JPH09134907A - ドライエッチング方法およびその装置 - Google Patents

ドライエッチング方法およびその装置

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JPH09134907A
JPH09134907A JP28854295A JP28854295A JPH09134907A JP H09134907 A JPH09134907 A JP H09134907A JP 28854295 A JP28854295 A JP 28854295A JP 28854295 A JP28854295 A JP 28854295A JP H09134907 A JPH09134907 A JP H09134907A
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JP
Japan
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wafer
etching
reaction chamber
gas
lower electrode
Prior art date
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Application number
JP28854295A
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English (en)
Inventor
Shinobu Sato
佐藤  忍
Akihiro Hori
彰弘 堀
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェハ面内のエッチングガスの流れを均一と
し、ウェハ面内でのエッチング形状やエッチング速度の
バラツキをなくす。 【解決手段】反応室1内の下部電極6のウェハ載置部以
外の箇所に、上部電極5から噴出したエッチングガスが
下部電極6を通過できる多数のガス通過孔7を設ける。
ウェハ位置に対応する反応室1の底部中央に使用済みの
エッチングガスを排気する排気口9を設ける。上部電極
5から噴出してウェハ表面に到達するエッチングガスの
流れ8は、下部電極6のガス通過孔7をダイレクトに流
れるエッチングガスに制御されて、ウェハと垂直方向で
ウェハ面内で均一となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
方法およびその装置に係り、特にエッチングガスの流れ
方向を改善したものに関する。
【0002】
【従来の技術】ウェハ表面に形成された酸化膜や金属膜
を垂直性良くドライエッチングする従来から用いられて
きた方法として、ウェハの温度を0℃以下の低温に制
御、保持し、深さ方向のエッチング速度をイオンアシス
ト効果により維持したまま、側面でのラジカル反応を制
御する、いわゆる低温ドライエッチング技術がある。
【0003】図4は反応性イオンエッチングによる従来
の低温ドライエッチング装置の概略構成図を示したもの
である。
【0004】エッチングを行う反応室30は、反応室側
面に設けられた排気口37から排気系31により高真空
に排気される。
【0005】反応室30内には一対の上部電極34と下
部電極35とが平行に設けられ、下部電極35上にウェ
ハ41が載せられる。ウェハ41の周囲にはエッチング
するウェハ材料とほぼ同一の材質のものを設置する。下
部電極35はウェハ41を冷却するために上部電極34
よりも大型に形成される。この下部電極35に矢印40
−1から矢印40−2のように冷媒を流すことにより下
部電極35を冷却して、ウェハ41を0℃以下の低温に
保つようにしてある。さらに、Heガス導入系42から
ウェハ41の裏面にHeガスを吹き付け、ウェハ裏面を
Heガス雰囲気中に保持することでウェハ41の冷却効
果を高めている。
【0006】反応室30の上部に設けられたエッチング
ガス導入系32は上部電極34と連通され、エッチング
ガス導入系32から導入されたエッチングガスを多数の
ガス噴出孔(図示せず)を設けた上部電極34からシャ
ワー状に噴出する。このとき、上部電極34と下部電極
35との間に高周波電源39から高周波電力を印加して
プラズマを発生させ、このプラズマ中のイオンをウェハ
41の表面に垂直に入射させることにより、ウェハ表面
のドライエッチングを行う。
【0007】使用済みのエッチングガス38は反応室3
0の側面に設けた排気口37から反応室30の外に排気
される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術では、使用済みのエッチングガスを反応室30の外
に排気する排気口37が反応室30の側面に設けられて
いるため、反応室30内のエッチングガスの流れ36
が、ウェハ41と垂直方向にはならず、図4に示すよう
に排気口37側に流されて、下部電極35を迂回するよ
うな形となる。このため反応室30内のエッチングガス
の流れが不均一になり、ウェハ面内でのエッチング形状
やエッチング速度にバラツキが生じるという問題があっ
た。
【0009】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解決し、ウェハ面内のエッチングガスの流れが均一
になり、ウェハ面内でのエッチング形状やエッチング速
度のバラツキをなくすことが可能なドライエッチング方
法およびその装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ方法は、ウェハと垂直方向に反応室内にエッチングガ
スを導入してウェハ表面をエッチングするドライエッチ
ング方法において、反応室内に導入されてウェハの外周
を流れるエッチングガスの流れ方向を、エッチングガス
導入方向と同方向に制御したものである。ウェハの外周
を流れるエッチングガスの流れ方向を、エッチングガス
導入方向と同方向に制御すると、流れ方向が制御された
ウェハの外周を流れるエッチングガスで、ウェハ表面に
到達するエッチングガスの流れを誘導できるので、その
流れをウェハ表面に垂直な方向に制御することができ
る。このためウェハ面内でのエッチングガスの流れが均
一になり、ウェハ面内でのエッチング形状やエッチング
速度にバラツキが生じない。本発明のドライエッチング
装置は、反応室内に設けた上部電極と下部電極との間に
高周波電力を印加し、上部電極より下部電極上に載せた
ウェハと垂直方向に反応室内にエッチングガスを導入し
て、ウェハ表面をエッチングするエッチング装置におい
て、上記下部電極にエッチングガスが流れる複数のガス
通過孔をウェハと垂直方向に設けて多孔型電極としたも
のである。下部電極にエッチングガスが流れる複数のガ
ス通過孔をウェハと垂直方向に設けて多孔型電極とする
と、エッチングガスが下部電極に当たっても、下部電極
によって方向を変えられず、複数のガス通過孔を流れる
ことによりエッチングガスの流れ方向はウェハと垂直方
向を保持する。このため反応室内でのエッチングガスの
流れが均一になり、ウェハ面内でのエッチング形状やエ
ッチング速度が均一になる。
【0011】この場合、反応室内に導入されたエッチン
グガスを反応室外へ排気する排気口を反応室の底部に設
けると、複数のガス通過孔に流すエッチングガス量を均
一にすることができるので、さらにウェハ面内でのエッ
チング形状やエッチング速度が均一になる。また、下部
電極を冷媒により冷却する手段と、下部電極上に載せた
ウェハの裏面をHeガス雰囲気中に保持する手段とを設
けると、深さ方向のエッチング速度をイオンアシスト効
果により維持したまま、側面でのラジカル反応が抑制さ
れるため、垂直性、側面の平滑性などの特性を満足した
エッチングができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳述する。図1は本発明のドライエッチング方
法を実施するためのドライエッチング装置の概略断面図
である。ここでは、石英系ガラス光導波路を製作する際
に行うドライエッチング工程に適用した。
【0013】このドライエッチング装置は、ドライエッ
チングを行う反応室1と、ターボ分子ポンプまたはロー
タリーポンプにより反応室1内を真空排気する排気系2
と、反応室1内へエッチングガスを供給するエッチング
ガス導入系3とを主に備える。
【0014】ここでエッチングガス導入系3に使用する
エッチングガスは石英系ガラス膜をエッチングする、例
えばCHF3 、CF4 、C2 6 などである。これらの
エッチングガスは単独あるいは混合して使用する。
【0015】さらにエッチングガスを希釈するための不
活性ガス(例えばHe、N2 、Arなど)を供給する不
活性ガス導入系4が、エッチングガス導入系3に並設さ
れている。これらの不活性ガスは必要に応じて単独ある
いは混合して使用する。2つのガス導入系3、4は反応
室1の上部に設けられる。
【0016】反応室1内には、一対の上部電極5と下部
電極6とから構成された平行平板電極が設けられる。こ
の平行辺板電極を構成する上部電極5は、多数のガス噴
出孔(図示せず)が設けられ、エッチングガス導入系3
および不活性ガス導入系4と連通されて、上部電極5内
に導入されたガスを電極5、6間にシャワー状に噴出す
る。下部電極6には、ウェハ載置部以外の箇所にウェハ
13の表面と垂直方向の多数のガス通過孔7が設けら
れ、ウェハ13の外周を流れるエッチングガスをこれら
のガス通過孔7に流すことにより、ウェハ13の表面に
到達するエッチングガスの流れ8を垂直方向に制御する
ようになっている。
【0017】さらに反応室1の底部中央のウェハ13の
対応位置に、排気系2に連通する排気口9を設けて、こ
こに排気されるエッチングガスの流れ10を形成して、
下部電極6に設けた多数のガス通過孔7に流れるガス量
の均等化を図っている。
【0018】これら上部電極5、下部電極6間に高周波
電源11の高周波電力(13.56MHz)を印加し
て、プラズマを発生させるようになっている。
【0019】下部電極6上に載せたウェハ13を低温に
冷却するために、下部電極6を含む冷媒循環系12を設
け、矢印12−1から12−2のように冷媒を流す。こ
れに加えて、下部電極6上に載せたウェハ13の裏面に
Heガス導入系14からHeガスを流して、ウェハ13
をHeガス雰囲気中に保ってウェハ13の温度を、効率
よく低温(0℃以下)に保つ。
【0020】次に、この低温ドライエッチング装置を用
いてウェハをエッチングするドライエッチング方法を説
明する。ウェハ13を構成する基板には裏面が平坦に加
工されているSiO2 基板(この場合、3インチ石英基
板)を用いた。SiO2 基板の代わりにSi、GaAs
などの半導体、石英系および多成分系のガラス、LiN
bO3 、LiTaO3 などの誘電体、磁性体などを用い
てもよい。
【0021】このウェハは、図2に示すような光導波路
の作成プロセスで形成される。基板上に低屈折率ガラス
層からなるバッファ層を形成し(S1)、この上にバッ
ファ層よりも屈折率が高いコアガラス膜(SiO2 −T
iO2 )を形成し(S2)、この上にマスクとなるメタ
ル膜(例えばWSi膜)を蒸着した後(S3)、フォト
リソグラフィによりメタル膜をフォトレジストパターン
で所定形状にパターニングしたものである(S4)。
【0022】なお、ウェハをドライエッチングしてコア
パターンを形成した後は(S5)、コアパターンを含む
ウェハ全面にコアの屈折率よりも低く、バッファ層とほ
ぼ等しい屈折率のクラッド層を形成して、埋め込み型あ
るいはリッジ型の光導波路を製造することができる(S
6)。
【0023】さて、S5のドライエッチングは上述した
ドライエッチング装置を用いて次のように行う。反応室
1内の平行平板型電極を構成する下部電極6上にウェハ
13を載せる。排気系2により反応室1内を高真空(1
-3〜10-4Torr)に排気する。ついで、Heガス導入
系14よりウェハ裏面にHeを充填し、かつ冷媒循環系
12に冷媒を循環させることにより、0℃から−60℃
の間の任意の温度にウェハ13を冷却する。
【0024】エッチングガス導入系3からエッチングガ
スを、不活性ガス導入系4から不活性ガスをそれぞれ反
応室1内に導入して、これらのガスを上部電極5から下
部電極6にウェハ13の表面と垂直方向となるようにシ
ャワー状に噴出させる。この状態で上部電極5と下部電
極6との間に高周波電力を供給してプラズマを発生さ
せ、これによりウェハ13の表面に形成したコアガラス
膜をエッチングする。
【0025】この際、下部電極6が、多数のガス通過孔
7を設けた多孔型の電極になっているため、下部電極6
の位置よりも下方に排気口9が設けられていれば、エッ
チングガスの流れ8はエッチングガス導入方向と同方向
に制御される。すなわち、上部電極5からウェハ13に
ぶつからずウェハ13の外周をシャワー状に噴出された
エッチングガスは、下部電極6の径方向外方には流れ
ず、そのまま下部電極6の多数のガス通過孔7をダイレ
クトに通って強制的に排気口9の存在する下方に引き抜
かれる。このため、ウェハ13表面に到達するエッチン
グガスは、これらの下部電極6を通過するエッチングガ
スに完全に包囲されて、ウェハ表面に対して垂直な方向
をもつ均一な流れとなる。特に、本発明の実施の形態の
ように、排気口9がウェハ13の位置に対応する反応室
1の底部中央に設けられている場合には、多数のガス通
過孔7を流れるガス量に偏位が生じないため、ウェハ面
内でのエッチングガスの流れの均一化が一層促進され
る。
【0026】以上述べたように、反応室1内でのエッチ
ングガスの流れ8がウェハ面内全体で均一になるため、
ウェハ面内での反応のバラツキがなくなり、エッチング
形状やエッチング速度が面内で一様になる。また、0℃
以下の低温ドライエッチングであるので、深さ方向のエ
ッチング速度をイオンアシスト効果により維持したま
ま、側面でのラジカル反応が抑制される。よって、垂直
性、側面の平滑性の良好なコアパターンが得られる。
【0027】図3に、上述したドライエッチングにより
形成されたコアパターンの断面形状を示す。20はSi
2 基板、21はバッファ層、22はエッチングしたコ
アパターンである。図4に示した従来の装置を用いた場
合では、エッチングガスの流れがウェハの表面に対して
均一でないために、エッチングしたコアパターン22の
断面形状がコアの左右で異なる(エッジ角度φ≠θ)。
これに対して図1に示した本実施の形態の装置を用いた
場合には、図2(b)のようにエッチングしたコアパタ
ーン22の断面形状がコアの左右で等しいものが得られ
る。また、当然のことながら側面の平滑性も良好であっ
た。従って、この方法で光導波路を作成することにより
導波路型光部品の超小型化、低損失化を図ることが可能
となる。なお、上述した実施の形態では被エッチング部
材を光導波路用のウェハとしたが、本発明はこれに限定
されない。金属膜や酸化膜を表面に形成した基板等にも
適用できる。
【0028】
【発明の効果】本発明方法によれば、反応室内に導入さ
れてウェハの外周を流れるエッチングガスの流れ方向
を、エッチングガス導入方向と同方向に制御したことに
より、ウェハ面内のエッチングガスの流れを均一にした
ので、ドライエッチングの再現性を高め、生産性を向上
させることができる。
【0029】本発明装置によれば、下部電極にガス通過
孔を設けて多孔型電極とするだけの簡単な構造で、ウェ
ハ表面に到達するエッチングガスの流れがウェハ表面に
対して垂直方向になるため、ウェハ面内でのエッチング
形状およびエッチング速度の面内分布が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による低温ドライエッチン
グ装置の概略構成図である。
【図2】ドライエッチング工程を含む光導波路を製造す
る全プロセスを示す説明図である。
【図3】従来例と本実施例による低温ドライエッチング
方法におけるコアパターンの形状比較特性図であり、
(a)は従来例、(b)は本実施例である。
【図4】従来例による低温ドライエッチング装置の概略
構成図である。
【符号の説明】
1 反応室 2 排気系 3 エッチングガス導入系 5 上部電極 6 下部電極 7 ガス通過孔 8 エッチングガスの流れ 9 排気口 11 高周波電源 12 冷媒循環系 13 ウェハ 14 Heガス導入系

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウェハと垂直方向に反応室内にエッチング
    ガスを導入してウェハ表面をエッチングするドライエッ
    チング方法において、反応室内に導入されてウェハの外
    周を流れるエッチングガスの流れ方向を、エッチングガ
    ス導入方向と同方向に制御したドライエッチング方法。
  2. 【請求項2】反応室内に設けた上部電極と下部電極との
    間に高周波電力を印加し、上部電極より下部電極上に載
    せたウェハと垂直方向に反応室内にエッチングガスを導
    入して、ウェハ表面をエッチングするエッチング装置に
    おいて、上記下部電極にエッチングガスが流れる複数の
    ガス通過孔をウェハと垂直方向に設けたことを特徴とす
    るドライエッチング装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載のドライエッチング装置に
    おいて、反応室内に導入されたエッチングガスを反応室
    外へ排気する排気口を反応室の底部に設けたドライエッ
    チング装置。
  4. 【請求項4】請求項2または3に記載のドライエッチン
    グ装置において、下部電極を冷媒により冷却する手段
    と、下部電極上に載せたウェハの裏面をHeガス雰囲気
    中に保持する手段とを設けたドライエッチング装置。
JP28854295A 1995-11-07 1995-11-07 ドライエッチング方法およびその装置 Pending JPH09134907A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003504891A (ja) * 1999-07-13 2003-02-04 ノードソン コーポレーション 高速対称プラズマ処理システム
JP2017117883A (ja) * 2015-12-22 2017-06-29 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

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