JP3024148B2 - エッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

産業上の利用分野 発明の概要 従来の技術及び解決すべき問題点 発明の目的 問題点を解決するための手段 作 用 実施例 実施例−１（本発明の実施例の説明に先立って説明
する本発明外の参考例） 実施例−２（本発明の実施例の説明に先立って説明
する本発明外の参考例） 実施例−３（本発明に係る実施例） 発明の効果 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エッチング装置に関する。本発明は、例え
ば、半導体装置などの電子部品の製造において用いるエ
ッチング装置として利用することができる。

〔発明の概要〕

本出願に係る発明は、電極上に被処理体を載置して該
被処理体をエッチングするエッチング技術において、前
記電極をエネルギー線から遮蔽するカバー部材をエッチ
ャントを供給できる含フッ素樹脂により形成するととも
に、該カバー部材には前記電極とは独立に制御可能な交
流電極を設けたことによって、カバー部材からもエッチ
ャントを供給してエッチング速度を大きくするととも
に、該エッチャントの生成を独立に制御できるようにし
たものである。

〔従来の技術及び解決すべき問題点〕

エッチング技術は種々の分野で用いられているが、生
産性を向上するため、エッチング速度を一層高速化する
ことが望まれている。

例えば電子材料、特に半導体装置製造の分野では、半
導体ウエハの大口径化及びパターンの微細化に伴って、
エッチング速度の増大が切望されている。大口径ウエハ
における微細パターンを面内均一性よくエッチングを行
うには、一度に多数枚のウエハを処理する従来のバッチ
方式ではもはや対応しにくく、枚葉式のエッチング処理
を実用化することが望まれるのであるが、枚葉式は１回
の処理時間がそのまま１枚当たりの処理時間となるの
で、エッチング速度を大きくして処理効率を上げる必要
があるという事情もある。

枚葉式エッチング技術は一部で実用化されているもの
の、被処理材料によっては未だ実際的ではない。例えば
SiO₂エッチングに関しては、従来のバッチ式と同等なス
ループットが得られるほどにはエッチング速度が上がら
ず、枚葉式の実用化はあまり進んでいない。

一方、高速エッチングを実現するためには、エッチン
グの高速化に伴って生ずる問題を解決しなければならな
い。

電極上に被処理体を載置してこの被処理体をエッチン
グする場合、電極をエネルギー線から遮蔽するカバー部
材を設けて、電極から汚染物質等が発生することを防止
することがあるが、例えば、SiO₂等シリコン系物質のエ
ッチング速度を高めるため、カソード電極の露出部をお
おうカバー部材をフッ素樹脂等の含フッ素樹脂で形成す
ることがある。

このようにすると、陰極降下電圧で加速された入射イ
オンによるスパッタリングを利用して、反応ガスの解離
以外にもエッチャントとなるCF_X ⁺の供給量を増やすこと
ができ、エッチングを高速化できる。

しかしながら、こうした手段をマグネトロン放電を利
用したRIE装置や、マイクロ波よるECR放電を利用した装
置等、高エネルギーのエッチング装置に適用すると、例
えば高密度に形成されたプラズマからの輻射熱や入射イ
オン電流が大きいこと等の影響で、放電中に電極カバー
が熱による変形を受け、エッチングが再現性良く行えな
くなる等の不都合が起こることがある。

即ち従来構造にあっては、第８図に示すように、電極
１（通常カソード）上に被処理体２である半導体ウエハ
等を載置して、カバー部材３（上方において支持部４に
支持されている）の位置まで該電極１を上昇させ、この
ようにして第８図に破線で示すカバー部材３が電極１の
露出部をおおうようにする。この状態で被処理体２のエ
ッチングを行う。

ところがこの場合、エッチング時にカバー部材３が熱
変形し、例えば図に矢印Ａで極端に示すようにカバー部
材３が反り上がって、図に３′で示すような状態になっ
てしまうことがある。このような状態になると、生じた
すき間からエネルギー線が入って、電極１から汚染物質
が発生し、汚染防止（いわゆるコンタミ防止）用カバー
部材３としての機能が果たせなくなる。

この問題は、第８図のように、カバー部材３と電極１
との間に間隙ｌがあって、ここに空間ができる構造であ
ると、顕著である。通常、電極１は冷却されているが、
空間があるとカバー部材３は該冷却された電極１と離間
するため、カバー部材３の温度上昇が激しくなるからで
ある。しかし、電極１とカバー部材３の両者が接する構
造であったとしても、元々両者の熱伝達率が悪い上に、
上述のように一般に電極１が上下運動することでカバー
部材３との着脱が行われる構造であるので、両者の接触
面積も接触時間も小さく、よってカバー部材３の冷却は
充分には行えず、いずれにしてもこの問題は避けられな
い。

また、別の問題として、カバー部材を含フッ素樹脂で
形成しても、必ずしも要請される高速エッチングを達成
できるとは限らないということがある。

例えば、バッチ式から枚葉式に変えても充分生産性を
上げる程度にエッチング速度を大きくしようとしても、
従来の通常のRIE装置の構成だけではこれに見合うだけ
の速度をかせぐことは困難である。

このため、マグネトロン放電やマイクロ波によるECR
放電を利用した高密度のプラズマ形成装置等が種々開発
されてはいるものの、これらも必ずしも多くの被エッチ
ング材料に好ましく汎用できるとは限らず、例えばSiO₂
膜系のエッチングに関しては、高速化するとダメージが
大きくなることがあるなど、必ずしも高速化に伴う問題
点が解決されていない。更に、最近はフロンガスないし
はフレオンガスと称される含フッ素ガスが大気に及ぼす
悪影響が懸念されており、社会問題にもなっていること
から、このようなガスを用いないでも良好な高速エッチ
ングを行える技術の確立が望まれているが、この点、従
来技術では含フッ素ガスを用いないと充分な高速化が達
成できない場合が大半である。

更にまた、カバー部材を含フッ素樹脂で形成して、こ
こからのエッチャント供給によるエッチング速度の増大
を図る場合も、該エッチャントの供給は制御できないの
で、これによるエッチングの高速化の制御ができず、よ
ってエッチング形状等の制御ができないという問題があ
る。

〔発明の目的〕

本出願に係る発明は、上記各問題点を解決せんとする
もので、特に、高速化及び制御性の問題点を解決せんと
するものである。

すなわち、本出願に係る発明は、高速エッチングを達
成するとともに、該高速エッチングについての制御性を
良好にしたエッチング装置及びエッチング方法を提供す
ることが目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

本出願の請求項１の発明は、 電極上に被処理体を載置して該被処理体をエッチング
するエッチング装置において、 前記電極をエネルギー線から遮蔽するカバー部材をエ
ッチャントを供給できる含フッ素樹脂により形成すると
ともに、 該カバー部材には前記電極とは独立に制御可能な交流
電極を設けたことを特徴とするエッチング装置 であって、この構成により上記目的を達成したものであ
る。

本出願の請求項２の発明は、 電極上に被処理体を載置して該被処理体をエッチング
するエッチング方法において、 前記被処理体をエッチャントを供給できる含フッ素樹
脂からなる前記電極をエネルギー線から遮蔽するカバー
部材に載置する工程と、 該カバー部材からのエッチャントの供給を前記電極と
は独立に制御可能な交流電極により制御する工程と を含むことを特徴とするエッチング方法 であって、この構成により上記目的を達成したものであ
る。

本発明において、エネルギー線とはエッチングを行う
ための放射線あるいは物質線を広く意味するものであ
り、プラズマエッチングの場合のプラズマや、イオンエ
ッチングの場合のイオン線等を総称するものである。ま
た含フッ素樹脂とは、少なくともフッ素を含有している
樹脂であればよく、いわゆるフッ素樹脂に限定されるも
のではない。

〔作用〕

本発明は、電極をエネルギー線から遮蔽するカバー部
材をエッチャントを供給できる含フッ素樹脂により形成
したので、該カバー部材からのエッチャントの供給によ
り、高速エッチングを達成できる。

本発明は、カバー部材に被処理体を載置する電極とは
独立に制御可能な電極を設けたので、カバー部材から供
給されるエッチャントを独立に制御でき、従って制御性
の良好な高速エッチングを実現できる。

〔実施例〕

以下本発明について、一実施例を、図面を参照して説
明する。なお、当然のことではあるが、本発明は以下に
述べる実施例により限定されることなく、種々の態様を
とることができるものである。なお本発明の実施例（実
施例−３）を説明するに先立ち、本発明外の参考例であ
る参考実施例−１及び参考実施例−２について説明す
る。

実施例−１（参考実施例） この参考実施例は、半導体装置製造用のドライエッチ
ング技術に関するものである。

本実施例の要部の構成を第１図に示し、また冷却手段
付きのカバー部材の構成を第２図に示す。

本実施例のエッチング装置は、第１図に示すように電
極１（本例ではカソード電極）上に被処理体２（本例で
は半導体装置を形成するための基板）を載置して該被処
理体２をエッチングする装置であって、電極１をエネル
ギー線から遮蔽するカバー部材31を含フッ素樹脂により
形成するとともに、このカバー部材31に冷却手段32を設
けたものである。

本実施例の冷却手段32は、カバー部材31に直接密着し
て取り付けた熱伝導性及び放熱性の良好な部材であり、
第１図及び第２図に示すように、カバー部材31の電極１
側の面に配設されている。

具体的には、本実施例においてカバー部材31はいわゆ
るテフロン等のフッ素樹脂で作製できる。冷却手段32は
熱伝導性の良い金属材料から形成して、これをカバー部
材31の裏面に取りつけることにより、形成できる。

本実施例のように金属材料により冷却手段を形成する
場合、該金属材料としてはその放熱性等により冷却性能
を有するものであれば任意であるが、汚染源となること
を防止するという意味で、アルミニウムなどを好適に用
いることができる。

本実施例がマグネトロンRIE装置やECRエッチング装置
（ともに使用エネルギーが大きく、カバー部材の熱変形
の問題が大きい）として具体化される場合は、放電領域
における磁場形成を乱さないために、上記冷却手段32を
構成する金属材料には非磁性材料を使うことが好ましい
が、アルミニウムはこの点からも好ましい。

更に耐蝕性に優れた非磁性ステンレス鋼であるSUS31
6、SUS310s等を好ましく用いることができる。

磁性を特に考慮しなくてよい場合は、鉄その他の磁性
材料も任意に用いることができる。但し上記マグネトロ
ンRIE装置やECRエッチング装置の如く放電領域に磁場が
形成されるエッチング装置においても、熱伝導性を更に
上げる必要から、磁性金属材料を使用することもでき、
この場合は、鉄等の強磁性物質の含有割合ができるだけ
小さい素材を選択して透磁率を抑えるようにして、材料
選定すればよい。

本実施例においては、カバー部材31は中央部に被処理
体２の面を露出させる円孔が形成された円板状をなして
いる。冷却手段32は該カバー部材31の裏面に、該円孔と
同心でこれより大きめの円孔を有する同様な円板状をな
して形成されている。被処理体２は、この冷却手段32の
中央の円孔に丁度嵌まる大きさのものを用いることがで
き、このようにすると被処理体２の位置が確実に決まっ
て好ましいが、配設の余裕度を確保するために、冷却手
段32の円孔は被処理体２よりやや大きめにしてもよい。

本実施例においては、第１図に示すように、エッチン
グ中は冷却された電極１とカバー部材31とが、金属材料
から成る冷却手段32を介して密着する構造にする。電極
１は、冷却水10等により冷却される通常の構造になって
いる。この結果、カバー部材31の冷却効率が上がり、放
電中の熱変形を抑えることが可能となる。このとき、冷
却手段32は、電極１とカバー部材31との双方に対し、で
きるだけ密着性良く介在させると効果的である。

第３図に示すのは、本実施例で用いることができる冷
却手段32付きのカバー部材31の他の例である。これは含
フッ素樹脂から成るカバー部材31と金属から成る上記冷
却手段32との界面に例えば図示の如き凹凸34を設けるこ
とで両者の熱伝達面積を増加させ、冷却効率を上げ、よ
り一層の効果が得られるようにしたものである。

また第４図に示すのは、本実施例で用いることができ
る冷却手段32付きのカバー部材31の更に別の例である
が、これは含フッ素樹脂から成るカバー部材31と金属か
ら成る上記冷却手段32との界面に例えば図示のような冷
却水路32′を設けてここに冷却水を流す機構とし、これ
により電極冷却とは独立にカバー部材31専用の冷却機構
を設けるようにしたものである。これによれば、放電中
の熱変形は更に効果的に抑制される。その上、この冷却
機構により、被処理体２の面内における温度分布を独立
に制御することが可能となる。即ちこうすれば、通常の
電極冷却で問題となる被処理体２の面内における温度分
布のばらつき、特に被処理体２の周辺部（例えば半導体
ウエハ周辺部）における温度分布のばらつきを制御する
ことが可能となる。従来は被処理体２の中心部と周辺部
とで、エッチングに差がでることがあり、これは被エッ
チング体の面内での温度差に要因が大きいと考えられる
のであるが、このように被処理体２を独立に冷却する機
構を設けると、被処理体２の冷却制御により、上記面内
温度も均一にでき、もってエッチングの面内均一性も良
好にできるのである。

本実施例を採用すると、高エネルギーによる高速エッ
チングを行う場合にも、放電中の電極のカバー部材31の
熱変形を抑えることができる。よってエッチングの再現
性を向上できる。

かつ、含フッ素樹脂から成るカバー部材31を用いたこ
とにより、これが発生するエッチャントにより高速エッ
チングを実現でき、例えばマグネトロンRIE装置におけ
る例えばシリコン材料の高速エッチング、例えば高速Si
O₂エッチングを実現できる。更に、被処理体２（ウエハ
等）の温度分布制御を容易にすることができ、エッチン
グ特性の面内均一性を向上できる。

実施例−２（参考実施例） この参考実施例は、上記参考実施例−１と同様、半導
体装置の微細加工技術に用いるエッチング技術に関する
ものである。

本実施例のエッチング装置の要部の構成を、第５図に
示す。また本実施例における磁場形成手段付きのカバー
部材を、第６図に示す。

本実施例のエッチング装置は、第５図に示すように、
電極１（本例ではカソード電極）上に実施例−１と同様
な被処理体２を載置して該被処理体２をエッチングする
装置であって、電極１をエネルギー線から遮蔽するカバ
ー部材31を含フッ素樹脂により形成するとともに、この
カバー部材31付近に磁場形成手段33a,33bを設けたもの
である。図中５は高周波電源、51はマッチングボックス
を示す。

本実施例では第６図に示すように、円環形平板状のカ
バー部材31の下に、環状の磁石を同心状に配置してこれ
を磁場形成手段33a,33bとし、第５図の如く電界Ｅにほ
ぼ直交する磁場Ｂを形成するようにした。

このような構造の磁場形成手段33a,33bの下には、磁
性体製のヨーク状の台35を取付けてある。これにより磁
場形成手段33a,33b付きのカバー部材31を構成して、こ
れを第５図に示すように電極１の上面周辺部に埋め込む
形にした。

本実施例において具体的には、カバー部材31は実施例
−１におけると同様、いわゆるテフロン等のフッ素樹脂
で作製した。該カバー部材31には、ほぼ被処理体２（ウ
エハ）の大きさに対応する中孔を設ける。このカバー部
材31の裏面の内周部と外周部に、間隔をおいて、極性の
異なる磁石を設置して磁場形成手段31a,31bとする。更
に上記の如くカバー部材31と同寸法の磁性体で作製した
台35を取り付けることで、カバー部材31の表面に強い水
平磁場を形成する。これを例えば第５図に示す基本構成
で、カソード・カップリング型RIE装置でのSiO₂エッチ
ングに適用すると、カバー部材31のスパッタリングで生
成するエッチャントCF_x ⁺の供給量を増大することができ
る。これにより、SiO₂等のエッチングレートの高速化が
達成される。

本実施例によれば、被処理体２の周りのカバー部材31
の直上に、電極１と水平な磁場を作ることで、陰極降下
電圧との間に直交する電磁場を形成したことによって、
被処理体２の周辺部に電子のサイクロイド運動が起き
る。これによりカバー部材31のスパッタリングに寄与す
るイオン種の解離は更に活発に生じるようになり、一層
のエッチングの高速化が実現される。

本実施例によれば、スパッタリングによるエッチャン
トの供給が効率良く行えるようになるため、供給ガスの
解離によるエッチャント生成が必ずしも必要でなくな
る。従って、含フッ素ガス（フロンガス等）を使用しな
くても、例えば希ガス（Arなど）の放電でSiO₂膜系等の
エッチングが可能となる。

またこの実施例では、カバー部材31の周辺部が、その
裏面において、磁場形成手段32a,33bである磁石に密着
性良く固定されるため、従来問題となっていたマグネト
ロン放電等の高密度プラズマに含フッ素樹脂がさらされ
た時に生ずる熱変形をも抑制することができる。よって
この実施例においても上記問題を解決して、エッチング
の再現性を向上することが可能となる。

即ち、ECR放電やマグネトロン放電を利用した高密度
プラズマ形成装置に適用する場合にも、再現性良く例え
ばSiO₂膜系の高速エッチングを実現できる。

実施例−３（本発明の実施例） この実施例は、本発明に係るエッチング装置及びエッ
チング方法を具体化したものである。第７図にその装置
構成を示す。これは図示のように、電極１上に被処理体
２を載置して該被処理体１をエッチングする装置であっ
て、電極１をエネルギー線から遮蔽するカバー部材31を
エッチャントを供給できる含フッ素樹脂により形成する
とともに、このカバー部材31には、被処理体１を載置す
る電極１とは独立に制御可能な交流電極６（以下説明の
便宜上、補助電極６と称する）を設けたものである。

なお本実施例は、実施例−２の磁場発生の手法を採り
入れ、実施例−２の構成を変形する形で実施し、磁場発
生手段33a,33b、磁性体から成る台35等を有するように
した。

本実施例では、補助電極６の構成は、具体的には次の
ようにした。

即ち本実施例では、含フッ素樹脂から成るカバー部材
31の内部に電極１とは別に新たに電極を設けて補助電極
６とし、これをカバー部材31のスパッタリング制御専用
にしたものである。よって電極１（カソード）の電源５
とは独立した電源６を設けて、ここから高周波電力を印
加できる構造とした（51,61はマッチングボックスであ
る）。これにより、一層のエッチングの高速化が図れ
る。

またこのようにカバー部材31への印加電力と電極１
（カソード）への印加電力とを別々に制御することで、
エッチャントの生成と被処理体２（ウエハ）への入射イ
オンエネルギーとを独立して制御することが可能とな
る。このため高速化と低ダメージ化を両立させることが
でき、例えばSiO₂膜系等のエッチングが有効に実現でき
る。

電極１と補助電極６に印加する高周波は同じでもよ
く、例えば双方とも13.56MHzの高周波を印加するのでも
よい。また、補助電極６の方は、800〜400MHz程度の比
較的低い周波数の高周波を印加するようにして、イオン
追従性を良くするようにしてもよい。

なお第７図中、７は絶縁材である。

本実施例においては、補助電極６は、カバー部材31の
補強材としての作用効果をも有する。

あるいは、独立の補強材を特に設けてもよい。他の各
実施例においても、例えばSUS製の補強軸をロ字状に組
んでカバー部材の内周部に封入するなどして、カバー部
材の補強とすることができる。

〔発明の効果〕

上述の如く本出願の各発明は、エッチングの高速化を
実現でき、更に高速化に付随して起こる可能性のある問
題も解消できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例−１に係るエッチング装置の要部構成
図、第２図は該例における冷却手段付きカバー部材の構
成例を示す図、第３図は同じく他の例を示す図、第４図
は同じく更に別の例を示す図である。第５図は実施例−
２に係るエッチング装置の要部構成図、第６図は該例に
おける磁場形成手段付きカバー部材を示す図である。第
７図は実施例−３に係るエッチング装置の要部構成図で
ある。第８図は従来技術を示す。 １……電極、２……被処理体、31……カバー部材、32…
…冷却手段、33a,33b……磁場形成手段、６……カバー
部材に設けた電極（補助電極）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極上に被処理体を載置して該被処理体を
   エッチングするエッチング装置において、 前記電極をエネルギー線から遮蔽するカバー部材をエッ
   チャントを供給できる含フッ素樹脂により形成するとと
   もに、 該カバー部材には前記電極とは独立に制御可能な交流電
   極を設けたことを特徴とするエッチング装置。
2. 【請求項２】電極上に被処理体を載置して該被処理体を
   エッチングするエッチング方法において、 前記被処理体をエッチャントを供給できる含フッ素樹脂
   からなる前記電極をエネルギー線から遮蔽するカバー部
   材に載置する工程と、 該カバー部材からのエッチャントの供給を前記電極とは
   独立に制御可能な交流電極により制御する工程と を含むことを特徴とするエッチング方法。