JPH05267235A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ドライエッチング装置において、電極寿命を延
ばし、パーティクルの発生を防止し、均一なエッチング
特性が得られるようにする。 ［構成］真空容器１０の中央部に上部電極１２と下部電
極１４とが一定の間隔をおいて互いに平行に配設され、
下部電極１４上に被処理体として半導体ウエハＷが載置
される。上部電極１２は、単結晶シリコンからなる円形
の板体であり、板面にはエッチングガスを通すための多
数の通気孔１２ａが形成されている。上部電極１２の裏
側には電極１２とほぼ同じ形状の背板３０が設けられ、
この背板３０にもエッチングガスを通すための多数の通
気孔３０ａが形成されている。上部電極１２は，背板３
０を介して冷却バャケット３２に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング装置
に係り、特に被処理体と向き合う側に配設される電極の
改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、平行平板型のドライエッチング
装置は、真空の反応容器内に対向配置した電極を設け、
一方の電極をアース電位に接続し、もう一方の電極に高
周波電圧を供給することで、両電極間に放電によるプラ
ズマを発生させ、このプラズマ中の反応性イオンをいず
れか一方の電極（普通は下部電極）上に載置された被処
理体たとえば半導体ウエハに電界の力で引っ張り込ん
で、エッチングを行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化膜（Ｓ
ｉＯ2 ）のエッチングを行う従来のドライエッチング装
置では、被処理体と向き合う側の電極（普通は上部電
極）をアモルファスカーボンで構成していた。しかし、
アモルファスカーボン電極には次のような種々の欠点が
あった。

【０００４】第１に、上部電極は、イオンが周期的（た
とえば高周波電圧の極性が負になっている時）に入射す
るためにスパッタ効果によってエッチングされるが、ア
モルファスカーボン電極で構成した場合は、完全に気化
せずに、カーボンの固まりとなって落下することがあ
る。アモルファスカーボンは、炭素分子が複雑に絡み合
った非晶質体であり、内部結合力が均一でなく、結合力
の強い部分と弱い部分とが混在している。このため、ス
パッタ効果によって結合力の弱い部分から局所的にエッ
チングされ、結果的に結合力の強い部分が固まった状態
で落下しやすく、これがパーティクルとなって半導体素
子の歩留まりを低下させていた。

【０００５】また、アモルファスカーボン電極は、アモ
ルファス化の製造上の限界から３ｍｍ程度までの厚さに
しか形成できないため、電極寿命が短く、メンテナンス
交換の回数が多かった。

【０００６】また、この種のエッチング装置では、電極
の温度がエッチングの均一性特性を左右するほど重要で
あるが、アモルファスカーボン電極は、熱伝導度がそれ
ほど良くないうえ、上記のように厚みが小さいため、電
極全体を均一温度に冷却するのが難しく、被処理体上で
均一なエッチング特性が得られなかった。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、電極寿命を延ばし、パーティクルの発生を防止
し、かつ均一なエッチング特性が得られるドライエッチ
ング装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のドライエッチング装置は、真空容器内で
対向して配置された電極間に高周波電圧を印加して前記
電極間にプラズマを発生させ、被処理体をエッチングす
るようにしたドライエッチング装置において、前記被処
理体が載置される一方の電極とは反対側の他方の電極を
単結晶シリコンで構成してなる構成とした。

【０００９】

【作用】被処理体と向き合う側の電極は、プラズマ中の
反応性イオンが当たり、スパッタ効果によってエッチン
グされる。また、単結晶シリコンで構成されるため、こ
の電極を任意の板厚につくることが可能であり、厚みを
大きくすることで、電極寿命を延ばすことができる。ま
た、単結晶シリコンは熱伝導率が良いため、この電極の
各部を均一に冷却することができ、それによって被加工
物の各部で均一なエッチング特性を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例による平行平板型ド
ライエッチング装置の構成を示す。このエッチング装置
において、真空容器１０の中央部に上部電極１２と下部
電極１４とが一定の間隔をおいて互いに平行に配設さ
れ、下部電極１４上に被処理体として半導体ウエハＷが
載置される。

【００１１】下部電極１４は、アルミニウムからなる円
板体で、アース電位に接続される。下部電極１４の内部
には、冷却水を流すための環状の流路１４ａが設けられ
ており、この流路１４ａに供給管１６および排水管１８
を介して冷却水供給装置（図示せず）からの冷却水が流
れることで、下部電極１４が冷却され、ひいてはウエハ
Ｗが冷却されるようになっている。

【００１２】下部電極１４の外周側には、たとえばセラ
ミックからなる断面Ｌ形のクランプリング２０が配置さ
れている。このクランプリング２０は、連結棒２２，２
４を介して反応容器１０の外側に設置されたエアシリン
ダ２６のピストンロッド２６ａに結合され、エアシリン
ダ２６より発生される加圧力でウエハＷを下部電極１４
に押し付けるように構成されている。下部電極１４の下
面には蛇腹状の電極支持体２８が設けられ、クランプリ
ング２０からの押圧力を弾力的に受け止めるようになっ
ている。

【００１３】上部電極１２は、単結晶シリコンからなる
円形の板体であり、板面にはエッチングガスを通すため
の多数の通気孔１２ａが形成されている。上部電極１２
の裏側には電極１２とほぼ同じ形状の背板３０が設けら
れ、上部電極１２はこの背板３０を介して冷却ジャケッ
ト３２の下端部にボルト３４で固定されている。背板３
０の板面にも上部電極１２の通気孔１２ａと対応する位
置にエッチングガスを通すための多数の通気孔３０ａが
形成されている。

【００１４】ガス室３６の上部にはガス供給管３８の供
給口が臨んでおり、エッチングガス供給源（図示せず）
よりエッチングガスとして、たとえばＣＦ3 ／ＣＦ4 ／
Ａｒの混合ガスがガス供給管３８を介してガス室３６に
導入され、ガス室３６に導入されたエッチングガスは背
板３０および上部電極１２の通気孔３０ａ，１２ａを通
って下方のウエハＷに吹き付けられるようになってい
る。

【００１５】冷却ジャケット３２は、たとえばアルミニ
ウムからなる有底筒状の金属部材を逆さにしたもので、
円板部内には環状の流路３２ａが設けられており、この
流路３２ａに供給管４０，排水管４２を介して冷却水供
給装置（図示せず）からの冷却水が流れることにより、
冷却ジャケット３２が冷却され、ひいては背板３０を介
して上部電極１２が冷却されるようになっている。ま
た、冷却ジャケット３２には高周波電源４４が接続され
ており、この高周波電源４４より、たとえば３８０ＫＨ
ｚの高周波電圧が冷却ジャケット３２および背板３０を
介して上部電極１２に供給される。

【００１６】冷却ジャケット３２の回りには、環状の支
持板４６が反応容器１０の上部開口縁部に担持されるよ
うにして取付され、この支持板４６の段部４６ａに冷却
ジャケット３２のフランジ部３２ｂが載ることで、冷却
ジャケット３２、背板３０および上部電極１２が支持さ
れている。支持板４６の下端部には、上部電極１２の周
縁部に掛かるようにして断面Ｌ形のカバー板４８がボル
ト４９で取付されている。このカバー板４８によってプ
ラズマイオンがウエハＷに向けられるようになってい
る。

【００１７】なお、反応容器１０の側壁には、ウエハＷ
を出し入れするためのゲートバルブ５０、およびエッチ
ングによって気化した反応生成物を排出するための排気
管５２が設けられている。

【００１８】かかるエッチング装置において、上部電極
１２と下部電極１４との間に高周波電圧が印加されるこ
とにより、両電極間にプラズマが発生し、このプラズマ
雰囲気中に送り込まれたエッチングガス（ＣＦ3 ／ＣＦ
4 ／Ａｒの混合ガス）からフッ素活性種Ｆ＊および反応
性イオンＣＦ3⁺，ＣＦ4⁺，Ａｒ⁺ が生成され、これらの
活性種および反応性イオンが下部電極１４上のウエハＷ
に降下または入射することで、ウエハＷ表面の酸化膜
（ＳｉＯ2 ）がエッチングされる。

【００１９】このようなエッチングの処理中に、上部電
極１２は、周期的（高周波電圧の極性が負の時）にプラ
ズマ中の反応性イオンＣＦ3⁺，ＣＦ4⁺，Ａｒ⁺ が入射
し、スパッタ効果によってエッチングされる。本実施例
の上部電極１２は、単結晶シリコンからなるため、シリ
コン原子の結合が強く、かつ結合力が均一であるため、
電極表面が均一にエッチングされる。スパッタされたシ
リコン原子はフッ素活性種Ｆ＊と反応してＳｉＦに気化
し、排気される。したがって、上部電極１２から固まり
状のものが落下するおそれはなく、パーティクルが発生
しない。

【００２０】また、上部電極１２は、単結晶シリコンで
構成されるため、任意の厚さにつくることが可能であ
る。したがって、上部電極１２の厚みを大きくすること
で、電極寿命を延ばして交換周期を長くし、メンテナン
ス作業員の負担を軽減することができる。

【００２１】また、単結晶シリコンは、高い熱伝導度を
有するため、上部電極１２の各部は均一に冷却される。
特に、電極の厚みを大きくし、さらにはアルミニウム等
の熱伝導体からなる背板３０を設けることで、上部電極
１２の各部を（特に中心部と周縁部とを）均一な温度に
冷却することができる。これにより、上部電極１２の各
通気孔１２ａより均一な温度でエッチングガスが供給さ
れるため、下方のウエハＷにおいては外周部と中心部と
で均一なエッチング特性が得られる。

【００２２】図２および図３につきこの点の作用効果を
説明する。図２は、酸化膜にコンタクトホールを形成す
る場合のウエハ表面の構造を示す。この場合、フォトレ
ジスト膜に形成された開口部内にイオンＡｒ⁺ が入射し
て、開口部の底のＳｉＯ2 をスパッタし、スパッタされ
たＳｉＯ2 が活性種Ｆ＊と反応してＳｉＦに気化するこ
とで、酸化膜の異方性エッチングが行われる。この開口
部付近には、概念的に粒状に示すようにデポガス（Ｃ
Ｆ）が浮遊ないし付着しており、このデポガスの存在に
よってイオンＡｒ⁺ の入射が妨げられる。開口部の底に
おけるデポガスの付着量は、上部電極および下部電極の
それぞれの温度の相関関係によって決まるが、温度が高
い場所ほど付着量が多くなり、そのぶんスパッタ効果が
弱まり、エッチング速度が下がる。

【００２３】従来装置においては、アモルファスカーボ
ンからなる上部電極の熱伝導性がよくないため、この電
極の各部が均一に冷却されず、電極中心部の温度が電極
周縁部の温度よりも高くなってしまい、このため、ウエ
ハ周縁部よりもウエハ中心部のほうでデポガスが多めに
付着し、図３の（Ｂ）に示すように、コンタクトホール
の形状にバラツキが生じた。

【００２４】これに対し、本実施例の装置においては、
単結晶シリコンからなる上部電極１２の電極全体が均一
に冷却され、電極中心部も電極周縁部も等しい温度にな
るため、ウエハＷの各部で均一なエッチングが行われ、
図３の（Ａ）に示すように、ウエハＷの各部で均一形状
のコンタクトホールが得られる。

【００２５】上記した実施例では、下部電極１４をアー
ス電位にして、上部電極１２に高周波電圧を供給した
が、これと反対に、上部電極１２をアース電位にして、
下部電極１４に高周波電圧を供給したり、あるいは両電
極１２，１４に高周波電圧を供給することも可能であ
り、任意のプラズマ発生方法を使用することができる。
また、上記実施例の装置は平行平板型のドライエッチン
グ装置であったが、他の型式のドライエッチング装置、
たとえばマグネトロンエッチング装置、ＥＣＲエッチン
グ装置等にも本発明を適用することが可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のドライエ
ッチング装置によれば、被処理体が載置される一方の電
極とは反対側の他方の電極を単結晶シリコンで構成する
ことによって、該電極からのパーティクルの発生が防
止され、被処理体製品の歩留まりが向上する、該電極
を任意の厚さにつくることが可能であり、厚めの電極板
とすることで、電極寿命が延び、メンテナンス作業が簡
単になる、該電極の各部を均一に冷却することが可能
であり、被加工物において均一なエッチング特性を得る
ことができる等の格別な作用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるドライエッチング装置
の構成を示す断面図である。

【図２】酸化膜にコンタクトホールを形成する場合の半
導体ウエハ表面の構造を示す図である。

【図３】実施例の装置および従来装置によってそれぞれ
得られるコンタクトホールの形状を示す図である。

【符号の説明】

１０ 反応容器 １２ 上部電極 １４ 下部電極 ３０ 補強板 ３２ 冷却ジャケット ４４ 高周波電源 Ｗ 半導体ウエハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器内で対向して配置された電極間
   に高周波電圧を印加して前記電極間にプラズマを発生さ
   せ、一方の電極上に配置された被処理体をエッチングす
   るようにしたドライエッチング装置において、 前記被処理体が配置される一方の電極とは反対側の他方
   の電極を単結晶シリコンで構成してなることを特徴とす
   るドライエッチング装置。