ｃｍ２以下の低密度領域が実現できない。また、周波数３００ＭＨｚ以下の周波数では、電磁波の放射効率が悪いため、近接場電界によるプラズマ発生のない本構造では、プラズマ放電が維持できない。すなわち、０．５Ｐａの低圧で２ｍＡ／ｃｍ２以下の低イオン電流密度のプラズマを効率的に生成できるのは、３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の領域に限られることがわかる。
【００１３】
（３）さらに、アンテナからみて凸型のＥＣＲ面になるような磁場分布を形成して、プラズマ処理することによって達成される。特に、ＥＣＲ面とシャワープレートとの交点がアンテナ径よりも内側になると効果的である。このようにすることで、ＥＣＲ共鳴が中心部で生じ、中心部のプラズマ密度が増加し、均一な分布を形成できる。
【００１４】
具体的には、アンテナの上方に小径コイルを設置する。この小径コイルの内径は、アンテナ径よりも小さくする。
【００１５】
また、プラズマ放電を着火する際には、アンテナから見て凹型のＥＣＲ面となるようにし、着火後凸型のＥＣＲ面となるように制御すると良い。プラズマ放電の着火性は、凸型のＥＣＲ面の場合には悪く、凹型のＥＣＲ面の場合は良好だからである。特に、ＥＣＲ面とシャワープレートとの交点がアンテナ径の外側になる場合、着火性が向上する。このようなＥＣＲ面の凹凸面の制御は、試料台外周部の磁場コイルを制御することで行うことができる。
【００１６】
（４）さらに、特にプラズマ密度が外高分布となっている場合、アンテナ裏面に高さが３０ｍｍ以上の空洞部を設けることで、達成される。このようにすることで、電界の外周での集中を緩和し、プラズマ密度の外高分布を解消することができる。そして、イオン電流密度の面内分布が均一化され、エッチング速度の面内均一化が図れるようになる。
【００１７】
（５）また、エッチング中のプラズマ密度の変化をモニタリングし、プラズマ密度が増加した場合はアンテナから見て凸型のＥＣＲの曲率を増加させ、逆にプラズマ密度が減少した場合は、アンテナから見て凸型のＥＣＲの曲率を減少させるように、磁場コイルにフィードバックをかけることによっても達成される。特に、プラズマ密度が増加すると外周高プラズマ分布となり、プラズマ密度が減少すると中心高プラズマ分布となるからである。多層膜をエッチングする際は、被エッチング膜の種類に伴い、プラズマ中に放出される反応生成物が変化し、プラズマ密度が変化するため、特に多層膜をエッチングする際、このようにモニタリングすると効果的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明のドライエッチング装置の一例である。
【００１９】
この装置では、ＭＳＡ４から放射される電磁波と、ソレノイドコイル５，６によって形成される磁場との電子サイクロトロン共鳴によって、真空処理室内に反応性ガスのプラズマが形成される。このプラズマを、試料台７上に保持された試料８に照射することによって試料８を加工する。反応性ガスは、試料に対向する面に設置されたシャワープレート９から供給することによって、均一な反応性ガスの供給が可能である。また、真空処理室の内部と外部を分ける誘電体１０の大気側にＭＳＡ４が設置されることによって、近接場による円盤状電極３の端部での高密度プラズマの生成が抑制される。また、円盤状電極３の腐食による特性の変化や円盤状電極３の腐食反応生成物による試料の汚染も防止できる。本実施例では、誘電体１０として厚み３５ｍｍの石英円盤を用いた。
【００２０】
また、本装置では、円盤状電極３に印加する高周波としてＵＨＦ帯の高周波を用いることによって、低圧低密度のプラズマでも安定なプラズマを形成できる。さらに、均一プラズマ形成に最適な軸対象のプラズマが形成できるよう次の二つの工夫がしてある。一点目は本実施例のアンテナ（ＭＳＡ）４で図３のような軸対称のＴＭ０１モードが共振できるよう円盤状電極３に印加するＵＨＦ波の周波数、円盤状電極３の径、誘電体円盤２の材料および厚みを設定している。本実施例では、ＵＨＦ波の周波数を４５０ＭＨｚ、円盤状電極３の径を２５５ｍｍ、誘電体２として厚み２０mmのアルミナを用いた。二点目は円盤状電極３に軸対象に高周波を給電できるよう、給電部１１を円錐形状にし、円錐の頂点からアンテナに給電する構造になっている。また、本装置では、金属汚染対策として石英の内筒１２を入れている。このような誘電体性の内筒１２を入れる場合、内筒が少しでも偏心して、設置されると、プラズマが軸対象からずれる問題がある。この問題を解決するためには、アース電位に接地された導体円筒１３を設け、かつ、図１中にアース折返し高さとして定義される内筒１２と導体円筒１３の重なり部分の長さを10mm以上にすることで、完全に防止できることがわかった。
【００２１】
本装置を用いて塩素ガスプラズマの放電特性を評価した結果を図４に示す。また、比較のために従来の有磁場マイクロ波プラズマ発生装置の放電特性も図４に示す。図４に示したとおり、従来の有磁場マイクロ波プラズマでは、圧力が低いほど、またイオン電流密度が低いほど、放電が不安定となってしまった。しかし、本発明のように、ＵＨＦ帯の周波数を、本実施例のアンテナ（ＭＳＡ）に印加することで、従来の有磁場マイクロ波プラズマ発生装置では実現できなかった低圧低イオン電流の領域でも、安定で均一な放電ができるようになった。
【００２２】
なお、実施例１のアンテナ構造では、図６に示すように中心の電界強度が強いため、磁場がないか、もしくは、磁場が非常に弱い場合、中心でのプラズマ密度が高くなる。したがって、さらに高均一のプラズマを得るためには、外周のプラズマ密度を増大させるか、もしくは、中心のプラズマ密度を低下させる必要がある。外周のプラズマ密度を増加させるＥＣＲ磁場の調整方法を実施例２で、中心のプラズマ密度を低下させる方法を実施例３でそれぞれ説明する。
【００２３】
（実施例２）
本実施例は、上述のように、外周のプラズマ密度を増加させるＥＣＲ磁場の形成方法について述べる。
【００２４】
図７は実施例１のアンテナ構造の場合の電界の向きを示している。本構造では外周部で横向き、中心部で縦向きの電界が生じる。このため、図８のように、電子サイクロトロン共鳴の生じるレベル大きさの縦向きの磁場がある場合、電界と磁場が直交する外周で強い共鳴が生じるため、外周のプラズマ密度を増加させることができる。このような、磁場を作るためには、図８のソレノイドコイル６のように、上端面が円盤状導体３より高く、下端面がシャワープレート下端より低く、アンテナからシャワープレートの外周を覆うようなソレノイドコイルを搭載する必要がある。このソレノイドコイル６の電流の大きさを調節し、縦向きの磁場の大きさを、増減させることによって、イオン電流密度の分布を調整できる。
【００２５】
例えば条件１のように磁場強度が弱く電子サクロトロン共鳴を起こす領域（以下ＥＣＲ面と略す）が真空処理室外部にある場合は、図９のように中心高のイオン電流密度分布に、また、条件３のように磁場強度が強くＥＣＲ面が真空処理室内部に完全に入る場合には、外周高分布になる。特に磁場強度が外周で強く、外周のみにＥＣＲ面がある場合（条件２）、図９のように高均一性のプラズマが実現できる。
【００２６】
（実施例３）
本実施例では、前述したとおり、中心のプラズマ密度を低下させる方法を説明する。
【００２７】
図１０のような発散磁場を用いた場合、プラズマが磁場に沿って外周方向に拡散していくため、中心のプラズマ密度を低減できる。このような発散磁場を作るには、内径の小さいソレノイドコイル１４をＭＳＡ４の上部に設置することによって実現できることがわかった。
【００２８】
図１１にソレノイドコイル１４の内径と均一性の関係を示す。ソレノイドコイルの内径がアンテナ径より大きい場合、コイル電流を大きくしてもイオン電流密度のウエーハ面内分布は中高を示す正の値をとる。内径がアンテナ径２５５ｍｍより小さくなるになるところから、コイル電流に依存して均一性が変化するようになり、電流を増やすにしたがって、中高分布を示す正の均一性から、ウエーハ面内分布が均一であることを示す均一性０％、さらに外高分布を示す負の均一性にまで調整できるようになることがわかる。このことから、均一なプラズマを作るためには内径がアンテナ径より小さいソレノイドコイル１４を設置することが適していることがわかった。
【００２９】
（実施例４）
本実施例では、ＥＣＲ面の凸型形状とイオン電流密度の関係について示す。
【００３０】
実施例２および３のソレノイドコイルを用いて、イオン電流密度の面内分布の均一化を図った。二つのソレノイドコイルの電流を調整し、図１２に示すようにＥＣＲ面がフラットな磁場（条件１）、下に凸になるように調整した磁場（条件２）、さらに曲率を大きくし、外周部のＥＣＲ面が真空処理室の外にでる磁場（条件３）の場合のイオン電流密度の面内分布を図１３に示す。ＥＣＲ面の曲率が大きい条件においても、外周部のＥＣＲ面が真空処理室の外にでない場合は、外周高の分布しか得られない。ＥＣＲ面の外周部が真空処理室外部にでる条件でのみ、均一から中高の分布がえられることがわかった。
【００３１】
次に、ＥＣＲ面を上に凸にして、イオン電流密度の面内分布を測定した。この装置構成においても実施例２の場合と同様ＥＣＲ面の中心部が真空処理室の外にでる条件でのみイオン電流密度の面内分布が均一になることが確認された。
【００３２】
（実施例５）
本実施例では、外高のイオン電流密度分布を低下させて、面内均一性を高める方法を示す。
【００３３】
実施例２の条件３の上凸型磁場でも、イオン電流密度を均一にできる方法として、次の方法がある。図１４のように円盤状電極１にリング上の空洞部１５を設けることで、円盤状電極３の外周の電界強度を低減し、外周のイオン電流密度を低下させる方法である。この時の試料８上のイオン電流密度の面内分布を図１５に示す。空洞の大きさが３０ｍｍ以上にすることで、外周のプラズマ密度が低下し、外高分布が緩和されるがわかった。また、この時、プラズマ密度自身も増大することがわかった。
【００３４】
（実施例６）
本実施例では、プラズマ放電の着火とプラズマ処理のＥＣＲ面との関係について示す。
【００３５】
実施例３の下凸ＥＣＲ磁場を用いた場合、プラズマの着火性が悪い問題がある。この問題を解決するため、ＥＣＲ面が上に凸になるような磁場分布、即ちアンテナから見て凹型のＥＣＲ面となるような状態でプラズマを着火させ、その後、イオン電流密度の面内分布が均一になるように磁場分布を調整する方法を検討した。
【００３６】
ＥＣＲ面の上凸の曲率を大きくするためには、図１６のソレノイドコイル１６のようにアンテナ面より下に、処理室径より大きな内径のソレノイドコイルを設け、これに高電流を流すことによって達成される。このようなコイルを用いて、上に凸のＥＣＲ磁場を作り、１２００ＷのＵＨＦ電力を１秒間投入してプラズマを着火させ、その後、下凸ＥＣＲ磁場即ちアンテナから見て凸型のＥＣＲ面となるような磁場分布に切替えて均一なプラズマを生成した。これにより、良好な着火性と安定な均一放電が持続されることが確認された。
【００３７】
なお、実施例２〜６の磁場制御によるプラズマの均一化およびプラズマ着火性の改善についてはゲート・メタルなどの配線材料のエッチングだけでなく、酸化膜、低誘電率膜などの絶縁膜材料のエッチングにおいても効果がある。
【００３８】
（実施例７）
実施例３の装置において測定したイオン電流密度および下凸ＥＣＲ磁場の曲率とイオン電流密度の面内分布の均一性との関係を図１７に示す。下凸ＥＣＲ磁場の曲率が同じ条件で、ＵＨＦ電力高くしてイオン電流密度を増やした場合、イオン電流密度面内分布の均一性が中高を表わす正から外周高を表わす負に変化することがわかる。
【００３９】
このことから、多層膜構造の試料のエッチングを想定すると、エッチング中に被エッチング材料が変化するため、プラズマ中に放出されるエッチング反応生成物の種類が変わることによって、イオン電流密度が変化し、イオン電流密度の面内均一性が低下することが予想される。したがって、多層構造の試料のエッチング中でも、均一なイオン電流密度の面内分布を維持するためには、イオン電流密度の変化に伴って、下凸ＥＣＲ磁場の曲率を変える必要がある。
【００４０】
これに対応するため、図１８のように、試料に印加するバイアスのパワーとピークｔｏピーク電圧（バイアス電圧の最小値と最大値の差）の関係からイオン電流密度を計算し、その結果を用いて下凸ＥＣＲ磁場の曲率の最適値を計算し、ソレノイドコイル電流にフィードバックするシステムを開発した。本システムを用いて、エッチングすることによって多層構造の試料のエッチング中でも、イオン電流密度面内分布を均一に保つことができる。
【００４１】
（実施例８）
本実施例では、多層配線のエッチングを行った例を示す。実施例７の装置を用いて多層構造のメタル配線のエッチングを行なった。被エッチング試料としては、図１９に示すように、ゲート配線上にＣＶＤで堆積させた酸化シリコン１５上に、窒化チタン（ＴｉＮ）１８、アルミニウム・銅・シリコン混晶（Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）１９、窒化チタン（ＴｉＮ）２０の順で堆積させ、その上にレジストマスク２１を形成させた構造のものを用いた。この試料を、Ｃｌ２とＢＣｌ３、ＣＨ４４％Ａｒ希釈ガス（以下ＮＲと略す）の混合ガスのプラズマを用いて０．５Ｐａの低圧で、１ｍＡ／ｃｍ２の低イオン電流密度の得られるＵＨＦ電力８００Ｗの条件で、試料には４０Ｗの８００ＫＨｚのＲＦバイアスを印加してエッチングした。エッチング後、ＣＦ４とＯ２の混合ガスプラズマでレジストをアッシング除去し、ＮＭＤ−３でウエット処理した後の形状を図２０に示す。
【００４２】
図２０に示した疎パターンのＣＤゲインと試料−シャワープレート間の距離の関係を測定した。その結果を図２１に示す。なお、ＣＤゲインとは、図２０に示した通り、エッチングパターン寸法太り量（細り量）をいう。
【００４３】
シャワープレートと試料台の間の距離が１００ｍｍ以上となる従来装置のエッチング条件では、周辺のパターンに比べ、中心のパターンのＣＤゲインが大きくなる問題があったが、シャワープレートと試料台の間の距離を１００ｍｍ未満にすることで、中心パターンのＣＤゲインが低減され、周辺パターンと中心パターンのＣＤゲインの差が少くなることがわかる。また、この効果には図１中に示したのシャワープレート径も重要な要因であり、シャワープレート径１７０ｍｍでは、効果がなく、シャワープレート径がウエーハ径の３／４になるシャワープレート径１５０ｍｍ以下でＣＤゲイン低減の効果が現れることがわかった。シャワープレート径１００ｍｍでは試料−シャワープレート間の距離を６０ｍｍにまで短くすることによって、ＣＤゲインの面内差のない加工が行なえることがわかった。
【００４４】
シャワープレート径１００ｍｍ、試料―シャワープレート間の距離６０ｍｍの条件でエッチングした試料のゲートの破壊を測定した結果を図２２に示す。ゲート破壊を受けたＩＣチップを示す黒い部分が全く見られない。すなわち、１ｍＡ／ｃｍ２以下の低イオン電流密度にすることによって、異方性加工の可能な０．５Ｐａ以下の低圧でもゲート破壊のないエッチングを実現できることがわかった。
【００４５】
ここでは、メタルのエッチングについて述べたが、本実施例の試料―シャワープレート間距離の効果や、低圧低イオン電流におけるエッチングの効果は、ゲートのエッチングでも同様である。
【００４６】
なお、上記の密パターンとは、例えばＤＲＡＭではメモリマット部の配線パターンをいい、疎パターンとは、周辺回路部の配線パターンをいう。
【００４７】
（実施例９）
図２３はＣＭＯＳゲート加工工程の流れを示す図である。まず、ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜上にｉ−Ｐｏｌｙを堆積させる。このｉ−Ｐｏｌｙ上にフォトレジストを塗布してリソグラフィー技術によってパターニングを行いレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにしてＰ＋のイオン注入を行なった後、レジストを剥離してアニールを行うことによって、隣り合うｉ−Ｐｏｌｙ層 ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を形成する。このｉ−Ｐｏｌｙ／ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層上にＣＶＤによってＳｉ３Ｎ４を堆積させる。次にフォトレジストを塗布してリソグラフィー技術によってパターニングを行いレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにしてＳｉ３Ｎ４層をＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ混合ガスプラズマによって異方性エッチングする。さらにレジストをアッシング除去してＳｉ３Ｎ４マスクを形成する。このサンプルのｉ−Ｐｏｌｙ／ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層をＳｉ３Ｎ４をマスクとして、実施例２の装置を用いて、異方性エッチングを行った。異方性エッチングは、Ｃｌ２、Ｏ２、ＨＢｒの混合ガスを用いて０．１〜０．２Ｐａの低圧、１ｍＡ／ｃｍ２の低イオン電流密度の得られるＵＨＦ電力８００Ｗで、試料に８００ＫＨｚ・４０ＷのＲＦバイアスを印加して行った。本装置でエッチングすることによって、ｉ−Ｐｏｌｙパターンとｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉパターンで形状差のないエッチングが行えた。次に残ったＳｉ３Ｎ４／Ｐｏｌｙ−Ｓｉパターンをマスクにリンのドーピング工程を行いＣＭＯＳゲートを形成させた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の構成とすることにより、異方性加工の可能な０．５Ｐａ以下の低圧でも１ｍＡ／ｃｍ２以下の均一かつ低イオン電流密度のプラズマが実現できるため、ゲート破壊のない均一なエッチングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドライエッチング装置の一例。
【図２】マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）構造。
【図３】ＴＭ０１モードＭＳＡの円盤状電極３上の電界。
【図４】図１の装置の放電安定性のマップ。
【図５】イオン電流密度のＵＨＦ周波数依存性。
【図６】図１の装置中の放射電界強度の分布。
【図７】図１の装置中の放射電界の向き。
【図８】図１の装置中の磁力線およびＥＣＲ面の例。
【図９】磁場によるイオン電流密度面内分布の変化。
【図１０】ソレノイドコイル１４を備えた装置中の発散磁場の場合の磁力線の例。
【図１１】ソレノイドコイルの内径とイオン電流密度面内分布の均一性の関係。
【図１２】図１０の装置中のＥＣＲ面の例。
【図１３】磁場によるイオン電流密度の面内分布の変化。
【図１４】アース導体に空洞部を設けたドライエッチング装置の例。
【図１５】図１４の装置のイオン電流密度の面内分布。
【図１６】ソレノイドコイル１６を備えた装置の例。
【図１７】下凸磁場の曲率とイオン電流密度の面内分布の均一性の関係。
【図１８】多層膜エッチング中のイオン電流面内分布を均一に保つためのフードバック回路の例。
【図１９】メタル配線の被エッチング試料の断面構造。
【図２０】エッチング、レジストアッシング除去、および、ウエット処理後のメタル配線の断面構造。
【図２１】試料―シャワープレート間距離と疎パターンＣＤゲインの関係。
【図２２】本発明の装置でエッチングしたメタル配線試料におけるゲート破壊の状況。
【図２３】ＣＭＯＳゲート加工工程の流れ。
【符号の説明】
１…円盤状電極、２…誘電体、３…円盤状電極、４…ＭＳＡ、５、６…ソレノイドコイル、７…試料台、８…試料、９…シャワープレート、１０…誘電体、１１…円錐状給電部、１２…石英内筒、１３…導体円筒、１４…ソレノイドコイル、１５…空洞部、１６…ソレノイドコイル、１７…酸化シリコン、１８…窒化チタン、１９…アルミニウム・銅・シリコンの混晶、２０…窒化チタン、２１…レジストマスク。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を製造する際のドライエッチング工程に用いられる有磁場プラズマ発生装置、およびこの有磁場プラズマ発生装置を用いた半導体装置の配線等のドライエッチング工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造の際に用いられるプラズマ処理の工程に、有磁場プラズマ発生装置が用いられてきた。この有磁場プラズマ発生装置については、例えば特開平８−３３７８８７や特開平９−３２１０３１に記載されている。
【０００３】
特開平８−３３７８８７は、図２に示すようにアースに接地された円盤状電極１と誘電体２および誘電体を介して対向する面に設置された高周波の印加された円盤状電極３よりなるマイクロストリップアンテナ（以下ＭＳＡと略する）に、高周波としてマイクロ波を供給した際にＭＳＡから放射される電磁波と、ソレノイドコイルによって形成される磁場との電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）によって、真空処理室内に反応性ガスのプラズマを形成するものである。このプラズマを、試料台上に保持された試料に照射することによって試料を加工する。反応性ガスは、試料に対向する面に設置された誘電体のシャワープレート構造から供給される。また、ＭＳＡは真空処理室の内部と外部を分ける誘電体の大気側に設置される構造になっている。
【０００４】
特開平９−３２１０３１は、真空処理室内に設置したＭＳＡにＵＨＦ波を供給することによってＭＳＡから放射される電磁波と、ソレノイドコイルによって形成される磁場のＥＣＲ共鳴によって、プラズマを形成するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年半導体の微細加工では、異方性エッチングのために０．５Ｐａ以下の低圧力での処理が必須になっている。また、チャージアップによるゲート破壊防止のため、ゲート配線やゲート配線に電気的につながったメタル配線をエッチングする場合、（１）ウエーハ上のイオン電流密度を低減することと（２）イオン電流密度の面内分布を均一にすることの二つが重要になっている。
【０００６】
しかし、従来の有磁場プラズマ発生装置では、低圧力の条件で、低イオン電流密度で安定均一な放電をさせることが難しかった。前記の特開平８−３３７８８７は、マイクロ波を用いているため、波長が処理室に対して短く、処理室内では複数のモードのプラズマが存在可能である。そのため、低圧低イオン電流の条件では、プラズマが存在可能なモード間で頻繁に転位し、放電が安定しないことがわかった。また、前記の特開平９−３２１０３１は、ＭＳＡを真空処理室内部に設置しているため、近接場によるＭＳＡの円盤状電極３の端部の強電界によって、アンテナ端部の付近で高密度のプラズマが生成され、低圧領域で均一なプラズマを生成できないことがわかった。
【０００７】
また、イオン電流密度の面内分布が不均一になってしまうと、面内のエッチング速度が不均一になってしまい、ひいては歩留まりに影響してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、イオン電流密度やエッチング速度の面内分布が均一で、低圧の条件で、かつの低イオン電流密度で安定な均一な放電のできる有磁場プラズマ発生装置及びこの装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、（１）分離板を介した真空処理室外部に設置したアンテナ（ＭＳＡ）に３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下のＵＨＦ波を供給することによってＭＳＡから放射される電磁波と、ソレノイドコイルによって形成される磁場のＥＣＲ共鳴によって、プラズマを形成する方式を用いることで達成される。ＵＨＦ波を用いているため、波長が処理室内径と同等となり、単一モードのプラズマしか存在できない。そのため、モード間転位によるプラズマの不安定がなくなる。また、真空処理室の内部と真空処理室内よりも圧力が高い大気側の外部を分ける誘電体（分離板）の大気側にＭＳＡを設置した構造にすることで、近接場による円盤状電極ＭＳＡ端部の、強電界による高密度プラズマの生成が抑制され、低圧でも均一なプラズマが生成できる。なお、本明細書では、ＵＨＦ帯とは、３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の周波数領域をいう。
【００１０】
また、ガスを供給するシャワープレートと試料台との距離を１００ｍｍ未満とすることで、密パターンと疎パターンのＣＤゲインの差が小さくなる効果がある。さらに、シャワープレート径をウエハー径の３／４以下とすることで、さらにＣＤゲインの差を小さくすることが可能となる。
【００１１】
（２）また、ＵＨＦ帯の周波数を用い、０．１Ｐａ〜０．５Ｐａの低圧の条件で、かつ、０．６ｍＡ／ｃｍ２〜２ｍＡ／ｃｍ２の低イオン電流密度でプラズマ処理を行うことで達成される。０．１Ｐａ以上の圧力、かつイオン電流密度０．６ｍＡ／ｃｍ２以上とすることで、実用的なエッチング速度を維持することができる。一方、チャージアップ低減のため、イオン電流密度は２ｍＡ／ｃｍ２以下とすることが、また異方性エッチングを達成するため、０．５Ｐａ以下の圧力とすることが必要である。
【００１２】
ここで、０．５Ｐａの条件でＭＳＡに印加する周波数を変化させた場合の放電特性を図５に示す。周波数が１ＧＨｚ以上では、０．５Ｐａ以下の低圧では、放電不安定の問題があるため、２ｍＡ／ｃｍ２以下の低密度領域が実現できない。また、周波数３００ＭＨｚ以下の周波数では、電磁波の放射効率が悪いため、近接場電界によるプラズマ発生のない本構造では、プラズマ放電が維持できない。すなわち、０．５Ｐａの低圧で２ｍＡ／ｃｍ２以下の低イオン電流密度のプラズマを効率的に生成できるのは、３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の領域に限られることがわかる。
【００１３】
（３）さらに、アンテナからみて凸型のＥＣＲ面になるような磁場分布を形成して、プラズマ処理することによって達成される。特に、ＥＣＲ面とシャワープレートとの交点がアンテナ径よりも内側になると効果的である。このようにすることで、ＥＣＲ共鳴が中心部で生じ、中心部のプラズマ密度が増加し、均一な分布を形成できる。
【００１４】
具体的には、アンテナの上方に小径コイルを設置する。この小径コイルの内径は、アンテナ径よりも小さくする。
【００１５】
また、プラズマ放電を着火する際には、アンテナから見て凹型のＥＣＲ面となるようにし、着火後凸型のＥＣＲ面となるように制御すると良い。プラズマ放電の着火性は、凸型のＥＣＲ面の場合には悪く、凹型のＥＣＲ面の場合は良好だからである。特に、ＥＣＲ面とシャワープレートとの交点がアンテナ径の外側になる場合、着火性が向上する。このようなＥＣＲ面の凹凸面の制御は、試料台外周部の磁場コイルを制御することで行うことができる。
【００１６】
（４）さらに、特にプラズマ密度が外高分布となっている場合、アンテナ裏面に高さが３０ｍｍ以上の空洞部を設けることで、達成される。このようにすることで、電界の外周での集中を緩和し、プラズマ密度の外高分布を解消することができる。そして、イオン電流密度の面内分布が均一化され、エッチング速度の面内均一化が図れるようになる。
【００１７】
（５）また、エッチング中のプラズマ密度の変化をモニタリングし、プラズマ密度が増加した場合はアンテナから見て凸型のＥＣＲの曲率を増加させ、逆にプラズマ密度が減少した場合は、アンテナから見て凸型のＥＣＲの曲率を減少させるように、磁場コイルにフィードバックをかけることによっても達成される。特に、プラズマ密度が増加すると外周高プラズマ分布となり、プラズマ密度が減少すると中心高プラズマ分布となるからである。多層膜をエッチングする際は、被エッチング膜の種類に伴い、プラズマ中に放出される反応生成物が変化し、プラズマ密度が変化するため、特に多層膜をエッチングする際、このようにモニタリングすると効果的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明のドライエッチング装置の一例である。
【００１９】
この装置では、ＭＳＡ４から放射される電磁波と、ソレノイドコイル５，６によって形成される磁場との電子サイクロトロン共鳴によって、真空処理室内に反応性ガスのプラズマが形成される。このプラズマを、試料台７上に保持された試料８に照射することによって試料８を加工する。反応性ガスは、試料に対向する面に設置されたシャワープレート９から供給することによって、均一な反応性ガスの供給が可能である。また、真空処理室の内部と外部を分ける誘電体１０の大気側にＭＳＡ４が設置されることによって、近接場による円盤状電極３の端部での高密度プラズマの生成が抑制される。また、円盤状電極３の腐食による特性の変化や円盤状電極３の腐食反応生成物による試料の汚染も防止できる。本実施例では、誘電体１０として厚み３５ｍｍの石英円盤を用いた。
【００２０】
また、本装置では、円盤状電極３に印加する高周波としてＵＨＦ帯の高周波を用いることによって、低圧低密度のプラズマでも安定なプラズマを形成できる。さらに、均一プラズマ形成に最適な軸対象のプラズマが形成できるよう次の二つの工夫がしてある。一点目は本実施例のアンテナ（ＭＳＡ）４で図３のような軸対称のＴＭ０１モードが共振できるよう円盤状電極３に印加するＵＨＦ波の周波数、円盤状電極３の径、誘電体円盤２の材料および厚みを設定している。本実施例では、ＵＨＦ波の周波数を４５０ＭＨｚ、円盤状電極３の径を２５５ｍｍ、誘電体２として厚み２０mmのアルミナを用いた。二点目は円盤状電極３に軸対象に高周波を給電できるよう、給電部１１を円錐形状にし、円錐の頂点からアンテナに給電する構造になっている。また、本装置では、金属汚染対策として石英の内筒１２を入れている。このような誘電体性の内筒１２を入れる場合、内筒が少しでも偏心して、設置されると、プラズマが軸対象からずれる問題がある。この問題を解決するためには、アース電位に接地された導体円筒１３を設け、かつ、図１中にアース折返し高さとして定義される内筒１２と導体円筒１３の重なり部分の長さを10mm以上にすることで、完全に防止できることがわかった。
【００２１】
本装置を用いて塩素ガスプラズマの放電特性を評価した結果を図４に示す。また、比較のために従来の有磁場マイクロ波プラズマ発生装置の放電特性も図４に示す。図４に示したとおり、従来の有磁場マイクロ波プラズマでは、圧力が低いほど、またイオン電流密度が低いほど、放電が不安定となってしまった。しかし、本発明のように、ＵＨＦ帯の周波数を、本実施例のアンテナ（ＭＳＡ）に印加することで、従来の有磁場マイクロ波プラズマ発生装置では実現できなかった低圧低イオン電流の領域でも、安定で均一な放電ができるようになった。
【００２２】
なお、実施例１のアンテナ構造では、図６に示すように中心の電界強度が強いため、磁場がないか、もしくは、磁場が非常に弱い場合、中心でのプラズマ密度が高くなる。したがって、さらに高均一のプラズマを得るためには、外周のプラズマ密度を増大させるか、もしくは、中心のプラズマ密度を低下させる必要がある。外周のプラズマ密度を増加させるＥＣＲ磁場の調整方法を実施例２で、中心のプラズマ密度を低下させる方法を実施例３でそれぞれ説明する。
【００２３】
（実施例２）
本実施例は、上述のように、外周のプラズマ密度を増加させるＥＣＲ磁場の形成方法について述べる。
【００２４】
図７は実施例１のアンテナ構造の場合の電界の向きを示している。本構造では外周部で横向き、中心部で縦向きの電界が生じる。このため、図８のように、電子サイクロトロン共鳴の生じるレベル大きさの縦向きの磁場がある場合、電界と磁場が直交する外周で強い共鳴が生じるため、外周のプラズマ密度を増加させることができる。このような、磁場を作るためには、図８のソレノイドコイル６のように、上端面が円盤状導体３より高く、下端面がシャワープレート下端より低く、アンテナからシャワープレートの外周を覆うようなソレノイドコイルを搭載する必要がある。このソレノイドコイル６の電流の大きさを調節し、縦向きの磁場の大きさを、増減させることによって、イオン電流密度の分布を調整できる。
【００２５】
例えば条件１のように磁場強度が弱く電子サクロトロン共鳴を起こす領域（以下ＥＣＲ面と略す）が真空処理室外部にある場合は、図９のように中心高のイオン電流密度分布に、また、条件３のように磁場強度が強くＥＣＲ面が真空処理室内部に完全に入る場合には、外周高分布になる。特に磁場強度が外周で強く、外周のみにＥＣＲ面がある場合（条件２）、図９のように高均一性のプラズマが実現できる。
【００２６】
（実施例３）
本実施例では、前述したとおり、中心のプラズマ密度を低下させる方法を説明する。
【００２７】
図１０のような発散磁場を用いた場合、プラズマが磁場に沿って外周方向に拡散していくため、中心のプラズマ密度を低減できる。このような発散磁場を作るには、内径の小さいソレノイドコイル１４をＭＳＡ４の上部に設置することによって実現できることがわかった。
【００２８】
図１１にソレノイドコイル１４の内径と均一性の関係を示す。ソレノイドコイルの内径がアンテナ径より大きい場合、コイル電流を大きくしてもイオン電流密度のウエーハ面内分布は中高を示す正の値をとる。内径がアンテナ径２５５ｍｍより小さくなるになるところから、コイル電流に依存して均一性が変化するようになり、電流を増やすにしたがって、中高分布を示す正の均一性から、ウエーハ面内分布が均一であることを示す均一性０％、さらに外高分布を示す負の均一性にまで調整できるようになることがわかる。このことから、均一なプラズマを作るためには内径がアンテナ径より小さいソレノイドコイル１４を設置することが適していることがわかった。
【００２９】
（実施例４）
本実施例では、ＥＣＲ面の凸型形状とイオン電流密度の関係について示す。
【００３０】
実施例２および３のソレノイドコイルを用いて、イオン電流密度の面内分布の均一化を図った。二つのソレノイドコイルの電流を調整し、図１２に示すようにＥＣＲ面がフラットな磁場（条件１）、下に凸になるように調整した磁場（条件２）、さらに曲率を大きくし、外周部のＥＣＲ面が真空処理室の外にでる磁場（条件３）の場合のイオン電流密度の面内分布を図１３に示す。ＥＣＲ面の曲率が大きい条件においても、外周部のＥＣＲ面が真空処理室の外にでない場合は、外周高の分布しか得られない。ＥＣＲ面の外周部が真空処理室外部にでる条件でのみ、均一から中高の分布がえられることがわかった。
【００３１】
次に、ＥＣＲ面を上に凸にして、イオン電流密度の面内分布を測定した。この装置構成においても実施例２の場合と同様ＥＣＲ面の中心部が真空処理室の外にでる条件でのみイオン電流密度の面内分布が均一になることが確認された。
【００３２】
（実施例５）
本実施例では、外高のイオン電流密度分布を低下させて、面内均一性を高める方法を示す。
【００３３】
実施例２の条件３の上凸型磁場でも、イオン電流密度を均一にできる方法として、次の方法がある。図１４のように円盤状電極１にリング上の空洞部１５を設けることで、円盤状電極３の外周の電界強度を低減し、外周のイオン電流密度を低下させる方法である。この時の試料８上のイオン電流密度の面内分布を図１５に示す。空洞の大きさが３０ｍｍ以上にすることで、外周のプラズマ密度が低下し、外高分布が緩和されるがわかった。また、この時、プラズマ密度自身も増大することがわかった。
【００３４】
（実施例６）
本実施例では、プラズマ放電の着火とプラズマ処理のＥＣＲ面との関係について示す。
【００３５】
実施例３の下凸ＥＣＲ磁場を用いた場合、プラズマの着火性が悪い問題がある。この問題を解決するため、ＥＣＲ面が上に凸になるような磁場分布、即ちアンテナから見て凹型のＥＣＲ面となるような状態でプラズマを着火させ、その後、イオン電流密度の面内分布が均一になるように磁場分布を調整する方法を検討した。
【００３６】
ＥＣＲ面の上凸の曲率を大きくするためには、図１６のソレノイドコイル１６のようにアンテナ面より下に、処理室径より大きな内径のソレノイドコイルを設け、これに高電流を流すことによって達成される。このようなコイルを用いて、上に凸のＥＣＲ磁場を作り、１２００ＷのＵＨＦ電力を１秒間投入してプラズマを着火させ、その後、下凸ＥＣＲ磁場即ちアンテナから見て凸型のＥＣＲ面となるような磁場分布に切替えて均一なプラズマを生成した。これにより、良好な着火性と安定な均一放電が持続されることが確認された。
【００３７】
なお、実施例２〜６の磁場制御によるプラズマの均一化およびプラズマ着火性の改善についてはゲート・メタルなどの配線材料のエッチングだけでなく、酸化膜、低誘電率膜などの絶縁膜材料のエッチングにおいても効果がある。
【００３８】
（実施例７）
実施例３の装置において測定したイオン電流密度および下凸ＥＣＲ磁場の曲率とイオン電流密度の面内分布の均一性との関係を図１７に示す。下凸ＥＣＲ磁場の曲率が同じ条件で、ＵＨＦ電力高くしてイオン電流密度を増やした場合、イオン電流密度面内分布の均一性が中高を表わす正から外周高を表わす負に変化することがわかる。
【００３９】
このことから、多層膜構造の試料のエッチングを想定すると、エッチング中に被エッチング材料が変化するため、プラズマ中に放出されるエッチング反応生成物の種類が変わることによって、イオン電流密度が変化し、イオン電流密度の面内均一性が低下することが予想される。したがって、多層構造の試料のエッチング中でも、均一なイオン電流密度の面内分布を維持するためには、イオン電流密度の変化に伴って、下凸ＥＣＲ磁場の曲率を変える必要がある。
【００４０】
これに対応するため、図１８のように、試料に印加するバイアスのパワーとピークｔｏピーク電圧（バイアス電圧の最小値と最大値の差）の関係からイオン電流密度を計算し、その結果を用いて下凸ＥＣＲ磁場の曲率の最適値を計算し、ソレノイドコイル電流にフィードバックするシステムを開発した。本システムを用いて、エッチングすることによって多層構造の試料のエッチング中でも、イオン電流密度面内分布を均一に保つことができる。
【００４１】
（実施例８）
本実施例では、多層配線のエッチングを行った例を示す。実施例７の装置を用いて多層構造のメタル配線のエッチングを行なった。被エッチング試料としては、図１９に示すように、ゲート配線上にＣＶＤで堆積させた酸化シリコン１５上に、窒化チタン（ＴｉＮ）１８、アルミニウム・銅・シリコン混晶（Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）１９、窒化チタン（ＴｉＮ）２０の順で堆積させ、その上にレジストマスク２１を形成させた構造のものを用いた。この試料を、Ｃｌ２とＢＣｌ３、ＣＨ４４％Ａｒ希釈ガス（以下ＮＲと略す）の混合ガスのプラズマを用いて０．５Ｐａの低圧で、１ｍＡ／ｃｍ２の低イオン電流密度の得られるＵＨＦ電力８００Ｗの条件で、試料には４０Ｗの８００ＫＨｚのＲＦバイアスを印加してエッチングした。エッチング後、ＣＦ４とＯ２の混合ガスプラズマでレジストをアッシング除去し、ＮＭＤ−３でウエット処理した後の形状を図２０に示す。
【００４２】
図２０に示した疎パターンのＣＤゲインと試料−シャワープレート間の距離の関係を測定した。その結果を図２１に示す。なお、ＣＤゲインとは、図２０に示した通り、エッチングパターン寸法太り量（細り量）をいう。
【００４３】
シャワープレートと試料台の間の距離が１００ｍｍ以上となる従来装置のエッチング条件では、周辺のパターンに比べ、中心のパターンのＣＤゲインが大きくなる問題があったが、シャワープレートと試料台の間の距離を１００ｍｍ未満にすることで、中心パターンのＣＤゲインが低減され、周辺パターンと中心パターンのＣＤゲインの差が少くなることがわかる。また、この効果には図１中に示したのシャワープレート径も重要な要因であり、シャワープレート径１７０ｍｍでは、効果がなく、シャワープレート径がウエーハ径の３／４になるシャワープレート径１５０ｍｍ以下でＣＤゲイン低減の効果が現れることがわかった。シャワープレート径１００ｍｍでは試料−シャワープレート間の距離を６０ｍｍにまで短くすることによって、ＣＤゲインの面内差のない加工が行なえることがわかった。
【００４４】
シャワープレート径１００ｍｍ、試料―シャワープレート間の距離６０ｍｍの条件でエッチングした試料のゲートの破壊を測定した結果を図２２に示す。ゲート破壊を受けたＩＣチップを示す黒い部分が全く見られない。すなわち、１ｍＡ／ｃｍ２以下の低イオン電流密度にすることによって、異方性加工の可能な０．５Ｐａ以下の低圧でもゲート破壊のないエッチングを実現できることがわかった。
【００４５】
ここでは、メタルのエッチングについて述べたが、本実施例の試料―シャワープレート間距離の効果や、低圧低イオン電流におけるエッチングの効果は、ゲートのエッチングでも同様である。
【００４６】
なお、上記の密パターンとは、例えばＤＲＡＭではメモリマット部の配線パターンをいい、疎パターンとは、周辺回路部の配線パターンをいう。
【００４７】
（実施例９）
図２３はＣＭＯＳゲート加工工程の流れを示す図である。まず、ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜上にｉ−Ｐｏｌｙを堆積させる。このｉ−Ｐｏｌｙ上にフォトレジストを塗布してリソグラフィー技術によってパターニングを行いレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにしてＰ＋のイオン注入を行なった後、レジストを剥離してアニールを行うことによって、隣り合うｉ−Ｐｏｌｙ層 ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層を形成する。このｉ−Ｐｏｌｙ／ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層上にＣＶＤによってＳｉ３Ｎ４を堆積させる。次にフォトレジストを塗布してリソグラフィー技術によってパターニングを行いレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにしてＳｉ３Ｎ４層をＣＨＦ３／Ｏ２／Ａｒ混合ガスプラズマによって異方性エッチングする。さらにレジストをアッシング除去してＳｉ３Ｎ４マスクを形成する。このサンプルのｉ−Ｐｏｌｙ／ｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層をＳｉ３Ｎ４をマスクとして、実施例２の装置を用いて、異方性エッチングを行った。異方性エッチングは、Ｃｌ２、Ｏ２、ＨＢｒの混合ガスを用いて０．１〜０．２Ｐａの低圧、１ｍＡ／ｃｍ２の低イオン電流密度の得られるＵＨＦ電力８００Ｗで、試料に８００ＫＨｚ・４０ＷのＲＦバイアスを印加して行った。本装置でエッチングすることによって、ｉ−Ｐｏｌｙパターンとｎ＋Ｐｏｌｙ−Ｓｉパターンで形状差のないエッチングが行えた。次に残ったＳｉ３Ｎ４／Ｐｏｌｙ−Ｓｉパターンをマスクにリンのドーピング工程を行いＣＭＯＳゲートを形成させた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の構成とすることにより、異方性加工の可能な０．５Ｐａ以下の低圧でも１ｍＡ／ｃｍ２以下の均一かつ低イオン電流密度のプラズマが実現できるため、ゲート破壊のない均一なエッチングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドライエッチング装置の一例。
【図２】マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）構造。
【図３】ＴＭ０１モードＭＳＡの円盤状電極３上の電界。
【図４】図１の装置の放電安定性のマップ。
【図５】イオン電流密度のＵＨＦ周波数依存性。
【図６】図１の装置中の放射電界強度の分布。
【図７】図１の装置中の放射電界の向き。
【図８】図１の装置中の磁力線およびＥＣＲ面の例。
【図９】磁場によるイオン電流密度面内分布の変化。
【図１０】ソレノイドコイル１４を備えた装置中の発散磁場の場合の磁力線の例。
【図１１】ソレノイドコイルの内径とイオン電流密度面内分布の均一性の関係。
【図１２】図１０の装置中のＥＣＲ面の例。
【図１３】磁場によるイオン電流密度の面内分布の変化。
【図１４】アース導体に空洞部を設けたドライエッチング装置の例。
【図１５】図１４の装置のイオン電流密度の面内分布。
【図１６】ソレノイドコイル１６を備えた装置の例。
【図１７】下凸磁場の曲率とイオン電流密度の面内分布の均一性の関係。
【図１８】多層膜エッチング中のイオン電流面内分布を均一に保つためのフードバック回路の例。
【図１９】メタル配線の被エッチング試料の断面構造。
【図２０】エッチング、レジストアッシング除去、および、ウエット処理後のメタル配線の断面構造。
【図２１】試料―シャワープレート間距離と疎パターンＣＤゲインの関係。
【図２２】本発明の装置でエッチングしたメタル配線試料におけるゲート破壊の状況。
【図２３】ＣＭＯＳゲート加工工程の流れ。
【符号の説明】
１…円盤状電極、２…誘電体、３…円盤状電極、４…ＭＳＡ、５、６…ソレノイドコイル、７…試料台、８…試料、９…シャワープレート、１０…誘電体、１１…円錐状給電部、１２…石英内筒、１３…導体円筒、１４…ソレノイドコイル、１５…空洞部、１６…ソレノイドコイル、１７…酸化シリコン、１８…窒化チタン、１９…アルミニウム・銅・シリコンの混晶、２０…窒化チタン、２１…レジストマスク。
Claims (21)
- 処理室と、
前記処理室内に設けられた、被加工物を設置するための試料台と、
前記処理室内のガスを排気する排気手段と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入手段と、
ＵＨＦ電源と、
前記ＵＨＦ電源と接続され、円盤状電極板を有するアンテナと、
前記処理室内に発生するプラズマを制御する磁場形成手段と、
前記アンテナと前記処理室とを分離する分離板とを有し、
前記ガス導入手段は、シャワープレート径が前記被加工物の径の３ / ４以下であるシャワープレートを備えることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１記載のドライエッチング装置において、
前記分離板は誘電体であることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１または２記載のドライエッチング装置において、
前記分離板は、前記アンテナ側を大気側とし、前記処理室側を真空側と分離するための分離板であることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１記載のドライエッチング装置において、
前記シャワープレートと前記試料台との距離は、１００ｍｍ未満であることを特徴とするドライエッチング装置。 - 処理室と、
前記処理室内に設置された、被エッチング物を設置する台と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入手段と、
前記処理室内のガスを排気する手段と、
前記処理室と、前記処理室内の圧力よりも高い圧力の第２の領域とに分離する分離板と、
前記第２の領域に配置されたマイクロストリップアンテナと、
該マイクロストリップアンテナに接続されたＵＨＦ電源と、
前記処理室の外周に設けられたコイルとを有し、
前記ガス導入手段は、シャワープレート径が前記被エッチング物の径の３ / ４以下であるシャワープレートを備えることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項５に記載のドライエッチング装置において、
前記ＵＨＦ電源は、周波数３００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下のＵＨＦ波を供給する電源であることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項５に記載のドライエッチング装置において、
前記マイクロストリップアンテナは、第１の円盤状電極板と、アース電極を構成する第２の円盤状電極板と、前記第１の円盤状電極板と第２の円盤状電極板との間に配置された誘電体板とを備えることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項５に記載のドライエッチング装置において、
前記マイクロストリップアンテナは、ＴＭ０１モードが共振できるように設定されていることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項５に記載のドライエッチング装置において、
前記ＵＨＦ電源からの電力を前記マイクロストリップアンテナに供給する給電部は、円錐形状に形成されていることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１に記載のドライエッチング装置において、
前記処理室内に設けられた、誘電体の内筒と、
前記処理室内に設けられ、アース電位に設置され、前記誘電体の内筒との高さの重なり部分が１０ｍｍ以上である導体の内筒とを有することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１に記載のドライエッチング装置において、
前記磁場形成手段は、前記アンテナと前記シャワープレートの外周部を覆うように設けられたコイルであることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１１に記載のドライエッチング装置において、
前記コイルは、上端面が前記導体より高く、下端面が前記シャワープレートよりも低く設けられていることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項９に記載のドライエッチング装置において、
前記マイクロストリップアンテナの上部に、前記アンテナの径よりも小さい径のコイルを有することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１に記載のドライエッチング装置において、
前記アンテナからみて凸型のＥＣＲ面を形成する手段とを有することを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１４に記載のドライエッチング装置において、
前記凸型のＥＣＲ面を形成する手段は、前記アンテナ上に設けられた、内径が２５５ｍｍ以下のソレノイドコイルであることを特徴とするドライエッチング装置。 - 処理室と、
前記処理室内に設けられた、被加工物を設置するための試料台と、
前記処理室内のガスを排気する排気手段と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入手段と、
ＵＨＦ電源と、
前記ＵＨＦ電源と接続されたアンテナと、
前記処理室内に発生するプラズマを制御する磁場形成手段と、
前記アンテナと前記処理室とを分離する分離板とを有し、
前記アンテナは、誘電体板と、該誘電体板に対して前記分離板側に配置された第１の円盤状電極板と、前記誘電体板に対して前記第１の円盤状電極板とは逆側に配置された第２の円盤状電極板とを有し、
前記第２の円盤状電極板は空洞部を有し、
前記ガス導入手段は、シャワープレート径が前記被加工物の径の３ / ４以下であるシャワープレートを備えることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１６に記載のドライエッチング装置において、
前記磁場形成手段は、前記アンテナの下部外周に設けられた、前記処理室の径よりも大きな内径のソレノイドコイルであることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１６または１７に記載のドライエッチング装置において、
前記磁場形成手段に加え、前記空洞部上に設けられ前記アンテナの径よりも小さな径のソレノイドコイルを備えたことを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１６に記載のドライエッチング装置において、
前記シャワープレート径が１５０ｍｍ以下であることを特徴とするドライエッチング装置。 - 請求項１９記載のドライエッチング装置において、
前記試料台と前記シャワープレートとの距離は、１００ｍｍ以下であることを特徴とするドライエッチング装置。 - 処理室と、
前記処理室内に設けられた、被加工物を設置するための試料台と、
前記処理室内のガスを排気する排気手段と、
前記処理室内にガスを導入するガス導入手段と、
ＵＨＦ電源と、
前記ＵＨＦ電源と接続されたマイクロストリップアンテナと、
前記処理室内に発生するプラズマを制御する磁場形成手段と、
該アンテナと前記処理室との間に設けられた誘電体板とを有し、
前記ガス導入手段は、シャワープレート径が前記被加工物の径の３ / ４以下であるシャワープレートを備えることを特徴とするドライエッチング装置。
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