JPH02146728A - プラズマエッチング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマエツチング方法及び装置に係り、特
に半導体素子基板等の試料を水温以下の低温に冷却しガ
スプラズマを利用してエツチング処理するプラズマエツ
チング方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子基板等の試料を水温以下に冷却しガスプラズ
マを利用してエツチング処理する技術としては、例えば
、特開昭６１−２４０６３５号公報、実開昭６２−１０
３２４９号公報等に記載のような技術が提案されている
。

例えば、特開昭６１−２４．０６３５号公報には、支持
基板上にシリコン酸化膜を表面に有するシリコン若しく
は化合物半導体材料よりなるウェハのエツチングの選択
性及び異方性を改善するために、上記ウェハを０℃以下
、−例として、−５０’Ｃに冷却してプラズマエツチン
グ処理する技術が記載されている。

また、実開昭６２−１０３２４９号公報には、プラズマ
エツチング処理される被エツチング物質が配置されるタ
ーゲット電極内部に冷凍循環機て０℃あるいは一２０℃
の低温に冷却した冷却水を循環させるようにしたプラズ
マエツチング技術が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術、例えば、特開昭６１−２４−０６３５号
公報に記載の技術では、試料の−っであるウェハを０℃
以下、−例として、−５０’Ｃに冷却してプラズマエツ
チング処理する技術が記載されているが、しかしながら
、この設定された温度にどのようにしてウェハを冷却し
、かつ、その温度をどのようにして制御するかといった
点、つまり、高精度に、かつ、再現性良く低温エツチン
グ処理を実施する上での極めて重要である点については
、全く配慮されていない。尚、該重要性は、量産的に低
温エツチング処理を実施する場合、更に増幅される。

本発明の目的は、試料を高精度に、かつ、再現性良く低
温エツチング処理できるプラズマエツチング方法及び装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、プラズマエツチング方法を、真空室内に設
けられた試料台と該試料台に設置された試料を冷却手段
で水温未満の温度に冷却する工程と、加熱手段での熱量
調節により前記試料の温度を水温未満の所定温度に制御
する工程と、ガスプラズマを生成する工程と、前記試料
を前記ガスプラズマを利用してエツチング処理する工程
とを有する方法とし、プラズマエツチング装置を、真空
室と、処理ガスをプラズマ化する手段と、前記真空室内
に設けられ前記ガスプラズマを利用してエツチング処理
される試料が設置される試料台と、該試料台を水温未満
の温度に冷却する手段と、前記試料台を加熱する手段と
を具備したものとすることにより、達成される。

〔作　　用〕

真空室内に設けられた試料台及び該試料台に設置された
試料は、冷却手段により水温未満の温度に冷却される。

該試料の温度は、加熱手段での熱量調節により水温未満
の所定温度に制御される。

一方、処理ガスは、プラズマ化手段によりプラズマ化さ
れる。水温未満の所定温度に温度制御されている試料は
、該ガスプラズマを利用してエツチング処理される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明の一実施例の、所謂、平行平板型のプ
ラズマエツチング装置の装置構成図で、エツチング室１
０内には、電極２０と電極３ｏとが、この場合、上下方
向に対向して内設されている。この場合、真空室は、エ
ツチング室１ｏであり、また、試料台は、電極３０であ
る。エツチング室１０の、この場合、側壁には、排気口
１１が形成されている。エツチング室１０内を減圧排気
する手段としては、真空ポンプ（図示省略）、可変コン
ダクタンスバルブ（図示省略）、排気管１５０等で構成
された公知のものが採用される。排気管１５０の一端は
、排気口１１に連結され、他端は、真空ポンプの吸入口
に連結されている。可変コンダクタンスバルブは、排気
管１５０に設けられている。エツチング室１０内に処理
ガスを導入する手段は、この場合、エツチングガス源と
ガス流量制御装置とでなるガス供給装置４０とガス供給
管４１とガス供給路４２とガス供給バルブ４３とで構成
されている。ガス供給装置４０は、エツチング室１０外
に設置されている。ガス供給路４２は、電極２０に形成
されている。ガス供給路４２の一端とガス供給装置４０
とは、ガス供給管４１で連結されている。ガス供給バル
ブ４３は、ガス供給管４１に設けられている。ガス供給
路４２の他端は、電極３０の試料設置面に向かって開口
させられている。

第１図で、電極３０には、空間３１が形成されている。

電極３０の底部には、この場合、液冷媒排出管５０の一
端が空間３１と連通して連結されている。空間３１は、
この場合、液冷媒排出管５０の連結部に向かって傾斜し
た底面を有している。

この場合、エツチング室１０の底壁は、電極３０が挿脱
可能な開口１２が形成された底壁１３と開口１２を覆う
面積を有し底壁１３に気密に着脱可能な底壁１４とで構
成されている。電極３０は、開口１２に挿脱可能な位置
で底壁１４に設けられている。液冷媒排出管５０の他端
部は、底壁］４を気密に挿通しエツチング室１０外へ突
出させられている。液冷媒供給装置６０は、例えば、液
冷媒源と送液ポンプとで構成されている。液冷媒供給管
６１の一端は、送液ポンプの吐出口に連結されている。

液冷媒供給管６１の途中部分は、液冷媒排出管５０に水
密に挿通され、その他端は、空間３１の上面付近で開口
させられている。液冷媒供給バルブ６２は、空間３１、
液冷媒排出管５０外で液冷媒供給管６１に設けられてい
る。加圧ガス供給装置７０は、この場合、加圧ガス源で
ある。

加圧ガス供給管７１の一端は、加圧ガス供給装置７０の
加圧ガス供給口に連結され、その一端は、この場合、液
冷媒供給バルブ６２の後流側で液冷媒供給管６１に合流
連結されている。加圧ガス供給バルブ７２は、加圧ガス
供給管７１に設けられている。液冷媒回数管８０の一端
は、液冷媒排出管５０の他端に連結され、他端は、液冷
媒源に連結されている。液冷媒回収バルブ８１は、液冷
媒回収管８０に設けられている。ガス排出管９０は、エ
ツチング室１０内を挿通し、その一端は、空間３ｏの上
面付近で開口させられている。ガス排出管９０の途中部
は、電極３０の底部に気密、水密を保持し設けられ、他
の途中部は、底壁１４に気密に設けられている。ガス排
出バルブ９１は、エツチング室１０外のガス排出管９０
に設けられている。ガス排出管９０の他端は、この場合
、大気開放させられている。尚、液冷媒供給装置６０が
液化冷凍機で構成されている場合、ガス排出管９０の他
端は、液化冷凍機を構成する圧縮機の吸入口に連結され
る。また、このような場合、圧縮機で圧縮された昇圧ガ
スを加圧ガス供給管７１に供給可能とし、該昇圧ガスが
加圧ガスとして用いられる。この場合、電極２０は接地
され、電極３０は、電源、この場合、高周波電源１００
に接続されている。高周波電源１００は、エツチング室
１０外に設置されて接地されている。電極３０の試料設
置面には、この場合、伝熱板１１０が設けられている。

伝熱板１１０は、熱伝導性の良好な材料で形成されてい
る。加熱手段として、この場合、ヒータ１２０、電流調
節器（図示省略）、電流供給源（図示省略）でなるもの
が用いられる。ヒータ１２０は、この場合、空間３１の
上面と伝熱板１１０が設置された面との間で電極３０に
埋設されている。ヒータ１２０の電流導入端子は、電流
調節器を介して電流供給源に接続されている。

第１図で、まず、空間３１には、液冷媒はなく、常温状
態で、かつ、電極３０の試料設置面には、試料１３０は
設置されていないものとする。真空ポンプを作動させる
ことで、エツチング室１０内は、減圧排気され、可変コ
ンダクタンスバルブによりエツチング室１０内は、所定
圧力に調節される。この状態で、送液ポンプが作動させ
られ、液冷媒供給バルブ６２が開弁させられる。この場
合、加圧ガス供給バルブ７２、液冷媒回収バルブ８１及
びガス排出バルブ９１は閉弁させられている。

これにより、液冷媒源の水温未満の温度を有する液冷媒
、例えば、液体窒素は、液冷媒供給管６１を通って空間
３１に供給される。液体窒素のこのような供給当初は、
電極３０が常温のため液体窒素は気化し、空間３１の圧
力が上昇して液体窒素が供給できなくなるため、ガス排
出バルブ９１が開弁される。これにより、空間３１の窒
素ガスは、ガス排出管９０を通って空間３１外へ排出さ
れ空間３１の圧力上昇が防止される。このような空間３
１への液体窒素の供給により、電極３０、伝熱板１１０
は、液体窒素温度付近の温度に冷却される。この状態で
、半導体素子基板等の試料１３０は、公知の搬送手段（
図示省略）によりエツチング室１０内に、この場合、１
個搬入される。該搬入された試料１３０は、被エツチン
グ面を上向き姿勢として伝熱板１１０に設置される。伝
熱板１１０に設置された試料１３０は、この場合、その
外周辺部を試料押え１４０で押圧されて伝熱板１１０に
押し付けられる。この状態で、試料１３０は、伝熱板１
１０を介して冷却される。このようにして冷却される試
料１３０の温度は、ヒータ１２０での発熱量調節により
所定温度、つまり、試料１３０の被エツチング面が、高
異方性、かつ、高選択性でエツチング可能な水温以下で
、かつ、液体窒素温度以上の所定温度に設定されて制御
される。このような試料１３０の所定温度制御は、例え
ば、試料１３０の温度を検知し、該検知温度と設定温度
とを比較し、該比較結果に基づいて電流調節器を作動さ
せて行なわれる。また、ヒータ１２０での発熱量調節に
より試料１３０の温度を、この場合、水温未満で、かつ
、液体窒素温度以上の任意の温度に設定、制御可能であ
り、更に、ヒータ１２０での発熱量の微調節により試料
１３０の温度を微妙に、または、狭い温度制御域で制御
可能である。一方、ガス供給バルブ４３が開弁させられ
、エツチング室１ｏ内には、ガス供給装置４０から所定
のエツチングガスが所定流量で供給されて導入される。

エツチングガスが導入されているエツチング室１０内の
圧力は、可変コンダクタンスバルブにより所定のエツチ
ング圧力に調節される。この状態で、電極３０には、高
周波電源１００から高周波電圧が印加され、電極２ｏ、
３０間では、グロー放電が発生する。該グロー放電によ
りエツチング室１０内のエツチングガスは、プラズマ化
される。ヒータ１２０での発熱量調節により所定低温に
冷却されている試料１３０は、その被エツチング面をガ
スプラズマを利用してエツチング処理される。このよう
なエツチング処理中に、ガスプラズマ中のイオンの被エ
ツチング面への入射及び反応熱により、試料１３０の温
度は、所定温度以上に上昇しようとする。そこで、ヒー
タ１２０での発熱量が調節される。つまり、エツチング
処理前のヒータ１２０での発熱量に比較し、エツチング
処理中のヒータ１２０での発熱量は、試料１３０への上
記入熱量に対応して低量に調節される。これにより、試
料１３０の温度は、エツチング処理中においても所定温
度に制御される。

このようなエツチング処理が、エツチング終点に達した
時点で、ガス供給バルブ４３は閉弁され、電極３０への
高周波電圧の印加が停止される。エツチング処理が終了
した試料１３０は、試料押え１４０による押圧を解除さ
れ、搬送手段に渡された後に該搬送手段によりエツチン
グ室１０外へ搬出される。その後、新規な試料１３０が
搬送手段によりエツチング室１０内に搬入され、液体窒
素温度付近の温度に冷却されている電極３０の伝熱板１
１０上に設置される。これ以降、上記操作が再び実施さ
れる。

本実施例によれば、液体窒素温度付近の温度に冷却され
ている電極、伝熱板を介して試料を冷却し、該試料の温
度を、ヒータから電極に付与される発熱量の調節により
、高異方性、かつ、高選択性でエツチング可能な水温未
満の温度で、かつ、液体窒素温度以上の所定温度に設定
し制御できるので、試料を高精度に、かつ、再現性良く
低温エツチング処理することができる。また、ヒータで
の発熱量の微調整により試料の温度を微妙に、または、
狭い温度制御域で制御可能であり、試料の低温エツチン
グ処理の精度及び再現性を更に向上させることができる
。また、ヒータが、液冷媒が供給される空間の上面と伝
熱板が設置された面との間で電極に埋設されているため
、空間に保有されている液冷媒によるヒータ発熱の消費
を抑制して該発熱を伝熱板に効率良く伝熱でき試料の所
定温度制御を応答住良〈実施することができる。

尚、上記−実施例では、試料押えにより試料を試料台に
押圧して固定するようにしているが、試料台への試料の
固定の仕方は、特にこれに限定されるものではない。例
えば、吸着力、例えば、静電吸着力により試料台に試料
を吸着・固定するようにしても良い。更にこのような場
合、試料台に吸着・固定された試料の裏面と試料台の試
料設置面との間に伝熱ガス、例えば、ヘリウムガスを送
給し得るように構成されていても良い。また、上記一実
施例では、発熱手段として、ヒータ等より構成された手
段を用いているが、この他に、熱媒流体を用いた手段と
しても良い。この場合、例えば、熱媒体流路が、空間の
上面と伝熱板が設置された面との間で電極に形成され、
該熱媒体流路の入口に熱媒体供給装置の熱媒体供給管が
連結される。熱媒体流路の出口は、熱媒体供給装置の熱
媒体回収管が連結されても良いし、または、大気開放し
た熱媒体排出管が連結されても良い。熱媒体供給装置と
しては、例えば、熱媒体流路に送給される熱媒体の温度
を任意温度に調節可能な機能を有するものや、例えば、
熱媒体流路への熱媒体の送給量を任意量に調節可能な機
能を有するものや、例えば、これらの機能を共有するも
のが採用し得る。このような場合、熱媒体流路が、発熱
手段の伝熱部と成り、該伝熱部での熱量は、熱媒体の温
度またはその送給量を調節することで、調節される。

第２図は、本発明の第２の実施例の、所謂、有磁場型の
マイクロ波プラズマエツチング装置の装置構成図で、上
記一実施例を示す第１図と異なる点は、次のとおりであ
る。

第２図で、放電管１６０は、頂壁１７０に開口１７１が
形成された室１７２に開口１７１を介し真空室１７２内
に連通し気密に構設されている。

この場合、放電管１６０内及び室１７２内で真空室内空
間が形成される。放電管１６０の外側には、放電管１６
０を内部に含み導波管１８０が設けられている。導波管
１８０とマイクロ波発振器１９０とは、この場合、導波
管１８１で連結されている。導波管１８０の外側には、
磁場生成手段、例えば、ソレノイドコイル２００が環装
されている。

また、ガス供給路４２′は、放電管１６０と室１７２と
の構設部に設けられている。一方、室１７２の底壁は、
試料台２１０が挿脱可能な開口１７３が形成された底壁
１７４と開口１７３を覆う面積を有し底壁１７４に気密
に着脱可能な底壁１７５とで構成されている。試料台２
１０は、開口１７３に挿脱可能な位置で底壁１７５に設
けられている。液冷媒排出管５０の他端部は、底壁１７
５を気密に挿通し室１７２外へ突出させられている。

ガス排出管９０は、室１７２内を挿通し、その他の途中
部は、底壁１７５に気密に設けられている。

尚、第２図で、その他第１図と同一装置、部品等は同一
符号で示し説明を省略する。

第２図で、放電管１６０には、マイクロ波電界と磁界と
の作用により有磁場型のマイクロ波放電が発生し、放電
管１６０内のエツチングガスは、該マイクロ波放電によ
りプラズマ化される。試料１３０は、上記一実施例での
操作と同様の操作にて所定低温に設定、制御され、その
被エツチング面は、ガスプラズマを利用してエツチング
処理される。この場合、ガスプラズマ中のイオンの被エ
ツチング面への入射エネルギは、電極３０に接続された
電源、例えば、高周波電源２２０でバイアス電位を調節
することで制御される。尚、その他の操作は、上記一実
施例での操作と同様であり、説明を省略する。

本実施例によれば、上記一実施例での効果と同様の効果
を奏することができる。

尚、上記第２の実施例では、有磁場型のマイクロ波プラ
ズマエツチング装置に適用した場合につき説明したが、
この他に無磁場型のマイクロ波プラズマエツチング装置
に適用しても同様の効果を得ることができる。

また、ガスプラズマが生成される室と試料がエツチング
処理される室とが、同一の室であっても、または、例え
ば、プラズマ生成室で生成されたガスプラズマを試料が
エツチング処理される室内に導入し該室内に導入された
ガスプラズマを利用して試料をエツチング処理可能な別
々の室であっても、特に問題は生じない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水温未満の温度に冷却される試料の温
度を加熱手段での熱量調節により水温未満の所定温度に
制御できるので、試料を高精度に、かつ、再現性良く低
温エツチングできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平行平板型のプラズマエツ
チング装置の装置構成図、第２図は、本発明の第２の実
施例の有磁場型のマイクロ波プラズマエツチング装置の
装置構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空室内に設けられた試料台と該試料台に設置され
   た試料を冷却手段で水温未満の温度に冷却する工程と、
   加熱手段での熱量調節により前記試料の温度を水温未満
   の所定温度に制御する工程と、前記真空室内でガスプラ
   ズマを生成する工程と、前記試料を前記ガスプラズマを
   利用してエッチング処理する工程とを有することを特徴
   とするプラズマエッチング方法。 ２、前記冷却手段からの水温未満の温度を有する冷媒の
   寒冷を利用して前記試料台を水温未満の温度に冷却し、
   前記試料を前記試料台を介して水温未満の温度に冷却し
   、前記加熱手段から前記試料台に付与される熱量を調節
   して前記試料の温度を水温未満の所定温度に制御する第
   １請求項に記載のプラズマエッチング方法。 ３、前記試料台に設置された前記試料のエッチング処理
   前に前記加熱手段から前記試料台に付与される熱量に比
   較し、前記試料のエッチング処理中に前記加熱手段から
   前記試料台に付与される熱量を低く調節して、前記試料
   のエッチング処理前及び処理中の温度を水温未満の所定
   温度に制御する第２請求項に記載のプラズマエッチング
   方法。 ４、真空室と、処理ガスをプラズマ化する手段と、前記
   真空室内に設けられ前記ガスプラズマを利用してエッチ
   ング処理される試料が設置される試料台と、該試料台を
   水温未満の温度に冷却する手段と、前記試料台を加熱す
   る手段とを具備したことを特徴とするプラズマエッチン
   グ装置。 ５、前記試料台を内部に冷媒保有空間が形成された試料
   台とし、前記冷却手段を前記冷媒保有空間に水温未満の
   冷媒を供給する手段とし、前記加熱手段の伝熱部を前記
   試料台に設けた第４請求項に記載のプラズマエッチング
   装置。