JPH06204181A

JPH06204181A - プラズマエッチング用電極板

Info

Publication number: JPH06204181A
Application number: JP4361434A
Authority: JP
Inventors: Seiji Minoura; 誠司箕浦; Taishin Horio; 泰臣堀尾; Tomoo Washimi; 友男鷲見
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマエッチングのエッチング均一性を改
善する。【構成】プラズマエッチング装置の容器の内壁上面に
固定された上部電極部材に取り付けて使用する電極板２
０に、中心から所定範囲の円形領域内に一定の分布密度
で反応ガス流通用の小孔ｈを設ける。円形領域内の中心
から所定範囲の小円形領域Ａ１内の小孔ｈの直径をその
外側の環状領域Ａ２の小孔ｈの直径より小さくする。こ
れにより、電極板全面から流出する反応ガスの密度が均
一にされ、プラズマエッチングの均一性が改善される。
また、各小孔ｈの開口の周縁部ｅに面取り加工を施し
て、周縁部を曲面形状にする。これにより、放電時にお
いて、開口の周縁部に電界集中が生じなく、電極板の磨
耗が少なくなり、基板上へのゴミの落下が抑えられてエ
ッチングの信頼性が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマエッチング用
電極板に係り、特に半導体基板のエッチング特性を改良
するプラズマエッチング用電極板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のプラズマエッチング用電
極板は、図６に示すように、円板形状の電極板１の中心
から所定の範囲の円形領域２内に一定の分布密度でかつ
同一径の多数の小孔ｈを設けていた。また、電極板に設
けられた小孔ｈの開口の周縁部は、なんらの加工も施さ
れておらず、鋭角なエッジであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
電極板１の所定の範囲の円形領域２内に一定の分布密度
でかつ同一径の小孔３を設けた場合、反応ガスは電極板
の中央上部から供給されるため、電極板からチャンバ内
への反応ガスの流れは電極板の中央部分に密になるた
め、下部電極及び上部電極板間に高周波電力を加えたと
き電極板中央部に比べて電極板外周部のプラズマ密度が
低くなる。この状態で、半導体基板の反応エッチングを
行うと、プラズマ密度の低い電極板外周部に加わる直流
バイアスが電極板中央部に比べて高くなるため、電極板
外周部のエッチング速度が速くなり、エッチングの均一
性が悪くなるという問題がある。なお、ここでエッチン
グの均一性とは、半導体基板内に形成される半導体チッ
プの総数に対するエッチング不良数の割合をいうものと
する。

【０００４】かかる問題に対し、例えば特開平２ー１９
８１３８号公報に示されているように、電極板の外周部
に向かうに従って小孔の配置の分布密度を増加させる
か、又は電極板の外周部に向かうに従って小孔の配置の
分布密度を減少させると共に孔径を大きくさせるかし
て、電極板の外周部からの反応ガスの供給量を多くする
ことにより、電極板間に形成されるプラズマ密度を均一
にして、エッチングの均一性を高めるようにしたものが
ある。しかし、この電極板を採用しても、エッチングの
均一性を５パーセント以下にすることは困難であり、さ
らにエッチングの均一性を高めることが望まれている。
特に、半導体集積回路等の半導体装置の微細化の傾向が
著しく、エッチングの均一性は、半導体装置の製造歩留
りを高める上で非常に重要になっている。

【０００５】また、これら電極板の小孔の開口周縁部
が、鋭角なエッジを有しているため、放電がエッジ部分
に集中し易く、エッジ部分における電極板の磨耗が著し
く、電極板材料の粉末が半導体基板上に落下して、エッ
チング歩留りを低下させるという問題がある。本発明
は、上記した問題を解決しようとするもので、ドライエ
ッチングの均一性を高めると共に小孔の開口周縁部の磨
耗の少ない電極板を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、上記請求項１に係る発明の構成上の特徴は、プラズ
マエッチング装置のチャンバ内の下部に取り付けられた
基板を載置する下部電極板と対向して同チャンバ内の上
部に取りつけられ、外部の反応ガス供給源から供給管を
介して供給される反応ガスを通過させてチャンバ内に導
く多数の小孔を備えた円板形状のプラズマエッチング用
電極板において、小孔をプラズマエッチング用電極板の
中心から所定範囲の円形領域内に一定の分布密度で設け
ると共に、同円形領域内の中心から所定範囲の小円形領
域に設ける小孔の直径を、同小円形領域の外側の環状領
域に設ける小孔の直径より小さくしたことにある。

【０００７】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、プラズマエッチング装置のチャンバ内の下部に
取り付けられた基板を載置する下部電極と対向して同チ
ャンバ内の上部に取りつけられ、外部の反応ガス供給源
から供給管を介して供給される反応ガスを通過させてチ
ャンバ内に導く多数の小孔を備えた円板形状のプラズマ
エッチング用電極板において、小孔の開口の周縁部に面
取り加工を施したことにある。

【０００８】

【発明の作用・効果】上記のように構成した請求項１に
係る発明においては、まず、小孔をプラズマエッチング
用電極板の中心から所定範囲の円形領域内に一定の分布
密度で設けることにより、電極板からの反応ガスの流出
位置を均一にさせる。さらに、円形領域内の中心から所
定範囲の小円形領域に設ける小孔の直径を、同小円形領
域の外側の環状領域に設ける小孔の直径より小さくした
ことにより、電極板中央の小円形領域における反応ガス
の流量を円形領周縁側の環状領域における反応ガスの流
量より少なくさせる。これにより、両領域間の反応ガス
の乱れを抑制しつつ電極板中央の反応ガスの密度を小さ
くして電極板周縁側の反応ガスの密度と均一にすること
ができた。その結果、電極板中央と周縁側において形成
されるプラズマ密度を均一にすることができ、基板のエ
ッチングの均一性を高めることができた。

【０００９】また、上記のように構成した請求項２に係
る発明においては、小孔の開口の周縁部に面取り加工を
施し、周縁部を滑らかにしたことにより、放電がエッジ
部分に集中することがなくなり、開口の周縁部における
電極板の磨耗が著しく減少し、基板上への電極板材料の
粉末の落下が抑えられた。その結果、粉末の落下による
不良が減少し、基板のエッチング歩留りを向上させるこ
とができた。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１は、本発明を適用したプラズマエッチング装置
を正面断面図により概略的に示したものである。このプ
ラズマエッチング装置は、円筒形状の金属製のチャンバ
１０を備えており、チャンバ１０は円板形状の台１１と
その上に載置された円筒形の容器１２とを設けている。
チャンバ１０内は、エッチング反応を行う反応室Ｒとし
て構成されており、容器１２を上方に移動させることに
より反応室Ｒは開放されるようになっている。台１１
は、中央に設けた穴に絶縁物製の電極支持台１３を取り
付けている。電極支持台１３の中央部には、シリコン半
導体基板１４ａを載置する下部電極部材１４が埋め込ま
れている。下部電極部材１４の下側には、電極支持台１
３を貫通して下部電極棒１３ａが下部電極部材１４に一
体的に取り付けられている。下部電極棒１３ａ内には下
部電極部材１４の内部空間に連通する冷却水循環経路
（図示しない）が設けられている。そして、下部電極棒
１３ａにはマッチング用コンデンサを介して高周波電源
１５が接続されている。また、台１１は接地されてい
る。

【００１１】容器１２の内壁上面には、円筒形の上部電
極部材１６が取り付けられている。上部電極部材１６の
底面には、反応ガス流通用の凹部１６ａが設けられてお
り、この凹部１６ａを被覆するようにして上部電極部材
１６の底面に、図１に示すように、円板状の電極板２０
がボルト止めされている。上部電極部材１６の上側に
は、容器１２を貫通して上部電極棒１７が上部電極部材
１６に一体的に取り付けられている。上部電極棒１７内
には上部電極部材１６の凹部１６ａに連なり、供給管１
７ａを介してガス供給源から反応ガスを凹部１６ａ内に
供給する供給路（図示しない）が設けられている。ま
た、上部電極棒１７内には下部電極部材１４の内部空間
に連通する冷却水循環経路（図示しない）が設けられて
いる。さらに、容器１２の側壁面には、反応ガスの排出
口１２ａが設けられている。

【００１２】電極板２０は、円板状の高純度黒鉛基材の
表面に熱分解炭素被膜のコーティングされたもので、図
２に示すように、直径約２００ｍｍφの円板である。こ
の電極板２０は、中心から１５０φの範囲内に一定のピ
ッチで小孔ｈが設けられており、この内中心から１０２
ｍｍφの部分Ａ１には直径０．６２φの小孔ｈが８２１
個設けられており、残りの環状部分Ａ２には直径０．８
５φの小孔ｈが９１２個設けられている。また、上記各
小孔ｈは、図５に示すように、開口の端部ｅが０．２ｍ
ｍ程度の範囲で面取り加工が施され、曲面状にされてい
る。

【００１３】なお、本実施例においては、電極板の効果
を調べるため、従来の電極板と、小孔の直径及び配列の
ピッチを変えた比較例１，２に係る電極板を用意した。
即ち、従来の電極板１は、図６に示すように、上記と同
様の素材の直径約２００ｍｍφの円板であり、電極板１
の中心から１５０φの範囲２内に３．０ｍｍピッチで直
径０．８５φの小孔ｈが１７３３個設けられている。ま
た、比較例１の電極板３０は、図３に示すように、上記
と同様の素材の直径約２００ｍｍφの電極板３０の中心
から１０２φの範囲Ｂ１内に６．０ｍｍピッチで、１０
２φから１５０φの範囲Ｂ２内に３．０ｍｍピッチで
０．８５ｍｍφの小孔ｈが１１０９個設けられている。
また、比較例２の電極板４０は、図４に示すように、上
記と同様の素材の直径約２００ｍｍφの電極板４０の中
心から１５０φの範囲内に３．０ｍｍピッチで小孔ｈが
設けられており、その中心から６８ｍｍφの部分Ｃ１に
は直径０．４φの小孔ｈが３６５個設けられており、６
８ｍｍφ〜１０２ｍｍφの環状部分Ｃ２には直径０．６
２φの小孔ｈが４４８個設けられており、残りの環状部
分Ｃ３には直径０．８５φの小孔ｈが８５４個設けられ
ている。

【００１４】次に、上記のように構成したプラズマエッ
チング装置の動作を説明する。酸化膜の形成されたシリ
コン半導体基板１４ａを下部電極部材１４上に載置し、
上部電極部材１６に電極板２０を取り付けて、台１１上
に容器１２を固定した後、真空装置（図示しない）によ
り反応室Ｒ内を高真空状態にすると共にシリコン半導体
基板１４ａ及び上下両電極部材１６，１４の温度上昇を
防ぐために冷却水が各部に導入される。その後、ガス供
給源から、所定量の反応ガスＣＦ₄が上部電極棒１７の
供給路を通して電極板２０の小孔ｈから反応室Ｒ内に供
給される。そして、高周波電源１５を通電させ、上部電
極部材１６及び下部電極部材１４間に高周波電圧を加え
ることにより、両電極部材間にグロー放電を起こさせ
る。この放電により反応ガスＣＦ₄が電離して、電子，
イオン，ラジカル等の生成物の混在するプラズマ状態が
形成される。これらイオン，ラジカル等がシリコン半導
体基板１４ａに引き寄せられ、基板表面の酸化膜と反応
してエッチングが開始される。

【００１５】このとき、電極板２０は、小孔ｈの分布密
度が一定で、中心から所定範囲の小円形領域における小
孔ｈの直径がその外側の環状領域に設ける小孔ｈの直径
より小さくなっているため、電極板２０中央の小円形領
域Ａ１から流出する反応ガスの流量は従来より少なくな
る。その結果、両者領域Ａ１，Ａ２間の反応ガスの乱れ
を抑制しつつ、電極板２０中央部の反応ガスの密度を周
縁側の反応ガスの密度と同等にされている。このような
均一な雰囲気中でエッチングの行われたシリコン半導体
基板１４ａについて、エッチングンの均一性（エッチン
グ不良率）及びエッチング速度を測定した。同様に、電
極板を上記従来のもの及び比較例１，２のものに取り替
えてシリコン半導体基板１４ａのシリコン酸化膜のエッ
チング試験を行った。この試験結果を下記表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１から、上記実施例に示す構成の電極板
を採用することにより、エッチングの均一性が３．３％
と従来例に比べて２％以上も改善された。すなわち、小
孔ｈの分布密度及び直径を、上記のように設定したこと
により、電極板全面からの反応ガスの流れが均一化さ
れ、電極間に形成されるプラズマ密度が均一にされた。
その結果として、シリコン半導体基板のエッチングの均
一性が改善されたのである。

【００１８】なお、上記電極板の小孔の径及び分布密度
は、一例であり、その値を変えることにより更なる特性
の改善を図ることが可能である。また、上記表１から明
らかなように、小孔の径及び分布密度を変更することに
より、エッチングレートはほとんど変化しなかった。な
お、比較例１即ち電極板周辺部の小孔ｈの分布を中央部
に比べて密にすることにより、エッチングの均一性は従
来例に比べて改善されているが、実施例の結果に比べる
と１％程度劣るものである。比較例２については、孔径
の変化が急激なため均一性が悪くなったものと考えられ
る。

【００１９】また、上記実施例においては、電極板２０
の開口の周縁部ｅに面取り加工を施し、周縁部ｅを曲面
形状のしたことにより、周縁部ｅへの電界集中が緩和さ
れるようになった。このため、面取り加工を施さず周縁
部が鋭角な従来の電極板に比べて周縁部ｅにおける電極
板２０の磨耗が少なくなり、電極板２０の寿命が高めら
れると共に半導体基板上へのゴミの落下が少なくなり、
これによる半導体基板の不良発生を抑制することができ
た。

【００２０】なお、上記実施例においては、電極板の材
料として高純度黒鉛基材の表面に熱分解炭素被膜のコー
ティングされたものを用いているが、熱分解炭素被膜の
コーティングしないもの、高純度ガラス状カーボン又は
高純度アルミニウム板等を用いるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプラズマエッチング装置の概
略構成を示す正面断面図である。

【図２】同実施例に係る電極板を概略的に示す正面図で
ある。

【図３】比較例１に係る電極板を概略的に示す正面図で
ある。

【図４】比較例２に係る電極板を概略的に示す正面図で
ある。

【図５】電極板の開口周縁部を詳細に示す部分断面図で
ある。

【図６】従来例に係る電極板を示す正面図である。

【符号の説明】

１０；チャンバ、１１；台、１２；容器、１４；下部電
極部材、１４ａ；シリコン半導体基板、１５；高周波電
源、１６；上部電極部材、２０；電極板、２１；取り付
け孔、Ａ１；小円形領域、Ａ２；環状領域、ｅ；開口周
縁部、ｈ；小孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマエッチング装置のチャンバ内の
下部に取り付けられた基板を載置する下部電極板と対向
して同チャンバ内の上部に取りつけられ、外部の反応ガ
ス供給源から供給管を介して供給される反応ガスを通過
させてチャンバ内に導く多数の小孔を備えた円板形状の
プラズマエッチング用電極板において、前記小孔を前記プラズマエッチング用電極板の中心から
所定範囲の円形領域内に一定の分布密度で設けると共
に、同円形領域内の中心から所定範囲の小円形領域に設
ける小孔の直径を、同小円形領域の外側の環状領域に設
ける小孔の直径より小さくしたことを特徴とするプラズ
マエッチング用電極板。
【請求項２】プラズマエッチング装置のチャンバ内の
下部に取り付けられた基板を載置する下部電極と対向し
て同チャンバ内の上部に取りつけられ、外部の反応ガス
供給源から供給管を介して供給される反応ガスを通過さ
せてチャンバ内に導く多数の小孔を備えた円板形状のプ
ラズマエッチング用電極板において、前記小孔の開口の周縁部に面取り加工を施したことを特
徴とするプラズマエッチング用電極板。