JPS63236326A - ドライエツチング方法とその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子、半導体装置等の製造工程で使用
される薄膜のドライエツチング方法およびその装置の改
良に関する。

（従来の技術） ＩＣの大規模集積化に伴い、ウェハー毎のプロセス制御
、即ち枚葉式プロセスエツチングが注目されるようにな
った。

枚葉式プラズマエツチング装置では、ウェハーの枚葉間
でエツチングレートやウェハー内エツチング量の均一性
および下地やフォトレジストと工ツチングされる薄膜の
エツチングの選択性が変化しない（±３％以内）ことが
望ましいが、実際にはこれらの特性が処理枚数を重ねる
に従って徐々に変化していくという欠点がある。

特に下地との選択性の高いＰＳＧ、Ｓｉ３Ｎ４＋Ｓ　ｉ
ＸＮ、、Ｓ　ｉ　ＯＮ等の薄膜のエツチングプロセスの
場合には、エツチングレートが次第に低くなって行った
り、ウェハー内エツチング量の均一性が悪くなって行っ
たりし、その特性は枚葉毎に大きく変化してしまう。

そして、エツチング終点検出装置を備えたドライエツチ
ング装置では、ウェハー内均−性が悪化するため、エツ
チングの終点検出が困難になってくるという問題を生じ
ている。

（発明の目的） 本発明は、枚葉式ドライエツチング装置の薄膜のエツチ
ング処理方法および装置において、ウェハー間における
エツチングレート、ウェハー内エツチング量均−性、下
地やフォトレジストとの選択性、の変化の少ないエツチ
ング方法とその装置の提供を目的とする。

（発明の構成） 本発明は、枚葉式ドライエツチング装置の薄膜のエツチ
ング処理方法において、各枚葉処理のエツチング時間の
中間に、多量のＨｅガスを短時間エツチング室に導入し
て枚葉均一化処理を施す方法およびそれを実現する装置
によって前記目的を達成したものである。

（作用） 最初と、何回か枚葉エツチング処理を行なった後とて′
は、電極等エツチング室内にある物の温度が不均一にな
っていること、および、エツチング特性の差が大きいと
きほどこの不均一も大きくなることから、温度と上記不
具合の間には何らかの因果関係があるものと思われる。

枚葉処理のエツチング時間の中間で多量のガスを導入す
ると、エツチング時間中にプラズマの衝撃によって局所
的に高温になった電極等を、最初のエツチングの状態に
戻すことが出来、従って、上記のＨｅを導入することに
よって処理枚数に関係なく一定の温度条件でエツチング
を行なうことが出来る。特にＨｅを冷却して導入した場
合には単時間で効果的にエツチング室内の温度分布の不
均一を解消することが出来る。その結果、ウェハー間に
おけるエツチングレートの相違、ウェハー内エツチング
量の不均一、下地やフォトレジストとのエツチングの選
択性の変化等の不具合を小さくした枚葉処理を行なうこ
とが出来る。

（実施例） 以下、この発明を５ｉ０２エツチングの実施例によって
説明する。第１図にはその実施例の装置の概略の断面図
を示す。

第１図において、処理槽６のガス導入部１は、エツチン
グガスの導入、および各エツチング終了後に多量のＨｅ
ガスを電極２，３間の空間に導入するためのものである
。冷却水導入部７はガス導入部１を流れるＨｅガスを冷
却するためのものである。電極２と電極３の間には、両
電極に挟まれた空間のエツチングガスをプラズマ化させ
るために、高周波電源５から高周波電力が印加される。

電極３上には被処理物４、即ちエツチングの対象となる
Ｓ　ｉ　０２膜が形成されたウェハーが載置されている
。

次に５ｉ０２膜をエツチングする手順を説明すると、処
理槽６の内部を真空に排気したのち、ガス導入部１を通
してエツチングガス例えば、酸素ガスを５％添加したフ
ッ素系ガスを、電極２と電極３の間に導入する。次いで
高周波電源５から電極２と電極３に高周波電力を供給し
て放電プラズマを発生させる。　両電極２，３間の距離
ｄは１０ｍｍ以下、エツチングガスの圧力はエツチング
中１００〜３００Ｐａに保持する。

１枚の被処理物のエツチングが終ると、続いて本発明の
特徴をなすＨｅガスをエツチングガスの導入量以上即ち
２００〜３００ｓｅｃｍ導入し、圧力を１００〜５００
Ｐａ程度にして、５〜２０ｓｅｃ保持する。

次ぎにこのＨｅガスの供給を停止し、処理槽６内を排気
したのち、被処理物を次の未処理の被処理物と交換する
。

第３図を用いてエツチング終了後にＨｅガスを導入しな
いで、連続的にエツチング処理を行なった従来の場合の
処理枚数とエツチング速度、ウェハー面内均一性の関係
を説明する。エツチングガスはＣ２Ｆ６＋ＣＨＦ３＋０
２＋Ｈｅである。Ｈｅガスを混入しているのは、ウェハ
ーの冷却効率を高めるためである。第３図のグラフで明
らかなように処理枚数が増すと、後になる程、５ｉ０２
のエツチング速度は低下し、ウェハー面内均一性が悪化
する。

第２図は、第３図と同じエツチングガス、高周波電力、
圧力等を用い、１枚のウェハーのエツチングが終了する
毎にＨｅガスを各５．　１０．　１５゜２０秒間に亙っ
て３００ｓｅｃｍ流し、処理槽内圧力を最大５００Ｐａ
に保った場合の、Ｓ　ｉ　０２のエツチング速度および
ウェハー内均−性の処理枚数による変化を示す。

第２図のグラフから明らかなように、エツチング終了後
のＨｅガス導入の時間を長くするに従い、５ｉ０２工ツ
チング速度の処理枚数による変化は少なくなり、いわゆ
る再現性が向上する。またウェハーの面内分布のバラツ
キもまた小さくなる。ただし、Ｈｅガスの導入は１５秒
を越しても効果は変わっていない。Ｈｅの導入時間を増
すと１枚当りの処理時間が長引きスループットが下がる
ので、導入時間の最適値は５〜１５秒となる。

このときのウェハ一枚葉間でエツチング速度の偏差は６
％以内であり、各ウェハーの面内均一性も充分に小さい
値に保たれていた。

図示を省略するが、この方法を装置で実現する場合、こ
の枚葉のエツチングとそれに続＜Ｈｅガス導入とは、自
動化して行うことが望ましい。

本発明の方法および装置の場合、使用するＨｅガスはプ
ロセスガスとして既に使用されていることが多いため、
新しいガスラインの付設が不要であるという長所がある
。また、下地やフォトレジストとの選択比もその変化が
小さく、プロセスは制御しやすいという利点もある。

（発明の効果） 本発明によれば、枚葉式ドライエツチング装置の薄膜の
エツチング方法において、ウェハー間でエツチングレー
ト、ウェハー面内均一性、下地やフォトレジストとの選
択性、の変化の少ないドライエツチング方法とその装置
が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するためのドライエツチ
ング装置の概略の断面図。 第２図は、本発明の５ｉ０２のエツチング方法および装
置における処理枚数とエツチング処理速度およびウェハ
ー面内均一性のグラフ。 第３図は、従来の同様の図。 １・・・ガス導入部、２，３・・・電極、４・・・被処
理物、５・・・高周波電力、６・・・処理槽。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）枚葉式ドライエッチング装置の薄膜のエッチング
   処理方法において、枚葉処理のエッチング時間の中間に
   、エッチングガスの総流量またはそれ以上のＨｅガスを
   短時間エッチング室に導入して枚葉均一化処理を施した
   ことを特徴とするドライエッチング方法。
2. （２）前記Ｈｅガスの温度が、室温より低く冷却されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドラ
   イエッチング方法。
3. （３）該薄膜が、ＰＳＧ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ｓｉ＿ＸＮ
   ＿Ｙ、ＳｉＯＮの薄膜である特許請求の範囲第１項記載
   のドライエッチング方法。
4. （４）薄膜の枚葉式ドライエッチング装置において、枚
   葉処理の各エッチング時間毎に、その後に、多量のＨｅ
   ガスを短時間エッチング室に導入する枚葉処理均一化手
   段を具えたことを特徴とするドライエッチング装置。
5. （５）前記多量のＨｅガスを冷却する冷却装置をそなえ
   たことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のドライ
   エッチング装置。
6. （６）水冷した電極中にＨｅガスの導入管を通すように
   した特許請求の範囲第５項記載のドライエッチング装置
   。