JPH0775231B2

JPH0775231B2 - プラズマエッチング装置

Info

Publication number: JPH0775231B2
Application number: JP29357291A
Authority: JP
Inventors: すぴか真白
Original assignee: 日電アネルバ株式会社
Priority date: 1991-10-14
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH05109664A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プラズマエッチング
装置に係り、プラズマの発生に必要なガスの導入部を改
良したプラズマエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、相対向する電極間にガスを導入
し、導入したガスのプラズマを介してエッチング加工が
行なわれるプラズマエッチング装置が知られている。ガ
スの導入は、相対向する電極のいずれかの電極（被加工
物を支持する支持電極と対向した対向電極）の表面から
当該電極間に導入するようにしており、ガス導入部の材
質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、石英、アル
ミナ焼結体、グラファイト、ガラス状カーボンや、前記
グラファイトの表面を、例えば炭化珪素、熱分解カーボ
ン等の被膜で覆った複合材などが用いられてきた。

【０００３】また、上記いずれかの材質からなるガス導
入板には、相対向する電極との間にガスを導入するため
の穴が設けられるが、この穴は、前記電極間で生成され
るプラズマの均一性を確保するために複数にして格子状
に配置し、さらに電極と上記ガス導入板との間にスペー
サーリング等を設置することにより、電極とガス導入板
との間に間隙を設けて、全てのガス導入穴から均一にガ
スが噴出するような構造とすることが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アルミニウム、ステン
レス鋼などの材質を用い、これに多数の穴を機械的に開
けたガス導入板を用いた場合には、当該部材を構成する
アルミニウム、ニッケルなどがスパッタされ被加工物が
汚染されたり、被加工物上に不揮発性の反応生成物が残
ったり、被加工物（例えば半導体デバイス）の電気的特
性が劣化してしまったりするという問題点があった。

【０００５】上述したような被加工物の金属及び金属化
合物による汚染の問題を回避するためにガス導入板の材
質として、石英、アルミナ焼結体、グラファイト、ガラ
ス状カーボン等を用いることも行なわれているが、次に
述べるような問題があってどの材質もガス導入板として
満足すべき特性を全て備えているとはいい難かった。

【０００６】すなわち、石英をガス導入板として用いた
場合には、被加工物のＳｉＯ₂膜をエッチングする際
に、ガス導入板側の石英もエッチングされてしまうとい
う問題点があった。

【０００７】更に、石英のような誘電体をガス導入板と
して用いる場合には、電極間にその厚み分だけの誘電体
が挿入されることによりプラズマ発生のための供給電力
に減衰を生じさせることになるので、ガス吹き出し板の
厚みは通常３ｍｍ以下にしなくてはならない。この為、
３ｍｍ以下という厚さで、直径１５０ｍｍないし３００
ｍｍの通常の大きさの電極を覆う石英の円板を作り、こ
れに機械的に多数の穴を開けると強度的にかなりの無理
を生ずる。更に言えば、絶縁物を電極上においた場合に
は、電極の電位とその絶縁物の表面の電位が一致しない
ために、ガスを導入するための穴（ガス吹き出し穴）の
中に放電が入り易く、ガス吹き出し穴に放電が入るとス
パッタ現象により、穴径が徐々に大きくなって行くの
で、より放電が入り易くなりプラズマが著しく不均一に
なって使用不可能に至る。機械的に穴を開ける代りに、
多孔質焼結体を材料にして、その気孔をガス導入に利用
することも行なわれているが、９０オングストロームな
いし大きくしても３０００オングストロームの細かい気
孔径しか持たない焼結石英では、ＳｉＯ₂膜のエッチン
グなどを行なう場合、エッチング中にガスプラズマの反
応で生じた種々の反応生成物がガス吹き出し口（気孔）
に堆積し、穴が塞がれたり、ガス吹き出しに不均一が生
じてしまう、等々の問題点がある。

【０００８】また、グラファイトをガス導入板として用
いた場合には、電気的には問題がなく、プラズマに曝さ
れて、スパッタされた場合にも、一般に用いられるエッ
チング用のガスとグラファイトとの反応生成物は揮発性
なので問題がない。しかしながら、グラファイトは成形
加工時にバインダーとしてピッチ成分を混合して、焼成
されるために、ガスプラズマに曝されるとこのピッチか
らなる部分が骨材部分よりも化学反応性が大きいために
速く消耗してしまう結果、骨材部分を支持するものがな
くなって骨材が粒子のまま脱落すると言う現象が発生
し、この脱落した微粒子が被加工物上に付着することに
よる汚染が生じてしまうという問題点があった。

【０００９】前述したような、グラファイトの欠点を克
服するために、炭化珪素や、熱分解カーボンなどの材料
からなる被膜で、グラファイトの表面を覆って、粒子の
脱落を防ぐことも行なわれているが、成膜時の残留応力
や、被膜の材料とグラファイトとの熱膨脹係数の差によ
り、被膜を厚くすればする程剥離し易くなるので、これ
らの被膜の膜厚は、たかだか２００μｍ以下に制限され
る。このため、その表面がプラズマに曝され、絶えず侵
食されてしまうガス導入板としては、このような複合材
は被膜の厚みの変化につれて電気的、熱的性質が刻々変
ることになり不適当である。更に、表面の被膜がスパッ
タされて行き、基材のグラファイトが露出すると、粒子
の脱落がグラファイトの場合と同様に発生するようにな
り寿命と判断されるが、たかだか２００μｍの膜厚では
非常に短期間で部品交換が必要になるので不便である。

【００１０】また、ガラス状カーボンをガス導入部とし
て用いた場合にはグラファイトの成形材のような材質内
部のエッチング耐性のばらつきに起因するパーティクル
の発生はない。しかしながら、ガラス状カーボンは、非
常に高硬度である上にチッピングを起こし易く、ガス導
入のための細孔の加工が困難である。そのうえ、ガラス
状カーボンの場合には、プラズマに曝されて、高温にな
ると、熱衝撃により結晶化が起って、微結晶が生成さ
れ、この生成された微結晶が被加工物上に付着すること
による汚染が生じてしまうという問題点があった。

【００１１】更にまた、ガス導入板はプラズマに直接曝
されて加熱されるために何等かの手段により冷却し、そ
の温度を一定値以下に保つ必要があるが、石英、アルミ
ナ焼結体、グラファイト、ガラス状カーボン等の材料や
グラファイトを基材とする複合材でガス導入板を形成す
る場合、これらの材質では直接水冷を行なうための水路
の埋設加工が不可能である。このため、電極又は電極と
の間に介在させたスペーサーとの接触により間接的に冷
却を行なうことになる。このような条件において、ガス
を均一に噴出させるための間隙部分をガス導入板と電極
との間に設けると、ガス導入板と電極との間の熱の伝達
は間隙部の面積分だけ接触面積が減少して、悪化し、ガ
ス導入板の温度が上昇し易くなる。また、電極や電極と
の間のスぺーサーに接触してない部分では、ガス導入板
の面内方向に熱伝達されることになるので、前記の材
質、特に先に述べたような理由でガス導入板の厚みが制
限される石英やアルミナなどの絶縁物や、ガラス状カー
ボンなどの材質は、電極やスペーサーとの接触部分との
間に距離の差によってプラズマに曝されている面内で温
度ムラを生じ、特にＳｉＯ₂のエッチングなどではエッ
チングムラの原因となっていた。更に言えば、グラファ
イトも含めて、ガス導入板が長期間プラズマに曝されて
スパッタされることによりその厚みが減少すると、面方
向の熱伝達速度が小さくなるので、一層温度が上昇し易
くなり、面内での温度ムラも激しくなって、エッチング
ムラのみならず、エッチング特性の経時変化の原因にな
るという問題点もあった。

【００１２】

【課題を解決する為の手段】この発明は以上のような問
題点に鑑みてなされたもので、被加工物の汚染の発生を
少なくし、かつエッチングの均一性の向上を図ることが
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】この目的を達成するこの発明のプラズマエ
ッチング装置は、被加工物を支持した支持電極と、該支
持電極に対向させた対向電極との間に、ガスを導入し、
電極間に高周波電力を供給してプラズマを発生させて、
前記被加工物をエッチングするプラズマエッチング装置
において、前記対向電極の、支持電極と対向する面に、
ｃ軸を前記面に対して垂直とした、バルク熱分解カーボ
ンからなるガス導入板が、対向電極と間隙を保って設置
してあり、ガス導入板の外周部が対向電極と、電気的お
よび熱的に接触していると共に、ガス導入板には、前記
間隙と連通するガス吹き出し穴が設けてあることを特徴
としている。

【００１４】この構成を原理的に示したのが図１であ
る。図中、１はガスを導入するためのガスパイプ、２は
バルク熱分解カーボンからなるガス導入板、３はガス導
入板の内側に設けられた間隙部、４、６は放電させてプ
ラズマを発生させるための電極、５はイオンエッチング
などを行なうための被加工物、７は高周波電源、９はバ
ルク熱分解カーボンのｃ軸方向、９はガス導入板に設け
られたガスを電極間に導入するためのガス吹き出し穴を
表わす。前記バルク熱分解カーボンの結晶構造は六方晶
であり、Ｃ軸は図２に示したように、六角形の面に垂直
な方向である。

【００１５】図１において、ガスパイプ１を通して流入
したガスは、ガス導入板２の内側に設けられた間隙部３
の中を電極４の表面に沿って拡散し、ガス導入板２に設
けられたガス吹き出し穴９を通して電極４と電極６の間
に導入される。電極４と電極６との間に高周波電源７か
らの高周波電力を供給することによって、導入したガス
を電極間でプラズマ化して電極６に載置した被加工物５
がエッチングされる。

【００１６】

【作用】図１に示すように、ガスパイプ１を通して流入
したガスが、この発明に係わるガス導入板２の内側に設
けられた間隙部３の内部を予め拡散してからガス導入板
２に穿たれたガス吹き出し穴９を通って被加工物５に対
し均一な態様で吹き付けられる。また、ガスを電極４と
電極６との間に供給するガス導入板２としてバルク熱分
解カーボンを用いているため、ガス導入板２がたとえプ
ラズマに曝されても、アルミニウムなどの金属汚染源が
なく、特に弗素系ガスを用いた場合、反応生成物はほと
んど揮発性であり、被加工物５上に生成物が堆積されな
い。更に、バルク熱分解カーボンからなるガス導入板２
は、そのｃ軸８を電極４表面に垂直な方向に一致させる
ようにして構成されているので、電極４表面に平行な方
向への熱伝達係数がアルミニウム並に高いので、プラズ
マにより、ガス導入板２の表面が加熱されても、電極４
との接触部分に近い部分（外周部）と、内側に間隙部３
が存在する中央の部分との温度差が非常に小さく、エッ
チングムラの原因となるようなガス導入板２表面の温度
ムラを生じない。また、ガス導入板２全体が電極４との
接触部分から効率良く冷却されるので、ガス導入板２
は、プラズマに長時間繰り返して曝されても、その温度
の繰り返し再現性が保たれ、エッチング特性の良好な繰
り返し再現性が得られる。また、ガス導入板２をバルク
の熱分解カーボンとしたことにより、ガス導入板２がプ
ラズマによりスパッタされて長期にわたり侵食され、そ
の厚みを減じていっても、プラズマに曝される面の材質
は、不変であるから、ウェハーを汚染するような粒子の
発生がなく、熱的、電気的性質の変化は従来用いられて
いた材質に比べて小さいものとすることができる。さら
にまた、ガス導入板２を導電性のバルク熱分解カーボン
としたため、電力の損失が少なく、安定、かつ高密度の
プラズマを効率良く発生させることができる。

【００１７】

【実施例】図３にこの発明の実施例のプラズマエッチン
グ装置を示す。図中、１０ａ、１０ｂは電極４、６を冷
却するために形成した冷却水路、１１は処理槽を表わ
す。尚、図中１ないし９は図１に示すものにそれぞれ対
応するものである。

【００１８】図３において、予め排気され、真空にされ
た処理槽１１内にガスパイプ１を通して流入したガス
は、電極４とガス導入板２との間に形成された間隙部３
に広がる。そして、バルク熱分解カーボンからなるガス
導入板２に穿たれたガス吹き出し穴９を通過したガス
が、電極６上に載置した被加工物５に吹き付けられる。
この状態で電極４と電極６との間に高周波電源７によっ
て発生された高周波電力を供給すると、プラズマが電極
４、６間に発生し、被加工物５をエッチングすることが
できる。電極４、６は各々冷却水路１０ａ、１０ｂを流
れる冷却水により冷却されており、間接的に、ガス導入
板２や被加工物５がエッチング処理により高温になるこ
とを防いでいる。

【００１９】この際、ガス導入板２としてバルクの熱分
解カーボンを用いることで、プラズマによるスパッタ作
用でガス導入板２の表面が侵食され続けても、被加工物
５に対する金属汚染や剥離粒子による汚染を防ぐ効果が
全く変化しないという効果が得られる。

【００２０】ガス吹き出し穴９の直径は、０．２ｍｍな
いし１．０ｍｍに選ぶことで、穴部分に強放電が発生し
にくくなり、さらにガス導入板２の内側に間隙部３を設
け、電極４とガス導入板２との間を予め面方向にガスを
拡散させた上で、適当な間隔で設けられたガス吹き出し
穴９を通過させることで均一性良くガスを噴出させるこ
とができる。

【００２１】ガス導入板２の材質としてバルク熱分解カ
ーボンを用い、バルク熱分解カーボンのアズデポ面（as
depo 面、成長させたバルクの最終的な面）を無加工で
用いた場合には、石英や、アルマイト（アルミニウム陽
極酸化被膜）や、一般のグラファイトに比べ、耐触性に
優れ、たとえばＳｉＯ₂膜をエッチングするときに用い
られるＣＦ₄、ＣＨＦ₃などの弗素系ガスのプラズマに
よるエッチング速度も低いので長期間にわたって均一な
エッチングが可能である。

【００２２】間隙部３の距離（図中ｄ）は、電極面の方
向のガスの拡散が、ガス吹き出し穴９を通してガスが電
極４と電極６との間に導入される速さに比べて、十分に
速くなるように適当な厚みとする。例えば、ガス吹き出
し穴９の直径を、０．５ｍｍとし、１５，０００個／ｍ
²（直径１４５ｍｍの円内に２６０個に相当）の密度で
設けた場合、ｄは２ｍｍ程度が適当である。また、ガス
導入板２の厚み（ガス吹き出し穴９を設けた部分）は３
ｍｍ以上とするのが望ましい。この程度の厚みとすると
電力の損失も少なく、しかもプラズマに曝されてスパッ
タされ、厚みが減少しても電極面に平行する方向への熱
伝導が十分に行なわれ得る厚みがあるので長期にわたっ
て安定したエッチング特性を得ることが可能である。

【００２３】尚、上記実施例ではガスを導入する側の電
極４を接地するものとして説明したが、被加工物５の載
置された側の電極６側を接地するようにしても良い。ま
た、被加工物５を上側の電極の下面に支持し、下側の電
極の上面からガスが導入されるようにしても良い。

【００２４】更に、ガス導入板２の外周部と電極４の電
気的および熱的接触は、ガス導入板２の外周部に形成し
た肉厚の環状段部２ａと電極４を当接させる構造のほ
か、図４に示したように、アルミニウム、銅などの金属
リング１２を介在させた構造とすることもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、ガス導入板がプラズマによりスパッタされて長期に
わたり侵食され、その厚みを減じていっても、被加工物
に金属や、剥離粒子などによる汚染を生じることがな
く、かつ良好なエッチングの均一性とエッチングの繰り
返し再現性を得ることができる。電極間隔を小さくした
ナローギャップタイプのエッチング装置では被加工物の
エッチング特性は、被加工物の支持された電極に対向す
る電極の表面温度の影響を特に受け易いが、この発明に
よれば、ガス導入板の表面温度を均一にできるので、均
一なエッチングができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理的構成を示す図である。

【図２】バルク熱分解カーボンの結晶構造を示す図であ
る。

【図３】この発明の実施例の縦断面図である。

【図４】この発明の他の実施例の一部断面図である。

【符号の説明】

１ガスパイプ２ガス導入板３間隙部４、６電極５被加工物７高周波電源８バルク熱分解カーボンのｃ軸方向９ガス吹き出し穴１０ａ、１０ｂ冷却水路１１処理槽１２金属リング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を支持した支持電極と、該支持
電極に対向させた対向電極との間に、ガスを導入し、電
極間に高周波電力を供給してプラズマを発生させて、前
記被加工物をエッチングするプラズマエッチング装置に
おいて、前記対向電極の、支持電極と対向する面に、ｃ
軸を前記面に対して垂直とした、バルク熱分解カーボン
からなるガス導入板が、対向電極と間隙を保って設置し
てあり、ガス導入板の外周部が対向電極と、電気的およ
び熱的に接触していると共に、ガス導入板には、前記間
隙と連通するガス吹き出し穴が設けてあることを特徴と
するプラズマエッチング装置。