JPH03101227A - エッチング方法及びその装置 - 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、半導体ウェハの加工等に用いるプラズマエツ
チング方法及びそれを実施するための装置に関する。

〔従来の技術〕

高周波放電を利用した平行平板型のプラズマドライエツ
チング装置を用いて、シリコンの酸化膜（Ｓｉｎｇ）を
エツチングする際に、エツチングガスに加えてＣＨＦ３
等のポリマ形成ガスを反応室内に環入し、ポリマにより
エツチングで生じた凹部の側壁（以下テーパ部と記す）
を保護してアンダーカットがない形状を得ることは周知
である。半導体装置の集積度が増すにつれて例えば４Ｍ
、１６Ｍビットのメモリを製造する場合には、サブミク
ロン単位のコンタクトパターン等の形状、特に側壁傾斜
を精密に制御形成することが重要な課題である。

ところで従来のプラズマエツチング方法では、パターン
のマスクであるレジストの焼けを防止するためにのみ試
料を冷却するので、試料温度は８０〜１２０℃という高
温であることが一般的である。

反応中に高温である試料にプラズマエッチングを施すこ
のような従来のエツチング方法において、エツチング形
状を再現よく、しかも均一に維持するためには、より多
くのポリマ形成ガスが必要である。また、テーパ部角度
（以下テーパ角という：第３図θ）を大きくもたせて再
現よく制御するためにも、ポリマ形成ガスの゛増量が必
要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、ポリマ形成ガスを多量に使用すると、多量の
ポリマが反応室内壁に付着し、付着したポリマ由来の微
粒子が反応室内に浮遊して試料面に再付着することにな
り、反応室のクリーニングサイクルが短くなって、生産
性が低いという問題点があった。

またエツチング部側壁（テーパ部）のテーパ角の制御を
ポリマ形成ガスの混入量及びポリマ形成量により行って
いるので、再現性が良くないという問題点があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、試料
を６０℃以下の低温に保持してエツチングすることによ
り、反応室のクリーニングサイクルが長くなって、生産
性を向上できるエツチング方法を提供することを目的と
する。また予め求めておいた試料温度とテーパ角との関
係に基づいて試料温度を所定の温度に設定することによ
り、再現性良くテーパ角の制御を行なえるエツチング方
法を提供することを目的とする。更に、試料台に供給す
る冷媒の粘度を一５０℃において７ｃＳｔ以下とするこ
とにより、上述のエツチング方法を実施できるエツチン
グ装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本願に係る第１発明のエツチング方法は、ポリマ形成ガ
スを含むガスにて、シリコン試料の表面の酸化膜をエツ
チングすると共にエツチング面にポリマ被膜を形成する
プラズマを用いたエツチング方法において、前記シリコ
ン試料の温度を６０℃以下に保持することを特徴とする
。

本願に係る第２発明のエツチング方法は、第１発明にお
いて、予め定めた試料温度とテーパ角との関係に基づい
て、前記シリコン試料の温度を設定することを特徴とす
る。

本願に係る第３発明のエツチング装置は、第１発明及び
第２発明のエツチング方法を実施するためのプラズマエ
ツチング対象の試料を載置した試料台に冷媒を供給する
ことにより試料を冷却するエツチング装置において、前
記冷媒の粘度が一５０℃において７ｃＳｔ以下であるこ
とを特徴とする。

〔作用〕

本願の第１発明にあっては、試料の温度を６０℃以下に
保持してエツチングを行う。そうするとポリマ形成ガス
の使用量が少なくなり、多量のポリマが反応室内壁に付
着することはなく、反応室のクリーニングサイクルは長
くなる。また本願の第２発明にあっては、試料の温度を
所定温度に設定することによりテーパ角を制御する。そ
うすると温度制御によりテーパ角の制御を行うので、再
現性は高くなる。更に本願の第３発明にあっては、粘度
が一５０℃において７ｃＳｔ以下である冷媒を試料台に
供給する。そうすると冷媒が効率良（循環され、試料の
温度調節が精度良く行われる。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本発明のプラズマドライエツチング装置の構成
を示す断面図であり、図中１は気密保持可能な反応室を
示す。反応室１の底部には、基台２上に下部電極３を取
付けた構成をなす試料台４が設けられており、基台２は
絶縁リング５を介して反応室１の底壁に固着されている
。下部電極３（試料台４）の上面には、第３図にその構
成を示すように、ｐｏｌｙ−５ｔ基板１０１の表面にＳ
ｉｎ、膜１０２が形成された試料１００が載置されてお
り、試料１００は、クランプ１５により機械的に下部電
極３に保持されている。

試料台４の内部には、冷媒を循環させる冷媒循環路６が
、循環被覆材７に覆われて設けられており、冷媒循環路
６は、基台２の底面に開口した冷媒口８と連通している
。冷媒口８には、その一方の各管端が冷凍機たるチラー
１１に接続された冷媒導入管９．冷媒排出管１０の他方
の各管端が連通している。そしてチラー１１から冷媒導
入管９．冷媒口８を経由して冷媒循環路６に冷媒を供給
して、冷媒循環路６内を循環させ、循環させた冷媒を冷
媒ロ８．冷媒排出管１０を経由してチラー１１に戻すこ
とにより、下部電極３を冷却するようにしている。

本実施例では、冷媒として、低温領域において低活性、
良好な熱伝導特性を有するフロリナートを使用する。チ
ラー１１の冷却能力は、コンプレフサのカスケード結合
（循環冷媒を冷却するコンプレッサとこのコンプレッサ
の冷媒を冷却するコンプレフサとの２段式の冷却構成）
により、−５０’Ｃにてｌｋ−以上の熱交換能力である
。またチラー１１の温度制御は、θ〜−５０℃の範囲に
て±１ｔの精度を有する。チラー１１のポンプ能力は、
外径０．５インチの配管１５ｍ程度の負荷において、粘
度６．９ｃＳｔ以下の冷媒（フロリナート）を２１２／
分以上送り出し可能である。

基台２にはＨｅ導入口１２が開口されており、Ｈｅ導入
口１２は、Ｈｅ導入継手１３を介して図示しないＨｅガ
ス供給源に通じている。Ｈｅ導入口１２から基台２内を
通り、下部電極３の上面に開口するＨｅ導入穴１４まで
、Ｈｅの流路が形成されている。そしてｌｌｅの導入に
より、下部電極３．試料１００間の熱伝達を行うように
なっている。

反応室の底壁には、図示しない真空排気装置に連結され
た排気口１９が設けられている。反応室１の土壁には、
図示しないガス供給源に通じるガス導入管１６が設けら
れており、このガス導入管１６を通って上部電極１７に
設けられた開孔部から反応室１内に、ポリマ形成ガスを
含むエツチングガスが導入される。反応室１の土壁の上
部電極１７．下部電極３間には、周波数４００ｋＨｚ　
、最大電圧１．５に−の高周波電源工８が接続されてい
て、両電極間に高周波電圧が印加される。

次に動作について説明する。

クランプ１５を用いて試料１００を下部電極３上に保持
する。ガス導入管１６から反応室１の内部にＡｒ／ＣＦ
　＊／ＣＨＦ　ｚを導入する。同時に排気口１９から排
気して内部のガス圧を一定に保ちながら、上部電極１７
゜下部電極３間に高周波電源１８にて高周波電圧を印加
してプラズマを発生させる。この際、チラー１１を作動
させてフロリナートを循環させると共に、Ｈｅ導入継手
１３を開放してＨｅガスを導入させて、試料１００の温
度を６０℃以下に冷却する。本実施例では下部雪掻３．
試料１００間の熱伝達はＨｅを介して行っているので、
下部電極３の温度を一５０℃以下に冷却する必要がある
。

発生したプラズマは、試料１００の表面に接触して、Ｓ
ｉＯ□膜１０２がエツチングされる。また試料１００の
エツチング面にポリマ被膜が形成されて、試料１００の
側壁が保護される。

本発明のエツチング方法では、上述したように試料温度
を６０℃以下に保持すると共に、エツチングするＳｉｎ
、膜１０２のテーパ角（第３図θ）を、試料温度の調整
により制御している。予め第２図に示すような試料温度
とテーパ角との特性関係を求めておき、この特性関係に
基づいて、目標のテーパ角に応じた温度に試料１００を
保持する。このように、試料温度を調整することにより
、所望のテーパ角を有するエツチング面を得る。

次に、本発明例と従来例とにおける反応室ｌのクリーニ
ングサイクルの比較について説明する。

同じエツチング特性を得た際の、両側におけるポリマ形
成ガス（ＣＩＩＰ３）の使用量、クリーニングサイクル
（クリーニング間のウェハの処理枚数７訂）の結果を下
記第１表に示す。

第　　　１　　　表 第１表から理解される如く、本発明では従来技術に比し
てポリマ形成ガスの使用量が低減され、クリーニングサ
イクルが延長されている。このように本発明ではクリー
ニングサイクルが長くなり、生産性は向上する。

また本発明では、低温にてエツチングを行うことにより
、エツチング時におけるＳｉｎ、膜に対する選択性の向
上を実現できる。第４図は、例えば直径５インチのパタ
ーン無ｐｏｌｙ−５ｉにおける試料温度とエツチング速
度との特性を示すグラフである。

第４図かられかるように、ｐｏｌｙ−３ｔのエツチング
速度は試料温度変化に対して直線的に変化する。

これに対してＳｉＯ□膜に対するエツチング速度は、試
料温度の変化に関係なく略一定であるので、試料１００
の温度を低温に維持することにより、選択比（ｐｏｌｙ
−５ｉのエツチング速度に対するＳｔｏｗ膜のエツチン
グ速度の割合）を大きくできる。例えば試料温度を２０
℃に設定した場合には、この選択比は２０以上となる。

なお、上述した実施例では冷媒としてフロリナートを使
用したが、これに限るものではなく、粘度６　、９ｃＳ
　を以下、比熱０．２５以上、熱伝達率０．０００１５
ｃａｌ／ａｍ−ｓｅｅ　　・℃以上を満たす冷媒でれば
、他の材料からなる冷媒であってもよい。

また、上述した実施例では下部電極３．試料１００間の
熱伝達方法として、クランプ１５にて試料１００を保持
してＨｅガスを導入することとしたが、静電吸着により
試料１００を下部電極３に保持してＨｅガスを導入する
方式でもよいし、または試料１０帆下部電極３間の接触
を改善させるようにドーム型を形成することとしてもい
。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明では、エツチング対象の試料の
温度を６０℃以下に保持することにより、ポリマ形成ガ
スの使用量を低減でき、反応室に対するクリーニングサ
イクルを長期化できる。また、試料温度を調整してテー
パ角を制御するので、所望のテーパ角をなすエツチング
面を正確に得ることができ、再現性が向上する。更に、
供給する冷媒の粘度を一５０℃において７ｃＳｔ以下と
するので、冷媒の循環を効率良く行え、試料温度を精度
良くｌ１ｉｌ制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエツチング装置の構成を示す断面図、
第２図は試料温度とエツチング部側壁のテーパ角との特
性を示すグラフ、第３図はエツチング対象の試料を示す
模式図、第４図は試料温度とエツチング速度との特性を
示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポリマ形成ガスを含むガスにて、シリコン試料の表
   面の酸化膜をエッチングすると共にエッチング面にポリ
   マ被膜を形成するプラズマを用いたエッチング方法にお
   いて、 前記シリコン試料の温度を６０℃以下に保持することを
   特徴とするエッチング方法。 ２、予め定めた試料温度とエッチング部側壁のテーパ角
   との関係に基づいて、前記シリコン試料の温度を設定す
   る請求項１記載のエッチング方法。 ３、プラズマエッチング対象の試料を載置した試料台に
   冷媒を供給し試料を冷却するエッチング装置において、 前記冷媒の粘度が−５０℃において７ｃＳｔ以下である
   ことを特徴とするエッチング装置。