JPH0578171B2 - - Google Patents

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JPH0578171B2
JPH0578171B2 JP58201096A JP20109683A JPH0578171B2 JP H0578171 B2 JPH0578171 B2 JP H0578171B2 JP 58201096 A JP58201096 A JP 58201096A JP 20109683 A JP20109683 A JP 20109683A JP H0578171 B2 JPH0578171 B2 JP H0578171B2
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JP
Japan
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electrode
columnar
etching
columnar electrode
reaction vessel
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JP58201096A
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JPS6094724A (ja
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Tsutomu Tsukada
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Canon Anelva Corp
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Anelva Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00Etching of wafers, substrates or parts of devices

Landscapes

  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、半導体集積回路等のパターンを形成
する際に用いるドライエツチング装置に関する。
〔従来技術〕
近年、半導体集積回路の微細化に伴い最小パタ
ーン寸法が1μm以下の大規模集積回路も試作、
開発され、量産化され始めている。従来のウエツ
トエツチングでは、この微細パターンは加工する
ことが出来ず、ドライエツチングによる異方性エ
ツチングがこれらの集積回路の加工に欠くことの
出来ない技術となつている。ドライエツチング装
置にはいくつかの方式がある。その中の一つは、
平行平板型電極を備えた反応容器内の高周波印加
電極に試料を載置して、CF4やCCl4等の弗素や塩
素等のハロゲン化物を含む反応性ガスの高周波プ
ラズマにより、試料をエツチングする反応性イオ
ンエツチング装置である。この反応性イオンエツ
チング装置は、アルミニウム、シリコン酸化膜、
ポリシリコン膜などを、フオトレジストや下地材
料に対するエツチング速度比を大きく保ちなが
ら、異方性エツチングを行うことが出来るため、
最近の超LSI製造工程のドライエツチングではそ
の主流を占めるに至つている。
しかし、この反応性イオンエツチング装置にお
いても、量産規模で微細加工を行おうとすると、
種々の問題が生じることが明らかとなつた。例え
ば、シリコン酸化膜をCHF3とO2の混合ガスでエ
ツチングする場合、エツチング速度がたかだか
500Å/minと低いため、5000Åのシリコン酸化
膜をエツチングする場合には追加エツチングを含
めて約12〜15分のエツチング時間が必要である。
エツチング速度を上昇させようとして高周波電力
を増加すると、プラズマ電位が上昇してしまつて
反応容器壁面がスパツタされる割合が大きくな
り、基板表面が反応容器の構成材料である重金属
等で汚染されたり、高エネルギーのイオン衝撃に
よりデバイス特性に悪影響を与えたりする。
また、アルミニウムのエツチングやポリシリコ
ンのエツチングの場合においても、エツチング速
度が実用レベルでたかだか1000Å/minと低い。
このため、このドライエツチング装置を量産装置
として用いる場合には、6〜10枚程度を同時に処
理するいわゆるバツチ式処理装置がコストパーフ
オーマンス上優れていた。ところが、最近のよう
に、ウエハーの直径が125mmとか150mmなど大口径
化して来ると、これらを前記バツチ式処理装置で
処理しようとすると、電極面積を大きく取らざる
を得ない。このため、装置は大型化せざるを得な
くなる。その上、ウエハー面内のエツチング速度
の均一性は悪化の傾向を示す。このように通常の
バツチ式処理装置では大口径ウエハーの微細加工
処理は極めて困難である。
これに対して、ウエハー一枚一枚を逐次処理す
る枚葉処理装置では、1μm/min程度のエツチン
グ速度を実現する平行平板型高速エツチング装置
が提案されている。しかしながら、この装置を使
つて高速でエツチングする場合には、エツチング
加工特性が悪く、殊にイオン衝撃によるデバイス
の損傷が大きい欠点があつて、微細加工では必ず
しも満足する特性は得られていない。
これらに対し、損傷を少くし、尚かつ高速エツ
チングを実現する装置として、最近、磁場を用い
て前記方式よりも1〜2桁圧力の低い領域で高速
エツチングする高速マグネトロンエツチング方式
が提案された(例えば特開昭57−98678号公報参
照)。しかし、この方式の装置では、電場と磁場
が丁度直交している部分のみにプラズマが集中す
る性質があるため、ウエハー面内のエツチング速
度分布の均一性が悪い。このため、特開昭58−
53832号公報に開示されている如く、マグネツト
を駆動してこれを頻繁に移動させることによつ
て、磁界を変化させて、ウエハー内のエツチング
速度分布の均一化を計る必要があり、マグネツト
の駆動機構に多大な費用を要するばかりか、エツ
チングを高速に行えないという欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した従来の高速マグネト
ロンエツチング装置の欠点を除去し、試料面内の
エツチング速度の均一性の悪さを簡単に改善する
ことができ、かつ、高速に試料をエツチングする
ことができ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] 本発明によれば、反応容器内に設けられ、柱状
電極と、該柱状電極の両端に電気的に接続された
フランジ状電極とを含む第1の電極と、該第1の
電極の少なくとも前記柱状電極の周囲を、間隔を
置いて、囲む第2の電極と、前記反応容器の外部
に設けられ、前記第1の電極の前記柱状電極の軸
に平行な磁界を前記第1及び前記第2の電極間の
空間に発生する磁界発生装置とを備え、前記第1
の電極に前記第2の電極に対する負電圧を連続的
又は間欠的に電源により印加して、前記第1の電
極の前記柱状電極表面上の基板を前記反応容器中
に導入した活性ガスのプラズマによりエツチング
することを特徴とするドライエツチング装置が得
られる。
[実施例] 次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。
第1図は本発明の一実施例によるドライエツチ
ング装置である。第1図において、101は角柱
状電極である。この角柱状電極101の各柱面に
試料102が支持されている。103及び104
は角柱状電極101と同電位に保たれるように角
柱状電極101に接続される金属製端板である。
角柱状電極101と、その両端のフランジ部とな
る端板103及び104とが、陰極を構成してい
る。両端板103,104はそれぞれ、絶縁体1
05及び106を介して、シールド107及び1
08で被われており、不要の放電が端板103及
び104の裏面等で生じないようにしている。柱
状電極101と両端板103及び104で構成さ
れた陰極は、高周波電源109に接続されてい
る。また、陽極を構成する導電性の反応容器11
0はアースされる。反応容器110は、排気導管
111と排気バルブ112を介し、真空ポンプ
(図示せず)に接続されている。反応性ガスはガ
スコントローラ113を通し、反応容器110中
に導入される。114及び115は、柱状電極1
01と、該柱状電極101に対向する真空容器1
10の側板との間の空間に、柱状電極101の軸
にほぼ平行な磁界Bを発生させるための電磁コイ
ルである。
さて、上記のような本実施例の装置を動作させ
るには、まず、反応容器110を排気導管111
を通して、10-3〜10-5Torr程度の真空に排気し
た後、ガスコントローラ113を通し、CF4
BCl3等のハロゲン化活性ガスを導入し、真空度
を10〜10-3Torrに保つ。この状態でRF電源10
9により、高周波電力を、柱状電極101と端板
103及び104とで構成される陰極と、反応容
器(即ち陽極)110との間に印加すると、柱状
電極101の周辺にはプラズマが発生する。柱状
電極101とプラズマの間に生じるイオンシース
中に生じる電位勾配即ち電気力線は、コイル11
4と115により発生される矢印Bによつて示さ
れる磁界と直交するために、電子はサイクロイド
やトロコイド状のらせん運動をしながら柱状電極
101の周辺を回転する。この際、電子が117
及び118に示すように、柱状電極101の端方
向へ拡散していくと、柱状電極101の両端に
は、柱状電極101と同様に負にバイアスされる
フランジ部即ち端板103及び104があるた
め、電子は図示の如く、端板103及び104に
よりはね返され、再び柱状電極101の中央方向
に戻される。この状態が繰り返されるため、柱状
電極101の近傍には非常にプラズマ密度の高い
領域が生じる。このような高い密度のプラズマが
生じると、プラズマのインピーダンスが低下する
ため、低電圧で多大なイオン電流を陰極に流すこ
とが出来る。このため、柱状電極101の柱面に
支持された試料102のエツチング速度は従来の
エツチング方式に比べて飛躍的に改善出来る。そ
ればかりでなく、試料102に入射するイオンの
入射エネルギーを従来の反応性イオンエツチング
装置等に比較してとることができる。しかも、フ
ランジ部即ち端板103及び104によつてプラ
ズマを柱状電極101の周辺に集中させることが
できるため、試料102面内のエツチング速度の
均一性を良好にすることができ、しかもイオン入
射や不純物汚染による損傷の少ないエツチングを
行うことが出来る。
第2図は第1図のA−A′断面図である。図で、
柱状電極101は四角柱であり、端板103は四
角形である。もう一つの端板104も同様に四角
形である。試料102は、柱状電極101の4つ
の柱面にそれぞれ支持されている。又、柱状電極
101の試料102以外の部分は、石英、テフロ
ン等で作られたカバープレート201によつて被
われている。また、端板103及び104の互い
の対向面も同様のカバープレートで被われてい
る。柱状電極101の内部は水冷パイプ202に
水を流すことによつて水冷されている。
第2図では試料102を同時に4枚エツチング
出来る構成になつているが、柱状電極101の形
状を、平板状の角柱とすれば、同時に2枚の試料
102のエツチングが可能である。また、柱状電
極101を、三角柱、六角柱、八角柱等の多角柱
とすれば、同時に他数枚のエツチングが可能であ
る。即ち、柱状電極101はN角柱(ただし、N
は3以上の整数)であればよい。さらに、柱状電
極101の一つの柱面に多数の試料を支持させる
ようにすれば、より多数の枚数のエツチングが同
時に可能である。また、端板103及び104の
形状は、柱状電極101の断面の外形と相似形の
ものであるか、又は円形あるいは楕円形のもので
あつてもよい。
第3図は本発明を一枚処理のエツチング装置に
適用した実施例における陰極の構造を示す図であ
る。本実施例では柱状電極101は内部が水冷出
来る構造の扁平な角柱であり、試料102はこの
柱状電極101の一柱面に保持されている。ま
た、本例では端板103及び104は長方形の形
状をとつている。柱状電極101は水冷パイプ2
03及び204に水を流すことによつて、水冷さ
れている。電磁コイル114及び115(第1図
参照)によつて矢印Bに示す方向に磁界を印加
し、柱状電極101にRF電圧を印加すると、柱
状電極101は負にバイアスされ、電子は柱状電
極101の周囲を回転する。この際、端板103
及び104が柱状電極101の近傍から、電子が
飛散するのを防ぐため、高密度プラズマが均一に
柱状電極101の周辺に生じ高速エツチングがエ
ツチング速度の不均一性を伴わずに実現可能であ
る。本方式では、試料102の自動装置による反
応容器に対する出入れが容易であるため、試料の
搬送が自動化された自動装置に適用することが可
能である。もちろん、試料102の置かれていな
い柱状電極面や端板103及び104の互いの対
向面等は、前述したカバープレートで被つた方が
不純物の汚染防止や、エツチング速度の改善に効
果がある。
尚、上述した本発明の実施例では、磁界発生手
段として電磁コイル114及び115を用いたが
永久磁石を用いても良いことは言うまでもない。
また、電源109として、直流電源を用いてもよ
い。
また、反応容器101中に導入される活性ガス
は、弗素、塩素等のハロゲン化物を含むガス、あ
るいは該ハロゲン化物を含むガスに不活性ガス、
酸素、水素、窒素等の少なくとも一つを混合した
ガスであれば効果が著しい。
また、カバープレート201の材料としては、
有機物ポリマー、弗素を含んだ有機物ポリマー、
石英、カーボン、シリコン等の物質のうち、適当
な材料を選択して使用する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のドライエツチン
グ装置は、フランジ部等を設けることにより、簡
単に高密度プラズマを均一に試料面上に生じさせ
ることができるため、均一なエツチング速度での
試料の高速エツチングを、試料に大きい損傷を与
えることなく、簡単に、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図である。第
2図は第1図のA−A′断面図である。第3図は
本発明を枚葉処理装置に適用した実施例における
陰極の構造を示す図である。 101……柱状電極、102……試料、10
3,104……端板(フランジ部)、105,1
06……絶縁体、107,108……シールド、
109……高周波電源、110……反応容器、1
11……排気導管、112……排気バルブ、11
3……ガスコントローラ、114,115……コ
イル、201……カバープレート、202,20
3,204……水冷パイプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 反応容器内に設けられ、柱状電極と、該柱状
    電極の両端に電気的に接続されたフランジ状電極
    とを含む第1の電極と、該第1の電極の少なくと
    も前記柱状電極の周囲を、間隔を置いて、囲む第
    2の電極と、前記反応容器の外部に設けられ、前
    記第1の電極の前記柱状電極の軸に平行な磁界を
    前記第1及び前記第2の電極間の空間に発生する
    磁界発生装置とを備え、前記第1の電極に前記第
    2の電極に対する負電圧を連続的又は間欠的に電
    源により印加して、前記第1の電極の前記柱状電
    極表面上の基板を前記反応容器中に導入した活性
    ガスのプラズマによりエツチングすることを特徴
    とするドライエツチング装置。 2 電源が高周波又は直流電圧を供給するもので
    ある特許請求の範囲第1項記載のドライエツチン
    グ装置。 3 第1の電極の柱状電極が、N角柱(ただし、
    Nは3以上の整数)である特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載のドライエツチング装置。
JP58201096A 1983-10-28 1983-10-28 ドライエツチング装置 Granted JPS6094724A (ja)

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US4422896A (en) * 1982-01-26 1983-12-27 Materials Research Corporation Magnetically enhanced plasma process and apparatus

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