JPS60213026A - ドライエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 集積度の大きな回路の半導体基板（ウェハと略記する）
を高周波プラズマを利用してエツチングするドライエツ
チング装置は、高精度なエツチングと早いエツチングが
要求されている。ドライエツチング装置はバレル式エツ
チング装置、カソードカップリング式エツチング装置お
よびアノードカップリング式エツチング装置に大別され
る。バレル式は等方性エツチングのため、ホトレジスト
のアッシング（灰化）処理に使用されるが、本発明はカ
ソードカップリングおよびアノードカップリング両方式
の装置の改良に関するものである。

（従来の技術） カソードカップリング式エツチング装置は、真空容器内
に平行平板電極を設け、被エツチング物体が載置されて
いる電極に高周波電力が与えられる。対向する他の電極
は一般に真空容器と共に接地される。高周波電源と上記
電極３の間には直流阻止コンデンサが挿入され、真空容
器内のエッチングガスが電離されると、電離されたイオ
ンと電子の移動度の違いにより直流のセルフバイアス電
圧が発生する。この電圧は高周波電力量が大きい程負に
低下する。また真空容器内の圧力が低いほど負に低下す
る。ガスの種類およびガスの流量の変化に対してはそれ
程の変化がない。従ってエツチング処理を早くするには
高周波電力を増加すればよいが、このときは直流セルフ
バイアス電圧が低くなり、被エツチング物に損傷が発生
する。またホトレジストが焼損してしまうという欠点が
あって、投入できる高周波電力には制限がある。なおこ
の方式の実用されている電極間間隔は３０〜８０Ｍであ
る。

アノードカップリング式エツチング装置は、カソードカ
ップリング式装置とは逆に、高周波電力が供給される電
極の対向電極に被エツチング物が載せられる。電極間隔
は５〜１５ｍが実用的で、狭い間隔はどエツチングの速
度は早くなる。被エツチング物をのせた電極は通常接地
されているが、接地線のインダクタンスによって高周波
電圧が発生し、インダクタンスが適当なら、エツチング
を早める効果を生じている。このインダクタンスが非常
に小さい場合はエツチングが非常に遅くなる。

またインダクタンスが不適当なら、被エツチング膜にデ
ポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が発生しエツチン
グされない。このようにこの電極上の高周波電圧の値に
よってエツチング特性が変化するので、品質のよいエツ
チングを得るのは非常に困難である。また電極および真
空容器はエツチング処理回数に応じて汚れ、電極上の直
流セルフバイアス電圧または高周波電圧が変化するので
、常に監視する必要がある。

さて従来の高周波プラズマを利用するドライエツチング
装置における直流セルフバイアス電圧の制御には、アノ
ード電極と接地間に可変抵抗器を接続し、（従ってこれ
はカソードカップリング式装置である）この可変抵抗値
を変えることによって直流セルフバイアス電圧を制御す
るものがあるが、この可変抵抗器に高周波電流が流れる
ので高周波損失が伴う。プラズマに利用される電力は、
この損失を印加された電力から差引いたものであるから
、プラズマの有効電力量が不明であり、また高周波損失
が大きいことが欠点である。また真空容器内の側壁が接
地された金属の場合に、電極間の電界が真空容器の２−
の影響を受けて乱れ、Δ エツチングの均一性が得られなくなるという欠点もある
。

またアノードカップリング方式の装置においても、高周
波電力を加える極の対向極と接地間に可変リアクタンス
を接続し、直流セルフバイアス電圧を一定にするように
制御するものを本発明者が先に（特願昭５’７−４０’
７５７号）提案したが、この対向極がインピーダンスを
持つと、電極間の電界が真空容器の影響を受けるとき乱
されてエツチングの均一性が悪くなるという問題が残っ
ている。

さらにカソードカップリング方式の装置であるが、ドラ
イエツチングによるウェハの損傷（ダメージ）を減らす
方法として、カソード電極を前面にメツシュ金属を用い
た２重電極とし、その中にウェハを収容してイオンおよ
び電子の連動エイ、ルギを減殺しようとするものがある
。しかしこの方法ではメツシュ電極の金属部のプラズマ
　ａ良が濃いため、エツチングの均一性が悪く、またメ
ツシュ電極がエツチングされこの電極金属によって汚染
されるという欠点がある。

（発明の目的） 真空容器内に平行平板電極を設置し、その一方の電極に
高周波電力を供給して真空容器内の減圧したエツチング
ガスを電離しながら、いずれが一方の電極にのせられた
ウェハをエツチングするドライエツチング装置において
、エツチングを短時間にしかも均一性よく処理すること
が目的である。

なお前記の目的を達成するには、高周波電力の供給量を
増加することが必要であるが、このときは前記の不都合
が発生し電力の増大には制限がある。これに対して本発
明の装置では大幅な高周波電力の増加を可能とし、エツ
チングを短時間で処理できるようにしたことが特徴であ
る。

（発明の構成と作用） 図面は本発明装置の回路構成例を示すものである。ｌは
金属製真空容器、２と３はこれに内蔵される平行平板電
極、７はエツチングガスな電離するための高周波電源、
１５と１８は電極に発生する直流セルフバイアス電圧の
検出器となる高周波チョークコイルとコンデンサ、１１
と１２は可変コンデンサで、それぞれ電極２と接地間お
よび真空容器ｌと接地間に接続されている。１３と１４
は可変コンデンサの駆動モータ、コンデンサ２５と２６
、抵抗３１およびダイオード２９よりなる電極２の高周
波電圧検出器を構成し、コンデンサ２’ｉ’、２Ｂ、２
２、抵抗３２およびダイオード３０は真空容器１の高周
波電圧検出器を構成し、１０はエツチングプロセスに応
じて２つの可変コンデンサ１１と１２を制御し、また直
流電源９の電圧の制御を行う制御器、９は直流電源であ
って、以上が本発明のドライエツチング装置を構成する
要素である。

次にこれらの要素の動作を有機的に説明する。

まず真空容器ｌは可変コンデンサ１２を介して接地され
る。従ってこの容器１仁誘起する高周波電圧は２２，２
７．２Ｂ、３０．３２よりなる検出器で検出され、制御
器１ｏに送られる。また真？ε容器ｌには流量を一定に
制御されたエツチングガスをガス導入口４から流入させ
る。真空容器内の圧力ｔｉ一定に制御されながら、排気
口５から排気装置（図示せず）によって排気される。電
極３には高周波源７から直流阻止コンデンサ８を通じて
高周波電力が供給されるが、電極３に発生する直流セル
フバイアス電圧は１５．１８よりなる検出器によって検
出され、制御器１ｏに送られる。他方の電極２は可変コ
ンデンサ１１を介して接地され、この電極の高周波電圧
は２５．　２６．　２９．　３１よＩ）なる検知器によ
って検出され、制御器１０に送られる。

直流電源９は制御器１０よりの制御信号Ｃ８に応じた直
流電圧を制限抵抗２３、コンデンサ１９、高周波チョー
クコイル１６よりなる回路を通じて電極２に印加すると
共に、制御器１ｏよりの制御信号Ｃｄに応じた直流電圧
を制限抵抗２４、コンデンｆ２０、高周波チョークコイ
ル１７よりなる回路を通じて真空容器１に与える。

なおこれらの制御信号Ｃ，Ｃ，、：は共に以下の各方式
の項にて説明するように種々な与え方があるが、エツチ
ングのプロセスによってあらかじめプリセットしである
ことが多く、また電極３の直流セルフバイアス電圧に関
連させて出力させるなどの方法も併せて用いられる。

次にカソードカップリング方式とアノードカップリング
方式の各装置に分けてその動作を説明する。

（１）　カソードカップリング方式のドライエツチング
装置 被エツチング物すなわちウニ／Ｘ３３は電極３上に置か
れる。高周波源７よ１）の高周波電力を電極３に供給す
ると、真空容器ｌ内のエツチングガスは電離する。イオ
ンと電子の移動度の相違によって電極３には負の直流セ
ルフバイアス電圧が発生することはよく知られている。

この直流セルフバイアス電圧は電極２と接地間に接続さ
れた可変コンデンサ１１の容量を変えると一定に制御す
ることができる。また電極３に供給する高周波電力を増
すと、直流セルフバイアス電圧は異常に低下するが、こ
のときは可変コンデンサ１１の容量を小さくすることに
よって正常な値まで高めることができる。さらにエツチ
ングの終了近くになったときには、直流セルフバイアス
電圧を可変コンデンサ１１の容量を小さくして高め、被
エツチング膜の下地のダメージを防止する。また電極２
に直流電源９から異常な電流を制限する制限抵抗器２３
を通して正の直流電流を与えると、電極３の直流セルフ
バイアス電圧を正の値にすることができ、ダメ−Ｄのな
い工、テング処理ができる。

他方真空容器と接地間に挿入されたＷｌ変コンデンサ１
２は、電極２（二接続された可変コンデンサ１１によっ
て電極間の電界が乱され、均一性の悪いエツチングが行
われることを防止するためのもので、可変コンデンサ１
１と連動されるか、あるいはあらかじめ設定値にしてお
く。

また真空容器に供給する直流電圧は均一性を良くするた
めのもので、制限抵抗２４を通して与えられる。この直
流電圧も可変コンデンサ１１と連動させるか、あるいは
あらかじめ設定値にしておく。

（２）　アノードカップリング方式のドライエツチング
装置 被エツチング物であるウェハ３３は電極２（＝のせてお
く。電極３に高周波電圧が供給されると、電極２には可
変コンデンサ１１の容量に応じた高周波電圧が誘起する
。この電圧はコンデンサ２５，２６，２１、ダイオード
２９、抵抗３１により構成された回路で検出され、制御
器１０に与えられる。この高周波電圧の最適値をめ、そ
れによる検出電圧を制御器１０に記憶させておき、電極
２に誘起する電圧が最適値になるように可変コンデンサ
１１の値を制御器１０からモータ１３によって制御する
。また直流電源９からはイオンのスパッタ効果を利用す
るため、負電圧を電極２に与えておく。真空容器１と接
地間に接続した可変コンデンサ１２および直流電源９よ
り真空容器に供給される直流電圧の効果は、カソードカ
ップリング方式の場合と同じである。

さらに両方式に共通することであるが、電極および真空
容器内壁のプラズマクリーニング時には、各可変コンデ
ンサの容量値を小さくし、負の直流電圧を電極に与える
か、真空容器に誘起する高周波電圧を高めることによっ
て生ずるイオンのスパッタリングによって、クリーニン
グ効果が高められる。

（発明の効果） （Ａ）　カソードカップリング方式の場合１）直流セル
フバイアス電圧を設定値になるように制御できるので、
エツチング時間かは＼゛一定となり、エツチングを均一
に行うことができる。

２）直流セルフバイアス電圧（負）を高くできるので、
高周波電力を増すことが可能で、エツチング処理時間を
短縮することができる。

３）直流セルフバイアス電圧をエツチング処理中に変え
られるので、エツチングする膜の下地近くになったとき
、直流セルフバイアス電圧を高くして下地のダメージの
発生を防止することができる。

４）被エツチング物を積載する電極の対向電極に直流電
圧を与えてプラズマの電位を変化させ、被エツチング膜
のダメージを防止できる。

５）電極と真空容器間の電位差を変化できるから、電極
間の電界分布を変え、均一性のよいエツチングを実現で
きる。

６）真空容器に誘起する高周波電圧を大きくすることに
よって、真空容器内壁のプラズマクリーニングを容易に
行うことができる。

（Ｂ）　アノードカップリング方式の場合１）電極に誘
起する高周波電圧を変化することができるので、最適な
エツチング電圧に保つことができる。

２）電極に直流電圧を与えてスパッタ効果によるエツチ
ングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の回路構成側口である。 １・・・・真空容器、　２，３・・・・電極、４．５・
・・・エツチングガスの導入口と排気［］、６・・・・
シールドカバー（接地）、 ７・・・・高周波′ＩＩＬ諒、　８・・・・直流阻止コ
ンデンサ、９・・・・直流電源、　１０・・・・制御器
、１１、　１２６−ｅ・可変コンデンサ、１３．１４・
・・拳駆動部（モータ）、１５．１６．１７−−−−高
周波チョークコイル、１８、１９．２０．２］、、　２
２．２５．２６．２７．２８−−０゛拳・拳−コンデン
サ、 ２３．２４，３１．３２−−−−抵抗、２９、　３０争
・・・ダイオード、 ３３・・・・被エツチング物。 特許出願人　国際電気株式会社 代理人　大塚　学

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エツチングガスを流通させた金属製真空容器内の平行平
   板電極の一方の電極（３）には、高周波電源より高周波
   電力を与え、他方の電極（２）には第１の可変コンデン
   サを通じて接地させると共に、直流電源より第１の直流
   電圧（Ｅよ）を与え、また前記に 真空容器は第２の可変コンデンサを通じて接地さ八 せると共に、直流電源より第２の直流電圧（Ｅ２）を与
   える各手段と、エツチングプロセス中に電極（３）に発
   生する直流セルフバイアス直流電圧、電極（２）に発生
   する高周波電圧および前記真空容器に発生する高周波電
   圧に対応し、かつエツチングのプロセスに対応して前記
   第１の直流電圧（Ｅ□）および第２の直流電圧（Ｅ２）
   をそれぞれ制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
   るドライエツチング装置。