JP3613947B2

JP3613947B2 - 真空処理装置とこれを用いた真空処理方法

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Publication number: JP3613947B2
Application number: JP28085997A
Authority: JP
Inventors: 勇次今井; 友秀城崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: JPH11121437A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、半導体装置、電子デバイス部品等の製造プロセスにおいて、エッチング装置、ＣＶＤ装置、スパッタ装置等の処理室が減圧された状態を必要とする装置に適用される真空処理装置と、この真空装置を用いた真空処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置および電子デバイス部品に代表される微細加工プロセスにおいては、微細加工パターンを形成するための手段として、現在エッチング法が広く利用されている。
この処理を行うための微細加工装置であるエッチング装置においては、高アスペクト比・高選択比・高エッチングレートの要請から、各被エッチング材を最適な温度でエッチングすることが要求される。
被エッチング材の温度制御手段として、静電チャックが広く知られている。
また、近年の高密度・高集積化に伴い、高真空状態で高密度プラズマが発生するプラズマソースを搭載したチャンバが要求されており、それに伴いチャンバ内壁も高密度プラズマによるイオンボンバードによってダメージを受けにくいように、陽極酸化処理などが施される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図４に、一般的に使用されている平行平板型のリアクティブイオンエッチング装置の概略図を示す。
図４に示すリアクティブイオンエッチング装置は、たとえばアルミニウム製のチャンバ１０２と、チャンバ１０２に接続されエッチングガスＧを供給するガス供給装置１１１と、チャンバ１０２の排気用配管１０４に接続されチャンバ１０２内を減圧する排気装置１２１とを有している。
さらに、チャンバ１０２内には、ウェハＷを保持するための電極１１４および誘電体１１２からなる静電チャック１１３と、静電チャック１１３の下部に設けられた下部電極１１０とが設けられている。
上記のように構成されるリアクティブイオンエッチング装置は、電極１１４に可変ＤＣ電源１４１から直流電圧を印加することによって、電極１１４の表面は負に帯電し、誘電体１１２の表面は正に帯電し、ウェハＷの表面は負に帯電する。このとき発生するクーロン力によって、ウェハＷは誘電体１１２の表面に吸着保持される。
また、ガス供給装置１１１からエッチングガスＧを供給し、高周波電源１３１によって下部電極１１０に高周波電圧を印加し、排気装置１２１によってチャンバ１０２内を減圧すると、プラズマＰＲが発生する。このプラズマ中には、イオンとラジカルとが発生する。
このとき、イオンをウェハＷ上の被エッチング膜に衝突させ、ラジカルによってウェハ表面上で化学反応を起こさせて、エッチングを進行させる。
【０００４】
しかしながら、イオンのウェハへの衝突の際に、同時に、イオンはチャンバ内壁にも衝突するため、チャンバ内のパーティクルの発生原因となっている。
微細加工パターンが高密度、高集積化すると、例えばアルミニウムの配線パターンのエッチングを行う際には、配線間にパーティクルが存在すると、ショートの原因となり、製品の歩留りを低下させてしまう一因となる。
チャンバ内壁は、通常、イオン衝突から保護するために、陽極酸化処理が施されているが、イオン衝突から完全に保護することは非常に困難であった。
例えば、タングステンエッチバックの処理中に、ウェハ上に発生したパーティクルをＳＥＭ−ＥＤＸによって解析した結果、アルミニウムが大量に発見された。
この場合、被エッチング材はタングステンであり、処理ガスは塩素系であり、陽極酸化されたアルミニウム製のチャンバ以外には、アルミニウムは存在していない。
このことから、上記のアルミニウムがＲＦ放電やチャンバ内に発生した異常放電により、チャンバ内壁がスパッタされた結果発生したものであることがわかる。
【０００５】
一方、ドライエッチング装置では、処理中のウェハ温度を精密に制御する必要から、静電チャックが搭載されている。
静電チャックは、ウェハの下に誘電体を介した電極に直流の高電圧を印加することによって、温度コントロールされた下部電極にウェハをクーロン力によって吸着させる機構である。
このような静電チャックが搭載されたドライエッチング装置は、静電チャックがクーロン力の発生源となり、静電チャックを動作させるとウェハにパーティクルが吸着してしまう。
たとえば、エッチング装置によってシリコン酸化膜ＳｉＯ上に積層されたタンングステンＷをエッチバックする際に、図５に示すように、タンングステンＷ上にＡｌＦ（フッ化アルミニウム）からなるパーティクルが吸着していると、これがマスクとなって、たとえば６００ｎｍ程度のタンングステンＷが残存してしまうといった不具合が発生してしまう。
【０００６】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、チャンバ内のパーティクルの量を低減することが可能な真空処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
チャンバにチャンバ内の気体を排気する排気手段が設けられた真空処理装置であって、前記チャンバ内にプラズマを発生させるため高周波信号を下部電極に供給する高周波電源と、被加工物を保持し、第１の電源から直流電圧が供給される上部電極を有し、前記下部電極に対向した位置に設けられた静電チャックと、前記チャンバの排気部に設けられた、クーロン力によってチャンバ内に存在するパーティクルを集塵するメッシュ状の電極板と、前記電極板に電圧を供給する第２の電源と、前記高周波電源と、前記第１と第２の電源を制御するとともに、前記第２の電源から前記電極板に電圧を供給するタイミングを調整する制御装置とを有する。
【０００８】
前記集塵手段は、前記チャンバの排気部に設けられた電極板と、前記電極板に高電圧を印加する電圧印加手段とを有する。
電極板に電圧を印加すると、電極板が帯電し、クーロン力を発生することになり、パーティクルが電極板に吸着または吸引されることになる。
【０００９】
前記電極板は、メッシュ状に形成されている。
電極板がメッシュ状に形成されていることから、チャンバからの排気を妨げずに効率良く電極板にパーティクルを吸着させることができる。
【００１０】
前記第２電源は、前記電極板に負の電圧を印加する。
電極板に負の電圧を印加することにより、電極板は負に帯電する。これにより、正、負および中性の電荷を帯びて空間を浮遊するパーティクルを吸着、もしくは吸引して排気することができる。
【００１１】
チャンバにチャンバ内の気体を排気する排気手段が設けられた真空処理装置を用いた真空処理方法において、第１の電源から電圧を静電チャックに供給し被加工物を保持する第１ステップと、第２の電源から前記チャンバ内の集塵用メッシュ状の電極板に電圧を印加し、前記チャンバ内のパーティクルを該チャンバ外に排出する第２のステップと、下部電極に高周波電源を印加し、高周波を発生させ前記チャンバ内でプラズマを発生させる第３ステップと、前記被加工物を前記プラズマを用いて加工する第４のステップとを有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の真空処理装置の一実施形態を示す構成図である。
なお、図１に示す真空処理装置１は、エッチング装置に適用された場合を示している。ここで、エッチング装置とは、ウェハまたはウェハ表面上に形成された薄膜の全面または特定した場所を必要な厚さだけ食刻する装置をいう。
図１において、真空処理装置１は、チャンバ２と、チャンバ２に接続されたガス供給装置１１と、チャンバ２の排気用配管４に接続された排気装置２１とを有している。
【００１３】
チャンバ２は、例えばアルミニウムから形成されている。
チャンバ２の排気部には、気密性を保って排気用配管４が設けられ、この排気用配管４の管路には、金属製のメッシュ状（網状）の電極板６がインシュレータ（絶縁材）を介して設けられている。
メッシュ状電極板６のメッシュの大きさは、排気装置２１による排気のコンダクタンスを妨げない程度のものとなっている。
【００１４】
排気用配管４の出口には、気密性を保って排気装置２１が設けられている。
排気装置２１には、例えば、クライオポンプが使用され、チャンバ２内の気体を外部へ排出して、チャンバ２内を減圧する。
【００１５】
チャンバ２内には、下部電極１０が設けられ、下部電極１０上に誘電体１２と電極１４とからなる静電チャック１３が設けられている。静電チャック１３上には、ウェハＷが載置される。
【００１６】
ガス供給装置１１は、チャンバ２内にエッチングガスを導入する。エッチングガスは、エッチングする対象膜に応じて種々異なる。
【００１７】
下部電極１０には、高周波電源３１がスイッチＳＷ１を介して接続されている。
電極１４には、可変ＤＣ電源４１がスイッチＳＷ２を介して接続されている。
メッシュ状電極板６には、スイッチＳＷ３を介してＤＣ電源５１が接続されている。
【００１８】
高周波電源３１は、プラズマ放電の励起用として用いられる電源である。発振周波数としては、たとえば１３．５６ＭＨｚである。
可変ＤＣ電源４１は、静電チャック１３の電極１４に任意の直流電圧を印加可能な電源である。
ＤＣ電源５１は、メッシュ状電極板６に、比較的高い直流電圧を印加可能な電源であり、メッシュ状電極板６に負の電圧を印加する。
【００１９】
上記のスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオンオフ制御は、制御装置２５によって行われる。
すなわち、制御装置２５は、制御信号Ｓ２５ａによって、スイッチＳＷ１を制御して下部電極１０に高周波電源３１の高周波電圧を印加さえる。また、制御信号Ｓ２５ｂによってＳＷ２を制御して、静電チャック１３を動作させる。さらに、制御信号Ｓ２５ｃによってスイッチＳＷ３を制御して、メッシュ状電極板６に高電圧を印加させる。
【００２０】
上記のように構成される真空処理装置１では、スイッチＳＷ２をオンすることにより、電極１４に可変ＤＣ電源４１から直流電圧が印加され、電極１４の表面は負に帯電し、誘電体１２の表面は正に帯電し、ウェハＷの表面は負に帯電する。このとき発生するクーロン力によって、ウェハＷは誘電体１２の表面に吸着保持される。
【００２１】
そして、ガス供給装置１１から所定の種類のエッチングガスＧをチャンバ２内に導入し、スイッチＳＷ１をオンして下部電極１０に高周波電源３１によって高周波電圧を印加し、排気装置２１によってチャンバ２内を減圧すると、図１に示すように、プラズマＰＲが発生する。このプラズマＰＲ中には、イオンとラジカルとが発生する。
このとき、イオンをウェハＷ上の被エッチング膜に衝突させ、ラジカルによってウェハ表面上で化学反応を起こさせて、エッチングを進行させる。
しかしながら、高周波電源３１によるプラズマ放電によって電離した反応ガスが、チャンバ２の内壁をスパッタし、チャンバ２の内壁から解離したパーティクルは、図２に示すように、正の電荷を帯びたパーティクルＰａ、負の電荷を帯びたパーティクルＰｃまたは電気的に中性のパーティクルＰｂとしてチャンバ２内を浮遊することになる。
【００２２】
この状態で、スイッチＳＷ３をオンして、メッシュ状電極板６に負の高電圧を印加する。
これにより、図２に示すように、メッシュ状電極板６は負に帯電する。
このため、チャンバ２内に存在する正の電荷を帯びたパーティクルＰａは、クーロン力によってメッシュ状電極板６に引き寄せられ、吸着される。また、負の電荷を帯びたパーティクルＰｃおよび電気的に中性のパーティクルＰｂも負に帯電したメッシュ状電極板６に引き寄せられ、排気装置２１による排気によってチャンバ２の外部に排出される。
【００２３】
したがって、本実施形態では、メッシュ状電極板６を排気用配管４に設けたことにより、チャンバ２内に存在するパーティクルを、クーロン力によって吸着・吸引することができるため、チャンバ２内の汚染を低減し、製品の歩留りを向上させることができる。
【００２４】
ここで、メッシュ状電極板６に印加するＤＣ電源５１による電圧の大きさについて説明する。
上述した静電チャック１３の電極１４に可変ＤＣ電源４１によって電圧を印加して動作させると、静電チャック１３にもクーロン力が発生する。
したがって、電荷をもったパーティクルがウェハＷに吸着する。
【００２５】
これを防ぐために、メッシュ状電極板６に印加するＤＣ電源５１による電圧を、静電チャック１３の電極１４に印加する電圧よりも大きくする。
これによって、メッシュ状電極板６には、静電チャック１３よりも大きなクーロン力が発生するため、電荷をもったパーティクルのウェハＷへの吸着を低減することができる。
【００２６】
また、下部電極１０に高周波電源３１によって高周波電圧を印加すると、通常、ウェハＷの電位は、−１００Ｖ以上の負の電位となる。
このため、チャンバ２内に浮遊する正の電荷を帯びたパーティクルは、ウェハＷに引き寄せられてしまうことになる。
これを防ぐために、メッシュ状電極板６に印加するＤＣ電源５１による電圧を、下部電極１０に高周波電源３１によって高周波電圧を印加した際のウェハＷの電位よりも、負方向に大きくなるような値とする。
これによって、メッシュ状電極板６には、より大きなクーロン力が発生するため、電荷をもったパーティクルのウェハＷへの吸着を低減することができる。
【００２７】
第２実施形態
スイッチＳＷ２をオンして、可変ＤＣ電源４１によって電圧を電極１４に印加して静電チャック１３を作動させると、静電チャック１３にもクーロン力が発生する。
このため、チャンバ２内に存在するパーティクルは静電チャック１３に引き寄せられ、メッシュ状電極板６を排気用配管４に設けたとしても外部に排出されない場合が考えられる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、図３に示すようなタイミングで、制御装置２５によるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の操作を行う。
具体的には、まず、制御装置２５からの制御信号Ｓ２５ｃによってスイッチＳＷ３をオンさせる。
これによって、メッシュ状電極板６は負に帯電する。このとき、高周波電源３１および可変ＤＣ電源４１は下部電極１０および電極１４に作用していないため、プラズマＰＲは発生しておらず、静電チャック１３も作動していない。
【００２９】
このため、この状態で既にチャンバ２内に存在するパーティクルは、メッシュ状電極板６に吸着・吸引され、チャンバ２内の汚染は低減される。
【００３０】
そして、図３に示すように、所定時間経過後に、制御装置２５からの制御信号Ｓ２５ｂによってスイッチＳＷ２をオンさせ、電極１４に電圧を印加する。
これにより、静電チャック１３は作動し、ウエハＷが保持された状態になる。
このとき、静電チャック１３にクーロン力が働くが、チャンバ２内に存在したパーティクルは既にメッシュ状電極板６によって吸着・吸引されているため、静電チャック１３にパーティクルが吸着されることは大幅に低減される。
【００３１】
次いで、制御装置２５からの制御信号Ｓ２５ａによって、スイッチＳＷ１をオンさせ、下部電極１０に高周波電圧を印加する。
このとき、発生するプラズマＰＲ中のイオンがチャンバ２の内壁にスパッタして、パーティクルが発生することが考えられる。
しかしながら、上述した第１実施形態のように、メッシュ状電極板６に印加するＤＣ電源５１による電圧を、下部電極１０に高周波電源３１によって高周波電圧を印加した際のウェハＷの電位よりも、負方向に大きくなるような値としておけば、ウェハＷへのパーティクルの吸着を抑制でき、メッシュ状電極板６によって首尾よく吸着・吸引できる。
【００３２】
なお、上述した実施形態では、本発明をエッチング装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるわけではない。
エッチング装置以外にも、たとえば、半導体製造プロセスにおける、他の薄膜形成装置にも広く適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の真空処理装置とこの装置を用いた真空処理方法によれば、チャンバの排出部にクーロン力を発生する電極板を設けたことにより、チャンバ内のパーティクルの量を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空処理装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す真空処理装置の排気部の様子を示す説明図である。
【図３】静電チャックとメッシュ状電極の動作タイミングを説明するための図である。
【図４】従来の真空処理装置の一例を示す説明図である。
【図５】エッチング装置によりエッチバックする際に発生する不具合を説明するための図である。
【符号の説明】
１…真空処理装置、２…チャンバ、４…排気用配管、６…メッシュ状電極板、８…インシュレータ、１０…下部電極、１２…誘電体、１３…静電チャック、１４…電極、１１…ガス供給装置、２１…排気装置、３１…高周波電源、４１…可変ＤＣ電源、５１…ＤＣ電源。

Claims

チャンバにチャンバ内の気体を排気する排気手段が設けられた真空処理装置であって、
前記チャンバ内にプラズマを発生させるため高周波信号を下部電極に供給する高周波発生装置と、
被加工物を保持し、第１の電源から直流電圧が供給される上部電極を有し、前記下部電極に対向した位置に設けられた静電チャックと、
前記チャンバの排気部に設けられた、クーロン力によってチャンバ内に存在するパーティクルを集塵するメッシュ状の電極板と、
前記電極板に電圧を供給する第２の電源と、
前記高周波発生装置と、前記第１と第２の電源を制御するとともに、前記第２の電源から前記電極板に電圧を供給するタイミングを調整する制御装置と
を有する
真空処理装置。
前記第２電源は、前記電極板への印加電圧に関し、前記静電チャックへの印加電圧より大きい負の電圧を印加する
請求項１に記載の真空処理装置。
前記静電チャックは、前記被加工物を載置する誘電体と直流電圧が印加される電極とを有する
請求項１に記載の真空処理装置。
前記電極板への印加電圧の大きさは、前記高周波発生装置から高周波電圧が印加された際の前記被加工物の電位より大きい
請求項２に記載の真空処理装置。
前記制御手段は、前記電極板に電圧を印加したのち、前記制御装置により、所定の時間経過後に前記静電チャックに電圧を印加するようにした
請求項１に記載の真空処理装置。
チャンバにチャンバ内の気体を排気する排気手段が設けられた真空処理装置を用いた真空処理方法において、
第１の電源から電圧を静電チャックに供給し被加工物を保持する第１ステップと、
第２の電源から前記チャンバ内の集塵用メッシュ状の電極板に電圧を印加し、前記チャンバ内のパーティクルを該チャンバ外に排出する第２のステップと、
下部電極に高周波電源を印加し、高周波を発生させ前記チャンバ内でプラズマを発生させる第３ステップと、
前記被加工物を前記プラズマを用いて加工する第４のステップと
を有する真空処理方法。
前記集塵用メッシュ状の電極板に前記第２の電源から電圧を印加する第２ステップを前記第１の電源から電圧を静電チャックに供給する第１のステップの前にするようにした
請求項６記載の真空処理方法。