JPH04268728A - エッチング方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング技術に関し
、特に、塩素系のエッチングガスによる珪素系の物質の
エッチングなどに適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体装置の製造プロセスに
おいては、Ｓｉ系の薄膜に所望のエッチングを施して、
目的の回路パターンを形成することが行われている。と
ころで、Ｓｉ系の薄膜に対するエッチングには、従来、
フッ素系のエッチングガスが主に用いられているが、環
境汚染問題への関心の高まりを背景として、半導体装置
の製造分野などにおいても、フッ素系物質の使用を抑制
する趨勢にあり、フッ素系から、たとえば塩素系へのエ
ッチングガスの切り替えが必要となっている。

【０００３】なお、従来の半導体装置の製造プロセスに
おけるエッチング技術については、たとえば、株式会社
工業調査会、昭和６０年１１月２０日発行、「電子材料
」１９８５年１１月号別刷、Ｐ１１９〜Ｐ１２４、など
の文献に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、塩素系のエッチングガスを用いてＳｉ系の薄膜をエ
ッチングすると、エッチング後、マスクとして薄膜上に
被着されていたホトレジストを除去する工程において、
ＳｉＯ２　の残滓が異物となって残るという問題がある
ことを本発明者は見出した。このＳｉＯ２　の残滓はエ
ッチング時に塩素と珪素による反応生成物（Ｓｉｘ　ｃ
ｌｙ　）がホトレジスト表面に付着し、ホトレジスト膜
中の微量なＨ２　Ｏと反応して生成され、且つ、大気開
放時に空気中の水分（Ｈ２　Ｏ）と反応して生成される
ものと考えられる。

【０００５】なお、これまでも、ＣＣｌ４　などの塩素
系のエッチングガスを用いてＳｉ系物質をエッチングす
る技術は知られているが、平行平板型のエッチング装置
が主流であり、高バイアスのエッチングがおこなれるた
め、ホトレジスト表面に付着する塩素と珪素の化合物が
前記高バイアスで加速されたイオンなどの衝突エネルギ
によって削りとられ、上述の、ＳｉＯ２　の残滓が異物
となってホトレジスト上に残る現象が回避されていたも
のと考えられる。

【０００６】近年では、半導体装置の回路構造の一層の
微細化などにより、基板に対するエッチング時の損傷の
低減を実現すべく、低バイアス下のエッチングが主流に
なりつつある。このため、塩素系のエッチングガスによ
るＳｉ系物質のエッチングにおいて、上記の残滓発生の
問題が顕在化する懸念は大きい。

【０００７】従って、本発明の目的は、塩素系のエッチ
ングガスを用いた珪素系物質のエッチングにおける残滓
の発生を確実に抑止することが可能なエッチング技術を
提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１０】すなわち、本発明になるエッチング方法は
、塩素系ガスを用いて珪素系の被エッチング物をエッチ
ングするエッチング方法であって、エッチング後に、当
該エッチング時の真空度を維持したままで被エッチング
物を所望の温度に加熱するものである。

【００１１】また、本発明になるエッチング方法は、塩
素系ガスを用いて珪素系の被エッチング物をエッチング
するエッチング方法であって、エッチング後、当該エッ
チング時の真空度よりもさらに高い真空雰囲気に被エッ
チング物を所定の時間だけ放置するものである。

【００１２】また、本発明になるエッチング方法は、塩
素系ガスを用いて珪素系の被エッチング物をエッチング
するエッチング方法であって、エッチング後、被エッチ
ング物に残存する塩素をフッ素またはフッ素を含むプラ
ズマ内に曝し、フッ素で置換するものである。あるいは
、エッチング後、レジスト表面に生成したＳｉＯ２　の
残滓のＯをフッ素で置換し除去するものである。

【００１３】また、本発明になるエッチング方法は、塩
素系ガスを用いて珪素系の被エッチング物をエッチング
するエッチング方法であって、エッチング後、被エッチ
ング物を真空を維持したままアッシングするものである
。

【００１４】本発明になるエッチング装置は、被エッチ
ング物に対してエッチング処理を行う第１の室と、この
第１の室とは独立に設けられ、第１の室におけるエッチ
ング時の真空度を維持したままで被エッチング物を所望
の温度に加熱する加熱手段を有する第２の室とを備えた
ものである。

【００１５】また、本発明になるエッチング装置は、加
熱手段を有する第２の室が、被エッチング物の第１の室
に対する搬入／搬出経路に設けられた真空ロードロック
室を兼ねるようにしたものである。

【００１６】また、本発明になるエッチング装置は、被
エッチング物に対してエッチング処理を行う第１の室と
、この第１の室とは独立に設けられ、第１の室における
エッチング時の第１の真空度を維持したままで、被エッ
チング物が位置される雰囲気を、第１の真空度よりも高
い第２の真空度にする真空排気手段を有する第３の室と
を備えたものである。

【００１７】また、本発明になるエッチング装置は、第
３の室が、被エッチング物の第１の室に対する搬入／搬
出経路に設けられた真空ロードロック室を兼ねるように
したものである。

【００１８】

【作用】上記した本発明のエッチング方法によれば、エ
ッチング前または後における被エッチング物の加熱や高
真空雰囲気への放置によって、エッチング前の被エッチ
ング物に付着したホトレジストなどに存在する水分の除
去、さらには、エッチング後に被エッチング物の表面に
存在する塩素と珪素の化合物の大気開放前の除去を確実
に行うことができる。このため、エッチング時に被エッ
チング物の表面に生成する塩素と珪素との反応生成物が
、被エッチング物中の水分や大気中の水分と反応して酸
化シリコンなどの安定な異物を生成することが確実に阻
止され、塩素系のエッチングガスを用いた珪素系物質の
エッチングにおける残滓の発生を確実に抑止することが
可能となる。

【００１９】また、本発明になるエッチング装置によれ
ば、エッチングが行われる第１の室とは独立な第２また
は第３の室における、エッチング前またはエッチング後
の被エッチング物に対する加熱処理や高真空雰囲気フッ
素を含むプラズマへの放置が行われるので、エッチング
前の被エッチング物に付着したホトレジストなどに存在
する水分の除去、さらには、エッチング後に被エッチン
グ物の表面に存在する塩素と珪素とによる反応生成物の
大気開放前の除去を確実に行うことができる。

【００２０】このため、エッチング時に被エッチング物
の表面に形成される塩素と珪素とによる反応生成物が、
被エッチング物中の水分や大気中の水分と反応して酸化
シリコンなどの異物を生成することが確実に阻止され、
塩素系のエッチングガスを用いた珪素系物質のエッチン
グにおける残滓の発生を確実に抑止することが可能とな
る。

【００２１】また、第２または第３の室が、真空ロード
ロック室を兼ねる構成とすることにより、エッチング装
置全体の規模や構成が必要以上に大きくなることもない
。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施
例であるエッチング方法および装置の一例について詳細
に説明する。図１は、本実施例のエッチング装置の構成
の一例を模式的に示すブロック図であり、図２、図３お
よび図４は、その一部を取り出して示す略断面図である
。

【００２３】本実施例のエッチング装置は、エッチング
室１０と、このエッチング室１０の真空度を損なうこと
なく、ウェハ１の当該エッチング室１０内への搬入およ
び搬出を可能にする真空ロードロック室２０および真空
ロードロック室３０を備えている。ウェハ１は、たとえ
ば、シリコン（Ｓｉ）などからなる半導体の表面にシリ
コン系の薄膜１ａを全面に被着し、さらにその上に、エ
ッチング時のマスクとして機能するホトレジスト１ｂを
所望のパターンに被着したものである。そして、外部か
ら所望の搬送治具５０に収納されて到来する複数のウェ
ハ１は、個別に真空ロードロック室２０を介してエッチ
ング室１０に搬入され、後述のような所望のエッチング
処理が施された後、真空ロードロック室３０を介して外
部に取り出され、順次、搬送治具５０に収納されて次の
工程に搬出される。

【００２４】エッチング室１０は、たとえば、図４に示
されるように、半球状の石英容器１１の内部に位置し、
ウェハ１が載置されるステージ１２と、石英容器１１を
一端の内部に収容するとともに、他端側にはマイクロ波
源１３が接続され、マイクロ波源１３から放射されるマ
イクロ波１３ａを石英容器１１の内部に導く導波管１４
と、石英容器１１の周囲に配置され、当該石英容器１１
の内部に所望の強さの磁場を形成するソレノイド１５な
どによって構成されている。また、石英容器１１の下部
には、たとえば塩素系のエッチングガス１６ａを供給す
るノズル１６と、石英容器１１の内部を所望の真空度に
排気する図示しない真空ポンプに接続された排気管１７
と、前記真空ロードロック室２０および真空ロードロッ
ク室３０の側にそれぞれ設けられ、ウェハ１の搬入およ
び搬出が行われるゲートバルブ１８ａおよびゲートバル
ブ１８ｂとが設けられている。

【００２５】この場合、エッチング室１０と、当該エッ
チング室１０からのウェハ１の搬出が行われる真空ロー
ドロック室３０との間には、前記ゲートバルブ１８ｂを
介して、たとえば、図２に示されるような構造の後処理
室４０が設けられている。すなわち、この後処理室４０
は、エッチング室１０から搬出されたウェハ１が載置さ
れるステージ４１と、当該ステージ４１の内部に設けら
れ、ウェハ１の加熱処理を行うヒータ４２と、後処理室
４０の内部を所望の真空度に排気する真空ポンプ４３と
を備えており、エッチング室１０における真空状態のま
まで、当該エッチング室１０から搬出されたウェハ１を
所望の温度に加熱する動作が可能になっている。

【００２６】以下、本実施例のエッチング方法およびエ
ッチング装置の作用の一例について、前述の図１〜図４
さらには図６および図７などを参照しながら説明する。

【００２７】エッチング室１０を構成する石英容器１１
の内部は、所望の真空度に排気されている。そして、真
空ロードロック室２０からゲートバルブ１８ａを通じて
、未処理のウェハ１が石英容器１１の真空状態を損なう
ことなく搬入され、ステージ１２の上に載置される。 その後、ソレノイド１５によって石英容器１１の内部に
磁場を形成するとともに、マイクロ波源１３からマイク
ロ波１３ａを導入しつつ、さらにノズル１６を通じて、
たとえばＣＣｌ４　やＣｌ２　なとの塩素系ガスと所望
の不活性ガスとを混合してなるエッチングガス１６ａを
石英容器１１の内部に供給する。このとき、石英容器１
１の内部に導入されたエッチングガス１６ａは、マイク
ロ波１３ａとソレノイド１５による磁場との相互作用に
よる電子サイクロトロン共鳴現象などによって活性化さ
れ、ウェハ１の表面に所望のパターンで被着されている
ホトレジスト１ｂから露出した薄膜１ａのエッチングを
行う。

【００２８】このとき、薄膜１ａを構成するシリコン原
子と、エッチングガス１６ａを構成する塩素原子との反
応によって、ウェハ１の表面に被着されたホトレジスト
１ｂの表面には、シリコンと塩素の反応生成物が付着す
る。

【００２９】所定の時間のエッチングによって、ウェハ
１の薄膜１ａのエッチングが完了すると、ウェハ１は、
ゲートバルブ１８ｂを介して、予め石英容器１１の内部
と同程度の真空度に排気済みの後処理室４０に搬出され
、ステージ４１に載置される。そして、この後処理室４
０においては、雰囲気を所望の真空度に維持しつつステ
ージ４１の内部に設けられたヒータ４２によってウェハ
１を比較的高温度に加熱する。この時、前段のエッチン
グにおいて生成し、ウェハ１のホトレジスト１ｂの表面
などに付着していた反応生成物は、加熱によって蒸発し
、ウェハ１の表面から除去される。

【００３０】所定の時間の加熱処理によって、表面に存
在する前記反応生成物が除去されたウェハ１は、真空ロ
ードロック室３０を通じて大気中に搬出され、搬送治具
５０に収納されて所定の工程に払い出される。この時、
従来の場合には、図７に示されるように、エッチング中
の反応生成物がウェハ１に付着したままであるため、大
気開放時に、外気中の水分と、当該反応生成物が反応し
て、酸化珪素（ＳｉＯ２　）などの安定な異物を発生さ
せ、当該異物は、有機物からなるホトレジスト１ｂの、
周知のアッシングなどによる除去後もウェハ１の上に残
滓となって存在することとなる。

【００３１】これに対して、本実施例のエッチング方法
および装置の場合には上述のように、エッチング後、ウ
ェハ１を大気に開放する前にエッチング時の真空度を維
持したままで加熱処理を施し、残滓の発生原因である反
応生成物を除去するので、図６に示されるようにアッシ
ングによるホトレジスト１ｂの除去後のウェハ１は残滓
などの存在しない清浄な状態となる。

【００３２】このため、当該残滓などの異物に起因する
半導体装置の製造プロセスでの種々の不良を減少させる
ことができ、半導体装置の製造工程における製品の信頼
性および歩留りを大きく向上させることができる。

【００３３】また、後処理室４０における加熱処理は、
エッチング室１０におけるエッチング処理と並行して遂
行できるので、加熱処理の追加によるエッチング工程で
の処理能力の低下を生じることもない。

【００３４】なお、上記の説明では、後処理室４０にお
いてウェハ１を加熱することによって、エッチング時の
反応生成物を除去しているが、これに限らず、たとえば
、図３に示されるように、後処理室４０に超高真空を実
現可能な真空ポンプ４４を真空ポンプ４３とともに設け
、超高真空雰囲気にウェハ１を所定の時間放置して、前
述のような反応生成物の除去を行うようにしても同様の
効果がある。なお、この場合に加熱処理を併用してもよ
いことは言うまでもない。

【００３５】次に、図５を参照しながら、本発明の他の
実施例であるエッチング方法および装置の一例について
説明する。

【００３６】この図５の実施例の場合には、エッチング
室１０の前後に接続される複数の真空ロードロック室２
０および真空ロードロック室３０が、前述の図１〜図４
の実施例における後処理室４０を作用を兼ねるようにし
たものである。

【００３７】すなわち、エッチング室１０に対して、当
該エッチング１０の真空状態などを損なうことなくウェ
ハ１を搬入する真空ロードロック室２０、およびエッチ
ング室１０から当該エッチング室１０の真空状態を損な
うことなくエッチング済みのウェハ１を搬出する真空ロ
ードロック室３０の内部には、ウェハ１が載置されるス
テージ２１およびステージ３１が設けられており、これ
らのステージ２１およびステージ３１の内部には、エッ
チング前およびエッチング後のウェハ１を所望の温度に
加熱するヒータ２２およびヒータ３２が設置されている
。

【００３８】また、真空ロードロック室２０および真空
ロードロック室３０には、当該真空ロードロック室２０
および３０を所望の高真空に排気可能な図示しない真空
ポンプに接続された排気管２３および排気管３３が設け
られており、前述のようなエッチング室１０に対する搬
入および搬出動作における適時の真空排気および真空解
除などの動作を行うとともに、真空ロードロック室２０
および３０の内部を、エッチング室１０におけるエッチ
ング時の真空度よりもさらに高い真空度に排気すること
が可能になっている。

【００３９】そして、エッチング処理されるウェハ１は
、エッチング室１０に搬入される前に、まず、真空ロー
ドロック室２０において、所望の真空度の雰囲気でヒー
タ２２によって所望の温度に所定の時間だけ加熱され、
この加熱処理によって、ホトレジスト１ｂなどに存在す
る水分を蒸発除去された後、エッチング室１０に搬入さ
れて前述のようなエッチング処理が施される。さらに、
エッチング後には、真空ロードロック室３０においては
、エッチング室１０における真空状態を維持したままで
、さらに高真空度の雰囲気に放置されるとともに、ステ
ージ３１に設けられたヒータ３２によって所定の温度に
加熱される。これにより、前段のエッチング処理中に発
生してウェハ１の表面に付着している塩素と珪素とによ
る反応生成物は蒸発して除去される。

【００４０】そして、このように反応生成物が除去され
た後、ウェハ１は、大気に開放される。

【００４１】このため、エッチング室１０におけるエッ
チング処理中、さらには、大気開放時のいずれにおいて
も、エッチング中の前記反応生成物などに起因する酸化
シリコンなどの異物の発生が確実に回避される。その結
果、アッシングなどによるホトレジスト１ｂの除去後に
、ウェハ１の表面は異物などの存在しない清浄な状態と
なる。

【００４２】これにより、たとえば、前記エッチング処
理によってウェハ１に形成される半導体装置などの信頼
性や歩留りを向上させることができる。

【００４３】なお、上記図１〜図４、さらには図５に例
示した実施例の場合には、いずれもエッチング室１０の
外部において、ウェハ１に存在する水分の除去や、エッ
チング中に発生した反応生成物の除去を行っているが、
エッチング室１０内において所望のエッチング処理の前
後に加熱処理や高真空雰囲気での放置処理を行ってもよ
い。すなわち、エッチング室１０において、所望の真空
度の状態でエッチングガスを含まないアルゴンガスなど
の不活性ガスのみを供給し、マイクロ波などによって励
起することにより、エッチングの前後において、随時、
ウェハ１の加熱処理を行わせる。この場合には、エッチ
ング処理全体の所要時間が若干長くなることを除けば、
前記図１〜図５に例示した実施例と同様の効果を得るこ
とができる。

【００４４】また、塩素系のエッチングガスによる上述
のようなエッチング処理を経たウェハ１を、たとえばフ
ッ酸溶液に浸漬して、ウェハ１上に残存する塩素をフッ
素と置換するとともに、残滓の除去を行うようにしても
よい。

【００４５】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００４７】すなわち、本発明のエッチング方法によれ
ば、塩素系のエッチングガスを用いた珪素系物質のエッ
チングにおける残滓の発生を確実に抑止することができ
るという効果が得られる。

【００４８】また、本発明のエッチング装置によれば、
塩素系のエッチングガスを用いた珪素系物質のエッチン
グにおける残滓の発生を確実に抑止することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるエッチング装置の構成
の一例を模式的に示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例であるエッチング装置の構成
の一部を取り出して示す略断面図である。

【図３】本発明の一実施例であるエッチング装置の構成
の一部を取り出して示す略断面図である。

【図４】本発明の一実施例であるエッチング装置の構成
の一部を取り出して示す略断面図である。

【図５】本発明の他の実施例であるエッチング装置の構
成の一例を示す略断面図である。

【図６】本発明の一実施例であるエッチング方法および
装置の作用の一例を示す説明図である。

【図７】従来のエッチング方法における残滓発生の過程
の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　ウェハ １ａ　　薄膜 １ｂ　　ホトレジスト １０　　エッチング室 １１　　石英容器 １２　　ステージ １３　　マイクロ波源 １３ａ　　マイクロ波 １４　　導波管 １５　　ソレノイド １６　　ノズル １６ａ　　エッチングガス １７　　排気管 １８ａ　　ゲートバルブ １８ｂ　　ゲートバルブ ２０　　真空ロードロック室 ２１　　ステージ ２２　　ヒータ ２３　　排気管 ３０　　真空ロードロック室 ３１　　ステージ ３２　　ヒータ ３３　　排気管 ４０　　後処理室 ４１　　ステージ ４２　　ヒータ ４３　　真空ポンプ ４４　　真空ポンプ ５０　　搬送治具

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　塩素系ガスを用いて珪素系の被エッチ
   ング物をエッチングするエッチング方法であって、エッ
   チング後に、当該エッチング時の真空度を維持したまま
   で前記被エッチング物を所望の温度に加熱することを特
   徴とするエッチング方法。
2. 【請求項２】　　塩素系ガスを用いて珪素系の被エッチ
   ング物をエッチングするエッチング方法であって、前記
   エッチング後、当該エッチング時の真空度よりもさらに
   高い真空雰囲気に前記被エッチング物を所定の時間だけ
   放置することを特徴とするエッチング方法。
3. 【請求項３】　　塩素系ガスを用いて珪素系の被エッチ
   ング物をエッチングするエッチング方法であって、前記
   エッチング後、前記被エッチング物に残存する塩素及び
   生成したＳｉＯ２　をフッ素またはフッ素を含むプラズ
   マを発生させて置換あるいは除去することを特徴とする
   エッチング方法。
4. 【請求項４】　　エッチング後の前記被エッチング物を
   フッ酸に浸漬することによって前記被エッチング物に生
   成したＳｉＯ２　を除去することを特徴とする請求項３
   記載のエッチング方法。
5. 【請求項５】　　塩素系ガスを用いて珪素系の被エッチ
   ング物をエッチングするエッチング方法であって、前記
   エッチング後、真空を維持したままレジスト除去（アッ
   シング）することを特徴とするエッチング方法。
6. 【請求項６】被エッチング物に対してエッチング処理を
   行う第１の室と、この第１の室とは独立に設けられ、前
   記第１の室におけるエッチング時の真空度を維持したま
   まで前記被エッチング物を所望の温度に加熱する加熱手
   段を有する第２の室とを備えたことを特徴とするエッチ
   ング装置。
7. 【請求項７】　　前記第２の室が、前記被エッチング物
   の前記第１の室に対する搬入／搬出経路に設けられた真
   空ロードロック室であることを特徴とする請求項６記載
   のエッチング装置。
8. 【請求項８】　　被エッチング物に対してエッチング処
   理を行う第１の室と、この第１の室とは独立に設けられ
   、前記第１の室におけるエッチング時の第１の真空度を
   維持したままで、前記被エッチング物が位置される雰囲
   気を、前記第１の真空度よりも高い第２の真空度にする
   真空排気手段を有する第３の室とを備えたことを特徴と
   するエッチング装置。
9. 【請求項９】　　前記第３の室が、前記被エッチング物
   の前記第１の室に対する搬入／搬出経路に設けられた真
   空ロードロック室であることを特徴とする請求項８記載
   のエッチング装置。