JPH11354502A - アンテナ構造体およびドライエッチング装置 - Google Patents
アンテナ構造体およびドライエッチング装置Info
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- JPH11354502A JPH11354502A JP10157135A JP15713598A JPH11354502A JP H11354502 A JPH11354502 A JP H11354502A JP 10157135 A JP10157135 A JP 10157135A JP 15713598 A JP15713598 A JP 15713598A JP H11354502 A JPH11354502 A JP H11354502A
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- dielectric
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Abstract
(57)【要約】
【課題】有磁場ＵＨＦ波エッチング装置において、高密
度かつ大口径ウエハ上で均一なプラズマを生成し、半導
体装置の微細パターン加工においてウエハの大口径化お
よび微細化に対応するドライエッチング装置を提供す
る。 【解決手段】高密度プラズマ生成時に発生するアンテナ
周辺部へＵＨＦ波の集中を、アンテナ上部のアース構造
を凹型にすることにより、ＵＨＦ波とアンテナの共鳴を
保持したまま、アンテナ周辺部への電界集中を緩和する
アンテナ構造により、ＵＨＦ波のエッチング装置への伝
搬を均一にする。
度かつ大口径ウエハ上で均一なプラズマを生成し、半導
体装置の微細パターン加工においてウエハの大口径化お
よび微細化に対応するドライエッチング装置を提供す
る。 【解決手段】高密度プラズマ生成時に発生するアンテナ
周辺部へＵＨＦ波の集中を、アンテナ上部のアース構造
を凹型にすることにより、ＵＨＦ波とアンテナの共鳴を
保持したまま、アンテナ周辺部への電界集中を緩和する
アンテナ構造により、ＵＨＦ波のエッチング装置への伝
搬を均一にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の微
細加工で用いられるプラズマ発生装置および半導体装置
上に微細電極，配線およびコンタクトホール加工の高精
度ドライエッチング加工を実現する方法に関する。
細加工で用いられるプラズマ発生装置および半導体装置
上に微細電極，配線およびコンタクトホール加工の高精
度ドライエッチング加工を実現する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造過程において、ウエハ
上に形成された多結晶（poly）−ＳｉやＡｌ：Ｃｕ合金
等の薄膜は、ドライエッチングにより微細加工され、ゲ
ート電極やメタル配線を形成する。ウエハ上に形成され
たトランジスタとメタル配線間およびメタル配線間の電
気的な接続においては、トランジスタ構造上および配線
間に形成された絶縁膜（ＳｉＯ2 を主成分とする薄膜、
以後、酸化膜と呼ぶ）に、ドライエッチング方法でコン
タクトホールを形成し、コンタクトホール内に電気伝導
体を充填している。
上に形成された多結晶（poly）−ＳｉやＡｌ：Ｃｕ合金
等の薄膜は、ドライエッチングにより微細加工され、ゲ
ート電極やメタル配線を形成する。ウエハ上に形成され
たトランジスタとメタル配線間およびメタル配線間の電
気的な接続においては、トランジスタ構造上および配線
間に形成された絶縁膜（ＳｉＯ2 を主成分とする薄膜、
以後、酸化膜と呼ぶ）に、ドライエッチング方法でコン
タクトホールを形成し、コンタクトホール内に電気伝導
体を充填している。
【０００３】上記ドライエッチング加工は、エッチング
ガスを真空容器であるドライエッチング装置に導入し、
このガスに高周波バイアスもしくはマイクロ波を印加し
プラズマを発生させ、プラズマ中で生成した活性種およ
びイオンによって行われる。エッチングに際して、電
極，配線もしくはホールパターンを転写したレジスト薄
膜等のマスクが酸化膜上に形成されている。ドライエッ
チングでは、Ｐoly−Ｓi膜，Ａｌ：Ｃｕ合金膜，酸化膜
等をマスクや下地に対し選択的に加工し、所望の加工形
状を形成している。
ガスを真空容器であるドライエッチング装置に導入し、
このガスに高周波バイアスもしくはマイクロ波を印加し
プラズマを発生させ、プラズマ中で生成した活性種およ
びイオンによって行われる。エッチングに際して、電
極，配線もしくはホールパターンを転写したレジスト薄
膜等のマスクが酸化膜上に形成されている。ドライエッ
チングでは、Ｐoly−Ｓi膜，Ａｌ：Ｃｕ合金膜，酸化膜
等をマスクや下地に対し選択的に加工し、所望の加工形
状を形成している。
【０００４】近年、半導体装置の集積度，処理能力およ
び生産性向上のため、パターンの微細化および処理ウエ
ハの大口径化（直径３００mm）が進められている。ウエ
ハの大口径化に対応するためには、ドライエッチング装
置内に発生するプラズマが均一であること、生産性を高
めるためには、プラズマ密度が１０11／cm3 以上にでき
ること、加工形状制御性を上げるためには、ガス圧力
０.２Ｐａ から４Ｐａで安定したプラズマが形成できる
こと等が要求されている。すなわち、大口径で均一かつ
密度が高いプラズマを低ガス圧力で発生させる必要があ
る。
び生産性向上のため、パターンの微細化および処理ウエ
ハの大口径化（直径３００mm）が進められている。ウエ
ハの大口径化に対応するためには、ドライエッチング装
置内に発生するプラズマが均一であること、生産性を高
めるためには、プラズマ密度が１０11／cm3 以上にでき
ること、加工形状制御性を上げるためには、ガス圧力
０.２Ｐａ から４Ｐａで安定したプラズマが形成できる
こと等が要求されている。すなわち、大口径で均一かつ
密度が高いプラズマを低ガス圧力で発生させる必要があ
る。
【０００５】しかしながら、従来の平行平板型（容量結
合型）ドライエッチング装置では、低ガス圧力化ができ
ず、誘導結合型では、大口径では均一性を得るため、プ
ラズマ発生源とウエハの距離を離す必要があるため、高
密度化できない。有磁場マイクロ波エッチング装置で
は、マイクロ波の波長が１２０mm程度と短いため、マイ
クロ波の節がウエハ上にかかり、大口径では均一化する
ことが難しくなる。
合型）ドライエッチング装置では、低ガス圧力化ができ
ず、誘導結合型では、大口径では均一性を得るため、プ
ラズマ発生源とウエハの距離を離す必要があるため、高
密度化できない。有磁場マイクロ波エッチング装置で
は、マイクロ波の波長が１２０mm程度と短いため、マイ
クロ波の節がウエハ上にかかり、大口径では均一化する
ことが難しくなる。
【０００６】有磁場マイクロ波エッチング装置で、均一
なプラズマを得るためには、波長を長くすることにより
可能となる。プラズマを発生させるために導入する高周
波の周波数をマイクロ波(２.４５ＧＨｚ）からＵＨＦ帯
（３００ＭＨｚから９００ＭＨｚ）にすることにより、
波長が３００mm以上になるため、大口径ウエハのエッチ
ングに対応できる均一なプラズマが得られる可能性があ
る。すなわち、有磁場ＵＨＦ波エッチング装置により、
大口径でかつ微細な半導体装置の製造加工に対応できる
可能性がある。
なプラズマを得るためには、波長を長くすることにより
可能となる。プラズマを発生させるために導入する高周
波の周波数をマイクロ波(２.４５ＧＨｚ）からＵＨＦ帯
（３００ＭＨｚから９００ＭＨｚ）にすることにより、
波長が３００mm以上になるため、大口径ウエハのエッチ
ングに対応できる均一なプラズマが得られる可能性があ
る。すなわち、有磁場ＵＨＦ波エッチング装置により、
大口径でかつ微細な半導体装置の製造加工に対応できる
可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記有磁場ＵＨＦ波エ
ッチング装置では、ＵＨＦ波を処理室に導入する手段と
して円盤型のアンテナが用いられる。通常アンテナは、
ＵＨＦ波が効率よく処理室に導入されるように、ＵＨＦ
波と共鳴するように大きさおよび誘電体の厚さ等を決め
られる。このアンテナを用いる場合、プラズマ密度が低
い条件では、アンテナ下部にもＵＨＦ波が伝搬させるた
め、均一なプラズマを発生させることが可能である。
ッチング装置では、ＵＨＦ波を処理室に導入する手段と
して円盤型のアンテナが用いられる。通常アンテナは、
ＵＨＦ波が効率よく処理室に導入されるように、ＵＨＦ
波と共鳴するように大きさおよび誘電体の厚さ等を決め
られる。このアンテナを用いる場合、プラズマ密度が低
い条件では、アンテナ下部にもＵＨＦ波が伝搬させるた
め、均一なプラズマを発生させることが可能である。
【０００８】しかしながら、プラズマ密度が１０11／cm
3 を越えるような高密度プラズマを発生させようとする
と、ＵＨＦ波の導入部がアンテナ周辺部であるため、ア
ンテナ周辺部で電磁波が吸収され、アンテナ下部まで伝
搬させるＵＨＦ波の割合が小さくなってしまう。この結
果、高密度で均一なプラズマを得ることが難しい。この
ため、均一なエッチング加工が難しくなるのである。
3 を越えるような高密度プラズマを発生させようとする
と、ＵＨＦ波の導入部がアンテナ周辺部であるため、ア
ンテナ周辺部で電磁波が吸収され、アンテナ下部まで伝
搬させるＵＨＦ波の割合が小さくなってしまう。この結
果、高密度で均一なプラズマを得ることが難しい。この
ため、均一なエッチング加工が難しくなるのである。
【０００９】本発明が、解決しようとする課題は、有磁
場ＵＨＦ波エッチング装置で、均一でかつ密度が１０11
／cm3 以上であるプラズマを生成し、ウエハ径が３００
mm以上でもウエハ面内で均一にpoly−Ｓｉ，Ａｌ：Ｃｕ
膜および酸化膜等が加工できる装置を提供することであ
る。
場ＵＨＦ波エッチング装置で、均一でかつ密度が１０11
／cm3 以上であるプラズマを生成し、ウエハ径が３００
mm以上でもウエハ面内で均一にpoly−Ｓｉ，Ａｌ：Ｃｕ
膜および酸化膜等が加工できる装置を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】有磁場ＵＨＦ波エッチン
グ装置において、プラズマ密度が高くなると、アンテナ
周辺部でＵＨＦ波が吸収されるため、アンテナ周辺部の
プラズマ密度が高くなり、十分な均一性を得ることが難
しくなる。この原因は、ＵＨＦ波がアンテナ周辺部から
集中的に導入されることに起因している。すなわち、プ
ラズマ密度が高い状態では、アンテナ周辺部にＵＨＦ波
の電界が集中してしまうのである。アンテナがＵＨＦ波
と共鳴しない構造にすれば、ＵＨＦ波のアンテナ周辺部
への集中は抑えられる。しかしながら、ＵＨＦ波が処理
室内に伝搬されにくくなるため、プラズマの高密度化も
難しくなってしまう。したがって、ＵＨＦ波とアンテナ
の共鳴を保持したまま、アンテナ周辺部への電界集中を
緩和することが必要となる。
グ装置において、プラズマ密度が高くなると、アンテナ
周辺部でＵＨＦ波が吸収されるため、アンテナ周辺部の
プラズマ密度が高くなり、十分な均一性を得ることが難
しくなる。この原因は、ＵＨＦ波がアンテナ周辺部から
集中的に導入されることに起因している。すなわち、プ
ラズマ密度が高い状態では、アンテナ周辺部にＵＨＦ波
の電界が集中してしまうのである。アンテナがＵＨＦ波
と共鳴しない構造にすれば、ＵＨＦ波のアンテナ周辺部
への集中は抑えられる。しかしながら、ＵＨＦ波が処理
室内に伝搬されにくくなるため、プラズマの高密度化も
難しくなってしまう。したがって、ＵＨＦ波とアンテナ
の共鳴を保持したまま、アンテナ周辺部への電界集中を
緩和することが必要となる。
【００１１】従来の装置構造では、アンテナ周辺外側で
はアンテナ上部に誘電体を介してアース部が接近してい
るため、アンテナ周辺部の誘電体がＵＨＦ波に対する導
波路となっていた。この結果、アンテナ周辺でＵＨＦ波
の電界が集中してしまうのである。そこで、ＵＨＦ波が
アンテナ周辺部からエッチング処理室への伝搬するのを
抑制するように、アンテナ周辺外側の上部アースをアン
テナから離すことにより、ＵＨＦ波のアンテナ周辺部へ
の集中を抑える。アンテナ上部にあるアース部をアンテ
ナ径より小さくすると、ＵＨＦ波はアース側に放射され
るので、アンテナ外周部にかかるようにアース部をアン
テナから離すことにより、電界集中を効果的に抑制する
ことができる。
はアンテナ上部に誘電体を介してアース部が接近してい
るため、アンテナ周辺部の誘電体がＵＨＦ波に対する導
波路となっていた。この結果、アンテナ周辺でＵＨＦ波
の電界が集中してしまうのである。そこで、ＵＨＦ波が
アンテナ周辺部からエッチング処理室への伝搬するのを
抑制するように、アンテナ周辺外側の上部アースをアン
テナから離すことにより、ＵＨＦ波のアンテナ周辺部へ
の集中を抑える。アンテナ上部にあるアース部をアンテ
ナ径より小さくすると、ＵＨＦ波はアース側に放射され
るので、アンテナ外周部にかかるようにアース部をアン
テナから離すことにより、電界集中を効果的に抑制する
ことができる。
【００１２】この他の方法として、アンテナとアースの
間にある誘電体の材料を、アンテナ周辺外側部にはアン
テナ上部に比べ誘電率の小さい材料を設置することによ
っても、アンテナ周辺部への電界集中は抑制される。
間にある誘電体の材料を、アンテナ周辺外側部にはアン
テナ上部に比べ誘電率の小さい材料を設置することによ
っても、アンテナ周辺部への電界集中は抑制される。
【００１３】以上の手段によれば、アンテナのＵＨＦ波
と共鳴できる構造は維持される。このため、アンテナか
ら、エッチング処理室へのＵＨＦ波のパワーの伝搬はほ
とんど抑制されることはなく、アンテナ周辺から導入さ
れない分、アンテナ中心からエッチング処理室へ伝搬さ
れるＵＨＦ波のパワーも増加する。このように、アンテ
ナ周辺外周部のアース構造をアンテナから離すことによ
り、ＵＨＦ波のエッチング装置への伝搬は均一になるた
め、高密度でかつ均一なプラズマを得ることができる。
この手段により、上記課題である高密度プラズマにおけ
る不均一を解決する。
と共鳴できる構造は維持される。このため、アンテナか
ら、エッチング処理室へのＵＨＦ波のパワーの伝搬はほ
とんど抑制されることはなく、アンテナ周辺から導入さ
れない分、アンテナ中心からエッチング処理室へ伝搬さ
れるＵＨＦ波のパワーも増加する。このように、アンテ
ナ周辺外周部のアース構造をアンテナから離すことによ
り、ＵＨＦ波のエッチング装置への伝搬は均一になるた
め、高密度でかつ均一なプラズマを得ることができる。
この手段により、上記課題である高密度プラズマにおけ
る不均一を解決する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に用いるドライエッチング
装置を図１に示す。この装置では、エッチングガスをシ
ャワープレート１０よりエッチング処理室１に導入し、
ＵＨＦ波電源２において３００ＭＨｚから９００ＭＨｚ
の間のＵＨＦ波を発生させ、このUHF波を金属アンテナ
４に伝搬し、誘電体７を介してエッチング処理室１に輸
送してガスプラズマを発生させる。エッチング処理室周
辺に設置された磁場発生用の２つのソレノイドコイルに
よって、１００から３３０ガウスの間の磁場がエッチン
グ処理室１内の処理台１６のほぼ真上にくるようにコイ
ル電流を制御し、プラズマを発生させる。処理台１６上
に被処理物１７を設置して、ガスプラズマによりエッチ
ング処理する。エッチングガスは、ガス流量制御装置９
を通してエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ１
２によりエッチング処理室１の外に排気される。被処理
物を設置する処理台１６は高周波電源１８を備え、４０
０ｋＨｚから１３.５６ＭＨｚ までの高周波バイアスを
印加できる。処理台１６は、処理台の対向面（シャワー
プレート１０）から装置の許す範囲内で任意の距離で固
定することができる。
装置を図１に示す。この装置では、エッチングガスをシ
ャワープレート１０よりエッチング処理室１に導入し、
ＵＨＦ波電源２において３００ＭＨｚから９００ＭＨｚ
の間のＵＨＦ波を発生させ、このUHF波を金属アンテナ
４に伝搬し、誘電体７を介してエッチング処理室１に輸
送してガスプラズマを発生させる。エッチング処理室周
辺に設置された磁場発生用の２つのソレノイドコイルに
よって、１００から３３０ガウスの間の磁場がエッチン
グ処理室１内の処理台１６のほぼ真上にくるようにコイ
ル電流を制御し、プラズマを発生させる。処理台１６上
に被処理物１７を設置して、ガスプラズマによりエッチ
ング処理する。エッチングガスは、ガス流量制御装置９
を通してエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ１
２によりエッチング処理室１の外に排気される。被処理
物を設置する処理台１６は高周波電源１８を備え、４０
０ｋＨｚから１３.５６ＭＨｚ までの高周波バイアスを
印加できる。処理台１６は、処理台の対向面（シャワー
プレート１０）から装置の許す範囲内で任意の距離で固
定することができる。
【００１５】アンテナ４の直径は約２５０mmで、アンテ
ナ上部には、厚さ約２０mmのアンテナ誘電体５、その上
部には、金属で形成されアースに接地されたエッチング
装置の外周部３がある。アンテナ周辺部は、誘電体５の
上部に電界緩和用の誘電体６が設置されている。誘電体
の５mm程度がアンテナ周辺上部にかかり、誘電体６の厚
さは、約６０mmである。誘電体６の上部および側部に
は、金属のエッチング装置外周部３がある。ＵＨＦ波が
４５０ＭＨｚの場合、誘電体５の材料はアルミナであ
る。誘電体６もアルミナとする。
ナ上部には、厚さ約２０mmのアンテナ誘電体５、その上
部には、金属で形成されアースに接地されたエッチング
装置の外周部３がある。アンテナ周辺部は、誘電体５の
上部に電界緩和用の誘電体６が設置されている。誘電体
の５mm程度がアンテナ周辺上部にかかり、誘電体６の厚
さは、約６０mmである。誘電体６の上部および側部に
は、金属のエッチング装置外周部３がある。ＵＨＦ波が
４５０ＭＨｚの場合、誘電体５の材料はアルミナであ
る。誘電体６もアルミナとする。
【００１６】この装置に、被処理物として１２インチシ
リコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚
さ約５００ｎｍの酸化ケイ素膜、約１００ｎｍの下部Ｔ
ｉＮ膜、約４００ｎｍのＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜、約１
００ｎｍの上部ＴｉＮ膜および７００ｎｍのマスクパタ
ーンを転写したレジストマスクが形成されている。レジ
ストマスクのパターン幅は、２００ｎｍである。このウ
エハをエッチング装置に搬送し、エッチングガスとし
て、塩素ガス２００sccm，三塩化ホウ素ガス４０sccm，
メタンガス７sccmをエッチング装置に導入し、全圧が１
ＰａになるようにしてＴｉＮ膜およびＡｌ：Ｃｕ合金膜
の一括エッチングを行う。エッチング時の処理台の温度
を４０℃とし、ＵＨＦ波パワーは４５０ＭＨｚで１４０
０Ｗ、ウエハに印加する高周波バイアスは、８００ｋＨ
ｚで２００Ｗ（約０.３Ｗ／cm2）印加する。
リコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚
さ約５００ｎｍの酸化ケイ素膜、約１００ｎｍの下部Ｔ
ｉＮ膜、約４００ｎｍのＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜、約１
００ｎｍの上部ＴｉＮ膜および７００ｎｍのマスクパタ
ーンを転写したレジストマスクが形成されている。レジ
ストマスクのパターン幅は、２００ｎｍである。このウ
エハをエッチング装置に搬送し、エッチングガスとし
て、塩素ガス２００sccm，三塩化ホウ素ガス４０sccm，
メタンガス７sccmをエッチング装置に導入し、全圧が１
ＰａになるようにしてＴｉＮ膜およびＡｌ：Ｃｕ合金膜
の一括エッチングを行う。エッチング時の処理台の温度
を４０℃とし、ＵＨＦ波パワーは４５０ＭＨｚで１４０
０Ｗ、ウエハに印加する高周波バイアスは、８００ｋＨ
ｚで２００Ｗ（約０.３Ｗ／cm2）印加する。
【００１７】ウエハ上空約２０mmにおけるプラズマ密度
は２×１０11／cm3 で、直径３００mmの範囲内でほぼ均
一である。ウエハへ入射するイオン束もウエハ面内でほ
ぼ均一になる。エッチングを行うと、エッチングは上部
ＴｉＮ，Ａｌ：Ｃｕ合金，下部ＴｉＮの順番でエッチン
グされ、ＴｉＮ膜の平均エッチング速度は約４００nm／
min ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜は約８００ｎｍ／min
で、レジストのエッチング速度は約３００ｎｍ／min で
ある。ウエハ面内のばらつきは、±２％程度と均一にな
る。電界緩和用の誘電体６の厚さを３０mmにすると、Ｕ
ＨＦパワー1100Ｗまでは、均一なプラズマが生成され、
ＵＨＦパワー１４００Ｗでは、ウエハ周辺部のプラズマ
密度が若干高くなるため、エッチング速度のばらつき
は、±４％程度になる。電界緩和用の誘電体の厚さ１０
０mmまでは、ＵＨＦパワーを高くした場合、プラズマ密
度は均一化の効果が見られるが、１００mm以上では、プ
ラズマ均一性は１００mmとほぼ同じになる。
は２×１０11／cm3 で、直径３００mmの範囲内でほぼ均
一である。ウエハへ入射するイオン束もウエハ面内でほ
ぼ均一になる。エッチングを行うと、エッチングは上部
ＴｉＮ，Ａｌ：Ｃｕ合金，下部ＴｉＮの順番でエッチン
グされ、ＴｉＮ膜の平均エッチング速度は約４００nm／
min ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金膜は約８００ｎｍ／min
で、レジストのエッチング速度は約３００ｎｍ／min で
ある。ウエハ面内のばらつきは、±２％程度と均一にな
る。電界緩和用の誘電体６の厚さを３０mmにすると、Ｕ
ＨＦパワー1100Ｗまでは、均一なプラズマが生成され、
ＵＨＦパワー１４００Ｗでは、ウエハ周辺部のプラズマ
密度が若干高くなるため、エッチング速度のばらつき
は、±４％程度になる。電界緩和用の誘電体の厚さ１０
０mmまでは、ＵＨＦパワーを高くした場合、プラズマ密
度は均一化の効果が見られるが、１００mm以上では、プ
ラズマ均一性は１００mmとほぼ同じになる。
【００１８】電界緩和用の誘電体が石英の場合、石英の
誘電率が小さいため、厚さ４０mmでアルミナ６０mmとほ
ぼ同じ性能になる。さらに誘電体を空気にすると、厚さ
は２０mmで上記アルミナと同等の性能が得られる。図１
の装置で、真空が導入窓７と石英内壁１９で維持されて
いる場合、電界緩和用の誘電体６は空気でよいことにな
る。空気の場合、誘電体１６の厚さが１０mmでもエッチ
ング速度のばらつきは、±４％程度に抑えられる。
誘電率が小さいため、厚さ４０mmでアルミナ６０mmとほ
ぼ同じ性能になる。さらに誘電体を空気にすると、厚さ
は２０mmで上記アルミナと同等の性能が得られる。図１
の装置で、真空が導入窓７と石英内壁１９で維持されて
いる場合、電界緩和用の誘電体６は空気でよいことにな
る。空気の場合、誘電体１６の厚さが１０mmでもエッチ
ング速度のばらつきは、±４％程度に抑えられる。
【００１９】以上のように、誘電体６の材質に依存する
が、誘電体の厚さ１０mmから１００mmでプラズマおよび
エッチングの均一性の改善の効果が得られる。アンテナ
をエッチング処理室内上部に設置する場合にも同様な効
果が得られる。この場合、アンテナはシャワープレート
構造を有する。
が、誘電体の厚さ１０mmから１００mmでプラズマおよび
エッチングの均一性の改善の効果が得られる。アンテナ
をエッチング処理室内上部に設置する場合にも同様な効
果が得られる。この場合、アンテナはシャワープレート
構造を有する。
【００２０】電界緩和用の誘電体６のアンテナ周辺上部
にかかる部分の幅を５mmとして実施の形態を説明した
が、この幅を１mmから３０mmの範囲内で変えても同様な
効果が得られる。この幅を３０mm以上にすると、アンテ
ナとＵＨＦ波の共鳴が損なわれるため、プラズマ密度を
高く維持できない。
にかかる部分の幅を５mmとして実施の形態を説明した
が、この幅を１mmから３０mmの範囲内で変えても同様な
効果が得られる。この幅を３０mm以上にすると、アンテ
ナとＵＨＦ波の共鳴が損なわれるため、プラズマ密度を
高く維持できない。
【００２１】以上に対し、図２に示す従来型のアンテナ
構造を持つドライエッチング装置では、ＵＨＦパワー１
４００Ｗを印加すると、アンテナ周辺部のプラズマ密度
が高くなるため、ウエハ周辺部のエッチング速度が中心
部の倍程度になり、均一なエッチングを行うことが難し
い。
構造を持つドライエッチング装置では、ＵＨＦパワー１
４００Ｗを印加すると、アンテナ周辺部のプラズマ密度
が高くなるため、ウエハ周辺部のエッチング速度が中心
部の倍程度になり、均一なエッチングを行うことが難し
い。
【００２２】被エッチング膜は、上記の膜の他、poly−
Ｓｉ膜，Ａｌ：Ｃｕ：Ｓｉ膜，Ｗ膜，ＷＮ膜，酸化ケイ
素膜および窒化ケイ素膜でも同様な効果が得られる。ウ
エハ径も１２インチに限らず、８インチおよび１６イン
チでも同様な効果が得られる。
Ｓｉ膜，Ａｌ：Ｃｕ：Ｓｉ膜，Ｗ膜，ＷＮ膜，酸化ケイ
素膜および窒化ケイ素膜でも同様な効果が得られる。ウ
エハ径も１２インチに限らず、８インチおよび１６イン
チでも同様な効果が得られる。
【００２３】次にアンテナがエッチング処理室１の内側
にあり、プラズマにアンテナが曝されるように設置した
ドライエッチング装置（図３）における別の実施形態に
ついて説明する。この装置は、ＵＨＦ波導入用のアンテ
ナ部分の構造が図１の装置と異なる。アンテナ３０５は
アルミとシリコンの張り合わせ構造でその直径は約３３
０mmである。アンテナ上部には、厚さ約１３mmのアルミ
ナ３０１，厚さ約７mmの石英３０２が設置されている。
その上部には、金属で形成されアースに接地されたエッ
チング装置の外周部３がある。アンテナ周辺部には石英
の誘電体303が設置され、アンテナの周辺上部に１０mm
ほどかかっている。数値計算によると、この構造では、
ＵＨＦ波は、アンテナ周辺部で誘電率の差により反射さ
れるため、アンテナ周辺部の電界集中は抑制され、アン
テナ中心下部における電界強度は増加する。
にあり、プラズマにアンテナが曝されるように設置した
ドライエッチング装置（図３）における別の実施形態に
ついて説明する。この装置は、ＵＨＦ波導入用のアンテ
ナ部分の構造が図１の装置と異なる。アンテナ３０５は
アルミとシリコンの張り合わせ構造でその直径は約３３
０mmである。アンテナ上部には、厚さ約１３mmのアルミ
ナ３０１，厚さ約７mmの石英３０２が設置されている。
その上部には、金属で形成されアースに接地されたエッ
チング装置の外周部３がある。アンテナ周辺部には石英
の誘電体303が設置され、アンテナの周辺上部に１０mm
ほどかかっている。数値計算によると、この構造では、
ＵＨＦ波は、アンテナ周辺部で誘電率の差により反射さ
れるため、アンテナ周辺部の電界集中は抑制され、アン
テナ中心下部における電界強度は増加する。
【００２４】この装置に、被処理物として１２インチシ
リコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚
さ０.１mmの窒化ケイ素膜、その上に厚さ１.５mmの酸化
膜が形成されその上部にはマスクパターンを転写したレ
ジストマスクが形成されている。レジストマスクには、
１５０ｎｍ径のホールが形成されている。
リコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚
さ０.１mmの窒化ケイ素膜、その上に厚さ１.５mmの酸化
膜が形成されその上部にはマスクパターンを転写したレ
ジストマスクが形成されている。レジストマスクには、
１５０ｎｍ径のホールが形成されている。
【００２５】この装置に、Ａｒガスを５００sccm、Ｃ4
Ｆ8ガスを１２sccmおよび酸素ガスを８sccmガス導入口
より処理室に導入しガス圧力を２Ｐａにする。４５０Ｍ
Ｈｚ，２ｋＷの高周波をアンテナ３０５よりエッチング
処理室１に導入し、ガスプラズマを生成する。処理台に
２ＭＨｚ，２.４ｋＷ のバイアスを印加し、酸化膜をエ
ッチングする。プラズマ密度は、５×１０11／cm3 で、
イオン電流密度は７mA／cm2 程度である。イオン電流密
度は、プラズマ密度がウエハ周辺部で若干高くなるた
め、ウエハ周辺部で１０％ほど高い。この条件で、酸化
膜のエッチング速度は約７５０ｎｍ／min で、レジスト
に対する選択比は２０、下地の窒素化膜に対する選択比
は３０である。イオン電流密度に分布があるため、酸化
膜のエッチング速度のウエハ面内ばらつきは、±４％程
度である。
Ｆ8ガスを１２sccmおよび酸素ガスを８sccmガス導入口
より処理室に導入しガス圧力を２Ｐａにする。４５０Ｍ
Ｈｚ，２ｋＷの高周波をアンテナ３０５よりエッチング
処理室１に導入し、ガスプラズマを生成する。処理台に
２ＭＨｚ，２.４ｋＷ のバイアスを印加し、酸化膜をエ
ッチングする。プラズマ密度は、５×１０11／cm3 で、
イオン電流密度は７mA／cm2 程度である。イオン電流密
度は、プラズマ密度がウエハ周辺部で若干高くなるた
め、ウエハ周辺部で１０％ほど高い。この条件で、酸化
膜のエッチング速度は約７５０ｎｍ／min で、レジスト
に対する選択比は２０、下地の窒素化膜に対する選択比
は３０である。イオン電流密度に分布があるため、酸化
膜のエッチング速度のウエハ面内ばらつきは、±４％程
度である。
【００２６】従来のアンテナ構造を有する装置（図４）
を用いると、ＵＨＦ波を２ｋＷまで印加すると、アンテ
ナ周辺部でプラズマ密度が中心部に比べ高くなるため、
エッチング速度はウエハ周辺で高くなり、ばらつきは±
３０％程度になる。
を用いると、ＵＨＦ波を２ｋＷまで印加すると、アンテ
ナ周辺部でプラズマ密度が中心部に比べ高くなるため、
エッチング速度はウエハ周辺で高くなり、ばらつきは±
３０％程度になる。
【００２７】このように、アンテナの構造を図３に示す
構造にすることにより、エッチング速度のウエハ面内均
一性が改善する。同様な効果は、酸化膜の他、poly−Ｓ
ｉ膜，Ａｌ：Ｃｕ：Ｓｉ膜，Ｗ膜，ＷＮ膜および窒化ケ
イ素膜でも得られる。
構造にすることにより、エッチング速度のウエハ面内均
一性が改善する。同様な効果は、酸化膜の他、poly−Ｓ
ｉ膜，Ａｌ：Ｃｕ：Ｓｉ膜，Ｗ膜，ＷＮ膜および窒化ケ
イ素膜でも得られる。
【００２８】
【発明の効果】本発明により、有磁場ＵＨＦ波エッチン
グ装置において、ＵＨＦ波導入アンテナのアース構造を
凹型、もしくはアンテナ周辺部の誘電体を低誘電率材料
にすることにより、低ガス圧力で高密度プラズマを大口
径ウエハ面内で均一に生成することが可能になる。この
アンテナ構造をもつエッチング装置を用いることによ
り、２００ｎｍ以下の半導体装置の微細パターンの加工
が、１２インチ以上の大口径ウエハで均一に行えるの
で、より集積度の高い半導体装置の大量生産が容易にな
る。
グ装置において、ＵＨＦ波導入アンテナのアース構造を
凹型、もしくはアンテナ周辺部の誘電体を低誘電率材料
にすることにより、低ガス圧力で高密度プラズマを大口
径ウエハ面内で均一に生成することが可能になる。この
アンテナ構造をもつエッチング装置を用いることによ
り、２００ｎｍ以下の半導体装置の微細パターンの加工
が、１２インチ以上の大口径ウエハで均一に行えるの
で、より集積度の高い半導体装置の大量生産が容易にな
る。
【図１】本発明のアンテナ構造をもつドライエッチング
装置の一例を示す断面図。
装置の一例を示す断面図。
【図２】従来の有磁場ＵＨＦ波エッチング装置の断面
図。
図。
【図３】本発明で用いるドライエッチング装置のアンテ
ナ部の断面図。
ナ部の断面図。
【図４】従来のドライエッチング装置のアンテナ部の断
面図。
面図。
１…エッチング処理室、２…ＵＨＦ電源、３…エッチン
グ装置外周部の接地した金属、４…アンテナ、５…アン
テナ誘電体、６…アンテナ周辺部の誘電体、７…ＵＨＦ
波導入部にある石英、８…コンダクタンスバルブ、９…
ガス流量コントローラ、１０…ガス導入用のシャワープ
レート、１１…排気バルブ、１２…真空ポンプ、１３…
ソレノイドコイル、１４…ウエハ搬送ロボット、１５…
ゲートバルブ、１６…処理台、１７…被処理物（ウエ
ハ）、１８…処理台用の高周波電源、１９…石英内筒、
３０１…アンテナ誘電体用のアルミナ、３０２…アンテ
ナ誘電体用の石英、３０３…アンテナ周辺部の石英、３
０４…石英リング、３０５…シリコンアンテナ。
グ装置外周部の接地した金属、４…アンテナ、５…アン
テナ誘電体、６…アンテナ周辺部の誘電体、７…ＵＨＦ
波導入部にある石英、８…コンダクタンスバルブ、９…
ガス流量コントローラ、１０…ガス導入用のシャワープ
レート、１１…排気バルブ、１２…真空ポンプ、１３…
ソレノイドコイル、１４…ウエハ搬送ロボット、１５…
ゲートバルブ、１６…処理台、１７…被処理物（ウエ
ハ）、１８…処理台用の高周波電源、１９…石英内筒、
３０１…アンテナ誘電体用のアルミナ、３０２…アンテ
ナ誘電体用の石英、３０３…アンテナ周辺部の石英、３
０４…石英リング、３０５…シリコンアンテナ。
フロントページの続き (72)発明者 山本 清二 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 森 政士 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 渡辺 克哉 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内
Claims (6)
- 【請求項１】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガス
を導入する手段と、上記処理ガスを真空室外に排気する
排気装置と、上記真空処理室上部に高周波を印加できる
平板アンテナと、上記アンテナ上部に上記アンテナを覆
うように接地された金属と、上記アンテナと上記アンテ
ナ上部の金属の間に誘電体を有し、上記真空処理室内に
設置した被処理物を処理するドライエッチング装置にお
いて、上記アンテナ周辺部および外側の上記誘電体の厚
さが上記アンテナ中心付近上部に比べ、上記アンテナ上
部方向に厚いことを特徴とするドライエッチング装置。 - 【請求項２】請求項１のドライエッチング装置におい
て、上記アンテナは円形の金属もしくは半導体で、上記
誘電体の上記アンテナ周辺部の厚い部分内側の半径が上
記アンテナの半径より１mmから３０mmの範囲で小さく、
上記アンテナの中心付近上部の上記誘電体の厚さに比
べ、上記誘電体の周辺部の厚さが１０mm以上１００mm以
下厚いことを特徴とするドライエッチング装置。 - 【請求項３】真空処理室内に少なくとも１種の処理ガス
を導入する手段と、上記処理ガスを真空室外に排気する
排気装置と、上記真空処理室上部に高周波を印加できる
平板アンテナと、上記アンテナ上部に上記アンテナを覆
うように接地された金属と、上記アンテナと上記アンテ
ナ上部の金属の間に誘電体を有し、上記真空処理室内に
設置した被処理物を処理するドライエッチング装置にお
いて、アンテナ外側の上記誘電体の誘電率が上記アンテ
ナ上部の上記誘電体の誘電率より小さいことを特徴とす
るドライエッチング装置。 - 【請求項４】請求項３の装置において上記アンテナ上部
の誘電体の一部もしくは全部がアルミナで、上記アンテ
ナ外周外側上部の誘電体が石英であることを特徴とする
ドライエッチング装置。 - 【請求項５】請求項２もしくは請求項４のドライエッチ
ング装置において、上記高周波の周波数が３００ＭＨｚ
から９００ＭＨｚで、ソレノイドコイルを有することを
特徴とするドライエッチング装置。 - 【請求項６】金属もしくは半導体で形成された平型円形
板と接地金属が平行に設置され、上記アンテナと上記接
地金属の間に誘電体を有し、上記平型円形板が処理室に
接触もしくは非接触に設置され、上記平型円形板に高周
波を印加し、上記処理室に上記高周波を伝搬するアンテ
ナ構造体において、上記接地金属および上記誘電体の径
が上記平型円形板の径より大きく、上記誘電体の構造が
凹型で、上記平型円形板周辺部および外側の上記誘電体
の厚さが上記平型円形板中心付近上部に比べ上記接地金
属方向に厚いことを特徴とするアンテナ構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15713598A JP3555447B2 (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | ドライエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15713598A JP3555447B2 (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | ドライエッチング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354502A true JPH11354502A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3555447B2 JP3555447B2 (ja) | 2004-08-18 |
Family
ID=15642976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15713598A Expired - Fee Related JP3555447B2 (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | ドライエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3555447B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001244248A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置および方法 |
| US6388624B1 (en) | 2000-08-25 | 2002-05-14 | Hitachi, Ltd. | Parallel-planar plasma processing apparatus |
| KR100442318B1 (ko) * | 2001-02-07 | 2004-08-04 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 플라즈마처리장치 |
| US6797112B2 (en) | 2001-03-19 | 2004-09-28 | Hitachi, Ltd. | Plasma treatment apparatus and method of producing semiconductor device using the apparatus |
-
1998
- 1998-06-05 JP JP15713598A patent/JP3555447B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001244248A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置および方法 |
| JP4527833B2 (ja) * | 2000-02-28 | 2010-08-18 | 株式会社日立製作所 | プラズマ処理装置および方法 |
| US6388624B1 (en) | 2000-08-25 | 2002-05-14 | Hitachi, Ltd. | Parallel-planar plasma processing apparatus |
| KR100785960B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2007-12-14 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 플라즈마 처리 장치 |
| KR100442318B1 (ko) * | 2001-02-07 | 2004-08-04 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 플라즈마처리장치 |
| US6797112B2 (en) | 2001-03-19 | 2004-09-28 | Hitachi, Ltd. | Plasma treatment apparatus and method of producing semiconductor device using the apparatus |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3555447B2 (ja) | 2004-08-18 |
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