JPH04180222A - エッチング方法および装置 - 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） この発明は、気密容器内で対向させた電極間て処理ガス
をプラズマ化することによって、半導体ウェハーその他
の基板の表面をエツチングする方法および装置に関する
。

（従来の技術〉 近年、半導体素子の高集積化が進むに従い、廃液処理な
との公害問題を招く恐れがなく、又、微細パターンを高
精度で再現性良く形成することが可能であることを理由
として、ガスプラズマ中の反応成分を利用した前記の如
くのプラズマエツチング装置および装置が注目されてい
る。

この方法におけるプラズマエツチング装置は、真空ポン
プに連結した気密容器内の下方に例えばアルミニウムな
どの金属電極（下部電極）が設けられ、この金属電極と
対向する上方にカーボン製電極板を備えた例えばアルミ
ニウムなどの金属電極（上部電極）が設けられ、両電極
間にはｒｆ電源を接続して構成されている。前記金属電
極上に被処理基板を載置して各電極間にｒｆ電源から電
力を印加すると同時に、所望の処理ガスを上記気密容器
内に満たすと、処理ガスが対向させた電極間でプラズマ
化され、二のプラズマ化した処理ガスにより上記被処理
基板、例えは半導体ウエノ＼−の表面をエツチングする
ものである。

この種の装置においては、被処理基板を載置した下部電
極を温度調節することにより、下部電極上に載置された
半導体ウェハーを冷却し、エツチング中の温度上昇によ
り半導体ウェハーに形成したパターンにダメージが発生
することを防止する技術が一般的である。

さらにまた例えば、特開昭６２−１２１２９号公報にお
いては上部電極も下部電極と同一温度に温度調節する事
により、処理ガスをプラズマ化したために生ずるミスト
化した処理ガスや反応生成物が下部電極上に載置された
半導体ウエノ＼−を汚染することを防ぐ技術か開示され
ている。また、特開平１−２７５７８４号公報において
は上部電極に別系統の温度調節を設けることにより熱膨
脹係数の異なる材質で構成された上部電極（カーボン製
電極板とアルミニウム製電極体）にひび割れが発生しな
いように上部電極を低温に保つ技術が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来の技術では、上部電極の温度調節
を行わないのが一般的であり、温度調節を行う技術にお
いても下部電極の温度とは無関係に上部電極の温度調節
が行われていた為に、上部電極と下部電極との間の温度
差が変動し、この結果、被処理基板に対するエツチング
速度の変動や、被処理基板上の薄膜と、下地基板および
それらの上にパターンを形成するフォトレジストとの選
択比の変動を招くという問題点があった。また処理ガス
をプラズマ化したことによりミスト化した処理ガスや反
応生成物はプラズマが接触する部分のうち温度がもっと
も低いところに付着する性質を持つため、上部電極と下
部電極との温度差に変動がある場合にはそれらの付着す
る場所や付着量か変化し、気密容器内のクリーニングの
周期が定まらないという問題点があった。また更に、下
部電極と上部電極との温度差は一定であっても、上部電
極の温度の方が下部電極の温度よりも低かったり、同一
もしくは高くても温度差か小さすぎる場合には下地基板
及びフォトレジストとの選択性が低下し、これを防ぐた
めには、いちいち被処理基板設置電極（下部電極）の設
定温度に合わせて処理ガスの種類や流量を選択性の高く
なる条件側に変更する必要が生じ、作業が煩瑣である上
、そのような条件下では一般に反応生成物の生成量が多
いため電極やそのほかの部品かミスト化した反応生成物
により汚染され易く装置のメンテナンス性が低下すると
いう問題があった。

さらに、被処理基板設置電極（下部電極）を冷却するこ
とにより半導体ウェハー表面に形成されたパターンにダ
メージが生ずることを防止する場合には、逆に上部電極
との温度差が開きすぎて被処理基板設置電極側にミスト
化した処理ガスや反応生成物が集中し、これによって半
導体ウェハーの汚染が発生する問題があった。このよう
な問題を避けるためには、処理ガス種、流量等のエツチ
ング条件をいちいち被処理基板設置電極の設定温度に合
わせて調節する必要が生じ、前記と同様、作業か煩瑣と
なる問題点かあった。

この発明は以上のような問題点に対処してなされたもの
で、上部電極と下部電極との間の温度差を一定値に保ち
、かつ上部電極の温度を下部電極の温度よりも高く設定
することによりエツチング速度や選択比の変動がなく、
クリーニング周期の一定した再現性の良いエツチングを
可能とする方法および装置を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決する為の手段） 上記の目的を達成するこの発明のエツチング方法は、気
密容器内に処理ガスを導入し、気密容器内に対向させて
設置した基板支持電極と対向電極間で前記処理ガスをプ
ラスマ化することにより、前記基板支持電極に支持した
基板の表面をエツチングする方法において、前記対向電
極の温度を基板支持電極の温度よりも一定の温度だけ高
く制御してエツチングすることを特徴としている。

前記対向電極の温度は、基板支持電極の温度よりも１０
〜７０℃高い温度に制御するのが望ましく、対向電極の
温度を、温度調節手段を介して制御したり、対向電極お
よび基板支持電極の温度を温度調節手段を介して制御す
ることによって所望の温度に維持する。

又、上記の目的を達成するこの発明のエツチング装置は
、気密容器内に基板支持電極と対向電極が互いに対向し
て設置してあると共に、前記気密容器に真空排気系と、
処理ガスを導入する為のガス導入系とが接続されたエツ
チング装置において、前記基板支持電極と対向電極に対
して、対向電極側を基板支持電極側より一定の温度だけ
高い温度に維持する為の温度調節手段が設置してあるこ
とを特徴としている。

前記温度調節手段は、対向電極の冷媒流路に設置したり
、対向電極および基板支持電極の冷媒流路に設置して構
成される。

尚、上記エツチング方法又は装置において、基板支持電
極と対向電極の間隔は１＋ｕ〜５０ｗに設定するのが望
ましい。１ｍｍ未満では、基板支持電極に基板を支持す
るのが困難である一方、５０關を超えると電極間におけ
るプラズマの密度を周囲の密度より高くするのが難しく
なる為である。

（作　　用） この発明においては、基板支持電極の温度よりも、それ
に対向させた対向電極の温度が一定の温度だけ高くなる
ように制御することにより、常時両電極間の温度差が一
定し、がっ前記対向電極の方が高い温度の状態で半導体
ウェハー等の基板のエツチング処理を行うことが可能で
ある。

すなわち、対向電極の温度を基板支持電極温度よりも一
定値だけ高くなるような温度調節を行うことにより、エ
ツチング速度や選択比の再現性が良好になる。またミス
ト化した処理ガスや反応生成物の付着する場所やそれら
の付着物の堆積速度も安定であるためクリーニング周期
を容易に定めることができる。

さらに基板支持電極を冷却することにより半導体ウェハ
ーの表面に形成されたパターンにダメージがでることを
防止する場合でも両電極間の温度差が適当な値に保たれ
るため基板支持電極側にミスト化した処理ガスや反応生
成物が集中することがないので半導体ウェハーの汚染を
防止することができる。また、圧力、印加電力に対し、
一定のエツチング速度、選択比が得られる。

（実施例） 第１図はこの発明の第１の実施例の装置の構成を示す。

第１図において、排気系９を備えた気密容器１０内に上
部電極３を設けた上部電極体２と被処理基板、例えば半
導体ウェハー７を載置するための下部電極６が設けられ
、下部電極６が基板支持電極、上部電極体２が対向電極
として構成しである（電極間隔は５０關に設定した）。

上部電極３は高密度カーボン製で、この上部電極３は上
部電極体２に電気的に接触を保ってとりつけである。上
部電極３は、上部電極体２の内部に循環する流路４が形
成され、この流路４に接続した配管（図示せず）を介し
て気密容器１０の外部に設けられた温度調節機構８ａと
接続し、冷媒、例えば不凍液と水との混合物を所定の温
度に制御して循環させることが可能になっている。この
温度調節機構８ａにより上部電極体２の温度を下部電極
６よりも一定値だけ高い温度に設定する為に、温度セン
サとして、白金測温抵抗体１１ａ、ｌｌｂが上部電極体
２および下部電極６に設けられ、これらの出力データに
基づいて前記流路４を循環する冷媒の温度を制御して、
上部電極３と下部電極６との温度差を一定の値に制御す
ることが可能となっている。

気密容器１０内に導入する処理ガスは上部電極体２の中
心を貫通するように、上部電極体２と上部電極３との接
触部分の内側に設けたガス溜り１２に至るガス供給管１
を通して供給可能としである。

前記上部電極３には処理ガスを気密容器１０の内部に均
等に拡散するよう複数の開孔を略全面に設けであるもの
で、供給された処理ガスは上部電極３を通して気密容器
１０内に充満するようになっている。

下部電極６には高周波電源１３が接続され、この高周波
電源１３より上部電極３と下部電極６との間に周波数、
例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加することか
可能としである。

上記のように構成したエツチング装置で処理を行う場合
、あらかしめ上部電極の温度調節機構８ａにより、下部
電極の温度センサである白金測温抵抗体１１ｂから出力
される下部電極６の温度よりも一定値、例えば３０℃高
い温度になるように上部電極体２内部の流路４を循環す
る冷媒の温度を制御しておき、次に搬送機構（図示せず
）によす半導体ウェハー７を搬送して下部電極６上に載
置する。

上記の動作中、気密容器１０内は排気系９て排気してお
き、その後、気密容器１０内を２〜３ＴＯｒｒに保つ如
く排気制御しながら処理ガス、例えばＣＨＦ　　ガス５
０　ｓｃｃｍや、０２ガス１０１０５ｅとキャリアガス
１０１００５ｅ等をガス供給源よりマスフローコントロ
ーラー（図示せず）で流量制御を行いつつ、ガス供給管
１を介してガス溜り１２へ導入する。導入された処理ガ
スは上部電極体２に設けられた複数の開孔より半導体ウ
エノ１−７上に流出する。これと同時に、高周波電源１
３により上部電極３と下部電極６との間に高周波電力を
印加して上記処理ガスをプラスマ化し、このプラズマ化
した処理ガスにより上記半導体ウェハー７の表面を、例
えば異方性エツチングする。このとき高周波電力の印加
により上部電極３及び下部電極６の温度が上昇するが、
下部電極６に埋設した白金側温抵抗体１１ｂと上部電極
３に埋設［７た白金測温抵抗体１１ａとからの出力デー
タに基づいて上部電極３内部に形成された流路４に電極
温度調節機構８ａて温度制御された冷媒が流通するので
、上部電極３は下部電極６よりも所望する一定の温度だ
け高い温度となるように温度制御される。

第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す。

図中８ｂは下部電極６に対する温度調節機構であり、下
部電極６に設けた流路５を循環する冷媒の温度を制御で
きるようにしである。その他の構成は第１の実施例と同
様であるので、同一の符号を付しである。尚、白金測温
抵抗体１１ａ、ｌｌｂは設置していない。

このように構成したエツチング装置で処理を行うには、
前記第１の実施例と同様にして気密容器１０内に処理カ
スを導入し、高周波電力を上部電極３と下部電極６との
間に印加して処理ガスをプラスマ化し、このプラスマ化
した反応ガスにより下部電極６上に載置された半導体ウ
ェハー７の表面を、例えば異方性エツチングする。この
とき高周波電力の印加により下部電極６の温度も高温と
なるため、この半導体ウェハー７の表面に形成されてい
るフォトレジストパターンを熱破壊し、不良を発生させ
てしまう場合かある。この実施例ではそのようなフォト
レジストのダメージを防止するべく下部電極６にも上部
電極体２と同様に、下部電極６の内部に形成された流路
５に対して別系統の温度調節機構８ｂが設けてあり、こ
の温度調節機構８ｂから温度制御された冷媒を流して下
部電極６の冷却を行う。この実施例においてはエツチン
グ処理圧力、処理ガス、高周波電力、−回の処理に要す
る時間等の条件が一定に定まっているとき、上部電極３
及び下部電極６の温度上昇特性をあらかじめ測定してお
き、次にこの測定データに基づいて上部電極３と下部電
極６との間に所望する温度差が生じるように上部電極の
温度調節機構８ａにより上部電極３の内部に形成された
流路４に流す冷媒の温度の制御を行い、これと同時に下
部電極の温度調節機構８ｂにより下部電極６の内部に形
成された流路５に流す冷媒の温度の制御を行う。このよ
うにすることよって、高周波電源１３の接続された電極
、実施例では下部電極６の内部に白金測温抵抗体１１ｂ
を設置する必要はなくなり、しかも第１の実施例と同様
に上部電極３が下部電極６よりも所望する一定の温度だ
け高い温度になるように制御することができる。

以上のような実施例により、例えば下部電極６に比べ上
部電極３の方が３０℃だけ高い温度を常に保った場合の
効果を第３図に示した。第３図において曲線１４．１５
はエツチング速度の被処理基板数依存性で、曲線１４は
実施例により下部電極の方か上部電極よりも３０℃高い
状態を保った場合、曲線１５は従来の上部電極と下部電
極との温度差が連続して処理を行ううちに変動していく
場合を示している。実施例によれば、エツチング速度を
略一定に維持することができた。曲線１６．１７は基板
と被エツチング膜との選択比の被処理基板数依存性で、
曲線１７は実施例により下部電極の方が上部電極よりも
３０℃高い状態を保った場合、曲線１６は従来の上部電
極と下部電極との温度差が、連続して処理を行ううちに
変動していく場合を示している。選択比についても略一
定に維持することができた。従来、上部電極への熱の蓄
積によって上部電極の温度上昇が生じ、下部電極との温
度差が処理基板数の増加につれて連動する（増加）よう
な場合、すなわち第３図における曲線１５．１６に比べ
、第３図の曲線１４．１７に示すようにエツチング速度
及び選択比の再現性は格段に向上する。

また、エツチング速度、選択比等のエツチング特性は処
理ガス種、処理ガス流量、処理圧力、印加電力等の条件
のみならず、上部電極と下部電極との温度差によっても
第４図に示すように大きく変化する。第４図において曲
線１８は被エツチング膜のエツチング速度、曲線１９は
被エツチング膜と基板との選択比、曲線２０は被エツチ
ング膜とフォトレジストとの選択比を、夫々上部電極と
下部電極との温度差との関係で示している。処理ガス種
、処理ガス流量、処理圧力、印加電力等の条件を決めれ
ば、前記実施例により上部電極と下部電極の温度差を一
定に保つことにより、下部電極の温度に関わらずエツチ
ング特性は一意的に決まることになり有効である。また
上部電極と下部電極とで上部電極の方が高い温度である
ほど被エツチング膜と基板やシオトレジストとの選択比
か高くなる性質を利用して、より適切な温度差が生じる
様に下部電極に対して上部電極の温度を制御することに
よって、温度以外の処理条件を変えずに所望するエツチ
ング特性を得ることが可能である。第４図において「エ
ツチングしない領域」は、エツチング処理かできない条
件の領域を示すものである。

尚、上記実施例では下部電極に高周波電源を接続するも
のとして説明したか、高周波電源は上部電極側に設けて
も良い。

また、上記実施例では上部電極及び下部電極の温度調節
手段に冷媒を使用した場合を説明したか、これに限定す
るものではなく、例えばペルチェ効果素子を用いた温度
調節手段でも同様な効果を得ることができる。

また上記の実施例では、下部電極を被処理基板の支持電
極として説明したが、これに限定すやものではなく、例
えば電極を縦方向に設置した縦型の装置でも同様の効果
を得ることができる。

また、上記実施例で−は被処理基板として半導体ウェハ
ーを例に挙げて説明したが、これに限定するものではな
く、例えばＬＣＤ基板についても同様な効果が得られる
。

以上述べたように上記の実施例によれば被処理基板を支
持する電極の温度よりも、それに対向する電極の温度が
一定温度だけ高くなるように対向電極を温度調節するこ
とによりエツチング速度や選択比の変動がない、再現性
の良いエツチング処理が可能になる。又、装置のクリー
ニング周期も一定になりメンテナンス性も向上する。ま
た、被処理基板の支持電極を冷却してウェハー表面に形
成さたパターンの熱によるダメージの発生を防ごうとす
る場合にも被処理基板の支持電極と対向電極との温度差
が最適値を保つように対向電極を温度調節する事ができ
るので、被処理基板の支持電極への反応生成物やミスト
化した反応ガスの集中による被処理基板の汚染を防止す
ることができる。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明によれば、被処理基板の支
持電極の温度よりもそれに対向する電極の温度を一定の
温度だけ高くなるように対向電極を温度調節するように
したので、エツチング速度や選択比の再現性を良好にす
ることができる効果がある。

又、装置のクリーニング周期を一定にしてメンテナンス
性を向上できる効果がある。基板支持電極の温度調節も
行うようにすれば、被処理基板のダメージを回避できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の装置の構成図、第２
図はこの発明の第２の実施例の装置の構成図、第３図は
実施例における被処理基板枚数とエツチング速度および
基板との選択比の関係を示すグラフ、第４図は実施例に
おける上部電極と下部電極の温度差とエツチング速度お
よび選択比の関係を示すグラフである。 １・・・ガス供給管　　　３・・・上部電極４．５・・
・流路　　　　６・・・下部電極８ａ、８ｂ・・・温度
調節機構 ９・・・排気系　　　　　１０・・・気密容器１１ａ、
ｌｌｂ・・白金測温抵抗体 １３・・・高周波電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　気密容器内に処理ガスを導入し、気密容器内に対向
   させて設置した、基板支持電極と対向電極間で前記処理
   ガスをプラズマ化することにより、前記基板支持電極に
   支持した基板の表面をエッチングする方法において、前
   記対向電極の温度を基板支持電極の温度よりも一定の温
   度だけ高く制御してエッチングすることを特徴とするエ
   ッチング方法 ２　対向電極の温度を、温度調節手段を介して制御する
   請求項１記載のエッチング方法 ３　対向電極および基板支持電極の温度を、温度調節手
   段を介して制御する請求項１記載のエッチング方法 ４　基板支持電極と対向電極の間隔は、１〜５０ｍｍに
   する請求項１乃至３の何れか１項に記載のエッチング方
   法 ５　気密容器内に、基板支持電極と対向電極が互いに対
   向して設置してあると共に、前記気密容器に真空排気系
   と、処理ガスを導入する為のガス導入系とが接続された
   エッチング装置において、前記基板支持電極と対向電極
   に対して、対向電極側を基板支持電極側より一定の温度
   だけ高い温度に維持する為の温度調節手段が設置してあ
   ることを特徴とするエッチング装置 ６　温度調節手段は、対向電極の冷媒流路に設置した請
   求項５記載のエッチング装置 ７　温度調節手段は、対向電極および基板支持電極の冷
   媒流路に設置した請求項５記載のエッチング装置 ８　基板支持電極と対向電極の間隔は、１〜５０ｍｍに
   設定した請求項５乃至７の何れか１項に記載のエッチン
   グ装置