JP2982767B2

JP2982767B2 - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法

Info

Publication number: JP2982767B2
Application number: JP9302905A
Authority: JP
Inventors: 満義宇都
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JPH11145117A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドライエッチング装
置に関し、特にカソード電極とアノード電極の任意の間
隔に対してガス吹き出し径を切り替えることができるド
ライエッチング装置及びドライエッチング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の平行平板型電極を有するドライエ
ッチング装置として、図４（ａ）（ｂ）に示すドライエ
ッチング装置がある。図４（ａ）は従来のドライエッチ
ング装置の断面図であり、図４（ｂ）はアノード電極の
平面図である。プラズマ処理室１は設置されているアノ
ード電極２、高周波電源３より電力を供給しているカソ
ード電極４、ウェハ５表面のガスの流れを均一にする目
的で用いられているガス吹き出し板６により構成されて
いる。このガス吹き出し板６はたとえばセラミックスの
ような絶縁体で作られている。ガス吹き出し板６には半
径ｒのリング状のガス吹き出し口７が設けられている。
またアノード電極２に対向して、距離ｄの位置にカソー
ド電極４が設置されている。ウェハ５がカソード電極４
の表面に設置されると、プラズマ処理室１のガス吹き出
し口７よりプラズマ生成ガス８がプラズマ処理室１内へ
導入される。ガス導入管９から供給されたガスは、アノ
ード電極中央部付近に設けられたガス吹き出し板６のガ
ス吹き出し口７より、ある角度分布を持って導入され、
ウェハ５表面に当たり、ウェハの周辺方向に流れ、ウェ
ハ下部の排気口１１から排気される。このプラズマ生成
ガス８は高周波電源３より高周波電力をカソード電極４
へ印可すると、カソード電極４とアノード電極２との間
にプラズマを生じる。このプラズマによってウェハ５表
面のエッチングを行っている。このような従来のドライ
エッチング装置では、プラズマ生成ガス８がウェハ５表
面に均一に当たるように、固定の電極間間隔ｄに対して
ガス吹き出し口７の位置・形状は適正化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
集積回路の微細化や構造の複雑化に伴い、１台の装置で
多様なエッチング条件に対処する必要が生じてきた。こ
のため電極間間隔を条件最適化のためのパラメータの一
つとして、変更する必要性を生じてきた。特にエッチン
ググレードを高くかつ安定化するためには、電極間間隔
ｄを狭くすることが必要となってきた。ところが従来の
エッチング装置では、特に電極間間隔ｄをある程度以下
に狭くすると、ウェハ周辺部でのエッチング速度の均一
性が悪化することが見いだされた。この均一性の悪化
については、ガスの流量、圧力、ガスの組成等を変化さ
せたとしても、改善は困難であった。その結果、ウェハ
周辺部での半導体装置の製造歩留まりが、著しく悪化し
ていた。本発明は、アノード電極とカソード電極との電
極間間隔ｄの設定値によらず、均一なエッチングを可能
とするドライエッチング装置及び、均一なエッチングを
行うことができるドライエッチング方法を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本出願第１の発明は、第１の電極と第２の電極が平
行に対向して配置され、前記第１の電極と第２の電極と
の間隔を変更可能にする手段を有し、前記第２の電極上
にウェハを設置し、前記ウェハに対向する前記第１の電
極上にガスの吹き出し口を複数の設置半径で形成し、前
記ガスの吹き出し口を選択する手段を有するドライエッ
チング装置であることを特徴とする。また本出願第２の
発明は、前記ガスの吹き出し口の選択手段が、前記ガス
の吹き出し口それぞれに分岐して接続されたガス導入管
の途中に設けられたバルブであるドライエッチング装置
であることを特徴とする。また、本出願第３の発明は、
平行平板に配置された第１の電極と第２の電極間間隔を
設定し、設定された電極間間隔に応じて、第１の電極に
形成されたガス吹き出し口の複数の設置半径のうちの１
のガス吹き出し口を選択し、選択したガス吹き出し口に
ガスを導入するドライエッチング方法であることを特徴
とする。また、本出願第４の発明は、本出願第３の発明
に加え、前記電極間間隔を狭くするのに応じて、前記第
１電極上のより大きい設置半径のガス吹き出し口を選択
するドライエッチング方法ことを特徴とする。また、本
出願第５の発明は、本出願第３または第４の発明に加
え、ガス吹き出しのウェハ端部を見込んだ見込み角度が
５３度を超えた場合に、前記第１電極上のより大きい設
置半径のガス吹き出し口であり、前記見込み角度を５３
度以下とする設置半径にあるガス吹き出し口を選択する
ドライエッチング方法ことを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のドライエッチング装置の
一実施の形態の断面図を図１に示す。図１（ａ）は、本
発明の一実施の形態のドライエッチング装置の断面図で
あり、図１（ｂ）はアノード電極の平面図である。この
ドライエッチング装置には、プラズマ処理室１内に、高
周波電源３より高周波電圧が印可されるカソード電極４
と、接地されカソード電極４と平行に配置されているア
ノード電極２が設けられている。アノード電極２とカソ
ード電極４の電極間隔ｄは、任意に設定が可能である。
またエッチング処理を行うウェハ５は、カソード電極４
表面に設置される。プラズマ処理室１内にガスを導入す
るガス導入管９は、途中でガス導入管９ａと９ｂに分岐
していて、それぞれのガス導入管９ａ、９ｂへのガスの
供給及び供給停止は、ガス導入管の任意の位置に取り付
けられたガスバルブ１０ａと１０ｂの開閉によって行わ
れる。前記ガスバルブ１０ａ、１０ｂは、それぞれ独立
に自動制御される。ガス吹き出し板６には、ガス導入管
９ａ及び９ｂに接続してガス吹き出し口７ａ及び７ｂが
設けられている。ガス吹き出し口７ａおよび７ｂは、そ
れぞれ半径ｒａとｒｂであるリング状の形状をしてい
る。

【０００６】図４に示すように、アノード電極２とカソ
ード電極４との距離である電極間間隔をｄ、ガス吹き出
し板６に設けられたガス吹き出し口７の設けられている
ガス穴設置半径をｒ、ウェハ５のウェハ半径をＲとする
と、ガス吹き出し口７からウェハ５の端部を見込む角度
Θは次式で表される。 Θ＝９０゜ーｔａｎ^ー1（ｄ／｜Ｒーｒ｜）発明者はΘが所定の角度以下であれば、エッチングの均
一性が保持でき、所定の角度を超えるとエッチングの均
一性が悪化することを見いだした。発明者の実験によれ
ば、この限界となる角度は５３度であり、この角度を超
えるとウェハ周辺部の歩留まりが急激に悪化した。しか
しながら前記関係式からも明らかなように、Θは電極間
間隔ｄの変更に伴って変化する。そこで本発明のドライ
エッチング装置は、設置半径ｒの異なる複数のガス吹き
出し口を設け、電極間間隔ｄを小さく設定場合にΘが限
界となる角度を超えると外側の吹き出し口に切替えてガ
スを導入することによって、エッチングの均一性を良好
にするものである。

【０００７】

【実施例】本発明のドライエッチング装置の実施例につ
いて説明する。カソード電極４は発振周波数１３．５６
ＭＨｚの高周波電源３より高周波電力が印可される。ア
ノード電極２のガス吹き出し板６には、半径１／２イン
チおよび１インチのリング状に径１ｍｍのガス吹き出し
口７ａ及び、７ｂが設けられている。半径１／２インチ
のリング状のガス吹き出し口７ａには、ガス管９ａから
ガスが導入され、ガスバルブ１０ａを開にすることによ
って選択される。半径１インチのリング状のガス吹き出
し口７ｂには、ガス管９ｂからガスが導入され、バルブ
１０ｂを開にすることによって選択される。

【０００８】カソード電極４とアノード電極２は平行に
設置されていて、その電極間間隔ｄは、６０ｍｍから１
２０ｍｍまでの範囲に設定することが可能である。リン
グ状のガス吹き出し口７からウェハ５の端部を見込む角
度Θが５３度を超えると、エッチングの均一性が急激に
悪化した。

【０００９】電極間間隔ｄとして１２０ｍｍに設定した
場合、内周のガス吹き出し口の設置半径ｒが１／２イン
チ、ウェハ５の径を８インチとすると、Θは約３６度で
あり、ウェハ周辺に至るまでエッチング速度の均一性は
良好であった。エッチング速度の均一性を保持する限界
角度Θ以内であれば、反応ガスの供給効率の点からガス
吹き出し口はできるだけアノード電極の中心に近い位置
が好ましいため、リング状のガス吹き出し口として半径
１／２インチの７ａを選択した。この選択は、ガスバル
ブ１０ａと１０ｂを操作し、ガス吹き出し口７ａからプ
ラズマ生成ガス８が導入されるようにした。

【００１０】電極間間隔ｄを６０ｍｍと狭く設定する必
要が生じた場合、それに比較して、半径１／２インチの
リング状のガス吹き出し口７ａを選択したときは、ガス
の吹Θが約５６度となり、この場合には基板周辺部でエ
ッチングの均一性が悪化した。このためガスバルブ１０
ａを閉にし、１０ｂを開に操作することによって、ガス
吹き出し口７ｂを選択した。半径１インチのリング状の
ガス吹き出し口７ｂを選択することによって、Θは約５
１度となり、この場合には基板周辺部でのエッチングの
均一性が良好であった。

【００１１】本実施例では、電極間間隔が１２０ｍｍか
ら６０ｍｍの範囲で可変なドライエッチング装置のアノ
ード電極に２種類の異なる半径を有するリング状の吹き
出し口を設けた場合について説明したが、電極間間隔の
可変範囲も、吹き出し口の数も、この実施例に限定され
るものではない。電極間間隔の可変範囲が更に広く、例
えば、５５ｍｍ以下の電極間間隔に大王する必要が有る
場合には、半径１インチの吹き出し口ではΘが５３度を
超えるため、さらに半径の大きい（例えば３／２イン
チ）リング状の吹き出し口を設けて選択できるようにす
る必要がある。吹き出し口の半径の設定は、ウェハ径Ｒ
と電極間隔ｄの比の範囲に応じて適宜行われるものであ
る。リング状の吹き出し口に代えて円周上に小さい吹き
出し口が配置されたものでもよい。

【００１２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１または２に記載のドライエッチング装置によれば、ア
ノード電極とカソード電極間の設定された電極間間隔に
応じて、エッチングの均一性が保たれるようにガスの吹
き出し口を選択することが可能となる。このため、アノ
ード電極とカソード電極の電極間間隔によらず、ウェハ
周辺部で均一なエッチング速度を保持することが可能と
なる。この結果、半導体装置の製造歩留まりのが向上す
る。また請求項３、４、または５に記載のドライエッチ
ング方法によれば、電極間間隔に応じたガスの吹き出し
口を選択することにより、前述と同様の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドライエッチング装置の一実施の形
態を示し、（ａ）は、装置全体の断面図、（ｂ）は、ア
ノード電極の平面図である。

【図２】本発明のドライエッチング装置の一実施の形
態を示し、（ａ）は、アノード電極とカソード電極間の
距離がｄの場合の装置全体の断面図、（ｂ）は、アノー
ド電極とカソード電極間の距離がｄ１（ｄ１＜ｄ）の場
合の装置全体の断面図である。

【図３】ガスの吹き出しの分布角度Θと、アノード電
極とカソード電極間の距離ｄ及びガス吹き出し口の設置
半径ｒ、ウエハの半径Ｒの関係を示した図である。

【図４】（ａ）は、従来のドライエッチング装置の例
である、アノード電極とカソード電極間の距離がｄの場
合の装置全体の断面図、（ｂ）は、アノード電極の平面
図である。

【符号の説明】

１プラズマ処理室２アノード電極３高周波電源４カソード電極５ウエハ６ガス吹き出し板７ガス吹き出し口７ａガス吹き出し口（内側）７ｂガス吹き出し口（外側）８プラズマ生成ガス９、９ａ、９ｂガス導入管１０、１０ａ、１０ｂバルブ１１排気口

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と第２の電極が平行に対向
して配置され、前記第１の電極と第２の電極との間隔を
変更可能にする手段を有し、前記第２の電極上にウェハ
を設置し、前記ウェハに対向する前記第１の電極上にガ
スの吹き出し口を複数の設置半径で形成し、前記ガスの
吹き出し口を選択する手段を有することを特徴とするド
ライエッチング装置。
【請求項２】前記ガスの吹き出し口の選択手段は、
前記ガスの吹き出し口それぞれに分岐して接続されたガ
ス導入管の途中に設けられたバルブであることを特徴と
する請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】平行平板に配置された第１の電極と第
２の電極間間隔を設定し、設定された電極間間隔に応じ
て、第１の電極に形成された複数の異なる設置半径のガ
ス吹き出し口のうちの１のガス吹き出し口を選択し、選
択したガス吹き出し口にガスを導入することを特徴とす
るドライエッチング方法。
【請求項４】前記電極間間隔を狭くするのに応じ
て、前記第１電極上のより大きい設置半径のガス吹き出
し口を選択することを特徴とする請求項３に記載のドラ
イエッチング方法。
【請求項５】ガスの吹き出しのウェハ端部を見込ん
だ見込み角度が５３度を超えた場合に、前記第１の電極
上のより大きい設置半径のガス吹き出し口であり、前記
見込み角度を５３度以下とする設置半径にあるガス吹き
出し口を選択することを特徴とする請求項３または４に
記載のドライエッチング方法。