JP2594448B2 - 被処理体のエッチング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、被処理体のエッチング方法に関する。

（従来の技術） 近年、半導体素子の複雑な製造工程の簡略化、工程の
自動化を可能とし、しかも微細なパターンを高精度で形
成することが可能な各種薄膜のエッチング方法として、
ガスプラズマ中の反応成分を利用したプラズマエッチン
グ方法が注目されている。

このプラズマエッチング方法とは、反応槽内に配置さ
れた一対の電極例えば高周波電極に高周波電力を印加す
ることで反応槽内に導入した反応気体例えばアルゴンガ
ス等の反応気体をプラズマ化し、このガスプラズマ中の
活性成分を利用して基板例えば半導体ウエハのエッチン
グを行なう方法である。

この様な従来のエッチング方法では、特開昭59−9442
2号公報に開示される如く、上部電極の位置あるいは半
導体ウエハが載せてあるエッチング処理台即ち下部電極
の位置を、必要に応じて上下に移動し、エッチング処理
を行っている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記した特開昭59−94422号公報に開
示される如く、エッチング処理中に上部電極と下部電極
の間隔を変更する場合、電極間隔の変化に対してエッチ
ング速度が大きく変化しすぎると、電極全面における電
極間隔を非常に精度よく位置調整せねばならず、所望の
エッチング速度を被処理体全面で実現できず、エッチン
グの均一性が悪化するという課題があった。

また、電極を所定の位置に停止したままエッチング処
理を行う場合も、電極間隔の変化に対してエッチング速
度の変化が大きくなる設定にしてしまうと、やはり電極
全面における電極間隔を非常に精度よく位置調整しなけ
れば、所望のエッチング速度と均一性を実現できず、エ
ッチング処理の再現性が悪く、歩留りが低下し生産性が
悪化するという課題があった。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、エッチ
ングの均一性等を容易に安定させ、歩留りと生産性を向
上した被処理体のエッチング方法を提供するものであ
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の請求項１は、真空容器内に所定間隔で上下に
対向配置し、一方の下部電極に、合成高分子フイルムを
設け、この合成高分子フイルム上に押圧手段にて被処理
体を押圧かつ密着状態に保持し、前記合成高分子フイル
ムのインピーダンスは、このときの合成高分子フイルム
と前記被処理体との間に形成される空隙のインピーダン
スより大きく、前記対向配置した他方の上部電極を昇降
機構にて相対的に移動して前記上部電極と下部電極間を
0.7cm以上1.5cm以下の間隔に設置し、前記上部電極側か
ら前記上部電極と下部電極間に処理ガスを供給するとと
もに前記上部電極と下部電極間に所定の電力を印加して
前記被処理体にエッチング処理を施すことを特徴とする
被処理体のエッチング方法にある。

請求項２は、請求項１の前記押圧手段は、前記被処理
体の処理面を除く周縁部を押圧する絶縁性クランプリン
グであることを特徴とする。

請求項３は、請求項１または２の前記上部電極は、前
記被処理体の処理面に対応する領域を除き、周縁部が絶
縁性のシールドリングで覆われていることを特徴とす
る。

（作 用） 本発明の被処理体のエッチング方法では、電極の間隔
を0.7cm以上1.5cm以下とすることにより、電極間隔の変
化に対するエッチング速度の変化の依存性を小さくした
ので、電極全面における電極間隔の高精度な位置調整を
不要とし、所望のエッチング速度と均一性を被処理体全
面で実現でき、しかも、エッチング処理の再現性を容易
に実現できる。

（実施例） 以下、本発明方法を半導体製造工程のエッチング装置
に適用した実施例につき図面を参照して説明する。

Al製で表面をアルマイト処理した円筒状真空容器
（１）内の上部には、電極昇降機構（２）例えばエアシ
リンダやボールネジ等と連結棒（３）を介して昇降可能
な上部電極（４）が設けられている。この上部電極
（４）は、Al製で表面にアルマイト処理を施してある平
板状で、図示しないガス供給源からの反応ガス例えばア
ルゴンやフレオン等を導入する反応ガス供給パイプ
（５）に接続されている。また、上部電極（４）下部表
面には多数の図示しない小孔が設けられ、この小孔から
真空容器（１）内に反応ガスを流出可能となっている。
しかも、上部電極（４）はプラズマ発生用で例えば電力
が500Wで13MHz程度の高周波電源（６）に接続されてお
り、また、上部電極（４）上側には、この上部電極
（４）を循環冷却液例えば水等で冷却可能な如く、図示
しない冷却液循環器から冷却液パイプ（７）を介して冷
却液を循環可能な円板状上部電極冷却ブロック（８）が
設けられている。

そして、真空容器（１）の下部には、上部電極（４）
と同様に図示しない冷却液循環器から冷却液パイプ
（９）を介して冷却液例えば水等を循環可能な円板状下
部電極冷却ブロック（10）が設けられており、この下部
電極冷却ブロック（10）の上面と接する如く、Al製で表
面にアルマイト処理を施してある平板状下部電極（11）
が設置されていて、この下部電極（11）は接地されてい
る。

ここで、真空容器（１）は図示しない開閉機構例えば
ゲートバルブ機構等により開閉可能で、また、図示しな
い搬送機構例えばハンドアーム等で内部に被処理体例え
ば半導体基板（12）を搬送し、下部電極（11）上に半導
体基板（12）を載置可能となっている。しかも、真空容
器（１）は、図示しない開閉機構を閉じると気密状態と
なり、内部を図示しない真空ポンプで所望の真空状態例
えば数10m Torr〜数10Torr程度とすることが可能となっ
ている。ここで、図示しない搬送機構を真空予備室内に
設置して、真空容器（１）と気密に連結すると、半導体
基板（12）の搬送後に真空容器（１）内を図示しない真
空ポンプで所望の真空度とする時間が短縮できる。

それから、下部電極（11）上側外周には、載置した半
導体基板（12）外周部を下部電極（11）に圧着可能なAl
製で表面にアルマイト処理を施してあるクランプリング
（13）が、連結棒（14）を介してリング昇降機構（15）
例えばエアシリンダ等で昇降可能に設置されている。ま
た、下部電極（11）の中央付近の内部には、半導体基板
（12）を下部電極（11）に対して昇降可能な如く、連結
部（16）を介してピン昇降機構（17）例えばエアシリン
ダ等に連結された例えば３本のSUS製リフトピン（18）
が設けられている。このリフトピン（18）は、下部電極
（11）内に穿設された孔（19）の一部を利用して下部電
極（11）内に挿入されている。そして、孔（19）は、図
示しない冷却ガス供給源からの冷却ガス例えばヘリウム
ガスを半導体基板（12）裏面に供給可能な如く冷却ガス
供給パイプ（20）に接続されている。

ここで、下部電極（11）の半導体基板（12）載置面
は、半導体基板（12）にクランプリング（13）で加えた
力が、半導体基板（12）に等分布荷重として加あったと
仮定した時の半導体基板（12）の変形曲線となる如く、
凸形状に形成してある。

また、下部電極（11）と半導体基板（12）載置面間に
は、半導体基板（12）とこの半導体板（12）を保持する
電極即ち下部電極（11）間のインピーダンスを一様にす
る如く、合成高分子フィルム（21）例えば厚さ20μｍ〜
100μｍ程度の耐熱性ポリイミド系樹脂が、下部電極（1
1）の半導体基板（12）載置面に耐熱性アクリル樹脂系
粘着剤で接着することにより設けられている。

そして、下部電極（11）外周と真空容器（１）間に
は、反応ガスを真空容器（１）側壁の排気パイプ（22）
に排気する如く、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製で
多数の排気孔（23）を有する排気リング（24）が設けら
れている。

ここで、下部電極（11）に保持した半導体基板（12）
とほぼ同じ大きさにプラズマを発生可能な如く、上部電
極（４）外周には、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製
のシールドリング（25）が設けられている。

また、上記構成のエッチング装置は図示しない制御部
で動作制御及び設定制御される。

次に、上述したエッチング装置による半導体基板（1
2）のエッチング方法を説明する。

まず、図示しない開閉機構で真空容器（１）を開け、
ピン昇降機構（17）と連結部（16）により上昇したリフ
トピン（18）上に、図示しない搬送機構で搬送した半導
体板（12）を受け取る。この後、リフトピン（18）を降
下して半導体板（12）を下部電極（11）上に載置し、リ
ング昇降機構（15）と連結棒（14）により上昇していた
クランプリング（13）を下降させ、半導体基板（12）を
下部電極（11）に圧着する。

この時既に、真空容器（１）の図示しない開閉機構は
閉じられており、真空容器（１）内は図示しない真空ポ
ンプで所望の真空状態となっている。

そして、電極昇降機構（２）と連結棒（３）により、
上部電極（４）は降下し、下部電極（11）との電極間隔
が0.7cm以上1.5cm以下の間隔となる如く設定される。

次に、図示しないガス供給源より反応ガス例えばアル
ゴン等がガス供給パイプ（５）を介して上部電極（４）
に供給され、反応ガスは上部電極（４）下面の図示しな
い小孔より真空容器（１）内に流出する。同時に、高周
波電源（６）により上部電極（４）へ高周波電圧を印加
し、接地した下部電極（11）との間にプラズマを発生さ
せ、このプラズマで下部電極（11）上の半導体基板（1
2）をエッチング処理する。

ここで、真空度2.4Torr、高周波電源（６）電力500
W、フレオンガス流量80cc/min、アルゴンガス流量500cc
/min、上部電極（４）温度20℃、下部電極（11）温度８
℃以下で高分子フィルム（21）を設けない時の上部電極
（４）と下部電極（11）の電極間隔及びエッチング速度
の関係を説明する。尚、電極間隔は上部電極（４）と下
部電極（11）凸部頂点との間隔である。電極間隔が0.6c
m以上1.6cm以下でエッチングが行なわれ、電極間隔が0.
7cm以上1.5cm以下では電極間隔の変化に対するエッチン
グ速度の変化の依存性が小さく、電極間隔が0.6cm及び
1.6cm付近になると電極間隔の変化に対するエッチング
速度の変化の依存性が急激に大きくなりエッチング速度
が急激に０に近くなることが明示されている。この電極
間隔とエッチング速度の関係はエッチング条件を変更し
てもほぼ同様の傾向となることが本発明者によって確認
されている。即ち、電極間隔0.6cm付近では電極間隔が
狭すぎて半導体基板（12）のエッチング処理面上の反応
ガスが排出されず、エッチング速度が急激に低下し、ま
た、電極間隔1.6cm付近では電極間隔が広すぎてプラズ
マ化した反応ガスの拡散が顕著となりエッチング速度が
急激に低下する。そして、電極間隔の変化に対するエッ
チング速度の変化の依存性が小さくなる如く、電極間隔
を0.7cm以上1.5cm以下とすると、上部電極（４）と下部
電極（11）の全面における電極間隔をそれほど精度よく
位置調整しなくとも所望のエッチング速度を半導体基板
（12）全面で容易に実現でき、エッチングの均一性が向
上するので電極間隔の精度のよい調整を不要とした。し
かも、このことによりエッチング処理の再現性が良くな
り、歩留り及び生産性が向上する。

この時、半導体基板（12）はクランプリング（13）で
下部電極（11）に圧着されているが、ミクロ的には、表
面粗さ等の為、第２図に示す如く下部電極（11）と半導
体基板（12）の間には空隙（28）が存在する。この空隙
（28）による半導体基板（12）と下部電極（11）間のイ
ンピーダンスは小さい均一性が悪くばらつきが大きい。
また、下部電極（11）表面のアルマイトによる絶縁層は
多孔性であるので、半導体基板（12）と下部電極（11）
間のインピーダンスの均一性はより悪くなる。しかしな
が、第２図の如く、半導体基板（12）とこの半導体基板
（12）を保持する電極即ち下部電極（11）間のインピー
ダンスを一様にする手段として、半導体基板（12）と下
部電極（11）間に合成高分子フィルム（21）を設け、例
えば、厚さ20μｍ〜100μｍ程度の耐熱性ポリイミド系
樹脂を下部電極（11）に厚さ25μｍ程度の耐熱性アクリ
ル樹脂系粘着剤で接着した。この空隙（28）と下部電極
（11）間の合成高分子フィルム（21）のインピーダンス
は空隙（28）のインピーダンスより十分に大きいので、
半導体基板（12）と下部電極（11）間のインピーダンス
のばらつきを小さくできるので、このインピーダンスを
均一で一様とすることができる。また、合成高分子フィ
ルム（21）はアルマイトの様に多孔性ではないので、半
導体基板（12）との接触性がよく、空隙（28）のばらつ
きも小さくでき、空隙（28）のインピーダンスの均一性
を向上するという効果もある。これらにより、半導体基
板（12）と下部電極（11）間のインピーダンスは一様と
なり、このことにより、半導体基板（12）のエッチング
の均一性を向上させることができる。ここで、真空度2.
4Torr、高周波電源（６）電力500W、フレオンガス流量8
0cc/min、アルゴンガス流量500cc/min、上部電極（４）
温度20℃、下部電極（11）温度８℃以下の時に、アルマ
イトの絶縁膜厚15μｍの下部電極（11）上に厚さ25μｍ
の耐熱性アクリル樹脂系粘着剤を介して厚さ25μｍの合
成高分子フィルム（21）である耐熱性ポリイミド系樹脂
を接着した時の合成高分子フィルム（21）枚数とエッチ
ング速度とエッチングの均一性を第３図に示す。この第
３図より、エッチング速度は十分実用範囲であり、エッ
チングの均一性が顕著に向上していることが明らかであ
る。また、合成高分子フィルム（21）は、表面が密で安
定した材料なので、空隙（28）のインピーダンスのばら
つき等による異常放電を防止でき、異常放電による半導
体基板（12）にダメージを与えることはなく、安定した
エッチング処理を行える。

ここで、エッチング処理時に、図示しない冷却液循環
器による冷却液で、冷却パイプ（7,9）と上部電極冷却
ブロック（８）と下部電極冷却ブロック（10）を介し
て、上部電極（４）及び下部電極（11）を所望の温度に
冷却すると、エッチング速度が向上する。また、図示し
ない冷却ガス供給源からの冷却ガスを、冷却ガス供給パ
イプ（20）と孔（19）を介して半導体基板（12）と合成
高分子フィルム（21）間に所定の圧力と流量例えば数cc
/min程度で供給し、半導体基板（12）裏面を冷却するこ
とにより、半導体基板（12）の温度均一性が向上し、こ
の結果、エッチングの均一性が向上する。

また、上部電極（４）外周部に設けた絶縁性のシール
ドリング（25）と下部電極（11）外周部に設けた絶縁性
のクランプリング（13）により、半導体基板（12）の処
理面とほぼ同じ大きさにプラズマを発生することができ
るので、プラズマの拡散を防止でき、安定したエッチン
グ処理を行える。

そして、処理後の反応ガスを、排気リング（24）の排
気孔（23）を介して排気パイプ（22）から排出する。

次に、図示しない開閉機構で真空容器（１）を開け、
クランプリング（13）とリフトピン（18）を上昇し、リ
フトピン（18）上の半導体基板（12）を図示しない搬送
機構で搬送し、動作が終了する。

上記実施例では電極昇降機構で上部電極を昇降して上
部電極と下部電極の電極間隔を0.7cm以上1.5cm以下とし
たが、電極の間隔を0.7cm以上1.5cm以下にできればよ
く、電極間隔を0.7cm以上1.5cm以下に固定してもよく、
下部電極を移動させてもよく、上部電極と下部電極の両
方を移動させてもよい。

また、上記実施例では被処理体を半導体基板を用いて
説明したが、エッチング処理される被処理体なら何でも
よく、LCD（Liquid Crystal Display）基板でもガラス
基板でもよいことは言までもない。

以上述べたようにこの実施例によれば、電極の間隔を
0.7cm以上1.5cm以下とした電極間に電圧を印加してプラ
ズマを発生させ、このプラズマ雰囲気に被処理体を設け
てエッチングするので、電極間隔の精度のよい位置調整
を不要とし、電極全面におけるエッチング速度を容易に
所望の速度とでき、エッチングの均一性を向上すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、エッチングの均
一性やエッチング速度を再現よく安定させ、歩留り及び
生産性を向上した。さらに、電極の一方に合成高分子フ
ィルムを設け、この合成高分子フィルム上に被処理体を
押圧保持したので、この被処理体を直接一方の電極の上
に載せる場合に比べ、押圧手段により被処理体、合成高
分子フィルム、電極の間の接触性が良好となり、さら
に、合成高分子フィルムのインピーダンスが大きいた
め、一方の電極と被処理体とのインピーダンスの均一性
を向上させることができる。このため、被処理体のエッ
チングの均一性を向上させることができる。

また、他方の電極の外周部に絶縁性のシールドリング
を設け、被処理体の周縁部を絶縁性クランプリングで押
圧保持すれば、被処理体の処理面とほぼ同じ大きさにプ
ラズマを発生させることができ、プラズマの拡散を防止
でき、安定したエッチング処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用したエッチング装置を説明す
る為の構成図、第２図は第１図の合成高分子フィルムの
働きを説明する為の図、第３図は第１図のエッチング速
度と均一性と合成高分子フィルム枚数との関係を示す図
である。 図において、 １……真空容器、２……電極昇降機構 ４……上部電極、11……下部電極

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に所定間隔で上下に対向配置
   し、一方の下部電極に、合成高分子フイルムを設け、こ
   の合成高分子フイルム上に押圧手段にて被処理体を押圧
   かつ密着状態に保持し、前記合成高分子フイルムのイン
   ピーダンスは、このときの合成高分子フイルムと前記被
   処理体との間に形成される空隙のインピーダンスより大
   きく、前記対向配置した他方の上部電極を昇降機構にて
   相対的に移動して前記上部電極と下部電極間を0.7cm以
   上1.5cm以下の間隔に設置し、前記上部電極側から前記
   上部電極と下部電極間に処理ガスを供給するとともに前
   記上部電極と下部電極間に所定の電力を印加して前記被
   処理体にエッチング処理を施すことを特徴とする被処理
   体のエッチング方法。
2. 【請求項２】前記押圧手段は、前記被処理体の処理面を
   除く周縁部を押圧する絶縁性クランプリングであること
   を特徴とする請求項１記載の被処理体のエッチング方
   法。
3. 【請求項３】前記上部電極は、前記被処理体の処理面に
   対応する領域を除き、周縁部が絶縁性のシールドリング
   で覆われていることを特徴とする請求項１または２記載
   の被処理体のエッチング方法。