JPH0476495B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 熱伝導ガスによる基板冷却手段を有し、基板ス
テージが高周波電源に直に接続されるカソードカ
ツプル方式のプラズマエツチング装置（リアクテ
イブ・イオンエツチング装置）における熱伝導ガ
スの減圧手段及び該圧圧熱伝導ガスの配管をステ
ージと同電位にして減圧熱伝導ガス中のプラズマ
発生を防止し、プラズマ出力の向上及び安定化を
図る。

〔産業上の利用分野〕 本発明は高周波プラズマエツチング装置に係
り、特に高速なリアクテイブ・イオンエツチング
装置に関する。

半導体装置が高密度高集積化されるに伴つて、
その製造に際してのパターンニング工程において
は、サイドエツチング量が少なく高パターンニン
グ精度が得られるカソードカツプリング方式のプ
ラズマエツチング方法即ちリアクテイブ・イオン
エツチング法が多く用いられる。

このリアクテイブ・イオンエツチングには、半
導体基板の直径が６〜8inと大型化し、且つ製造
工程が自動化されて来ている現状において、１枚
取りの装置が多く用いられるが、この場合、装置
のスループツトを向上し生産性を高めるために高
速なリアクテイブ・イオンエツチング装置が要望
される。

〔従来の技術〕

基板ステージが高周波電源に接続されるカソー
ドカツプリング方式のリアクテイブ・イオンエツ
チング装置においては、ステージと設置されてい
る対向電極の間にプラズマを発生させた際、ステ
ージ面の近傍領域に数10〜数100V程度の陰極降
下が生じ、この電圧にによつてステージ面に垂直
にイオンが加速されて基板のエツチングがなされ
る。

従つてエツチング形態が基板面に垂直方向に優
勢な異方性を有し、パターニング精度が向上す
る。

このリアクテイブ・イオンエツチング装置のス
テージは金属で形成され、ステージにはイオンの
衝撃によつて昇温する基板を冷却するための水冷
手段が設けられる。

そして従来の通常出力のリアクテイブ・イオン
エツチング装置においては、ステージ上に被加工
基板が直に載置固定され、基板はステージと密に
接触している微少面積を介し熱伝導により冷却さ
れていた。

しかし大きな高周波出力を用いる高速リアクテ
イブ・イオンエツチング装置においては、上記の
ような冷却手段では冷却が不完全になり、基板温
度が上昇してエツチングマスクに用いるレジスト
が溶解したり、また変質したりして、パターンニ
ング精度の低下や基板汚染等の障害が発生してい
た。

一方、ステージ側が接地されるアノードカツプ
リング方式のプラズマエツチング装置や、イオン
注入装置においては、被加工基板からステージへ
の熱伝導度を増して基板の冷却効率を高め、これ
によつて高速処理を可能にするために、ガスの熱
伝導を利用する冷却効率の高いステージが提示さ
れている。

第３図は上記ガスの熱伝導を利用して冷却効率
を高めた従来のステージを示す模式側断面図であ
る。

同図において、５１は図示しない水冷等の冷却
手段を備えたアルミニウム等の金属ステージ、５
２は熱伝導ガスが満たされる深さ100〜200μｍ程
度の凹部（空隙部）、５３は前記凹部へ熱伝導ガ
スを流入する熱伝導ガス導入管、５４は基板固定
爪である。

被加工基板５５は加工面を上に向けてステージ
５１上に載置され、その周縁部において基板固定
爪５４よつてステージ５１に固定される。（基板
５５とステージ５１との接触面にＯリング等のパ
ツキンが用いられることもある。

そしてステージの凹部５２即ちステージ５１と
基板５５の間の空隙部には、１〜30Torrに減圧
されたヘリユーム（He）等の熱伝導ガスがポリ
エチレン等よりなる絶縁体配管５６によつて供給
され、熱伝導ガス導入管５３を介して満たされ
る。

エツチングガスに用いる反応ガスの圧力は通常
0.01〜0.5Torr程度で熱伝導率が極めて低いが、
熱伝導ガスの圧力は上記のように高い値を有する
のでその熱伝導率は大きく、基板裏面の略全域か
ら該熱伝導ガス層を介してステージへ放熱がなさ
れるので冷却効率が向上する。

この形式のステージは従来リアクテイブ・イオ
ンエツチングには用いられなかつた。

その理由は、熱伝導ガスの圧力が最もプラズマ
放電を起こし易い圧力領域にあり、且つリアクテ
イブ・イオンエツチングにおいてはステージに高
周波の高電圧が印加されるので、上記圧力に減圧
された熱伝導ガスを供給するポリエチレン等の絶
縁体配管５６中でプラズマ放電が優先的に起こ
り、ステージと対向電極間に発生するプラズマ強
度が不安定になり、且つ弱くなるという問題を生
じ、またこれを避けるためには、上記配管を接地
領域から充分に離す必要があり、装置が大型化す
るという問題を生ずるためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする点は、熱伝導ガスを
用いる効率的な基板冷却手段が、カソードカツプ
リング方式のプラズマエツチング装置即ちリアク
テイブ・イオンエツチング装置に使用した際、ス
テージと対向電極間に発生するプラズマ強度が不
安定になり、且つ弱くなるという問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は第１図に示す原理図のように、真
空処理室１内に、高周波電源RFに接続されたス
テージ２と接地GNDされた対抗電極３を有し、
且つステージ２上に載置される被加工基板４と該
ステージ２との間に熱伝導ガスが満たされる空隙
部５を有し、該空隙部５に供給される熱伝導ガス
の圧力調整手段６が、該減圧された熱伝導ガスを
該空隙部５に供給する金属製の熱伝導ガス導入管
７により該ステージ２に直に接続され、これによ
つて該圧力調整手段６の少なくとも減圧側領域８
と該熱伝導ガス導入管７とが該ステージ２と同電
位に固定されてなる本発明による高周波プラズマ
エツチング装置によつて解決される。

〔作用〕

即ち本発明のカソードカツプル方式のプラズマ
エツチング装置（リアクテイブ・イオンエツチン
グ装置）においては、ステージの基板冷却効果を
高めるために、基板とステージ間に気密な空隙部
を設け、該空隙部に所定の圧力に減圧して熱伝導
率を高めたガスが満たされ、基板の下面の殆ど全
域からステージに熱を拡散せしめる。

そして更に熱伝導ガスの減圧手段を金属製の配
管即ち熱伝導ガス導入管によりステージに直に接
続して上記減圧手段及び減圧熱伝導ガスの配管を
ステージと同電位にして減圧熱伝導ガス中のプラ
ズマ発生を防止し、これによりエツチング出力の
向上及び安定化を図る。

〔実施例〕

以下本発明を図示実施例により、具体的に説明
する。

第２図は本発明の一実施例に係るリアクテイ
ブ・イオンエツチング装置の模式側断面図であ
る。

該装置は、アルミニウム等の金属基台１１にテ
フロン等の絶縁体１２を介して例えばアルミニウ
ムよりなり、内部に図示しない公知の静電チヤツ
ク機構及び図示しない水冷手段を具備した金属ス
テージ２が嵌め込まれる。

このステージ２には上面まで貫通する金属製の
熱伝導ガス導入管７が直に接続され、ステージ２
に可能な限り近づけた熱伝導ガス導入管７の端末
部に減圧弁等よりなる熱伝導ガス減圧手段６が機
械的、電気的に接続される。そしてこの減圧手段
６の入口側にはポリエチレン等の絶縁体配管１３
が接続され、この絶縁体配管１３から高圧の熱伝
導ガス例えば５気圧程度のヘリウム（He）ガス
が供給される。そしてこのステージ２は高周波電
源RFの高電位側に接続される。

ステージ２の上部には、その周縁部に配設した
石英等よりなる絶縁リング１４があり、またステ
ージ２には、深さ100μｍ程度の凹部１５が形成
される。

該基台１１上には、真空排気口１６を有するア
ルミニウム等の金属ベルジヤー１７がＯリング等
の真空パツキン１８を介してかぶせられ、金属ス
テージ２の上部に真空処理室１を形成している。

この金属ベルジヤー１７には上部に、金属製の
反応ガス導入管１９によつて該ベルジヤー１７に
固定され且つ電気的に接続された対向電極３がス
テージ２に平行に配設される。この対向電極３は
例えば反応ガス導入管１８を介し接地GNDされ
る。

上記対向電極３にはガス噴出孔２０が設けら
れ、反応ガス導入管１９から供給された反応G_R
は該ガス噴出孔２０から処理室１内へ導入され
る。

被加工基板４は被処理面を上に向けて、ステー
ジ２の上部に前記静電チヤツク機構により気密に
固定される。この際被加工基板４とステージ２の
凹部１５の間には100μｍ程度の空隙部５が形成
される。

そしてエツチング距離に際しては、上記基板４
とステージ２の間隙部５に減圧手段６で例えば
10Torr程度に減圧したHeガスを満たし、真空処
理室１には対向電極３のガス噴出孔２０から所定
流量の反応ガスG_Rを導入し、真空排気口１６か
ら所定の排気を行つて該処理室１内の反応ガス圧
を例えば0.1Torr程度に保ち、ステージ２と対向
電極３間に例えば13.56MHz、1KW程度の高出力
の高周波を印加して被加工基板４と対向電極３の
間に高密度のプラズマを生成せしめ、該プラズマ
で励起された高密度のイオン及びラジカルにより
被加工基板４面の高速エツチングがなされる。

かかる高速リアクテイブ・イオンエツチングに
おいては上記高密度のイオン及びラジカルの衝撃
により被加工基板４の温度は大きく上昇するが、
上記装置においては被加工基板４とステージ２の
間に熱伝導のよい上記圧力のHeガスが介在する
ので、基板４からステージ２への放熱が加速さ
れ、基板４の温度上昇幅は小さく抑えることがで
きる。そして熱伝導ガス減圧手段６は金属製の熱
伝導ガス導入管７により高周波電源の高電位が印
加されるステージ２に直に機械的、電気的に接続
されるので、減圧された熱伝導ガス即ちHeガス
は総てステージと等電位の中に閉じ込められるこ
とになり、該減圧Heガス中にプラズマ放電が発
生することがなく、従つてこれに電力を食われる
ことがなくなるので処理室１内のプラズマ出力は
安定し、且つ向上する。

なお、高圧のHeガス中には絶縁体配管１３を
用いてもプラズマ放電が発生することはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被加工基
板の温度上昇を低く抑え、且つエツチング・プラ
ズマの強度の安定した高速リアクテイブ・イオン
エツチング装置を形成することができる。

従つて夫々は半導体装置製造工程の自動化に有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す模式側断面図、第
２図は本発明の一実施例に係るリアクテイブ・イ
オンエツチング装置の模式側断面図、第３図は従
来のステージを示す模式側断面図である。 図において、１は真空処理室、２は金属ステー
ジ、３は対向電極、４は被加工基板、５は空隙
部、６は圧力調整手段（熱伝導ガス減圧手段）、
７は熱伝導ガス導入管、８は減圧側領域、１１は
金属基台、１２は絶縁体、１３は絶縁体配管、１
４は絶縁リング、１５は凹部、１６は真空排気
口、１７は金属ベルジヤー、１８は真空パツキ
ン、１９は金属製反応ガス導入管、２０はガス噴
出孔、GFは高周波電源、GNDは接地、G_Rは反応
ガスを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空処理室１内に、 高周波電源RFに接続されたステージ２と接地
   GNDされた対向電極３を有し、 且つステージ２上に載置される被加工基板４と
   該ステージ２との間に熱伝導ガスが満たされる空
   隙部５を有し、 該空隙部５に供給される熱伝導ガスの圧力調整
   手段６が、該減圧された熱伝導ガスを該空隙部５
   に供給する金属製の熱伝導ガス導入管７により該
   ステージ２に直に接続され、 これによつて該圧力調整手段６の少なくとも減
   圧側領域８と該熱伝導ガス導入管７とが該ステー
   ジ２と同電位に固定されてなることを特徴とする
   高周波プラズマエツチング装置。