JPH11243077A

JPH11243077A - プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH11243077A
Application number: JP37038398A
Authority: JP
Inventors: Nushito Takahashi; 主人高橋; Saburo Kanai; 三郎金井; Hitoaki Sato; 仁昭佐藤; Hisazumi Ishizu; 尚澄石津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 1999-09-07
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP4237317B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング処理等のプラズマ処理における反応
生成物の処理特性への影響を相殺して、基板面内におい
て均一な処理特性の得られるプラズマ処理装置およびプ
ラズマ処理方法を提供する。【解決手段】処理室内において、マスクを介してガスプ
ラズマを用いて被処理基板を処理するプラズマ処理方法
において、側壁保護膜の付着量を適正化し、該適正化さ
れた付着量を被処理基板の中央と端部との間で等しく
し、側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処
理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板にエッ
チング処理等の処理を行うプラズマ処理に関し、被処理
基板の中央部と周辺部の処理特性が均一になるようにし
たプラズマ処理方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマ処理装置は、プラズマ密
度（イオン電流値）やイオンエネルギー（高周波バイア
ス電圧）を基板（ウエハ）面内で均一化するとともに基
板温度を均一にするため、種々の工夫が凝らされてき
た。例えば、特開平７−１８４３８号公報には、平板状
電極の基板支持面の絶縁物表面に凹凸面を形成し、この
凹凸面の密度あるいは深さを絶縁物表面内で変化させ
て、静電吸着力に分布を与えることにより、基板内の温
度分布の均一化を図るものが示されている。

【０００３】ところが、基板サイズが大口径化しエッチ
ングサイズが微細化するとともに、基板中央部と周辺部
でのエッチング反応生成物の分布の影響が顕在化してき
た。

【０００４】図１５は、エッチング反応生成物の挙動を
説明する図である。図に示すように、Ａｌ，Ｃｌ，Ｃ等
のエッチング反応生成物は被処理基板２の表面でプラズ
マエッチングガス（イオンやラジカル）と反応して気相
中に気化しＡｌ₂Ｃｌ₆等となるが、再度被処理基板に入
射したり、あるいはプラズマ中で再解離してから入射す
るなど、複雑な挙動を示す。すなわち、基板の底面でエ
ッチングされたＡｌは、反応生成物として気相中に放出
されるが、その一部は、プラズマ中で再び解離し、基板
２上へ再入射する。また、フォトレジスト２５も同じよ
うに、エッチングされるために、レジストの反応生成物
も基板２上に再入射する。これらの反応生成物がプラズ
マ中で解離した内で電気的に中性な成分は、被エッチン
グ部の側壁にも入射して付着する。このような成分や、
あるいは底面でエッチングされて直接側壁に入射して付
着した成分、または、入射イオンによって物理的に、あ
るいは化学的な要素も含んでスパッタされて側壁に入射
した成分などが付着して側壁保護膜２６が形成される。

【０００５】このうち、反応生成物の再入射に関して
は、基板面内での入射量の不均一が発生しやすい。なぜ
ならば、気相中にエッチングされて放出された反応生成
物はガスとしてエッチング室から排気されることになる
が、反応生成物の排気は、基板の外周程効率が良い。従
って、図１６に示すように、気相中の反応生成物の密度
分布、すなわち反応生成物の再入射量分布は、基板中央
が高く、周辺部で低いという分布にならざるを得ない。
このように、反応生成物の量は基板周辺部では、エッチ
ングガスとともに排気されるため基板中央部に比較して
少なくなっている。メタルエッチングの場合、側壁保護
膜が多い（厚い）と、イオンアシスト反応による側壁の
エッチング速度が遅くなる。そのため、例えば溝の加工
を例にとると、被エッチング部の形状はエッチング深さ
が増す程幅が狭くなる、いわゆるテーパ状の形状とな
る。逆に側壁保護膜が薄すぎると、側壁がエッチングさ
れ、被エッチング部の幅が目標寸法よりも広くなってし
まう。従って、被エッチング部として垂直形状を得るた
めには、側壁保護膜の付着量を、厚くもなく薄くもない
厚さに適正化して、側壁が太ったり、細ったりすること
のないようにしなければならない。

【０００６】一方、エッチングサイズの微細化が進むと
ともに、被処理寸法の加工精度に対する要求が厳しくな
ってきた。例えば、設計寸法の約１／１０が許容レベル
とした場合、０．５μｍでは許容レベルが±０．０５μ
ｍであったものが、０．２５μｍ、０．１３μｍと微細
化が進むにつれ、許容レベルは±０．０２５μｍ、±
０．０１３μｍとなる。このような要求仕様を達成する
ためには、加工寸法に影響を及ぼす因子を明らかにし、
それらを制御しなければならない。

【０００７】また、エッチングサイズの微細化に伴い、
微細パターンとそれほど密ではない疎なパターンが混在
する疎密パターンにおいても、被処理寸法の加工精度に
対する要求は厳しくなってきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エッ
チング等のプラズマ処理における反応生成物の処理特性
への影響を相殺して、基板面内において均一な処理特性
の得られるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を
提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、エッチング等のプラ
ズマ処理時における反応生成物の影響を考慮し、処理形
状の基板面内での均一性を向上したプラズマ処理方法お
よびプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、疎密パターンで加工
寸法のバラツキの無いエッチング処理特性の得られるプ
ラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、処理室
内において、マスクを介してガスプラズマを用いて被処
理基板をエッチング処理するプラズマ処理方法におい
て、前記被処理基板の被エッチング部の側壁に形成され
る側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理
することにある。

【００１２】本発明の他の特徴は、処理室内において、
マスクを介してガスプラズマを用いて被処理基板を処理
するプラズマ処理方法において、前記被処理基板に形成
される側壁保護膜の付着量を被処理基板の中央と端部と
の間で等しくし、側壁保護膜の面内均一性を維持しなが
らプラズマ処理することにある。

【００１３】本発明の他の特徴は、処理室内において、
レジストをマスクとしてガスプラズマを用いて被処理基
板を処理するプラズマ処理方法において、前記被処理基
板とプラズマとの反応によって発生した反応生成物が前
記被処理基板に入射して付着する付着量の均一性を前記
被処理基板の面内で維持しながら、前記被処理基板のプ
ラズマ処理を行い、前記被処理基板に面内均一な側壁保
護膜を形成することにある。

【００１４】本発明の他の特徴は、処理室内において、
レジストをマスクとしてガスプラズマを用いて被処理基
板をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、前記
被処理基板の温度を制御することにより前記被処理基板
に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプ
ラズマ処理することにある。

【００１５】本発明の他の特徴は、前記処理室内のプロ
セスガスの圧力、流量及び混合比を調整しなが前記被処
理基板をプラズマ処理することにある。

【００１６】本発明の他の特徴は、前記処理室内からの
前記反応生成物の排気量を制限しながら前記被処理基板
をプラズマ処理することにある。

【００１７】本発明の他の特徴は、前記プロセスガスの
種類又は処理室内でのプロセスガスの圧力を調整しなが
ら前記被処理基板をプラズマ処理することにある。

【００１８】本発明の他の特徴は、前記被処理基板の面
内における反応生成物の付着量のバラツキを±１０％以
内に維持することにある。

【００１９】本発明の他の特徴は、前記被処理基板の口
径が２００ｍｍ以上であり、前記被処理基板に形成され
るパターンが０．３５μｍ以下であることにある。

【００２０】本発明の他の特徴は、被処理基板をガスプ
ラズマを用いてエッチング等のプラズマ処理をするプラ
ズマ処理装置において、被処理基板を載置して基板温度
を制御する基板載置電極が、該基板の中央部と周辺部の
温度に高低差を有し、前記被処理基板の面内における反
応生成物の付着量の面内均一性を維持する機能を備えて
いることにある。

【００２１】エッチングの場合は、通常、マスクを介し
て加工寸法を忠実にかつ垂直にエッチングすることが要
求される。この際、エッチング方向に垂直な方向へのエ
ッチング、すなわち、側壁部のエッチングが加工寸法に
影響を及ぼす。側壁部のエッチングにおいて、エッチン
グ圧力が高い場合は入射イオンもエッチングに寄与する
が、エッチング圧力が十分低くなるとイオン入射がほと
んど無視できる。このようなイオン入射をほとんど無視
できる状況では、側壁部のエッチングは、側壁とラジカ
ルの化学反応に大きく依存する。化学反応は、温度や入
射して付着しているラジカル密度、種類に依存するが、
エッチングの場合は、化学反応を抑制する反応生成物が
側壁に付着し、この付着量の多少、すなわち側壁保護膜
の厚さが、側壁エッチングの速度を決めていると言って
良い。換言すると、側壁保護膜の膜厚制御が、加工精度
向上のキーとなる。

【００２２】従って、反応生成物の影響が大きくなって
きている微細パターンのエッチングにおいては、特に、
気相中での反応生成物が基板の面内で不均一であり基板
の外周部で少なくなるという分布特性を考慮し、その影
響を相殺して側壁保護膜の基板の面内分布が均一となる
様なプラズマ分布や基板温度分布にする必要がある。

【００２３】本発明によれば、処理室内においてマスク
を介してガスプラズマを用いて被処理基板を処理するプ
ラズマ処理方法において、被処理基板がこの被処理基板
に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持しながらプ
ラズマ処理される。このように、被処理基板の側壁保護
膜の面内均一性を維持することにより、イオンアシスト
反応による側壁のエッチング速度が均一になるため、微
細パターンであっても、被エッチング部の垂直形状を得
ることが容易になる。

【００２４】被処理基板に形成される側壁保護膜の面内
均一性を維持するために、例えば、基板面内の温度分布
を制御する。基板に再入射する反応生成物がエッチング
等の処理部の側壁に付着する確率は基板温度が高いほど
小さい。すなわち、基板温度が一定であれば、基板面内
での反応生成物の付着確率が一定となるから、処理部側
壁への付着量すなわち側壁保護膜の厚さは反応生成物の
再入射量に比例する。したがって、基板中央部での処理
部側壁への反応生成物付着量が多くなり、基板周辺部と
の処理形状差が生ずる。

【００２５】これを解決し被処理基板の側壁保護膜の面
内均一性を維持するために、プラズマ処理時に、例え
ば、基板中央部の温度が周辺部に比較して高くなるよう
に制御する。基板中央部の温度が高と反応生成物の付着
確率が低くなるので、反応生成物の再入射量が多くても
処理部側壁に付着する反応生成物の量は少なくなる。基
板温度は、基板面内における処理部側壁への反応生成物
付着量が同じになるように、基板面の内外で高低差を有
する特性に調節する。これにより、基板面内での処理特
性を均一にすることが可能となる。

【００２６】なお、基板温度が変化すると、反応生成物
の付着確率が変わるばかりでなく、エッチングガスプラ
ズマ（特にラジカル）の付着確率も変化する。また、エ
ッチング反応そのものの速度も変化する。したがって、
反応生成物の生成量も変化するので、エッチング等のプ
ラズマ処理条件に応じて基板温度分布を制御することが
必要である。

【００２７】側壁保護膜の面内均一性を維持するため
に、基板面内の温度分布を制御する方法としては種々の
方法がある。例えば、電極表面を基板の裏面に接触する
部分と接触しない部分（溝部）に分け、接触部と溝部の
熱通過率が違うことを利用して基板の面内温度を制御す
ることができる。また、溝部の深さを変えることで、熱
通過率変化させることもできる。

【００２８】さらに、この溝部にフィルムを貼付して熱
通過率を制御することも可能である。さらには、溝部に
貼付るフィルムの種類や厚さを調節することで温度をプ
ロセスに合わせて変えることができる。また、フィルム
を再貼付することで容易に清掃することができる。な
お、フィルムはプラスチックスである必要はない。金属
やセラミックスでもよい。ただし、薄いことが必要であ
る。また、これらのフィルムを基板裏面と接触する部分
に貼付して基板の温度制御を行うことも可能である。
本発明によれば、プラズマ処理における反応生成物のエ
ッチング特性への影響を相殺して、基板面内において均
一な処理特性の得られるプラズマ処理方法およびプラズ
マ処理装置を提供することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に述べる。まず、図１７は本発明が適用されるプ
ラズマ処理装置の模式図である。図１７の装置はマイク
ロ波による電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ
発生方法を採用したエッチング装置であるが、本発明の
適用装置はプラズマ処理装置であれば他の方式のもので
も良く、図１７の装置に特に限定されるものではない。

【００３０】図１７において、１はエッチング室、２は
電極３の上に載置された基板である。４は基板にＲＦバ
イアスを印加するための高周波電源である。５はマイク
ロ波をエッチング室１に導く導波管、６は石英窓であ
る。７はマイクロ波に磁場を加えてエッチング室内に電
子サイクロトロン共鳴領域を生成するための電磁コイ
ル、８は真空ポンプ、９は圧力調節弁、１０は圧力など
のセンサーである。

【００３１】電極３は静電吸着電極であり、該電極表面
の一部が基板２の裏面と接触する静電吸着面となってい
る。図２、図３に示すように、静電吸着電極３の環状の
静電吸着面３１，３２、３３の間には、凹部３４，３
５，３６が形成されている。なお、３８は基板裏面へ伝
熱ガスの供給口、３９は電極を冷却する媒体の通路であ
る。静電吸着電極３の中央から外側に向かって、凹部３
４，３５，３６の深さｄが、ｄ３＞ｄ２＞ｄ１のよう
に、順次浅くなっている。凹部の代わりに、静電吸着面
に溝が形成される場合も、静電吸着電極３の中央から外
側に向かって、深さを順次浅くすれば良い。

【００３２】このように、静電吸着電極３の中央から外
側に向かって、凹部３４，３５，３６の深さｄが順次浅
くなっていることにより、静電吸着電極３は、図１に示
したように、エッチング処理時における基板中央部の温
度を基板周辺部に比較して高く維持する機能がある。エ
ッチング処理時に、基板中央部の温度が高いと、反応生
成物の付着確率が低くなるので、反応生成物の再入射量
が多くてもエッチング部側壁に付着する反応生成物の量
は少なくなる。基板温度の高低差はエッチング部側壁へ
の反応生成物付着量が同じになるように調節する。これ
により、以下に説明するように、基板面内でのエッチン
グ特性を均一にすることが可能となる。

【００３３】ここで、プラズマ処理のメカニズムをアル
ミニウム配線のエッチングを例にとり説明する。

【００３４】図４は、アルミニウム配線をエッチングし
ている途中の模式図である。アルミニウム配線として、
下地のＳｉＯ_２酸化膜２１の上に、バリアと称する拡散
防止用の膜２２が形成され、その上に、アルミニウム配
線膜２３が形成されている。バリア２２は、ＴｉやＴｉ
Ｎから成り、アルミニウム配線はＡｌ−ＣｕやＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕの合金が使用される。ＣｕやＳｉ、Ｃｕの組成
比は、通常０．５〜１．５％程度となっている。

【００３５】さらに、アルミニウム配線の上には、Ｔｉ
Ｎなどから成るキャップ層２４が形成される。キャップ
層は、その上に、レジスト２５を有している。キャップ
層２４は、微細パターンをリソグラフィーにより露光す
る際に、アルミニウム配線のままだと反射光が強く、露
光の解像度が減少するのを防ぐために設けられた反射防
止膜である。

【００３６】アルミのエッチングは、塩素ガスを用いて
実施される。通常は、アルミの自然酸化膜のエッチング
も必要になるため、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂の混合ガスが使用さ
れる。アルミと塩素は、Ａｌ₂Ｃｌ₆なって気化するが、
この反応は常温でも生じ易く、塩素ガスとＡｌが接する
だけでも進行する。

【００３７】従って、図４のように、レジストをマスク
として異方性で垂直な形状を得ようとする場合は、アル
ミの側壁がエッチングされるのを防止しなければならな
い。ところが、プラズマエッチングでは、ＢＣｌ₃／Ｃ
ｌ₂がプラズマ状態となるため、Ｃｌイオン等の他に、
Ｃｌラジカルのような中性の活性種が発生する。中性活
性種は、電場や磁場の影響を受けないために、エッチン
グ室内をランダムな方向に飛び交っており、側壁へも多
数突入する。従って、これらのＣｌラジカルとアルミの
側壁の反応を防止しなければならない。この役目を果た
すのが、側壁保護膜２６である。

【００３８】ＣｌとＡｌはラジカル同士でも反応する
が、垂直形状を得るためと、より高速でエッチングする
ために、基板２に高周波電源４でＲＦバイアスを印加
し、イオンを基板に垂直な方向に入射させる。イオン
は、ＲＦバイアスにより加速されて高エネルギー状態と
なり、アルミニウム配線のエッチング底面に入射する。
イオンの入射により、エッチング底面に吸着しているＣ
ｌはＡｌと速やかに反応する。イオンの運動エネルギー
がエッチング底面でＣｌとＡｌの反応に転換されるエッ
チングは、イオンアシストエッチングと呼ばれている。

【００３９】底面でエッチングされたアルミは、反応生
成物として気相中に放出されるが、その一部は、プラズ
マ中で再び解離し、基板上へ再入射する。また、レジス
トも同じように、エッチングされるために、レジストの
反応生成物も基板上に再入射する。これらの反応生成物
がプラズマ中で解離したうちで電気的に中性な成分は、
被エッチング部の側壁にも入射して付着する。このよう
な成分や、あるいは底面でエッチングされて直接側壁に
入射して付着した成分、または、入射イオンによって物
理的に、あるいは化学的な要素も含んでスパッタされて
側壁に入射した成分などが付着して側壁保護膜が形成さ
れる。このうち、反応生成物の再入射に関しては、基板
面内での不均一が発生しやすい。なぜならば、気相中に
エッチングされて放出された反応生成物はガスとしてエ
ッチング室から排気されることになるが、図１６で述べ
たように、反応生成物の排気は、基板外周程効率が良
い。従って、基板の温度分布が面内で均一な場合、気相
中の反応生成物の密度分布は、基板中央が高く、周辺部
で低いという分布にならざるを得ない。

【００４０】そこで、本発明では、図１のように基板中
央の温度を高くすることにより、図５に示したように反
応生成物の付着確率を基板面内で変え、側壁保護膜とな
る反応生成物の付着量を基板面内で均一にするものであ
る。すなわち、反応生成物の付着確率を基板面内の中央
部で小さく、周辺部で大きくする。その結果、側壁保護
膜の厚さ分布特性を、図５のように基板面内で均一にす
ることができる。

【００４１】基板中央の温度を基板外周部に比べて高く
する特性を得るためには、例えば、静電吸着電極３の中
央から外側に向かって、凹部３４，３５，３６（あるい
は溝）の深さｄを順次浅する。

【００４２】次に図７に、基板裏面の圧力Ｐａとガス分
子による熱通過率（Ｗ／ｍ²・Ｋ）の関係を示す。図７
から、裏面圧力が高いほど熱通過率は大きくなることが
分かる。これにより、圧力を一定としたときの、基板裏
面と電極表面の距離（ｄ）とガス分子による熱通過率の
関係が、図８のように求まる。

【００４３】従って、図８の特性を利用することによ
り、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるい
は溝）の深さｄをの中央から外側に向かって変化させて
設定することにより、図１に示すような基板面内の温度
分布を得ることができる。

【００４４】実用上は、基板の面内における反応生成物
の付着量を、±１０％の面内均一性に維持出来るよう
に、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あるい
は溝）の深さｄを設定すれば良い。

【００４５】本発明の方法は、基板の口径が２００ｍｍ
以上、基板に形成されるパターンが０．３５μｍ以下の
ものに、特に有効に適用可能である。

【００４６】なお、静電吸着電極表面の凹部３４，３
５，３６（あるいは溝）の深さｄをの中央から外側に向
かって変化させて設定するために、図９に示したよう
に、凹部の深さを予め等しくしておき、厚さの異なるス
ペーサ３７を配置して深さを調節しても良い。

【００４７】また、スペーサ３７の厚みを代える代わり
に、電極表面と基板とのギャップ（溝）にポリイミドフ
ィルムなどを貼付して熱伝導特性を変化させて、所定の
基板面内の温度分布を得るようにしても良い。さらに、
フィルムの種類や厚さを調節することで温度をプロセス
に合わせて変えることができる。また、フィルムを再貼
付することで容易に清掃することができる。なお、フィ
ルムはプラスチックスである必要はない。金属やセラミ
ックスでもよい。

【００４８】また、図１０に示すように、静電吸着電極
表面の凹部３４，３５，３６（あるいは溝）の幅Ｗ（Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３）を電極の中央から外側に向かって順次
狭くなるように変化させて、図１に示すような基板面内
の温度分布を得ることもできる。さらに、図１１に示す
ように、静電吸着電極表面の凹部３４，３５，３６（あ
るいは溝）の深さｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３，）と幅Ｗ（Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３）の双方を電極の中央から外側に向かっ
て順次変化させて、図５に示すような基板面内の温度分
布を得ることもできる。

【００４９】あるいはまた、図１２に示すように、基板
２の温度をセンサー４２、４３、４４で計測し、この温
度に基づいて基板２と電極３の間に通路３８を介して供
給される伝熱用ガスの圧力をコントローラ４５を介して
バルブ４６で制御することにより、図１に示すような基
板面内の温度分布を得ることもできる。

【００５０】伝熱用ガスの基板裏面の圧力は、伝熱用ガ
スの流量を増せば増加させることができる。一方、裏面
圧力と熱通過量との間には、図１３に示すような関係が
ある。また、静電吸着電極３の凹部（もしくは溝）の深
さと電極裏面における圧力損失（Ｐａ）との間には、図
６のような関係がある。図６から、溝深さｄが深くなる
ほど圧力損失ΔＰａが小さくなることが分かる。したが
って、各凹部３４，３５，３６を連通する放射状の凹部
または溝の形状によって圧力損失が生じるように、伝熱
用ガスの供給圧力を調節して、各凹部３４，３５，３６
の伝熱用ガスの圧力を適宜調節することにより、図１に
示すような基板面内の温度分布を得ることが可能とな
る。

【００５１】なお、各凹部３４，３５，３６内に供給さ
れる伝熱用ガスの圧力をそれぞれに調節可能になるよう
に、各凹部３４，３５，３６それぞれに独立した伝熱用
ガスの供給要の通路を設けても良い。

【００５２】さらに、本発明の他の実施例として、図１
４に示したように、処理室１内からの反応生成物の排気
量を排気手段５０で制限しながら基板２をエッチング処
理することにより、反応生成物の付着量を基板面内で均
一にすることもできる。

【００５３】次に、エッチング中に反応生成物の付着量
を基板面内で均一にするためにプロセスガスを調整する
方法について述べる。すなわち、以下の範囲、方法でパ
ラメータを変化させプロセスガスを調整する。

【００５４】（１）ガス種BCl₃,Cl₂,添加ガスとしてCHF
₃,CF₄,CH₂F₂,Ar+CH₄ （２）ガス流量 BCl₃；10ml/min〜100 ml/min Cl₂；50ml/min〜400 ml/min （３）ガス圧力；0.1Pa〜6Pa （４）マイクロ波(2.45GHz)出力２００Ｗ〜２０００Ｗ（５）ＲＦ出力１０Ｗ〜５００Ｗ(使用周波数100KHz〜
13.56MHz) （６）基板温度範囲；50℃〜100℃ （７）マスクはレジストを使用。

【００５５】上記条件の調整範囲で、面内反応生成物密
度分布差を（基板中央高、周辺低い）低く（小さい）す
る方向としては、（１）ガス圧力を低くする（０.1Pa〜１Pa）ガス圧力を下げ、ガス滞在時間を短縮、生成物の揮発性
をあげることによりエッチング後の反応生成物再付着回
数を少なくする。このような状況では、反応生成物が排
気されるまでに基板の中央でも外周部でも、他のガス分
子と衝突する回数が少ないために、基板の中央と外周部
における排気速度の差が発生しにくい。これにより、基
板面内における反応生成物の付着量分布のバラツキを低
減する。

【００５６】（２）ガス流量を多くし且つ塩素流量比率
を大きくする。（＞８０％）流量増加によるガス滞在時間を短縮することにより、生
成物の揮発性をあげエッチング後の反応生成物再付着回
数を少なくする。且つ質量の大きいＢＣｌ_３イオンを少
なくすることにより、イオンアタックによるレジストか
らのサイドウオール付着物の量を低減し面内反応生成物
付着密度分布のバラツキを低減する。

【００５７】（３）基板全体の温度を高くする。(70℃
〜100℃) 基板全体の温度を上げることにより再付着回数を低減で
きる。基板温度を高くすること自体は、面内バラツキに
は直接寄与しない。しかし、基板内の温度を制御する、
例えば、基板温度を高くすれば、入射した反応生成物の
付着確率が小さくなるので、面内反応生成物の付着量そ
のものが少なくなり、基板面内での反応生成物の付着密
度分布のバラツキの絶対値を低減できる。

【００５８】（４）プラズマ密度を低くする（マイクロ
波出力を低くする）プラズマを低密度化することにより反応生成物量を抑制
し面内反応生成物付着密度分布のバラツキを低減する。

【００５９】（５）基板に入射するイオンエネルギーを
低くする。（ＲＦ出力を低くする）ＲＦ出力を下げることによりイオンアタックによるレジ
ストからの側壁付着物の量を低減し面内反応生成物付着
密度分布のバラツキを低減する。

【００６０】上記パラメータを最適化することにより、
種々の被エッチング面積、好ましくは基板の口径が２０
０ｍｍ以上でかつ基板に形成されるパターンが０．３５
μｍ以下の、半導体の配線加工に適用することにより、
基板の面内で加工寸法のバラツキの無いエッチングを行
うことができる。

【００６１】また、基板のほぼ同じ場所で微細なパター
ンとそれほど微細でない疎なパターンとが混在している
所謂粗密パターンにおいも、加工寸法のバラツキを改善
できる。すなわち、パターンが微細になるほど、入射粒
子がパターン内の深いところまで進入して側壁に付着す
る確率が減少し、側壁保護膜も薄くなるが、本発明によ
れば、粗密パターン内での均一性も、基板面内での側壁
保護膜の均一化と同様な理由で達成することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、プ
ラズマ処理における反応生成物のエッチング特性への影
響を相殺して、基板面内において均一な処理特性の得ら
れるプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供す
ることができる。

【００６３】また、本発明によれば、基板面内の温度を
変化させる等の簡単な方法でプラズマ処理特性の面内分
布を均一にすることができるので、デバイスの生産歩留
まりが向上するという効果がある。また、基板温度をプ
ロセスに合わせて変えることができるので、エッチング
等の処理において種々の仕様に対応できるという利点も
ある。

【００６４】本発明によれば、さらに、疎密パターンで
加工寸法のバラツキの無いエッチング処理特性の得られ
るプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における基板の面内温度の制御特性の一
例を示す図である。

【図２】本発明の一実施例になるプラズマエッチング装
置おける電極の要部を示す縦断面図である。

【図３】図２の電極の要部平面図である。

【図４】本発明の方法により、アルミニウム配線をエッ
チングしている途中の模式図である。

【図５】本発明における、プラズマエッチング時の基板
温度と反応生成物の発生量、再入射分布の関係を示す図
である。

【図６】静電吸着電極の凹部（もしくは溝）の深さと電
極裏面における圧力損失（Ｐａ）の関係を示す図であ
る。

【図７】基板裏面の圧力Ｐａとガス分子による熱通過率
（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）の関係を示す図である。

【図８】圧力を一定としたときの、基板裏面と電極表面
の距離（ｄ）とガス分子による熱通過率の関係を示す図
である。

【図９】本発明の他の実施例になる電極の縦断面図であ
る。

【図１０】本発明の他の実施例になる電極の説明図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施例になる電極の説明図であ
る。

【図１２】本発明の他の実施例になる基板面内の温度制
御方法を説明する図である。

【図１３】基板の裏面圧力と熱通過量と関係を示す図で
ある。

【図１４】本発明の他の実施例になるエッチング処理方
法の説明図である。

【図１５】従来例におけるプラズマエッチング時のエッ
チング反応生成物の挙動を説明する図である。

【図１６】従来例におけるプラズマエッチング時の基板
温度と反応生成物の発生量、再入射分布の関係を示す図
である。

【図１７】本発明が適用されるプラズマエッチング装置
の模式図である。

【符号の説明】

１…エッチング室、２…基板、３…電極、４…高周波電
源、５…導波管、６…石英窓、７…電磁コイル、８…真
空ポンプ、９…圧力調節弁、１０…センサー、３１，３
２、３３…静電吸着面、３４，３５，３６…凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石津尚澄山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理室内において、マスクを介してガスプ
ラズマを用いて被処理基板をエッチング処理するプラズ
マ処理方法において、前記被処理基板の被エッチング部の側壁に形成される側
壁保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】処理室内において、マスクを介してガスプ
ラズマを用いて被処理基板を処理するプラズマ処理方法
において、前記被処理基板に形成される側壁保護膜の付
着量を被処理基板の中央と端部との間で等しくし、側壁
保護膜の面内均一性を維持しながらプラズマ処理するこ
とを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項３】処理室内において、レジストをマスクとし
てガスプラズマを用いて被処理基板を処理するプラズマ
処理方法において、前記被処理基板とプラズマとの反応によって発生した反
応生成物が前記被処理基板に入射して付着する付着量の
均一性を前記被処理基板の面内で維持しながら、前記被
処理基板のプラズマ処理を行い、前記被処理基板に面内
均一な側壁保護膜を形成することを特徴とするプラズマ
処理方法。
【請求項４】処理室内において、レジストをマスクとし
てガスプラズマを用いて被処理基板をプラズマ処理する
プラズマ処理方法において、前記被処理基板の温度を制御することにより前記被処理
基板に形成される側壁保護膜の面内均一性を維持しなが
らプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方
法。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかに記載のプラ
ズマ処理方法において、前記処理室内のプロセスガスの
圧力、流量及び混合比を調整しながら前記被処理基板を
プラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれかに記載のプラ
ズマ処理方法において、前記処理室内からの前記反応生
成物の排気量を制限しながら前記被処理基板をプラズマ
処理することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】請求項１ないし３のいずれかに記載のプラ
ズマ処理方法において、前記プロセスガスの種類又は処
理室内でのプロセスガスの圧力を調整しながら前記被処
理基板をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処
理方法。
【請求項８】請求項４に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記被処理基板の中央部の温度を周辺部の温度より
も高く維持しながら前記被処理基板をプラズマ処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】請求項４に記載のプラズマ処理方法におい
て、前記基板を載置する電極が静電吸着電極であり、該
電極表面の一部を該基板裏面と接触する静電吸着面と
し、静電吸着力を該電極表面内の中心部と外周部で調節
しながら前記被処理基板をプラズマ処理することを特徴
とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】請求項４に記載のプラズマ処理方法にお
いて、前記基板と前記電極間のギャップにポリイミドフ
ィルムなどを貼付して熱伝導特性を変化させることによ
り前記被処理基板の中央部の温度を周辺部の温度よりも
高く維持しながら前記被処理基板をプラズマ処理するこ
とを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１１】請求項７に記載のプラズマ処理方法にお
いて、前記被処理基板の温度を計測し、該温度に基づいて前記
被処理基板と基板保持電極の間に供給される伝熱用ガス
の圧力を制御しながら前記被処理基板をプラズマ処理す
ることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】請求項１ないし１１のいずれかに記載の
プラズマ処理方法において、前記被処理基板の面内にお
ける反応生成物の付着量のバラツキを±１０％以内に維
持することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】請求項１ないし１１のいずれかに記載の
プラズマ処理方法において、前記被処理基板の口径が２
００ｍｍ以上であり、前記被処理基板に形成されるパタ
ーンが０．３５μｍ以下であることを特徴とするプラズ
マ処理方法。
【請求項１４】ガスプラズマを用いて被処理基板を処理
するプラズマ処理装置において、被処理基板を載置して
基板温度を制御する基板載置電極が、該基板の中央部と
周辺部の温度に高低差を有し、前記被処理基板の面内に
おける反応生成物の付着量の面内均一性を維持する機能
を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】請求項１４に記載のプラズマ処理装置に
おいて、前記基板載置電極が、該被処理基板の中央部の
温度を周辺部の温度より高く維持する機能を備えている
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１６】請求項１４または１５に記載のプラズマ
処理装置において、前記基板載置電極に高周波バイアス
電圧を印加する機能を有することを特徴とするプラズマ
処理装置。
【請求項１７】請求項1４または１５に記載のプラズマ
処理装置において、前記基板裏面と該電極表面間の距離
を該基板中央部と周辺部で変化させたことを特徴とする
プラズマ処理装置。
【請求項１８】請求項１７に記載のプラズマ処理装置に
おいて、前記基板載置電極の表面と対向する該基板裏面
間の距離が、該基板中後部で大きく周辺部で小さいこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１９】請求項１４に記載のプラズマ処理装置に
おいて、前記基板載置電極が静電吸着電極であり、該電
極表面の一部を該基板裏面と接触する静電吸着面とし、
該基板裏面と接触しないそれ以外の窪んだ電極表面は該
基板温度を制御するためのガス流路とし、該基板中央部
で該ガス流路の窪みを周辺部より大きくしたことを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項２０】請求項１４または１５に記載のプラズマ
処理装置において、前記基板載置電極がダイポール電極
であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２１】請求項１４または１５に記載のプラズマ
処理装置において、前記基板載置電極の面内の内側と外
側で該電極の温度を変える冷却手段を備えたことを特徴
とするプラズマ処理装置。
【請求項２２】請求項１４または１５に記載のプラズマ
処理装置において、前記基板載置電極と前記基板とのギ
ャップを可変としたことを特徴とするプラズマ処理装
置。
【請求項２３】請求項１４または１５に記載のプラズマ
処理装置において、前記基板載置電極と前記基板とのギ
ャップにポリイミドフィルムなどを貼付して熱伝導特性
を変化させたことを特徴とするプラズマ処理装置。