JPS63237529A

JPS63237529A - ドライエツチング装置

Info

Publication number: JPS63237529A
Application number: JP7212487A
Authority: JP
Inventors: Tsunetoshi Arikado; 経敏有門
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1988-10-04

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ドライエツチング装置に係わり、特に電極材
料の改良をはかったドライエツチング装置に関する。

（従来の技術）近年、高集積デバイス製造のための微細加工には、主と
して反応性イオンエツチング技術（ＲＩ　Ｅ）が用いら
れている。ＲＩＥは、別名反応性スパッタエツチングと
も呼ばれ、一対の対向する平行平板電極を有する真空チ
ャンバ内の片方の電極上に被処理基体を置き、例えばＣ
Ｆ４等のハロゲン原子を含有するガスを該チャンバ内に
導入し、上記一対の電極間に高周波電力を印加してガス
を放電せしめ、発生したイオンやラジカルを用いて被処
理基体をエツチングする方法である。

また、最近では磁場を利用してマグネトロン放電を起こ
し、プラズマ密度を高めたドライエツチング装置も開発
されている。このマグネトロン放電を利用したドライエ
ツチング装置を第３図に示す。図中４１は真空容器、４
２は被処理基体、４３は被処理基体を載置して容器４１
の底部に設けられた陰極、４４は陰極４３を冷却するた
めの配管、４５はマツチング回路、４６は高周波電源、
４７は容器４１の上部に設けられた陽極である。

また、５１は複数の磁石５１ａからなる磁場発生器、５
２は磁場発生器５１を陽極４７と平行に移動させる駆動
機構、５３は容器４１内にガスを導入するためのガス導
入口、５４は容器４１内のガスを排気するためのガス排
気口、５５は絶縁体を示している。

この装置では、電極４３．４７間に高周波電力を印加し
てプラズマを発生せしめることにより、容器１１内の電
位分布はプラズマ電位と称される空間電位か最も高くな
り、このプラズマ電位は通常アースに対して数１０［Ｖ
］の電位差を有する。一方、高周波電力の供給される陰
極４３は、アースに対して数１００［Ｖ］低い電位を有
する。この数１００［Ｖ］の電位差でイオンが加速され
被処理基体４２を衝撃するため、方向性エツチングが達
成される。さらに、磁場発生器５１により電極４３゜４
７間１て磁場を印加することによって、電場と磁場が直
交する領域で電子をサイクロイド運動させ、プラズマ効
率を高めてより高いエツチング速度を得ている。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、プラズマ中のイオンは被処理基体のみ
を衝撃するわけではなく、陰極の他部分も衝撃する。さ
らに、接地された陽極やチャンバの壁面も数１０　［ｅ
Ｖ］のエネルギーを有するイオンで衝撃される。その結
果、電極材料やチャンバ材料がスパッタリングされ、出
て来た原子や分子が被処理基体上に付着し、不純物とな
って形成した素子の電気的特性を損うと云う問題がある
。

この問題を解決するために、一般に電極やチャンバ壁面
を例えばマイラやカプトン等の高分子膜で被覆する方法
や、第３図に示す如く陽極４７の下面に石英板５３を置
く等の方法が取られている。

しかし、マイラやカプトンは、高々　０．１［μｍｌ程
度の厚さであり、それ自体がスパッタリングされて容易
にエツチングされるため、頻繁に取替えなければならな
い煩わしさを有している。さらに、石英板を置く方法で
は、プラズマに晒されている間に石英板が加熱され、そ
こからの輻射熱によって被処理基体が加熱され、エツチ
ング形状が変化したり、エツチングマスクとして用いる
レジストが熱変形する問題がある。

一方、大口径ウェハを均一にエツチングするためにウェ
ハを１枚ずつ処理する枚葉式装置では、生産能力を高め
るため、マグネトロン放電やホローカソード放電等を利
用し、密なプラズマを発生するように工夫されている。

このような高密度のプラズマを用いるエツチング装置で
は、上記の問題が特に顕著なものとなる。なお、スパッ
タリングされるのは電極及びチャンバ壁面であるが、被
処理基体により大きな影響を与えるのは電極であり、さ
らに陰極上には被処理基体が載置されることから陽極の
スパッタリングが最も大きな問題となる。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来のドライエツチング装置では、被処理基
体以外の電極のスパッタリングに起因して、被処理基体
が汚染されたり加熱される等の不都合があり、これが良
好なエツチングを妨げる要因となっていた。

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、電極のスパッタリングに起因する被処
理基体の不純物汚染や加熱を防止することができ、良好
なエツチングを行い得るドライエツチング装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、スパッタリングされてもそこから出て
くる原子が素子に影響を与えない飼料で電極を形成する
と共に、該電極を冷却可能な飼料で形成することにある
。

即ち本発明は、被処理基体が載置される第１の電極及び
この電極に対向配置される第２の電極を備えた容器と、
この容器内に所定のガスを供給する手段と、上記容器内
のガスを排気する手段と、前記第１及び第２の電極間に
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及び第２の電極の少なくとも
一方を導電性セラミックス材料で形成するようにしたも
のである。

（作用）導電性セラミックス材料は、その名の通り導電性である
ため、それ自身で電極を構成する材料となり得る。そし
て、窒化硼素、シリコンカーバイド、ポリアセチレン、
ポリ窒化硫黄等の材料は、スパッタリングされてもそこ
から出てくる原子はいずれも非金属であり、素子に悪影
響を及ぼさない。さらに、これらの材料は加工が容易で
あり水冷可能であるため、例えば石英のように加熱さケ
′してその輻射熱で被処理基体の温度上昇を招くことは
ない。

（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の底部には被処理基体１２を載置した陰
極（第１の電極）１３が設置されている。陰極１３はス
テンレス鋼等の金属からなるもので、その内部には冷却
水を流すための流路１３ａが形成されている。そして、
この流路１３ａに配管１４を接続して冷却水を通流する
ことにより、陰極１３は冷却されるものとなっている。

また、配管１４は電極リードとしても作用するものであ
り、この配管１４にはマツチング回路１５を介して１３
．５６［ＭＩＩｚｌの高周波電源１６が接続されている
。

容器１１の上部には、接地された陽極（第２の７１！ｉ
＋）１７が設置されている。この電極１７は窒化硼素（
ＢＮ）からなるもので、その内部には冷却水を流すため
の流路１７ａが形成されている。

そして、この流路１７ａに配管１８を接続して冷却水を
通流することにより、陽極１７が冷却されるものとなっ
ている。

陽極１７の上方には、Ｓ／Ｎ／Ｓの磁極２１ａから構成
される閉ループ型磁場発生器２１が配置され、この磁場
発生器２１からの漏洩磁場が陰極１３に向かって供給さ
れる。そして、この磁場発生器２１は駆動機構２２によ
り陽極１７と平行（図中矢印Ｐ方向）に移動されるもの
となっている。なお、図中２３は容器１１内に所定のガ
ス（例えばＣ，ｆ？２　）を導入するためのガス導入口
、２３は容器１１内のガスを排気するためのガス排気口
、２５は絶縁体、２６は漏洩磁場を示している。

次に、上記装置を用いたＳｉのトレンチエツチングにつ
いて説明する。

まず、試料として第２図（ａ）に示す如く、Ｓｉ基板３
１上に５ｉ０２マスク３２を形成し、このマスク３２に
トレンチエツチング形成のための窓を形成する。この試
料を前記第１図に示す装置の陰極１３上に載置し、ＣＩ
！２ガスを導入してエツチングを行った。その結果、第
２図（ｂ）に示す如く、エツチング生成物５ｉＣＪ！Ｘ
　（ｘ−１〜４）３３と５ｉ０２から発生した０２或い
は０＊の反応により、ＳｉＯ２薄膜３４がトレンチ側壁
に形成され、それがマスク端部での反射イオンの効果を
防いで真直ぐな形状の溝３３が形成された。

一方、従来のように陽極１７として金属板を用いその下
面に石英板を配置したものでは、マグネトロン放電によ
る密なプラズマにより石英板が徐々に加熱される。この
この場合、Ｃ１２ガスの導入によりエツチングを行うと
、陽極１７にＢＮを用いた場合と同様に第２図（ｂ）に
示す如く垂直断面のエツチング形状が得られる。ところ
が、２０枚程度エツチングすると、上部の石英板の温度
上昇が著しいものとなり、そこからの輻射熱によりウェ
ハが加熱される。このため、トレンチ側壁に５ｉ０２が
付若しなくなり、反射イオンによって第２図（ｃ）に示
す如く側壁にえぐれ３５を生じる。

これに対し本実施例のように、陽極１７をＢＮで形成し
これを水冷した場合、５０枚以上のウェハをエツチング
しても加工形状は第２図（ｂ）のままであり、エツチン
グの再現性が著しく向上した。

これは、陽極１７が水冷されており、マグネトロン放電
による密なプラズマにより加熱されても、その温度が一
定に保持されるからである。また、ＢＮのスパッタリン
グにより出てくる物質は非金属であり、半導体素子の不
純物にはなり得ない。

つまり、ＢＨのスパッタリングにより素子特性が劣化す
る等の不都合はない。

かくして本実施例によれば、陽極１７をＢＮで形成する
と共に、これを水冷しているので、陽極１７がスパッタ
リングされて素子に悪影響を及ぼす不純物が出てくる等
の不都合はなく、さらに陽極１７からの輻射熱で被処理
基体１２が加熱されることもない。このため、被処理基
体１２を良好なエツチング形状にエツチングすることが
でき、トレンチの形成に極めて有効であり、さらにエツ
チングの再現性の向上をはかることができる。また、従
来装置の陽極材料を代えるのみでよく、簡易に実現する
ことができ、その有用性は絶大である。さらに、金属性
の陽極の表面に石英板等を配置するものに比べ、構成が
簡略化される等の利点もある。

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、陽極材料となる導電性セラミックスはＢＨ
に限るものではなく、ＳｉＣ。

（ＳＮ）ｘ、ポ１ノアセチレシ等、機械的強度があり、
導電性を有するものであればよい。また、実施例では陰
極を金属で形成したが、陰極を導電性セラミックス材料
で形成することにより、先の実施例と同様の効果を得る
ことができる。さらに、これらの電極及び容器の壁面の
全てを導電性セラミックス材料で形成すれば、より有効
な効果が得られる。

また、マグネトロン放電の代りに、ホロカソード放電或
いはＥＣＲ放電を利用した装置にも適用可能である。さ
らに、磁場印加は必ずしも必要ではなく、通常の平行平
板型ドライエツチング装置にも適用可能である。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。

［発明の効果〕以上詳述したように本発明によれば、電極の少なくとも
一方を導電性セラミックス材料で形成することにより、
電極のスパッタリングに起因する被処理基体の不純物汚
染や加熱を防止することができる。従って、被処理基体
に形成する素子の特性劣化を招くことなく、良好なエツ
チング加工を行うことができ、半導体製造分野における
有用性は大である。

【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図は上記装置を用いたトレン
チエツチング工程を示す断面図、第３図は従来装置を示
す概略構成図である。１１・・・真空容器、１２・・・ウェハ（被処理基体）
、１３・・・陰極（第１の電極）、１６・・・高周波電
源、１７・・・陽極（第２の電極）、２１・・・磁場発
生器、２３・・・ガス導入口、　２４・・・ガス排気口
、３１・・・Ｓｉ基板、　３２・・・５ｉ０２マスク、
３３・・・溝、３４・・・５ｉ０２薄膜、３５・・・側
壁のえぐれ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理基体が載置される第１の電極及びこの電極
に対向配置される第２の電極を備えた容器と、この容器
内に所定のガスを供給する手段と、上記容器内のガスを
排気する手段と、前記第１及び第２の電極間に高周波電
力を印加する手段とを具備したドライエッチング装置に
おいて、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方を導
電性セラミックス材料で形成してなることを特徴とする
ドライエッチング装置。
（２）前記導電性セラミックス材料は、冷却されている
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）前記導電性セラミックス材料は、内部に冷却流体
を流す流路が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２項記載のドライエッチング装置。
（４）前記導電性セラミックス材料は、ＢＮ或いはＳｉ
Ｃであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項記載のドライエッチング装置。