JP2002043288A - プラズマエッチング装置及びこのシーズニング方法並びにこれ等を用いるプラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波電圧が印加されて処理対象物をエッチ
ングガスによりエッチングするプラズマエッチング装置
及びこのシーズニング方法並びにこれ等を用いるプラズ
マエッチング方法を提供するにある。 【解決手段】 エッチングガスが導入されるエッチング
処理室内に配設された上部電極と、上部電極に対向して
処理対象物が載置される下部電極とを有し、これ等の電
極に高周波電圧を印加して処理対象物をエッチングする
プラズマエッチング装置であって、上部電極が炭化珪素
系材料で形成されるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電圧が印加
されて処理対象物をエッチングガスによりエッチングす
るプラズマエッチング装置及びこのシーズニング方法並
びにこれ等を用いるプラズマエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】処理対象物である半導体ウエハに素子を
形成するためにエッチング処理が行われるが、図５はこ
のようなエッチング処理を行う従来の平行平板型のプラ
ズマエッチング装置１０を略示的に記載した構成を示し
ている。

【０００３】このプラズマエッチング装置１０のエッチ
ング処理室１１は真空に維持されており、このエッチン
グ処理室１１の上方には、中央部にエッチングガスＧを
導入するガス供給口１２が穿設された上部基台１３が配
設されている。

【０００４】この上部基台１３の底部の外側にはドーナ
ツ状にセラミックシールド板１４が配設されて上部基台
１３を保持すると共にその内部に皿状の上部電極１５が
配設されており、セラミックシールド板１４はこの上部
電極１５を保持している。

【０００５】この上部電極１５と上部基台１３との間に
はガス供給口１２と連通するガス空間部１６が形成され
ており、この上部電極１５には多数のガス孔１７Ａ〜１
７Ｎ(Ｎ＝整数)が形成されてエッチング処理室１１にエ
ッチングガスＧが導入できるようになっている。

【０００６】上部電極１５に対向して内部に円板状に突
き出された円板部１８を持つ円筒状のセラミックシール
ド筒１９の内部には下部基台２０に搭載されて上に向か
って凸状をなす下部電極２１が配設されており、この下
部電極２１の上にウエーハなどの処理対象物２２が載置
されている。

【０００７】さらに、図示してはいないが、下部電極２
１には、処理対象物２２を冷却するための冷却用ガスが
流れ、また下部電極２１と下部基台２０との間には下部
電極２１を冷却するための冷却水が流されて、処理対象
物２２が冷却されている。

【０００８】上部電極１５と下部電極２１との間には、
中点が接地されたトランス２３の２次側の両端が接続さ
れており、このトランス１３の１次側には高周波電源２
４から高周波電圧が印加されている。

【０００９】ここで、上部電極１５としては、一般にア
ルマイトコーテイングしたアルミ電極、シリコン電極、
アモルフアスカーボン電極などが用いられているが、特
に酸化膜のエッチング装置の電極としては、一般にシリ
コン電極、アモルフアスカーボン電極などが用いられて
いる。

【００１０】以上の構成において、エッチングガスＧを
ガス孔１７Ａ〜１７Ｎを介して処理対象物２２に向かっ
て流しながら、高周波電源２４により上部電極１５と下
部電極２１との間に高周波電圧を印加してエッチング処
理室１１の中にプラズマを形成する。

【００１１】エッチング処理室１１の中に形成されたこ
のプラズマによって、例えば処理対象物２２のシリコン
の表面に形成された酸化膜などが所定形状にエッチング
されて、所定のパターン構造を持つ素子が形成される。

【００１２】さらに、このプラズマエッチング装置１０
により処理対象物２２をエッチングした後に、このエッ
チング処理室１１を開放して定期的にクリーニングを実
施するが、このクリーニングはエッチングスピード、加
工形状の維持、安定化を図るために必ず行う。

【００１３】これは、エッチング処理室１１の中に付着
する反応生成物の増大により、発塵の抑制が困難になっ
たり、エッチングスピードが低下して、通常使用してい
るエッチング条件で、エッチング残りが発生してしまう
状況が起こるからである。

【００１４】そして、クリーニングを完了した後は、ク
リーニング前と同等のエッチングスピードや加工形状を
維持するために、製品とする処理対象物２２を製造する
ときに使用するエッチング条件において、エッチングス
ピードや加工形状を変化させないように、上部電極１５
の材質と同じ材質を持つシーズニング処理材のエッチン
グを行ってエッチング処理室１１内に予め反応生成物を
若干成長させるシーズニングを行っている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなプラズマエッチング装置１０及びこのプラズマエ
ッチング装置１０のシーズニング方法については、次に
説明するような問題がある。

【００１６】先ず、微細加工を行うプラズマエッチング
装置１０は、エッチング形状が重視されるので、プラズ
マエッチングの反応生成物による形状を整える効果が加
工を行う上で大きく貢献しているが、この反応生成物に
よるダストの増加も多く、微細加工に悪影響を及ぼして
いる。

【００１７】また、プラズマエッチング装置１０によ
り、処理対象物２２をエッチングする際にはエッチング
処理室１１の中にプラズマが形成されるが、このプラズ
マによりシリコンなどの従来の材質を持つ上部電極１５
もエッチングされて消耗されていく。

【００１８】この上部電極１５の削り取られた母材、コ
ーテイング材、或いは反応生成物がダストとしてエッチ
ング対象である処理対象物２２の上に落下して、この落
下物がマスクとなり、正常なエッチング加工ができず、
パターン欠落を発生させる。

【００１９】さらに、従来のシリコンなどで形成された
上部電極１５は、化学反応により生成された反応生成物
をエッチング処理室１１の内壁に成長させることによ
り、エッチング特性を維持している。

【００２０】しかし、エッチング処理室１１の内壁や電
極自体と反応生成物との密着性が弱く、反応生成物がエ
ッチング途中で剥がれ落ちることがあり、処理対象物２
２の上に落下した反応生成物がパターン欠落を引き起こ
す原因となっている。

【００２１】そこで、この反応生成物の膜質を変える方
法として、エッチングガスＧの流量を増やしたり、流量
比率を変える方法も考えられるが、本来、エッチングガ
スのパラメータを変更する目的は、エッチングスピード
やエッチング形状を適正化するためのものであるので、
このエッチングガスのパラメータを変更することはエッ
チング特性を悪化させることにもつながるという問題が
ある。

【００２２】また、従来のシリコンなどの材質を用いる
シーズニング処理材のエッチングを行ってエッチング処
理室１１内に予め反応生成物を若干成長させるシーズニ
ングは、反応生成物の成長にバラツキがあり、必ずしも
ダスト発生が抑制できているわけではない。

【００２３】これらの場合には、シーズニングのときの
エッチング条件、処理時間、処理枚数、処理対象物の上
のエッチング対象膜の状況により、ダストレベルにバラ
ツキが発生し、しかも反応生成物の物質が影響して、エ
ッチング途中で反応生成物の剥離が発生して大量のエッ
チング異常を発生させることがある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するためのプラズマエッチング装置の構成として、
エッチングガスが導入されるエッチング処理室内に配設
された上部電極と、該上部電極に対向して処理対象物が
載置される下部電極とを有し、これ等の電極に高周波電
圧を印加して前記処理対象物をエッチングするプラズマ
エッチング装置であって、前記上部電極が炭化珪素系材
料で形成されるようにしたものである。

【００２５】また、本発明は、以上の課題を解決するた
めのプラズマエッチング装置のシーズニング方法の構成
として、エッチング処理室をウエットクリーニングした
後、処理対象物として炭化珪素系材料で形成されている
シーズニング処理材を用いてエッチングしてその反応生
成物を前記エッチング処理室に成長させるシーズニング
を行うようにしたものである。

【００２６】さらに、本発明は、以上の課題を解決する
ためのプラズマエッチング方法の構成として、エッチン
グ処理室をウエットクリーニングした後、処理対象物と
して炭化珪素系材料で形成されているシーズニング処理
材を用いてエッチングしてその反応生成物を前記エッチ
ング処理室に成長させるシーズニングを行った後、前記
エッチング処理室で炭化珪素系材料で形成されている上
部電極を用いて処理対象物をエッチングするようにした
ものである。

【００２７】本発明は、以上のプラズマエッチング装置
の構成により、上部電極の材質として炭化珪素系材料を
用いるようにしたので、反応性エッチングの際にこの上
部電極から供給される炭素あるいは珪素などの元素が、
エッチングガスとの化学反応により生成される反応生成
物の結びつきを強くして、剥がれを防止してダスト発生
を抑制させることができる。

【００２８】このように、炭化珪素系材料を上部電極に
用いてプラズマエッチング装置の内部に発生するダスト
を減少させることにより、エッチング対象である処理対
象物の上に落下して、この落下物がマスクとなり、パタ
ーン欠落を発生させる不具合を解消させることができ、
歩留まり向上に寄与させることができる。

【００２９】また、本発明は、以上のプラズマエッチン
グ装置のシーズニング方法の構成により、定期的にエッ
チング処理室を開放して行うウエットクリーニングの後
に、炭化珪素系材料をシーズニング処理材として用いて
シーズニングを行うようにしているので、エッチング処
理室の内壁と反応生成物との密着性をより強固にするこ
とができ、この結果としてダスト発生を抑制することが
でき、良好なエッチング処理を可能とすることができ
る。

【００３０】さらに、本発明は、以上のプラズマエッチ
ング方法として、ウエットクリーニングの後で炭化珪素
系材料を処理対象物として用いてシーズニングを行い、
その後で、製品を製造する際の上部電極として炭化珪素
系材料を用いて処理対象物をエッチングする構成として
いるので、ダストの発生をより強固に抑制することがで
き、良質のプラズマエッチング方法を提供することがで
きる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプラズマエッ
チング装置及びこのシーズニング方法並びにこれ等を用
いるプラズマエッチング方法の実施の形態について図を
用いて説明する。図１は本発明の実施の１形態を略示的
に示した断面図であり、図２は上部電極の構成を示す構
成図である。

【００３２】エッチング処理を行う平行平板型のプラズ
マエッチング装置３０のエッチング処理室３１は、円筒
状の側壁部３２と、この側壁部３２の底面を覆う円板状
の底面部３３と、側壁部３２の上面を覆う上面部３４に
よって気密に固定され、その内部は図示しない装置によ
り真空に維持されている。

【００３３】上面部３４の中央には、エッチングガスＧ
を導入するガス供給口３５が穿設され、底面部３３の中
央から若干離れた位置には、ドライポンプ３６と接続さ
れる排気管３７が接続されている。

【００３４】酸化膜のエッチングに使用されるエッチン
グガスＧとしては、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８、Ｃ
Ｏ、Ａｒなどの元素(Ｃ：炭素、Ｆ：フッ素、Ｈ：水
素、ＣＯ：一酸化炭素、Ａｒ：アルゴン)を含むガスが
用いられる。

【００３５】また、側壁部３２の内面にはアルミニウム
製の円筒部材３８が底面部３３の上に側壁部３２の高さ
よりは若干短い寸法で配設され、円筒部材３８の上方の
内面には反応生成物が付着されるセラミックス製で円筒
状のシールド板３９が取り外し可能なように所定長で凹
設されている。

【００３６】このシールド板３９が内部に凹設された円
筒部材３８の上部には、炭化珪素(SIC)系材料で作られ
た円板状の上部電極４０が、図１に示すように、円筒部
材３８の内部を覆うように配設されており、上面部３４
との間には間隙を保持したガス空間４１が形成されてい
る。

【００３７】上部電極４０は、図２に示すように、その
内側が座繰られた座繰部４０Ａが形成されてこの座繰部
４０Ａの中に多数のガス孔４２が穿設されており、また
上部電極４０の外周面の近傍はフランジ状にその底面側
がカットされてフランジ部４０Ｂが形成されている。

【００３８】そして、この上部電極４０のフランジ部４
０Ｂは、図１に示すように、シールド板３９が内挿され
た円筒部材３８の上部に挿入されて、上部電極４０が固
定されている。

【００３９】底面部３３には、ドライポンプ３６に連結
された排気管３７の開口部４３を内部に含んで蛇腹状の
真空ベローズ４４が気密を保持して固定されており、こ
の真空ベローズ４４の上は円板状の支持体４５が上部電
極４０と平行になるように固定されている。

【００４０】支持体４５の上には、円筒状の絶縁部材４
６が配設され、この絶縁部材４６の上部には反応生成物
が堆積するアルミニウムコーテイングされたドーナツ状
のシールド板４７の外面は、円筒状のシールド板３９と
若干の間隙を保持して、内面は絶縁部材３８の内面と一
致するように固定されている。

【００４１】円筒状の絶縁部材４６の上部には円板状の
下部電極４８が挿入されて固定されており、その上には
エッチングの対象である処理対象物４９、例えば酸化膜
が形成された半導体ウエーハが上部電極４０と平行にな
るように静電チャッキングなどの方法により密着固定さ
れている。

【００４２】下部電極４８は、アルミニウムなどで作ら
れており、処理対象物４９の温度が上がるとエッチング
特性が低下するので、図示されていないが、内部に冷却
水を流して処理対象物４９の温度が上がらないようにさ
れている。

【００４３】さらに、下部電極４８とグランドＥとの間
には、図では略示的に示しているが、直流電圧をカット
するためのコンデンサ５０を介して高周波電源５１から
高周波電圧が印加されている。

【００４４】以上の構成において、処理対象物４９を下
部電極４８の上に静電チャッキングなどの方法により密
着固定し、エッチング処理室３１の内部を真空状態とし
てからドライポンプ３６を用いて蛇腹状の真空ベローズ
４４の中を排気して処理対象物４９を所定位置に固定す
る。

【００４５】この後、エッチングガスＧをエッチング処
理室３１の内部に導入するとともに、下部電極４８に高
周波電源５１から高周波電圧を印加すると、上部電極４
０と下部電極４８との間にプラズマ放電が起こる。

【００４６】下部電極４８の上に載置されている酸化膜
が付された処理対象物４９の上の酸化膜は、このプラズ
マ放電によりエッチングされて所定のパターンになるよ
うに製造される。

【００４７】この場合は、上部電極４０の材質として、
炭化珪素系材料を用いているので、エッチングガスとの
化学反応により生成される反応生成物の結びつきが強く
なり、内壁などに付着した反応生成物が剥がれ難くな
り、ダストの発生を抑制することができる。

【００４８】プラズマ放電域５２は、図３に示すよう
に、上部電極４０と下部電極４８との間に形成される
が、このプラズマ放電域５２には反応性エッチングの際
に炭化珪素系材料である上部電極４０から供給される元
素(Ｓｉ、Ｃ)＜Ｓｉ：珪素＞と、エッチングガスＧから
供給される元素(Ｆ、Ｃ)と、処理対象物４９である酸化
膜から供給される元素(Ｓｉ、Ｏ)が結びついて、例えば
(Ｃ＋Ｆ)、或いは(Ｓｉ＋Ｃ＋Ｆ)などの反応生成物５３
が成長する。

【００４９】しかし、これらの反応生成物５３は、元素
の結びつきが強固なので、これらの反応生成物５３が、
図３に示すように、エッチング処理室３１の内壁である
シールド板３９、或いは円筒部材３８に付着して成長し
てもなかなか剥がれて落ち難く、このため反応生成物５
３が処理対象物４９の上に落下してパターン欠陥を引き
起こすのを防止することができる。

【００５０】このように、プラズマエッチング装置３０
の上部電極４０として炭化珪素系材料を使用することに
よって、元素の結びつきが強くなる元素の供給を従来の
シリコン材料よりも多くすることができるので、これに
より結びつきが強固である反応生成物５３を成長させる
ことができる。

【００５１】次に、プラズマエッチング装置のシーズニ
ング方法について説明するが、プラズマエッチング装置
３０により処理対象物４９をエッチングした後は、エッ
チングスピード、加工形状の維持、安定化を図るために
エッチング処理室３１を開放して定期的にウエットクリ
ーニングを実施する。

【００５２】そして、ウエットクリーニングの完了後
は、クリーニング前と同等のエッチングスピードや加工
形状を維持するために、製品とする処理対象物４９を製
造するときに使用するエッチング条件において、エッチ
ングスピードや加工形状を変化させないように、図４に
示すように、上部電極４０の材質と同じ材質を持つシー
ズニング処理材５４のエッチングを行ってエッチング処
理室３１内に予め反応生成物５３を若干成長させるシー
ズニングを行う。

【００５３】このシーズニングにより、エッチング処理
室３１内の内壁と反応生成物５３との密着性をより強固
なものとすることができるので、このシーズニングの後
で実際に製品である処理対象物４９をエッチングしてパ
ターンを作成するときに、この反応生成物５３が剥がれ
て処理対象物４９へ落下するのを防ぎ、パターン欠陥が
発生するのを防止することができる。

【００５４】実際に、これらのことは、過去の経験によ
れば、エッチング処理室３１の中で使用する上部電極４
０或いはシーズニング処理材５４として、シリコン製の
材料を使用するよりも、炭化珪素系材料を使用する方
が、プラズマエッチングによる反応生成膜が成長するこ
とが確認されている。

【００５５】以上のように、ウエットクリーニングの
後、シーズニング処理材５４として炭化珪素系材料を使
用してシーズニングを行った後で、上部電極４０として
も炭化珪素系材料を使用して処理対象物４９をエッチン
グするプラズマエッチング方法を併せて採用することに
より、これらのシーズニング方法とエッチング方法を単
独で使用するよりも、より強固な反応生成物を形成させ
ることができるので、こにより生成物の剥がれなどをな
くし、ダストによる不良発生を抑制することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るプ
ラズマエッチング装置の構成により、上部電極の材質と
して炭化珪素系材料を用いるようにしたので、反応性エ
ッチングの際にこの上部電極から供給される炭素あるい
は珪素などの元素が、エッチングガスとの化学反応によ
り生成される反応生成物の結びつきを強くして、剥がれ
を防止してダスト発生を抑制させることができる。

【００５７】このように、炭化珪素系材料を上部電極に
用いてプラズマエッチング装置の内部に発生するダスト
を減少させることにより、エッチング対象である処理対
象物の上に落下して、この落下物がマスクとなり、パタ
ーン欠落を発生させる不具合を解消させることができ、
歩留まり向上に寄与させることができる。

【００５８】また、本発明に係るプラズマエッチング装
置のシーズニング方法の構成により、定期的にエッチン
グ処理室を開放して行うウエットクリーニングの後に、
炭化珪素系材料をシーズニング処理材として用いてシー
ズニングを行うようにしているので、エッチング処理室
の内壁と反応生成物との密着性をより強固にすることが
でき、この結果としてダスト発生を抑制することがで
き、良好なエッチング処理を可能とすることができる。

【００５９】さらに、本発明に係るプラズマエッチング
方法として、ウエットクリーニングの後で炭化珪素系材
料を処理対象物として用いてシーズニングを行い、その
後で、製品を製造する際の上部電極として炭化珪素系材
料を用いて処理対象物をエッチングする構成としている
ので、ダストの発生をより強固に抑制することができ、
良質のプラズマエッチング方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の１形態であるプラズマエッ
チング装置を略示的に示した断面図である。

【図２】図１に示すプラズマエッチング装置における上
部電極の構成を示す構成図であり、(Ａ)図は平面図、
(Ｂ)図は側面図である。

【図３】図１に示すプラズマエッチング装置におけるプ
ラズマ放電域の状態を説明する説明図である。

【図４】本発明に係る実施の１形態であるシーズニング
方法を略示的に説明する説明図である。

【図５】従来のプラズマエッチング装置の構成を略示的
に示す断面図である。

【符号の説明】

１０；プラズマエッチング装置、１１；エッチング処理
室、１２；ガス供給口、１３；上部基台、１４；セラミ
ックシールド板、１５；上部電極、１６；ガス空間部、
１７Ａ〜１７Ｎ；ガス孔、１８；円筒部、１９；セラミ
ックシールド筒、２０；下部基台、２１；下部電極、２
２；処理対象物、２３；トランス、２４；高周波電源、
３０；プラズマエッチング装置、３１；エッチング処理
室、３２；側壁部、３３；底面部、３４；上面部、３
５；ガス供給口、３６；ドライポンプ、３７；排気管、
３８；円筒部材、３９；シールド板、４０；上部電極、
４１；ガス空間、４２；ガス孔、４３；開口部、４４；
真空ベローズ、４５；支持体、４６；絶縁部材、４７；
シールド板、４８；下部電極、４９；処理対象物、５
０；コンデンサ、５１；高周波電源、５２；プラズマ放
電域、５３；反応生成物、５４；シーズニング処理材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチングガスが導入されるエッチング
   処理室内に配設された上部電極と、該上部電極に対向し
   て処理対象物が載置される下部電極とを有し、これ等の
   電極に高周波電圧を印加して前記処理対象物をエッチン
   グするプラズマエッチング装置であって、 前記上部電極が炭化珪素系材料で形成されていることを
   特徴とするプラズマエッチング装置。
2. 【請求項２】 エッチング処理室をウエットクリーニン
   グした後、処理対象物として炭化珪素系材料で形成され
   ているシーズニング処理材を用いてエッチングしてその
   反応生成物を前記エッチング処理室に成長させるシーズ
   ニングを行うプラズマエッチング装置のシーズニング方
   法。
3. 【請求項３】 エッチング処理室をウエットクリーニン
   グした後、処理対象物として炭化珪素系材料で形成され
   ているシーズニング処理材を用いてエッチングしてその
   反応生成物を前記エッチング処理室に成長させるシーズ
   ニングを行った後、前記エッチング処理室で炭化珪素系
   材料で形成されている上部電極を用いて処理対象物をエ
   ッチングするプラズマエッチング方法。