JPS62252943A - 高周波プラズマエツチング装置 - 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】 〔概　要〕 熱伝導ガスによる基板冷却手段を有し、基板ステージが
高周波電源に直に接続されるカソードカップル方式のプ
ラズマエツチング装置（リアクティブ・イオンエツチン
グ装置）における熱伝導ガスの減圧手段及び該減圧熱伝
導ガスの配管をステージと同電位にして減圧熱伝導ガス
中のプラズマ発生を防止し、プラズマ出力の向上及び安
定化を図る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は高周波プラズマエツチング装置に係り、特に高
速なりアクティブ・イオンエツチング装置に関する。

半導体装置が高密度高集積化されるに伴って、その製造
に際してのパターンニング工程においては、サイドエツ
チング量が少なく高パターンニング精度が得られるカソ
ードカップリング方式のプラズマエツチング方法即ちリ
アクティブ・イオンエツチング法が多く用いられる。

このリアクティブ・イオンエツチングには、半導体基板
の直径が６〜１３　ｉｎと大型化し、且つ製造工程が自
動化されて来ている現状において、１枚取りの装置が多
く用いられるが、この場合、装置のスループットを向上
し生産性を高めるために高速なりアクティブ・イオンエ
ツチング装置が要望される。

〔従来の技術〕

基板ステージが高周波電源に接続されるカソードカップ
リング方式のりアクティブ・イオンエツチング装置にお
いては、ステージと接地されている対向電極の間にプラ
ズマを発生させた際、ステージ面の近傍領域に数１０〜
数１００Ｖ程度の陰極降下が生じ、この電圧にによって
ステージ面に垂直にイオンが加速されて基板のエツチン
グがなされる。

従ってエツチング形態が基板面に垂直方向に優勢な異方
性を有し、パターンニング精度が向上する。

このリアクティブ・イオンエツチング装置のステージは
金属で形成され、ステージにはイオンの衝撃によって昇
温する基板を冷却するための水冷手段が設けられる。

そして従来、の通常出力のりアクティブ・イオンエツチ
ング装置においては、ステージ上に被加工基板が直に載
置固定され、基板はステージと密に接触している微少面
積を介し熱伝導により冷却されていた。

しかし大きな高周波出力を用いる高速リアクティブ・イ
オンエツチング装置においては、上記のような冷却手段
では冷却が不完全になり、基板温度が上昇してエツチン
グマスクに用いるレジストが溶解したり、また変質した
りして、パターンニング精度の低下や基板汚染等の障害
が発生していた。

一方、ステージ側が接地されるアノードカップリング方
式のプラズマエツチング装置や、イオン注入装置におい
ては、被加工基板からステージへの熱伝導度を増して基
板の冷却効率を高め、これによって高速処理を可能にす
るために、ガスの熱伝導を利用する冷却効率の高いステ
ージが提示されている−０ 第３図は上記ガスの熱伝導を利用して冷却効率を高めた
従来のステージを示す模式側断面図である。

同図において、５１は図示しない水冷等の冷却手段を備
えたアルミニウム等の金属ステージ、５２は熱伝導ガス
が満たされる深さ１００〜２００μｍ程度る。

被加工基板５５は加工面を上に向けてステージ５工上に
載置され、その周縁部において基板固定爪５４よってス
テージ５１に固定される。（基板５５とステージ５１と
の接触面に０リング等のパツキンが用いられることもあ
る。

そしてステージの凹部５２即ちステージ５１と基板５５
の間の空隙部には、１〜３０Ｔｏｒｒに減圧されたヘリ
ューム（Ｈｅ）等の熱伝導ガスがポリエチレン等よりな
る絶縁体配管５６によって供給され、熱伝導ガス導入管
５３を介して満たされる。

エツチングガスに用いる反応ガスの圧力は通常０．０１
〜０．５　Ｔｏｒｒ程度で熱伝導率が極めて低いが、熱
伝導ガスの圧力は上記のように高い値を有するのでその
熱伝導率は大きく、基板裏面の略全域から該熱伝導ガス
層を介してステージへ放熱がなされるので冷却効率が向
上する。

この形式のステージは従来リアクティブ・イオンエツチ
ングには用いられなかった。

その理由は、熱伝導ガスの圧力が最もプラズマ放電を起
こし易い圧力領域にあり、且つリアクティブ・イオンエ
ツチングにおいてはステージに高周波の高電圧が印加さ
れるので、上記圧力に減圧された熱伝導ガスを供給する
ポリエチレン等の絶縁体配管５６中でプラズマ放電が優
先的に起こり、ステージと対向電極間に発生するプラズ
マ強度が不安定になり、且つ弱くなるという問題を生じ
、またこれを避けるためには、上記配管を接地領域から
充分に離す必要があり、装置が大型化するという問題を
生ずるためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明が解決しようとする点は、熱伝導ガスを用いる効
率的な基板冷却手段が、カソードカップリング方式のプ
ラズマエツチング装置即ちリアクティブ・イオンエツチ
ング装置に使用した際、ステージと対向電極間に発生す
るプラズマ強度が不安定になり、且つ弱（なるという問
題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は第１図に示す原理図のように、真空室（１
）内に、高周波電源（Ｉ？Ｆ）に接続されたステージ（
２）と接地（ＧＮＤ）された対向電極（３）を有し、且
つステージ（２）上に載置される被加工基板（４）と該
ステージ（２）との間に熱伝導ガスが満たされ導ガスを
該空隙部（５）に供給される熱伝導ガス導入管（７）に
より該ステージ（２）に直に接続され、これによって該
圧力調整手段（６）の少なくとも減圧された熱伝導ガス
導入管（７）とがステージ（２）と同電位に固定されて
なる本発明による高周波プラズマエツチング装置によっ
て解決される。

決される。

〔作　用〕

即ち本発明のカソードカップル方式のプラズマエツチン
グ装置（リアクティブ・イオンエツチング装置）におい
ては、ステージの基板冷却効果を高めるために、基板と
ステージ間に気密な空隙部を設け、該空隙部に所定の圧
力に減圧して熱伝導率を高めたガスが満たされ、基板の
下面の殆ど全域からステージに熱を放散せしめる。

そして更に熱伝導ガスの減圧手段を金属製の配管即ち熱
伝導ガス導入管によりステージに直に接続して上記減圧
手段及び減圧熱伝導ガスの配管をステージと同電位にし
て減圧熱伝導ガス中のプラズマ発生を防止し、これによ
りエツチング出力の向上及び安定化を図る。

〔実施例〕

以下本発明を図示実施例により、具体的に説明する。

第２図は本発明の一実施例に係るリアクティブ・イオン
エツチング装置の模式側断面図である。

該装置は、アルミニウム等の金属基台１１にテフロン等
の絶縁体１２を介して例えばアルミニウムよりなり、内
部に図示しない公知の静電チャック機構及び図示しない
水冷手段を具備した金属ステージ２が嵌め込まれる。

このステージ２には上面まで貫通される熱伝導ガス導入
管７が直に接続され、ステージ２に可能な限り近づけた
熱伝導ガス導入管７の端末部に減圧弁等よりなる熱伝導
ガス減圧手段６が機械的、電気的に接続される。そして
この減圧手段６の入口側にはポリエチレン等の絶縁体配
管１３が接続され、この絶縁体配管１３から高圧の熱伝
導ガス例えば５気圧程度のヘリウム（Ｈｅ）ガスが供給
される。

そしてこのステージ２は高周波電源（ＲＦ）の高電位側
に接続される。

ステージ２の上部には、その周縁部に配設した石英等よ
りなる絶縁リング１４があり、またステージ２には、深
さ１００μｍ程度の凹部１５が形成される。

該基台１１上には、真空排気口１６を有するアルミニウ
ム等の金属ペルジャー１７が０リング等の真空パツキン
１８を介してかぶせられ、金属ステージ２の上部に真空
処理室１を形成している。

この金属ペルジャー１７には上部に、金属製の反応ガス
導入管１９によって該ペルジャー１７に固定され且つ電
気的に接続された対向電極３がステージ２に平行に配設
される。この対向電極３は例えば反応ガス導入管１８を
介し接地（ＧＮＤ）される。

上記対向電極３にはガス噴出孔２０が設けられ、反応ガ
ス導入管１９から供給された反応ガスＧＲは該ガス噴出
孔２０から処理室１内へ導入される。

被加工基板４は被処理面を上に向けて、ステージ２の上
部に前記静電チャック機構により気密に固定される。こ
の際被加工基板４とステージ２の凹部１５の間には１０
０μｍ程度の空隙部５が形成される。

そしてエツチング処理に際しては、上記基板４とステー
ジ２の間隙部５に減圧手段６で例えば１０Ｔｏｒｒ程度
に減圧したＨｅガスを満たし、真空処理室１には対向電
極３のガス噴出孔２０から所定流量の反応ガスＧＲを導
入し、真空排気口１６から所定の排気を行って該処理室
１内の反応ガス圧を例えばＱ、ｌ　Ｔｏｒｒ程度に保ち
、ステージ２と対向電極３間に例えば１３．５６ＭＨｚ
、　Ｉ　Ｋ−程度の高出力の高周波を印加して被加工基
板４と対向電極３の間に高密度のプラズマを生成せしめ
、該プラズマで励起された高密度のイオン及びラジカル
により被加工基板４面の高速エツチングがなされる。

かかる高速リアクティブ・イオンエツチングにおいては
上記高密度のイオン及びラジカルの衝撃により被加工基
板４の温度は大きく上昇するが、上記装置においては被
加工基板４とステージ２０間に熱伝導のよい上記圧力の
Ｈｅガスが介在するので、基板４からステージ２への放
熱が加速され、基板４の温度上昇幅は小さく抑えること
ができる。

そして熱伝導ガス減圧手段６は金属製の熱伝導ガス導入
管７により高周波電源の高電位が印加されるステージ２
に直に機械的、電気的に接続されるので、減圧された熱
伝導ガス即ちＨｅガスは総てステージと等電位の中に閉
じ込めらることになり、該減圧Ｈｅガス中にプラズマ放
電が発生することがなく、従ってこれに電力を食われる
ことがなくなるので処理室１内のプラズマ出力は安定し
、且つ向上する。

なお、高圧のＨｅガス中には絶縁体配管１３を用いても
プラズマ放電が発生することはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被加工基板の温度
上昇を低く抑え、且つエツチング・プラズマの強度の安
定した高速リアクティブ・イオンエツチング装置を形成
することができる。

従って本発明は半導体装置製造工程の自動化に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す模式側断面図、第２図は本
発明の一実施例に係るリアクティブ・イオンエツチング
装置の模式側断面図、第３図は従来のステージを示す模
式側断面図である。 図において、 １は真空処理室、 ２は金属ステージ、 ３は対向電極、 ４は被加工基板、 ５は空隙部、 ６は圧力調整手段（熱伝導ガス減圧手段）７は熱伝導ガ
ス導入管、 ８は減圧側領域、 １１は金属基台、 １２は絶縁体、 １３は絶縁体配管、 １４は絶縁リング、 １５は凹部、 １６は真空排気口、 １７は金属ペルジャー、 １８は真空パツキン、 １９は金属製反応ガス導入管、 ２０はガス噴出孔、 ＲＦは高周波電源、 ＧＮＤは接地、 ＧＲは反応ガス を示す。 ４崗ロココ師≧掟衰 ＄２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空処理室（１）内に、 高周波電源（ＲＦ）に接続されたステージ（２）と接地
   （ＧＮＤ）された対向電極（３）を有し、且つステージ
   （２）上に載置される被加工基板（４）と該ステージ（
   ２）との間に熱伝導ガスが満たされる空隙部（５）を有
   し、 該空隙部（５）に供給される熱伝導ガスの圧力調整手段
   （６）が、該減圧された熱伝導ガスを該空隙部（５）に
   供給する金属製の熱伝導ガス導入管（７）により該ステ
   ージ（２）に直に接続され、 これによって該圧力調整手段（６）の少なくとも減圧側
   領域（８）と該熱伝導ガス導入管（７）とが該ステージ
   （２）と同電位に固定されてなることを特徴とする高周
   波プラズマエッチング装置。