JPH02145782A - エツチング装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、プラズマ・エツチングや反応性イオン・エツ
チング（ＲＩ　Ｅ）の装置と、熱伝導率の低い基板、特
に同装置を用いたプラスチック基板のエツチング法に関
する。

Ｂ、従来技術 この数年間で、半導体基板、誘電材料、プラスチック基
板のエツチングは、湿式化学処理から、いわゆるドライ
・エツチングあるいはプラズマ・エツチングに変わって
きた。このような”ドライ°プロセスすなわち真空中で
行われるプロセスは（何よりも半導体５２！造技術で用
いられるが、プラスデック材料の処理にも応用される）
精密な温度制御を要する。ここから、たとえばＰＥ（プ
ラズマ・エツチング）、ＲＩＥ（反応性イオン・エツチ
ング）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ・エ
ツチング）、ＭＲＩＥ（ｉｎ気気抑制反応イオン・エツ
チング）、光エッチングなどのエツチング工程では、エ
ツチング対象の基板またはフォトレジストなどの基板上
の膿を損なわないよう冷却が必要である。

そこで、基板のホルダは一般に水や特殊オイルなどの液
体で捕捉（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）されて７Ｘ温まで過
熱される６基根と基板ホルダの伝熱はしかしその間隙に
よって妨げられる。ここから、これを改善する方法に関
して多数の提案がなされている。

たとえば米国特許第４２８２９２４号はイオン注入装置
について述べている。ここで基板はほぼ凸部をなすよう
曲げられた基板ホルダの表面に、リングまたはクランプ
によって押し付けられ、基板と基板ホルダ（この間を冷
却液が流れる）の伝熱は、エラ又トマの薄い中間層によ
って改善される。　米国特許第４３９９０１６号は基板
ホルダについて説明している。ここで基板との接触は、
電気的に絶縁された基板と基板ホルダの間の静電気によ
って基板が固着されることで改善される。

伝熱も、基板と基板ホルダの間隙を液体金属で埋めるこ
とで改善することができる（米国特許第４１２９８８１
号）。

真空処理のとき、材料は、゛ｒ導体ウェハなと処理され
る材料と基板ホルダの間に熱伝導率の高いガスを導入す
ることでもつともよく冷却される。

ガスとしては窒素、ネオン、水素、特にヘリウムが適し
ている（米国特許第４５１４６３６号その他）、半導体
ウェハと基板ホルダの間で効果的な伝熱が保証されるの
は、ガスの静圧が約１．３３ないし約１３．３ｍｂａｒ
　（約１．３３ｍｂａｒが望ましい）の範囲に維持され
る場合だけである。この場合は、処理対象の基板を機械
的にか静電気的に液体冷却式の基板ホルダに固定し、反
応室と隔離する必要がある。製造後の状態に大きい影響
を与えつる伝熱性のガスの侵入を防ぐためである。

上記の装置、方法は、簡単に固定でき、反応室から隔離
できる機械的に安定な基板を要する。このような場合、
伝熱は材料の熱コンダクタンスまｔ：はガスの対流によ
って影響を受け、冷却の均一性は、基板ホルダで基板を
どう支持しているか。

および伝熱性ガスの均質性や圧力によって異なる。基板
全体が基板ホルダ上で支持されるのは、はんの数例の特
殊な場合だけであろう９通常の支持手段は多点式であり
、これは、エツチング速度が、たとえばプラズマや反応
性イオンのエツチング中に温度に依存しないか、あるい
はエツチング対象の基板の熱伝導率が非常に高く、基板
温度が一定に保たれる場合には聞届ない。

しかしエツチング速度が温度に大きく依存する基板材料
がある。これは特にプラスチック基板の場合に顕著であ
る。プラスチック基板は熱伝導率の低いことが多く、先
に引用した従来法で述べられているように基板が固定、
冷却される場合はエツチング速度がかなり不規則になる
ことがある。ここから、たとえＩｆポリオキシメチレン
のホモポリマまたはコポリマの基板を反応性イオン−エ
ツチングで処理する際に、基板表面の数平方センチメー
トル内で２倍以上異なるエツチング速度が検出され、歩
留りが低下した例がある。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、熱伝導率の低い基板、特にプラスチッ
ク基板を加熱して表面全体で均一な処理が可能なプラズ
マや反応性イオンのエツチング装置を提供することにあ
る。

本発明はまた上記の装置に応用される方法にも関する。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は、熱伝導率が低く、エツチング速度の均一性が
高い基板をエツチングする真空装置に間し、エツチング
される基板（３３）は、ＲＦエネルギーが印加される陰
極（３１）から一定の距離にあるホルダ（３５，３６）
に置かれる４本発明の実施例により、陰極は、基板の底
面との間隔が約０．２ｍｍ以内のエツチング対象の基板
の領域まで持ち上げられる。陰極はアルミニウム製で、
エツチングされる基板の領域中に、黒体（放射体）とし
て働（層（３２）を持つ、ＲＩＥ中の熱は１′ｌｉ、肘
によ−）て除去され、陰極から基板への放射は層（３２
）によって吸収される０本発明はまた、熱伝導率の低い
基板、特にプラスチック基板をエツチングする方法にも
関係する。

Ｅ、実施例 プラズマ・エツチングまたは反応性イオン・エツチング
の工程では、基板は、平行板の反応室で低温に保たれた
陰極に置かれ、この装置は通常、′プラズマーエツチン
グでは接地され、反応性イオン・エツチングでは電圧が
印加される。使用圧力は約１００ないし約１０−”ｍｂ
ａｒで、反応性イオン・エツチングでは約１０−２ない
し約１０−’ｍｂａｒである。それぞれの圧力は真空ポ
ンプの容量によって制御され、プロセス・ガスの総流量
は約３ないし約３００ｓｅｃｍが代表的である。プロセ
ス・ガスは電気的または光学的に活性化される。電気的
活性化は、　−Ｑｌ相直流または２相交流の低温プラズ
マ放電によって（与られ、方、光字的活性化は、たとえ
ばレーザ・ビームや紫外線によって得られる。イオン、
基、原子、分子などの活性化した粒子が処理対象の基板
に衝突すると、相当のエネルギー束が基板に誘起され、
基板はこれによって加熱される。このとき、上述のよう
に基板ホルダの温度を制御することでこれを確認する必
要がある。

本発明の方法を、面平行なポリマ根である微小な機ＭＷ
’素や、反応性イオン・エツチングによってこの中に形
成されるスルーポールを、任意の形状に製造する方法と
あわせて説明する。この方法は、欧州特許第８７１０４
５８０．３号の主題をなすものである。先行技術である
この特許の方法で製造され、円形の細長い孔を持つポリ
オキシメチレンのホモポリマまたはコポリマの面平行扱
は、多層セラミック基板を対象としたテスト・ヘッドの
ワイヤ・ガイドという概念に好んで用いられる。この種
のテスト・ヘッドは、欧州特許第８７１０４５７７．９
号の主題となっている。

欧州特許第８７１０４５８０．３号に述べらねている方
法は、反応性イオン・エツチングによって厚みが約１ｍ
ｍ、直径が約２ないし約５ｃｍのポリオキシメチレン板
（Ｄｕｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ製で商標はＤｅ
ｌｒｉｎ　）に形成されるスルーホール（第４図の４１
３を対象としている。このために、開口（４３）を持つ
フォトレジスト・マスク（４２）で挟まれた基板（４４
）が、Ｌｅｙｂｏｌｄ−ＨｅｒａｅｕｓＶＺＫ　　５５
０ＡなどのＲＩＥ装置に導入される。スルーホール（４
１）は、最初に前面から反応性イオンによってエツチン
グされてＤｅｌｒｉｎ基板（４４）になり、次に、試料
が反転された後、後面から基板厚の約２／３の深さまで
エツチングされる。この２箇所のエツチング領域が中心
部で重なると、高品質のスルーホールすなわち厳密に垂
直であって、ｉｉ７面と後面で入口孔と出口孔の位置公
差にすぐれる開口をエツチングすることができる。

ＲＩＥは、必要な場合アルゴンを５０％含み。

ガス流量が約５ないし約ｉ０１００５ｅ、圧力が約１な
いし約５０μｂａｒ、単相直流バイアスが約２００ない
し約９００Ｖという条件の酸素プラズマ中で、所要のエ
ッヂング深さが１ｉ事られるまで実施される。上記のＲ
ＩＥ装置のパラメータは次のとおりである。

圧カニ　１０μｂａｒ ガス流量：　　３０ｓｅｃｍ　（酸素）、１２ｓｅｃｍ
（アルゴン） ＨＦ振幅：　　９００Ｖ 単相直流バイアス：　　８９０Ｖ 基板温度：　７０℃ エツチング速度：　　１．２５μｍ／分前述のとおり、
プラスチック基板は一般に熱転４３１！が低い、たとえ
ばプラスチック材料Ｄｅｌｒｉｎは熱伝導率が約０．３
ワツト／　ｍ　ｘ　”Ｃ、熱膨張係数が約１１０　ｘ　
１０−”／℃である。シリコン・ウェハの熱伝導率は約
１５７ワツト／　ｍ　ｘ　’Ｃ、熱膨張係数は約２．３
３ｘｌＯ−’／”Ｃである。

Ｄｅｌｒｉｎは、熱伝導率か低いことに加え、エツチン
グ速度が温度に大きく依存する。したがって基板は、Ｒ
ＩＥ中に掌温まで均一に加熱されるよう効果的に冷却す
ることが大切である。ただしＤｅｌｒｉｎ基叛は、前基
板従来法に述べられているように陰極に固定する必要は
ない、　　Ｄｅｌｒｉｎは膨張係数が高いため、Ｄｅｌ
ｒｉｎ基板の平坦度は、たとえばシリコン・ウェハに比
べると保証されなくなるからである。

熱伝導率の低い基板すなわちプラスチック基板の熱コン
ダクタンスによる冷却という問題をなくすため、本発明
が扱う基板は、発生する熱が放射によってほぼ排除され
るよう、これに適した陰極に固定される。このため、基
板は、陰極と所定の間隔をあけて配置し、張力を与えず
に固定しなければならない、ＲＩＥ工程の圧力範囲は約
１０−”ないし約１０−’ｍｂａｒであり、ガスの対流
による冷却が有効になるのはガスの圧力が約１．３３ｍ
ｂａｒＯときだけであるから、ガス対流による熱の排除
はほぼ無視できる（米国特許第４５１４６３６号および
Ｇ、Ｆｏｒｔｕｎｏ　ｆｔ！！−反応性イオン・エツチ
ング時のウェハ冷却用静電ウェハホルダ（ＥＬＥＣＴＲ
Ｏ３ＴＡＴＩＣＷＡＦＥＲＨＯＬＤＥＲＦＯＲＷＡＦＥ
ＲＣＯＯＬ　Ｉ　Ｎ　Ｇ　　旧ＪＲＩＮＧ　　ＲＥＡＣ
ＴＩＶＥ　　ＩＯＮ　　ＥＴＣＨＩＮＧ）Ｉ　ＢＭ　　
ＴＤ８．１９８８年６月、　Ｖｏｌ、３１、Ｎｏ、　　
ｌ、４６２−４６４ページを９　％のこと）。

第１図ないし第３図は、ＲＩＥ中に基板が陰極のにに所
定間隔で配置される装置と２種類の陰極を示す、第１図
は、ＲＩＥ装置（１）ｊ；よび、真空ポンプとの接続用
コネクタ（３）とプロセス・ガスが導入される入口（４
）からなり、真空受容器である処理室（２）を示す、処
理室（２）はまた、陰ｔｆｉ（６）に電気エネルギーを
与えるエネルギー源（５）を持つ、陰極（６）の後面は
接地されたスクリーン（８）で囲まれ、処理室（２）の
壁面は接地された陽極（７）で形成される。エツチング
される基板（９）は、陰極（６）の上に所定間隔をあけ
てホルダ内に置かれる。この他の詳細は第２図と第３図
に示した。

第２図は、２つのセラミック・ホルダ（２５，２６）に
狭まれたエツチング対染のＤｅｌｒｉｎ基板を示す、セ
ラミック・ホルダは、熱伝導率の低いスペーサ（２４）
によって陰極に押しイ４けられる。　　Ｄｅｌｒｉｎ基
板か加熱時に膨張できるよう、ホルダの両側に空隙（２
７）が設けられる。陰極（２１）はアルミニウムで、表
面には、この場合は陽極酸化層である黒体（２２）を持
つ、この黒体の陽横酸化面は、ＲＩＥ時に吸収材として
働き、抵抗が大きいため特に効果がある。基板と陰極の
間隔は図の構造では約０．５ｍｍである。

基板温度は、どのような試験においても高温計によって
測られる。

一般に用いられるような基板が陰極と直接接触するよう
配置される場合、ある一定のプラズマ電位（たとえば約
６６０　Ｖ　　ＲＦ　）と、陰極に対するコンダクタン
スによって基板に生じる熱の排除により、基板温度は約
４０℃になる。

別の試験で基板は、約３　ｍ　ｍの間隔で配置され、陰
極から浮いたーようになる。陰極の表面に黒体は加太ら
れない。プラズマ電位が同じなら、基板の最終温度は約
９３℃になる。これは、基板が水晶の２つのスペーサに
よってほぼ支持され、熱がほんのわずかしか陰極に伝わ
らず、プラズマによる基板の熱のほとんどが放射によっ
て排除されるからである。この構造では基板温度がかな
り高くなるのが欠点であろうが、基板が陰極上で直接支
持される構造に代わるものとして受は入れる必要がある
。このような構造では、熱伝導率の低い基板の場合、温
度分布がはるかに均一　となり、よってエツチング速度
の安定性が改善されることが大きな利点となる。

測定結果が示すように、上記の基板ホルダを用いると、
基板からアルミニウムの陰極へ放射される熱はこのアル
ミニウム面で大部分が反射される。その結果、基板は再
び加熱される。アルミニウム面に黒体を塗布するか、前
記の面を陽極酸化する（第２図）ことにより、この放射
を吸収することができ、基板温度を約９３℃から約７０
℃に下げることができる。基板と陰極の間隔は約０２５
ｍｍである。温度とエツチング速度の均一性の面では、
第２図に示した陰極構造は非常に好ましい。ただし電気
的な均一・性が問題となるのであれば改良を要する。す
なわちＲＩＥ時にイオンが基板に対して垂直に入射する
ような処置が必要である。

ＲＩＥ中にイオンが陰極表面にむらなく垂直に入射する
のを保証するのは、完全に平坦な陰極表面を焦限大に拡
張した場合だけである。陰極表面の形状に不規則な部分
があれば、この等電位面に反りが生じ、基板表面と平行
でなくなる。また、等電位面は（ミクロ的には）３次元
の層をなすため、イオンの垂直入射にむらが生じる。た
とλば第２図の構造は、暗空間の端部と陰極表面によっ
−〔形作られる板状コンデンサ内の非平坦誘電体として
働く、実験から、セラミックのホルダ（２５，２６）の
４部近くに位置するエツチング構造は斜めにエツチング
されることが確かめられよう、これは、エツチング構造
をあまり深くしなければ無視できる。一方、その構造が
深いか、またはスルーホールのエツチングが、たとλば
Ｄ　ｅ　ｌ　ｒ　ｉ、　ｎ基板に対して行われる場合（
第４図）。

斜めにエツチングされた構造は許容できないものになる
。この実験の結果は計算により確認されている。計算で
はセラミックと陰極表面の間隔を０．２ｍｍ、セラミッ
ク保持面の厚みを０．８ｍｍ、　　Ｄｅｌｒｉｎ基への
厚みを１ｍｍとした。誘電率はＤｐｌｒｉｎでＥ＝２．
９．セラミックでｃ＝９とした。ＲＩＥ中の暗空間のサ
イズは１５ｍｍ、直流電圧は５００ｖとした。計算から
、基板セラミック端部から約４　ｍ　ｍ離隔した基板ホ
ルダ（第２図）内の１ｍｍ厚の基板に入射するイオンは
、垂直方向に対して約１．５°傾斜し、これは、１ｍｍ
厚の基板では、前面と後面の孔の食い違い（ｓｔａｇｇ
ｅｒ　）　２８□　９２ｇｍに対応する。

斜めエツチングの影響は、第３図の構造によって抑えら
れる。第３図は、２つのセラミック・ホルダ（３５，３
６）で挟まれたエツチング対繁のＤｅｌｒｉｎ基板（３
３）を示す、セラミック・ホルダは、熱伝導率の低いス
ペーサ（３４）によって陰極に押し付けられる。

Ｄｅｌｒｉｎ基扱が加熱基板膨張できるようにするため
、ホルダの両側に空隙（３７）が設けられる。陰極（３
１）はアルミニウム製である。これは第２図の構造とは
異なり、陰極表面を変えである。エツチングされる基板
の領域（３３）で陰極（３１）は、基板の底面から約０
．２ｍｍ以内の位置までペデスタル（台座）の形で引き
上げられる。基板の領域において陰極の表面は黒体（３
２）で層ねれる（この場合は隔操酸化層）、陰極をこの
ように設計することで、イオンの垂直入射が図られ（特
に基板ホルダの周辺部において）、斜めエツチングによ
って生じる誤差は５０％はど低減する。この実験の結果
も計算によって確認されている。

本発明による陰極／保持１段構造を用いれば、熱伝導率
が低く、ＲＩＥ時の温度に影響されやすい基板は、どの
ような挿可であれ均一性を高めてエツチングすることが
できる。電気的な均一性に関しては、第３図の構造が特
に効果的である。

エツチング速度の均一性も高まるため、エツチング工程
の歩留りは、特にＤｅｌｒｉｎのワイヤ・ガイドのエツ
チングでは大幅に向上する。

Ｆ０発明の効果 上述のように、本発明は、熱伝導率の低い基板をその表
面全体にわたって均一に加熱処理できるプラズマ・エツ
チング装置または反応性イオン・エツチング装置を提供
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、反応性イオン・エツチング工程で基板を処理
する装置を示す。 第２図は、第１図に応じた陰極の構成の一部を示す・ 第３図は、第１図に応じた陰陽のもう一つの構成の一部
を示す。 第４図は、反応性イオン・エツチング後のプラスチック
基板のスルーホールを示ず拡大断面図である。 ６．２１・・・陰極、９．２３・・・基板、２２・・・
黒体、２５．２６・・・セラミック・ホルダ、２７・・
・空隙。 出願人　　インターナショナル・ビジネスマシーンズ・
コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） 第２図 ］７ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱伝導率の低い基板を、エッチング速度の高い均一性で
   エッチングするための真空装置（１）であって、 （ａ）プロセス・ガス用の入口（４）と真空ポンプ用の
   コネクタ（３）をもつ処理室（２）と、（ｂ）電極（６
   ）と、 （ｃ）対向電極（７）と、 （ｄ）上記電極にＲＦエネルギを印加するためのエネル
   ギ源（５）と、 （ｅ）上記電極（６）上の少なくとも一つの基板ホルダ
   を具備し、 （ｆ）上記基板ホルダが上記電極（６）から所定間隔離
   隔して配置され、 （ｇ）上記電極には放射吸収層が設けられていることを
   特徴とする、 エッチング装置。