JPH08279491A - 絶縁膜のエッチング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機械的加工であるＣＭＰにおいて問題となって
いる加工ダメージやパーティクル発生の問題を本質的に
回避し、製品の歩留まりと信頼性の向上する。 【構成】この絶縁膜のエッチング方法及び装置では、被
加工物２をエッチングする成分を含む材料によりエッチ
ング雰囲気３を形成し、上記被加工物２が選択的に吸収
する波長の光である加熱光４を、当該加熱光４を吸収し
ないプリズム１に全反射する条件で入射させ、当該プリ
ズム１より光が漏れ出すエバネッセント光領域５を形成
し、上記エバネッセント光領域５の中に上記被加工物２
の凸部分を保持し、該凸部分に光を吸収させ局所的に加
熱し、上記被加工物２の凸部分と凹部分に温度差を発生
させ、各部におけるエッチング速度に差を生じさせ、凹
凸の被加工物２の表面を平坦化することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＬＳＩの内部配
線の絶縁等に用いられる酸化珪素系絶縁膜の平坦化に係
る絶縁膜のエッチング方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩの高集積化に伴い、その内
部に使われる配線の長さは急速に高まりつつある。これ
に応じて配線の集積化が進み、最新のマイクロプロセッ
サでは配線層の数は５層にまで及んでいる。この配線層
間は、主に酸化珪素系の絶縁物で絶縁されるわけである
が、積層数が進むに従って、その表面は凹凸が激しくな
り、配線の断線やフォトリソグラフィの被写界深度の制
限など、信頼性上、製造上種々の問題を引き起こしてい
る。

【０００３】かかる点に鑑みて、近年、配線層の平坦化
を目的に化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Pol
ishing) 技術が盛んに研究開発されてきており、当該技
術を使用した製品も市場に現れつつある。例えば「日経
マイクロデバイス（1994年 7月号，pp50-pp57 ）」で
は、ＣＭＰの量産展開が本格化し、コストを優先するＡ
ＳＩＣやＤＲＡＭにまで広がる旨を示唆する記述がなさ
れている。

【０００４】上記ＣＭＰに係る技術として、特開平６−
３１８５８３号公報では、配線の形成によって表面に段
差を有するウエハの上面に絶縁膜からなる研磨層を形成
し、研磨剤を含むスラリーと研磨布とを用いたＣＭＰに
よって上記研磨層を研磨するウエハ表面の平坦化方法に
関する技術が開示されている。当該技術では、ウエハ表
面のＣＭＰの際に発生するスラリー廃液を分析等するこ
とによって、研磨の過不足なくウエハ表面に良い平坦性
を得ることを目的としている。

【０００５】このＣＭＰの他に、平坦化方法としては、
レジストによるエッチバック法やダミーパターン＋ＳＯ
Ｇ(Spin On Glass) 法などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような機械研磨によるＣＭＰ技術は非常に有望ではあ
るものの研磨傷や絶縁膜剥離といった機械的加工による
ところの加工ダメージや、研磨剤を使用することによる
パーティクルの発生など本質的に回避できない問題が内
在している。さらに、上記エッチバック法やダミーパタ
ーン＋ＳＯＧ(Spin On Glass) 法などは、上記微細化の
進展に対応しきれない点や製造工程数の増大によるコス
トアップ等の問題点を有し、実際には使用し難くなって
いる。

【０００７】以上の状況を鑑み、これら技術の本質的に
避けられない問題点を回避するための新たな絶縁膜の平
坦化方法が嘱望されている。

【０００８】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、機械的加工であるＣＭＰ
において問題となっている加工ダメージやパーティクル
発生の問題を本質的に回避し、ランニングコストを大幅
に低減し、単工程とし、製品の歩留まりと信頼性を向上
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の絶縁膜のエッチング方法は、凹凸な表面を
有する絶縁膜をエッチングにより平坦化する絶縁膜のエ
ッチング方法であり、上記絶縁膜をエッチングする成分
を含む材料によりエッチング雰囲気を形成し、当該エッ
チング雰囲気中にて上記絶縁膜の凸部と凹部に温度差を
つけることで、上記絶縁膜の凸部及び凹部のエッチング
速度を制御して平坦化する事を特徴とするものである。

【００１０】詳細には、凹凸な表面を有する絶縁膜をエ
ッチングにより平坦化する絶縁膜のエッチング方法にお
いて、上記絶縁膜をエッチングする液相または気相のい
ずれかの成分を含む材料によりエッチング雰囲気を形成
する工程と、上記絶縁膜が選択的に吸収する波長の光で
ある加熱光を、プリズムに全反射する条件で入射させ、
上記エッチング雰囲気中に当該プリズムより光が漏れ出
すエバネッセント光領域を形成する工程と、上記エバネ
ッセント光領域の中に上記絶縁膜の凸部分を保持し、該
凸部分に光を吸収させ局所的に加熱する工程と、上記絶
縁膜の凸部分と凹部分に温度差を発生させ、各部におけ
るエッチング速度に差を生じさせ、凹凸の絶縁膜表面を
平坦化する工程とを有することを特徴とするものであ
る。

【００１１】そして、本発明の絶縁膜のエッチング装置
は、凹凸な表面を有する絶縁膜をエッチングにより平坦
化する絶縁膜のエッチング装置において、上記絶縁膜を
エッチングする液相または気相のいずれかの成分を含む
材料によりエッチング雰囲気を形成するエッチング雰囲
気形成手段と、上記絶縁膜が選択的に吸収する波長の光
である加熱光を照射する加熱光源と、上記加熱光源の加
熱光を吸収しないプリズムと、上記加熱光を上記プリズ
ムに全反射する条件で入射させ、上記エッチング雰囲気
中に当該プリズムより光が漏れ出すエバネッセント光領
域を形成するエバネッセント光領域形成手段と、上記エ
バネッセント光領域の中に上記絶縁膜の凸部分を保持
し、該凸部分に光を吸収させ局所的に加熱する加熱手段
とを具備することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】即ち、本発明の絶縁膜のエッチング方法では、
絶縁膜をエッチングする成分を含む材料によりエッチン
グ雰囲気が形成され、当該エッチング雰囲気中にて上記
絶縁膜の凸部と凹部に温度差が発生され、上記絶縁膜の
凸部及び凹部のエッチング速度が制御され平坦化され
る。

【００１３】詳細には、絶縁膜をエッチングする液相ま
たは気相のいずれかの成分を含む材料によりエッチング
雰囲気が形成され、上記絶縁膜が選択的に吸収する波長
の光である加熱光がプリズムに全反射する条件で入射さ
れ、上記エッチング雰囲気中に当該プリズムより光が漏
れ出すエバネッセント光領域が形成され、上記エバネッ
セント光領域の中に上記絶縁膜の凸部分が保持され、該
凸部分に光が吸収され局所的に加熱され、上記絶縁膜の
凸部分と凹部分に温度差が発生され、各部におけるエッ
チング速度に差が発生され、凹凸の絶縁膜表面が平坦化
される。

【００１４】そして、本発明の絶縁膜のエッチング装置
では、エッチング雰囲気形成手段により上記絶縁膜をエ
ッチングする液相または気相のいずれかの成分を含む材
料によりエッチング雰囲気が形成され、加熱光源により
上記絶縁膜が選択的に吸収する波長の光である加熱光が
照射される。そして、エバネッセント光領域形成手段に
より、上記加熱光源の加熱光が該光を吸収しないプリズ
ムに全反射する条件で入射され、上記エッチング雰囲気
中に当該プリズムより光が漏れ出すエバネッセント光領
域が形成され、加熱手段により上記エバネッセント光領
域の中に上記絶縁膜の凸部分が保持され、該凸部分に光
が吸収させられ局所的に加熱される。こうして、上記絶
縁膜の凸部分と凹部分に温度差を発生され、各部におけ
るエッチング速度に差が発生され、凹凸の絶縁膜表面が
平坦化される。

【００１５】

【実施例】先ず図１を参照して、第１の実施例に係る絶
縁膜のエッチング方法及び装置について説明する。本実
施例は、凹凸な表面を有する絶縁膜をエッチングにより
平坦化する手法において、エッチング雰囲気中にて凸部
と凹部に温度差をつけることで各部のエッチング速度を
制御し、平坦化する事を特徴としている。

【００１６】図１に於いて、プリズム１は、加熱光４を
吸収せず、全反射条件で透過が可能であり、且つ後述す
るエッチング雰囲気３に犯されない材質であることが要
求される。更に、図１中のプリズム１の上面に相当する
プリズム１の裏面は、高反射率を確保すべく金属などを
皮膜することが望ましい。

【００１７】具体的には、図２（ａ）に示されるよう
に、上記プリズム１の材料として格子間酸素の少ないシ
リコンを用い、皮膜材として金などを用いた構成とする
ことができる。この加熱光４を多重反射状態で利用する
構成の他にも、図２（ｂ）に示されるように、１回反射
となるようプリズム１を加工して用いることもできる。
この場合、プリズム１の上面が酸化するのを防止し且つ
反射率を押さえるための保護膜を形成してもよいことは
勿論である。

【００１８】被加工物２は、具体的にはシリコンウェハ
等であり、その表面は凹凸の絶縁膜で覆われている。エ
ッチング雰囲気３は、液体もしくは気体で形成すること
が可能であり、液体及び気体のいずれの場合もプリズム
１を侵さず、絶縁膜をエッチングすることが可能な材料
を用いている。具体的には、フッ酸系の溶液もしくはガ
スが採用される。

【００１９】加熱光４は、プリスム１やエッチング雰囲
気３が吸収せず、絶縁膜のみが選択的に吸収する波長の
光であり、具体的には波長８〜１０μｍの赤外光を採用
することができる。エバネッセント光領域５は、加熱光
４がプリズム界面で全反射する際に染み出す光の領域で
あり、使用する光の波長、プリズム１への加熱光４の入
射角やプリズムの屈折率、光の反射角等でその幅が決ま
り、約０〜４μｍの範囲で制御することができる。

【００２０】温度制御ステージ６は、被加工物２を加熱
冷却するためのものである。当該温度制御ステージ６に
は、被加工物２の凸部分と凹部分の温度差を大きくし、
エッチング速度差をより大きくする機能がある。但し、
温度制御ステージ６はエッチング条件やエッチング雰囲
気３の選択により必ずしも必要とはされない。尚、加熱
冷却方法としては、従来から用いられているヒートポン
プ等の熱媒体を用いた方法やペルチェ素子を用いた電子
式等のいずれでもよい。

【００２１】このような構成の絶縁膜のエッチング装置
により実現される絶縁膜のエッチング方法では、先ずプ
リズム１と温度制御ステージ６により冷却された被加工
物２との間に、絶縁膜のエッチング液もしくはエッチン
グガスを入れることで、エッチング雰囲気３を構成す
る。次いで、絶縁膜が選択的に吸収する波長の光である
加熱光４´を、プリズム１に全反射する条件で入射さ
せ、エバネッセント光領域５を形成する。そして、この
エバネッセント光領域５の中へ絶縁膜の凸部分を保持
し、該凸部分に光を吸収させ局所的に加熱する。その結
果、絶縁膜の凸部分と凹部分に温度差を発生させ、各部
におけるエッチング速度に差を生じさせ、最終的に凹凸
の絶縁膜表面を平坦化する。

【００２２】次に図３を参照して、上記第１の実施例を
更に具現化した第２の実施例に係る絶縁膜のエッチング
方法及び装置について説明する。

【００２３】図３に示されるように、この絶縁膜のエッ
チング装置では、被加工物２が置かれ上下方向に移動自
在な温度制御ステージ６には温度制御装置１２と真空チ
ャック用ポンプ１３とが接続されており、さらに、その
上面には当該温度制御ステージ６の平面と平行な平面を
その一部に有するプリズム１が配設されている。このプ
リズム１は上記図２（ｂ）に示した構造となっている。
このプリズム１の所定位置にはエッチング材導入口１
０，１１が設けられており、さらに、該エッチング材導
入口１０，１１の下部にはシールリング部材９が設けら
れている。上記プリズム１の上方の所定位置には加熱光
源４とフィルタ８が設けられており、該加熱光源４の周
囲はミラー７により覆われている。

【００２４】このような構成のエッチング装置により実
現される絶縁膜のエッチング方法では、先ず被加工物２
を温度制御ステージ６の所定位置に置き、真空チャック
用ポンプ１３により被加工物２を温度制御ステージ６に
密着させる共に被加工物２の反りを矯正する。このと
き、温度制御ステージ６は温度制御装置１２により任意
の温度に保持されている。その後、温度制御ステージ６
部分を含む下部全体を上昇させ、シールリング９により
試料ステージ周辺を密閉することで、不図示のエッチン
グ雰囲気３を構成する。このエッチング雰囲気３中への
エッチング材の注入はエッチング材導入口１０，１１を
介して行う。尚、この導入口１０，１１は温度制御ステ
ージ６側に設けてもよい。

【００２５】次いで、被加工物２の加工部分をここでは
不図示のエバネッセント光領域５へ導入すべく、温度制
御ステージ６の位置を更に上昇させ、プリズム１に一度
軽く接触させ、プリズム面と加工面の面出しを行い、必
要量（数μｍ）、温度制御ステージ６を面が出た状態の
まま下降させる。被加工物２の平坦性が良い場合は、こ
のような面出し操作は不要である。

【００２６】この状態でエッチング材を注入すると供に
加熱光源４´より加熱光４を照射する。加熱光４の光路
はミラー７とフィルタ８により構成され、プリズム１へ
の均一な光を照射すると共にプリズム１やエッチング材
を加熱する不要な光を除去する。この他、レンズやスリ
ット、光のオン／オフ用のシャッタなどを構成に加えて
もよい。また、レーザなど発光スペクトル幅の狭い光源
を用いる場合には、上記フィルタ８は不要となる。

【００２７】上記エッチングは加熱光４をオフにするこ
とで終了し、エッチング雰囲気３を不活性な状態にした
後、被加工物２を取り出す。不活性な状態にするために
は、エッチング材が液体の場合、純水により置換洗浄す
る。そして、気体の場合、窒素やアルゴンなどで置換す
る。このとき、表面に残留しているエッチング材を素早
く取り除くために温度制御ステージ６を加熱してもよ
い。この置換時には、置換効率を高めるために温度制御
ステージ６のみを下降させ、被加工物２とプリズム１と
の隙間を大きくするとよい。

【００２８】以上詳述したように、本発明の絶縁膜のエ
ッチング方法及び装置では、凹凸な絶縁膜表面を平坦に
するために、絶縁膜のエッチング雰囲気中に被加工物を
入れた状態で凸部分のみ選択的に光により加熱する。こ
れにより、加熱部分のエッチング速度を増加し、凸部分
と凹部分とのエッチング速度の差により凹凸な絶縁膜表
面を平坦化することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の絶縁膜のエッチング方法及び装
置によれば、機械的加工であるＣＭＰにおいて問題とな
っている加工ダメージやパーティクル発生の問題を本質
的に回避することができる。更に、化学エッチングのみ
によるので、ランニングコストを大幅に低減することが
できる。また、エッチバックなど他の平坦化方法に比し
ても本発明は単工程で加工が終了する点など圧倒的に優
れている。そして、製品の歩留まりや信頼性の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る絶縁膜のエッチング方法及
び装置の説明図である。

【図２】実施例に適用可能なプリズムの構成を示す図で
ある。

【図３】第２の実施例に係る絶縁膜のエッチング方法及
び装置の説明図である。

【符号の説明】

１…プリズム、２…被加工物、３…エッチング雰囲気、
４…加熱光、４´…加熱光源、５…エバネッセント光領
域、６…温度制御ステージ、７…ミラー、８…フィル
タ、９…シールリング、１０，１１…エッチング材導入
口、１２…温度制御装置、１３…真空チャック用ポン
プ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹凸な表面を有する絶縁膜をエッチング
   により平坦化する絶縁膜のエッチング方法において、 上記絶縁膜をエッチングする成分を含む材料によりエッ
   チング雰囲気を形成し、当該エッチング雰囲気中にて上
   記絶縁膜の凸部と凹部に温度差をつけることで、上記絶
   縁膜の凸部及び凹部のエッチング速度を制御して平坦化
   する事を特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
2. 【請求項２】 凹凸な表面を有する絶縁膜をエッチング
   により平坦化する絶縁膜のエッチング方法において、 上記絶縁膜をエッチングする液相または気相のいずれか
   の成分を含む材料によりエッチング雰囲気を形成する工
   程と、 上記絶縁膜が選択的に吸収する波長の光である加熱光
   を、プリズムに全反射する条件で入射させ、上記エッチ
   ング雰囲気中に当該プリズムより光が漏れ出すエバネッ
   セント光領域を形成する工程と、 上記エバネッセント光領域の中に上記絶縁膜の凸部分を
   保持し、該凸部分に光を吸収させ局所的に加熱する工程
   と、 上記絶縁膜の凸部分と凹部分に温度差を発生させ、各部
   におけるエッチング速度に差を生じさせ、凹凸の絶縁膜
   表面を平坦化する工程と、を有することを特徴とする絶
   縁膜のエッチング方法。
3. 【請求項３】 上記エバネッセント光領域は、上記プリ
   ズムへの加熱光の入射角によりその範囲が調整されるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の絶縁膜のエッチング方
   法。
4. 【請求項４】 上記プリズムとして、上記加熱光を吸収
   せずエッチング雰囲気に影響されない材料を用いること
   を特徴とする請求項２に記載の絶縁膜のエッチング方
   法。
5. 【請求項５】 凹凸な表面を有する絶縁膜をエッチング
   により平坦化する絶縁膜のエッチング装置において、 上記絶縁膜をエッチングする液相または気相のいずれか
   の成分を含む材料によりエッチング雰囲気を形成するエ
   ッチング雰囲気形成手段と、 上記絶縁膜が選択的に吸収する波長の光である加熱光を
   照射する加熱光源と、 上記加熱光源の加熱光を吸収しないプリズムと、 上記加熱光を上記プリズムに全反射する条件で入射さ
   せ、上記エッチング雰囲気中に当該プリズムより光が漏
   れ出すエバネッセント光領域を形成するエバネッセント
   光領域形成手段と、 上記エバネッセント光領域の中に上記絶縁膜の凸部分を
   保持し、該凸部分に光を吸収させ局所的に加熱する加熱
   手段と、を具備し、上記絶縁膜の凸部分と凹部分に温度
   差を発生させ、各部におけるエッチング速度に差を生じ
   させ、凹凸の絶縁膜表面を平坦化するすることを特徴と
   する絶縁膜のエッチング装置。