WO2012011171A1 - エッチング装置 - Google Patents

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etching apparatus
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拓真 上條
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Toyota Motor Corp
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    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
    • H10P50/242—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials of Group IV materials

Definitions

  • the technique disclosed in this specification relates to an etching apparatus that etches a workpiece using plasma.
  • Patent Document 1 discloses an etching apparatus that etches a workpiece using plasma.
  • This etching apparatus has a stage, a chamber, a gas introduction pipe, and an air-core coil.
  • a workpiece is placed on the stage.
  • an etching gas is supplied from the gas introduction pipe into the chamber.
  • a high frequency voltage is applied to the air-core coil and a high frequency voltage is applied to the stage.
  • an oscillating electric field is generated in the space in the chamber above the stage.
  • the etching apparatus of Patent Document 1 plasma is generated at a higher concentration at the outer periphery of the space above the stage than at the center of the space above the stage.
  • the outer periphery of the workpiece is etched at a high rate by the high concentration plasma, and the central portion of the workpiece is etched at a low rate by the low concentration plasma. Is done. That is, the etching rate on the workpiece becomes non-uniform.
  • the etching apparatus of Patent Literature 1 includes a focus ring installed around the stage. A high frequency voltage is applied to the focus ring.
  • the etching apparatus of Patent Document 1 reduces the plasma concentration in the outer peripheral portion by drawing the plasma in the outer peripheral portion into the focus ring.
  • the plasma drawn into the focus ring does not contribute to the etching of the workpiece.
  • most of the plasma generated in the outer peripheral portion does not contribute to the etching. Therefore, there is a problem that energy is wasted and etching efficiency is poor.
  • the present specification provides an etching apparatus that can uniformly etch a workpiece and efficiently etch the workpiece.
  • the etching apparatus disclosed in this specification etches a workpiece using plasma.
  • This etching apparatus includes a stage, plasma generating means, a center electrode, and an outer peripheral electrode.
  • the stage has a placement surface. A workpiece is placed on the placement surface.
  • the plasma generating means generates plasma at a higher concentration above the stage in a space around the central axis than on the central axis of the mounting surface.
  • the central electrode is disposed below the space where the plasma generating means generates plasma, and is disposed at a position through which the central axis passes.
  • the center electrode is configured to be able to control its potential.
  • the outer peripheral electrode is disposed above the stage and below the central electrode, and extends along the periphery of the central electrode when viewed along the central axis. The outer peripheral electrode is configured such that its potential can be controlled.
  • the plasma is generated at a higher concentration in the space around the central axis above the stage than on the central axis of the mounting surface” is lower in the region on the central axis of the mounting surface.
  • the electric field in the space between the central electrode and the stage (hereinafter referred to as the space above the stage) can be controlled by controlling the potentials of the central electrode and the outer peripheral electrode during etching.
  • the electric field from the central electrode toward the stage can be controlled.
  • the potential of the outer peripheral electrode between the potential of the space where the plasma generating means generates plasma and the potential of the stage an electric field from the outer peripheral portion to the central portion can be generated in the space above the stage. it can.
  • an electric field can be generated in the space above the stage toward the stage side and toward the central axis of the mounting surface.
  • ions in plasma generated at a high concentration in the outer peripheral space above the stage can be moved toward the center of the mounting surface.
  • the concentration of ions in the plasma is made uniform until the plasma reaches the workpiece on the stage. Therefore, ions can be implanted more uniformly into the workpiece.
  • a workpiece can be etched more uniformly. In this etching apparatus, most of the ions in the generated plasma are implanted into the workpiece. That is, most of the ions in the generated plasma contribute to the etching. Therefore, according to this etching apparatus, the workpiece can be efficiently etched.
  • the outer peripheral electrode extends in the vertical direction.
  • the etching apparatus described above further includes a potential control unit that controls the potential of the central electrode and the potential of the outer peripheral electrode to be lower than the potential of the space where the plasma generating unit generates plasma and higher than the potential of the stage.
  • the potential control means may be a wiring that connects the central electrode and the outer peripheral electrode to the ground, or may be a power source that applies a predetermined voltage thereto.
  • the potential control means can independently change the potential of the central electrode and the potential of the outer peripheral electrode.
  • the central electrode and the outer peripheral electrode may be constituted by one electrode that connects them to each other.
  • the plasma generated by the plasma generating means can move to the space on the stage through the vent hole of the electrode.
  • the plasma that has moved to the space above the stage is uniformly distributed by the electric field formed by the electrodes. Therefore, the workpiece can be etched uniformly and efficiently.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an etching apparatus 10 according to a first embodiment.
  • the top view which shows arrangement
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing equipotential lines 100 in a space 44.
  • the graph which shows distribution of the processing amount when it etches with the etching apparatus 10 of 1st Example.
  • the graph which shows distribution of the processing amount when it etches with the conventional etching apparatus.
  • the etching apparatus 10 includes a chamber 20.
  • An etching gas supply pipe 62 is connected to the upper portion of the chamber 20.
  • the etching gas supply pipe 62 supplies an etching gas (SF 6 in this embodiment) into the chamber 20.
  • An exhaust pipe 38 is connected to the lower portion of the chamber 20.
  • the exhaust pipe 38 is connected to an exhaust pump (not shown).
  • the exhaust pipe 38 exhausts the gas in the chamber 20 as indicated by an arrow 80 in FIG.
  • a shower plate 60, an RF electrode 50, a central electrode 42, an outer peripheral electrode 40, and a stage 30 are installed.
  • the shower plate 60 is installed at the top of the chamber 20. A large number of ventilation holes are formed in the shower plate 60.
  • the etching gas supplied from the etching gas supply pipe 62 is introduced into the chamber 20 from the vent of the shower plate 60 as indicated by an arrow 70 in FIG.
  • the shower plate 60 is a conductor and is connected to the ground.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the members in the chamber 20 when viewed along the central axis of the chamber 20. In FIG. 2, each member is hatched in consideration of easy viewing.
  • the RF electrode 50 extends circumferentially along the inner wall surface of the chamber 20.
  • the RF electrode 50 is interrupted at the position on the left side of FIG.
  • One end of the RF electrode 50 is connected to a high frequency power source 52.
  • the other end of the RF electrode 50 is connected to ground.
  • a high frequency voltage is applied to the RF electrode 50 by the high frequency power source 52, a magnetic field that vibrates in the vertical direction is generated in the space 54 surrounded by the RF electrode 50 in FIG.
  • an oscillating magnetic field is generated in the space 54, plasma is generated in the space 54 as described later.
  • the space 54 is referred to as a plasma generation space 54.
  • the center electrode 42 is installed below the plasma generation space 54.
  • the central electrode 42 is installed at a position through which a central axis 32a of a mounting surface 32 of the stage 30 described later passes.
  • the center electrode 42 has a disk shape centered on the central axis 32a.
  • the diameter of the central electrode 42 is smaller than the inner diameter of the RF electrode 50.
  • the center electrode 42 is connected to ground.
  • the outer peripheral electrode 40 is installed below the central electrode 42.
  • the outer peripheral electrode 40 has a cylindrical shape extending in the vertical direction in the chamber 20.
  • the central axis of the outer peripheral electrode 40 substantially coincides with the central axis 32a.
  • the inner diameter of the outer peripheral electrode 40 is larger than the diameter of the central electrode 42. That is, as shown in FIG. 2, the outer peripheral electrode 40 extends along the outer periphery of the central electrode 42 with a distance from the central electrode 42 when viewed along the central axis 32 a.
  • the outer peripheral electrode 40 is connected to the ground.
  • the stage 30 is installed at the bottom of the chamber 20.
  • a mounting surface 32 is formed on the upper surface of the stage 30.
  • the mounting surface 32 is a flat surface, and its outer shape is circular.
  • a wafer 34 that is a workpiece can be placed on the placement surface 32.
  • the center axis 32 a of the mounting surface 32 substantially coincides with the center axis of the inner wall surface of the chamber 20.
  • the diameter of the stage 30 is smaller than the inner diameter of the outer peripheral electrode 40. That is, the diameter of the mounting surface 32 is smaller than the inner diameter of the outer peripheral electrode 40.
  • the stage 30 is a conductor.
  • the stage 30 is connected to the ground via a blocking capacitor 36.
  • the wafer 34 is placed on the placement surface 32 of the stage 30.
  • an exhaust pump (not shown) is operated to exhaust the gas in the chamber 20 from the exhaust pipe 38.
  • the atmospheric pressure in the chamber 20 is lowered.
  • the etching gas is supplied through the etching gas supply pipe 62 while the exhaust pump is continuously operated.
  • the etching gas flows into the chamber 20 through the vent holes of the shower plate 60.
  • a high frequency voltage is applied to the RF electrode 50 by the high frequency power source 52.
  • an oscillating magnetic field is generated in the plasma generation space 54.
  • the etching gas in the plasma generation space 54 is ionized by the generated oscillating magnetic field.
  • plasma is generated in the plasma generation space 54.
  • the etching gas SF 6 is decomposed to generate radicals (F * , SF 5 * , SF 4 * ), ions (SF 5 + , SF 4 2+ ), and electrons.
  • the electrons are generated, they are instantaneously drawn into the shower plate 60 and the stage 30. Therefore, plasma composed of radicals and ions is generated in the plasma generation space 54.
  • plasma continues to be generated in the plasma generation space 54.
  • a higher magnetic field is generated in a region on the outer peripheral side closer to the RF electrode 50 than in a central region (that is, a region in the vicinity of the central axis 32a) far from the RF electrode 50. For this reason, in the region on the outer peripheral side of the plasma generation space 54, a plasma having a higher concentration than that in the central region of the plasma generation space 54 is generated.
  • Plasma generated in the plasma generation space 54 flows downward in the chamber 20 due to the repulsive force between ions and the flow of gas in the chamber 20. That is, plasma flows from the plasma generation space 54 through the space between the central electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 into the space 44 on the stage 30. As described above, the stage 30 is negatively charged. That is, the stage 30 having a negative potential exists below the space 44. On the other hand, since the center electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 are connected to the ground, their potential is 0V. That is, the space 44 is surrounded by the center electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 having a potential of 0 V on the upper side and the side. Therefore, the potential is distributed in the space 44 as represented by the equipotential line 100 in FIG.
  • the potential is distributed so that the equipotential line 100 protrudes upward at a position close to the central axis 32a.
  • an electric field is generated in the space 44 from the outer peripheral electrode 40 side toward the central axis 32a side.
  • the ions move in a direction substantially orthogonal to the equipotential line 100. Accordingly, as indicated by an arrow 110 in FIG. 3, the ions move downward while moving toward the central axis 32a.
  • plasma that is, ions
  • plasma that is, ions
  • the concentration of ions becomes uniform as the wafer 34 is approached.
  • the ion concentration distribution is more uniform near the surface of the wafer 34. For this reason, the number of ions colliding with the surface of the wafer 34 becomes more uniform within the surface.
  • the reaction between the radical and the wafer 34 is promoted by the collision of ions with the wafer 34. For this reason, the reaction between radicals and the wafer 34 is also made uniform within the surface of the wafer 34. Therefore, according to the etching apparatus 10, the surface of the wafer 34 can be uniformly etched.
  • FIG. 4 shows the processing amount when the etching apparatus 10 etches the wafer for a certain time.
  • FIG. 5 shows the processing amount when the wafer is etched for the same time as the etching in FIG. 4 by an etching apparatus that does not have the center electrode 42 and the outer peripheral electrode 40.
  • the SiO 2 film was etched in order to accurately grasp the ion concentration distribution. Since the SiO 2 film hardly reacts with radicals, the amount of processing in FIGS. 4 and 5 is dominated by the amount of processing by ion collision. 4 and 5, the horizontal axis indicates the position of the wafer in the radial direction. In FIG.
  • the average processing amount of the whole wafer is about 67 ⁇ m, whereas the processing amount difference dE1 between the central portion of the wafer and the outer peripheral portion of the wafer is about 2.5 ⁇ m.
  • the ratio of the difference dE1 to the average processing amount is about 3.7%.
  • the average processing amount of the entire wafer is about 54 ⁇ m, whereas the processing amount difference dE2 between the central portion of the wafer and the outer peripheral portion of the wafer is about 4.5 ⁇ m.
  • the ratio of the difference dE2 to the average processing amount is about 8.3%.
  • the central electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 can generate an electric field toward the center of the mounting surface 32 in the space 44 on the stage 30. For this reason, the etching apparatus 10 can etch the wafer 34 uniformly. It is also possible to generate an electric field toward the center of the mounting surface 32 only by the outer peripheral electrode 40 without installing the central electrode 42. However, in this case, the potential distribution in the space 44 on the stage 30 varies according to the unstable potential in the plasma generation space 54. For this reason, it is difficult to etch the wafer 30 uniformly unless the central electrode 42 exists.
  • the etching apparatus 10 of the present embodiment since the central electrode 42 is present, the potential distribution of the space 44 on the stage 30 can be controlled without being substantially affected by the potential of the plasma generation space 54. Therefore, the etching apparatus 10 can etch the wafer 30 uniformly.
  • the etching apparatus 10 makes the concentration distribution of ions uniform on the surface of the wafer 34 by moving the high concentration ions generated in the outer peripheral portion of the plasma generation space 54 toward the central axis 32 a of the wafer 34. For this reason, most of the generated ions contribute to the etching of the wafer 34. Therefore, this etching apparatus 10 can perform etching efficiently.
  • the center electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 are connected to the ground.
  • the central electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 may be controlled to a constant potential by the DC power sources 90 and 92.
  • the central electrode 42 and the outer peripheral electrode 40 are controlled to a potential lower than the potential of the plasma generation space 54 and higher than the potential of the stage 30, thereby making it possible to make the ion concentration distribution uniform on the wafer surface. it can.
  • the applied voltage of the DC power supplies 90 and 92 can be changed.
  • the applied voltage of the DC power supply 90 may be linked to the applied voltage of the DC power supply 92.
  • the applied voltage of the DC power supply 90 can be controlled independently of the applied voltage of the DC power supply 92. It is preferable to keep it. According to such a configuration, the potential distribution in the space 44 on the stage 30 can be controlled more finely.
  • a single electrode 98 may be installed between the plasma generation space 54 and the stage 30.
  • the electrode 98 is formed with a large number of air holes communicating from the upper surface thereof to the lower surface thereof.
  • the plasma generated in the plasma generation space 54 flows to the wafer 34 side through the vent hole of the electrode 98.
  • the electrode 98 has a central portion 98a located on the central axis 32a and an outer peripheral portion 98b located below the central portion 98a and extending along the periphery of the central portion 98a.
  • the central portion 98a functions in the same manner as the central electrode 42 described above.
  • the outer peripheral portion 98b functions in the same manner as the outer peripheral electrode 40 described above.
  • the potential distribution in the space 44 can also be controlled by the electrode 98 as in FIG. Since the center part 98a and the outer peripheral part 98b are connected, the electrode 98 can be formed in a more complicated shape. For this reason, the potential distribution in the space 44 can be controlled more appropriately.
  • etching apparatus 210 Refers to the second embodiment shown in FIG. 8
  • the chamber 220, stage 230, outer peripheral electrode 240, center electrode 242 and the like of the etching apparatus 210 of the second embodiment are configured in the same manner as the etching apparatus 10 of the first embodiment.
  • a coil 270 and a coil 272 are installed above the chamber 220.
  • the coil 270 is disposed inside the coil 272.
  • the coils 270 and 272 are arranged concentrically with the central axis 232 a of the mounting surface 232 of the stage 230. Both ends of the winding of the coil 270 are connected to a high frequency power supply 256.
  • Both ends of the winding of the coil 272 are connected to a high frequency power source 258.
  • the coil 270 and the coil 272 are arranged at a distance, and a plasma generation space 254 is formed between them.
  • An etching gas supply pipe 262 is connected to a position connected to the plasma generation space 254 on the upper surface of the chamber 220.
  • the etching gas is supplied from the etching gas supply pipe 262 into the plasma generation space 254 after the inside of the chamber 220 is depressurized. Then, a high frequency voltage is applied to the coils 270 and 272. As a result, an oscillating magnetic field is generated in the plasma generation space 254, and plasma is generated in the plasma generation space 254. Note that plasma is not generated in a region inside the winding of the coil 270 (that is, a region through which the central axis 232a of the mounting surface 232 passes). The plasma generated in the plasma generation space 254 etches the wafer 234 in the same manner as the etching apparatus 210 of the first embodiment.
  • the ion concentration distribution on the surface of the wafer 234 is made uniform by the electric field formed by the central electrode 242 and the outer peripheral electrode 240. Therefore, according to the etching apparatus 210, the wafer 234 can be uniformly etched.

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Abstract

　プラズマを用いて被加工物をエッチングするエッチング装置であって、ステージとプラズマ発生手段と中央電極と外周電極を有している。ステージは、載置面を有している。載置面には、被加工物が載置される。プラズマ発生手段は、ステージの上方において、載置面の中心軸上よりも、その中心軸の周囲の空間で高濃度にプラズマを発生させる。中央電極は、プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間よりも下側に設置されており、前記中心軸が通過する位置に設置されている。中央電極は、その電位を制御可能に構成されている。外周電極は、ステージよりも上側、かつ、中央電極よりも下側に設置されており、前記中心軸に沿って見たときに、中央電極の周囲に沿って伸びている。外周電極は、その電位を制御可能に構成されている。

Description

エッチング装置
　本明細書に開示の技術は、プラズマを用いて被加工物をエッチングするエッチング装置に関する。
　日本国特許公開公報２００４－２４１７９２（以下、特許文献１という）には、プラズマを用いて被加工物をエッチングするエッチング装置が開示されている。このエッチング装置は、ステージと、チャンバと、ガス導入管と、空心コイルを有している。このエッチング装置によりエッチングが行われる際には、ステージ上に被加工物が載置される。また、ガス導入管からチャンバ内にエッチングガスが供給される。さらに、空心コイルに高周波電圧が印加されるとともに、ステージに高周波電圧が印加される。ステージに高周波電圧が印加されると、ステージの上方のチャンバ内の空間に振動電場が発生する。また、空心コイルに高周波電圧が印加されると、ステージの上方のチャンバ内の空間に振動磁場が発生する。すると、電場と磁場の相互作用によって、ステージの上方の空間で、エッチングガスが電離してプラズマが発生する。プラズマが発生すると、ステージが負に帯電する。したがって、発生したプラズマがステージ上の被加工物近傍に移動すると、プラズマ中のイオンがステージ上の被加工物に向かって加速される。これによって、プラズマ中のイオンが被加工物に打ち込まれる。また、プラズマ中のラジカルは、被加工物と反応する。このように、ラジカルとイオンによって、被加工物がエッチングされる。
　特許文献１のエッチング装置では、ステージの上方の空間の外周部で、ステージの上方の空間の中央部よりも高濃度にプラズマが発生する。この濃度分布を維持したままプラズマが被加工物に到達すると、被加工物の外周部は高濃度のプラズマによって高いレートでエッチングされ、被加工物の中央部は低濃度のプラズマによって低いレートでエッチングされる。すなわち、被加工物上におけるエッチングレートが不均一となる。この問題を解決する為に、特許文献１のエッチング装置は、ステージの周囲に設置されたフォーカスリングを備えている。フォーカスリングには、高周波電圧が印加される。フォーカスリングに高周波電圧が印加されると、被加工物の外周部近傍に存在するプラズマ中のイオンがフォーカスリングに引き込まれ、フォーカスリングとプラズマ中のラジカルとの反応が促進される。このように、特許文献１のエッチング装置では、被加工物の外周部近傍に存在するプラズマがフォーカスリングに引き込まれるので、被加工物の外周部近傍のプラズマの濃度が低下する。これによって、被加工物近傍のプラズマの濃度が均一化され、被加工物を均一にエッチングすることができる。
　特許文献１のエッチング装置は、外周部のプラズマをフォーカスリングに引き込むことで、外周部のプラズマの濃度を低下させる。フォーカスリングに引き込まれたプラズマは、被加工物のエッチングに何ら寄与しない。このように、特許文献１のエッチング装置は、外周部に発生したプラズマの多くがエッチングに寄与しない。このため、エネルギーの無駄が多く、エッチングの効率が悪いという問題があった。
　したがって、本明細書では、均一に被加工物をエッチングできるとともに、効率的に被加工物をエッチングすることができるエッチング装置を提供する。
　本明細書が開示するエッチング装置は、プラズマを用いて被加工物をエッチングする。このエッチング装置は、ステージと、プラズマ発生手段と、中央電極と、外周電極を備えている。ステージは、載置面を有している。載置面には、被加工物が載置される。プラズマ発生手段は、ステージの上方において、載置面の中心軸上よりも、その中心軸の周囲の空間で高濃度にプラズマを発生させる。中央電極は、プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間よりも下側に設置されており、前記中心軸が通過する位置に設置されている。中央電極は、その電位を制御可能に構成されている。外周電極は、ステージよりも上側、かつ、中央電極よりも下側に設置されており、前記中心軸に沿って見たときに、中央電極の周囲に沿って伸びている。外周電極は、その電位を制御可能に構成されている。
　なお、「ステージの上方において、載置面の中心軸上よりも、その中心軸の周囲の空間で高濃度にプラズマを発生させる」との記載は、載置面の中心軸上の領域に低濃度のプラズマを発生させるものと、載置面の中心軸上の領域に全くプラズマを発生させないものとを含む。
　このエッチング装置では、エッチング時に中央電極と外周電極の電位を制御することで、中央電極とステージの間の空間（以下では、ステージ上空間という）における電界を制御することができる。中央電極の電位を、プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間の電位とステージの電位との間で制御することで、中央電極からステージに向かう電界を制御することができる。また、外周電極の電位を、プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間の電位とステージの電位との間で制御することで、ステージ上空間に、外周部から中心部に向かう電界を発生させることができる。したがって、中央電極と外周電極の電位を制御することで、ステージ上空間に、ステージ側に向かうとともに載置面の中心軸に向かう電界を発生させることができる。この電界によって、ステージの上方の外周部の空間で高濃度に発生したプラズマ中のイオンを、載置面の中心側に向かって移動させることができる。その結果、プラズマがステージ上の被加工物に到達するまでの間に、プラズマ中のイオンの濃度が均一化される。したがって、イオンをより均一に被加工物に打ち込むことができる。このため、このエッチング装置によれば、より均一に被加工物をエッチングすることができる。また、このエッチング装置では、発生したプラズマ中のイオンの大部分が被加工物に打ち込まれる。すなわち、発生したプラズマ中のイオンの大部分がエッチングに寄与する。したがって、このエッチング装置によれば、効率的に被加工物をエッチングすることができる。
　上述したエッチング装置では、外周電極が上下方向に伸びていることが好ましい。
　このような構成によれば、載置面の中心軸に向かう前記電界をより発生させ易い。
　上述したエッチング装置は、中央電極の電位及び外周電極の電位を、プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間の電位より低く、ステージの電位より高い電位に制御する電位制御手段をさらに有していることが好ましい。なお、電位制御手段は、中央電極及び外周電極をアースに接続する配線であってもよいし、これらに所定の電圧を印加する電源であってもよい。また、電位制御手段が、中央電極の電位と、外周電極の電位を独立して変更可能であることが好ましい。
　このように、中央電極と外周電極の電位を独立して変更できれば、イオンの濃度を均一化するのにより適した電界を、ステージ上空間に生じさせることが可能となる。
　上述したエッチング装置は、中央電極と外周電極が、これらを互いに連結する１つの電極により構成されていてもよい。この場合、その電極に、上面と下面とを連通する複数の通気孔が形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、プラズマ発生手段が発生させたプラズマが、電極の通気孔を通ってステージ上空間に移動することができる。ステージ上空間に移動したプラズマは、電極により形成される電界によって均一に分布するようになる。したがって、被加工物を均一かつ効率的にエッチングすることができる。
第１実施例のエッチング装置１０の縦断面図。 中心軸３２ａに沿って見たときのチャンバ２０内の部材の配置を示す平面図。 空間４４内の等電位線１００を示す縦断面図。 第１実施例のエッチング装置１０によってエッチングしたときの加工量の分布を示すグラフ。 従来のエッチング装置によってエッチングしたときの加工量の分布を示すグラフ。 変形例のエッチング装置の縦断面図。 変形例のエッチング装置の縦断面図。 第２実施例のエッチング装置２１０の縦断面図。
（第１実施例）
　第１実施例に係るエッチング装置について説明する。図１に示すように、エッチング装置１０は、チャンバ２０を備えている。チャンバ２０の上部には、エッチングガス供給管６２が接続されている。エッチングガス供給管６２は、チャンバ２０内にエッチングガス（本実施例では、ＳＦ６）を供給する。また、チャンバ２０の下部には、排気管３８が接続されている。排気管３８は、図示しない排気ポンプに接続されている。排気管３８は、図１の矢印８０に示すように、チャンバ２０内のガスを排気する。チャンバ２０内には、シャワープレート６０、ＲＦ電極５０、中央電極４２、外周電極４０、及び、ステージ３０が設置されている。
　シャワープレート６０は、チャンバ２０の最上部に設置されている。シャワープレート６０には、多数の通気孔が形成されている。エッチングガス供給管６２から供給されるエッチングガスは、図１の矢印７０に示すように、シャワープレート６０の通気口からチャンバ２０内に導入される。シャワープレート６０は導体であり、アースに接続されている。
　ＲＦ電極５０は、シャワープレート６０の下側に設置されている。図２は、チャンバ２０の中心軸に沿って見たときのチャンバ２０内の部材の配置を示している。なお、図２では、図の見易さを考慮して、各部材にハッチングを付している。図２に示すように、ＲＦ電極５０は、チャンバ２０の内壁面に沿って円周状に延びている。ＲＦ電極５０は、図２の左側の位置で途切れている。ＲＦ電極５０の一端は高周波電源５２に接続されている。ＲＦ電極５０の他端はアースに接続されている。高周波電源５２によってＲＦ電極５０に高周波電圧が印加されると、図１のＲＦ電極５０に囲まれた空間５４内に上下方向に振動する磁場が生じる。空間５４内に振動磁場が生じると、後述するように、空間５４にプラズマが発生する。以下では、空間５４をプラズマ発生空間５４という。
　図１に示すように、中央電極４２は、プラズマ発生空間５４の下側に設置されている。中央電極４２は、後述するステージ３０の載置面３２の中心軸３２ａが通過する位置に設置されている。図２に示すように、中央電極４２は、中心軸３２ａを中心とする円板形状を備えている。中央電極４２の直径は、ＲＦ電極５０の内径より小さい。中央電極４２は、アースに接続されている。
　図１に示すように、外周電極４０は、中央電極４２よりも下側に設置されている。図１、２に示すように、外周電極４０は、チャンバ２０内を上下方向に伸びる円筒形状を備えている。外周電極４０の中心軸は、中心軸３２ａと略一致している。外周電極４０の内径は、中央電極４２の直径よりも大きい。すなわち、図２に示すように、外周電極４０は、中心軸３２ａに沿って見たときに、中央電極４２から距離を隔てた状態で、中央電極４２の外周に沿って伸びている。外周電極４０は、アースに接続されている。
　ステージ３０は、チャンバ２０の底部に設置されている。ステージ３０の上面には、載置面３２が形成されている。載置面３２は、平面であり、その外形が円形に形成されている。載置面３２には、被加工物であるウエハ３４を載置することができる。載置面３２の中心軸３２ａは、チャンバ２０の内壁面の中心軸と略一致している。ステージ３０の直径は、外周電極４０の内径よりも小さい。すなわち、載置面３２の直径は、外周電極４０の内径よりも小さい。ステージ３０は導体である。ステージ３０は、ブロッキングコンデンサ３６を介してアースに接続されている。
　次に、ウエハ３４をエッチングするときのエッチング装置１０の動作について説明する。なお、ここでは、ウエハ３４の表面にシリコン層が露出しており、そのシリコン層をエッチングする際の動作について説明する。
　最初に、ステージ３０の載置面３２上に、ウエハ３４を載置する。次に、図示しない排気ポンプを動作させて、排気管３８からチャンバ２０内のガスを排気する。これによって、チャンバ２０内の気圧を低下させる。チャンバ２０内の気圧が十分に低下したら、排気ポンプを継続して動作させながら、エッチングガス供給管６２によってエッチングガスを供給する。エッチングガスは、シャワープレート６０の通気孔を通ってチャンバ２０内に流入する。次に、高周波電源５２によって、ＲＦ電極５０に高周波電圧を印加する。ＲＦ電極５０に高周波電圧を印加すると、プラズマ発生空間５４内に振動磁場が発生する。発生した振動磁場によって、プラズマ発生空間５４内のエッチングガスが電離する。これによって、プラズマ発生空間５４内にプラズマが発生する。具体的には、エッチングガスであるＳＦ６が分解されて、ラジカル（Ｆ＊，ＳＦ５ ＊，ＳＦ４ ＊）、イオン（ＳＦ５ ＋，ＳＦ４ ２＋）、及び、電子が発生する。電子は、発生すると瞬時にシャワープレート６０とステージ３０に引き込まれる。したがって、プラズマ発生空間５４内にラジカルとイオンからなるプラズマが生じる。高周波電源５２によってＲＦ電極５０に高周波電圧を継続して印加することで、プラズマ発生空間５４内にプラズマが発生し続ける。
　なお、プラズマ発生空間５４内では、ＲＦ電極５０から離れている中央側の領域（すなわち、中心軸３２ａ近傍の領域）よりも、ＲＦ電極５０に近い外周側の領域でより高い磁場が生じる。このため、プラズマ発生空間５４の外周側の領域には、プラズマ発生空間５４の中央側の領域よりも高い濃度のプラズマが発生する。
　また、プラズマが発生すると、電子がステージ３０に引き込まれるので、ステージ３０は負に帯電する。また、プラズマ発生空間５４ではラジカルとイオンに比べて電子が極端に少なくなるので、プラズマ発生空間５４の電位は高電位となる。
　プラズマ発生空間５４内で発生したプラズマは、イオン同士の反発力とチャンバ２０内のガスの流れとによって、チャンバ２０内を下方向に流れる。すなわち、プラズマは、プラズマ発生空間５４から、中央電極４２と外周電極４０の間の空間を通って、ステージ３０上の空間４４に流入する。上述したように、ステージ３０は負に帯電している。すなわち、空間４４の下方には、電位がマイナスであるステージ３０が存在している。一方、中央電極４２と外周電極４０はアースに接続されているので、これらの電位は０Ｖである。すなわち、空間４４は、上方及び側方を電位が０Ｖである中央電極４２と外周電極４０に囲まれている。このため、空間４４内では、図３の等電位線１００によって表されるように電位が分布する。すなわち、中心軸３２ａに近い位置で等電位線１００が上方に突出するように電位が分布する。言い換えると、空間４４内に、外周電極４０側から中心軸３２ａ側に向かう電界が発生する。イオンは、等電位線１００に対して略直交する方向に移動する。したがって、図３の矢印１１０に示すように、イオンが中心軸３２ａ側に移動しながら下方に向かって移動する。上述したように、プラズマ発生空間５４内では、外周部ほど高濃度にプラズマ（すなわち、イオン）が発生する。外周部で高濃度に発生したイオンが、中心軸３２ａに引寄せられながらチャンバ２０内を下方に向かって流れるので、ウエハ３４に近づくほど、イオンの濃度が均一化される。
　プラズマがウエハ３４の表面に到達すると、プラズマ中のラジカルがウエハ３４（すなわち、シリコン）と反応する。これによって、ウエハ３４の表面に、ＳｉＦ４が生成される。また、ウエハ３４の表面に達したプラズマ中のイオンは、その表面近傍にイオンシースを形成する。また、上述したように、ステージ３０は負に帯電している。このため、ウエハ３４の表面近傍に、ウエハ３４側に向かう極めて強い電界が発生する。この電界によって、プラズマ中のイオンが、ウエハ３４に向かって加速され、ウエハ３４に打ち込まれる。イオンがウエハ３４に衝突すると、ウエハ３４の表面に生成されたＳｉＦ４が弾き出されて気体となる。ＳｉＦ４が弾き飛ばされると、これにより露出したシリコンとラジカルが反応してＳｉＦ４が生成され、生成されたＳｉＦ４はイオンによって弾き出される。このように、ラジカルによる反応とイオンの衝突とが繰り返されることで、ウエハ３４がエッチングされる。
　上述したように、ウエハ３４の表面近傍ではイオンの濃度分布がより均一となる。このため、ウエハ３４の表面に衝突するイオンの数が、その表面内でより均一となる。また、ラジカルとウエハ３４との反応は、イオンがウエハ３４に衝突することで促進される。このため、ラジカルとウエハ３４との反応も、ウエハ３４の表面内で均一化される。したがって、エッチング装置１０によれば、ウエハ３４の表面を均一にエッチングすることができる。
　図４は、エッチング装置１０により一定時間ウエハをエッチングしたときの加工量を示している。また、図５は、中央電極４２と外周電極４０を有していないエッチング装置により図４のエッチングと同じ時間だけウエハをエッチングしたときの加工量を示している。なお、図４、図５では、イオンの濃度分布を正確に把握するために、ＳｉＯ２膜に対してエッチングを行った。ＳｉＯ２膜は、ラジカルと反応し難いので、図４、図５の加工量は、イオンの衝突による加工量が支配的である。なお、図４、図５の横軸は、ウエハの径方向の位置を示している。図４では、ウエハ全体の平均加工量が約６７μｍであるのに対して、ウエハの中央部とウエハの外周部との加工量の差ｄＥ１が約２．５μｍである。平均加工量に対する差ｄＥ１の比率は、約３．７％となっている。これに対し、図５では、ウエハ全体の平均加工量が約５４μｍであるのに対して、ウエハの中央部とウエハの外周部との加工量の差ｄＥ２が約４．５μｍである。平均加工量に対する差ｄＥ２の比率は、約８．３％となっている。このように、エッチング装置１０によれば、従来のエッチング装置に比べて均一なエッチングが可能となる。
　以上に説明したように、このエッチング装置１０によれば、中央電極４２と外周電極４０によって、ステージ３０上の空間４４に載置面３２の中心に向かう電界を発生させることができる。このため、エッチング装置１０は、ウエハ３４を均一にエッチングすることができる。なお、中央電極４２を設置せずに、外周電極４０のみによって載置面３２の中心に向かう電界を発生させることも可能である。しかしながら、この場合には、プラズマ発生空間５４の不安定な電位に応じて、ステージ３０上の空間４４における電位分布が変動する。このため、中央電極４２が存在しないと、ウエハ３０を均一にエッチングすることは難しい。本実施例のエッチング装置１０は、中央電極４２が存在するので、プラズマ発生空間５４の電位の影響をほとんど受けることなく、ステージ３０上の空間４４の電位分布を制御することができる。したがって、エッチング装置１０は、ウエハ３０を均一にエッチングすることができる。
　また、このエッチング装置１０は、プラズマ発生空間５４の外周部で発生した高濃度のイオンをウエハ３４の中心軸３２ａ側に移動させることによって、ウエハ３４の表面においてイオンの濃度分布を均一化する。このため、発生したイオンの大部分がウエハ３４のエッチングに寄与する。したがって、このエッチング装置１０は、効率的にエッチングを行うことができる。
　なお、エッチング装置１０では、中央電極４２と外周電極４０がアースに接続されていた。しかしながら、図６に示すように、直流電源９０、９２によって中央電極４２と外周電極４０が一定の電位に制御されてもよい。この場合には、中央電極４２と外周電極４０を、プラズマ発生空間５４の電位より低く、ステージ３０の電位より高い電位に制御することで、ウエハ表面におけるイオンの濃度分布の均一化を図ることができる。また、直流電源９０、９２の印加電圧が、変更可能とされていることが好ましい。この場合、直流電源９０の印加電圧が直流電源９２の印加電圧に連動するようにしてもよいが、直流電源９０の印加電圧が直流電源９２の印加電圧から独立して制御できるように構成しておくことが好ましい。このような構成によれば、ステージ３０上の空間４４における電位分布をより細かく制御することが可能となる。
　また、図７に示すように、プラズマ発生空間５４とステージ３０の間に、単一の電極９８が設置されていてもよい。電極９８には、その上面からその下面に連通する多数の通気孔が形成されている。プラズマ発生空間５４で発生したプラズマは、電極９８の通気孔を通ってウエハ３４側へ流れる。電極９８は、中心軸３２ａ上に位置する中央部分９８ａと、中央部分９８ａより下側に位置するとともに中央部分９８ａの周囲に沿って伸びる外周部分９８ｂを有している。中央部分９８ａは、上述した中央電極４２と同様に機能する。また、外周部分９８ｂは、上述した外周電極４０と同様に機能する。したがって、電極９８によっても、図３と同様に空間４４内の電位分布を制御することができる。電極９８は、中央部分９８ａと外周部分９８ｂが繋がっているので、より複雑な形状に形成することができる。このため、空間４４内の電位分布をより適切に制御することができる。
（第２実施例）
　次に、図８に示す第２実施例のエッチング装置２１０について説明する。第２実施例のエッチング装置２１０のチャンバ２２０、ステージ２３０、外周電極２４０、中央電極２４２等は、第１実施例のエッチング装置１０と同様に構成されている。エッチング装置２１０では、チャンバ２２０の上部に、コイル２７０とコイル２７２が設置されている。コイル２７０は、コイル２７２の内側に配置されている。コイル２７０、２７２は、ステージ２３０の載置面２３２の中心軸２３２ａと同心状に配置されている。コイル２７０の巻き線の両端は、高周波電源２５６に接続されている。コイル２７２の巻き線の両端は、高周波電源２５８に接続されている。コイル２７０とコイル２７２は距離を隔てて配置されており、これらの間にプラズマ発生空間２５４が形成されている。チャンバ２２０の上面のプラズマ発生空間２５４に繋がる位置には、エッチングガス供給管２６２が接続されている。
　エッチング装置２１０を動作させる際には、チャンバ２２０内が減圧された後に、エッチングガス供給管２６２からプラズマ発生空間２５４内にエッチングガスが供給される。そして、コイル２７０、２７２に高周波電圧が印加される。これによって、プラズマ発生空間２５４内に振動磁場が生じ、プラズマ発生空間２５４内にプラズマが発生する。なお、コイル２７０の巻き線の内側の領域（すなわち、載置面２３２の中心軸２３２ａが通過する領域）には、プラズマは発生しない。プラズマ発生空間２５４内に発生したプラズマは、第１実施例のエッチング装置２１０と同様にして、ウエハ２３４をエッチングする。このとき、中央電極２４２と外周電極２４０により形成される電界によって、ウエハ２３４表面におけるイオンの濃度分布が均一化される。したがって、このエッチング装置２１０によれば、均一にウエハ２３４をエッチングすることができる。
　本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
 

Claims (5)

  1. 　プラズマを用いて被加工物をエッチングするエッチング装置であって、
    　載置面を有しており、載置面に被加工物が載置されるステージと、
    　ステージの上方において、載置面の中心軸上よりも、その中心軸の周囲の空間で高濃度にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
    　プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間よりも下側に設置されており、前記中心軸が通過する位置に設置されており、電位を制御可能な中央電極と、
    　ステージよりも上側、かつ、中央電極よりも下側に設置されており、前記中心軸に沿って見たときに、中央電極の周囲に沿って伸びており、電位を制御可能な外周電極、
    　を備えていることを特徴とするエッチング装置。
  2. 　外周電極が、上下方向に伸びていることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
  3. 　中央電極の電位及び外周電極の電位を、プラズマ発生手段がプラズマを発生させる空間の電位より低く、ステージの電位より高い電位に制御する電位制御手段をさらに有していることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング装置。
  4. 　電位制御手段が、中央電極の電位と、外周電極の電位とを独立して変更可能であることを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
  5. 　中央電極と外周電極が、これらを互いに連結した１つの電極により構成されており、
    　その電極に、上面と下面とを連通する複数の通気孔が形成されている、
    　ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のエッチング装置。
     
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