JPS6234834B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えばシリコンウエハ上に形成され
た皮膜のパターン加工等を行なうためのプラズマ
放電を利用した一枚処理のドライエツチング装置
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、半導体集積回路の高集積化・高性能化が
進むにつれ、微細加工に対する要求が要求が増大
してきた。とりわけドライエツチング装置は、従
来のウエツトエツチングではアンダーカツトが大
きく高精度な微細パターン形成に限界があること
から、微細パターン形成の主流になつてきてい
る。またウエハ径も大口径化の傾向をたどり、一
枚処理による、エツチングの均一性、再現性の高
いドライエツチング装置が望まれている。

以下図面を参照しながら、上述した従来のドラ
イエツチング装置について説明を行なう。第１図
は、従来の一枚処理ができるドライエツチング装
置の構成を示すものである。第１図において、１
は内部を真空に保ち、プラズマ反応を起こすため
の真空容器で、２，３は一対の平行電極を形成し
ており２は真空容器内で接地されている対向電
極、３は真空容器内で、図示しない絶縁物で支持
されるとともに被エツチング物を載置し、高周波
電力を印加する基板電極、４は被エツチング物で
ある例えば半導体用のシリコンウエハ、５は真空
容器の下方に設けられ、図示しない真空ポンプ等
の真空排気手段に接続される真空排気孔、７は必
要に応じガス流量の調節を行なうコントロールバ
ルブ、８は処理ガスを供給するガス容器である。
９はプラズマ放電を行なわすための高周波電源で
ある。

以上のように構成されたドライエツチング装置
について、以下その動作について説明する。まず
ウエハ４を基板電極３上に載置し、真空容器１内
の気体を真空排気孔５より排気し、その後真空排
気を続けながら処理ガスを、ガス導入孔６より真
空容器１内に導き、グロー放電によるプラズマ発
生圧力内で所定の圧力に保ち、基板電極３に高周
波電力を印加し、プラズマを発生させ、ウエハ４
表面の除去すべき膜と反応させる。反応生成物は
ガス化し排気孔５より排気される。

しかしながら上記のような構成では、ガス導入
孔付近でのエツチングの進行が速くなり、不均一
なガス流れに起因するエツチング速度のバラツキ
を生じ、均一性、再現性の良い微細パターンが得
られないという欠点を有していた。またプラズマ
反応による反応生成物は、基板電極の裏面を通り
排気されるため、基板電極の裏面に反応生成物が
付着し、真空引き途中での放出ガスの原因とな
り、真空容器の到達真空度を低下させたりエツチ
ングの再現性を悪くする原因なつていた。また定
期的に行なわれる反応生成物の除去作業にも、手
間がかかるため生産性を低下させる大きな要因と
なつており量産装置としては使いにくいという欠
点があつた。さらに近年、ウエハ径の大口径とエ
ツチングパターンの微細化にともない、さらにエ
ツチングの均一性、再現性を高められるドライエ
ツチング装置が望まれていた。

上記問題点に対する改善策として次のようなも
のが考えられる。

第２図は、第１図の改良例におけるドライエツ
チング装置の構成を示すものである。第２図にお
いて、１０は内部を真空に保ち、プラズマ反応を
起こすための真空容器で、１１は真空容器内で図
示しない電気的絶縁物で支持されるとともに、被
エツチング物を載置し、高周波電力を因加する基
板電極、１２は被エツチング物であるウエハ、１
３は必要に応じガス流量の調節を行なうコントロ
ールバルブ、１４は処理ガスを供給するガス容器
で、コントロールバルブ１３とともに必要なガス
の種類に応じた数だけ設けられる。１５はプラズ
マ放電を起こすための高周波電源である。１６は
真空容器１０内にあつて接地されている対向電極
であり、ガス拡散させるための中空部１６ａと基
板電極１１に対向する面に複数の小孔もしくは細
孔からなるガス吹出面１６ｂをもち、中空部１６
ａで拡散されたガスを均一に吹出す。吹出面１６
ｂは実施例では100μｍメツシユのステンレス製
多孔質板を用いたが、複数個の小孔を加工したも
のでもよい。１７は基板電極、対向電極１６と同
心でかつ、基板電極１１の下方に設けられた真空
排気孔である。

以上のように構成されたドライエツチング装置
について、以下その動作について説明する。まず
ウエハ１２を基板電極１１上に載置し、真空排気
孔１７より真空容器内の気体を排気し、その後、
真空排気を続けながら、処理ガスを対向電極の吹
出面１６ｂに設けた複数の細孔により均一に吹き
出し、ウエハ面に均一なガス流れを生じさせると
ともに、プラズマ発生圧力内で所定の圧力に保
ち、基板電極１１に高周波電力を印加し、プラズ
マを発生させてウエハ上の除去すべき膜と反応さ
せる。反応生成物は、例えば四塩化炭素などの塩
素系ガスのプラズマ反応によれば、アルミニウム
膜の除去の場合AlCl₃のような生成物を生じる
が、真空中では容易に気化し、ガス流れにのつて
真空排気孔より排気される。

以上のように本改良例によれば、対向電極と基
板電極と排気孔とを、同心に設けることにより、
対向電極から吹出されたガスは、基板電極上に均
一に流れ、かつ、基板電極の外周から排気される
ことにより、プラズマ反応中の処理ガスの流れ、
および排ガス流れを均一にできるため、基板電極
上に載置されたウエハのエツチングの均一性、再
現性の良い微細パターン加工が可能となつた。第
３図には、本改良例に示すドライエツチング装置
でのエツチングの均一性を表わしたもので、従来
の装置に比べ向上が認められる。

第４図は第２の改良例を示すドライエツチング
装置の構成図である。同図において、第２図と同
じ番号を付したものは同じものを表わしている。
第２図の構成と異なるのは真空排気孔１８を、一
対の対向する平行電極と同心で、かつ、対向電極
１６の上方に設けた点と、真空排気孔１８を上方
に設けたことにより、基板電極１１と真空容器１
０との間にあつた排気のため空間をなくし、電気
的絶縁体１０ａにより密閉した点である。

上記のように構成されたドライエツチング装置
について、以下その動作を説明する。対向電極１
６から処理ガスを流しプラズマを発生させ、プラ
ズマ反応によりウエハ面上の除去すべき膜と反応
させることは第１の改良例と同一であるが、真空
排気孔１８を対向電極１６の上方に設けること
で、気化した反応生成物を真空容器上方より排気
することができる。

以上のように真空排気孔を対向電極の上方に設
けたことにより、ウエハを載置し高周波電力を印
加する基板電極部と真空容器壁面との間に排ガス
の通路となる空間を設ける必要がなくなり、基板
電極部の構造を簡素化できるとともに反応生成物
を含む排ガスを上方に排気することによりウエハ
を載置した基板電極部付近への反応生成物の付着
を減少でき、定期的に行なわれる真空容器内面に
付着した反応生成物の除去作業も、高周波電源の
配線や、電気的絶縁体による支持物が設けられて
いた基板電極と真空容器との狭い空間をなくした
ことにより、容易になり、メンテナンス時間が大
幅に短縮される。第５図は第２の改良例における
エツチングの均一性を示したもので、電極間距離
の近いところで、第１の改良例と同等の効果が認
められる。

しかしながら、上記第１の改良例では、基板電
極１１の下方に空間があるために、基板電極部の
構造がやや複雑になる上に、基板電極部下方への
反応生成物が付着し、その除去作業に手間がかか
るという問題がある。また上記第２の改良例で
は、第１の改良例の問題点は解消するものの、基
板電極１１と対向電極１６の距離を大きくした場
合のエツチングの均一性の劣化の度合がやや急で
あるという問題がある。

本発明は、上記欠点に鑑み真空容器内での被加
工物に対するガス流れの均一化をはかり、大口径
化するウエハに対してもエツチングの均一性、再
現性が良く、かつ、装置の保守性を改善した一枚
処理用のドライエツチング装置を提供するもので
ある。

発明の構成 本発明は、対向電極に中空部と小孔もしくは細
孔からなるガス吹出面をもち、真空排気孔を一対
の対向する平行電極と同心に設けることにより、
プラズマ反応中の電界分布に依存するイオン反応
と、処理ガス流れに依存するラジカル反応のどち
らにおいても、被エツチング物に対し均一に作用
させることができるため、エツチングの均一性、
再現性を向上することができる。

また真空排気孔を対向電極の上方に取りつける
ことにより、反応生成物が被エツチング物を載置
した基板電極部に再付着することが減少でき、メ
ンテナンス時間も大幅に短縮することができる。

また対向電極の外周部にそつて円筒状のガイド
を設けることにより、最適な放電条件を得るため
に電極間距離を移動しても、ガス流れを一定にす
ることができ、良好なエツチングの均一性、再現
性が得られるという特有の効果を有する。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。第６図は本発明の実施例を示す
ドライエツチング装置の構成図である。同図にお
いて、第４図と同じ番号を付したものは同じもの
を表わしている。第４図の構成と異なるものは円
筒状のガイド２０を、対向電極１６の外周部にそ
つて設け、開口部を基板電極外周部付近まで延ば
した点である。ガイド２０は基板電極との放電を
防止するため、電気的に絶縁されている構造、も
しくは電気的絶縁体から構成されている。

上記のように構成されたドライエツチング装置
について、以下その動作について説明する。プラ
ズマ反応によりウエハ上の除去すべき膜が気化す
るまでは、前記第２の改良例と同様であるが、反
応生成物を含む排ガスの流れは、第１の改良例と
同様に基板電極１１の全周から排気される。

以上のように対向電極の外周部にそつて、円筒
状のガイドを設けたことにより、最適な放電条件
を得るために電極間距離を移動しても、排ガスの
流れを一定にすることができ、前記第１の改良例
の特徴である均一性の良さと、第２の改良例の特
微であるメンテナンスの容易さの両特性を兼ね備
えたドライエツチング装置とすることができる。
第７図は、本発明実施例におけるエツチングの均
一性を示したもので電極間距離を変えても、エツ
チングの均一性は良好であつた。

なお、本実施例ではウエハの加工について述べ
たが半導体ウエハの加工に限定されるものでな
く、広い加工対象に適用できる。又大口径のウエ
ハに対しては一枚処理で均一性、再現性の良い加
工が得られるが小径のウエハを複数枚加工するこ
とも本発明に含まれる。

また、高周波電源１５は基板電極に接続した
が、ガス吹出面をもつ対向電極に接続し、ウエハ
を載置する基板電極を接地してもよいことは言う
までもない。

発明の効果 以上のように本発明は対向電極に中空部と小孔
もしくは細孔からなるガス吹出面をもち、真空排
気孔を一対の対向する平行電極と同心に設けるこ
とにより、プラズマ反応中の電界分布に依存する
イオン反応と、処理ガス流れに依存するラジカル
反応のどちらにおいても、ウエハ面上において均
一にすることができるため、エツチングの均一
性、再現性を向上することができ、また真空排気
孔を対向電極の上方に取りつけ、上方から反応生
成物を含む処理ガスを排気することにより、ウエ
ハを載置し高周波電力を印加する基板電極部と、
真空容器壁面との間に、反応生成物を含む排ガス
の通路となる空間を設ける必要がなくなり、基板
電極部の構造を簡素化できたため、基板電極部へ
の反応生成物の付着を減少でき、定期的に行なわ
れる真空容器内に付着した反応生成物の除去作業
も容易になり、メンテナンス時間を大幅に短縮す
ることが可能となり、高密度、高集積化が進む半
導体ウエハの微細パターン形成を行なう一枚処理
のドライエツチング装置として、その実用的効果
は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一枚処理のドライエツチング装
置の概略図、第２図は第１の改良例におけるドラ
イエツチング装置の概略図、第３図は第２図のド
ライエツチング装置によるエツチングの均一性を
示す特性図、第４図は第２の改良例におけるドラ
イエツチング装置の概略図、第５図は第４図のド
ライエツチング装置によるエツチングの均一性を
示す特性図、第６図は本発明の一実施例における
ドライエツチング装置の概略図、第７図は第６図
のドライエツチング装置によるエツチングの均一
性を示す特性図である。 １０……真空容器、１１……基板電極、１２…
…ウエハ、１３……コントロールバルブ、１４…
…ガス容器、１５……高周波電源、１６……対向
電極、１６ａ……中空部、１６ｂ……吹出部、１
７，１８……真空排気孔、１９……絶縁物、２０
……円筒状のガイト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器と、この真空容器に連接された真空
   排気手段と、処理ガス供給手段と、前記真空容器
   内にあつて、被エツチング物を載置する基板電極
   と、前記基板電極と平行に対向する対向電極と、
   真空容器内の前記電極のいずれか一方に電気的に
   接続された高周波電源と、前記基板電極の外周部
   近傍に開口部を有し前記対向電極にそつて設けた
   円筒状のガイドからなり、前記対向電極は、中空
   部と基板電極に対向する面に複数の小孔もしくは
   細孔からなるガス吹出面を有し、前記真空容器の
   上方の壁面に設けた排気孔と同心に構成されたド
   ライエツチング装置。