JP2001313286A

JP2001313286A - 平行平板型ドライエッチング装置

Info

Publication number: JP2001313286A
Application number: JP2001048488A
Authority: JP
Inventors: Sumie Segawa; 澄江瀬川; Kazuya Nagaseki; 一也永関
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】平行平板型ドライエッチング装置において被
処理基板上におけるプラズマ密度の分布特性を向上させ
ること。【解決手段】このドライエッチング装置では、上部電
極１８の周囲で環状突出部材５０が上部電極１８に対し
て被処理基板Ｗを載置する下部電極２０側へ突出して段
差ｄを形成することで、上部電極１８の周辺部付近にお
いて電界が補強され、プラズマ密度が高められる。この
電界の補強ひいてはプラズマ密度の増強の度合いは、環
状突出部材５０の突出量ｄを変えることで可変調整でき
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、平行平板型のドラ
イエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】平行平板型のドライエッチング装置は、
基本的には、真空の処理容器（チャンバ）内に平行に相
対向する一対の板状電極を設け、一方の電極をアース電
位に接続し、他方の電極に高周波電圧を供給するととも
に、所定のエッチングガスを流し込んで、両電極間に該
エッチングガスのプラズマを発生させ、このプラズマ中
のラジカル、イオンまたは電子を用いて片側の電極上に
配置されている被処理基板表面の被加工物（被エッチン
グ物質）をエッチングするようになっている。

【０００３】一般に、被処理基板をアース側の電極上に
配置する陽極結合配置型では、主としてプラズマ中のラ
ジカルと被エッチング物質との化学反応による化学的エ
ッチングが主体となる。一方、被処理基板を高周波入力
側の電極上に配置する陰極結合配置型では、プラズマ中
のイオンが被処理基板表面に垂直に引っ張り込まれて被
エッチング物質と化学反応する物理的かつ化学的エッチ
ング（反応性イオンエッチング）が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来より、この種のド
ライエッチング装置では、エッチング加工特性に影響す
るプラズマ密度をエッチングガスの圧力や高周波電力等
によって可変制御できるものの、被処理基板上における
プラズマ密度の空間的な（特に径方向での）均一化が課
題となっている。つまり、被処理基板の中心部に対して
周辺部の方でプラズマ密度が低くなりやすく、このため
被処理基板上でエッチング加工特性が不均一になってし
まうという問題（改善すべき点）がある。

【０００５】この問題に対しては、電極の径を大きくし
て、プラズマ密度が低下する電極周辺部を被処理基板の
周辺部よりも径方向外側に遠ざける設計が１つの解決策
ではある。しかしながら、最近は被処理基板のサイズが
増大しており、電極サイズをさらに格段に大きくするこ
とは、それによって派生する不都合（冷却機構等の大型
化・煩雑化や電力消費量の増大等）が大きすぎて、効果
的または実用的な解決法とはいえなくなっている。

【０００６】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、被処理基板上におけるプラズマ密度の分
布特性を向上させる平行平板型ドライエッチング装置を
提供することを目的とする。

【０００７】さらに、本発明は、電極サイズの増大を要
することなく被処理基板上におけるプラズマ密度の均一
化を実現する平行平板型ドライエッチング装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の第１のドライエッチング装置は、真空可
能な処理容器に相対向する第１および第２の電極を設
け、前記第１および第２の電極間に高周波電圧を印加す
るとともにエッチング用のガスを流し込んでプラズマを
発生させ、前記プラズマを用いて前記第２の電極上に配
置された被処理基板をエッチングする平行平板型のドラ
イエッチング装置において、前記被処理基板の径方向に
おけるプラズマ密度の分布特性を制御するために前記第
１の電極に対して前記第２の電極側に突出して段差を形
成する電界強度補正用の突出部を前記第１の電極の周辺
部付近に設ける構成とした。

【０００９】本発明の第１のドライエッチング装置にお
いては、第１の電極および突出部に沿うプラズマのイオ
ンシースにおいて、段差のエッジ付近では電極に平行な
横方向の電界と電極に垂直な方向の電界とをベクトル的
に足し合わせた大きな（補強された）電界が生成され、
この補強電界によってプラズマ中の電子の運動エネルギ
ーが強められ、プラズマの密度が高められる。このプラ
ズマ密度に作用する補強電界は、突出部の突出量または
段差が大きくなるほど増大する。

【００１０】本発明の第１のドライエッチング装置にお
いて、好ましくは、前記電界強度補正用突出部の突出量
を可変調整するための手段を有する構成、あるいは前記
電界強度補正用突出部の内径を可変調整するための手段
を有する構成としてよい。かかる構成によれば、電界強
度補正用突出部の突出量あるいは内径を適宜調整または
選択することで、電極周辺部における電界補強の度合い
および位置を適宜調整または選択し、処理基板上の径方
向におけるプラズマ密度の均一化をはかることができ
る。

【００１１】また、上記の目的を達成するために、本発
明の第２のドライエッチング装置は、真空可能な処理容
器に相対向する第１および第２の電極を設け、前記第１
および第２の電極間に高周波電圧を印加するとともにエ
ッチングガスを流し込んで前記エッチングガスのプラズ
マを生成し、前記プラズマを用いて前記第２の電極上に
配置された被処理基板をエッチングする平行平板型のド
ライエッチング装置において、前記被処理基板の径方向
におけるプラズマ密度の分布特性を制御するために前記
第１の電極に径方向外側にいくほど前記第２の電極に接
近するような傾斜面を設ける構成とした。

【００１２】本発明の第２のドライエッチング装置にお
いては、第１の電極の傾斜面に沿って半径方向外側にい
くほど電極間ギャップが狭まり、電極に沿うイオンシー
ス内の電界強度が強められることにより、処理基板の周
辺部付近でプラズマ密度が高められる。この傾斜面のプ
ロファイル（位置、サイズ、傾斜角等）を適宜選択する
ことで、被処理基板上の径方向におけるプラズマ密度の
均一化をはかることができる。

【００１３】本発明の第２のドライエッチング装置にお
いて、好ましくは、前記第１の電極の前記傾斜面が、前
記第２の電極上に配置される前記被処理基板に対して、
前記傾斜面の内周端部を前記基板の中心部付近に対向さ
せ、前記傾斜面の外周端部を前記基板の周辺部に対向さ
せるように延在する構成であってよい。かかる構成によ
れば、基板の周辺部に対して、上記のような電極間ギャ
ップ狭小化による電界強度増強作用をより効果的に及ぼ
すことができるとともに、傾斜面の外周端部に形成され
る凸部に本発明の第１のドライエッチング装置と同様の
補強電界を得ることができるので、プラズマ密度を一層
高められる。これにより、基板上の径方向におけるプラ
ズマ密度の均一性を一層向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、添付図を参照して本発明の好
適な実施形態を説明する。

【００１５】図１〜図４につき本発明の第１の実施形態
を説明する。図１に、本発明の第１の実施形態による平
行平板型ドライエッチング装置の構成を示す。

【００１６】このドライエッチング装置の処理容器１０
は、たとえばアルミニウムからなる両端の閉塞した円筒
状の真空チャンバとして構成されている。処理容器１０
の側璧には被処理基板たとえば半導体ウエハＷを容器１
０内に搬入・搬出する際に開くゲートバルブ１２が設け
られている。処理容器１０の上面にはエッチングガス導
入用のガス供給管１４が接続され、容器１０の底には真
空排気用の排気管１６が接続されている。ガス供給管１
４はエッチングガス供給源（図示せず）に通じ、排気管
１６は真空ポンプ（図示せず）に通じている。

【００１７】処理容器１０内では、中央部に上部電極１
８と下部電極２０とが一定の間隔を置いて互いに平行に
配置され、下部電極２０上に半導体ウエハＷが配置され
る。両電極１８，２０は、半導体ウエハＷよりも幾らか
大きいサイズ（径）に選ばれている。

【００１８】下部電極２０は、導電性の部材たとえばア
ルミニウムからなる円板体で、電気的にはアース電位に
接続され、物理的には容器底面の中央部に設置された熱
伝導率の高い部材たとえばアルミニウムからなる円柱形
の支持台２２の上に絶縁材（図示せず）を介して固定さ
れている。支持台２２の内部には、たとえば円周方向に
延在する環状の冷媒通路２２ａが設けられている。この
冷媒通路２２ａには、装置外部に設けられている冷却装
置（図示せず）より冷媒供給管２４，２６を介して所定
温度の冷媒たとえば冷却水が供給される。

【００１９】下部電極２０の上面には円形の静電チャッ
クシート２８が冠着され、この静電チャックシート２８
の上に半導体ウエハＷが載置される。この静電チャック
シート２８は、たとえば一対のポリイミド樹脂フィルム
を重ね合わせてその中に半導体ウエハＷを静電力で吸着
するためのたとえば銅箔からなる薄い導電膜２８ａを封
入してなるものである。この導電膜（静電吸着用電極）
２８ａには、下部電極２０、支持台２２および容器底面
を貫通する給電棒３０を介して直流電源３２より静電吸
着用の所定の直流電圧が給電される。この直流電圧給電
回路に含まれるコイル３４およびコンデンサ３６は、高
周波ノイズを除去するためのフィルタを構成する。

【００２０】上部電極１８は、導電性の部材たとえばア
ルミニウムからなる円板体で、処理容器１０の上面より
下方に延在する円筒状の支持部４０と外周側面を面一に
してその下面にボルト等（図示せず）によって水平に固
定取付されている。上部電極１８には、高周波電源４２
より所定のパワー（電力）でたとえば１３．５６ＭＨｚ
の高周波電圧がコンデンサ４４を介して印加される。上
部電極１８には多数の通気孔１８ａが形成されており、
その上にガス導入室４６が形成されている。ガス供給管
１４からのエッチングガスは、このガス導入室４６に導
入され、上部電極１８の通気孔１８ａを通って均一な圧
力・流量で両電極１８，２０間のプラズマ放電空間に流
れ込むようになっている。

【００２１】このドライエッチング装置は、上部電極１
８および円筒状支持部４０の外周側面に密着または接触
しつつ、下部電極２０の外周端側に向って上部電極１８
よりも所定の範囲内で任意の段差ｄに突出可能に構成さ
れた電界強度補正用の環状突出部材５０を備えている。
この環状突出部材５０は、導電性の材質でよいのはもち
ろんであるが、絶縁性の材質であってもよい。もっと
も、本実施形態では、上部電極１８側に高周波電圧を供
給する陽極結合配置型としているため、自己バイアスま
たはスパッタ効果によりプラズマ中の反応性イオンが上
部電極１８だけでなく環状突出部材５０にも相当の衝撃
で入射するため、そのようなスパッタ効果に適応できる
材質が好ましい。

【００２２】環状突出部材５０には周回方向に所定の間
隔を置いて複数の貫通孔５０ａが形成されており、環状
突出部材５０の下面側に頭部を向けてボルト５２が各貫
通孔５０ａに垂直方向に貫通している。そして、ボルト
５２の軸部は、容器１０の天井面を昇降可能に貫通し、
容器１０の外（上面）でナット５４に螺合している。ナ
ット５４に付くワッシャ部材５６はシール機能を有する
ものであってよい。かかる構成により、ナット５４を回
すことで、環状突出部材５０を垂直方向で変位させ、上
部電極１８に対する突出量（段差）ｄを調節することが
できる。

【００２３】このドライエッチング装置において、半導
体ウエハＷ表面の被エッチング物質がたとえばＳｉＯ2
膜である場合には、エッチングガスとしてたとえばＣＦ
4とＡｒの混合ガスがガス供給管１４よりガス導入室４
６を介して両電極１８，２０間のプラズマ放電空間に送
り込まれる。そうすると、プラズマ雰囲気中に送り込ま
れたエッチングガス（ＣＦ4／Ａｒ）からフッ素活性種
Ｆ＊および反応性イオンＣＦ4⁺，Ａｒ⁺が生成され、こ
れらの活性種および反応性イオンが下部電極２０上の半
導体ウエハＷに降下または入射することで、ウエハＷ表
面の酸化膜（ＳｉＯ2）がエッチングされる。

【００２４】この実施形態では、環状突出部材５０の働
きにより、プラズマ放電空間に対する上部電極１８側か
らの電界を半導体ウエハＷの径方向で一様な強度に矯正
または補正し、それによって同方向におけるプラズマ密
度またはプラズマ中の分解生成物の濃度を均一化できる
ため、半導体ウエハＷ上で面内均一のエッチング加工特
性を得ることができる。

【００２５】図２につき、環状突出部材５０の作用を説
明する。両電極１８，２０間のプラズマ放電領域で発生
するプラズマＰＲは、両電極１８，２０間の空間に留ま
らずにその周囲（半径方向外側）にも拡散する。プラズ
マＰＲと付近の物体との境界にはイオンシースＳＨが形
成される。ここで、イオンシースＳＨは、電子の速度が
陽イオンの速度よりも格段に大きいために存在する電界
空間であり、プラズマＰＲと隣接物体との間の電圧また
は電位変化はすべてこのシース内で生ずる。上部電極１
８に沿うイオンシースＳＨ内では、プラズマＰＲ側から
電極１８に向かって垂直方向（ｙ方向）の電界Ｅyが生
ずる。

【００２６】上記のように両電極１８，２０間で発生し
たプラズマＰＲは周囲（半径方向外側）に拡散するた
め、電極中心部よりも電極周辺部の方でプラズマ密度が
低くなりやすい。したがって、上部電極１８に沿うイオ
ンシースＳＨ内では、必然的に、電極中心部から半径方
向に遠ざかるほど電界Ｅyの強度が低下する。しかし、
この実施形態のドライエッチング装置では、以下のよう
な環状突出部材５０の作用により、上部電極１８の周辺
部付近でイオンシースＳＨ内の電界を補強し、半導体ウ
エハＷ上で面内（径方向）均一のプラズマ密度を得るこ
とができる。

【００２７】より詳細には、上部電極１８の周囲で環状
突出部材５０が上部電極１８よりも下部電極２０側へ突
出して段差を形成することで、この段差の内側または内
周面５０ａに沿うイオンシースＳＨ内で電極１８と平行
な横方向（ｘ方向）の電界Ｅxが生じる。そして、環状
突出部材５０の段差エッジ部５０ｃ付近のイオンシース
ＳＨにおいては、相直交する段差垂直面５０ａ側の横方
向の電界Ｅxと段差水平面５０ｂ側の垂直方向の電界Ｅy
とをベクトル的に足し合わせた内向き斜め方向（ウエハ
中心部向きの方向）の大きな（補強された）電界Ｅsが
生じる。この補強電界Ｅsにより、環状突出部材５０の
段差エッジ部（角部）５０ｃ付近では、電子に与えられ
る加速ないし運動エネルギーが補強され、プラズマ励起
が強まり、プラズマ密度が増大する。

【００２８】上記のような上部電極１８の周辺部付近に
おける電界強度の補強ひいてはプラズマ密度の増強は、
環状突出部材５０の突出量ｄを変えることで可変調整す
ることができる。

【００２９】つまり、突出量ｄを大きくするほど、段差
垂直面５０ａに沿う横方向の電界Ｅx発生領域が拡張し
て補強電界Ｅsも増大するとともに、段差エッジ部５０
ｃが下部電極２０ないし半導体ウエハＷの周辺部側に近
づくため、プラズマ密度を増強する度合いが増大する。

【００３０】逆に、突出量ｄを小さくするほど、段差垂
直面５０ａに沿う横方向の電界Ｅx発生領域が縮小して
補強電界Ｅsが減少するとともに、段差エッジ部５０ｃ
が下部電極２０ないし半導体ウエハＷの周辺部から遠ざ
かるため、プラズマ密度を増強する度合いが低下する。
環状突出部材５０が無い場合の上部電極１８周辺部にお
ける垂直方向の電界Ｅyよりも大きな補強電界Ｅsを得る
ための条件として、突出量ｄは少なくとも上部電極１８
に沿うイオンシースＳＨの幅（厚み）ｆよりも大きいこ
とが必要である。

【００３１】上記のように、この実施形態のドライエッ
チング装置では、上部電極１８の外周に下部電極２０側
に向って突出可能な環状突出部材５０を設け、この環状
突出部材５０の突出量または段差ｄを可変調整できる構
成により、上部電極１８の周辺部付近の電界強度を適度
に補強して、両電極１８，２０間で生成するプラズマＰ
Ｒの密度を半導体ウエハＷの径方向で均一化し、ひいて
は半導体ウエハＷ上で面内均一のエッチング加工特性を
得ることができる。

【００３２】図３に、この実施形態の一変形例による平
行平板型ドライエッチング装置の構成を示す。

【００３３】この変形例では、環状突出部材６０を処理
容器１０に固定取付し、上部電極１８の方を環状突出部
材６０に対して後退させ、その後退量または段差ｇを可
変調整できる構成としている。

【００３４】より詳細には、処理容器１０の天井面に形
成した円形開口１０ａの中に円筒状の環状突出部材６０
を垂直下方に垂れ下がるように配置して、環状突出部材
６０の上端部から半径方向外側に延びるフランジ部６０
ａを円形開口１０ａの外周囲の処理容器１０の上面にＯ
リング６４を介して載せてボルト６６で固定取付する。
そして、環状突出部材６０とほぼ同形で一回り小さい円
筒状支持部材６８の下面に上部電極１８をボルト等（図
示せず）により固定取付し、円筒状支持部材６８のフラ
ンジ部６８ａを環状突出部材６０のフランジ部６０ａの
上に１枚または複数枚の環状スペーサ板またはシート７
０を介して重ね、ボルト７２で着脱可能に固定取付する
構成としている。かかる構成においては、環状スペーサ
板７０の重ね枚数を変えることで、上部電極１８に対し
て相対的に環状突出部材６０の突出する量（段差）ｇを
任意に調節することができる。

【００３５】この変形例の構成においても、上部電極１
８の周辺部付近の電界強度を適度に補強して、両電極１
８，２０間で生成するプラズマＰＲの密度を半導体ウエ
ハＷの径方向で均一化し、ひいては半導体ウエハＷ上で
面内均一のエッチング加工特性を得ることができる。も
っとも、環状突出部材６０の突出量（段差）ｇを調節す
るに際して、両電極１８，２０間の距離間隔が変化し、
それによってエッチング加工特性たとえばエッチング速
度が変化することもある。しかし、この種の変化分は半
導体ウエハＷ上で面内均一であるから、エッチングガス
のガス圧、処理容器１０内の真空度、高周波電源４２か
らの供給電力等を調節することで、容易に補正すること
ができる。

【００３６】図４に、この実施形態の別の変形例による
平行平板型ドライエッチング装置の要部の構成を示す。
この変形例では、上部電極１８の周辺部に下部電極２０
側に向って多段に突出する環状突出部材７４を設け、か
つ環状突出部材７４における多段の段差構造を可変調整
または選択できる構成としている。

【００３７】より詳細には、環状突出部材７４が内径の
異なる複数の環状板７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ‥‥を多段
に重ね合わせてなる。この多段構造では、内径の最も小
さい環状板７４Ａが最下層につまり上部電極１８に密着
して配置され、内径の大きいものほど（７４Ｂ，７４Ｃ
‥‥）上層側つまり第２の電極２０側に配置されてい
る。各環状板７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ‥‥には、円周方
向に所定の間隔を置いて同一の箇所または部位に孔７５
が形成されており、処理容器１０の内側から頭部を下に
してボルト７６が各孔７５および容器１０の孔１０ｂを
貫通し、容器１０の外側（上面）にてボルト７６のネジ
部にナット７８が螺合している。環状板７４Ａ，７４
Ｂ，７４Ｃ‥‥の各々の板厚は任意に選択可能であり、
各々の内径も上記多段関係が確保される限り任意に選択
可能である。ボルト７６の頭部およびナット７８に付く
ワッシャ部材８０，８２はシール機能を有するものであ
ってよい。

【００３８】このような多段の段差構造を有する環状突
出部材７４によれば、各段のエッジ部で電界を補強する
ことができるため、それらの補強電界を組み合わせるこ
とで、半導体ウエハＷの径方向におけるプラズマ密度の
分布特性をより精細に可変調整することができる。

【００３９】この変形例においては、同一径の環状板を
１枚または複数枚重ね合わせることによって環状突出部
材７４を構成することも可能である。その場合、環状板
の種類または内径を変える（たとえば７４Ａから７４Ｂ
に変える）ことで、環状突出部材７４の内径を可変調整
する構成とすることもできる。

【００４０】なお、両電極間にエッチングガスを流し込
む経路として、上部電極１８にエッチングガス供給用の
通気孔を形成する代わりに、処理容器１０の側面にエッ
チングガス供給管（図示せず）を接続し、側方から両電
極１８，２０間にエッチングガスを送り込む構成とする
ことも可能である。

【００４１】上記した実施形態では上部電極１８（１
８）に高周波電圧を入力する陽極結合配置型（アノード
カップリング）にしているが、半導体ウエハＷを載置す
る下部電極２０側に高周波電圧を供給する陰極結合配置
型（カソードカップリング）も可能である。また、上部
電極１８（１８）を処理容器の外に設ける構成も可能で
ある。

【００４２】上記実施形態における環状突出部材５０，
６０，７４は断面直角の段差エッジを有するものであっ
たが、鋭角または鈍角の段差エッジであってもよく、段
差部が曲面構造になっていてもよい。

【００４３】次に、図５〜図１１につき本発明の第２の
実施形態を説明する。図５および図６に、第２の実施形
態による平行平板型ドライエッチング装置の構成を示
す。図中、上記した第１実施形態の装置構成のもの（図
１、図３、図４）と実質的に同様の構成または機能を有
する部分には同一の符号を付してある。

【００４４】この第２の実施形態では、図５および図６
に示すように、処理容器１０内の下部電極２０上でプラ
ズマエッチングを施される半導体ウエハＷ（被処理基
板）に対して、径方向におけるプラズマ密度の分布特性
を制御するために、下部電極２０と対向する上部電極８
４に径方向外側にいくほど下部電極２０に接近するよう
な傾斜面８４ａを設ける構成を特徴とする。この傾斜面
８４ａは正面（下部電極２０側）から見るとリング状に
形成されている。

【００４５】また、この実施形態では、両電極８４，２
０間に高周波電圧をカソードカップリング方式で供給す
るようにしており、たとえば、４０ＭＨｚの高周波電源
４２Ａおよび３ＭＨｚの高周波電源４２Ｂをそれぞれコ
ンデンサ４４Ａ，４４Ｂを介して下部電極２０に電気的
に接続している。また、下部電極２０の径を静電チャッ
クシート２８の径よりも大きくして、静電チャックシー
ト２８の外周囲にフォーカスリング８６を設けるととも
に、下部電極２０の側面にたとえば石英からなる内壁部
材８８を貼り付けている。これらの構成は、上記した第
１の実施形態にも適用可能なものである。

【００４６】図５の実施例（実施例）では、下部電極
２０上の半導体ウエハＷに対して、傾斜面８４ａの内周
端部８４ｂが半導体ウエハＷの中心部付近と対向し、傾
斜面８４ａの外周端部８４ｃが半導体ウエハＷの周辺部
と対向するようになっている。両電極８４，２０間の間
隔またはギャップＧについてみると、傾斜面８４ａの内
周端部８４ｂおよびそれよりも半径方向内側の領域で電
極間ギャップＧは最大であり、傾斜面８６の延在する領
域では半径方向外側にいくほど電極間ギャップＧが比較
的緩やかな傾斜で次第に狭まり、傾斜面８４ａの外周端
部８４ｃおよびそれよりも半径方向外側の領域で最小と
なっている。なお、この実施例において、傾斜面８４
ａの内周端部８４ｂを半径方向内側に中心点付近まで延
ばして、上部電極８４を円錐型とすることも可能であ
る。

【００４７】このように、下部電極２０上の半導体ウエ
ハＷに対して、ウエハ中心部からウエハ周辺部にかけて
半径方向外側にいくほど電極間ギャップＧを狭くするよ
うな上部電極構造とすることにより、たとえば図７およ
び図８の曲線Ａ_E，Ａ_Nのような電界強度分布特性および
プラズマ密度分布特性が得られる。

【００４８】つまり、この実施例においては、上部電
極８４に沿うイオンシースがウエハ中心部からウエハ周
辺部にかけて半径方向外側にいくほど薄くなるので、ウ
エハ直上での電界強度（イオンシース内の電界強度）は
ウエハ周辺部側で相対的に高くなる。加えて、ウエハ周
辺部と対向する傾斜面８４ａの外周端部８４ｃに突状の
屈曲部が形成されているため、この付近のイオンシース
内に内向き斜め方向の電界が生じることも、上記第１の
実施形態と同様にウエハ周辺部付近の電界強度を増強す
る作用に寄与している。そして、このような電界強度分
布特性（図７のＡ_E）と相応して電極間のプラズマ密度
もウエハ周辺部で増強されることになる（図８の
Ａ_N）。

【００４９】図６の実施例（実施例）では、下部電極
２０上の半導体ウエハＷに対して、傾斜面８４ａの内周
端部８４ｂが半導体ウエハＷの周辺部付近と対向し、傾
斜面８４ａの外周端部８４ｃが半導体ウエハＷの外（下
部電極２０の外周端部付近）に位置している。電極間ギ
ャップＧは、ウエハ中心部からウエハ周辺部にかけてほ
ぼ一定の大きさを保ち、ウエハ周辺部の直ぐ外側の領域
で比較的急傾斜で狭まっている。

【００５０】このように、下部電極２０上の半導体ウエ
ハＷに対して、ウエハ周辺部付近で電極間ギャップＧが
半径方向外側に向かって急傾斜で狭まるような電極構造
においては、たとえば図７および図８の曲線Ｂ_E，Ｂ_Nの
ような電界強度分布特性およびプラズマ密度分布特性が
得られる。

【００５１】図７に示すように、この実施例において
も、ウエハ周辺部付近で電界強度およびプラズマ密度を
増強することができる。ただし、実施例と比べると、
電界強度増強効果はかなり弱まり、プラズマ密度増強効
果は一層低下する（図８）。このことから、この第２の
実施形態においては、下部電極２０上の半導体ウエハＷ
に対して、上部電極８４の傾斜面８４ａの内周端部８４
ｂがウエハ中心部寄りに位置するのが好ましく、また上
部電極８４の傾斜面８４ａの外周端部８４ｃがウエハ周
辺部の直上付近に位置するのが好ましい。

【００５２】図７の電界強度分布特性Ａ_E，Ｂ_Eおよび図
８のプラズマ密度分布特性Ａ_N，Ｂ_Nは、それぞれ図５お
よび図６の装置構成における電極回りの要部を図９の
（Ａ），（Ｂ）のような数値条件の寸法で形成した場合
のシミュレーションで求めたものであり、ウエハ中心位
置（電極中心位置）における電界強度Ｅ(center)および
プラズマ密度Ｎ(center)を基準値とし、半径方向におけ
る各位置の電界強度Ｅおよびプラズマ密度Ｎを基準値に
対する比率（相対値）で表している。また、図９の
（Ｃ）のように上部電極（８４）の全面を水平な平坦面
とした場合の装置構成における電界強度分布特性および
プラズマ密度分布特性もそれぞれ比較例として同様のシ
ミュレーションで求め、図７，図８に曲線Ｃ_E，Ｃ_Nで示
している。なお、図９において、垂直線ＣＬは上部電極
８４および下部電極２０の中心を通る中心線である。

【００５３】図１０および図１１に、図９（Ａ），
（Ｂ）の数値条件で設計された図５の装置構成（実施例
）および図６の装置構成（実施例）におけるウエハ
上のエッチングレート分布特性の一例（測定データ）を
それぞれ示す。主な測定条件として、被処理基板を８イ
ンチの半導体ウエハとし、処理容器１１０内の圧力を５
０ｍＴ、上部電極８４および下部電極２０の温度をそれ
ぞれ６０゜Ｃおよび２０゜Ｃとし、プロセスガスにＣ4
Ｈ8／Ｏ2／Ａr（流量はそれぞれ２０／１０／１００scc
m）を用いて、ウエハ上のＳiＯ2膜をエッチングした。
なお、高周波電力は、４０ＭＨｚ（高周波電源４２Ａ）
側を１０００Ｗ、３ＭＨｚ（高周波電源４２Ｂ）側を２
０００Ｗとした。

【００５４】図１０に示すように、図５の装置構成（実
施例）では、半導体ウエハＷ上の径方向におけるエッ
チングレートの平均値が５１２５Å／Ｍ（オングストロ
ーム／分）、ウエハ面内均一性が±５．２％の測定結果
が得られた。

【００５５】図１１に示すように、図６の装置構成（実
施例）では、半導体ウエハＷ上の径方向におけるエッ
チングレートの平均値が４９１６Å／Ｍ、ウエハ面内均
一性が±９．５％の測定結果が得られた。

【００５６】因みに、図９（Ｃ）の数値条件で設計され
た従来型の装置構成（比較例：図示省略）では、上記と
同一の測定条件で、半導体ウエハＷ上の径方向における
エッチングレートの平均値は５０３３Å／Ｍであり、ウ
エハ面内均一性は±１１．０％であった。

【００５７】このように、この第２の実施形態において
も、特に図５に示すような装置構成（実施例）におい
ては、上部電極８４と下部電極２０との間に生成される
プラズマＰＲの密度を半導体ウエハＷの径方向で均一化
することができる。

【００５８】上記した第２の実施形態では上部電極８４
に設ける傾斜面８４ａを平坦面に形成しているが、この
傾斜面８４ａを凸面または凹面のような湾曲面に形成す
ることも可能である。また上部電極８４に同心状に複数
の傾斜面８４ａを設ける構成も可能である。

【００５９】また、本発明における被処理基板は、半導
体ウエハに限るものではなく、たとえばＬＣＤ（液晶表
示）基板等であってもよく、ドライエッチング加工の対
象となり得る任意の基板が可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の平行平板
ドライエッチング装置によれば、被処理基板と間隔を置
いて対向する側の電極の周辺部に電界強度補正用の突出
部を設ける構成、あるいは該電極に径方向外側にいくほ
ど被処理基板側の電極に接近するような傾斜部を設ける
ことにより、被処理基板上におけるプラズマ密度の分布
特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による平行平板型ドラ
イエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。

【図２】実施形態のドライエッチング装置における環状
突出部材の作用を説明するための図である。

【図３】第１の実施形態の一変形例による平行平板型ド
ライエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。

【図４】第１の実施形態の別の変形例による平行平板型
ドライエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。

【図５】第２の実施形態の実施例による平行平板型ド
ライエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。

【図６】第２の実施形態の実施例による平行平板型ド
ライエッチング装置の構成を示す略縦断面図である。

【図７】第２の実施形態におけるウエハ直上の電界強度
分布特性を示す図である。

【図８】第２の実施形態におけるウエハ直上のプラズマ
密度分布特性を示す図である。

【図９】図７および図８の分布特性をシミュレーション
で求めるのに用いた電極回りの要部の寸法上の数値条件
を示す図である。

【図１０】第２の実施形態の実施例におけるエッチン
グ分布特性を示す図である。

【図１１】第２の実施形態の実施例におけるエッチン
グ分布特性を示す図である。

【符号の説明】

１０処理容器１４ガス供給管１６排気管１８，１８上部電極２０下部電極４０支持部４２高周波電源５０環状突出部材５２ボルト５４ナット６０環状突出部材６８支持部材７０環状スペーサ板７４環状突出部材７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ環状板８４上部電極８４ａ（上部電極の）傾斜面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月２８日（２００１．２．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空可能な処理容器に相対向する第１お
よび第２の電極を設け、前記第１および第２の電極間に
高周波電圧を印加するとともにエッチングガスを流し込
んで前記エッチングガスのプラズマを生成し、前記プラ
ズマを用いて前記第２の電極上に配置された被処理基板
をエッチングする平行平板型のドライエッチング装置に
おいて、前記被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特
性を制御するために前記第１の電極に対して前記第２の
電極側に突出して段差を形成する電界強度補正用の突出
部を前記第１の電極の周辺部付近に設けることを特徴と
するドライエッチング装置。
【請求項２】前記電界強度補正用突出部の突出量を可
変調整するための手段を有する請求項１記載のドライエ
ッチング装置。
【請求項３】前記電界強度補正用突出部の内径を可変
調整するための手段を有する請求項１または２記載のド
ライエッチング装置。
【請求項４】真空可能な処理容器に相対向する第１お
よび第２の電極を設け、前記第１および第２の電極間に
高周波電圧を印加するとともにエッチングガスを流し込
んで前記エッチングガスのプラズマを生成し、前記プラ
ズマを用いて前記第２の電極上に配置された被処理基板
をエッチングする平行平板型のドライエッチング装置に
おいて、前記被処理基板の径方向におけるプラズマ密度の分布特
性を制御するために前記第１の電極に径方向外側にいく
ほど前記第２の電極に接近するような傾斜面を設けるこ
とを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項５】前記第１の電極の前記傾斜面は、前記第
２の電極上に配置される前記被処理基板に対して、前記
傾斜面の内周端部が前記基板の中心部付近と対向し、前
記傾斜面の外周端部が前記基板の周辺部と対向するよう
に延在することを特徴とする請求項４記載のドライエッ
チング装置。
【請求項６】前記第１の電極の前記傾斜面が平坦面に
形成されることを特徴とする請求項４または５のいずれ
かに記載のドライエッチング装置。
【請求項７】前記第１の電極における前記傾斜面が湾
曲面に形成されることを特徴とする請求項４〜６のいず
れかに記載のドライエッチング装置。