JP2006135029A

JP2006135029A - ドライエッチング装置

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Publication number: JP2006135029A
Application number: JP2004321075A
Authority: JP
Inventors: Hidetake Ogata; 秀武緒方; Makoto Inaba; 允稲葉; Kenji Ito; 憲司伊藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】被処理基板の上に均一な電界を形成することにより、被処理基板におけるエッチングレート分布の均一化を図る。
【解決手段】ドライエッチング装置Ｓは、真空容器である処理室１２と、処理室１２内の上部に配置され、電気的に接地された上部電極１１と、処理室１２内の下部において上部電極１１に対向して配置され、上部電極１１側の表面に被処理基板Ｌが載置される下部電極１５と、下部電極１５に接続された電源部２５と、処理室１２の内部に処理ガスを導入するガス供給手段１０とを備えている。そして、電源部２５は、下部電極１５に対して並列に接続され、下部電極１５へ同時に電圧を印加するように構成された高周波電源２６と低周波電源２７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライエッチング装置に関するものである。

従来より、減圧された処理室の内部に設置された被処理基板に対し、プラズマエッチング等のドライエッチングを施すドライエッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ドライエッチング装置は、例えば薄膜トランジスタ（Thin-Film Transistor：ＴＦＴ）等の半導体装置を製造する場合に、好適に用いられている。

ここで、反応性イオンエッチング（reactive ion etching：ＲＩＥ）を行う一般的なドライエッチング装置について、図３を参照して簡単に説明する。ドライエッチング装置１００は、真空容器である処理室１０４と、処理室１０４の内部に収容された一対の電極板１０６，１１８と、上記処理室１０４の内部に処理ガスを導入するガス供給手段１３０とを備えている。

上記一対の電極板１０６，１１８は、互いに平行に配置され、カソード電極である下部電極１０６と、アノード電極である上部電極１１８とにより構成されている。

上部電極１１８は、処理室１０４の上部に固定され、処理室１０４の壁面を介して接地されている。一方、下部電極１０６は、整合器１１０を介して高周波電源１１２に接続されると共に、上部電極１１８側の表面に被処理基板Ｌが載置されるようになっている。高周波電源１１２の周波数は、通常、工業的によく用いられる１３．５６ＭＨｚである。こうして、上部電極１１８と下部電極１０６との間に、所定の電圧を印加してプラズマ放電を発生させるようになっている。

上記ガス供給手段１３０は、処理室１０４の上部に形成されている。すなわち、処理室１０４の上部には、上部電極１１８が固定されることにより、上部電極１１８と処理室１０４の上壁との間にチャンバ１３１が区画形成されている。また、処理室１０４の上壁には、上記チャンバ１３１に連通するガス供給管１２０が接続されている。さらに、上部電極１１８には、複数のガス導入口１２２が貫通形成されている。このことにより、ガス供給管１２０から上記チャンバへ供給された処理ガスが、各ガス導入口１２２を介して、処理室１０４の内部へ供給されるようになっている。

被処理基板Ｌは、上部電極１１８と下部電極１０６との間でプラズマ放電を発生させると共に、処理室１０４内に処理ガスを供給することによって、ドライエッチングが施される。また、処理室１０４の下方には、排気管１２４が接続され、処理室１０４内の排気ガスを外部へ排出するようになっている。
特開平７−１４２４５５号公報

ところが、上記従来のドライエッチング装置には、被処理基板におけるエッチングレートの分布を均一にすることが難しいという問題がある。

すなわち、上部電極と下部電極との間に形成される電界の分布は、各電極の外縁部において外側に張り出すように広がって形成されるため、被処理基板の中央領域と外縁領域とで異なっている。さらに、被処理基板の上方から供給される処理ガスは、被処理基板の中央領域から外縁領域へ向かって放射状に流れている。

その結果、図４に示すように、被処理基板上に形成されるプラズマ放電のプラズマ密度も中央領域と外縁領域とで異なることとなるため、被処理基板におけるエッチングレートの分布が不均一となることが避けられない。

この問題は、被処理基板が比較的大きくて、被処理基板の外周部が下部電極の外周部近傍まで達している場合に、特に、顕著になる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被処理基板の上に均一な電界を形成することにより、被処理基板におけるエッチングレート分布の均一化を図ることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、ドライエッチング装置の下部電極に対し、高周波電源と低周波電源とを並列に接続し、各電源から下部電極へ同時に電圧を印加するようにした。

具体的に、本発明に係るドライエッチング装置は、真空容器である処理室と、上記処理室内の上部に配置され、電気的に接地された上部電極と、上記処理室内の下部において上記上部電極に対向して配置され、上記上部電極側の表面に被処理基板が載置される下部電極と、上記下部電極に接続された電源部と、上記処理室の内部に処理ガスを導入するガス供給手段とを備えたドライエッチング装置であって、上記電源部は、上記下部電極に対して並列に接続され、上記下部電極へ同時に電圧を印加するように構成された高周波電源と低周波電源とを備えている。

上記高周波電源の周波数は、１３．５６ＭＨｚであることが好ましい。

上記低周波電源の周波数は、３．２ＭＨｚであることが好ましい。

上記高周波電源は、上記下部電極に０．５６Ｗ／ｃｍ²の電力を投入する一方、上記低周波電源は、上記下部電極に０．０１８５Ｗ／ｃｍ²の電力を投入するように構成されていてもよい。

−作用−
次に、本発明の作用について説明する。

被処理基板にドライエッチング処理を行う場合には、まず、被処理基板を下部電極における上部電極側の表面に載置する。続いて、処理室内を真空状態としつつ、下部電極に対し、並列に接続された高周波電源及び低周波電源から電圧を同時に印加する。このとき、例えば、高周波電源の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、０．５６Ｗ／ｃｍ²の電力を投入することが好ましい。一方、例えば、低周波電源の周波数を３．２ＭＨｚとし、０．０１８５Ｗ／ｃｍ²以上の電力を投入することが好ましい。このことにより、基板面内におけるエッチングレートの均一性を高めることが可能となる。

さらに、ガス供給手段から処理室の内部に処理ガスを供給する。このことにより、処理ガスがプラズマにより解離・分解され、反応性イオン等が形成されて、被処理基板の表面がエッチングされる。

このとき、下部電極には、並列に接続された高周波電源及び低周波電源から同時に電圧が印加されているため、各電源からの電圧波が合成され、被処理基板の中央領域と外縁領域とで均一な電界を発生させることが可能となる。その結果、被処理基板の上でプラズマが均一に生じるため、被処理基板におけるエッチングレートの分布を均一化させることが可能となる。

本発明によれば、下部電極に並列に接続した高周波電源及び低周波電源のそれぞれから、下部電極へ同時に電圧を印加するようにしたので、被処理基板の中央領域と外縁領域とで均一な電界を発生させることができる。その結果、被処理基板の上でプラズマを均一に生じさせて、被処理基板におけるエッチングレート分布の均一化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、例えば図１で上方を「上方」と称し、下方を「下方」称する。

《発明の実施形態１》
図１及び図２は、本発明に係るドライエッチング装置の実施形態を示している。

本実施形態のドライエッチング装置Ｓは、いわゆる平行平板型のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）方式のドライエッチング装置である。

上記ドライエッチング装置Ｓは、真空容器である処理室１２と、処理室１２の内部に収容された一対の電極板１１，１５と、処理室１２の内部に処理ガスを導入するガス供給手段１０と、上記一対の電極板１１，１５の一方に接続された電源部２５とを備えている。

上記一対の電極板１１，１５は、互いに平行に配置され、カソード電極である下部電極１５と、アノード電極である上部電極１１とにより構成されている。

上部電極１１は、処理室１２内の上部に配置され、処理室１２の壁面を介して電気的に接地されている。つまり、処理室１２の壁は、導電性を有する金属等により形成されており、上部電極１１に導通している。

一方、下部電極１５は、処理室１２内の下部において上部電極１１に対向して配置されている。下部電極１５における上部電極１１側の表面には、ドライエッチング処理の対象である被処理基板Ｌが載置されるようになっている。被処理基板Ｌは、例えば、表面に半導体層等が積層されたガラス基板等である。

また、下部電極１５は、昇降機構３０により上下に移動するように構成されている。昇降機構３０は、下部電極１５の下面に上端が接続されたピストン部４１と、ピストン部４１を気密状に覆うベローズ部４２とを有している。ピストン部４１の下端は、処理室１２の底部に形成された貫通孔を介して外部に延びており、図示省略のシリンダ部に接続されている。こうして、ピストン部４１が、ベローズ部４２により封止された状態で、上下動することにより、下部電極１５を昇降させるようになっている。

上記ガス供給手段１０は、処理室１２の上部に形成されている。すなわち、処理室１２の上部内壁面には、上部電極１１が装着されることにより、上部電極１１の上面と処理室１２の上部内壁面との間に、チャンバ３１が区画形成されている。また、処理室１２の上壁には、上記チャンバ３１に連通するガス供給管３２が接続されている。さらに、上部電極１１には、複数のガス導入口３３が貫通形成されている。このことにより、ガス供給管３２からチャンバ３１へ供給された処理ガスが、各ガス導入口３３を介して、処理室１２の内部へ供給されるようになっている。

一方、上記処理室１２の底面には、処理室１２内の排ガス等を外部へ排気する排気管３４が設けられている。排気管３４は、図示省略の真空ポンプに接続されており、ドライエッチング処理時に、処理室１２の内部を真空に維持するようになっている。

上記電源部２５は、整合器２２を介して下部電極１５に接続されている。電源部２５は、比較的高い周波数の電圧を発生する高周波電源２６と、比較的低い周波数の電圧を発生する低周波電源２７とにより構成されている。例えば、高周波電源の周波数は、通常、工業的によく用いられる１３．５６ＭＨｚである。また、低周波電源の周波数は、３．２ＭＨｚである。

そして、高周波電源２６と低周波電源２７とは、下部電極１５に対して並列に接続されており、下部電極１５へ同時に電圧を印加するように構成されている。高周波電源２６は、例えば、下部電極１５に０．５６Ｗ／ｃｍ²の電力を投入するようになっている。一方、低周波電源２７は、下部電極１５に０．０１８５Ｗ／ｃｍ²の電力を投入するように構成されている。

こうして、ドライエッチング装置Ｓは、高周波電源２６及び低周波電源２７から下部電極１５へ同時に電圧を印加することにより、上部電極１１と下部電極１５との間にプラズマ放電を発生させるようになっている。

次に、上記ドライエッチング装置Ｓにより、被処理基板Ｌにドライエッチング処理を行う場合について説明する。

まず、昇降機構３０を駆動して下部電極１５を下方へ移動させる。その後、下部電極１５の上面の所定位置に被処理基板Ｌを載置して固定する。続いて、昇降機構３０を駆動して下部電極１５を上方へ移動させる。このことにより、被処理基板Ｌの上面と、上部電極１１の下面との間に所定の間隔を設けておく。

次に、図示省略の真空ポンプを作動させて、排気管３４を介して処理室１２内を排気することにより、処理室１２の内部を真空状態とする。その後、処理室１２の内部を真空に維持した状態で、ガス供給手段１０により処理室１２の内部に処理ガスを導入すると共に、上部電極１１と下部電極１５との間にプラズマ放電を発生させる。

すなわち、処理ガスは、ガス供給管３２を通って一旦チャンバ３１の内部に滞留する。その後、処理ガスは、上部電極１１に形成された複数のガス導入口３３から、被処理基板Ｌへ向かって、シャワー状に供給される。一方、下部電極１５には、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が高周波電源２６から０．５６Ｗ／ｃｍ²の電力で供給されると共に、３．２ＭＨｚの低周波電圧が低周波電源２７から０．０１８５Ｗ／ｃｍ²の電力で供給される。このことにより、上部電極１１と下部電極１５との間にはプラズマ放電が発生する。

被処理基板Ｌの上方に供給された処理ガスは、プラズマにより解離・分解される。その結果、反応性イオン等が形成されて、被処理基板Ｌの表面がエッチングされる。

−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、下部電極１５には、並列に接続された高周波電源２６及び低周波電源２７から同時に電圧が印加されているため、各電源２６，２７からの電圧波が合成され、図２に示すように、被処理基板Ｌの中央領域と外縁領域とで均一な電界を発生させることができる。その結果、被処理基板Ｌにおけるエッチングレートの分布を均一化させることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、高周波電源２６の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、低周波電源２７の周波数を３．２ＭＨｚとしたが、本発明はこれに限定されず、他の周波数の組み合わせとしてもよい。例えば、高周波電源２６の周波数を１３．５６ＭＨｚとする一方、低周波電源２７の周波数を、例えば、０．８ＭＨｚ以上且つ６．０ＭＨｚ以下の値に設定するようにしてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、低周波電源２７の周波数が０．８ＭＨｚ未満であると、
被処理基板Ｌへのイオン入射のエネルギーが大きくなりすぎるために、基板表面に形成された薄膜へのダメージが大きくなってしまう。また、積層膜の選択エッチングを行う場合には、その選択比を得ることが難しく、エッチングの制御が困難になってしまう。一方、低周波電源２７の周波数が６．０ＭＨｚよりも大きいと、１３．５６ＭＨｚ成分による基板表面への電界分布と大差がなくなってしまい、二つの周波数電源を用いる意義が失われるという問題が生じる。したがって、上述のように、低周波電源２７の周波数は、０．８ＭＨｚ以上且つ６．０ＭＨｚ以下であることが好ましい。

以上説明したように、本発明は、ドライエッチング装置について有用であり、特に、被処理基板の上に均一な電界を形成して、被処理基板におけるエッチングレート分布の均一化を図る場合に適している。

実施形態１のドライエッチング装置を示す断面図である。実施形態１のドライエッチング装置の要部を模式的に示す説明図である。従来のドライエッチング装置を示す断面図である。従来のドライエッチング装置の要部を模式的に示す説明図である。

符号の説明

Ｌ被処理基板
Ｓドライエッチング装置
１０ガス供給手段
１１上部電極
１２処理室
１５下部電極
２６高周波電源（電源部）
２７低周波電源（電源部）

Claims

真空容器である処理室と、
上記処理室内の上部に配置され、電気的に接地された上部電極と、
上記処理室内の下部において上記上部電極に対向して配置され、上記上部電極側の表面に被処理基板が載置される下部電極と、
上記下部電極に接続された電源部と、
上記処理室の内部に処理ガスを導入するガス供給手段とを備えたドライエッチング装置であって、
上記電源部は、上記下部電極に対して並列に接続され、上記下部電極へ同時に電圧を印加するように構成された高周波電源と低周波電源とを備えている
ことを特徴とするドライエッチング装置。
請求項１において、
上記高周波電源の周波数は、１３．５６ＭＨｚである
ことを特徴とするドライエッチング装置。
請求項２において、
上記低周波電源の周波数は、３．２ＭＨｚである
ことを特徴とするドライエッチング装置。
請求項３において、
上記高周波電源は、上記下部電極に０．５６Ｗ／ｃｍ²の電力を投入する一方、上記低周波電源は、上記下部電極に０．０１８５Ｗ／ｃｍ²０．５ｋＷの電力を投入するように構成されている
ことを特徴とするドライエッチング装置。