JPH04354330A - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光ディスク，ＬＳＩ
等のデバイスの製造のためのドライエッチング装置及び
ドライエッチング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】種々の電子部品、デバイスが高集積化さ
れつつある今日、ドライエッチングによる精密な基板加
工技術は日々重要度を増し、必要不可欠な技術となって
いる。例えばＬＳＩ、液晶パネルなどのデバイスでは、
このドライエッチングは層間絶縁膜にコンタクトホール
をあけて配線を行なうことに使われたり、ゲート電極を
形成したりすることに使われている。又、光ディスクの
分野でも、ガラス基板にピットやグルーブを形成したり
、射出成形等の成形に用いる原盤や複製原盤の作成にも
使用されることがある。この様に、ドライエッチング技
術は、多岐にわたって応用されているが、加工精度、加
工の安定性（再現性）、分布などの要求が日増しに高ま
っいることは言うまでもない。

【０００３】ドライエッチングに用いるガスは被エッチ
ング物材料によって選ばれるが、近年は、下地材料やマ
スク材料との選択比が高いものが選ばれている。これは
、高集積化のため、下地材料に与えるダメージや、加工
形状のズレ（マスク形状とのズレ）を極力少なくするた
めである。ところが、高い選択比を得ることができるガ
スというのは、その反面、加工の安定性（例えばエッチ
ング深さの繰返し再現性）がよくない。従来、この様な
エッチングの不安定性を改善するために、試料のエッチ
ング処理の前に試料なしの状態でエッチングと同じ条件
で放電を一定時間行うというチャンバの前処理が行われ
ている（以下これを「空放電」と呼ぶ）。これは、空放
電させることによってチャンバ内の雰囲気を繰り返しエ
ッチングの場合と同じにし、安定性を改善しようとする
ものである。

【０００４】一方、高い選択比を得ることができるガス
は、エッチング中、チャンバ内に分解生成物のデポジシ
ョンを伴う。チャンバ壁面に付着したこの様なポリマは
、次のエッチング処理時に、プラズマにより再分解し、
エッチング雰囲気を大きく変えることになる。エッチン
グ初期のこの様な雰囲気変化が、エッチングの安定性を
乱すことが検討の結果分かった。各エッチングバッチ毎
に事前のチャンバクリーニングを施すことで、この問題
は解決できることが想定される。すなわち、クリーニン
グ機構をドライエッチング装置に付与する必要があるも
のである。

【０００５】ここで、チャンバをクリーニングする従来
例としての具体的な機構につき、図３を用いて説明する
。図３は、代表的な平行平板型ドライエッチング装置の
構成図である。図３中１は、試料となる基板であり、こ
の基板１は、基板電極２上に設置されている。３は、高
真空排気系の経路に設けられたバルブであり、４は、エ
ッチングガス排気系の経路に設けられたバルブである。 ５は、チャンバ６とバルブ３，４間の経路に設けられた
コンダクタンスバルブ、７は、流量計、また８は、高周
波電源である。９は、一端が流量計７と連結され、他端
がチャンバー６内に突出しているエッチングガス導入口
、１０は、基板電極２と所定の距離を隔てて固設されて
いるアースとなる対向電極、１１は、エッチング用ガス
ボンベである。

【０００６】試料となる基板１を基板電極２上に設置し
た後、高真空排気系の経路中に設けたガスバルブ３を開
き、エッチングガス排気系の経路中に設けたガスバルブ
４を閉じ、コンダクタンスバルブ（ＣＶ）５を操作する
ことにより、チャンバ６内を高真空に排気する。続いて
、高真空排気系の経路中に設けたガスバルブ３を閉じ、
エッチングガス排気系の経路中に設けたガスバルブ４を
開くことにより排気系をエッチングガス排気系に切換え
る。この状態で、エッチング用ガスボンベ１１よりエッ
チングガスを流量計７、エッチングガス導入口９を介し
てチャンバ６内に導く。チャンバ６が所定の条件となる
よう流量計７やコンダクタンスバルブ５を調整した後、
高周波電源８より高周波を印加し、プラズマを発生させ
、試料１である基板をエッチングする。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、現状この手法
では、まだ安定性が不足しており、高集積品を大量に生
産する将来においては、抜本的な解決策が必要である。 特に、高速ドライエッチングのように処理時間が非常に
短い場合や、光ディスク等のように被エッチング物を貫
通せず、中途まで掘るような場合の安定性が改善されて
いない。本発明は、これらのドライエッチング技術に関
する要求項目のうち、特に加工精度、加工の安定性とい
った課題を解決しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる点に鑑み
なされたものであり、第１の発明として、平行平板型ド
ライエッチング装置であって、洗浄ガスの供給と、電極
間距離可変装置とを有したクリーニング機構を備えたド
ライエッチング装置を、第２の発明として、エッチング
工程とクリーニング工程を交互に繰返すようにした請求
項１記載のドライエッチング装置を、第３の発明として
、エッチングに先立ち、チャンバをクリーニングし、し
かる後にエッチングを行うようにしたドライエッチング
方法をそれぞれ提供するものである。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明になるドライエッチング装置
であり、この図１中、図３と同一構成部分は同一符号を
付し、その具体的説明は省略する。この図１中、図３と
異なる部分は、図３装置に少なくともクリーニング用ガ
スボンベ１２、クリーニング用ガス導入用口１３と、流
量計１４及び、対向電極１０とチャンバ６間に電極間距
離可変装置１５を設けたものを基本構成とした点にある
。

【００１０】この図１の構成において、チャンバ６のク
リーニングは次のようにして行う。すなわち、エッチン
グの終了した基板１をチャンバ６から外部へ取出した後
、チャンバ６内を高真空に排気する。続いて、対向電極
１０とチャンバ６との間に設けた電極間距離可変装置１
５を作動させることにより、対向電極１０と基板電極２
間の距離をチャンバ６内において可能な限り拡げる。 なお、電極間距離可変装置１５は、対向電極１０に一端
が接続された伸縮自在の例えば、ジャバラ式の接続部１
５ａと、可変調整具１５ｂとを有する構成としてある。

【００１１】次に、高真空排気系をエッチングガス排気
系に切換えクリーニング用ガスボンベ１２よりクリーニ
グ用ガスを、クリーニング用ガス導入口１３，流量計１
４を介して供給する。このガスは、先のドライエッチン
グで生成したポリマをプラズマで分解できるものから選
ばれる。例えば、先のドライエッチングでＣＨＦ３　を
用いる場合、クリーニング用ガスは、Ｏ２　又はＯ３　
あるいはこれらを含む混合ガスとなる。クリーニングガ
ス導入後、コンダクタンスバルブ５を用いてガス圧を調
整した後、高周波電源８より高周波を印加し、グロー放
電を行う。この放電により先のガスが分解し、活性な原
子状酸素、酸素ラジカル、オゾン等が発生してチャンバ
６に付着したポリマと結合し、ＣＯ２　、Ｈ２　Ｏ、Ｃ
Ｆχ（χ＝１　〜４　）のような排気ガスとなって排気
される。クリーニングが終了した後は、図３で説明した
のと同様チャンバ６内に基板１を導入してエッチングを
行うものである。この時、電極間距離はエッチングに最
適な距離に電極間距離可変装置１５を用いて変更する。 そして、エッチング終了後は、チャンバ６に付着したポ
リマを除去するためのクリーニングを行う。

【００１２】大量に生産するような場合は、このような
操作を繰返し行えばよい。バッチ毎にエッチングチャン
バを開閉するような最も簡単な構成の装置では、次のよ
うなステップで操作する。 手順Ａ 　　真空排気（電極間距離変更）→クリーニング→真空
排気→大気→試料導入→真空排気（電極間距離変更）→
エッチング→真空排気→大気→試料取出し→真空排気へ
、以下これを繰返すまた、ロードロックタイプの場合は
、次のようなステップとなる。 手順Ｂ 　　クリーニング→真空排気（電極間距離変更）→ロー
ド室から所定状態の試料導入→エッチング→真空排気（
電極間距離変更）→２系統に分かれ、１系統は、アンロ
ード室へ試料搬出→大気→試料取出し、他の１系統は、
クリーニングへ、以下これを繰返すロードロックタイプ
のほうが、真空排気回数が少なく装置を効率的に使うこ
とができ、生産効率を上げることができる。

【００１３】図１では、本発明のエッチング装置の最も
基本的な構成図を示したが、クリーニングを短時間で効
率的に行うためにチャンバ６壁面に例えばヒータを設置
し、壁面を加熱しながらクリーニグするようにしてもよ
い。また、チャンバ６内に紫外線ランプを設置し、３０
０　ｎｍ以下の紫外線をチャンバ６内全体に照射しなが
らクリーニングを行うようにしても効率が上がるもので
ある。更に、クリーニングの終点を検出する機構を付与
してもよいものである。

【００１４】図２は、図１の構成図において、高周波電
源８とチャンバ６間にクリーニングの終点検出機構を設
けたドライエッチング装置の構成図である。この図２に
おいて、図１等前記した構成部分と同一部分は同一符号
を付し、その詳細な説明は省略する。図２中１６は、チ
ャンバ６内のポリマの分解過程を発光スペクトルにより
検出するためのスペクトルモニタ、１７はシーケンサ、
１８はスイッチである。次に、クリーニング検出機構の
具体的動作について説明する。

【００１５】例えば、チャンバ６内のポリマの分解過程
を発光スペクトルにより検出し、ポリマ固有の発光波長
強度が十分に下がったところでそれを終点とする。前記
したＣＨＦ３　によるポリマの場合には、５２０　ｎｍ
（Ｃ−Ｏ結合）のピークで観察し、終点を検出するのが
適当である。もっと簡単には、スペクトルモニタ１６を
バラトロン真空計に置き換え、その表示値（真空度）を
観察し、分解に伴う急激な圧力上昇及びポリマ量減少に
よる圧力降下をモニタして、十分に下がったところで終
点とする方法もある。これらの終点検出機構を高周波電
源８に設置し、スイッチングを自動で行うことも可能で
ある。

【００１６】なお、この図１，図２のエッチング装置で
は、クリーニング用の高周波電源８基板電極２及び対向
電極１０、スペクトルモニタ１６をエッチング用のもの
と共用させることができる。図３に示す如くの一般のエ
ッチング装置を改造する場合、新たに設置を必要とする
ものは、最低限クリーニングガス用の配管、流量計、電
極間距離可変装置１５である。電極間距離可変装置１５
は、クリーニング時の最適電極間距離とエッチング時の
それが異なるため必要なものである。前者では、チャン
バ全域を均一にクリーニングするため可能な限り長くと
り、また後者では、エッチングの分布良化、ダメージの
軽減、スピードアップ等の要求を満たすため、最適の距
離があり、前者とは異なってくるものである。

【００１７】次に、本発明になるドライエッチング装置
の具体例に付き説明してみるに、チャンバ６としては、
φ４００　ｍｍ、高さ２００　ｍｍのステンレス製真空
チャンバを用いた。また、高真空排気系には、排気量１
５００ｌ／ｓｅｃの油拡散ポンプ、エッチングガス排気
系には２５ｌ／ｓｅｃのメカニカルブースタポンプを用
いた。基板電極２、対向電極１０は、共にφ２５０　ｍ
ｍで、材質は前者を石英、後者はステンレスを用いた。 反応（エッチング）ガスとしては、ＣＨＦ３　、クリー
ニング用ガスとしては、Ｏ２　をそれぞれ流量計７，１
４及び導入口９，１３を介し、チャンバ６に接続した。 クリーニング用のモニタとしてバラトロン真空計の出力
をレコーダに描かせるようにした。エッチング及びクリ
ーニングの手順は先に示した手順Ａに従って行った。ま
た、同じ装置を使い比較として、従来方法の手順（下記
Ｃ）によるエッチングも行った。

【００１８】手順Ｃ 　　真空排気→大気→試料導入→真空排気→エッチング
→真空排気、以下これを繰返すエッチング及びクリーニ
グの条件は次の通り。

【００１９】

【表１】

【００２０】基板は、４インチ石英基板を用い、エッチ
ング深さを触針式表面粗さ計で測定した。次に、エッチ
ング速度の安定性の比較結果を示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】エッチング時間を１分と固定し、手順Ａ及
びＣのエッチング深さ比較を行った結果であるが、手順
Ａのほうが安定性に優れ、深さの差は１７オングストロ
ームしかなかった。

【００２３】図４は、エッチングのリニアリティ比較を
示すもので、０．５　〜５　分の範囲でエッチングを行
い、時間依存性の比較を行った。この図より明らかな如
く、手順Ａのほうはリニアであり、深さの時間による管
理が可能だが、手順Ｃではリニアでないため、これが困
難である。

【００２４】図５は、クリーニング状態のモニタ波形（
バラトロン真空計の表示値）を示す説明図で、この図よ
り明らかな如く、およそ３分でポリマの分解が終わるが
、この実施例ではマージンを含めて、（４５４　ｍｔｏ
ｒｒに到達した時間）＋（１分）を処理時間とした（発
光スペクトルも上記と同様約３分で一定である。）

【０
０２５】

【発明の効果】本発明になるドライエッチング装置及び
ドライエッチング方法によれば、従来の欠点であったエ
ッチングの安定性が改善される。特に、光ディスクのガ
ラス基板のように被エッチング物を貫通せず中途まで掘
る場合は、エッチング深さをエッチング時間だけで管理
することになるため、このようなリニアリティに優れた
エッチング方法は、深さの安定性を著しく改善する。ま
た、ＬＳＩのコンタクトホール形成の場合には、高速処
理（高速エッチング）が進む中、エッチング初期（０〜
２分）の過程でのエッチング速度の安定性が必要であり
、本発明のような方法によれば、ウエハ間の特性バラツ
キを少なくするのに特に効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるドライエッチング装置の一実施例
の構成図である。

【図２】本発明になるドライエッチング装置の他の実施
例の構成図である。

【図３】従来のドライエッチング装置の構成図である。

【図４】エッチングリニアリティの比較図である。

【図５】クリーニング状態のモニタ波形図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　基板電極 ６　　チャンバ ８　　高周波電源 １０　　対向電極 １２　　クリーニング用ガスボンベ １５　　電極間距離可変装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行平板型ドライエッチング装置であって
   、洗浄ガスの供給と、電極間距離可変装置とを有したク
   リーニング機構を備えたことを特徴とするドライエッチ
   ング装置。
2. 【請求項２】エッチング工程とクリーニング工程を交互
   に繰返すようにしたことを特徴とする請求項１記載のド
   ライエッチング装置。
3. 【請求項３】エッチングに先立ち、チャンバーをクリー
   ニングし、しかる後にエッチングを行うことを特徴とす
   るドライエッチング方法