JPS6230329A

JPS6230329A - ドライエツチング装置

Info

Publication number: JPS6230329A
Application number: JP16895685A
Authority: JP
Inventors: Tsunetoshi Arikado; 経敏有門; Haruaki Kaneko; 金子　晴明
Original assignee: Toshiba Corp; Tokuda Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokuda Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-02-09
Also published as: JPH0560256B2

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〕本発明は、半導体集積回路の製造等に使用するドライエ
ツチング装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、高集積デバイスを実現するための方法として、３
ｉ基板に深い溝を掘り、溝の中にキャパシタや素子分離
領域を形成するデバイス構造が採用されている。このよ
うなデバイス構造を実現するためには、まず単結晶３ｉ
を垂直にエツチングしなければならない。

３ｉ基板を垂直エツチングする方法としては、反応性イ
オンエツチング（ＲＩＥ）法が知られているが、ＣＮ３
やＳＦｓ等のハロゲンガスのみでＲＩＥを行っても完全
な垂直な形状は得られず、第５図（ａ）に示す如く溝の
中央部が脹らんだ形状となる。これは、イオンがカソー
ドシース内で散乱されたり、マスクのチャージのために
曲げられ斜めに入射するためである。なお、図中５１は
Ｓｉ基板、５２はＳｉＯ２マスク、５３は溝を示してい
る。

そこで最近、デポジションをエツチングと同時に起こし
、第５図（ｂ）に示す如く側壁に重合膜（堆積膜）５４
を形成しながら、エツチングすることにより、斜め入射
イオンの効果を堆積膜で相殺して垂直にエツチングする
方法が提案されている。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、デポジションを起こすためには、炭素
やシリコンを含んだガスをハロゲンガスに混合し、エツ
チングと同時に３ｉ基板等の試料上に重合膜を形成する
必要がある。この重合膜は試料以外の電極面や真空容器
の内面にも付着する。そして、容器の内面等に付着した
重合膜が剥がれると、これがゴミ発生の原因になる等の
問題があった。また、エツチングを繰返していくうちに
、容器の内面に付着する重合膜が厚くなり、この重合膜
によりエツチングに異状を来たすこともある。このため
、容器の内面を定期的に洗浄する必要があり、装置稼働
率の低下を招く等の欠点があった〔発明の目的〕本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、被エツチング試料以外の部分に堆積膜
が付着するのを防止若しくは極めて少なくすることがで
き、ゴミの低減化及び装置稼働率の向上をはかり得るド
ライエツチング装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、堆積膜を形成すべき部分を冷却し、堆
積膜を形成したくない部分を加熱することにある。

前述した堆積膜の重合速度に看目し、本発明者等が鋭意
研究を重ねた結果、重合速度は基板温度に強く依存し、
温度が高い程低下することが判明した。これは、重合に
おいてはガス分子の吸着が律速過程となっており、基板
温度が高い程脱離速度が増大し定常被覆率が低下するこ
とに起因すると推定される。また、エツチング速度の基
板温度依存性は極めて小さいことも判明した。従って、
試料部分のみを冷却し、他の部分を加熱することにより
、試料部分のみに重合を起こすことが可能となる。

本発明はこのような点に着目し、試料が載置される第１
の電極及びこの電極に対向配置された第２の電極を備え
た真空容器と、この容器内に反応ガスを導入する手段と
、上記容器内のガスを排気する手段と、上記電極間に高
周波電力を印加する手段とを具備したドライエツチング
装置において、前記第１の電極の試料と対面する部分の
温度を、前記第１の電極の試料と対面しない周辺部より
低温に制御するようにしたものである。また、必要なら
真空容器壁の温度を、第１の電極の試料と対面しない周
辺部と同様に、第１の電極の試料と対向する部分よりも
高くするようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料部分以外に重合膜が付着するのを
極めて少なくすることができる。このため、真空容器の
内面に多量の重合膜が付着して、エツチングに異状が生
じる等の不都合を防止することができる。また、容器の
内面等に付着する重合膜が極めて少なくなることから、
ゴミの発生を抑えることができる。さらに、容器内を洗
浄するまでの期間を長くすることができ、これにより装
置稼働率の向上をはかり得る等の利点がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装
置を示す概略構成図である。図中１１は真空容器であり
、この容器１１の上端開口には絶縁環１２を介して電極
（第１の電極）２０が取着されている。そして、容器１
１と電極２０で囲まれた空間にエツチング処理室が形成
される。電極２ｏは、後述する如く冷水や温水等の流路
を形成した温度制御板２１と、その下面に取着された電
極板２２とからなるもので、この電極２０の下面に被エ
ツチング試料３０が設置されるものとなっている。また
、容器１１は接地され、電極２０にはマツチング回路１
３を介して高周波電源１４が接続されている。なお、電
極２０に対向する対向電極（第２の電極）としては容器
１１の壁面が作用するものとなっている。　　。

電極２０の温度制御板２１の下面には、第２図（ａ＞（
ｂ）に示す如く試料３０より僅かに大径の環状に熱遮蔽
体２３が埋込まれている。温度制御板２１の熱遮蔽体２
３の内側には、冷水を通流するための冷水流路２４がエ
ツチングにより形成されている。ざらに、熱遮蔽体２３
の外側には、温水を通流するための温水流路２５が形成
されている。これらの流路２４．２５には流体導入管２
４ａ、２５ａから所望の流体がそれぞれ導入され、流路
２４，２５を通過した流体は流体導出管２４ｂ、２５ｂ
からそれぞれ導出される。そして、流路２４に数［’Ｃ
］程度の冷水、流路２５に８０［’ＣＩ程度の温水を通
流することにより、電極２０の試料載置部分は冷却され
、その他の部分は加熱されるものとなっている。

また、容器１１内の下部には、前記電極２０と対向して
ガス導入部４１が設置されている。ガス導入部４１は、
上面にガスを通すための多数の透孔を有したもので、こ
の導入部４１にはマスフローコントローラ４２及びゲー
トバルブ４３等を介して所定のエツチングガスが供給さ
れる。そして、上記透孔からエツチングガスが前記試料
面に対し均等に供給される。また、容器１１の外面及び
ガス導入部４１の外面には、温水を通流するためのバイ
ブ１５が取着されている。このパイプ１５内には、前記
電極２０の温水流路２５と同様に温水が通流される。こ
れにより、容器１１の壁面は、加熱されるものとなって
いる。

一方、容器１１の下部には容器１１内のガスを排気する
ための排気口５１が形成されている。この排気口５１は
、ゲートバルブ５２．液体窒素トラップ５３．バルブ５
４を介して油回転ポンプ５５に接続されている。そして
、このポンプ５５により容器１１内のガスが排気される
ものとなっている。

次に、上記構成された本装置を用いたエツチング例につ
いて説明する。被エツチング試料しては単結晶Ｓｉｌ板
を用い、エツチングガスとしては０ｇ２／ＣＨ＋の混合
ガスを用いた。

第３図（ａ）に示す如く単結晶３ｉ基板３１上に５１０
２マスク３２を形成した試料を、エツチング室内の電極
２０の下面に載置する。ゲートバルブ５２を開いて系内
を真空排気した後、Ｃａ２（流［１５６ａ＋Ｉ／　ｍｉ
ｎ　）及びＣＨ４（流量４１／１ｎ）を、をマスフロー
コントローラ４２を介してガス導入部４１より導入し、
容器内圧力が２０［Ｐａ］になるようにバルブ５４を調
節する。

次いで、高周波電源１４を投入し、電極２０と容器１１
の壁面との間で放電を生起してエツチングを行う。この
エツチングにより、第３図（ｂ）に示す如く側壁に重合
ｇＩ３４を形成しながら垂直エツチングを行うことがで
き、断面垂直の溝３３を形成することができた。なお、
このときの各部の温度は次の通りであった。即ち、電極
２０の試料載置部分は約２０［’Ｃ］、試料載置部分以
外及び容器１１の壁面では約６０　［℃］であった。

ここで、本発明者等は、１０枚の試料をエツチングする
毎にダミーウェハを用いてゴミの数を測定した。第４図
は電極２０のみを水冷した場合（直線Ｂ）を参考データ
として、本実施例による結果（直線Ａ）をゴミ数の経時
変化として図示したものである。但し、この測定では、
エツチング直後の５インチウェハ上に存在する大きさ０
．５［μｍ］以上のゴミ数をプロットした。この図から
明らかなように、試料の接する部分以外を加熱すること
による効果は顕著である。即ち、本実施例装置が従来装
置と異なる点は被エツチング試料３０と接触する部分以
外（電極２０の試料載置部以外及び容器１１の内面）を
加熱するか否かであり、この違いによりゴミの数が著し
く少なくなっているのが判る。

かくして本実施例によれば、被エツチング試料３０と接
触する部分以外、つまり電極２０の試料載置部以外及び
容器１１の壁面）に重合膜が付着するのを極めて少なく
することができる。このため、ゴミの発生の極めて少な
い垂直エツチングを行うことができ、集積回路の製造に
極めて有効である。また、容器１１の内面等に付着する
重合膜が糧めて少ないことから、容器１１内を洗浄する
必要がなくなる、若しくは洗浄するまでの期間を長くす
ることができる。このため、装置稼働率の大幅な向上を
はかり得る等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第１の電極に形成する流路の形状は第
２図（ａ）（ｂ）に回答限定されるものではなく、適宜
変更可能である。さらに、電極内部に流路を形成する代
りに電極の裏面に冷水及び温水を通流するためのパイプ
を設けるようにしてもよい。要は、電極の試料載置部分
を冷却でき、その他の部分を加熱できる構成であればよ
い。また、電極の試料載置部分及びその他の部分の設定
温度は、エツチングガスの種類及び流量等の条件に応じ
て適宜変更可能である。但し、電極の試料載置部分の温
度は、堆積膜を十分形成する必要から、３０　［’Ｃ］
程度以下が望ましい。さらに、その他の部分の温度は、
堆積膜の形成を十分抑える必要から５０　［’Ｃ］程度
以上が望ましい。

また、実施例では第２の電極として真空容器の底壁を用
いたが、容器とは独立して第２の電極を形成してもよい
のは、勿論のことである。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装
置を示す概略構成図、第２図は上記装置に用いた試料側
電極の一例を示す模式図、第３図は被エツチング試料及
びエツチング形状を示す断面図、第４図はウェハ枚数と
ゴミの数との関係を示す特性図、第５図は従来の問題点
を説明するための断面図である。１１・・・真空容器、１４・・・高周波電源、１５・・
・温水パイプ、２０・・・電極、２１・・・温度制御板
、２２・・・電極板、２３・・・熱遮蔽体、２４・・・
冷水流路、２５・・・渇水流路、３０・・・被エツチン
グ試料、３１・・・単結晶Ｓｉ基板、３２・・・ＳｉＯ
２マスク、３３・・・溝、３４・・・重合ｌ１ｌ（堆積
膜）、４１・・・ガス導入部、５１・・・排気口。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ａ）第２図第３図ウエムａ数　　　□ 第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料が載置される第１の電極及びこの電極に対向
配置された第２の電極を備えた真空容器と、この容器内
にエッチングガスを導入する手段と、上記容器内のガス
を排気する手段と、上記電極間に高周波電力を印加する
手段と、前記第１の電極の試料と対面する部分の温度を
、前記第１の電極の試料と対面する部分の周辺部より低
い温度に制御する手段とを具備してなることを特徴とす
るドライエッチング装置。
（２）前記温度制御手段は、前記第１の電極の試料と対
面する部分を冷却し、前記第１の電極の試料と対面する
部分の周辺部を加熱するものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置。
（３）前記冷却する手段として前記第１の電極の試料と
対面する部分に冷水を通流せしめる冷水流路を形成し、
前記加熱する手段として前記第１の電極の試料と対面す
る部分の周辺部に温水を通流せしめる温水流路を形成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のドライ
エッチング装置。
（４）前記冷却する手段としてペルチエ効果素子を用い
、前記加熱する手段としてヒータを用いたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載のドライエッチング装置
。
（５）前記エッチングガスは、ハロゲン原子を含有する
ガスと堆積用ガスとの混合ガスであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置。
（６）前記第２の電極は、前記容器の壁部で形成された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のドライエッチング装置。
（７）前記真空容器は、その壁面を加熱されるものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライ
エッチング装置。