JPH08339988A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】例えばウエハの中心部分と周辺部分との間でエ
ッチングレートの差によってエッチングが不均一になる
といった問題を解決することができ、しかも種々のプロ
セスに柔軟に対応し得るドライエッチング装置を提供す
る。 【構成】ドライエッチング装置は、対向する上部電極１
０と下部電極２０を備えており、上部電極１０は中心電
極部１１と周辺電極部１２とから成り、下部電極２０と
中心電極部１１若しくは周辺電極部１２との間の距離を
可変とするための昇降装置１３が備えられている。

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
に関し、より詳しくは、半導体装置の製造において微細
加工に適したドライエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドライエッチング法は、所定の領域のみ
を選択的にエッチングすることが可能な技術であり、微
細加工が必要とされる半導体装置、例えばＵＬＳＩの製
造プロセスにおいて重要なプロセスの１つである。半導
体素子が微細化する一方で、ウエハ径は大きくなる傾向
にあり、現在、８インチウエハを用いた半導体装置の製
造が主流になりつつある。

【０００３】図５に、従来のドライエッチング装置の一
種である平行平板型の反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）装置の概要を示す。このドライエッチング装置にお
いては、上部電極（アノード電極）１０及び下部電極
（カソード電極）２０が、対向して反応室（チャンバ
ー）４０内に配置されている。上部電極１０は接地さ
れ、下部電極２０には高周波（ＲＦ）パワー源２１から
高周波電界が印加される。上部電極１０は支持パイプ１
５によって側壁３１に取り付けられている。被エッチン
グ物であるウエハ５１は、クランプ３４によって下部電
極２０上に固定される。上部電極１０の上方には反応ガ
ス導入部３７が配設されており、反応ガスが、反応ガス
導入部３７から、上部電極１０に設けられた多数の開口
部（図示せず）を介して反応室４０内に供給される。

【０００４】このような構造を有するドライエッチング
装置においては、下部電極２０に高周波電界を印加しな
がら、適当な流量及び濃度の反応ガスを反応室４０内に
導入すると、上部電極１０と下部電極２０との間でプラ
ズマが発生する。かかるプラズマ中のイオンは、高周波
電界により、下部電極２０上のウエハ５１に垂直に入射
し、ウエハ５１の表面に形成された薄膜（例えば、絶縁
膜や配線層）をエッチングする。尚、反応室４０内のガ
スは、側壁３１若しくは基部３０に設けられた排気部
（図示せず）から系外に排気される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上部電極１０と下部電
極２０との間で発生するプラズマ密度が均一であれば、
ウエハ５１の全面におけるイオンの照射量はほぼ均一と
なり、その結果、ウエハ５１の面内におけるエッチング
状態も均一になる。しかしながら、実際には、プラズマ
密度は、電極の端部に近づくほど低下する。そのため、
ウエハ５１の中心部分と周辺部分ではエッチングレート
に差異が生じる。

【０００６】ウエハ径が大きくなるに伴い、特に、ウエ
ハの中心部分と周辺部分との間のエッチングレートの差
によるエッチングの不均一性といった問題が顕著になっ
ている。現在の技術では、８インチウエハにおいて、ウ
エハの中心部分におけるエッチングレートと、周辺部分
におけるエッチングレートの差を、±５％以内に収める
ことは困難であるし、ウエハの中心部分と周辺部分で、
エッチング後のパターン形状に相違が生じる場合すらあ
る。

【０００７】平坦な上部電極を備えたマグネトロン型Ｒ
ＩＥ装置を使用して、コンタクトホールを形成するため
に、ウエハ上に形成された絶縁層に開口部を形成する場
合、例えば磁場の変動や反応ガスの流れの状態の変動に
よって、ウエハの中心部分において形成された開口部に
強い順テーパ（開口部の上部の径が底部の径よりも大き
く、開口部の側壁が傾斜した状態）が形成されたり、場
合によってはエッチングができなくなるといった問題が
生じる。

【０００８】このような問題を回避する手段として、上
部電極の中心部分に膨らみを持たせた構造を採用したド
ライエッチング装置が知られている。しかしながら、こ
のような構造を有する上部電極を備えたドライエッチン
グ装置を、コンタクトホール形成以外のプロセスに適用
した場合、上部電極からウエハまでの距離がウエハの中
心部分と周辺部分との間で相違するために、例えば、エ
ッチングの均一性、エッチング後のパターン形状、エッ
チングすべき薄膜とシリコンとの間の選択比の全てを満
足するエッチング条件を得ることができないという問題
がある。

【０００９】上部電極を昇降可能な構造とし、エッチン
グ条件を変えたとき、上部電極と下部電極との間の距離
を変化させ得るドライエッチング装置も知られている。
しかしながら、このような構造を有するドライエッチン
グ装置においても、ウエハの中心部分と周辺部分との間
のエッチングレートの差によってエッチングが不均一に
なるといった問題を解決することはできない。

【００１０】中心及び周辺の上部電極と下部電極との間
の距離をプロセスに応じて柔軟に変化させ得るドライエ
ッチング装置は、発明者の調べた限りでは無く、現状で
は、各プロセスに合わせてドライエッチング装置を使い
分けている。

【００１１】従って、本発明の目的は、例えばウエハの
中心部分と周辺部分との間でエッチングレートの差によ
ってエッチングが不均一になるといった問題を解決する
ことができ、しかも種々のプロセスに柔軟に対応し得る
ドライエッチング装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のドライエッチング装置は、対向する上部電
極と下部電極を備えており、上部電極は中心電極部と周
辺電極部とから成り、下部電極と中心電極部若しくは周
辺電極部との間の距離を可変とするための昇降装置が備
えられていることを特徴とする。この場合、周辺電極部
を固定とし、昇降装置を中心電極部に取り付けて、下部
電極と中心電極部との間の距離を可変とする態様、中心
電極部を固定とし、昇降装置を周辺電極部に取り付け
て、下部電極と周辺電極部との間の距離を可変とする態
様を挙げることができる。

【００１３】本発明のドライエッチング装置において
は、中心電極部の面積は、被エッチング物の面積の０．
１６乃至０．４９倍であることが好ましいが、かかる範
囲に限定されるものではない。中心電極部の面積が被エ
ッチング物の面積の０．１６倍未満では、被エッチング
物の全面におけるイオンの照射量をほぼ均一化すること
ができ難くなる場合がある。一方、中心電極部の面積が
被エッチング物の面積の０．４９倍を越える場合、上部
電極を中心電極部と周辺電極部の２つに分けた意味がな
くなることがある。

【００１４】本発明のドライエッチング装置は、基本的
には、対向する上部電極と下部電極を備えたドライエッ
チング装置であれば如何なる装置であってもよく、平行
平板型のプラズマエッチング装置、平行平板型の反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）装置、トライオード型装
置、マグネトロン型装置を例示することができる。

【００１５】

【作用】本発明においては、昇降装置を作動させること
によって、下部電極と中心電極部若しくは周辺電極部と
の間の距離を可変とすることができるので、下部電極と
中心電極部及び周辺電極部との間の距離を適切に制御で
き、これによって、電極の中心部と周辺部のプラズマ密
度を自由に調整でき、被エッチング物の全面におけるイ
オンの照射量をほぼ均一化することもできる。その結
果、被エッチング物の面内におけるエッチング状態が均
一になり、被エッチング物の中心部分と周辺部分でエッ
チングレートに差異が生じることを効果的に抑制するこ
とができる。また、コンタクトホールの形成プロセス及
びそれ以外のプロセスに適用した場合であっても、下部
電極と中心電極部若しくは周辺電極部との間の距離を適
切に制御することで、例えば、エッチングレート、エッ
チング後のパターン形状、エッチングすべき薄膜とシリ
コンとの間の選択比の全てを被エッチング物の面内にお
いて均一にするエッチング条件を得ることが可能にな
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００１７】（実施例１）ドライエッチング装置の一種
である実施例１のトライオード型ＲＩＥ装置の模式的な
断面図を、図１の（Ａ）に示す。このドライエッチング
装置は、所謂平行平板型のＲＩＥ装置であり、上部電極
（アノード電極）１０及び下部電極（カソード電極）２
０が、対向して反応室（チャンバー）４０内に配置され
ている。反応室４０は、基部３０、側壁３１及び上部部
材３３によって構成されている。上部電極１０は接地さ
れている。また、側壁３１には、プラズマ発生のため
に、高周波（ＲＦ）パワー源３２から高周波電界が印加
される。一方、下部電極２０には、バイアス生成のため
に、高周波（ＲＦ）パワー源２１から高周波電界が印加
される。

【００１８】上部電極１０は、電気的に絶縁された状態
で、支持パイプ１５によって側壁３１に取り付けられて
いる。例えばウエハから成る被エッチング物５０は、ク
ランプ３４によって下部電極２０上に固定される。下部
電極２０、被エッチング物５０及びクランプ３４の気密
保持のために、シール部材３５が配設されている。

【００１９】図１の（Ｂ）に上部電極１０の模式的な平
面図を示す。上部電極１０は、中心電極部１１と周辺電
極部１２とから成る。また、図１の（Ａ）に示すよう
に、アクチュエータ若しくは流体作動のシリンダーから
成る昇降装置１３が中心電極部１１に取り付けられてい
る。尚、昇降装置１３は、取付部材１４を介して上部部
材３３に取り付けられている。昇降装置１３の作動によ
って、下部電極２０と中心電極部１１との間の距離を可
変とすることができる。上部電極１０及び側壁３１は、
表面をアルマイト加工したアルミニウムから作製すれば
よい。酸化膜をエッチングしない場合には、上部電極１
０及び側壁３１の表面を石英で保護した構造とすること
もできる。８インチウエハから成る被エッチング物のエ
ッチングを行う場合、例えば、中心電極部１１の外径を
５インチ、周辺電極部１２の外径を１２インチとした。
尚、下部電極２０と対向する中心電極部１１及び周辺電
極部１２のそれぞれの面は平坦とした。

【００２０】反応ガスは、図示しない反応ガス源から支
持パイプ１５内を経由して上部電極１０の周辺電極部１
２に送られる。そして、周辺電極部１２に設けられた多
数の開口部（図示せず）を介して反応室４０内に供給さ
れる。反応室４０内のガスは、周辺電極部１２の外側と
側壁３１の間の空間を経由して、上部部材３３に設けら
れた排気部（図示せず）を介して系外に排気される。

【００２１】このような構造を有する実施例１のドライ
エッチング装置においては、下部電極２０及び側壁３１
に高周波電界を印加しながら、適切な流量、濃度及び組
成の反応ガスを反応室４０内に導入すると、上部電極１
０と下部電極２０との間でプラズマが発生する。かかる
プラズマ中のイオンは、高周波電界により、下部電極２
０上の被エッチング物５０に垂直に入射し、被エッチン
グ物５０の表面に形成された薄膜（例えば、絶縁膜や配
線層）をエッチングする。

【００２２】この際、昇降装置１３を作動させることに
よって、下部電極２０と中心電極部１１との間の距離
（言い換えれば、下部電極２０上に載置された被エッチ
ング物５０と中心電極部１１との間の距離）を可変とす
ることができるので、下部電極と中心電極部及び周辺電
極部との間の距離を最適化することができる。例えば、
或る種のドライエッチングにおいては、下部電極２０の
上面から、かかる面と対向する中心電極部１１及び周辺
電極部１２のそれぞれの面までの距離を等しくし、他の
ドライエッチングにおいては、下部電極２０の上面から
かかる面と対向する中心電極部１１までの距離を、下部
電極２０の上面からかかる面と対向する周辺電極部１２
までの距離よりも短くする。

【００２３】これによって、被エッチング物５０の中心
部分と周辺部分でエッチングレートに差異が生じること
を効果的に抑制することができる。また、種々のエッチ
ングプロセスに実施例１のドライエッチング装置を適用
した場合であっても、下部電極２０と中心電極部１１と
の間の距離を適切に制御することで、例えば、エッチン
グの均一性、エッチング後のパターン形状、エッチング
すべき薄膜とシリコンとの間の選択比の全てを満足する
エッチング条件を得ることが可能になる。

【００２４】（実施例２）実施例２のドライエッチング
装置の一種である平行平板型ＲＩＥ装置の模式的な断面
図を、図２に示す。実施例２が実施例１と相違する点
は、側壁３１も接地されている点にある。また、反応室
４０内のガスが、側壁３１若しくは基部３０に設けられ
た排気部（図示せず）から系外に排気される点の相違す
る。このような構造とすることで、昇降装置１３を反応
室４０の外部に配設することが可能となり、昇降装置１
３の保守や点検が容易になる。但し、この場合、昇降装
置１３と反応室４０との間の気密を保持するために、昇
降装置１３と上部部材３３の間にシール部材３６を配設
する必要がある。

【００２５】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。ドライエッチング装置の構造は例示であり、適
宜設計変更することができるし、電極への高周波電界の
印加も適宜変更することができる。また、例えば、反応
ガスを支持パイプ１５、周辺電極部１２を介して反応室
４０に導入する代わりに、上部部材３３に反応ガス導入
部を設け、かかる反応ガス導入部及び周辺電極部１２に
設けられた多数の貫通孔を介して反応ガスを反応室４０
内に導入することもできる。尚、レジストを除去するた
めのドライアッシング装置（例えば、プラズマアッシン
グ装置）も、本発明のドライエッチング装置に包含され
る。

【００２６】上部電極１０の断面形状は、適宜変更する
ことができる。例えば、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示す
ように、下部電極２０と対向する周辺電極部１２の面を
中心電極部１１に向かって膨らみを持たせたり、下部電
極２０と対向する中心電極部１１の面に膨らみを持たせ
たりすることができる。

【００２７】また、実施例においては、専ら、昇降装置
１３を中心電極部１１に取り付けた例を示したが、図４
に模式的な断面図を示すように、昇降装置１３を周辺電
極部１２に取り付け、中心電極部１１を固定としてもよ
い。これによって、昇降装置１３を作動させることで、
下部電極２０と周辺電極部１２との間の距離を可変とす
ることができるので、被エッチング物５０の中心部分と
周辺部分でエッチングレートに差異が生じることを効果
的に抑制することができる。また、種々のエッチングプ
ロセスにかかるドライエッチング装置を適用した場合で
あっても、下部電極２０と周辺電極部１２との間の距離
を適切に制御することで、例えば、エッチングの均一
性、エッチング後のパターン形状、エッチングすべき薄
膜とシリコンとの間の選択比の全てを満足するエッチン
グ条件を得ることが可能になる。

【００２８】更には、中心電極部１１と周辺電極部１２
のそれぞれに昇降装置を取り付ければ、下部電極２０と
中心電極部１１との間の距離、下部電極２０と周辺電極
部１２との間の距離のそれぞれを細かく制御することが
でき、被エッチング物５０の中心部分と周辺部分でエッ
チングレートに差異が生じることを一層効果的に抑制す
ることができる。また、実施例においては、中心電極部
１１や周辺電極部１２を１つとしたが、中心電極部１１
や周辺電極部１２を複数の同心円のリング状とし、リン
グ状の中心電極部若しくは周辺電極部のそれぞれを、個
別に設けられた昇降装置によって上下させることもでき
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明においては、下部電極と中心電極
部若しくは周辺電極部との間の距離の最適化を図ること
ができるので、被エッチング物の中心部分と周辺部分と
でエッチングレートに差異が生じることを効果的に抑制
することができ、被エッチング物全面に亙って均一の加
工を行うことができる。また、１台のドライエッチング
装置で各種エッチングプロセスを最適なエッチング条件
にて実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のドライエッチング装置の模式的な断
面図、及び上部電極の模式的な平面図である。

【図２】実施例２のドライエッチング装置の模式的な断
面図である。

【図３】上部電極の他の構造を例示するための上部電極
の模式的な断面図である。

【図４】本発明のドライエッチング装置の他の態様を示
す模式的な断面図である。

【図５】従来のドライエッチング装置の模式的な断面図
である。

【符号の説明】

１０ 上部電極 １１ 中心電極部 １２ 周辺電極部 １３ 昇降装置 １４ 取付部材 １５ 支持パイプ ２１，３２ 高周波（ＲＦ）パワー源 ２０ 下部電極 ３０ 基部 ３１ 側壁 ３３ 上部部材 ３４ クランプ ３５，３６ シール部材 ４０ 反応室 ５０ 被エッチング物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する上部電極と下部電極を備えたドラ
   イエッチング装置であって、上部電極は中心電極部と周
   辺電極部とから成り、下部電極と中心電極部若しくは周
   辺電極部との間の距離を可変とするための昇降装置が備
   えられていることを特徴とするドライエッチング装置。
2. 【請求項２】中心電極部の面積は、被エッチング物の面
   積の０．１６乃至０．４９倍であることを特徴とする請
   求項１に記載のドライエッチング装置。