JP3066673B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JP3066673B2
JP3066673B2 JP4093435A JP9343592A JP3066673B2 JP 3066673 B2 JP3066673 B2 JP 3066673B2 JP 4093435 A JP4093435 A JP 4093435A JP 9343592 A JP9343592 A JP 9343592A JP 3066673 B2 JP3066673 B2 JP 3066673B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング技術
に係り、特に被処理体と向き合う側に配設される電極の
改善に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、平行平板型のドライエッチング
装置は、真空の反応容器内に対向配置した電極を設け、
一方の電極をアース電位に接続し、もう一方の電極に高
周波電圧を供給することで、両電極間に放電によるプラ
ズマを発生させ、このプラズマ中の反応性イオンをいず
れか一方の電極(普通は下部電極)上に載置された被処
理体たとえば半導体ウエハに電界の力で引っ張り込ん
で、エッチングを行うようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化膜(S
iO2 )のエッチングを行う従来のドライエッチング装
置では、被処理体と向き合う側の電極(普通は上部電
極)をアモルファスカーボンで構成していた。しかし、
アモルファスカーボン電極には次のような種々の欠点が
あった。
【0004】第1に、上部電極は、イオンが周期的(た
とえば高周波電圧の極性が負になっている時)に入射す
るためにスパッタ効果によってエッチングされるが、ア
モルファスカーボン電極で構成した場合は、完全に気化
せずに、カーボンの固まりとなって落下することがあ
る。アモルファスカーボンは、炭素分子が複雑に絡み合
った非晶質体であり、内部結合力が均一でなく、結合力
の強い部分と弱い部分とが混在している。このため、ス
パッタ効果によって結合力の弱い部分から局所的にエッ
チングされ、結果的に結合力の強い部分が固まった状態
で落下しやすく、これがパーティクルとなって半導体素
子の歩留まりを低下させていた。
【0005】また、アモルファスカーボン電極は、アモ
ルファス化の製造上の限界から3mm程度までの厚さに
しか形成できないため、電極寿命が短く、メンテナンス
交換の回数が多かった。また、この種のエッチング装置
では、電極の温度がエッチングの均一性特性を左右する
ほど重要であるが、アモルファスカーボン電極は、熱伝
導度がそれほど良くないうえ、上記のように厚みが小さ
いため、電極全体を均一温度に冷却すのが難しく、被処
理体上で均一なエッチング特性が得られなかった。
【0006】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、電極寿命を延ばし、パーティクルの発生を防止
するとともに、被処理体上で均一なエッチング特性が得
られるドライエッチング方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のドライエッチング方法は、被処理体上のS
iO2層をドライエッチングする方法であって、反応容
器内に、単結晶シリコンからなる多数の通気孔を有する
板状の上部電極と、前記上部電極の裏面全体に直接接触
し、前記上部電極の各通気孔と対応する位置に通気孔が
形成されているアルミニウムからなる背板と、前記背板
に接続され冷却路が形成されたアルミニウムからなる冷
却ジャケットと、前記冷却ジャケットの前記冷却路に冷
媒を供給する冷媒供給手段と、前記上部電極に対向して
配置された、前記被処理体を載置する下部電極とを設
け、前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電圧を
印加して両電極間にプラズマを生成し、前記冷媒供給手
段、前記冷却ジャケットおよび前記背板により前記上部
電極の各部をほぼ均一な温度に冷却しながら、炭素およ
びフッ素を含有するガスとアルゴンガスとを含むエッチ
ングガスを前記背板および前記上部電極の通気孔を介し
て前記上部電極と前記下部電極上の前記被処理体との間
に供給して、前記被処理体上のSiO2層の所定の箇所
を選択的にドライエッチングして多層配線用のコンタク
トホールを形成する方法とした。
【0008】
【0009】本発明のドライエッチング方法において、
被処理体と向き合う側の上部電極は、単結晶シリコンで
構成されるため、スパッタ効果で電極表面が均一にエッ
チングされ、スパッタされたシリコン原子はフッ素活性
種と反応して気化し、排気される。また、上部電極は、
単結晶シリコンで構成されるため、任意の厚さにつくる
ことが可能であり、厚みを大きくすることで、電極寿命
を延ばすことができる。また、上部電極は、単結晶シリ
コンで構成されるため、熱伝導率が高い。かかる単結晶
シリコン製上部電極の裏面全体にそれよりも熱伝導率の
高いアルミニウム製の背板が直接接触する。そして、こ
のアルミニウム背板に接続されたアルミニウム冷却ジャ
ケットの冷却路に冷媒供給手段により冷媒が供給される
ことで、冷媒の冷却力とアルミニウム冷却ジャケットお
よびアルミニウム背板の伝熱作用とにより上部電極の各
部がほぼ均一な温度に冷却される。このように、単結晶
シリコン製上部電極の各部(全体)を均一に冷却しなが
ら、炭素およびフッ素を含有するガスとアルゴンガスと
を含むエッチングガスを用いて被処理体上のSiO2層
をプラズマエッチングすることにより、被処理体上の各
部でエッチング開口部付近のデポガスの付着量を均一化
し、エッチング特性を均一化し、被処理体上の各部で均
一形状のコンタクトホールを得ることができる。
【0010】
【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明の一実施例による平行平板型ド
ライエッチング装置の構成を示す。このエッチング装置
において、真空容器10の中央部に上部電極12と下部
電極14とが一定の間隔をおいて互いに平行に配設さ
れ、下部電極14上に被処理体として半導体ウエハWが
載置される。
【0011】下部電極14は、アルミニウムからなる円
板体で、アース電位に接続される。下部電極14の内部
には、冷却水を流すための環状の流路14aが設けられ
ており、この流路14aに供給管16および排水管18
を介して冷却水供給装置(図示せず)からの冷却水が流
れることで、下部電極14が冷却され、ひいてはウエハ
Wが冷却されるようになっている。
【0012】下部電極14の外周側には、たとえばセラ
ミックからなる断面L形のクランプリング20が配置さ
れている。このクランプリング20は、連結棒22,2
4を介して反応容器10の外側に設置されたエアシリン
ダ26のピストンロッド26aに結合され、エアシリン
ダ26より発生される加圧力でウエハWを下部電極14
に押し付けるように構成されている。下部電極14の下
面には蛇腹状の電極支持体28が設けられ、クランプリ
ング20からの押圧力を弾力的に受け止めるようになっ
ている。
【0013】上部電極12は、単結晶シリコンからなる
円形の板体であり、板面にはエッチングガスを通すため
の多数の通気孔12aが形成されている。上部電極12
の裏側には電極12とほぼ同じ形状の背板30が設けら
れ、上部電極12はこの背板30を介して冷却ジャケッ
ト32の下端部にボルト34で固定されている。背板3
0の板面にも上部電極12の通気孔12aと対応する位
置にエッチングガスを通すための多数の通気孔30aが
形成されている。
【0014】ガス室36の上部にはガス供給管38の供
給口が臨んでおり、エッチングガス供給源(図示せず)
よりエッチングガスとして、たとえばCF3 /CF4 /
Arの混合ガスがガス供給管38を介してガス室36に
導入され、ガス室36に導入されたエッチングガスは背
板30および上部電極12の通気孔30a,12aを通
って下方のウエハWに吹き付けられるようになってい
る。
【0015】冷却ジャケット32は、たとえばアルミニ
ウムからなる有底筒状の金属部材を逆さにしたもので、
円板部内には環状の流路32aが設けられており、この
流路32aに供給管40,排水管42を介して冷却水供
給装置(図示せず)からの冷却水が流れることにより、
冷却ジャケット32が冷却され、ひいては背板30を介
して上部電極12が冷却されるようになっている。ま
た、冷却ジャケット32には高周波電源44が接続され
ており、この高周波電源44より、たとえば380KH
zの高周波電圧が冷却ジャケット32および背板30を
介して上部電極12に供給される。
【0016】冷却ジャケット32の回りには、環状の支
持板46が反応容器10の上部開口縁部に担持されるよ
うにして取付され、この支持板46の段部46aに冷却
ジャケット32のフランジ部32bが載ることで、冷却
ジャケット32、背板30および上部電極12が支持さ
れている。支持板46の下端部には、上部電極12の周
縁部に掛かるようにして断面L形のカバー板48がボル
ト49で取付されている。このカバー板48によってプ
ラズマイオンがウエハWに向けられるようになってい
る。
【0017】なお、反応容器10の側壁には、ウエハW
を出し入れするためのゲートバルブ50、およびエッチ
ングによって気化した反応生成物を排出するための排気
管52が設けられている。
【0018】かかるエッチング装置において、上部電極
12と下部電極14との間に高周波電圧が印加されるこ
とにより、両電極間にプラズマが発生し、このプラズマ
雰囲気中に送り込まれたエッチングガス(CF3 /CF
4 /Arの混合ガス)からフッ素活性種F*および反応
性イオンCF3+,CF4+,Ar+ が生成され、これらの
活性種および反応性イオンが下部電極14上のウエハW
に降下または入射することで、ウエハW表面の酸化膜
(SiO2 )がエッチングされる。
【0019】このようなエッチングの処理中に、上部電
極12は、周期的(高周波電圧の極性が負の時)にプラ
ズマ中の反応性イオンCF3+,CF4+,Ar+ が入射
し、スパッタ効果によってエッチングされる。本実施例
の上部電極12は、単結晶シリコンからなるため、シリ
コン原子の結合が強く、かつ結合力が均一であるため、
電極表面が均一にエッチングされる。スパッタされたシ
リコン原子はフッ素活性種F*と反応してSiFに気化
し、排気される。したがって、上部電極12から固まり
状のものが落下するおそれはなく、パーティクルが発生
しない。
【0020】また、上部電極12は、単結晶シリコンで
構成されるため、任意の厚さにつくることが可能であ
る。したがって、上部電極12の厚みを大きくすること
で、電極寿命を延ばして交換周期を長くし、メンテナン
ス作業員の負担を軽減することができる。
【0021】また、単結晶シリコンは、高い熱伝導度を
有するため、上部電極12の各部は均一に冷却される。
特に、電極の厚みを大きくし、さらにはアルミニウム等
の熱伝導体からなる背板30を設けることで、上部電極
12の各部を(特に中心部と周縁部とを)均一な温度に
冷却することができる。これにより、上部電極12の各
通気孔12aより均一な温度でエッチングガスが供給さ
れるため、下方のウエハWにおいては外周部と中心部と
で均一なエッチング特性が得られる。
【0022】図2および図3につきこの点の作用効果を
説明する。図2は、酸化膜にコンタクトホールを形成す
る場合のウエハ表面の構造を示す。この場合、フォトレ
ジスト膜に形成された開口部内にイオンAr+ が入射し
て、開口部の底のSiO2 をスパッタし、スパッタされ
たSiO2 が活性種F*と反応してSiFに気化するこ
とで、酸化膜の異方性エッチングが行われる。この開口
部付近には、概念的に粒状に示すようにデポガス(C
F)が浮遊ないし付着しており、このデポガスの存在に
よってイオンAr+ の入射が妨げられる。開口部の底に
おけるデポガスの付着量は、上部電極および下部電極の
それぞれの温度の相関関係によって決まるが、温度が高
い場所ほど付着量が多くなり、そのぶんスパッタ効果が
弱まり、エッチング速度が下がる。
【0023】従来装置においては、アモルファスカーボ
ンからなる上部電極の熱伝導性がよくないため、この電
極の各部が均一に冷却されず、電極中心部の温度が電極
周縁部の温度よりも高くなってしまい、このため、ウエ
ハ周縁部よりもウエハ中心部のほうでデポガスが多めに
付着し、図3の(B)に示すように、コンタクトホール
の形状にバラツキが生じた。
【0024】これに対し、本実施例の装置においては、
単結晶シリコンからなる上部電極12の電極全体が均一
に冷却され、電極中心部も電極周縁部も等しい温度にな
るため、ウエハWの各部で均一なエッチングが行われ、
図3の(A)に示すように、ウエハWの各部で均一形状
のコンタクトホールが得られる。
【0025】上記した実施例では、下部電極14をアー
ス電位にして、上部電極12に高周波電圧を供給した
が、これと反対に、上部電極12をアース電位にして、
下部電極14に高周波電圧を供給したり、あるいは両電
極12,14に高周波電圧を供給することも可能であ
り、任意のプラズマ発生方法を使用することができる。
また、上記実施例の装置は平行平板型のドライエッチン
グ装置であったが、他の型式のドライエッチング装置、
たとえばマグネトロンエッチング装置、ECRエッチン
グ装置等にも本発明を適用することが可能である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のドライエ
ッチング方法によれば、被処理体が載置される下部電極
とは反対側の上部電極を単結晶シリコンで構成するとと
もに、上部電極の裏面全体にアルミニウム製の背板を直
接接触させて、上部電極の各部をほぼ均一に冷却しなが
ら所定のエッチングガスを用いてプラズマ雰囲気中で被
処理体上のSiO2層をドライエッチングするようにし
たので、電極寿命を延ばし、パーティクルの発生を防止
するとともに、被処理体上で均一なエッチング特性を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるドライエッチング装置
の構成を示す断面図である。
【図2】酸化膜にコンタクトホールを形成する場合の半
導体ウエハ表面の構造を示す図である。
【図3】実施例の装置および従来装置によってそれぞれ
得られるコンタクトホールの形状を示す図である。
【符号の説明】
10 反応容器 12 上部電極 14 下部電極 30 補強板 32 冷却ジャケット 44 高周波電源 W 半導体ウエハ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理体上のSiO2層をドライエッチン
    グする方法であって、 反応容器内に、 単結晶シリコンからなる多数の通気孔を有する板状の上
    部電極と、 前記上部電極の裏面全体に直接接触し、前記上部電極の
    各通気孔と対応する位置に通気孔が形成されているアル
    ミニウムからなる背板と、 前記背板に接続され冷却路が形成されたアルミニウムか
    らなる冷却ジャケットと、 前記冷却ジャケットの前記冷却路に冷媒を供給する冷媒
    供給手段と、 前記上部電極に対向して配置された、前記被処理体を載
    置する下部電極とを設け、 前記上部電極と前記下部電極との間に高周波電圧を印加
    して両電極間にプラズマを生成し、前記冷媒供給手段、
    前記冷却ジャケットおよび前記背板により前記上部電極
    の各部をほぼ均一な温度に冷却しながら、炭素およびフ
    ッ素を含有するガスとアルゴンガスとを含むエッチング
    ガスを前記背板および前記上部電極の通気孔を介して前
    記上部電極と前記下部電極上の前記被処理体との間に供
    給して、前記被処理体上のSiO2層の所定の箇所を選
    択的にドライエッチングして多層配線用のコンタクトホ
    ールを形成するドライエッチング方法。
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JPH08236505A (ja) * 1995-02-28 1996-09-13 Sumitomo Sitix Corp プラズマエッチング装置用シリコン電極
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