JP3782647B2 - 表面波プラズマエッチング装置を用いた半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハ上の物質膜（ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｉｌｍ）エッチング方法に係り、特に、表面波プラズマエッチング装置を用いた半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハの大口径化及び半導体素子の高集積化が進むにつれて、微細パターンが形成できるエッチング装置の必要性が増大しつつある。特に、大口径の半導体ウェーハ上に、限界寸法誤差が小さくかつウェーハ上の誤差分布が一様な微細パターンを形成できるエッチング装置が望まれている。
【０００３】
このような要求に応えるものとして、表面波プラズマエッチング装置が提案されている。表面波プラズマエッチング装置は、絶縁板で発生した表面波がガラス板を介して反応チャンバーに伝えられてエッチングガスを励起させ、これによりプラズマを発生させる装置である。前記生成した表面波プラズマにより半導体ウェーハ上に形成された物質膜（酸化ケイ素等の酸化膜や窒化ケイ素等の窒化膜などの半導体ウェーハ上に形成された膜）がエッチングされる。
【０００４】
ところで、従来の表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバーはエッチングガスの損失を抑えるために１８０℃程度の温度に加熱される。したがって、表面波が伝えられるガラス板は、その熱伝達効率が低いため通常はアルミニウム材質の反応チャンバーに比べて低温である１２０〜１５０℃状態に維持されるが、エッチング工程時には容易に加温されて反応チャンバーに比べて高温である２５０℃程度にもなる。こうなると、その熱伝達効率が低いためエッチング工程中にガラス板の温度は一様でなくなり、その結果、プラズマの性質が一様な表面波プラズマが発生しない。
【０００５】
これを解決するために、反応チャンバー内に半導体ダミーウェーハをロードした後、エッチングガス、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＣＯ、Ｏ2及びＡｒの混合ガスでエッチングを行い、前記ガラス板を予熱する方法が提案されている。しかし、このような予熱方法は前記ガラス板の予熱時間が３０分以上に長びき、またエッチングガスにフッ素（Ｆ）が含まれているため、ガラス板を損傷してしまい、装置寿命が短くなる。さらに、エッチングガスに炭素（Ｃ）が含まれているため、ガラス板にポリマーが付着してしまい、表面波プラズマがガラス板を通りにくくなる短所がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、表面波プラズマエッチング装置を用いるとき、表面波を伝えるガラス板の予熱時間を大幅に短縮でき、フッ素によるガラス板の損傷およびガラス板へのポリマー付着を抑えることができる、半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングする方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明は、絶縁板及び反応チャンバーに表面波を伝えるガラス板を具備し、マイクロ波によって表面波が発生する表面波プラズマエッチング装置により、前記反応チャンバー内に載置された半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングする方法において、前記方法は、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方の表面波プラズマを発生させて前記ガラス板を予熱するステップと、前記物質膜をエッチングするステップとを含むことを特徴とする半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法である。
【０００８】
前記方法は、アルゴンやキセノンの表面波プラズマを生成させて前記ガラス板を迅速に予熱した後に、前記物質膜をエッチングする。
【０００９】
また本発明は、マイクロ波によって表面波が発生する絶縁板及び反応チャンバーに表面波を伝えるガラス板を具備する表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバー内に半導体ダミーウェーハをロードするステップと、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方の表面波プラズマを発生させて前記ガラス板を予熱するステップと、前記アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方を排出するステップと、前記半導体ダミーウェーハをアンロードするステップと、前記反応チャンバー内に半導体ウェーハをロードするステップと、前記半導体ウェーハがロードされた反応チャンバー内にエッチングガスを注入するステップと、前記エッチングガスを励起させて表面波プラズマを発生させるステップと、前記エッチングガスによる表面波プラズマを用い、前記半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングするステップとを含むことを特徴とする半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法である。
【００１０】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記半導体ウェーハが載置された下部電極にバイアスパワーを５００〜２５００ワット印加することが好ましい。
【００１１】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記表面波を発生させるマイクロ波のソースパワーは１０００〜４０００ワットであることが好ましい。
【００１２】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーの圧力は４〜８Ｐａに維持されることが好ましい。
【００１３】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーに酸素ガスをさらに注入することが好ましい。
【００１４】
前記ガラス板は、２５０〜３５０℃に予熱されることが好ましい。
【００１５】
前記物質膜は、酸化膜であることが好ましい。
【００１６】
前記エッチングガスは、フッ素含有ガス、炭素含有ガス及び酸素ガスが混合されたガスであることが好ましい。
【００１７】
以上のように、本発明は、表面波プラズマエッチング装置を用いてエッチング工程を行なうとき、アルゴンやキセノンガスを用いる。前記アルゴンやキセノンなどのガスは、表面波プラズマの生成時にイオン密度が高くてイオン質量が大きいので、表面波が伝えられるガラス板を迅速に予熱することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、相異なる各種の形態にて実施できる。本実施例は、本発明を完全に開示し、通常の知識を有する者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、図中、各種の構成要素の大きさは発明を明確にするために強調されている。また、図中、同一の部材には同一の参照符号を使用した。また、物質膜とは、半導体ウェーハ上に形成されてなる膜一般をさし、酸化ケイ素等の酸化膜や窒化ケイ素等の窒化膜が例として挙げられ、本発明においては酸化膜が好ましくは使用される。
【００１９】
図１は、本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置の一実施形態の概略図である。
【００２０】
以下具体的に説明する。本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置は、マイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚ）によってプラズマを発生させ、これを用いてエッチングを行なう装置であって、上部領域１００及び下部領域２００で構成される。
【００２１】
上部領域１００は、所定のソースパワーをもつマイクロ波を導いて表面波を生成し、かつ、表面波を限定する機能を果たす領域である。すなわち、上部領域１００はマイクロ波導入部１０２、マイクロ波ガイド１０４、絶縁板１０６、ガラス板１０８及び上部電極１１０で構成されている。絶縁板１０６はテフロンから形成されてなり、マイクロ波導入部１０２を介して導かれたマイクロ波を伝え、かつ、表面波１１２を発生させる。このように発生させられた表面波１１２はガラス板１０８を介して反応チャンバー２０２内に導かれる。前記ガラス板１０８は絶縁板１０６と平行するように所定距離をあけて離隔配置され、絶縁板１０６とガラス板１０８との間の隙間領域１１４には空気が満たされている。前記絶縁板１０６で発生した表面波１１２が伝わる領域は、絶縁板１０６の上面に配置されたアルミニウム板からなるマイクロ波ガイド１０４及びガラス板１０８の下部に配置されたアルミニウムからなる上部電極１１０によって、エッチング対象物が配置された領域周辺に限定される。
【００２２】
下部領域２００は、上部領域１００で発生した表面波１１２によって誘起されたプラズマ２０４を用いてエッチングを行なう反応チャンバー２０２を含む。下部領域２００は、ヒーター２０６、反応チャンバー２０２、下部電極２０８、高周波電源２１０及び排出口２１２で構成される。前記ヒーター２０６は前記反応チャンバー２０２を加熱するために設けられ、前記下部電極２０８はエッチング装置の底面に、上部電極１１０と対向して設けられ、前記下部電極２０８上には半導体ウェーハ２１４が載置される。前記下部電極２０８には高周波電源２１０が接続されて、高周波電力（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｗｅｒ）が印加される。
【００２３】
以上、本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置の一実施形態を示したが、本発明で用いられる表面プラズマエッチング装置はこれに限定されるものではなく、公知の表面波プラズマエッチング装置に適用できることはもちろん、単なる材料の変更や公知の技術を利用した変形は本発明に含まれるものである。
【００２４】
図２は、表面波プラズマエッチング装置を用いた本発明の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法の一例を示すフローチャートである。
【００２５】
以下具体的に説明する。表面波が発生する絶縁板１０６及び反応チャンバー２０２内に表面波を伝えるガラス板１０８を具備する表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバー２０２内に半導体ダミーウェーハをロードする（ステップ３００）。次に、前記反応チャンバーにガス、アルゴンガスまたは／およびキセノンガスを注入し、前記反応チャンバー２０２を所定圧力に維持する（ステップ３１０）。図３に、図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、表面波の発生に影響する工程圧力とイオン密度（ｎi）との関係を示す。図３から明らかなように、工程圧力が４〜８Ｐａ（３０〜６０ｍＴｏｒｒ）のときイオン密度が高い。これより、表面波プラズマ発生時の反応チャンバーの圧力は４〜８Ｐａ（３０〜６０ｍＴｏｒｒ）であることが好ましい。
【００２６】
次に、マイクロ波導入部１０２からマイクロ波を導き、これにより絶縁板１０６から表面波を発生させてガラス板１０８に放射させる。図４に、図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、ソースパワーとイオン密度（ｎi）との関係を示す。図４から明らかなように、ソースパワーは高いほどイオン密度が高い。これより、ガラス板の加熱はソースパワーが高いほど効果的であることが分かる。また、ソースパワーは１０００〜４０００ワットのソースパワーであるときが効果的で好ましい。放射された表面波は、ガラス板１０８を介して反応チャンバー２０２内に放射される。上部電極１１０によって反応チャンバーへの表面波を限定してもよい。前記表面波によって前記反応チャンバー２０２内に注入されたガスが励起して表面波プラズマが生成する。このとき、半導体ダミーウェーハ２１４が載置された下部電極２０８には５００〜２５００ワットのバイアスパワーを印加することが好ましい。これにより、前記ガスの励起による表面波プラズマはガラス板１０８を２００℃以上、より好ましくは２５０〜３５０℃の温度に予熱することが好ましい（ステップ３２０）。このとき、予熱ガスにアルゴンまたは／およびキセノンを用いているため迅速な昇温が施される。さらに、本発明においては、このように予熱ガスに炭素が含まれないため、ガラス板へのポリマー付着を抑えることができ、ウェハーのエッチング効率を向上させることができる。なお、前記表面波プラズマの生成時に前記反応チャンバー２０２に酸素ガスをさらに注入すれば、チャンバーの洗浄効果も同時に得ることができる。
【００２７】
ここで、表面波プラズマエッチング装置のガラス板１０８を迅速に予熱するためにアルゴンガスやキセノンガスを用いる理由について詳細に述べる。
【００２８】
まず、本発明者はガラス板の加熱が表面波プラズマによって生成したイオンの衝突によってなされるため、加熱能力が表面波プラズマによって生成したイオンがもつエネルギー及び入射するイオンの量に依存することを見出した。これを数学式で表わすと以下のようになる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
（式中、Ｈｅａｔは加熱能力を、ｎiはイオン密度（プラズマ密度とも呼ぶ）を、Ｅionはイオンのエネルギーを、Ｖdcはセルフバイアス電圧をそれぞれ示す。）
前式に示すように、加熱能力Ｈｅａｔはイオンの量を決めるイオン密度ｎi及びイオンのエネルギーＥionの積に比例する。換言すれば、加熱能力は、イオン密度が高くなるほど、または、イオンの質量が大きくなるほど増大する。この理由から、本発明では表面波プラズマの生成時にイオン密度が高く、かつ質量が大きいイオンが得られるアルゴンガスやキセノンガスを用いるのである。また、加熱能力は、イオン密度及びセルフバイアス電圧の積に比例する。ここで、前記セルフバイアス電圧は半導体ウェーハに加えられるバイアスパワーに比例するので、加熱能力は、バイアスパワー及びイオン密度が高くなるほど良好になる。
【００３１】
参考に、図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてプラズマを発生させたときの予熱ガスの種類とイオン密度との関係を図５に示す。横軸は予熱ガスの種類を表わし、縦軸は相対的なイオン密度を表わす。ここで、予熱ガスとしては、Ｏ2、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3及びＡｒをそれぞれ用いた。図５のグラフから明らかなように、Ｏ2、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3及びＡｒ順にイオン密度が大きくなり、前述のように、ガラス板の加熱能力も、Ｏ2、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3及びＡｒ順に大きくなる。これにより、例えばある表面波プラズマエッチング装置を用いてエッチング工程を行なうとき、ガラス板を２５０〜３５０℃に加熱するための加熱時間が、Ａｒを用いるときには約５分であるのに対し、エッチングガスであるＣ4Ｆ8、ＣＯ、Ｏ2及びＡｒの混合ガスを用いるときには約３７分かかる。
【００３２】
次に、前記予熱に用いたガスを前記反応チャンバー２０２から排出し（ステップ３３０）、前記反応チャンバーから半導体ダミーウェーハをアンロードし（ステップ３４０）、前記反応チャンバーに素子が作製される半導体ウェーハをロードする（ステップ３５０）。
【００３３】
続いて、前記反応チャンバー内にエッチングガスを注入して前記反応チャンバーを所定圧力に維持する（ステップ３６０）。前記エッチングガスとしては、半導体ウェーハ上の物質膜が酸化膜である場合、フッ素含有ガス、炭素含有ガス及び酸素ガスの混合ガスを用いることが好ましい。前記フッ素含有ガス中のフッ素はエッチングに用いられ、前記炭素はポリマーの形成に用いられ、酸素はポリマーを除去する役割をする。前記フッ素含有ガスとしてはＳＦ6、ＮＦ3、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8などが用いられ、炭素含有ガスとしてはＣＯガスが用いられる。
【００３４】
次に、前記エッチングガスを励起させて表面波プラズマを発生させる（ステップ３７０）。このようにして発生した表面波プラズマが下部電極上にロードされた半導体ウェーハ上の物質膜に作用して物質膜をエッチングする（ステップ３８０）。このとき、下部電極には高周波電源を介して高周波電力が印加されて、半導体ウェーハに入射する表面波プラズマのエネルギーが調節される。次に、前記反応チャンバーからエッチングガスを排出する（ステップ３９０）。最後に、前記反応チャンバーを常圧に維持した後に半導体ウェーハをアンロードしてエッチング工程を終える（ステップ４００）。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、表面波プラズマエッチング装置を用いてガラス板を予熱する際、アルゴンやキセノンガスを用いるため、表面波が伝わるガラス板を迅速に予熱することができ、ガラス板の予熱時間を従来の方法に比べて大幅に短縮することができる。また、エッチングガスを用いないで予熱をするため、従来法の見られたフッ素によりガラス板が損傷する問題を解決することができる。さらに、従来法と異なり予熱する際、炭素を用いないので、ガラス板へのポリマーの付着を抑えることができ、ウエハーのエッチング効率を向上させ、エッチング不良を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置一実施形態の概略図である。
【図２】 表面波プラズマエッチング装置を用いた本発明の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法を示すフローチャートである。
【図３】 図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、工程圧力とイオン密度との関係を示すグラフである。
【図４】 図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、ソースパワーとイオン密度との関係を示すグラフである。
【図５】 図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてプラズマを発生させたときの予熱ガスの種類とイオン密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１００ 上部領域 １０２ マイクロ波導入部
１０４ マイクロ波ガイド １０６ 絶縁板
１０８ ガラス板 １１０ 上部電極
１１２ 表面波 １１４ 隙間領域
２００ 下部電極 ２０２ 反応チャンバー
２０４ プラズマ ２０６ ヒーター
２０８ 下部電極 ２１０ 高周波電源
２１２ 排出口 ２１４ 半導体ウェーハ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハ上の物質膜（ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｉｌｍ）エッチング方法に係り、特に、表面波プラズマエッチング装置を用いた半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハの大口径化及び半導体素子の高集積化が進むにつれて、微細パターンが形成できるエッチング装置の必要性が増大しつつある。特に、大口径の半導体ウェーハ上に、限界寸法誤差が小さくかつウェーハ上の誤差分布が一様な微細パターンを形成できるエッチング装置が望まれている。
【０００３】
このような要求に応えるものとして、表面波プラズマエッチング装置が提案されている。表面波プラズマエッチング装置は、絶縁板で発生した表面波がガラス板を介して反応チャンバーに伝えられてエッチングガスを励起させ、これによりプラズマを発生させる装置である。前記生成した表面波プラズマにより半導体ウェーハ上に形成された物質膜（酸化ケイ素等の酸化膜や窒化ケイ素等の窒化膜などの半導体ウェーハ上に形成された膜）がエッチングされる。
【０００４】
ところで、従来の表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバーはエッチングガスの損失を抑えるために１８０℃程度の温度に加熱される。したがって、表面波が伝えられるガラス板は、その熱伝達効率が低いため通常はアルミニウム材質の反応チャンバーに比べて低温である１２０〜１５０℃状態に維持されるが、エッチング工程時には容易に加温されて反応チャンバーに比べて高温である２５０℃程度にもなる。こうなると、その熱伝達効率が低いためエッチング工程中にガラス板の温度は一様でなくなり、その結果、プラズマの性質が一様な表面波プラズマが発生しない。
【０００５】
これを解決するために、反応チャンバー内に半導体ダミーウェーハをロードした後、エッチングガス、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＣＯ、Ｏ2及びＡｒの混合ガスでエッチングを行い、前記ガラス板を予熱する方法が提案されている。しかし、このような予熱方法は前記ガラス板の予熱時間が３０分以上に長びき、またエッチングガスにフッ素（Ｆ）が含まれているため、ガラス板を損傷してしまい、装置寿命が短くなる。さらに、エッチングガスに炭素（Ｃ）が含まれているため、ガラス板にポリマーが付着してしまい、表面波プラズマがガラス板を通りにくくなる短所がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、表面波プラズマエッチング装置を用いるとき、表面波を伝えるガラス板の予熱時間を大幅に短縮でき、フッ素によるガラス板の損傷およびガラス板へのポリマー付着を抑えることができる、半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングする方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明は、絶縁板及び反応チャンバーに表面波を伝えるガラス板を具備し、マイクロ波によって表面波が発生する表面波プラズマエッチング装置により、前記反応チャンバー内に載置された半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングする方法において、前記方法は、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方の表面波プラズマを発生させて前記ガラス板を予熱するステップと、前記物質膜をエッチングするステップとを含むことを特徴とする半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法である。
【０００８】
前記方法は、アルゴンやキセノンの表面波プラズマを生成させて前記ガラス板を迅速に予熱した後に、前記物質膜をエッチングする。
【０００９】
また本発明は、マイクロ波によって表面波が発生する絶縁板及び反応チャンバーに表面波を伝えるガラス板を具備する表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバー内に半導体ダミーウェーハをロードするステップと、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方の表面波プラズマを発生させて前記ガラス板を予熱するステップと、前記アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方を排出するステップと、前記半導体ダミーウェーハをアンロードするステップと、前記反応チャンバー内に半導体ウェーハをロードするステップと、前記半導体ウェーハがロードされた反応チャンバー内にエッチングガスを注入するステップと、前記エッチングガスを励起させて表面波プラズマを発生させるステップと、前記エッチングガスによる表面波プラズマを用い、前記半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングするステップとを含むことを特徴とする半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法である。
【００１０】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記半導体ウェーハが載置された下部電極にバイアスパワーを５００〜２５００ワット印加することが好ましい。
【００１１】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記表面波を発生させるマイクロ波のソースパワーは１０００〜４０００ワットであることが好ましい。
【００１２】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーの圧力は４〜８Ｐａに維持されることが好ましい。
【００１３】
前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーに酸素ガスをさらに注入することが好ましい。
【００１４】
前記ガラス板は、２５０〜３５０℃に予熱されることが好ましい。
【００１５】
前記物質膜は、酸化膜であることが好ましい。
【００１６】
前記エッチングガスは、フッ素含有ガス、炭素含有ガス及び酸素ガスが混合されたガスであることが好ましい。
【００１７】
以上のように、本発明は、表面波プラズマエッチング装置を用いてエッチング工程を行なうとき、アルゴンやキセノンガスを用いる。前記アルゴンやキセノンなどのガスは、表面波プラズマの生成時にイオン密度が高くてイオン質量が大きいので、表面波が伝えられるガラス板を迅速に予熱することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、相異なる各種の形態にて実施できる。本実施例は、本発明を完全に開示し、通常の知識を有する者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、図中、各種の構成要素の大きさは発明を明確にするために強調されている。また、図中、同一の部材には同一の参照符号を使用した。また、物質膜とは、半導体ウェーハ上に形成されてなる膜一般をさし、酸化ケイ素等の酸化膜や窒化ケイ素等の窒化膜が例として挙げられ、本発明においては酸化膜が好ましくは使用される。
【００１９】
図１は、本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置の一実施形態の概略図である。
【００２０】
以下具体的に説明する。本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置は、マイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚ）によってプラズマを発生させ、これを用いてエッチングを行なう装置であって、上部領域１００及び下部領域２００で構成される。
【００２１】
上部領域１００は、所定のソースパワーをもつマイクロ波を導いて表面波を生成し、かつ、表面波を限定する機能を果たす領域である。すなわち、上部領域１００はマイクロ波導入部１０２、マイクロ波ガイド１０４、絶縁板１０６、ガラス板１０８及び上部電極１１０で構成されている。絶縁板１０６はテフロンから形成されてなり、マイクロ波導入部１０２を介して導かれたマイクロ波を伝え、かつ、表面波１１２を発生させる。このように発生させられた表面波１１２はガラス板１０８を介して反応チャンバー２０２内に導かれる。前記ガラス板１０８は絶縁板１０６と平行するように所定距離をあけて離隔配置され、絶縁板１０６とガラス板１０８との間の隙間領域１１４には空気が満たされている。前記絶縁板１０６で発生した表面波１１２が伝わる領域は、絶縁板１０６の上面に配置されたアルミニウム板からなるマイクロ波ガイド１０４及びガラス板１０８の下部に配置されたアルミニウムからなる上部電極１１０によって、エッチング対象物が配置された領域周辺に限定される。
【００２２】
下部領域２００は、上部領域１００で発生した表面波１１２によって誘起されたプラズマ２０４を用いてエッチングを行なう反応チャンバー２０２を含む。下部領域２００は、ヒーター２０６、反応チャンバー２０２、下部電極２０８、高周波電源２１０及び排出口２１２で構成される。前記ヒーター２０６は前記反応チャンバー２０２を加熱するために設けられ、前記下部電極２０８はエッチング装置の底面に、上部電極１１０と対向して設けられ、前記下部電極２０８上には半導体ウェーハ２１４が載置される。前記下部電極２０８には高周波電源２１０が接続されて、高周波電力（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｗｅｒ）が印加される。
【００２３】
以上、本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置の一実施形態を示したが、本発明で用いられる表面プラズマエッチング装置はこれに限定されるものではなく、公知の表面波プラズマエッチング装置に適用できることはもちろん、単なる材料の変更や公知の技術を利用した変形は本発明に含まれるものである。
【００２４】
図２は、表面波プラズマエッチング装置を用いた本発明の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法の一例を示すフローチャートである。
【００２５】
以下具体的に説明する。表面波が発生する絶縁板１０６及び反応チャンバー２０２内に表面波を伝えるガラス板１０８を具備する表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバー２０２内に半導体ダミーウェーハをロードする（ステップ３００）。次に、前記反応チャンバーにガス、アルゴンガスまたは／およびキセノンガスを注入し、前記反応チャンバー２０２を所定圧力に維持する（ステップ３１０）。図３に、図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、表面波の発生に影響する工程圧力とイオン密度（ｎi）との関係を示す。図３から明らかなように、工程圧力が４〜８Ｐａ（３０〜６０ｍＴｏｒｒ）のときイオン密度が高い。これより、表面波プラズマ発生時の反応チャンバーの圧力は４〜８Ｐａ（３０〜６０ｍＴｏｒｒ）であることが好ましい。
【００２６】
次に、マイクロ波導入部１０２からマイクロ波を導き、これにより絶縁板１０６から表面波を発生させてガラス板１０８に放射させる。図４に、図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、ソースパワーとイオン密度（ｎi）との関係を示す。図４から明らかなように、ソースパワーは高いほどイオン密度が高い。これより、ガラス板の加熱はソースパワーが高いほど効果的であることが分かる。また、ソースパワーは１０００〜４０００ワットのソースパワーであるときが効果的で好ましい。放射された表面波は、ガラス板１０８を介して反応チャンバー２０２内に放射される。上部電極１１０によって反応チャンバーへの表面波を限定してもよい。前記表面波によって前記反応チャンバー２０２内に注入されたガスが励起して表面波プラズマが生成する。このとき、半導体ダミーウェーハ２１４が載置された下部電極２０８には５００〜２５００ワットのバイアスパワーを印加することが好ましい。これにより、前記ガスの励起による表面波プラズマはガラス板１０８を２００℃以上、より好ましくは２５０〜３５０℃の温度に予熱することが好ましい（ステップ３２０）。このとき、予熱ガスにアルゴンまたは／およびキセノンを用いているため迅速な昇温が施される。さらに、本発明においては、このように予熱ガスに炭素が含まれないため、ガラス板へのポリマー付着を抑えることができ、ウェハーのエッチング効率を向上させることができる。なお、前記表面波プラズマの生成時に前記反応チャンバー２０２に酸素ガスをさらに注入すれば、チャンバーの洗浄効果も同時に得ることができる。
【００２７】
ここで、表面波プラズマエッチング装置のガラス板１０８を迅速に予熱するためにアルゴンガスやキセノンガスを用いる理由について詳細に述べる。
【００２８】
まず、本発明者はガラス板の加熱が表面波プラズマによって生成したイオンの衝突によってなされるため、加熱能力が表面波プラズマによって生成したイオンがもつエネルギー及び入射するイオンの量に依存することを見出した。これを数学式で表わすと以下のようになる。
【００２９】
【数１】
（式中、Ｈｅａｔは加熱能力を、ｎiはイオン密度（プラズマ密度とも呼ぶ）を、Ｅionはイオンのエネルギーを、Ｖdcはセルフバイアス電圧をそれぞれ示す。）
前式に示すように、加熱能力Ｈｅａｔはイオンの量を決めるイオン密度ｎi及びイオンのエネルギーＥionの積に比例する。換言すれば、加熱能力は、イオン密度が高くなるほど、または、イオンの質量が大きくなるほど増大する。この理由から、本発明では表面波プラズマの生成時にイオン密度が高く、かつ質量が大きいイオンが得られるアルゴンガスやキセノンガスを用いるのである。また、加熱能力は、イオン密度及びセルフバイアス電圧の積に比例する。ここで、前記セルフバイアス電圧は半導体ウェーハに加えられるバイアスパワーに比例するので、加熱能力は、バイアスパワー及びイオン密度が高くなるほど良好になる。
【００３１】
参考に、図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてプラズマを発生させたときの予熱ガスの種類とイオン密度との関係を図５に示す。横軸は予熱ガスの種類を表わし、縦軸は相対的なイオン密度を表わす。ここで、予熱ガスとしては、Ｏ2、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3及びＡｒをそれぞれ用いた。図５のグラフから明らかなように、Ｏ2、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3及びＡｒ順にイオン密度が大きくなり、前述のように、ガラス板の加熱能力も、Ｏ2、Ｃ4Ｆ8、ＣＨＦ3及びＡｒ順に大きくなる。これにより、例えばある表面波プラズマエッチング装置を用いてエッチング工程を行なうとき、ガラス板を２５０〜３５０℃に加熱するための加熱時間が、Ａｒを用いるときには約５分であるのに対し、エッチングガスであるＣ4Ｆ8、ＣＯ、Ｏ2及びＡｒの混合ガスを用いるときには約３７分かかる。
【００３２】
次に、前記予熱に用いたガスを前記反応チャンバー２０２から排出し（ステップ３３０）、前記反応チャンバーから半導体ダミーウェーハをアンロードし（ステップ３４０）、前記反応チャンバーに素子が作製される半導体ウェーハをロードする（ステップ３５０）。
【００３３】
続いて、前記反応チャンバー内にエッチングガスを注入して前記反応チャンバーを所定圧力に維持する（ステップ３６０）。前記エッチングガスとしては、半導体ウェーハ上の物質膜が酸化膜である場合、フッ素含有ガス、炭素含有ガス及び酸素ガスの混合ガスを用いることが好ましい。前記フッ素含有ガス中のフッ素はエッチングに用いられ、前記炭素はポリマーの形成に用いられ、酸素はポリマーを除去する役割をする。前記フッ素含有ガスとしてはＳＦ6、ＮＦ3、ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8などが用いられ、炭素含有ガスとしてはＣＯガスが用いられる。
【００３４】
次に、前記エッチングガスを励起させて表面波プラズマを発生させる（ステップ３７０）。このようにして発生した表面波プラズマが下部電極上にロードされた半導体ウェーハ上の物質膜に作用して物質膜をエッチングする（ステップ３８０）。このとき、下部電極には高周波電源を介して高周波電力が印加されて、半導体ウェーハに入射する表面波プラズマのエネルギーが調節される。次に、前記反応チャンバーからエッチングガスを排出する（ステップ３９０）。最後に、前記反応チャンバーを常圧に維持した後に半導体ウェーハをアンロードしてエッチング工程を終える（ステップ４００）。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、表面波プラズマエッチング装置を用いてガラス板を予熱する際、アルゴンやキセノンガスを用いるため、表面波が伝わるガラス板を迅速に予熱することができ、ガラス板の予熱時間を従来の方法に比べて大幅に短縮することができる。また、エッチングガスを用いないで予熱をするため、従来法の見られたフッ素によりガラス板が損傷する問題を解決することができる。さらに、従来法と異なり予熱する際、炭素を用いないので、ガラス板へのポリマーの付着を抑えることができ、ウエハーのエッチング効率を向上させ、エッチング不良を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明で使用される表面波プラズマエッチング装置一実施形態の概略図である。
【図２】 表面波プラズマエッチング装置を用いた本発明の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法を示すフローチャートである。
【図３】 図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、工程圧力とイオン密度との関係を示すグラフである。
【図４】 図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてアルゴンプラズマを発生させたときの、ソースパワーとイオン密度との関係を示すグラフである。
【図５】 図１の形態の表面波プラズマエッチング装置を用いてプラズマを発生させたときの予熱ガスの種類とイオン密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１００ 上部領域 １０２ マイクロ波導入部
１０４ マイクロ波ガイド １０６ 絶縁板
１０８ ガラス板 １１０ 上部電極
１１２ 表面波 １１４ 隙間領域
２００ 下部電極 ２０２ 反応チャンバー
２０４ プラズマ ２０６ ヒーター
２０８ 下部電極 ２１０ 高周波電源
２１２ 排出口 ２１４ 半導体ウェーハ
Claims (15)
- 絶縁板及び反応チャンバーに表面波を伝えるガラス板を具備し、マイクロ波によって表面波が発生する表面波プラズマエッチング装置により、前記反応チャンバー内に載置された半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングする方法において、前記方法は、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方の表面波プラズマを発生させて前記ガラス板を予熱するステップと、前記物質膜をエッチングするステップとを含むことを特徴とする半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記半導体ウェーハが載置された下部電極にバイアスパワーを５００〜２５００ワット印加することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記表面波を発生させるマイクロ波のソースパワーは１０００〜４０００ワットであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーの圧力は４〜８Ｐａに維持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーに酸素ガスをさらに注入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記ガラス板は、２５０〜３５０℃に予熱されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記物質膜は、酸化膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体素子の物質膜エッチング方法。
- マイクロ波によって表面波が発生する絶縁板及び反応チャンバーに表面波を伝えるガラス板を具備する表面波プラズマエッチング装置の反応チャンバー内に半導体ダミーウェーハをロードするステップと、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方の表面波プラズマを発生させて前記ガラス板を予熱するステップと、前記アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方のガスを排出するステップと、前記半導体ダミーウェーハをアンロードするステップと、前記反応チャンバー内に半導体ウェーハをロードするステップと、前記半導体ウェーハがロードされた反応チャンバー内にエッチングガスを注入するステップと、前記エッチングガスを励起させて表面波プラズマを発生させるステップと、前記エッチングガスによる表面波プラズマを用い、前記半導体ウェーハ上の物質膜をエッチングするステップとを含むことを特徴とする半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記半導体ウェーハが載置された下部電極にバイアスパワーを５００〜２５００ワット印加することを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記表面波を発生させるマイクロ波のソースパワーは１０００〜４０００ワットであることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーの圧力は４〜８Ｐａに維持されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記予熱の際の表面波プラズマの発生時に、前記反応チャンバーに酸素ガスをさらに注入することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記ガラス板は、２５０〜３５０℃に予熱されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記物質膜は、酸化膜であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
- 前記エッチングガスは、フッ素含有ガス、炭素含有ガス及び酸素ガスが混合されたガスであることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ上の物質膜エッチング方法。
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