JPH0456215A

JPH0456215A - プラズマエッチング装置およびクリーニング方法

Info

Publication number: JPH0456215A
Application number: JP16716190A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Koshio; 古塩　淳; Hirobumi Uchida; 博文内田
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-02-24

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、反応性ガスを用いるプラズマエツチング装置
およびクリーニング方法に関するものである。

従来の技術近年、エツチング技術は微細加工性能の向上を図るため
に、平行平板型の高周波放電を用いたプラズマエツチン
グが主流で、ある。従来のプラズマエツチング装置は、
陰極、陽極、エツチング基板、エツチング基板の位置を
決定するためのセラミックリングで構成されており、ガ
スはガス導入口から導入され、ガス排気口から排気され
る。また、高周波は高周波電源より供給され、整合器に
よって放電インピーダンスがコントロールされる。

このような装置の放電方式の一般的態様は、互いに平行
に配置された一方の電極（以下陰極と称す）に１３．５
６ＭＨｚ等の高周波を印加することにより、陰極と陽極
の間でグロー放電を発生させ、電子とイオンとの易動度
の差により、高周波電力印加後、数サイクル後には前記
陰極電極面上には大きな負電位が発生して定常状態とな
るものである。プラズマ中の正イオンは、前記負電位（
陰極降下電圧）によって加速し、エツチング基板にイオ
ンを垂直に衝突させて、イオンによるアシスト効果と化
学反応によりエツチングするもので反応性イオンエツチ
ング（以下ＲＩＥと称す）と呼ばれている。

また、エツチングによる寸法の変化量を小さく抑えるた
めに、反応性ガスとしてエツチングにより生じる反応生
成物の蒸気圧が低くパターンの側壁保護膜が比較的形成
しやすい反応性ガスが用いられている。そのためエツチ
ングにより発生する反応生成物は、気相状態で脱離され
なければならないが、電極１反応室側壁などで表面温度
が低い状態では一部、電極表面１反応室側壁等に付着し
堆積する。付着し堆積した反応生成物は、パーティクル
として反応室内を汚染することになる。

この付着物の除去方法としては、一般にアルコール　ア
セトン、水等を用いたウェット洗浄が行われていた。

発明が解決しようとする課題このような従来方法では、真空状態に保たれている反応
室内を大気状態にする必要があり、また処理時間が非常
に長くなるといった問題があった。

課題を解決するための手段この問題点を解決するために本発明は、反応性イオンエ
ツチングを行うに当たり、陰極、陽極よりも表面温度が
低くコントロールされた円筒形の第三電極を反応室内の
陰極周辺に設け、基板エツチング時に解離した反応生成
物を第三電極に付着させ、基板エツチングが終了した後
、第三電極に低周波電力を印加し反応室との間でプラズ
マを発生させ、基板エツチングにより発生し付着した反
応生成物を除去しようとするものである。

作用この構成により、反応室内を真空状態に保ちながら、短
時間に基板エツチングにより発生し付着した反応生成物
を除去し、常に反応室内を定常状態に保ち、安定したエ
ツチングができることになる。

実施例本発明について図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例によるプラズマエツチング
装置の断面図である。

第１図において、１は陰極、２は陽極であり陰極直径は
２００■である。また、３は半導体基板、４は半導体基
板の位置を決めるためのセラミックリングであり、さら
に反応室５、ガス導入口６、ガス排気ロア、恒温水パイ
プ８，９、高周波電源１０、整合器１１である。さらに
、第三電極１２．低周波電源１３．整合器１４から構成
されている。

本実施例の装置は一般にカソード・カップリングと呼ば
れる方式であり陰極１上にエツチング用の基板３をのせ
、陰極１がキャパシタで構成される整合器１１と１３．
５６ＭＨｚの高周波電源１０を介して接地されている。

また反応室５は立方体形状をしておりその底面に陰極１
を陰極１と対向した上面に陽極２が接地されている。第
三電極１２は、円筒形の形状をしており、反応室内の陰
極１の外周に設けである。また第三電極には、キャパシ
タで構成される整合器１４と４００　ｋ　Ｈｚノ低周波
電源１３を介して接地されている。陽極２．陰極１、第
三電極１２とは電気的に絶縁されており、さらに陽極２
は反応室５の周辺壁とつながり接地されている。

本実施例の陰極１．陽極２および第三電極１２゜反応室
５はアルミニウム合金でつくられており、エツチングを
行う時に生成するプラズマが数ｅＶ〜数百ｅＶのエネル
ギーを持つため陰極１と陽極２の表面で直接接触した部
分の温度が上昇する。

エツチングはガスを高エネルギー状態のプラズマにして
そのエネルギーによって、基板表面に物理的反応や化学
的反応をもたらし基板表面を加工するため、基板表面の
温度が上昇すると各々の反応速度を加速するためのエツ
チング時間によってエツチングを制御できなくなる。ま
た、エツチングにより発生する反応生成物を第三電極１
２に集中し付着させるために、陰極１．陽極２を第三電
極１２より高い表面温度にコントロールする必要がある
。このため本実施例の装置では陰極１内に３０℃の温度
の恒温水を循環し陰極１を常に一定温度にできるように
なっている。同様の理由から陰極２内においても５０℃
の温度の恒温水を循環させ安定性の高いエツチングがで
きるように工夫しである。これによって第三電極の温度
は陰極および陽極よりも低温に設定できる。ここでは恒
温水パイプ８，９を陰極１および陽極２内の一部に循環
するようになっているが陰極１及び陽極２内の全面に循
環させることがより効果的であり、このためスパイラル
状のパイプを用いたりすることもできる。

ガスの導入口６は反応室５の側壁に設けられており、ガ
ス導入口６から導入された反応性ガスは陰極１と陽極２
の間に印加された高周波電圧で放電し、反応性ガスが解
離して活性粒子や荷電粒子を生成する。各粒子は、この
後基板３と反応して基板３の加工に寄与するが、反応に
よって得られた生成物の一部や反応に寄与しない反応性
ガスの残ガスがガス排気ロアを通ってポンプ（図示せず
）に排出される。このようにして反応室５内のガス圧力
は一定に保たれエツチングが行われる。ガス圧力はエツ
チングの速度やエツチングの均一性に強く関係している
。このためガス導入口６は陰極１や陽極２を取り囲む円
形状にして、その円の所定位置から均一に反応ガスが導
入されるようになっている場合もある。

また、この装置は１回のエツチングで１枚の基板を処理
する枚様式エツチング装置である。

このエツチング装置で生成されるプラズマでエツチング
を行う場合について述べる。

第２図に陰極１と陽極２の間に生成されるプラズマの電
圧分布を示す。横軸に陰極１表面を原点とし陰極１から
陽極２方向の距離を示し、縦軸に電圧を示している。ま
たこの分布は３つの領域に分けることができ、領域２０
は陰極１に接した状態で生じるシースと呼ばれる領域、
領域２１はプラズマ本体で、領域２２は陽極２直下に生
じたシースである。

エツチングは基板３がシースと接して行われるもので、
領域２１のプラズマ本体で電荷を帯びない活性粒子や、
イオン等の荷電粒子が生成され、電荷を帯びない活性粒
子は拡散によって基板３に到達し、また、荷電粒子はシ
ースによって加速され基板３に到達することによって基
板３がエツチングされる。

電荷を帯びない活性粒子によるエツチングでは等方性の
エツチングが支配的となるのに対して、荷電粒子はシー
スによって加速され基板３に到達するため異方性の強い
エツチングがなされる。このようにＲＩＥを用いた異方
性の強いエツチングは素子が高密度化されて所定の位置
に精度よくパターンを形成するためには欠かすことので
きない技術である。しかし、ＲＩＥを用いても寸法の変
化のまったくないパターンを形成するためには、エツチ
ングにより生じる反応生成物がパターン側壁に付着して
エツチングから保護する作用を利用しなければならない
。

第３図にポリシリコン膜をエツチングするのに一般に用
いられる各々の反応性ガスでの、エツチングにより発生
する反応生成物とその沸点、そしてエツチングによるパ
ターンの寸法の変化量を示す。パターンの寸法の変化量
を完全に抑えるには、非常に沸点の高い反応生成物をパ
ターン側壁への保護に使用しなければならない。その結
果、反応室内は非常に反応生成物が付着しやすい状態に
なる。

このエツチング装置でポリシリコン膜のエツチングを行
う場合について述べる。

反応性ガスとしてＨＢｒ＝６０ｓｃｃｍ、０２０２−１
ｓｃ、圧力＝１００〜５００ｍＴｏｒｒ。

高周波電力＝５００Ｗの条件でポリシリコン膜のエツチ
ングを行う。ここでは反応性ガスとしてＨＢｒを用いた
が、墳素、ふっ素、臭素の内生なくとも１つのガスを含
むガスとして、例えばＣ１２゜５ｉＣ１，＜、ＨＣｌ等
でもよい。また、反応性ガスＨＢｒの流量は６０　ｓ　
ｅ　ｃｍを用いたが、反応室の体積によって異なるが、
通常１０〜１００ｓｅｃｍの範囲で使用される。さらに
高周波電力は、５００Ｗを用いたが、高周波電力はエツ
チング時間とエツチングの面内均一性に影響するが、本
実施例の装置では５０Ｗ〜１ｋＷの範囲であれば良好な
結果を得ることができた。

上記条件で、５０枚のエツチングを行った場合、第三電
極１２には、目視で分かるほどの５ｉＢｒ＋等の反応生
成物が付着している。その結果、反応室の雰囲気が変化
しエツチング速度、パターン寸法の変化量等の変動が生
じる。

そこで、上記条件で５０枚の処理が終了したと同時に、
連続で第三電極を用いたクリーニング工程に入る。ここ
では、５０枚処理後にクリーニング工程を入れたが、エ
ツチング条件によって５０〜５００枚の範囲で異なって
くる。

クリーニング条件は、反応性ガスとしてＣＦ４＝５０ｓ
ｅｃｍ、Ｏｚ＝５００ｓｅｃｍ、圧力５００ｍＴｏ　ｒ
　ｒ　〜ＩＴｏ　ｒ　ｒ、低周波電力１ｋＷの条件で行
う。

ここで、低周波電力を用いたのは、高周波電力に比ベイ
オンエネルギーを高くすることができ、クリーニング効
果が高いためである。

上記条件で１０分間の処理を行うことによって、反応室
内はエツチング前の雰囲気に戻すことができる。

発明の効果以上のように本発明によれば、反応室内のエツチングに
より付着した反応生成物を速やかに除去することができ
、その結果、パターンの側壁への保護が強い反応生成物
ができる反応性ガスを用いることができ、寸法の変化の
まったくないパターンが形成できるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例のプラズマエツチング装置の断面図、
第２図はプラズマの電圧分布を示す図、第３図はエツチ
ングにより発生する反応生成物とその沸点、そしてエツ
チングによるパターンの寸法の変化量を示す図である。１・・・・・・陰極、２・・・・・・陽極、３・・・・
・・半導５体基板、４・・・・・・セラミックリング、
５・・・・・・反応室、６・・・・・・ガス導入口、７
・・・・・・ガス排気口、８，９・・・・・・恒温水パ
イプ、１０・・・・・・高周波電源、１１．１４・・・
・・・整合器、１２・・・・・・第三電極、１３・・・
・・・低周波電源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被エッチング基板と、前記被エッチング基板を設
置する第１の電極と、前記第１の電極に対向して設置さ
れた第２の電極と、少なくとも前記第１の電極と前記第
２の電極間の空間で前記第１および第２の電極と接触し
ない位置で、前記第１および第２の電極にほぼ垂直に形
成された第３の電極を有することを特徴とするプラズマ
エッチング装置。
（２）第１の電極に第１の高周波を印加し、前記第１の
電極と第２の電極間にプラズマを発生させ、被エッチン
グ基板をエッチングする工程と、前記エッチング終了後
に、第３の電極に第２の高周波を印加しプラズマを発生
させて、前記第１および第２の電極を少なくともエッチ
ングすることを特徴とするクリーニング方法。
（３）第２の高周波の周波数が５０ｋＨｚから４００ｋ
Ｈｚであることを特徴とする請求項（２）記載のクリー
ニング方法。