JP3242166B2 - エッチング装置 - Google Patents

エッチング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエッチング装置に関し、
特にエッチングにより形成される壁面のテーパ角を８５
〜９０°でエッチングできるように構成したエッチング
装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来から、半導体製造のパターン形成工
程では、半導体ウェハ上に積層された薄膜上にレジスト
塗布し、所望のパターン状のマスクを透して露光、現像
してレジスト膜を所望のパターン状にする。その後、レ
ジスト膜が除去されて露出した薄膜部分のエッチングを
行ない、薄膜を所望のパターン状に形成した後、パター
ン形状に形成された薄膜上に残存するレジストを除去
し、薄膜のパターン形成を終了している。このようなパ
ターン形成工程におけるエッチングでは、減圧下で活性
ガスプラズマにより半導体ウェハや、ＬＣＤ基板等のエ
ッチングを行なうドライエッチング装置が用いられてい
る。ドライエッチング装置におけるプラズマ処理は、高
温を要せず低温処理できるため、広く採用されている。
【０００３】このようなエッチング装置は、マイクロ波
によって生成したプラズマ中の電子を磁気コイルで制御
して、半導体ウェハが設置された反応室に導き、反応ガ
スを分解してプラズマを発生させ、エッチングを行うＥ
ＣＲや、反応室内に２枚の平板電極を対向させヒータを
内蔵した一方の電極板上に半導体ウェハを設置し、低圧
反応ガスのプラズマを発生させて半導体ウェハのエッチ
ング処理を行う平行平板型プラズマ装置等がある。
【０００４】平行平板型のプラズマ装置は、図３に示す
ように、上部電極１及び上部電極１に対向して設けられ
る下部電極２を備えた反応容器３を有する。上部電極１
は、反応容器３の外側に設けられた上下動機構４に接続
された支持体５に空隙６を有して支持され、多数の反応
ガス噴出口７を備えて形成される。そして、この空隙６
に反応ガス供給管８を介して反応ガス供給体９が接続さ
れ、上部電極１の噴出口７を通して反応容器３内に反応
ガスが供給される。反応ガス噴出口７は、上部電極１の
下方に対向して設けられる下部電極２に載置される半導
体ウェハ１０の径より大きい径の範囲に亘って設けら
れ、反応ガスが半導体ウェハ１０全面に供給されるよう
になっている。半導体ウェハ１０を載置する下部電極２
には、ヒータや冷媒循環路が埋設されて、半導体ウェハ
１０を加熱、冷却して温度調整する。下部電極２の周縁
部には、半導体ウェハ１０の周縁部を押圧して保持する
環状のクランプリング１２が配置され、複数本のシャフ
ト１３及び反応容器３の外部に設けられたリング１４を
介してエアーシリンダ等の上下動機構１５に接続されて
上下動し、半導体ウェハ１０の処理時に下降して半導体
ウェハ１０を支持し、搬送時には上昇して支持を解除し
て半導体ウェハ１０を搬入出可能にする。
【０００５】更に、下部電極２の側部から反応容器３の
内壁までの間隙には、複数の排気孔１６を備えた排気リ
ング１７が嵌合され、排気リング１７の下方に設けられ
る複数例えば２の排気口１８及び排気口１８に接続され
る排気管１９を介して排気装置（図示せず）に連結され
る。この排気リング１７はその下方の排気領域２０と、
上部電極１及び下部電極２間にＲＦ電源２１を印加して
半導体ウェハ１０をエッチング処理するプラズマ発生領
域２２とを分離して、両領域の圧力差を維持し、それに
より反応ガス流をコントロールすると共に、プラズマ発
生領域２２のプラズマ濃度を均一に保持することができ
るようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマ装
置におけるエッチング処理、例えば半導体ウェハ（Ｓ
ｉ）上に形成されたＳｉＯ2膜、あるいは不純物がドー
ピングされたＳｉＯ2膜等をエッチングする場合におい
ては、エッチング状態が半導体ウェハ全面に亘り均一で
あること、またエッチングの形状が、図４に示すよう
に、エッチングにより形成される壁面２３が水平面とな
す角、即ちテーパ角θが垂直であることが高品位な製品
を得る上で重要な問題となっている。
【０００７】ここで、ＳｉＯ2膜等を例えば反応ガスと
してＨｅ、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ａｒ等を用いてエッチング
する場合、エッチングにより形成される壁面２３に、エ
ッチングされたレジスト、ＳｉＯ2等の反応生成物が、
再び付着してしまう。これは上部電極１の温度が高い
と、反応生成物はより温度の低い方へ付着する傾向が大
きくなる。このため、図５示すように、上部電極１と支
持体５が形成する間隙６に、冷媒循環路（図示せず）を
備えた冷却板２４を設け、上部電極１を冷却し反応生成
物が壁面２３に付着するのを防止していた。しかし、冷
却板２４は上部電極１の反応ガス噴出口７が穿設される
中央部分には接触させることができず、周囲に接して設
置されるため、上部電極１の中央部は周辺部と比較して
温度が高くなり、半導体ウェハの中央部にエッチングの
照準を合わせると、周辺部は過剰処理されてしまった。
加えて反応ガス噴出口７から供給される反応ガスが温度
差のある上部電極１から供給されると、不均一な処理を
促進させてしまった。特に大口径の半導体ウェハの場
合、全面を均一に処理を行なうのは困難であった。
【０００８】一方、Ａｒガスはエッチングによる反応生
成物の壁面２３の付着を阻止する作用をする。そのた
め、Ａｒガスの割合を多くすると、エッチングにより形
成される壁面２３の形状は向上される。しかも、Ａｒガ
スは放電を安定化する作用も有するため、半導体ウェハ
全面に亘って均一のエッチング形状が得られる。
【０００９】しかしながら、Ａｒガスの割合を多くする
と、エッチングのＳｉＯ2とＳｉとの選択性が低下する
ため、エッチングがＳｉＯ2膜の下層のＳｉ（半導体ウ
ェハ）まで及んでしまうことがあった。また、Ａｒガス
は高価なためランニングコストが高くなってしまった。
【００１０】本発明は、上記の改善点を解消するために
なされたものであって、被処理体の全面に亘り均一なエ
ッチングが成され、エッチング形状も向上し、しかもラ
ンニングコストを抑え、品質的にも、経済的でもあるエ
ッチング装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明のエッチング装置は、複数の反応ガス噴出口
を有した上部電極及び下部電極を設けた反応室を備え、
反応ガス噴出口から供給される反応ガスをプラズマ化し
て下部電極上に載置されたＳｉＯ2膜あるいは不純物が
ドーピングされたＳｉＯ2膜をエッチング処理するエッ
チング装置において、上部電極の反応ガス噴出有効径の
ＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピングされたＳｉＯ2膜
の径に対する割合を０．７９以上、０．８８以下とし、
ＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピングされたＳｉＯ2膜
のエッチングにより形成される壁面のテーパ角は８５〜
９０°である。
【００１２】
【作用】このエッチング装置において、ＳｉＯ2膜ある
いは不純物がドーピングされたＳｉＯ2膜のエッチング
処理を行う反応室内に、対向して設けられる平行平板型
の上部電極と下部電極間に印加して、真空にした反応室
内に上部電極に設けられた反応ガス噴出口から導入され
る所望量の反応ガスのプラズマを発生させ、下部電極上
に載置したＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピングされ
たＳｉＯ2膜の処理を行う。上部電極の反応ガス噴出有
効径のＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピングされたＳ
ｉＯ2膜の径に対する割合を０．７９以上、０．８８以
下とすることにより、反応ガスの噴出速度を上げて、強
い力で噴射させる。このため、高価なＡｒガスを多量に
用いなくともエッチング壁面に反応生成物が付着するの
を防止して、被処理体全面に亘り均一なエッチング処理
を行なうことができる。しかも、多量のＡｒガスを用い
ないため、酸化膜を選択的にエッチングしてエッチング
形状を向上させることができ、ランニングコストも安価
である。
【００１３】
【実施例】以下、本発明のエッチング装置を半導体ウェ
ハ製造に適用した一実施例について図面を参照して説明
する。
【００１４】図１に示すように、プラズマエッチング装
置Ｓは、放電が生じないように表面がアルマイト等の絶
縁体から成り、内部を気密に保持する反応室である反応
容器２５を備え、反応容器２５内にはＲＦ電源２１によ
り印加される平行平板の上部電極２６及び下部電極２７
が互いに対向して配置される。
【００１５】アモルファスカーボン等から成る上部電極
２６は、多数の反応ガス噴出口２８を有し反応容器２５
の上部に設けられる上下動機構２９に接続された支持体
３０に固定される。支持体３０は反応容器２５と同様に
放電が生じないよう表面がアイマイト処理された円板状
であり、その周縁部を支持して固定する上部電極２６と
の間に間隙３１を保持する。間隙３１には反応容器２５
内にＨｅ、ＣＨＦ3、ＣＦ4、Ａｒ等の反応ガスを流量を
調整して供給する流量調整機構を備えた反応ガス供給体
３２に接続される反応ガス供給管３３の開口部が設けら
れ、上部電極２６の反応ガス噴出口２８から反応容器２
５内に反応ガスが導入されるようになっている。上部電
極２６には冷媒循環路を備えた冷却板（図示せず）を設
け、必要に応じて上部電極２６の冷却を行なうようにし
てもよい。
【００１６】この上部電極２６に対向した位置に配置さ
れる下部電極２７は、上面に載置する被処理体である半
導体ウェハ１０の温度調整を行なうヒータや冷媒循環路
（図示せず）が埋設される。下部電極２７の周縁部には
載置した半導体ウェハ１０の周縁部を固定するクランプ
リング３４が配置され、クランプリング３４は反応容器
２５の外部に設けられるエアーシリンダ等の上下動機構
３５に接続されて上下動するリング３６に固定された複
数の例えば４本のシャフト３７により支持され、半導体
ウェハ１０を処理時には下降して固定し、搬入出時には
上昇して固定を解除するようになっている。
【００１７】このような下部電極２７と、反応容器２５
の壁面間には例えば１０°間隔で１０ｍｍφの排気孔３
８を備えた排気リング３９が設けられる。排気リング３
９は、下部電極２７の上面と、連続した一平面を構成す
るよう段差が生じないように設け、反応ガス流に乱れが
生じないようにして均一のガス流を得、半導体ウェハの
均一処理がなされるようにする。排気リング３９は、放
電が生じないようアルマイト、セラミック、テフロン、
石英、サファイア等の絶縁材料で、厚さ１０〜２０ｍｍ
に形成され、内部に、例えば２〜３ｍｍのヒータ４０が
埋設される。排気リング３９の下方には、排気装置（図
示せず）に接続された排気管４１が排気口４２に連結さ
れ、排気リング３９によりプラズマ発生領域４３と分離
される排気領域４４が構成される。排気リング３９は、
プラズマ発生領域４３で生じるプラズマがプラズマ領域
４３に停滞するよう、プラズマ領域４３の圧力を１ｍｍ
Ｔｏｒｒ、排気領域４４の圧力は１０-1ｍｍＴｏｒｒと
圧力差を維持するように分離できる。しかも排気口４２
が設けられる部位例えば２ヵ所に排気流が偏在しないよ
うに分散させ、プラズマ発生領域４３内には均一な反応
ガス流が生じるようにして、半導体ウェハ１０の均一な
処理がなされるようになっている。
【００１８】尚、プラズマ発生領域４３部分の反応容器
２５には、電線形状に形成されたセラミックヒータ４５
が埋設され、随時必要に応じて反応容器２５を加熱でき
るようになっている。
【００１９】ここで、このようなプラズマエッチング装
置Ｓの反応ガス供給体３２に接続される上部電極２６と
支持体３０とにより形成される間隙３１からプラズマ発
生領域４３に反応ガスを噴出させる反応ガス噴出口２８
が上部電極２６に穿設される部分を反応ガス噴出有効径
ｒとし、反応ガス噴出有効径ｒが半導体ウェハ１０の径
より小さくなるようにする。反応ガス噴出有効径ｒを半
導体ウェハ１０の径より小さくすると、反応ガス供給体
３２から流量を調整して供給される反応ガスが噴出口２
８から噴出される速度を速くすることができ、エッチン
グにより形成される壁面に反応生成物が付着するのを防
止する。反応ガスの噴出速度が速くなると、反応ガスが
拡がるため、エッチング時に上部電極２６を下降させ下
部電極２７間との間隙が狭められた場合でも、下部電極
２７上の半導体ウェハ１０の半径より反応ガス噴出有効
径が小さくても半導体ウェハ１０全面に噴出され、半導
体ウェハ１０全面に亘って均一に反応ガスが行渡り、均
一なエッチングがなされる。半導体ウェハ径と反応ガス
噴出有効径ｒの関係は、例えばＳｉＯ2膜が積層された
上にレジスト塗布された２００ｍｍの半導体ウェハの場
合、放電間隔１０ｍｍ、反応ガスＣＨＦ3 ２０ＳＣＣ
Ｍ、ＣＨ4 ２０ＳＣＣＭ、Ａｒ ４００ＳＣＣＭで行
なうと、図２に示すような関係になり、反応ガス噴出有
効径ｒが半導体ウェハ径より小さいとエッチング形状が
よくなる。小さ過ぎると、テーパ角が９０°を越えてし
まう。従って、テーパ角８５〜９０°でエッチングがな
される範囲を選択すればよい。このテーパ角８５〜９０
°を満たす範囲は、図２から明らかなように、上部電極
の反応ガス噴出有効径ｒの半導体ウェハの径に対する割
合が、０．７９以上、０．８８以下の範囲である。この
時のエッチング速度は半導体ウェハ１０全面に亘り均一
であり、得られるエッチング形状も半導体ウェハ１０全
面に亘り均一になる。
【００２０】このような構成のプラズマエッチング装置
Ｓを用いて半導体ウェハのエッチングを行なうには、反
応容器２５の開閉機構（図示せず）を介して搬送装置に
よりＳｉＯ2薄膜が積層された半導体ウェハ１０を搬入
する。この時、上下動機構３５により、クランプリング
３４は上昇されており、半導体ウェハ１０が下部電極２
７上に載置されると上下動機構３５が作動してクランプ
リング３４が下降して半導体ウェハ１０を固定する。そ
の後、排気装置により排気口４２から排気して反応容器
２５内を真空にすると共に、反応容器２５の上部に設け
られた上下動機構２９により支持体３０に支持される上
部電極２６を下降させ、上部電極２６及び下部電極２７
間の間隔を所定の間隔、例えば数ｍｍにセットする。そ
して、反応ガス供給体３２で流量調整されたＡｒガスの
供給量の割合が少ない反応ガスを上部電極２６の反応ガ
ス噴出有効径ｒ内に設けられた反応ガス噴出口２８から
プラズマ発生領域４３に供給すると共に、排気口４２か
ら排気を行なってプラズマ発生領域４３を所望の圧力に
保持する。
【００２１】この状態で上部電極２６と下部電極２７間
にＲＦ電源２１から数１００ワットの高周波電力を印加
し、反応ガスのプラズマを発生させる。プラズマは、半
導体ウェハ１０のＳｉＯ2膜のレジスト膜で被覆されな
い部分をエッチングする。反応ガスは半導体ウェハ１０
全面に亘って均一に供給され、半導体ウェハ１０全面に
亘ってテーパ角９０°近傍のエッチングが得られる。し
かもＡｒガスの割合が少ないためＳｉＯ2膜を選択的に
エッチングし、Ｓｉまでエッチングすることがなく、所
望のエッチングがなされる。反応生成物は余剰の反応ガ
スと共に排気リング３９の排気孔３８を通って排気領域
４４に導かれる。この時、反応容器２５や排気リング３
９はそれぞれ埋設されるセラミックヒータ４５、ヒータ
４０により反応生成物が析出しない温度に加熱される。
そのため、反応容器２５のプラズマ発生領域４３の内壁
や排気リング３９の排気孔３８には、反応生成物の付着
は生じない。
【００２２】なお、上記の説明は本発明の一実施例の説
明であって、本発明は半導体ウェハに限らずエッチング
装置ならば何れのものにも好適に適用できる。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のエッチング装置によれば、反応ガス噴出有効径を被処
理体であるＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピングされ
たＳｉＯ2膜の径より小さく、上部電極の反応ガス噴出
有効径のＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピングされた
ＳｉＯ2膜の径に対する割合が、０．７９以上、０．８
８以下としたため、反応ガスの噴出速度を上げることが
できる。そのため、エッチングによる反応生成物がエッ
チングにより形成される壁面に付着することがなく、エ
ッチングにより形成される壁面のテーパ角を８５〜９０
°でエッチングできる。また、Ａｒガスの割合が少なく
てもエッチング形状が向上され、被処理体全面に亘り均
一なエッチングがなされ、しかもＳｉＯ2膜を選択的に
エッチングすることができる。Ａｒガスも少ないためラ
ンニングコストを抑えることができ、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のプラズマエッチング装置の
構成図。
【図２】図１に示す一実施例により得られるエッチング
形状と反応ガス噴出有効径の関係を示す図。
【図３】従来例のエッチング装置を示す図。
【図４】従来例のエッチング形状を示す図。
【図５】従来例のエッチング装置の一部を示す図。
【符号の説明】
１０・・・・・・半導体ウェハ（被処理体であるＳｉＯ2膜あ
るいは不純物がドーピングされたＳｉＯ2膜） ２５・・・・・・反応容器（反応室） ２６・・・・・・上部電極 ２７・・・・・・下部電極 ２８・・・・・・反応ガス噴出口 Ｓ・・・・・・プラズマエッチング装置 ｒ・・・・・・反応ガス噴出有効径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 一石 山梨県中巨摩郡竜王町西八幡（番地な し） 株式会社 日立製作所甲府工場内 (72)発明者 戸澤 茂樹 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 飯室 俊一 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 荒沢 正司 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 西村 栄一 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−37933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−61331（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−165122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−224323（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の反応ガス噴出口を有した上部電極及
    び下部電極を設けた反応室を備え、前記反応ガス噴出口
    から供給される反応ガスをプラズマ化して前記下部電極
    上に載置されたＳｉＯ2膜あるいは不純物がドーピング
    されたＳｉＯ2膜をエッチング処理するエッチング装置
    において、前記上部電極の前記反応ガス噴出有効径の前
    記ＳｉＯ 2 膜あるいは不純物がドーピングされたＳｉＯ 2
    膜の径に対する割合を０．７９以上、０．８８以下と
    し、前記ＳｉＯ 2 膜あるいは不純物がドーピングされた
    前記ＳｉＯ 2 膜のエッチングにより形成される壁面のテ
    ーパ角は８５〜９０°であることを特徴とするエッチン
    グ装置。
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