JPH06302555A - プラズマエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 クランプ板１９の本体１９ａがエッチングさ
れるのを防止し、ウエハ１４や装置の汚染を防止するこ
とができながら、しかもクランプ板１９とウエハ１４と
を同電位にして被エッチング膜の形状に悪影響を与えず
に被エッチング面でのプラズマエネルギーを小さくする
ことができ、例えばポリシリコン膜をエッチングする場
合の下地酸化膜が薄かったり、またパターンサイズが小
さかったりしてもプラズマによる下地酸化膜の変質を防
止することができ、下地酸化膜の耐電圧を高めることが
できるプラズマエッチング装置１０を提供する。 【構成】 エッチングガスの導入路１６、排気路１７、
上部電極１２、下部電極１３及び下部電極１３上にウエ
ハ１４を押圧固定するクランプ板１９等を備えたプラズ
マエッチング装置１０において、クランプ板１９の本体
１９ａが導電性の金属を用いて形成され、本体１９ａの
表面が下部電極１３に対向する一部分を除いて絶縁層１
９ｂで覆われているプラズマエッチング装置１０。

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装置
に関し、より詳細にはエッチングガスの導入路、排気
路、上部電極、下部電極及びクランプ板等を備え、ウエ
ハ上に集積回路を製造する際等に使用されるプラズマエ
ッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造においては、半導体ウエハ
上に微細なパタ−ンを形成する際、主にドライエッチン
グ装置が用いられている。

【０００３】ドライエッチング装置としては、これまで
種々の形式の装置が考案されており、集積度の高いＬＳ
Ｉの製造では微細パタ−ンを再現性良く形成することの
できる平行平板型のプラズマエッチング装置が多用され
ている。この種のプラズマエッチング装置は例えばウエ
ハのゲート酸化膜上にポリシリコン電極を形成する際に
用いられている。

【０００４】図４は従来のこの種プラズマエッチング装
置を示した模式的断面図であり、図中３０はプラズマエ
ッチング装置を示している。処理室１１の上方には上部
電極１２がセラミックシールド２０に支持されており、
この上部電極１２はアルミニウムにアルマイト処理が施
されて形成されている。また、上部電極１２の上方には
シ−ルプレ−ト１５が配設され、このシ−ルプレ−ト１
５の中央部にはエッチングガスの導入路１６が形成され
ており、エッチングガスの導入路１６はガス供給源（図
示せず）に接続されている。また、シ−ルプレ−ト１５
と上部電極１２との間にはバッフル板２１が介装されて
おり、このバッフル板２１に形成された開口部２１ａ及
び上部電極１２に形成された開口部１２ａから処理室１
１にエッチングガスが拡散されて供給されるようになっ
ている。また、セラミックシールド２０にはウエハ１４
を下部電極１３に固定するためのクランプ板２９が取り
付けられている。このクランプ板２９は図５に示したよ
うに本体２９ａがアルミニウム等の導電性の金属を用い
て形成され、本体２９ａの表面にはアルマイト処理が施
されて絶縁層２９ｂが形成されている。この絶縁層２９
ｂはエッチングの際に発生するプラズマによってクラン
プ板２９の本体２９ａがエッチングされるのを防止する
ために形成されたものであり、エッチングされた物質に
よるウエハ１４や装置の汚染が絶縁層２９ｂによって防
止されている。

【０００５】また、上部電極１２に対向して処理室１１
の下部には所定の距離を保って下部電極１３が配設され
ており、下部電極１３はアルミニウムを用いて形成され
ている。下部電極１３の内部には冷却水を循環させるた
めの冷媒循環路１８が形成されており、下部電極１３の
上面にはウエハ１４が載置されている。下部電極１３の
周囲は下部電極１３以外の電気的グランドがのぞかない
ようにテフロンまたはセラミックで覆われており、下部
電極１３の外周下方には排気路１７が配設されている。
また、上部電極１２及び下部電極１３には高周波電源２
２が接続されており、上部電極１２をアースし、下部電
極１３に高周波電力を印加する場合はＲＩＥモードとな
り、下部電極１３をアースし、上部電極１３に高周波電
力を印加する場合はプラズマモードとなる。

【０００６】このように構成されたプラズマエッチング
装置３０をプラズマモードに設定し、図６（ａ）に示し
たようにＳｉ基板３１上にＳｉＯ₂ 膜３２が形成され、
さらにポリシリコン膜３３が形成され、その上にレジス
ト３４のパターンが形成されたウエハのポリシリコン膜
３３をエッチングするには、まず該ウエハを被エッチン
グ面３５を上面にして下部電極１３上に載置する。次
に、上部電極１２とクランプ板２９とを備えたセラミッ
クシールド２０を降下させ、クランプ板２９により前記
ウエハを押圧固定する。この後、所定の真空度に設定し
た処理室１１内にエッチングガスの導入路１６からエッ
チングガスを供給し、下部電極１３をアースする。その
後、高周波電源２２から上部電極１２に高周波電力を印
加することによりエッチングガスをプラズマ化し、前記
ウエハのポリシリコン膜３３をエッチングし、レジスト
３４のパターン形状をポリシリコン膜３３に転写する
（図６（ｂ））。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のプラズ
マエッチング装置３０においては、ポリシリコン膜３３
をエッチングする際、上部電極１２に高周波電力を印加
することにより、前記ウエハの被エッチング面３５とク
ランプ板２９表面にはプラズマによる電子の層が生じ
る。クランプ板２９と前記ウエハとは絶縁層２９ｂによ
り絶縁されており、またポリシリコン膜３３及びレジス
ト３４と下部電極１３及びＳｉ基板３１とはＳｉＯ₂ 膜
３２により絶縁されているため、被エッチング面３５内
の電子はクランプ板２９側にもＳｉ基板３１を介して下
部電極１３側にも移動することができない。一方、クラ
ンプ板２９とウエハ１４との表面状態の相違に基づい
て、クランプ板２９とウエハ１４との間には被エッチン
グ面３５にプラズマが集中するような電位差が生じ、被
エッチング面３５へのプラズマ密度は高くなる。このよ
うにプラズマ密度が高くなると、被エッチング面３５に
当たるプラズマエネルギーが大きくなり、被エッチング
面３５はかなり大きな衝撃を受けることになる。

【０００８】また、被エッチング面３５内の電子が板２
９側にもＳｉ基板３１を介して下部電極１３側にも移動
することができないため、電子が露出したＳｉＯ₂ 膜３
２の弱い部分の中に多く入り込んでしまう。

【０００９】近年の下地酸化膜においては、ＬＳＩの高
集積化に伴って大幅なパターンサイズの微小化及び薄膜
化が進んできており、例えば２００Å程度の薄いＳｉＯ
₂ 膜３２上のポリシリコン膜３３をエッチングする場
合、従来の被エッチング面３５が受けるプラズマエネル
ギーの大きさでは衝撃が大き過ぎ、この衝撃によりＳｉ
Ｏ₂ 膜３２の弱い部分、例えば図７に示したＡの箇所に
おいて、ＳｉＯ₂ 膜４２の結晶格子が破壊されたり、Ｓ
ｉＯ₂ 膜４２内にプラズマがトラップされたりすること
がある。その結果、ＳｉＯ₂ 膜４２は局部的に変質し、
ＳｉＯ₂ 膜４２の絶縁性が低下してしまうという課題が
あった。また、通常のＤ−ＲＡＭでの使用電圧は０〜５
Ｖであるが、安全性を考慮して１５Ｖの電圧の印加でも
ＳｉＯ₂ 膜３２が絶縁性を有していることが要求されて
いるが、このような０〜１５Ｖの電圧を印加するデバイ
ス試験において不良品の発生率が高くなるという問題が
あった。

【００１０】そこで、このような問題を解決するため、
被エッチング面３５におけるプラズマの密度を低下させ
る方法として、プラズマエッチング装置３０を使用する
際の電力を下げる方法、圧力の低圧化を図る方法、及び
ギャップ幅すなわち電極間距離を長くする方法等が考え
られる。まず、電力を下げる方法ではエッチングガスを
プラズマ化する効率が低下するため、プラズマ密度が低
下する。また、処理室１１の圧力の低圧化する方法では
エッチングガス密度が低下するため、プラズマ密度が低
下する。さらに、電極間距離を長くする方法ではプラズ
マが存在する空間が広がるため、プラズマ密度が低下す
る。

【００１１】しかしながら、電力を下げた場合、ポリシ
リコン膜３３のエッチングレートが低下してしまい、ま
た圧力を低圧化した場合は、ポリシリコン膜３３のエッ
チングレート及び均一性が低下してしまう。さらに、電
極間距離を長くした場合は、ポリシリコン膜３３のエッ
チングレートの低下及びＳｉＯ₂ 膜４２の選択比の低下
が生じてしまう。また、これらの方法では被エッチング
面３５におけるプラズマの密度を低下させることはでき
ても、プラズマの拡散する方向が不安定となるため、レ
ジスト３４の形状が正しくポリシリコン膜３３に転写さ
れない。したがって、被エッチング膜の形状に悪影響を
与えることなくプラズマ密度を低くすることができない
という課題があった。

【００１２】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、クランプ板の本体がエッチングされるの
を防止し、ウエハや装置の汚染を防止することができな
がら、しかも前記クランプ板と前記ウエハとを同電位に
して被エッチング膜の形状に悪影響を与えずに被エッチ
ング面が受けるプラズマエネルギーを小さくすることが
でき、例えばポリシリコン膜をエッチングする場合の下
地酸化膜が非常に薄かったり、またパターンサイズが小
さかったりしてもプラズマによる下地酸化膜の変質を防
止することができ、下地酸化膜の耐電圧を高めることが
できるプラズマエッチング装置を提供することを目的と
している。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマエッチング装置は、エッチング
ガスの導入路、排気路、上部電極、下部電極及び該下部
電極上にウエハを押圧固定するクランプ板等を備えたプ
ラズマエッチング装置において、前記クランプ板の本体
が導電性の金属を用いて形成され、前記本体の表面が前
記下部電極に対向する一部分を除いて絶縁層で覆われて
いることを特徴としている。

【００１４】

【作用】上記した構成によれば、前記クランプ板の前記
本体が導電性の金属を用いて形成され、前記本体の表面
が前記下部電極に対向する一部分を除いて前記絶縁層で
覆われているので、エッチングの際、前記ウエハがクラ
ンプ板によって押圧固定されることにより、前記本体を
構成する導電性の金属と該ウエハの被エッチング面とが
接触し、前記本体と前記被エッチング面とが導通する。
このため、前記被エッチング面の電子が前記クランプ板
の本体内に流れ込み、前記ウエハと前記クランプ板とが
同電位となる。このため、プラズマが前記ウエハ上と前
記クランプ板上との広い領域に拡散することとなり、前
記被エッチング面におけるプラズマの密度が低くなる。
この場合はプラズマの方向性が変わらないため、被エッ
チング膜の形状に悪影響を与えることなく前記被エッチ
ング面に当たるプラズマエネルギーを小さくすることが
可能となり、該被エッチング面に与える衝撃を小さくす
ることが可能となる。

【００１５】このように、該被エッチング面における電
子の滞留が少なく、かつ該被エッチング面に与える衝撃
が小さくなるため、Ｓｉ基板上のＳｉＯ₂ 膜上に形成さ
れたポリシリコン膜をエッチングする際の前記ＳｉＯ₂
膜の膜厚が薄かったり、パターンサイズが小さかったり
する場合においても、前記ＳｉＯ₂ 膜の弱い部分に集中
的に電子が侵入することもない。これにより、該ＳｉＯ
₂ 膜における結晶格子の破壊及びプラズマのトラップが
防止され、エッチング終了後の前記ＳｉＯ₂ 膜の変質が
防止され、該ＳｉＯ₂ 膜の絶縁性の低下が防止されるこ
ととなる。

【００１６】また、前記上部電極に対向する前記クラン
プ板の表面は前記絶縁層で覆われているので、エッチン
グの際に前記本体がエッチングされるのが防止され、前
記ウエハや装置の汚染が防止される。

【００１７】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマエッ
チング装置の実施例及び比較例を図面に基づいて説明す
る。なお、実施例に係るプラズマエッチング装置の構成
は図４に示した従来のプラズマエッチング装置の構成と
略同様であるため、ここでは同じ部分の説明は省略し、
従来のものと相違する箇所についてのみその構成を説明
する。また、従来例と同一の構成部品には同一の符合を
付すこととする。図１（ａ）は実施例に係るプラズマエ
ッチング装置を示した模式的断面図、（ｂ）、（ｃ）及
び（ｄ）は実施例に係るクランプ板を示した模式的断面
図、平面図及び底面図である。図中１０はプラズマエッ
チング装置を示しており、クランプ板１９は本体１９ａ
が導電性の金属を用いて形成され、本体１９ａの表面が
下部電極１３に対向する一部分を除いて絶縁層１９ｂで
覆われている。クランプ板１９の外径は約３１６ｍｍ、
内径は約１４７ｍｍ、厚みは約６．４ｍｍに設定されて
いる。また、クランプ板１９の内円形状は図１（ｃ）、
（ｄ）に示したようにウエハ形状となっており、外周の
形状は円形状となっている。

【００１８】このようなクランプ板１９を作製するに
は、まずアルミニウムを用いて金属露出部分１９ｃとな
る突起部を有するクランプ板１９の本体１９ａを形成す
る。次に、本体１９ａの表面にアルマイト処理を施して
厚みが５０μｍの絶縁層１９ｂを形成し、本体１９ａの
表面を絶縁層１９ｂで覆う。この後、ウエハ１４を載置
した際にウエハ１４と接触するクランプ板１９の下面の
絶縁層１９ｂを削り、アルミニウムの本体１９ａを露出
させ、幅約１ｍｍの本体１９ａの金属露出部分１９ｃを
形成する（図１（ｂ）参照）。

【００１９】このように作製されたクランプ板１９を備
えた実施例に係るプラズマエッチング装置１０を使用
し、ウエハ１４として直径が６インチ、厚みが６２５μ
ｍのＪＥＩＤＡ規格のＳｉ基板上に厚みが２００ÅのＳ
ｉＯ₂ 膜が形成され、該ＳｉＯ₂ 膜上に厚みが４０００
Åのポリシリコン膜が形成され、該ポリシリコン膜上に
レジストパターンが形成されたものを用意し、ウエハ１
４の前記ポリシリコン膜をエッチングする。ウエハ１４
の被エッチング面を上にして下部電極１３上に載置し、
次に上部電極１２とクランプ板１９とを支持しているセ
ラミックシールド２０を降下させ、クランプ板１９によ
りウエハ１４を下部電極１３側に押圧固定する。この
後、所定の真空度に設定した処理室１１内にエッチング
ガスの導入路１６から反応ガスを供給し、下部電極１３
をアースする。その後、高周波電源２２から上部電極１
２に高周波電力を印加することによりエッチングガスを
プラズマ化し、ウエハ１４上の前記ポリシリコン膜をエ
ッチングし、レジストのパターン形状を前記ポリシリコ
ン膜に転写する。

【００２０】なお、上記エッチング処理はＨｅ（８０ｓ
ｃｃｍ）を希釈ガスとしたＨＢｒ（１２０ｓｃｃｍ）の
エッチングガスを用い、電極間距離を１．１ｃｍ、圧力
を３５０ｍＴｏｒｒの条件下で周波数が１３．５６ＭＨ
ｚの交流電力を２５０ｗ印加した。

【００２１】図２は上記実施例に係るプラズマエッチン
グ装置１０を用い、前記ポリシリコン膜をエッチングし
てポリシリコン電極を形成した場合の前記ＳｉＯ₂ 膜の
絶縁性を調べるために、実施例に係る１０枚のウエハに
おける２つの前記ポリシリコン電極間に５Ｖ、１０Ｖ及
び１５Ｖの高電圧を印加してデバイス試験を行ない、印
加電圧と不良品の発生率との関係を調べた結果を示した
グラフである。また、図３は比較例として従来のクラン
プ板２９（図５）を備えたプラズマエッチング装置３０
（図４）を用い、実施例の場合と同様にして印加電圧と
不良品の発生率との関係を調べた結果を示したグラフで
ある。

【００２２】図２及び図３から明らかなように、比較例
の装置を用いた場合、通常の使用電圧である０〜５Ｖの
印加では不良品の発生率が約１０％となり、また印加電
圧が１０Ｖでは約８％の不良品が発生し、印加電圧が１
５Ｖでは約２３％の不良品が発生し、全体の約４０％が
不良品となった。一方、実施例の装置を用いた場合に
は、印加電圧が５Ｖでは不良品の発生率が０％であり、
また印加電圧が１０Ｖではわずか２％程度であり、ほと
んどのものが正常であり、さらに印加電圧を１５Ｖに上
げた場合においても不良品の発生率は約７％と少なかっ
た。このように、全体として不良品の発生率が大幅に低
減され、前記ＳｉＯ₂ 膜の絶縁性が大幅に向上し、該Ｓ
ｉＯ₂ 膜の耐電圧が大幅に高められていることを確認す
ることができた。

【００２３】以上説明したように実施例に係るプラズマ
エッチング装置１０にあっては、クランプ板１９の本体
１９ａが導電性の金属を用いて形成され、本体１９ａの
表面が下部電極１３に対向する一部分を除いて絶縁層１
９ｂで覆われているので、エッチングの際、ウエハ１４
をクランプ板１９によって押圧固定することにより、金
属露出部分１９ｃとウエハ１４の被エッチング面とが接
触し、本体１９ａと前記被エッチング面とが導通する。
このため、該被エッチング面の電子がクランプ板１９の
本体１９ａ内に流れ込み、ウエハ１４とクランプ板１９
とが同電位となる。このため、プラズマを前記ウエハ上
とクランプ板１９上との広い領域に拡散させることがで
き、前記被エッチング面におけるプラズマ密度を低くす
ることができる。この場合はプラズマの方向性が変わら
ないため、被エッチング膜の形状に悪影響を与えること
なく前記被エッチング面に当たるプラズマエネルギーを
小さくすることができ、該被エッチング面に与える衝撃
を小さくすることができる。

【００２４】このように、該被エッチング面における電
子の滞留を少なく、かつ該被エッチング面に与える衝撃
を小さくすることができるため、Ｓｉ基板上のＳｉＯ₂
膜上に形成されたポリシリコン膜をエッチングする際の
前記ＳｉＯ₂ 膜の膜厚が薄かったり、またパターンサイ
ズが小さかったりする場合においても、前記ＳｉＯ₂膜
の弱い部分に集中的に電子が侵入することがない。これ
により、該ＳｉＯ₂ 膜における結晶格子の破壊及びプラ
ズマのトラップを防止し、エッチング終了後の前記Ｓｉ
Ｏ₂ 膜の変質を防止し、該ＳｉＯ₂ 膜の絶縁性の低下を
防止することができ、該ＳｉＯ₂ 膜の耐電圧を高めるこ
とができる。したがって、０〜１５Ｖの電圧を印加して
該ＳｉＯ₂ 膜の絶縁性を調べるデバイス試験において不
良品の発生率を低くすることができ、製造される製品の
信頼性を大幅に向上させることができる。

【００２５】また、上部電極１２に対向するクランプ板
１９の表面は絶縁層１９ｂで覆われているので、エッチ
ングの際に本体１９ａがエッチングされるのを防止する
ことができ、ウエハ１４や装置が汚染されるのを防止す
ることができる。

【００２６】なお、上記実施例では絶縁層１９ｂをアル
マイトにより形成した場合を例にとって説明したが、絶
縁層１９ｂをその他セラミック等により形成しても良
い。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マエッチング装置にあっては、クランプ板の本体が導電
性の金属を用いて形成され、前記本体の表面が下部電極
に対向する一部分を除いて絶縁層で覆われているので、
エッチングの際、ウエハを前記クランプ板によって押圧
固定することにより、前記本体を構成する導電性の金属
と前記ウエハの被エッチング面とを接触させることがで
き、前記本体と前記被エッチング面とを導通させること
ができる。これにより、該被エッチング面の電子を前記
クランプ板の前記本体内に流れ込ませることができ、前
記ウエハと前記クランプ板とを同電位にすることができ
る。このため、プラズマを前記ウエハ上と前記クランプ
板上との広い領域に拡散させることができ、前記被エッ
チング面におけるプラズマ密度を低くすることができ
る。この場合はプラズマの方向性が変わらないため、被
エッチング膜の形状に悪影響を与えることなく前記被エ
ッチング面に当たるプラズマのエッチングエネルギーを
小さくすることができ、該被エッチング面に与える衝撃
を小さくすることができる。

【００２８】このように、該被エッチング面における電
子の滞留を少なく、かつ該被エッチング面に与える衝撃
を小さくすることができることにより、Ｓｉ基板上のＳ
ｉＯ₂ 膜上に形成されたポリシリコン膜をエッチングす
る際の前記ＳｉＯ₂ 膜の膜厚が薄かったり、またパター
ンサイズが小さかったりする場合においても、該ＳｉＯ
₂ 膜の弱い部分に集中的に電子が侵入することがなく、
該ＳｉＯ₂ における結晶格子の破壊やプラズマのトラッ
プを防止することができる。これにより、エッチング終
了後の前記ＳｉＯ₂ 膜の変質を防止することができ、該
ＳｉＯ₂ 膜の絶縁性の低下を防止することができ、該Ｓ
ｉＯ₂ 膜の耐電圧を高めることができる。

【００２９】したがって、０〜１５Ｖの電圧を印加して
該ＳｉＯ₂ 膜の絶縁性を調べるデバイス試験において不
良品の発生率を低くすることができ、製造される製品の
信頼性を大幅に向上させることができる。

【００３０】また、前記上部電極に対向する前記クラン
プ板の表面は前記絶縁層で覆われているので、エッチン
グの際に前記本体がエッチングされるのを防止すること
ができ、前記ウエハや装置が汚染されることを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１の１】及び

【図１の２】（ａ）は本発明に係るプラズマエッチング
装置の実施例を示した模式的断面図であり、（ｂ）、
（ｃ）及び（ｄ）は実施例に係るクランプ板を示した模
式的断面図、平面図及び底面図である。

【図２】実施例に係るプラズマエッチング装置を用い、
薄いＳｉＯ₂ 膜上のポリシリコン膜をエッチングした場
合の印加電圧と不良品の発生率との関係を調べた結果を
示したグラフである。

【図３】従来のプラズマエッチング装置を用い、薄いＳ
ｉＯ₂ 膜上のポリシリコン膜をエッチングした場合の印
加電圧と不良品の発生率との関係を調べた結果を示した
グラフである。

【図４】従来のプラズマエッチング装置を示した模式的
断面図である。

【図５】従来のクランプ板を示した模式的断面図であ
る。

【図６】（ａ）及び（ｂ）はＳｉ基板上にＳｉＯ₂ 膜が
形成され、さらにポリシリコン膜が形成され、その上に
レジストのパターンが形成されたウエハにおけるポリシ
リコン膜のエッチング工程を示した模式的断面図であ
る。

【図７】薄いＳｉＯ₂ 膜上に形成されたポリシリコン膜
を従来のプラズマエッチング装置を用いてエッチングし
た場合にプラズマがトラップする箇所を示した模式的断
面図である。

【符合の説明】

１０ プラズマエッチング装置 １２ 上部電極 １３ 下部電極 １６ エッチングガスの導入路 １７ 排気路 １９ クランプ板 １９ａ 本体 １９ｂ 絶縁層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチングガスの導入路、排気路、上部
   電極、下部電極及び該下部電極上にウエハを押圧固定す
   るクランプ板等を備えたプラズマエッチング装置におい
   て、前記クランプ板の本体が導電性の金属を用いて形成
   され、前記本体の表面が前記下部電極に対向する一部分
   を除いて絶縁層で覆われていることを特徴とするプラズ
   マエッチング装置。