JPH01143327A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、ドライエツチング装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体装置の高集積化に伴い、そのパターンは微
細化される傾向にあり、ウェットエツチングに較べて加
工精度の高いドライエツチングの重要性が高まっている
。

従来のドライエツチング装置としては、ＲＩ　Ｅ（反応
性イオンエツチング）方式のドライエツチング装置、Ｐ
Ｅ（プラズマエツチング）方式のドライエツチング装置
等がある。また、最近では、マイクロ波を導波管でイオ
ン発生室に導入し、磁場との相互作用で電子を螺旋運動
させ、電子リーイクロトロン共鳴条件下で高密度のプラ
ズマを発生させるＥＣＲ方式のドライエツチング装置も
開発されている。

しかしながらＲＩＥ方式のドライエツチング装置は、異
方性制御の制御性が悪いという問題があり、ＰＥ方式の
ドライエツチング装置は、異方性制御の制御性は良いが
、高エネルギーイオンもエツチングに寄与するため、半
導体ウェハにダメージを与えるという問題がある。また
、Ｅ　ＣＲ方式のドライエツチング装置は、異方性制御
の制御性が良好で、半導体ウェハのダメージも少ないが
、現在のところ高いイオン電流密度を得ることが困難で
あり、エツチングレートが低くなるどいつ問題がある。

そこで、本発明者等は電子ビームによって反応ガスを励
起しプラズマを発生させるシステム（［１ｅｃｔｒｏｎ
　ｂｅａｍ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｐｌａｓｍａ　ｓｙｓｔ
ｅｍ）を利用したドライエツチング装置を提案している
。このドライエツチング装置は、例えば、グロー放電等
によりプラズマを形成し、このプラズマ中から電子を引
出し、加速して所定の反応ガス雰囲気とされた領域内に
導入し、この電子ビームにより上記反応ガスを活性化し
て高密度のプラズマを発生させるもので、低いイオンエ
ネルギーで高いイオン電流密度を得、半導体ウェハのダ
メージも少なく、高いエツチングレートを得ることがで
きる。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に、ドライエツチング装置においては、イオンおよ
び電子が半導体ウェハ表面を衝撃するため半導体ウェハ
温度が上昇するが、半導体装置の製造に用いられるレジ
ストの耐熱温度は、１２０〜１３０℃程度であり、半導
体ウェハの温度は、この温度以下に保つ必要がある。

一方、例えばイオンビーム電流を高め、エラチングレー
１〜を上昇させると、半導体ウェハ温度が上昇する。

したがって、上述のレジストの耐熱温度により、エツチ
ングレートが制限されるという問題がある。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べて半導体ウェハの冷却能力に優れ、高密度
のプラズマで高速な処理を行うことのできるドライエツ
チング装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、電子をエツチングガスに照射するこ
とによりプラズマ化し、ウェハ支持体に支持された半導
体ウェハ表面のエツチングを行うドライエツチング装置
であって、前記ウェハホルダは、前記半導体ウェハを支
持する支持面が平面または凸面状で、かつ、この支持面
にシリコーンゴム層が設りられていることを特徴とする
。

（作　用） 上記構成の本発明のドライエツチング装置では、半導体
ウェハを保持するウェハホルダの支持面が平面または凸
面状に形成されており、かつこの支持面にシリコーンゴ
ムからなる層が形成され、この支持面を介して前記半導
体ウェハを冷却するよう構成されている。

したがって、シリコーンゴムからなる層によって、半導
体ウェハとウェハホルダとの密着性を高め、半導体ウェ
ハの冷却効率を向上させることができる。このため、半
導体ウェハの温度上昇を抑制し、高密度のプラズマでの
高速な処理を行うことができる。

（実施例） 以下本発明のドライエツチング装置を図面を参照して実
施例について説明する。

例えばステンレス等により円筒状に形成された密閉容器
１内の一方の端部には、中央部に例えばアルゴンガス等
の放電用ガスを導入するための故常用ガス導入孔２ａを
備えた外径はぼ円筒状のカソード電極２が突出して設け
られている。

また、密閉容器１内のカソード電極２と反対側の端部に
は、シャッター３　Ｊ５よび半導体ウェハを支持するウ
ェハホルダ４が配置されている。

さらに、カソード電極２と１クエハホルダ４との間には
、カソード電極２側から順に、それぞれ中央部に貫通孔
を有する中間電極５、中間電極６、アノード電極７、電
子ビーム加速用電極８が配置されている。そして、これ
らの中間電極５、中間電極６、アノード電極７、電子ビ
ーム加速用電極８の周囲には、それぞれ環状に形成され
たコイル９〜１２が配置されでいる。

上記ウェハホルダ４は、第２図に示すように構成されて
いる。すなわち、例えばステンレス等からなる円筒状の
外枠４ａの端部には、同じくステンレス等からなり厚さ
例えば１２ｍｍの円板状のウェハテーブル４ｂが固着さ
れでいる。ウェハテーブル４ｂの表面すなわち支持面は
平面状とされ、厚さ例えば０．２１１１ｍ、硬度例えば
５０度のシリコーンゴムからなるシリコーンゴム層４ｃ
が焼き付は等により形成されており、シリコーンゴム１
４ｃの周囲には、半導体ウェハ３０の周縁部を押さえる
クランプｌ［４ｄが配置されている。また、ウェハテー
ブル４ｂの裏面には、図示矢印のような冷却水流を形成
し、ウェハテーブル４ｂを冷却する冷却水流路４ｅが形
成されており、このウェハテーブル４ｂを介して、半導
体ウェハ３ｏを冷却するよう構成されている。

なお、上記中間電極５．６、アノード電極７、電子ビー
ム加速用電極８の中央部に形成された貫通孔は、中間電
極５の場合直径７ｍｎ＋　、長さ３０ｍｍ程度、中間電
極６の場合直径１！ｉｍｍ、長さ２０ｍｍ程度、アノー
ド電極７の場合直径８ｍｍ、長さ１５ｍｍ程度、電子ビ
ーム加速用電極８の場合直径２０ｍｍ、長さ５０ｍ１ｔ
ｔ程度とされている。そして、中間電極６どアノード電
極７との間に配置された排気孔１３、アノード電極７と
電子ビーム加速用電極８との間に配置された排気孔１４
、電子ビーム加速用電極８とウェハホルダ４との間に配
置された排気孔１５およびエツチングガス導入孔１６に
より差動排気し、それぞれの間の圧力を調節可能に構成
されている。

また、上記カソード電極２は、例えば第３図に示すよう
に構成されている。すなわら、中央部に放電用ガス導入
孔２ａを備え材質例えばタンタル等からなる丸棒状の補
助カソード２ｂは、一方の端部を例えばセラミックス等
からなる支持部月２Ｃによって支持されている。なｄ３
補助カソード２ｂの先端部は、グロー放電を生じ易くす
るため、テーパ状に形成することが好ましい。そして、
この補助カソード２ｂの先端イ」近には、材質例えばＬ
ａＢ６等からなる環状の主カソード２ｄが配置されてお
り、これらの周囲は、材質例えばモリブデン等からなる
円筒状部材２０によって覆われている。

上記構成のこの実施例のドライエツチング装置では、カ
ソード電極２とアノード電極７との間が放電領域２０と
され、アノード電極７と電子ビーム加速用電極８との間
が電子ビーム加速領域２１とされ、電子ビーム加速用電
極８とｊウェハホルダ４との間がエツチング領域２２と
されている。

放電領域２０では、放電用ガス導入孔２ａから例えばア
ルゴンガス等の放電用ガスを導入し、カソード電極２と
中間電極５との間の圧力が例えば１．０Ｔｏｒｒ程度と
なるよう排気を行った状態で、カソード電極２と、中間
電極５．６アノード電極７との間に放電電圧Ｖｄを印加
してグロー放電を生起させる。なお、運転中は、カソー
ド電極２と中間電極５との間の圧力が例えば０．６Ｔｏ
ｒｒ程度どなるよう真空度を高める。

中間電極５．６は、グロー放電を低電圧で起り易くする
ためのもので、最初にカソード電極２と中間電極５との
間でグロー放電が生じ、この後中間電極６、アノード電
極７と移行していく。なお、カソード電極２とアノード
電極７との間で安定したグロー放電が形成された後は、
スイッチＳ１、Ｓ２をＯＦＦとする。

また、このグロー放電は、最初に補助カソード２ｂの先
端部で生じるが、放電により高度が１５００℃程度に上
昇すると、高温でのエミッション特性の優れた主カソー
ド２ｄに移行する。

電子ビーム加速領域２１の圧力は、例えば１Ｏ−４Ｔｏ
ｒｒ程度とし、電子ビーム加速用電極８には、電子ビー
ム加速電圧Ｖ　ａｃｃを印加する。そして、放電領域２
０で生じたプラズマ中から電子を引出し、加速してエツ
チング領域２２にη人する。

エツチング領域２２は、エツチングガス導入孔１６から
例えば塩素ガス、アルゴンガス等のエツチングガスを導
入し、排気孔１５から排気することにより圧力例えば１
０−４〜１０−３程度とし、電子ビーム加速用電極８と
ウェハホルダ４との間に電圧Ｖｉを印加する。そして、
電子ビーム加速領域２１から導入された電子ビームにに
リエッチングガスを活性化して高密度のプラズマを発生
さける。

このプラズマ中のイオンは、ウェハホルダ４に支持され
た半導体ウェハ３０の表面に形成されたプラズマシース
中で加速され、イオンビームとして射突し、半導体ウェ
ハ３０がエツチングされる。

この時の処理時間の制御は、シャッタ３または電子ビー
ム加速用電源のＯＮ、ＯＦＦにより行う。

なお、上記処理操作中、各電極の外側に設【プられたコ
イル９〜１２に通電することにより、磁場Ｂを発生させ
、電子を電極の貫通孔部分に集中させて電子引出しの効
率向上を図る。

また、ウェハボルダ４の冷却水流路４ｅには、例えば２
０〜−１０°Ｃ程度の冷却水を循環させ、半導体ウェハ
３０の冷却を行う。

縦軸を半導体ウェハ３０の温度、横軸を電子ビーム加速
電圧Ｖ　ａｃｃとした第４図のグラフは、シリコーンゴ
ム層４Ｃがある場合とない場合とで半導体ウェハ３０の
湿度にどのような違いが生じるか測定した結果を示して
いる。

なお、シリコーンゴム層４Ｇがある場合の測定は上記実
施例のドライエツチング装置で行い、シリコーンゴム層
４Ｃがない場合の測定ば、ウェハホルダ４と同様な形状
で、支持面にシリコーンゴム層４Ｃを備えていないウェ
ハ支持体すなわちウェハホルダを作成し、その他の条件
を全く同一として、上記実施例装置のウェハホルダ４と
交換して行った。

また、縦軸を半導体ウェハ３０の温度、横軸を時間とし
た第５図のグラフは、上記第４図のグラフど同様にして
測定したシリコーンゴムＦ？’ｘ　４　ｃがある場合と
ない場合の半導体ウェハ３０の温度の時間的変化の違い
を示している。

これらのグラフに示されるように、ウェハホルダ４の支
持面にシリコーンゴム層４Ｃを備えたこの実施例のドラ
イエツチング装置では、半導体ウェハ３０どウェハホル
ダ４との密着性が良好なため、冷却能力が高く、シリコ
ーンゴム層４Ｃがない場合に較べて半導体ウェハ３０の
温度を、低温に保つことができる。

なお、上記実施例では、ウェハボルダ４の支持面を平面
状に形成した例について説明したが、第６図に示すよう
に、ウェハボルダ４の支持面を凸面状に形成してもよい
。この場合、特に半導体ウェハ３０の中央部とウェハボ
ルダ４との密着性を高めることができる。また、半導体
ウェハ３０のウェハボルダ４からの取り外しも容易にな
る。

また、エツチング中ウェハホルダ４は、数十ボルトの正
電位を持つが、ウェハホルダ４をアースすることにより
、半導体ウェハ３０の温度上昇を低減することできる。

これは、ウェハホルダ４をアースすることにより、半導
体ウェハ３０への電子ビームの直接照射が減少するため
と考えられる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明のドライエツチング装置は、従来
に較べて半導体ウェハの冷却能力に優れているので、エ
ツチングレートを高めても半導体ウェハをレジストの耐
熱温度以下に保つことができ、高速な処理を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するためのドライエツ
チング装置を示す構成図、第２図は第１図のウェハホル
ダを示す縦断面図、第３図第１図のはノＪソード電極を
示す縦断面図、第４図は第１図のウェハホルダのシリコ
ーンゴム層の有無による半導体ウェハ温度の違いを示す
グラフ、第５図は第１図のウェハホルダのシリコーンゴ
ム層の有無による半導体ウェハ温度の時間変化の違いを
示すグラフ、第６図は第１図のウェハホルダを示ず縦断
面図である。 １・・・・・・密閉容器、２・・・・・・カソード電極
、２ａ・・・・・・放電用ガス導入孔、３・・・・・・
シャッター、４・・・・・・ウェハホルダ、４ａ・・・
・・・外枠、４ｂ・・・・・・ウェハテーブル、４Ｃ・
・・・・・シリコーンゴム層、Ｉ′１．　ｄ・・・・・
・クランプ機構、４ｅ・・・・・・冷却水流路、５，６
・・・・・・中間電極、７・・・・・・アノード電極、
８・・・・・・電子ビーム加速用電極、９〜１２・・・
・・・コイル、１３〜１５・・・・・・排気孔、１６・
・・・・・エツチングガス導入孔、２０・・・・・・放
電領域、２１・・・・・・電子ビーム加速領域、２２・
・・・・・エッヂング領域、３０・・・・・・半導体ウ
ェハ。 出願人　　東京エレクトロン株式会社 出願人　　　理　　化　　学　　研　　究　　所代理人
　　弁理士　　須　山　佐　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子をエッチングガスに照射することによりプラ
   ズマ化し、ウェハ支持体に支持された半導体ウェハ表面
   のエッチングを行うドライエッチング装置であって、前
   記ウェハホルダは、前記半導体ウェハを支持する支持面
   が平面または凸面状で、かつ、この支持面にシリコーン
   ゴム層が設けられていることを特徴とするドライエッチ
   ング装置。
2. （２）支持面上のシリコーンゴム層を介して半導体ウェ
   ハを冷却することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のドライエッチング装置。