JPH01184828A - ドライエッチング装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はドライエツチング装置に関し、特にはＥＣＲイ
オン源を用いた超ＬＳＩ製造プロセスに適用するドライ
エツチング装置の改良に関する。

〈従来の技術〉 半導体素子のパターンが微細化し、高密度化するに伴っ
てこのような微細パターンを高精度に加工する技術が求
められている。微細パターン金精度よく形成するために
ドライエツチング技術が広く用いられ、その主流は反応
性イオンエツチング（ＲＩＥ）である。

上記反応性イオンエツチングは、平行平板形プラズマ装
置ヲ用い、プラズマ中でのイオンの試料表面への入射に
伴う化学反応を利用するもので、イオン入射によってエ
ツチング反応が進行するようなガス種を選択することに
より、異方性のエツチング特性が得られ、微細加工が行
える。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記平行平板形プラズマ装置は、プラズマ中での反応性
イオンによるエツチングを利用しているため、実際のエ
ツチング過程は反応性イオンのほか、中性ラジカルの反
応などが複雑に関連し合う。

このため導入する反応性ガスの種類、ガス圧、投入パワ
ーなどによりエツチング特性が大きく変化し、高精度な
エツチング特性、十分な選択エツチング特性を制御性よ
く実現することは難しいという欠点があった。

上記のような平行平板形プラズマ装置に対して近年では
無電極かつ低ガス圧放電の可能な電子サイクロトｖ７共
鳴（Ｅ　ＣＲ：　Ｅ　１ｅｃｔｏ’？／Ｃｙｃｌｏｔｒ
ｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ　）プラズマを用いたＥＣＲイ
オン源プラズマエツチング装置が提案されている。

上記ＥＣＲイオン源プラズマエツチング装置ハ従来の平
行平板型プラズマエツチング装置に比べて約１桁低い圧
力で動作可能なため、イオンを用いた超微細加工が可能
であり、精力的に開発が進められている。

しかＬＥＣＲイオン源プラズマエツチング装置を実際の
超ＬＳＩ＠造工；雇ｌＣ使用した場合、いくつかの問題
点が浮かび上っており、なかでも次の点は実用化の上で
大きな問題になっている。

（１）反応室中での発塵 （２）半導体基板を連続的に処理した場合のエツチング
特性の変化 ＥＣＲイオン源プラズマエツチング装置の動作を詳細に
検討した処、プラズマエツチングの反応室の内壁温度が
エツチング特性に大きく影響していることが明らかにな
った。第８図は半導体ウェハを連続処理した場合の反応
室の温度を示し、数枚の半導体ウェハを処理した時点で
反応室壁は１００℃以上にも達する。上記のように反応
室壁の温度が変化する下でエツチング処理した場合のエ
ツチング速度の変化を第２図の曲線Ｂに示す。

エツチング速度は反応室壁の不安定な条件下では一定し
ていないことが判る。

本発明は上記従来装置の問題点に鑑みてなされたもので
、超ＬＳＩの恒産ラインでの使用可能なＥＣＲ４オン源
プラズマエツチング装置を提供すること？目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 ＥＣＲイオン４’に用いたプラズマエツチング装置にお
いて、プラズマ反応室の室壁ケ、マイクロ波透過性材料
を用いて内部中空の２重構造に形成し、中空部に反応室
内の温度全制御するための熱媒体を流通させて構成する
。

〈作　用〉 反応室の室壁を媒体の流通によって強制的に温度側ａｆ
るため、プラズマエツチング時の反応速度等エツチング
特性が安定する。特に量産時の連続処理において、特性
の安定化が図れる。

〈実施例〉 第１図は本発明による一実施例のＥＣＲイオン源プラズ
マエツチング装置を示す。

同図に於て、半導体ウェハ１を収納してプラズマエツチ
ングを施こすための反応室２は、底壁を開口部としてベ
ルジャ形状に一体的に形成されている。上記反応室２は
内壁２ａと外壁２ｂの２重構造で且つ両壁間は中空状に
加工されている。反応室２の底壁の周辺に形成された導
入口３ａから熱媒体４が上記壁間に供給され、中空部を
巡って反応室壁との間で熱交換し、周辺の他の部位に形
成された排出口３ｂから排出される。とこで壁間の中空
部は、熱媒体４の流通を円滑にし、熱交換の効率を高め
るために熱媒体４の流路を方向付けるガイドが設置され
る。

上記反応室２はマイクロ波（２，４５ＧＨｚ）’ｉｅ透
過する材料、例えば石英からなり、内壁２ａと外壁２ｂ
との間隔は２〜１０鵡に設計されている。

また熱媒体４は、反応室の周壁全体を巡って熱交換ケ行
うため、マイクロ波の吸収が少ない気体が用いられる。

例えば熱伝導率のすぐれたＨｅが好ましいが、気体であ
れば他の媒体であっても適用することができる。また液
体を媒体とする場合は水はマイクロ波の吸収を伴うため
適当ではなく、安定性の点からフロン溶剤が好ましい。

上記２重構造反応室２の外周は金属製のマイクロ波シー
ルド壁５で囲まれ、該シールド壁５に結合された導波管
６を進んできたマイクロ波が周辺への放散を遮蔽する。

導波管６に導かれたマイクロ波は２重壁の反応室天井部
を透過して反応室２内に放射される。上記シールド壁５
の周囲には、磁気コイル７が配置されて反応室２内の適
当な領域でＥＣＲ条件（磁界中での電子の円運動周波数
がマイクロ波周波数と一致する条件）を満す磁束密度が
与えられる。

一方反応室２の内部には半導体ウェハ１を保持するホル
ダ８が底壁１０を貫通して設置され、また底壁１０に形
成されたガス導入口９ａから反応性ガスを供給し、排気
口９ｂから排気する。上記底壁１０は接地され、バイア
ス電源に接続されたホルダ８の貫通孔の周壁は絶縁材で
絶縁されている。

上記構造のドライエツチング装置は、反応室壁を通して
マイクロ波が導入されると共に磁場がかけられ、反応室
２内には反応性ガスのプラズマが生じる。このプラズマ
がホルダ上の半導体ウェハ１に作用してエツチング効果
を発揮する。上記ＥＣＲイオン源プラズマエツチング装
置のエツチング工程において、反応室２の壁面はプラズ
マ発生部全域が２重構造を採り、熱媒体４の循環によっ
て壁面温度が制御されるため、エツチング速度をはじめ
エツチング形状等のエツチング特性が安定したものにな
る。

第２図の曲線Ａは反応室の壁面を一定温度に保持した場
合のエツチング速度とウェハ連続処理枚数の関係に示し
、壁面温度を一定に保持することによってエツチング速
度も二定する。上記温度制御を行うことによってエツチ
ング速度及び形状の安定化が図れるだけでなく、反応室
内での発塵が減少し、ウェハ表面へ付着する異物の量が
ウェハ当シ温度制御前の３０個から８個程度に減少する
ことも４認できた。これは反応室の熱膨脹変化による付
着物の剥離が少なくなった念めと考えられる。

く効　果〉 以上本発明によれば、ＥＣＲイオン源プラズマエツチン
グ装置の動作時の安定化を図り、エツチング工程の信頼
性を高めると共に工程管理の容易な装置全得ることがで
き、超ＬＳＩ製造の信頼性と歩留向上に著しく貢献する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の側断面図、第２図は同
実施例のエツチング速度の変化を示す図、第３図は反応
室の室壁温度の変化を示す図である。 １：半導体ウェハ、２：反応室、２ａ：内壁、２ｂ：外
壁、４：熱媒体、６：導波管％７：磁気コイル。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）ＥＣＲ眉ン
Ａプラス′？エッ伊ン７゛ポー」４３１１図 鐸Ｅ１鰯Ｅスジ≧甲Ｂ々）クヱ、ツーｙＬ−１つづ［１
／Ｌ答２図 ３３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＥＣＲイオン源を用いたプラズマエッチング装置
   において、 反応室を取り囲む壁面をマイクロ波透過材で一体的に形
   成し、 上記壁面を中空の２重構造とし、 上記中空部に温度制御媒体の流通路を形成してなること
   を特徴とするドライエッチング装置。